Nghiên cứu khái quát về công nghệ tiện. Đi sâu thiết kế bộ điều khiển tự động điều chỉnh tốc độ truyền động trục chính dùng BBĐT – Đ

Chuyển động chính Chuyển động chính trong máy tiện chuyển động quay mâm cặp phôi trụcchính chuyển động này được thực hiện nhờ động cơ điện một chiều kích thíchđộc lập, thay đổi tốc độ bằ

LỜI MỞ ĐẦU

Sự bùng nổ của ngành công nghiệp cơ khí và điện tự động hóa đã đạtnhững thành tựu to lớn, đem lại rất nhiều lợi ích trong công việc cũng như nhiềuthiết bị ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Mặc dù các máygia công kỹ thuật số đang là xu hướng mới của thị trường nhưng đây là nhữngthiết bị đắt tiền và phức tạp Do đó các máy gia công kim loại như máy tiện,máy mài, máy bào giường, máy rèn rập… vẫn là các thiết bị chủ yếu trong việcchế tạo cơ khí Nên việc nghiêm cứu, tìm hiểu cải tiến nó là một trong nhữngvấn để rất được quan tâm hiện nay

Môn học Trang Bị Điện là môn học có thể giúp em thực hiện các côngviệc này Được giao đề tài về máy tiện là loại máy phổ biến nhất trong côngnghệ gia công kim loại Với yêu cầu là phân tích các phương pháp điều khiểntruyền động ăn dao và thiết kế bộ điều khiển truyền động trục chính tự độngcho máy tiện hệ T- Đ Qua thời gian học tập nghiên cứu và chỉ bảo tận tình củathấy Hoàng Xuân Bình em đã hoàn thành đồ án này

Mặc dù đồ án đã hoàn thành đạt kết quả nhất định nhưng do thời gian cóhạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi sai sót Em mong được

sự góp ý ủng hộ của các thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG1:TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN

1.1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ

1.1.1 Chức năng và công dụng của máy tiện

Máy tiện thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại Tiện là một phương pháp giacông chi tiết, trên máy có thể thực hiện được nhiều công nghệ tiện khác nhau.Như tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt đầu, tiện cơn, tiện định hình Trênmáy tiện cũng có thể thực hiện doa, khoan và tiện ren, bằng các dao cắt, doa, ta

rô ren Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ vài mili một đến hàng trụcmột

Dạng bên ngoài của máy tiện Dạng bên ngoài của máy tiện như ở hình H1.1 Trên thân máy 1 đặt ụtrước 2, trong đó có trục chính quay chi tiết Trên gờ trượt đặt bàn dao 3 và 4.Bàn dao thực hiện sự di chuyển dao cắt dọc và ngang so với chi tiết Ở ụ sau đặtmũi chống tâm dùng để giữ chặt chi tiết dài trong quá trình gia công,hoặc để gámũi khoan,mũi doa khi khoan,doa chi tiết Ở máy tiện,chuyển động quay chi tiếtvới tốc độ góc ct là chuyển động chính, chuyển động di chuyển của dao 2 làchuyển động ăn dao Chuyển động ăn dao có thể là ăn dao dọc, nếu dao dichuyển dọc theo chi tiết (tiện dọc) hoặc ăn dao ngang, nếu dao di chuyển ngang

(hướng kính) chi tiết (tiện ngang) Chuyển động phụ gồm có xiết nới xà, dichuyển nhanh của dao, bơm nước, hút phoi …

1.1.2.Phân loại máy tiện

Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máytiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện cụt,máy tiện đứng… Trên máy tiện có thểthực hiện nhiều công nghệ tiện khác nhau tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặtđầu, tiện côn, tiện định hình Trên máy tiện cũng có thể thực hiện doa, khoan vàtiện ren,bằng các giao cắt, dao doa, taro ren… Kích thước gia công trên máy tiện

có thể cỡ hàng milimét đến hàng chục mét (trên máy tiện đứng)

Chuyển động chính của máy tiện làm việc ở chế độ dài hạn, đó là truyềnđộng quay mâm cặp kẹp phôi, vì vậy trong mọi chuyển động có thể coi phôiluôn chuyển động quay còn dao cắt đứng yên

Chuyển động ăn dao của máy tiện là chuyển động tịnh tiến liên tục củabàn dao theo hai chiều trục X và trục Z Trục Z trùng với trục chính còn trục Xvuông góc với trục chính Các chuyển động phụ gồm chuyển động phanh cầudao và ụ sau, kéo phôi, bơm nước, bơm dầu, nâng hạ…

