Đồ án truyền động điện - Thiết kế hệ thống truyền động chính cho máy tiện với công suất 35KW

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong mọi lĩnh vực. Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản suất để nâng cao năng suất chất lượng và rút ngắn thời gian sản xuất. Trong nhưng năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển. Sự ra đời của các vi mạch với ưu điểm nhỏ gọn dung lượng lớn với giá thành hợp lí với khả năng của người sử dụng… đã mang lại nhưng thay đổi sâu sắc cho ngành kỹ thuật điện tử. Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực điện, điện tử, tin học trong những năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiễn. Ứng dụng rộng rãi có hiệu quả cao trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Cho nên để củng cố kiến thức khi học môn học: Đồ án truyền động điện em đã chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống truyền động chính cho máy tiện với công suất 35KW”. Được sự hướng dẫn tận tình của Cô giáo ThS.Hoàng Thị Thương , em đã hoàn thành xong bản đồ án này. Cùng với sự nỗ lực của bản thân nhưng do thời gian, trình độ, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn hẹp nên khong tránh được sai sót. Em rất mong được quý thầy cô góp ý, bổ sung kiến thức, cũng như chỉ bảo cho em để kiến thức của em ngày càng vững vàng hơn và đặc biệt là có được vốn kinh nghiệm sâu rộng hơn khi tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2022 Sinh viên thực hiện   CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN Khái quát chung Định nghĩa Máy tiện là một máy công cụ quay một vật xung quanh một trục quay để thực hiện các hoạt động khác nhau như cắt, chà nhám, gõ, khoan, biến dạng, đối mặt và xoay, với các công cụ được áp dụng cho phôi để tạo hình một đối tượng có tính đối xứng quay xung quanh trục đó. Cấu tạo Máy tiện có các thành phần cơ bản sau : 1 Ụ trước 2 Mâm cặp 3Hộp xe da 4  Ổ gá dao 5 Bàn dao dọc 6Ụ sau 7 Bàn dao ngang 8Thân máy 9 Hộp công tắc điện 10Trục trơn 11Trục vit me 12 Đế máy 13 Puli và đai truyền 14 Hộp bước tiến 15 Bộ bánh răng thay thế. . Hình 1.1: Cấu tạo máy tiện   Đặc điểm công nghệ Hình 1.2 : Hình dạng máy tiện bên ngoài Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện vạn năng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện đứng. Trên máy tiện có thể thực hiện được nhiều công nghệ tiện khác nhau : Tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt đầu, tiện côn, tiện định hình. Trên máy tiện có thể thực hiện được doa, khoan và tiện ren, bằng các dao cắt, dao doa, tarô ren. Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cở vài milimét đến hang chục mét (Trên máy tiện đứng). Chuyển động chính của máy tiện làm việc ở chế độ dài hạn, đó là chuyển động quay của mâm cặp, chuyển động tịnh tiến liên tục của bàn dao. Các chuyển động phụ gồm chuyển động phanh cầu dao và ụ sau, kéo phôi, bơm nước, nâng hạ, kẹp và nới xã v.v.. ở các máy cở nhỏ, người ta thường dùng động cơ lồng sóc để kéo các truyền động cơ bản. Loại động cơ này có ưu điểm về mặt kinh tế ,đơn giản và đặc tính cơ cứng. Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp cơ khí, trong phạm vi không rộng lắm. Khi máy yêu cầu phạm vi tốc độ rộng thường sử dụng động cơ lồng sóc hai hay nhiều tốc độ. Một trong những đặc điểm của máy tiện cở nặng là yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ trong vi rộng. Vì vậy phần nhiều người ta dùng động cơ địên một chiều kết hợp với tốc độ 3- 4cấp. Điều chỉnh tốc độ điện khí được thực hịên bằng cách thay đổi từ thông động cơ, hoặc bằng phương pháp điều chỉnh 2 vùng.  Yêu cầu truyền động Truyền động chính Truyền động chính cần được đảo chiều quay để đảm bảo quay chi tiết theo cả hai chiều,ví dụ khi tiện ren trái và phải, phạm vi điều chỉnh tốc độ trục chính D < (40 125)/1 với độ trơn điều chỉnh  = 1.06 và 1.21 và công suất là hằng số (Pc = const). Ở chế độ xác lập, hệ thống truyền động điện cần đảm bảo độ cứng đặc tính cơ trong phạm vi điều chỉnh tốc độ với sai số tĩnh nhỏ hơn 10% khi phụ tải thay đổi từ không đến định mức. Quá trình khởi động, hãm yêu cầu phải bôi trơn, tránh va đập trong bộ truyền.