Máy tiện có nhiều loại khác nhau với kích cỡ, công dụng và mức độchuyên môn hóa khác nhau

- Phân loại theo chuyển động:

+ Tiện đứng: Phôi chuyển động quay theo phương đứng

+ Tiện ngang: Phôi chuyển động quay theo phương nằm ngang

- Phân loại theo mức dộ trang bị điện

+ Loại đơn giản: Thường dùng động cơ KĐB không có điều chỉnh tốc độ

về điện

+ Loại trung bình thường dùng động cơ KĐB điều chỉnh tốc độ bằng cáchthay đổi số đôi cực, hoặc dựng động cơ một chiều nhưng là hệ thống hở

+ Loại phức tạp: Dựng động cơ một chiều kích từ độc lập điều khiển theo

hệ kín hoặc có thể điều khiển theo chương trình số CNC Đây là loại máy tiện có

độ chính xác rất cao

- Phân loại theo trọng lượng máy:

+ loại nhỏ: Trọng lượng của máy nhỏ hơn 10 tấn.

+ loại trung bình: Trọng lượng của máy từ 10 - 100 tấn

+ loại lớn: Trọng lượng của máy lớn hơn 100 tấn

Một số máy tiện tiêu biểu hiện nay trên thị trường như sau:

Hình 1-2 Máy tiện Việt chuẩn

Hình 1-3 Máy tiện với m 1234410458

Hình 1-4 Máy tiện với m 1239953967

Hình 1-5 Máy tiện DSC01180

Hình 1-6 Máy tiện (Kit- 11211171877)

1.1.3.Các chuyển động cơ bản của máy tiện

a Chuyển động chính

Chuyển động chính trong máy tiện chuyển động quay mâm cặp phôi (trụcchính) chuyển động này được thực hiện nhờ động cơ điện một chiều kích thíchđộc lập, thay đổi tốc độ bằng bộ biến đổi điều chỉnh điện áp phần ứng, và quahộp số bánh răng ăn khớp nối với trục chính Do vậy tốc độ của trục chính thayđổi trong phạm vi rộng qua hộp bánh răng chuyển đổi tốc độ có tỷ số truyền i.Động cơ chính được hãm ngược sau khi ấn nút dừng hoặc sau khi ấn nút thửmáy

b.Chuyển động ăn dao

Bao gồm các chuyển động:

- Chuyển động ăn dao dọc là bàn dao di chuyển tịnh tiến theo chiều dọc trục củadao, (trục Z) cùng chiều trục chính Bằng động cơ Servo và bộ truyền dẫnDrives vòng kín

- Chuyển động ăn dao ngang là di chuyển tịnh tiến bàn dao theo trục vuông gócvới bàn ăn dao và trục chính (trục X) Bằng động cơ Servo và bộ truyền dẫnDrives vòng kín

c.Các chuyển động phụ

- Gồm chuyển động lên, xuống di chuyển nhanh, ụ dao, bơm dầu, cơ cấu kẹp lớidao, kẹp phôi được thực hiện nhờ động cơ KĐB rôto lồng sóc và cơ cấu thủylực

1.2.CÁC YÊU CẦU TRANG BỊ ĐIỆN CHO TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH

Trong máy tiện CNC truyền động trục chính là truyền động phức tạp nhất,

nó đòi hỏi hệ thống trang bị điện có mức độ tự động hoá cao ở truyền động nàydựng 01 động cơ điện một chiều kích từ độc lập Dựng BBĐ DC DRIVES điềukhiển động cơ bằng mạch vòng kín truyền động này có các yêu cầu về chỉ tiêuchất lượng như sau:

1.2.1 Phạm vi điều chỉnh tốc độ

Truyền động trục chính của máy tiện có yêu cầu phạm vi tốc độ rộng, dảiđiều chỉnh được đặc trưng bởi hệ số:

30 50

1500 min

1.2.2 Độ trơn khi điều chỉnh

Vì máy làm việc ở nhiều chế độ gia công khác nhau như tiện có đườngkính lớn thì cần tốc độ nhỏ, còn khi tiện có đường kính nhỏ yêu cầu độ bóng caothì cần tốc độ lớn Để đảm bảo chất lượng gia công bề mặt có độ bóng từ 6 -

9 thì tốc độ phải được điều chỉnh vụ cấp

 n  

nii1 1

1.2.3 Độ ổn định tốc độ khi làm việc

Để đảm bảo duy trì ổn định tốc độ đạt mức chính xác cao ngay cả khi tốc

độ truyền động chính thay đổi Khi phụ tải biến đổi từ 0  Mmax thì yêu cầu độsụt tốc độ là:

) 15 5 ( 

n

n n n

1.2.4 Yêu cầu tự động hạn chế phụ tải

Trong quá trình làm việc thường xảy ra quá tải tĩnh và quá tải động:

- Quá tải tĩnh: Do vật liệu không đồng nhất, khi dao cắt đi vào vùng chai cứnghoặc khi nhiệt độ tăng quá làm cho công suất cắt tăng dẫn tới quá tải

- Quá tải động: Đó là các quá trình khởi động ,hãm , đảo chiều Để rút ngắn thờigian quá tải động thì cần phải rút ngắn quá trình này

- Tăng gia tốc của hệ thống.

- Sử dụng những vật liệu nhẹ để giảm thành phần mô men quán tính

- Tăng lực cản bằng cơ khí

- Hãm bằng điện, sử dụng một trong ba phương pháp: Hãm ngược, Hãm độngnăng, Hãm tái sinh

- Giảm tốc độ bằng cách giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ

- Đặc điểm công nghệ của truyền động chính máy tiện là có đảo chiều

1.2.6 Yêu cầu về kinh tế

- Hệ thống thiết kế ra phải đảm bảo có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, thuận thiệncho vận hành và sửa chữa

- Vốn đầu tư mua sắm thiết bị, chi phí vận hành phải hợp lý

- Giá thành hệ thống, trong khi phải thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY TIỆN

CNC HITACHI - SEIKI - 4NE – 600

2.1.THAM SỐ VẬN HÀNH MÁY

- Đường kính tiện lớn nhất tiện được: Φ D = 520 (mm)

- Chiều dài gia công lớn nhất: L = 480 (mm)

- Khoảng cách chống tâm : 500 (mm)

- Độ dịch chuyển dọc của bàn máy trục Z: 450 (mm)

- Độ dịch chuyển ngang của bàn máy trục X: 250 (mm)

- Công suất động cơ trục chính: 11 (kW)

- Công suất động cơ trục X: 3,7 (kW)

- Công suất động cơ trục Z: 7,5 (kW)

- Công suất động cơ làm mát: 1,5 (kW)

- Phần mềm điều khiển: SINUMERIK 802C - 3 – SIEMNS

- Kích thước máy: 2500 x 1000 x 1200 (mm)

- Trọng lượng của máy: 4000 (Kg)

- Động cơ truyền động chính là động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Do NhậtBản sản xuất có thông số sau:

Dòng điện kích từ: Iktđm = 3,2 (A)

Điện trở cuộn dây kích từ: Rkt = 44 (Ω))

D: Đường kính phôi – đối với tiện ( của dao cắt – đối với phay) (mm)

S: Tốc độ quay của trục chính (vòng/phút)

- Số vòng quay của trục chính: S = 1000.D.V

 (vòng/phút)

- Chọn vận tốc cắt V: V ≤ Vmax ,với Vmax là tốc độ cắt tối đa của dao

+ Đối với dao thép gió: Vmax = 18 ÷ 22 m/phút

+ Đối với dao bằng thét hợp kim cứng: Vmax = 120 ÷ 150 m/phút (hiện nay máyđang dùng)

+ Đối với dao được chế tạo đặc biệt (lưỡi cắt bằng gốm, kim cương, …): Vmax =

18 ÷ 22 m/phút

2.1.2 Giới thiệu về phần mềm lập trình SINUMERIK 802S của SIEMENS

- Ngôn ngữ lập trình theo ISO (G Code)

- Quy ước xác định hệ trục tọa độ trên máy tiện, trên máy tiện chỉ cần điều khiểntrục X và trục Z Được xác định bằng quy tắc bàn tay phải

- Giơ bàn tay phải sao cho ngón giữa hướng lên trên chỉ chiều trục Z, ngón cáichỗi ra chỉ chiều trục X, chiều ngón chỏ chỉ chiều trục Y.

2.1.3 Quy trình thao tác tiện thân trên máy CNC HITACHI – SEIKI – 4NE– 600

- Bắt đầu:

2.2.ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH

Như đã tìm hiểu ở trên động cơ truyền động cho trục chính ở máy tiện này

là động cơ một chiều kích từ độc lập, có thay đổi tốc độ và có đảo chiều quay

Từ đồ thị đặc tính của phụ tải

Hình 2.1 : Đồ thị phụ tải và truyền động ăn dao

Bật máy – cấp điện cho hệ thống

Chạy điểm chuẩn cho máy

Gá phôi vào mâm cặp

Chạy chương trình thực hiện gia công

0

M

Mđm

Từ đồ thị ta thấy tốc độ động cơ được chia làm ba giai đoạn giai đoạn đầu( giai đoạn vào dao) tốc độ động cơ lúc này được tăng dần từ 0 đến tốc độ vàodao, để tránh mẻ dao và làm hỏng chi tiết Giai đoạn hai ( giai đoạn tiện chi tiết)lúc này tốc độ động cơ được duy trì ổn định Giai đoạn ba( giai đoạn ra dao) tốc

độ động cơ lúc này giảm xuống đến tốc độ ra dao v2 cũng để tránh mẻ chi tiết

Động cơ của máy tiện ta đang tìm hiểu là động cơ điện một chiều kích từđộc lập và thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng Sauđây ta tìm hiểu qua về một số loại động cơ một chiều và các phương pháp thayđổi tốc độ động cơ cũng như ưu nhược điểm của từng phương pháp

2.2.1 Giới thiệu một số loại động cơ điện một chiều

a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc song song

Phương trình đặc tính cơ: Biểu thị quan hệ giữa tốc độ (n) và moomen (M)

M K

R R

K

U u u f

) (  2

b) Động cơ điện kích từ nối tiếp

Ở động cơ điện kích từ nối tiếp, dòng kích từ chính là dòng điện phần ứng I =Iư

= I Vậy trong phạm vi khá rộng có thể biểu thị :=KK.II

*

M*

Mđm

Trong đó hệ số tỷ lệ K chỉ là hằng số trong vùng I<0,8Iđm thì hơi giảm xuống

do hiện tượng bão hòa từ Như vậy, biểu thức đặc tính cơ có dạng:

R M

K Ce

U C n

e

u M

.

nề và cần tốc độ thay đổi trong phạm vi rộng

c) Động cơ điện kích từ hỗn hợp :

Loại này được chế tạo gồm hai cuộn dây nối tiếp và song song Tác dụng củacuộn dây kích thích song song và nối tiếp bù nhau hoặc ngược nhau Trên thực

tế người ta chỉ sử dụng loại kích thích hỗn hợp bù vì động cơ không đảm bảođược điều kiện làm việc ổn định

2.2.2 Các Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

.

, ,



R R K

Mặt khác ta có mômen điện từ của động cơ ở chế độ xác lập được xác định theobiểu thức : Mdt = K.Φ.Iư ;

Suy ra Iư =





R R



R R K

U u u  f

 M ;

Từ phương trình trên ta thấy để thay đổi tục độ động cơ một chiều ta có cácphương pháp sau:

a) Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ R f

Giả thiết Uư = Udm = const và Φ = Φdm = const

Ta có phương trình đặc tính cơ tổng quát :

) (

, ,



R R K

dm

R R

K



,

2 ) ( 

; (*)Muốn thay đổi tốc độ động cơ thì ta thay điện trở phần ứng bằng cách mắtthêm điện trở phụ vào mạch phần ứng của động cơ Khi thay đổi điện trở phụ Rfthì tốc độ không tải lý tưởng ω0 = cont , còn ∆ω sẽ thay đổi theo Rf như vậy lúcnày các đường đặc tính cơ sẽ thay đổi nhưng vẫn đi qua điểm cố định là ω0 Từ(*) ta thấy khi điện trở phụ Rf = 0 thì β có giá trị lớn nhất ứng với đường đặctính cơ tự nhiên , còn khi Rf càng lớn thì β càng nhỏ và tốc độ cũng giảm ứngvới một phụ tải nhất định Như vậy khi thay đổi điện trở phụ của động cơ ta sẽđược một họ đặc tính cơ có dạng như hình 2.2

Ta có : 0 < Rf1 < Rf2 < Rf3 < … thì ωdm > ω1 > ω2 > ω3 > ….nhưng nếu ta tăng

Rf đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M ≤ Mc dẫn đến động cơ sẽ quay không

được và động cơ sẽ làm việc ở chế độ ngắn mạch ω = 0 , đến bây giờ ta có thayđổi Rf thì động cơ vẫn không không quay nữa Do đó phương pháp này gọi làphương pháp điều chỉnh tốc độ không triệt để bằng cách thay đổi điện trở phụphần ứng

Vậy ứng vói một phụ tải Mc nào đó nếu Rf càng lớn thì tốc độ động cơcàng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch Inm và mômen ngắn mạch Mnm cànggiảm , cho nên người ta thường dùng phương pháp này để hạn chế dòng điệnkhởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản

Hình 2.2 : Đặc tình điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

b) Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi kích từ của động cơ

Giả thiết điện áp phần ứng : Uư = Udm = const ;

Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát : ω = ' 2

) (

,



R K

u

x

R

K

;Ta thấy rằng thay đổi từ thông Φ thì ω0

và ∆ω đều thay đổi theo , dẩn đến ω thay đổi theo Vì vậy ta sẽ được họ cácđường đặc tính điều chỉnh dốc dần (Do độ cứng đặc tính cơ β giảm ) và cao hơn

đặc tính cơ tự nhiên khi Φ càng nhỏ ,với tải như nhau thì tốc độ càng khi giảm

tư thông Φ

Hình 2.3: Đặc tính điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φ Như vậy ứng với Φdm > Φ1 > Φ2>…….thì ωdm < ω1 < ω2 <……, nhưng nếugiảm Φ quá nhỏ thì ta có thể làm cho tốc độ động cơ quá lớn quá giới hạn chophép , hoạt làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi , do dòng phần ứng tăngcao , hoặt để đảm bảo chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng phầnứng và như vậy sẽ làm cho momen cho phép trên trục động cơ giảm nhanh , dẩnđến động cơ bị quá tải

c) Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng của

, ,



 K

R K

Ta thấy rằng khi thay đổi Uư thì ω0 thay đổi còn ∆ω = const , vì vậy ta sẽ được

họ các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau Nhưng muốn thay đổi Uưthì phải có bộ nguồn một chiều thay đổi đươc điện áp ra , thường là dựng các bộbiến đổi

Các bộ biến đổi có thể là :

+ Bộ biến đổi máy điện : Dựng máy phát điện một chiều ( F ) , máy điện khếchđại ( MĐKĐ )

+ Bộ biến đổi từ : Khếch đại từ ( KĐT ) một pha , ba pha

+ Bộ biến đổi điện từ - bán dẩn :Các bộ chỉnh lưu ( CL ) , các bộ băm điện áp( BĐA ) , dựng transistor và thuyistor

Ta thấy rằng , khi thay đổi điện áp phần ứng ( giảm áp ) thì mômen ngắn mạchMnm , và dòng điện ngắn mạch Inm của động cơ giảm và tốc độ cũng giảm ứngvới một phụ tải nhất định Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điềuchỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động

Hình 2 4 Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMdl bằng cách thay đổi Uư

2.3 NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CHÍNH

2.3.1 Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi

Do công suất của động cơ truyền động trục chính có công suất lớn, và làm việc

ở chế độ đảo chiều Có thay đổi tốc độ trong quá trình làm việc lên ta có phương

án mạch lực cho động cơ truyền động chính như sau:

Hình 2 5 :Sơ đồ chỉnh lưu có đảo chiều truyền động chính

b Tính chọn mạch động lực

 Tính chọn máy biến áp

Do động cơ có công suất lớn 11kw ( theo cung cấp điện : phụ tải có công suất5kw trở lên nguồn điện cung cấp phải là nguồn 3 pha, tránh gây lệch lưới điện).Nên máy biến áp cấp cho động cơ là máy biến áp 3 pha

+ Điện áp sơ cấp : U1 = 380(v)

+ Điện áp thứ cấp: U2 = 220(v)

LcLc

Lc

Lc

L

BAL

T1

T4

T3

T6

T5

T2

u2c

- Điện áp chỉnh lưu không tải.

Udo = Uđm + ΔUUv + ΔUUba + ΔUULk

Trong đó : ΔUUv là sụt áp trên các van

ΔUUv là điện áp phụ tải yêu cầu

ΔUUba = ΔUU1 + ΔUU2 sụt áp bên trong máy biến áp khi có tải bao gồm sụt ps trênđiện trở ΔUUr và điện áp trên điện cảm ΔUULk

Đây là máy biến áp cỡ nhỏ sụt áp máy biến áp :

Sụt áp trên điện trở ΔUUr = 5%d

Sụt áp trên điện kháng ΔUULk = 5%d

Điện áp sụt áp trên hai tiristo mắc nối tiếp ( trên mỗi van là 1,5v) => trên hai van

là 2 x 1,5 = 3 v Như vậy ta có :

Ud0 = Uđm.1,05 + 22 + 3 = 220.1,05 + 22 +3 = 256(v)

Công suất tối đa của tải :Pd = Ud0 Id = 256.64 = 16384(w)

- Tính toán các thông số điện áp, dòng điện của các cuộn dây

+ Điện áp của các cuộn dây

Điện áp của cuộn dây thứ cấp máy biến áp

- Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp

I2 = 2

3Id = 0,816.Id= 0,816 64 = 52,04 (A)

- Giá trị hiệu dụng của dòng sơ cấp máy biến áp

I1 = I2 n = 52 0,288  15,04 (A)

Công suất tính toán máy biến áp : Sba = Ks Pd

Trong đó : Ks là hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực ( Ksd = 1,05)

Sba là công suất biểu kiến của máy biến áp (VA).