Đối với máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng dùng gia công chi tiết có đường kính lớn,để đảm bảo tốc độ cắt tối ưu và không đổi (v = const) khi đường kính chi tiết thay đổi, thì phạm vi điều chỉnh tốc độ được xác định bởi phạm vi thay đổi tốc độ dài và phạm vi thay đổi đường kính: D= ω_max/ω_min = v_max/D_(ct min) ∶v_min/D_(ct max) = v_(max )/v_min × D_(ct max)/D_(ct min) Ở những máy tiện cỡ nhỏ và trung bình, hệ thống truyền động chính thường là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và hộp tốc độ có vài cấp tốc độ. Ở các máy tiện cỡ nặng, máy tiện đứng, hệ thống truyền động chính điều chỉnh hai vùng, sử dụng hệ thống :bộ biến đổi động cơ điện một chiều (BBĐ-Đ) và hộp tốc độ: khi v < vgh đảm bảo M = const; khi v>vgh thì P = const. Bộ biến đổi có thể là máy phát một chiều hoặc bộ chỉnh lưu dùng thiristor. Truyền động ăn dao Truyền động ăn dao cần phải đảo chiều quay để đảm bảo ăn dao hai chiều. Đảo chiều bàn dao có thể thực hiện bằng đảo chiều động cơ điện hoặc dùng khớp ly hợp điện tử. Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động ăn dao thường là D = (50 300)/1 với độ trơn điềuchỉnh  = 1.06 và 1.21 và mômen không đổi (M = const).Ở chế độ làm việc xác lập, độ sai lệch tĩnh yêu cầu nhỏ hơn 5% khi phu tải thay đổi từ không đến định mức. Động cơ cần khởi động và hãm êm. Tốc độ di chuyển bàn dao của máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng cần liên hệ với tốc độ quay chi tiết để đảm bảo giữ nguyên lượng ăn dao. Ở máy tiện cỡ nhỏ thường truyền động ăn dao được thực hiện từ động cơ truyền động chính, còn ở những máy tiện nặng thì truyền động ăn dao được thực hiện từ một động cơ riêng là động cơ một chiều cấp điện từ bộ khuếch đại máy điện hoặc bộ chỉnh lưu có điều khiển. 1.3.3 Truyền động phụ Truyền động phụ của máy tiện không yêu cầu điều chỉnh tốc độ và không có cầu gì đặc biệt nên thường sử dụng động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc kết hợp với hộp tốc độ.  CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 2.1 Giới thiệu chung về động cơ một chiều 2.1.1 Cấu tạo, phân loại động cơ điện một chiều a,. Cấu tạo của động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần động. - Phần tĩnh hay stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường nó gồm có: +) Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ bằng nam châm điện), mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc). Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ, các cuộn dây điện từ nay được mắc nối tiếp với nhau. +) Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau +) Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. +) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. +) Các bộ phận khác: Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang. Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ, sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại. - Phần quay hay rôto: Bao gồm những bộ phận chính sau. +) Phần sinh ra sức điện động gồm có: Mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với nhau. Trên mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng. Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một qui luật nhất định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng gọi là phiến góp, các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp. Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo. +) Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto. +) Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài Kw thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật, dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit. +) Cổ góp: Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được dễ dàng. b,Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều - Phân loại động cơ điện một chiều Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ta có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng: +) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ. +) Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng. +) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tếp với phần ứng. +) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có 2 cuộn dây kích từ, một cuộn mắc song song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng. - Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải..., cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành... mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện...). Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn. Nhưng do những ưu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại. +) Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần....) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao. +) Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ. 2.1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều a, Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau. Do có phiếu góp chiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi. Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều của suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ chiều sđđ Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động. Khi đó ta có phương trình: U = Eư + Rư.Iư b,. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn độc lập nhau. Lúc này động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập[2]. Hình 2.1: Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Ta có phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: Uư = Eư + (Rư + Rf)Iư (2.1) Trong đó: Uư: Điện áp phần ứng, V Eư: Sức điện động phần ứng, V Rư: Điện trở mạch phần ứng, Ω Iư: Dòng điện của mạch phần ứng, A Với: Rư = rư + rcf + rb + rct rư: Điện trở cuộn dây phần ứng rcf: Điện trở cuộnN dây cực từ phụ rct: Điện trở tiếp xúc cuộn bù Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức: E=(P.N )/2πa.ϕ.ω=K.ϕ.ω (2.2) Trong đó: P: Số đôi cực từ chính N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a: Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng ?: Từ thông kích từ dưới một cực từ ?: Tốc độ góc (rad/s) K=(P.N )/2πa: Hệ số cấu tạo của động cơ Từ (2.1) và (2.2) ta có: ω=U/(K.ϕ)-(R_u+R_f)/(K.ϕ) (2.3) Biểu thức trên là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ Mặt khác, mô men điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi M_đt=K.ϕ.I_ư (2.4) Với I=M_đt/(K.ϕ) : thay giá trị I vào (2.3) ta có ω=U/(K.ϕ)-(R_u+R_f)/(K.ϕ)^2 .M_đt (2.5) Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mô men điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là: Mđt = Mcơ = M ω=U_u/(K.ϕ)-(R_u+R_f)/(K.ϕ)^2 .M (2.6) Đây là phương tình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thông ?= const, thì các phương trình đặc tính cơ điện (2.3) và phương trình đặc tính cơ (2.6) là tuyến tính. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên hình 2.2 là những đường thẳng. Theo các đồ thị, khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có: ω=U/(K.ϕ) =ω_0 ω_0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Hình 2.2: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện một chiều Khi ? = 0 ta có: I= U/(R_u+R_f )= I_nm (2.7) M=K.ϕ.I_nm=M_nm (2.8) Inm và Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch. Ngoài ra phương trình đặc tính (2.3) và (2.6) cũng có thể được viết dưới dạng: ω=U/(K.ϕ)-R/(K.ϕ).I=ω_0-∆ω (2.9) ω=U/(K.ϕ)-R/〖(K.ϕ)〗^2 .M=ω_0-∆ω (2.10) Trong đó: R=R_u+R_f (2.11) ω_0=U/(K.ϕ) (2.12) ∆ω=R/(K.ϕ).I=R/〖(K.ϕ)〗^2 .M (2.13) ∆ω được độ sút tốc độ ứng với giá trị của M. Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có 3 tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: từ thông ?động cơ ? , điện áp phần ứng Uư, điện trở phần ứng động cơ. 2.2 Lựa chọn phương án truyền động 2.2.1 Phương án 1: Hệ thống truyền động máy phát-động cơ(F-Đ) Hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ) là hệ truyền động điện mà BBĐ điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha kéo quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi. Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống F - Đ đơn giản +Trong đó: - Đ : Là động cơ điện một chiều kéo cơ cấu sản xuất, cần phải điều chỉnh tốc độ. - F : Là máy phát điện một chiều, đóng vai trò là BBĐ, cấp điện cho động cơ Đ. - ĐK : Động cơ KĐB 3 pha kéo máy phát F, K có thể thay thế bằng một nguồn năng lượng khác. - K : Máy phát tự kích, để cấp nguồn điện cho các cuộn kích từ CKF và CKĐ. Đối với hệ thống F - Đ ta có thể điều chỉnh tốc độ theo hai hướng như sau: + Để cho n_Đ < n_cb: Điều chỉnh biến trở R_KF của máy phát tăng để giảm dòng điện qua cuộn kích từ CKF thay đổi, do đó từ thông kích từϕ_F của máy phát thay đổi (giảm), làm cho U_F giảm, tốc độ động cơ giảm xuống đạt n_Đ < n_cb. Như vậy, bằng cách điều chỉnh biến trở R_KF, ta điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ Đ trong khi giữ từ thông không đổi: ϕ_Đ=ϕđm + Đảo chiều: Cặp tiếp điểm T đóng hoặc N đóng, dòng điện kích từ máy phát I_CKF đảo chiều, do đó đảo chiều từ thông ϕ_F, do đó U_F đảo dấu, dẫn đến động cơ Đ đảo chiều. Khi thực hiện hãm thì động cơ Đ sẽ qua 2 giai đoạn hãm tái sinh: + Tăng ϕ_Đ về định mức. + Giảm điện áp phần ứng động cơ về 0 2.2.2 Hệ thống máy phát động cơ F - Đ với các phản hồi có sử dụng máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ) + Nhược điểm của hệ F - Đ đơn giản trên là: - Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính tự nhiên - Khi phụ tải thay đổi làm tốc độ động cơ thay đổi, không có khả năng ổn định tốc độ. Điều đó không đáp ứng được yêu cầu ổn định tốc độ của hệ. Nên phải đưa các khâu phản hồi để ổn định tốc độ động cơ của hệ thống được duy trì không đổi. a, Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc. Roto của FT được nối đồng trục với rotor động cơ. Điện áp phát ra của FT tỉ lệ bậc nhất với tốc độ của động cơ. Ta có: F_2=I_2 W_2 E_FT=K_e ϕ_FT n_FT U_FH =  .