Sba = 1,05.16384 = 17203(VA)  17 (KVA)

 Tính số vòng dây của máy biến áp

Số vòng dây của dây quấn được tính theo :

W = U

4, 44f.IQ.IB (vòng), trong đó : W là số vòng dây của cuộn dây, U là điện

áp của cuộn dây cần tính, Bτ Từ cảm ( thường chọn 1,0 ÷ 1,8)

Số vòng dây quấn sơ cấp của máy biến áp:

Số vòng dây quấn sơ cấp của máy biến áp: W2 =W1 n =677 0,288 = 195( vòng)

.Tiết diện dây dẫn : SCu = I

J (mm2)Trong đó : Scu tiết diện của dây đồng, I là dòng điện chạy qua cuộn dây, J là mật

độ dòng điện trong máy biến áp ( chọn 1 ÷ 2,75A/mm2) Ở đây ta chọn J =2,5A/mm2

Tiết diện dây dẫn sơ cấp của máy biến áp

( mm2)Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp

( mm2)Đường kính dây dẫn của cuộn sơ cấp

(mm)Đường kính dây dẫn của cuộn sơ cấp

( mm)

Tính chọn van

Điện áp ngược đặt lên van: Un = Knv U2 d

2 u

U víi U

Trong đó : Ud điện áp tải

Unv điện áp ngược

U2 điện áp xoay chiều của van

Hệ số điện áp ngược ( Knv) và điện áp tải (Ku) trong sơ đồ chỉnh lưu cầu ba phađối xứng Knv =

Như vậy Tiristor cần chọn có yêu cầu như sau UN = 460,6 (V) ; Ilv = 25,6 (A)Tra bảng chọn được 6 van: loại T10 -80.Dòng điện qua van là: Itb = 80 (A ).Tổnthất điện áp: ∆U = 2,7 (V ) Giá trị điện áp điều khiển: Ug = 4 (V ) Giá trị dòngđiều khiển: Ig = 150 (mA )

 Tính chọn quận kháng lọc

Với tải một chiều của bộ chỉnh lưu yêu cầu Ud0 = 256V biên độ sóng hài cơ bảnU1m khi điều chỉnh góc mở 10o

  với chỉnh lưu cầu bap ha đối xứng

Để giảm điện áp xuống 10 lần từ 220(V) xuống 22(v) thì cos giảm đi 10 lần

Với : mđm = 6 cos = 0,1 được K*đm = 0,34

m   f = 0,47.10-3 (H) = 0,47 (mH)Vậy điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc: L = 0,47 (mH)

Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng lọc: Iđm = 64 (A)

Biên độ dòng xoay chiều bậc một: I1đm = 10% Iđm = 6,4 (A)

Do điện cảm cuộn kháng lớn và điện trở nhỏ, do đó có thể coi tổng trở cuộnkháng xấp xỉ bằng điện kháng ZL ≈ XL = .L = 2Πf 0,47 = 0,15 (Ω)f 0,47 = 0,15 (Ω))

Điện áp rơi trên cuộn kháng : 1 0,17

/ [1 4,26.10 ( 20 )]

d mt

U I r

r s l

b Nguyên tắc điều khiển

Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển sau : “ Thẳngđứng tuyến tính và thẳng đứng arccos ” , để thực hiện vị trí xung trong nửa chu

kỳ dương của điện áp đặt trên thyristor

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

Theo nguyên tắc này người ta thường dùng hai điện áp :

- Điện áp đồng bộ ( Us ) , đồng bộ với điện áp đặt trên anôt – catôt của thyristor, thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh

- Điện áp điều khiển ( Ucm ) , là điện áp một chiều , có thể điều chỉnh được biên

độ Thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh

Hình 2.7 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

Do vậy hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là : Ud = Ucm – Us ;

Khi Us = Ucm thì khâu so sánh lật trạng thái , ta nhận được sường xuống của điện

áp đầu ra của khâu so sánh Sườn xuống này thông qua đa hài một trạng tháibền ổn định tạo ra xung điều khiển

Như vậy bằng cách làm biến đổi Ucm , ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuấthiện xung ra , tức là điều chỉnh góc α