ω_dc với  là hệ số phản hồi âm tốc độ Hệ thống này có khả năng ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi nhờ khâu phản hồi âm tốc độ: Khi động cơ đang làm việc với phụ tải M_c và tốc độ đạt yêu cầu n_yc. Vì lý do nào đó, mômen phụ tải đặt lên trục động cơ thay đổi khác n_yc thì nhờ quá trình phản hồi âm tốc độ hệ thống sẽ tự động ổn định tốc độ đạt n_yc. Hình 2.4: Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ Quá trình tự động này được giải thích như sau: Giả sử khi M_c tăng sẽ làm cho n_Đ giảm < n_yc. Mà khi n giảm nên E_FT giảm do đó I_2 giảm  F_2 giảm nên F = F_1 -F_2 tăng dẫn đến E_KĐMĐ tăng nên U_Đ tăng do đó n tăng đạt đến n_yc. Và khi M_c giảm thì quá trình sẽ tự động xảy ra theo chiều ngược lại để tốc độ động cơ đạt n_yc. +Phương trình cân bằng sức từ động: F = F_1 - F_2 Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định được tốc độ của hệ truyền động vừa tự động điềuchỉnh gia tốc của hệ khi khởi động.Có thể tiến hành điều chỉnh ở vùng tốc độ rất thấp do đó mở rộng được phạm vi điều chỉnh. Chất lượng điều chỉnh cũng như ổn định tốc độ rất tốt. b, Hệ thống F- Đ với âm dòng có ngắt Khi thực hiện các phản hồi trong hệ F - Đ, tốc độ động cơ được duy trì không đổi theo tốc độ đặt cho trước. Khi xảy ra quá tải, động cơ có thể bị cháy. Việc sử dụng các thiết bị bảo vệ có thể gây phức tạp cho quá trình vận hành. Do đó người ta đưa vào hệ thống khâu phản hồi âm dòng có ngắt. + Phản hồi được thực hiện qua điện trở R và khâu so sánh gồm U_ss, 〖R 〗_ssvà van D. + Khi I_ư bé hơn trị số cho phép thì U_ph < U_ss do đó van D khóa nên F_2= 0. + Khi Iư lớn hơn Icp dẫn đếU_ph > U_ss do đó van D mở nên F_2  0  F = F_1 -F_2 giảm xuống làm giảm s.t.đ của MĐKĐ, dẫn đến kích thích máy phát giảm, động cơ giảm tốc độ nên động cơ được bảo vệ. Hình 2.5: Hệ thống F - Đ với phản hồi âm dòng có ngắt c, Đánh giá hệ thống F- Đ Ưu điểm: + Trong mạch lực của hệ thống không có phần tử phi tuyến nên hệ thống có những đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển đổi các chế độ làm việc. + Khi phối hợp cả điều chỉnh tốc độ 2 vùng: Điều chỉnh kích thích máy phát và điều chỉnh kích thích động cơ, đảo chiều quay bằng đảo chiều quay bằng cách đảo chiều kích thích máy phát. Động cơ sẽ có các chế độ làm việc như sau: + Hãm động năng khi kích thích máy phát bằng không + Hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ Hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với tải có tính thế năng (khi hạ tải trọng)  Như vậy hệ thống F - Đ có đặc tính điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng toạ độ. + Ưu điểm nổi bật của hệ thống là khả năng quá tải lớn, sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt. + Do các phần tử trong hệ thống là tuyến tính nên quá trình quá độ của hệ thống rất tốt. + Có khả năng giữ cho đặc tính có độ cứng cao và không đổi trong suốt giải điều chỉnh. + Hệ số cos khá cao. Nhược điểm Nhược điểm cơ bản của hệ thống F - Đ là sử dụng nhiều máy điện quay do đó chiếm diện tích không gian lớn, gây tiếng ồn lớn trong quá trình làm việc. Máy phát điện một chiều có từ dư lớn nên điều chỉnh tốc độ ở vùng tốc độ thấp và rất thấp rất khó khăn. Hệ thống F - Đ rất thích hợp với các truyền động có phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, phụ tải biến động trong phạm vi rộng, quá trình quá độ chiếm phần lớn thời gian làm việc của hệ thống (thường xuyên khởi động, hãm, đảo chiều...) 2.2.3 Phương án 2: Hệ truyền động Thiristor – Động cơ (T-Đ) Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động, động cơ điện một chiều kích từ động lập. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc phần cảm động cơ thông qua các bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu dòng thiristor. a,Sơ đồ hệ thống Hình 2.4: Hệ truyền động T – Đ + Hoạt động của hệ thống: - Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn điện 1 chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ Đ. - Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ hay nhiều bộ, sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu. - Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R và đưa vào bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi. - Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để nâng cao tính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống. b,Đánh giá về hệ thống Ưu điểm : + Hệ thống sử dụng các phần tử bán dẫn nên có độ tác động nhanh nhạy, hệ số khuếch đại lớn, khả năng điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh rộng D = (100 1000). + Hệ thống làm việc khá ổn định, không gây ồn ào, gọn nhẹ nên có thể giảm kích thước hình học của máy. + Vì hệ thống chủ yếu chỉ sử dụng các linh kiện điện tử nên tiêu tốn công suất riêng rất nhỏ, giá thành hệ thống thấp.. Nhược điểm : + Khả năng làm việc ổn định với phụ tải nhỏ khá hạn chế. + Hệ số cos nói chung của hệ thống thấp (0,6  0,65). + Khi hệ thống truyền động có công suất lớn, dòng điện không sin gây ra tổn hao phụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới. + Mạch điều khiển phức tạp. 2.3 Lựa chọn phương án truyền động Qua phân tích sơ bộ hai phương án truyền động trên: Hệ thống truyền động F – Đ và T - Đ.Ta thấy: Mỗi hệ thống đều có những ưu điểm riêng và nhược điểm riêng. Nhưng nhìn chung, điều khiển động cơ bằng bộ biến đổi thiristor là phương pháp linh hoạt nhất hiện nay. Nó cho phép dùng những tín hiệu công suất nhỏ lấy từ các khí cụ không tiếp điểm để tạo ra được các đặc tính tĩnh và động của động cơ thoả mãn yêu cầu công nghệ. Dùng thiristor ta có thể thực hiện nhiều trạng thái mà hệ thống F – Đ cũng như các hệ khác không thể hoặc khó thực hiện được. Nhờ BBĐ thiristor mà các trạng thái cưỡng bức của truyền động điện trở nên ổn định hơn. Vì thiristor không có quán tính nên trong hệ truyền động chỉ còn hai nơi tích luỹ năng lượng, được đặc trưng bởi hai lượng quán tính: quán tính cơ của phần ứng động cơ mang bộ phận làm việc của máy và quán tính điện trở của máy phần ứng. Do đó so với hệ F - Đ sử dụng hệ T - Đ có quá trình quá độ hợp lí hơn, nên ta có thể tạo ra được những thiết bị tổ hợp hiện đại về công nghệ, để gia công các sản phẩm với chất lượng tốt hơn, tốc độ cao hơn, độ tin cậy cao, tiết kiệm năng lượng, luôn sẵn sàng khởi động, bảo dưỡng đơn giản, không gây ồn ào, giá thành hạ hơn do vậy ta lựa chọn sử dụng hệ T - Đ làm hệ truyền động chính máy tiện.  CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Lựa chọn thiết bị, mạch động lực 3.1.1 Lựa chọn mạch động lực Bộ biến đổi van có thể chia làm 2 loại đấu dây chính là đấu dây hình tia và hình cầu, sau đây ta sẽ phân tích từng loại. a, Chỉnh lưu cầu ba pha Hình 3.1 : Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu ba pha +Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng gồm 6 triristor chia thành 2 nhóm : -Nhóm katốt chung gồm 3 triristor : T_1, T_3, T_5. -Nhóm anốt chung gồm 3 triristor : T_2, T_4, T_6. Hình 3.2 : Sơ đồ mạch động lực - Các van chỉnh lưu có điều khiển từ T_1T_6 dùng để biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha bên thứ cấp BA là U_a , U_b, U_c thành điện áp một chiều đặt lên phụ tải gồm R , L, E. Chỉ số của các van trong sơ đồ mạch động lực khác so với trong sơ đồ tổng quát, ký hiệu ở sơ đồ động lực là chỉ số van trên sơ đồ nêu lên thứ tự làm việc của các van. Nguyên lý hoạt động. Giả thiết〖 T〗_5 , T_6 đang cho dòng chạy qua. + Khi θ=θ_1=π/6 +a cho xung điều khiển mở T_1. Triristor này mở vì U_a > 0. Sự mở của T_1 làm cho T_5 khóa lại vì U_2a > U_2c. Lúc này T_6, T_1 cho dòng điện đi qua. Điện áp ra trên tải : U_d=U_ab=U_2a-U_2b. + Khi θ=θ_2=3π/6 +a cho xung điều khiển mở T_2. Triristor này mở vì T_6 dẫn dòng U_2b lên katốt T_2mà U_2b > U_2c. . Sự mở của T_2 làm cho T_6 khóa lại vì U_2b > U_2c. Các xung điều khiển lệch nhau π/3 lần lượt đưa đến các cực của triristor theo thứ tự 1,2,3,4,5,6,1 ,… Trong mỗi nhóm khi 1 triristor mở nó sẽ khóa triristor trước nó. Bảng 3.1 :Thời điểm đóng mở của triristor. Thời điểm Mở Khóa θ_1=π/6 +a T_1 T_5 θ_2=3π/6 +a T_2 T_6 θ_3=5π/6 +a T_3 T_1 θ_4=7π/6 +a T_4 T_2 θ_5=9π/6 +a T_5 T_3 θ_6=11π/6 +a T_6 T_4 +Điện áp trung bình trên tải : U_d=(3√6 π)/π +cosa +Dòng điện chạy qua các van : I_Ttb=I_d/3 +Điện áp ngược cực đại đặt lên van : U_ngmax=√6 .U_2 +Công suất tính toán máy biến áp : S_ba=π/3 .P_d Đồ thị điện áp và dòng điện Hình 3.3: Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu cầu 3 pha Ưu điểm : + Điện áp ra đập mạch nhỏ do vậy mà chất lượng điện áp tốt. + Hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt do dòng điện chạy trong van đối xứng. + Điện áp ngược trên van là lớn nhưng do Udo = 2,34U2 -> nó có thể được sử dụng với điện áp khá cao. Nhược điểm : + Cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha nên rất phức tạp. + Sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên cũng không phù hợp với cấp điện áp ra tải dưới 10 V. . + Nó gây khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa b, Chỉnh lưu tia ba pha Chỉnh lưu tia ba pha có cấu tạo từ một biến áp ba pha với thứ cấp đấu sao có trung tính, ba van bán dẫn nối cùng cực tính đối với tải, ba đầu katốt của 3 van bán dẫn nối cùng cực tính để nối tới tải, ba đầu Anốt nối tới các pha biến áp, tải được nối giữa đầu nối chung của van bán dẫn với trung tính như hình vẽ Hình 3.4 : Mạch chỉnh lưu tia ba pha Nguyên lý hoạt động Giả sử trong 