Giữa α và Ucm có quan hệ sau : α =

 ; Người ta lấy Ucmmax = Usmax ;

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos

Theo nguyên tắc này người ta dựng hai điện áp :

Us

-Usm

Ucmωt

Ucm

Us

- Điện áp đồng bộ Us , vượt trước UAK = Um Sinωt của thyristor một góc 2

c Các khâu cơ bản của mạch điều khiển

 Khâu đồng pha

Sơ đồ ở hình 2–9a là sơ đồ đơn giản , dể thực hiện với số linh kiện ít nhưng chấtlượng điện áp tựa không tốt Độ dài của phần biến thiên tuyến tính của điện áptựa không phủ hết 1800 Do đó , góc mở van lớn nhất bị giới hạn Hay nói cáchkhác , nếu theo sơ đồ này điện áp tải không điều khiển được từ 0 tới cực đại mà

từ một trị số khác đến trị số cực đại

Ucm

ωtπ

UAK0

Để khắc phục nhược điểm trên về dãi điều chỉnh của sơ đồ ở hình 2–9a người ta

sử dụng sơ đồ tạo điện áp tựa bằng sơ đồ trên hình 2-9b Theo sơ đồ này , điện

áp tựa có phần biến thiên tuyến tính phủ hết nửa chu kỳ điện áp Do vậy khi cầnđiều khiển điện áp từ không tới cực đại là hoàn toàn có thể đáp ứng được

Với sự ra đời của các linh kiện ghép quang , ta có thể sử dụng sơ đồ tạo điện áptựa bằng bộ ghép quang như hình 2-9c Nguyên lý và chất lượng của hai sơ đồtrên hình 2-9b và 2-9c tương đối giống nhau Ưu điểm của sơ đồ trên hình 2-9c

ở chổ không cần biến áp đồng pha , do đó có thể đơn giản hơn trong việc chế tạo

và lắp đặt

Các sơ đồ trên đều có chung nhược điểm là việc mở , khoá các tranzitor trongvùng điện áp lân cận 0 là thiếu chính xác , làm cho việc nạp , xã tụ trong vùngđiện áp lưới gần 0 không được như ý muốn

Ngày nay các vi mạch được chế tạo ngày càng nhiều , chất lượng ngày càngcao , kích thước ngày càng gọn , ứng dụng các vi mạch vào thiết kế mạch đồngpha có thể cho ta chất lượng điện áp tựa tốt Trên sơ đồ 2-9d mô tả việc taọ điện

áp tựa dựng khếch đại thuật toán

Dưới đây ta gới thiệu một số khâu đồng pha cơ bản và ta chọn hình d;

Hình 2.9 : Một số khâu đồng pha điển hình

Hình 2.10 Giản đồ khâu đồng pha.

d Khâu so sánh

Để xác định được thời điểm cần mở thyristor , cần so sánh hai tín hiệu Udk

và Urc, việc so sánh hai tín hiệu đó có thể được thực hiện bằng tranzitor (Tr) nhưtrên hình 2.11a Tại thời điểm Udk = Urc đầu vào Tr lật trạng thái khoá sang mở( hay ngược lại từ mở sang khoá ) , làm cho điện áp ra cũng bị lật trạng thái , tại

đó ta đánh dấu được thời điểm cần mở thyristor

Với mức độ mở bảo hồ của Tr phụ thuộc vào hiệu Udk ± Urc = Ub , hiệunày có một vùng điện áp nhỏ hàng vài mV , làm cho Tr không làm việc ở chế

độ đúng cắt như mong muốn , do đó nhiều khi làm thời điểm mở thyristor bịlệch khá xa so với điểm cần mở tại Udk = Urc Khếch đại thuật toán có hệ sốkhếch đại vô cùng lớn , chỉ cần một tín hiệu rất nhỏ (cỡ µV) ở đầu vào , đầu ra

đã có điện áp nguồn nuôi , nên việc ứng dụng khếch đại thuộc toán làm khâu sosánh là hợp lý Các sơ đồ so sánh dựng khếch đại thuật toán như hình 2.11b, c

rất thường gặp trong các sơ đồ hiện nay Ưu điểm hơn hẳn của các sơ đồ này là

có thể phát xung điều khiển chính xác tại Udk = Urc

Một số sơ đồ khâu so sánh thường gặp như sau ta chọn hình 2.11b

Hình 2.11: Các khâu so sánh thường gặp

a ) Bằng tranzitor ; b ) Bằng một cổng đảo của khếch đại thuật toán

c ) Hai cổng khếch đại thuật toán ;