1/3 chu kỳ đầu tiên điện áp trên Anot của thiristor T1 dương nhất, khi cấp xung điều khiển cho T1 thì T1 mở dòng qua T1 qua R,L và chạy về nguồn, trong 1/3 chu kỳ tiếp theo T2 phân cực thuận giải thích tương tự như trên thì dòng sẽ qua T2 qua R,L và chạy về nguồn, tương tự 1/3 chu kỳ cuối dòng qua T3 qua R,L và về nguồn. + Giá trị trung bình của điện áp trên tải: + Giá trị điện áp ngược trên van: + Dòng điện trung bình chảy qua triristor: + Số lần đập mạch trong một chu kỳ là 3 Đồ thị điện áp và dòng điện Hình 3.5 : Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu tia ba pha Ưu điểm So với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, do chỉ có một van dãn nên sụt áp trên van là nhỏ  công suất tiêu thụ của van nhỏ.Việc điều khiển các van tương đối đơn giả. Nhược điểm Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra tải chưa thật tốt lắm. Điện áp ra có độ đập mạch lớn  xuất hiện nhiều thành phần điều hoà bậc cao. Hiệu suất sử dụng máy biến áp không cao. Từ yêu cầu thiết kế về chất lượng điện áp một chiều tốt để có thể cung cấp cho phần ứng động cơ điện một chiều kích từ độc lập, đảm bảo phù hợp yêu cầu công nghệ máy bào giường, nên em chọn sử dụng mạch chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu 3 pha điều khiển đối xứng là hợp lý hơn cả. 3.1.2. Sơ đồ mạch động lực của hệ truyền động. Trên sơ đồ : ATM là áp tô mát nguồn, làm nhiệm vụ đóng cắt nguồn và bảo vệ ngắn mạch phía sơ cấp MBA. BA là máy biến áp 3 pha , biến điện áp lưới thành điện áp phù hợp với yêu cầu của bộ chỉnh lưu và phù hợp điện áp đặt lên phần ứng động cơ. K là tiếp điểm thường mở của công tắc tơ, đóng cắt nguồn sau biến áp. BI là bộ biến dòng, cấp phản hồi âm dòng điện đưa tín hiệu đến khâu hạn chế dòng điện. BBĐ1, BBĐ2: là 2 bộ biến đổi (chỉnh lưu) triristor mắc song song ngược (cầu kép 3 pha) cấp nguồn cho phần ứng động cơ Đ. Đ: là động cơ 1 chiều, kích từ độc lập, kéo bàn máy chuyển động. CB1, CB2, CB3, CB4: là các cuộn kháng cân bằng để hạn chế dòng điện cân bằng. R - C: Là các tụ điện và điện trở , chức năng để bảo vệ cho các tiristor khỏi bị đánh thủng do quá gia tốc điện áp (du/dt ) khi xảy ra quá độ trong mạch (như quá trình chuyển mạch) của các tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu hoặc khi đóng cắt không tải của máy biến áp. Ngoài ra mạch R-C còn có tác dụng rẽ mạch dòng điện ngược đối với các tiristor. Để bảo vệ quá gia tốc dòng (di/dt) trong sơ đồ ta lợi dụng các cuộn cảm là cuộn kháng lọc san bằng và các cuộn dây thứ cấp máy biến áp động lực. FT: Là máy phát tốc chức năng để lấy tín hiệu phản hồi âm tốc độ. Tín hiệu điện áp trên mạch phần ứng của máy FT được lấy ra có trị số tỷ lệ với tốc độ động cơ sử dụng làm tín hiệu phản hồi âm tốc độ. AT1: Là áptômát bảo vệ khởi động từ D,M: Là các nút ấn thường đóng và thường mở của khởi động từ. Hình 3.6 : Sơ đồ mạch động lực của hệ chỉnh lưu cầu ba pha thiristor hệ T-Đ. 3.1.3 Các thông số của động cơ. Động cơ một chiều có các thông số sau : P = 35 Kw ; Udm = 220 V ; Idm = 160 A ; Rư = 0,075 Ω ; Jd = 2,7 Kg.m2 ; Rkt = 95,5 Ω ; Wkt = 1600 Vòng ; Iktdm = 1,64 A ; Số đôi cực : p = 2 ; Tốc độ của rôto : ndm = 1500 vòng/phút ; nmax = 2200 vòng/phút ; . Tính chọn thiristor : Tính chọn thiristor dựa vào các yếu tố cơ bản như: dòng điện tải, sơ đồ chỉnh lưu, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc. Điện áp ngược lớn nhất mà thiristor phải chịu : Trong đó : , Điện áp ngược của van cần chọn: Unv = Kdtu.Unmax = 1,8.230,27 = 414,49 V Trong đó : Kdtu : Hệ số dự trữ điện áp, thường chọn Kdtu = 1,8 -Dòng điện làm việc của van đựơc tính theo dòng hiệu dụng : Idm=160 A Ilv = Ihd = khd.Id = (do trong sơ đồ cầu ba pha, hệ số dòng điện hiệu dụng: khd = ). Chọn thiristor làm việc với điều kiện có cánh tản nhiệt và đủ diện tích tản nhiệt, không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện có dòng điện định mức của van cần chọn : Idm = ki.Ilv = 3,2. 92,37 = 295,584A ki : Hệ số dự trữ dòng điện, chọn ki = 3,2. Để chọn thiristor làm việc với các tham số định mức cơ bản trên, ta tra bảng thông số van, chọn các van có thông số điện áp ngược, dòng điện định mức lớn hơn gần nhất với thông số đã tính. Vậy ta chọn thiristor cho mạch động lực loại TF440-06X có các thông số sau: Dòng điện định mức của van: Idm = 400 (A) Điện áp ngược cực đại của van: UnT = 600(V) Đỉnh xung dòng điện : Ipk = 4000 (A) Độ sụt áp trên thirisor : ∆UT = 2,0(V) Dòng điện của xung điều khiển : Ig =200(mA) Điện áp của xung điều khiển : Ug = 3,0 (V) Dòng điện rò : Ir =25 (mA) Nhiệt độ làm việc cực đại: Tmax= 125 0C Tốc độ biến thiên điện áp: =200(V/µs) Thời gian chuyển mạch : tcm = 15 (µs) . Tính toán máy