U

-Vsat

+Vsat0

Udk

Urc

θθ

kim gửi tới thyristor ta dựng biến áp xung , để có khếch đại công suất ta dựng Tr, điot D bảo vệ Tr và cuộn dây sơ cấp biến áp xung khi Tr khoá đột ngột Mặt

dự với ưu điểm đơn giản , nhưng sơ đồ này không được dựng rộng rãi , bởi lẽ hệ

số khếch đại của Tranzitor loai này nhiều khi không đủ lớn, để khếch đại đượctín hiệu từ khâu so sánh đưa sang

Hình 2.13 : Sơ đồ các khâu khếch đại và phân phối xung

a)Bằng tranzitor công suất , b) Bằng sơ đồ Darlington , c) Sơ đồ có tụ nối tầng ;Tầng khếch đại cuối cùng bằng sơ đồ Darlington như hình 3-8b , Thườnghay được dùng trong thực tế Sơ đồ này hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu

về khếch đại công suất , khi hệ số khếch đại được nhân lên theo thông số của cácTranzitor

Trong thực tế xung điều khiển chỉ cần có độ rộng bộ ( cỡ khoảng 10 đến

200 µs ), mà thời gian mở thông các Tranzitor công suất dài tối đa một nửa chu

+E

uv

R

DTr

BAX

a)

+E

uvR

DTr

BAX

BAX

Tr1

DC

c)

kỳ cỡ 0,01s , làm cho công suất toả nhiệt dư của Tr quá lớn và kích thước dâyquấn sơ cấp biến áp dư lớn Để giảm nhỏ công suất toả nhiệt Tr và kích thướcdây quấn sơ cấp máy biến áp xung , ta có thể thêm tụ nối tầng như hình 8-3c Theo sơ đồ này , Tr chỉ mở cho dòng điện chạy qua trong khoảng thời gian nạp

tụ , nên dòng điện hiệu dụng của chúng bé hơn nhiều lần

f Khâu tạo xung chùm

Đối với sơ một đồ mạch , để giảm dòng công suất cho tầng khếch đại và tăng sốlượng cho xung kích mở , nhằm đảm bảo cho thyristor mở một cách chắc chắn ,người ta hay phát xung chùm cho các thyristor Nguyên tắc phát xung chùm làtrước khi vào tầng khếch đại , ta đưa chèn thêm một cổng AND ( & ) với tínhiệu vào nhận từ tầng so sánh và từ bộ phát xung chùm như hình 2.14

Hình 2.14: Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm

Vi mạch 555 tạo xung đồng hồ ( hình 3-11a ) cho ta chất lượng xung khátốt và sơ đồ cũng đơn giản Sơ đồ này thường hay gặp trong các mạch tạoxung.Trong thiết kế mạch điều khiển , thường hay sử dụng khếch đại thuật toán

Hình 2.15 : Đồ thị dạng sóng của khâu tạo xung chùm

Do đó để đồng dạng về linh kiện , khâu tạo xung chùm cũng có thể sử dụngkhếch đại thuật toán như các đồ trên hình 2.16b,c Tuy nhiên ở đây sơ đồ daođộng đa hài (hình 2.16b) có ưu điểm hơn về mức độ đơn giản do đó được sửdụng khá rộng rãi trong các mạch tạo xung chữ nhật , ta chọn hình 2.16b

AND

Từ so sánh

Từ chùm xung

Hình 2.16 : Sơ đồ tạo xung chùm

a ) Sơ đồ tạo xung chùm dựng vi mạch 555, b ) Sơ đồ tạo xung chùm đa hàibằng khếch đại thuật toán , c ) Sơ đồ tạo xung chùm tạo bằng mạch khếch đại

thuật toán

2.3.3 Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động

Từ các khâu đã giớ thiệu ở trên ta chọn được sơ đồ điều khiển một kênhnhư hình 2.17 Hoạt động của mạch điều khiển ở hình 2.17 được giải thích nhưsau :Điện áp vào tại điểm A (UA) có dạng hình sin , trùng pha với anôt củathyristor , qua khếch đại thuật toán A1 cho ta chuổi xung chữ nhật đối xứng UB Phần điện áp dương của điện áp chữ nhật UB qua điôt D1 tới A2 tích phân thànhđiện áp tựa Urc Phần áp âm của điện áp UB làm mở thông Tranzitor Tr1 , kết quả

là A2 bị ngắn mạch ( Với Urc = 0 ) trong vùng UB âm Trên đầu ra của A2 ta cóchuổi điện áp răng cưa Urc gián đoạn

R1

_+

+12-12A