biến áp chỉnh lưu: Để chọn các thiết bị trong mạch động lực cũng như mạch bảo vệ, trước hết cần xác định điện áp ra của bộ biến đổi Thiristor. Chọn máy biến áp ba pha ba trụ có sơ đồ nối dây ∆/Y, làm mát tự nhiên bằng không khí. Máy biến áp là một bộ phận quan trọng của hệ thống điện, thực hiện các chức năng sau. Biến đổi điện áp nguồn cho phù hợp với yêu cầu sơ đồ phụ tải. Bảo đảm sự cách ly giữa phụ tải với lưới điện để vận hành an toàn và thuận tiện - Biến đổi số pha cho phù hợp với số pha của sơ đồ phụ tải. Tạo điểm trung tính cho sơ đồ hình tia. Hạn chế dòng điện ngắn mạch trong chỉnh lưu và hạn chế mức tăng dòng Anốt để bảo vệ van. Cải thiện hình dáng sóng điện lưới làm cho nó đỡ biến dạng so với hình sin, do đó nâng cao chất lượng điện áp lưới. Tính các thông số cơ bản : Tính công suất biểu kiến của máy biến áp : SBA = Ks.Pdm = 1,05.35000 = 36750 (VA) - Điện áp pha sơ cấp máy biến áp : U1 = 380 V Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : Phương trình cân bằng điện áp khi có tải : Ud0.cosαmin = Ud + 2∆UV + 2∆Udm + ∆UBA Trong đó : αmin = 00 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới ∆UV = 2 V là sụt áp trên thiristor ∆Udm ≈ 0 là sụt áp trên dây nối ∆UBA = ∆Ur + ∆Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng trên máy biến áp Chọn sơ bộ : ∆UBA = 6%.Ud = 0,06. 220 = 13,2 V Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có : Điện áp pha thứ cấp máy biến áp : Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp : Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp : I1 = kBA.I2 = .130,639 = 37,129 A Xác định kích thước của mạch từ. Tiết điện sơ bộ trụ . QFe = Trong đó : kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6. m : Số trụ của máy biến áp, m = 3. f : Tần số của nguồn xoay chiều, f = 50 Hz. Thay vào ta có : QFe = 93,915 Đường kính trụ : d = =10,93 cm Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d = 11 cm. Chọn loại thép kỹ thuật điện , các lá thép có độ dày 0,5 mm. Chọn sơ bộ mật độ từ cảm trong trụ BT = 1 T. Chọn tỷ số m= = 2,3. Suy ra h = 2,3d = 2,3. 11 = 25,3 cm. ( Thông thường m = 2 ÷ 2,5 ). Chọn chiều cao trụ h = 25 cm. Tính toán dây quấn Số vòng dây mổi pha sơ cấp máy biến áp : vòng Lấy W1 = 182 vòng. Số vòng dây mổi pha thứ cấp máy biến áp : W2 = vòng Lấy W2 = 52 vòng. chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp : Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 A/mm2. Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp : S1= mm2 Chọn dây dẫn thiết diện hình chũ nhật, cách điện cấp B. Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 14,2 mm2. Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S1cd = a1 × b1 = 1,68 × 8,6 mm. Tính lại mật độ dòng điện trong cuôn sơ cấp : J1 = A/2 mm2 Thiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp : S2 = mm2 Chọn dây dẫn có tiết diện chữ nhật, có cách điện cấp B. Chuẩn hoá tiết diện theo chuẩn : S2 = 50,1 mm2 Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S2cd = a2 × b2 = 5,1 × 10 mm. Tính lai mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp : J2 = = 2,607A/ mm2 * Kết cấu dây quấn sơ cấp. Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục. Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp : W11 = vòng Trong đó : kc : Là hệ số ép chặt, lấy kc = 0,95. h : Chiều cao trụ h = 25 cm. hg : Khoảng cách từ gông đế cuộn dây sơ cấp. Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông hg = 1,5 cm. Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp : n11 = lớp. Chọn số lớp n11 = 8lớp. Như vậy có 182 vòng chia thành 8 lớp, vậy 7 lớp đầu có 24 vòng và lớp thứ 8 có 182– 6. 24 = 14 vòng. Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp : h1 = cm. Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày : S01 = 0,1 cm. Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : a01 = 1 cm. Đường kính trong của ống cách điện : Dt = dFe + 2a01 – 2S01 = 11 + 2. 1 – 2. 0,1 = 12,8 cm. -Đường kính trong của của cuộn sơ cấp : Dt1 = Dt + 2S01 = 12,8 + 2. 0,1 = 13 cm. - Chọn bề dày cách điện giữa các lớp ở cuộn sơ cấp : cd11 = 0,1 mm. - Bề dày cuộn sơ cấp : Bd1 = ( a1 + cd11 ).n11 = ( 1,68 + 0,1 ).8 = 14,24 mm = 1,424 cm. - Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp : Dn1 = Dt1 + 2Bc1 = 13 + 2. 1,424 = 15,848 cm. Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp : Dtb1 = = 14,424 cm. - Chiều dài dây quấn sơ cấp : l1 = W1.π.Dtb = π. 182. 14,424 = 8143,146 cm = 81,4 m. Chọn bề dày cách điện giữa hai cuộn sơ cấp và thứ cấp : cd0 = 1 cm. Kết cấu dây quấn thứ cấp. Chọn sơ bộ cuộn chiềi cao cuộn thứ cấp : h2 = h1 = 12,6(cm). Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp : W12 = = 12vòng. Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp: nl2 = =4,3 lớp . chọn n12 = 5 lớp. chọn 4 lớp đầu12 vòng lớp ngoài 4 vòng. - Chiều cao thực tế của cuộn thứ nhất : h2 = cm . Đường kính trong của cuộn thứ cấp : Dt2 = Dn1 + 2a12 = 15,848 + 2. 1 = 17,848 cm . Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp : cd22 = 0,1 mm. Bề dày cuộn thứ cấp : Bd2 = ( b2 + cd22 ). nl2 = ( 1 + 0,01 ). 4 = 4,04 cm. - Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp : Dn2 = Dt2 + 2.Bd2 = 17,848 + 2. 4,04 = 25,564 cm. Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp : Dtb2 = cm. Chiều dài dây quấn thứ cấp: l2 = π.W2.Dtb2 = π. 52. 21,706 = 3545,953cm =35,5 m. Đường kính trung bình của các cuộn dây : D = cm. Suy ra : r = = 9,461 cm. * Các thông số của máy biến áp : Điện trở trong của cuộn sơ cấp máy biến áp ở 75oC : R1 = Trong đó : ρ = 0,02133 Ω.mm2/m. Điện trở trong của cuộn thứ cấp máy biến áp ở 75oC R2 = Ω. - Điện trở máy biến áp quy đổi về thứ cấp : RBA = Ω Sụt áp trên điện trở máy biến áp : Δur = RBA.Id = 0,025. 160 = 4V. - Điện kháng máy biến áp quy đổi về thứ cấp: XBA = XBA= XBA = 0,09 Ω . Điện cảm máy biến áp quy đổi về thứ cấp : LBA = H=0,286mH. Sụt áp trên điện kháng máy biến áp : V Điện áp ngắn mạch tác dụng : Unr = Điện áp ngắn mạch phản kháng: Unx = - Điện áp ngắn mạch phần trăm: Un= Công suất máy biến áp biểu kiến SBA = 36,75 kVA Điện áp pha sơ cấp U1 = 380 V Điện áp pha thứ cấp U2 = 108 V Dòng điện hiệu dụng sơ cấp I1 = 34,1 A Dòng điện hiệu dụng thứ cấp I2 = 130,639A Số vòng dây mổi pha sơ cấp W1 = 182 vòng Số vòng dây mổi pha thứ cấp W2 = 52 vòng Chiều dài dây quấn sơ cấp l1 = 81,4 m Chiều dài dây quấn thứ cấp l2 = 35,5 m Điện trở trong cuộn sơ cấp R1 = 0,136 Ω Điện trở trong cuộn thứ cấp R2 = 0,015 Ω Điện trở quy đổi về thứ cấp RBA = 0,025 Ω Điện kháng quy đổi về thứ cấp XBA = 0,09 Ω Bảng thông các thông số của máy biến áp động lực. Điện cảm quy đổi về thứ cấp LBA = 0,286mH Điện áp ngắn mạch phần trăm Un = 11,3 % 3.2. Giới thiệu mạch điều khiển. 3.2.1 Sơ đồ nguyễn lý Hình 3.7 :Sơ đồ khối điều khiển thiristor 3.2.2. Nguyên tắc điều khiển: Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển sau : “Thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng arccos”, để thực hiện vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên thiristor. 3.2.2.1.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 thiristor, 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. 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 thái bền ổn định tạo ra xung điều khiển. Hình 3.8 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính Như vậy bằng cách làm biến đổi Ucm, ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra, tức là điều chỉnh góc α. Giữa α và Ucm có quan hệ sau : α = ; Người ta lấy Ucmmax = Usmax 3.2.2.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos : Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp : - Điện áp đồng bộ Us, vượt trước UAK = Um Sinωt của thiristor một góc Us = Um Cosωt . -Điện áp điều khiển Ucm là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ theo hai chiều dương và âm. Nếu đặt Us vào cổng đảo và Ucm vào cổng không đảo của khâu so sánh thì : Khi Us = Ucm, ta sẽ nhận được một xung rất mảnh ở đầu ra của khâu so sánh khi khâu này lật trạng thái : U m Cosα = Ucm Do đó α= arcos( ) Khi Ucm = Um thì α = 0 Khi Ucm = 0 thì α = Khi Ucm = -Ucm thì α =π Hình 3.9 : Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arcoss Như vậy, khi điều chỉnh Ucm từ trị Ucm = +Um, đến trị Ucm = -Um ta có thể điều chỉnh được góc α từ 0 đến α. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arcos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao. 3.2.3. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển: 3.2.3.1. Khâu đồng pha : Sơ đồ ở hình 3.10a là sơ đồ đơn giản, dể thực hiện với số linh kiện ít nhưng chất lượng điện áp tựa không tốt. Độ dài của phần biến thiên tuyến tính của điện áp tựa không phủ hết 1800. Do đó, góc mở van lớn nhất bị giới hạn. Hay nói cách khác, 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. Để khắc phục nhược điểm trên về dãi điều chỉnh của sơ đồ ở hình 3.10a người ta sử dụng sơ đồ tạo điện áp tựa bằng sơ đồ trên hình 3.10b. Theo sơ đồ này, điện áp tựa có phần biến thiên tuyến tính phủ hết nửa chu kỳ điện áp. Do vậy khi cần điều khiển điện áp từ không tới cực đại là hoàn toàn có thể đáp ứng được. Dưới đây ta gới thiệu một số khâu đồng pha cơ bản và ta chọn hình d; Hình -a Hình-b Hình-d Hình 3.10 : Một số khâu đồng pha điển hình. Với sự ra đời của các linh kiện ghép quang, ta có thể sử dụng sơ đồ tạo điện áp tựa bằng bộ ghép quang như hình 3.10c. Nguyên lý và chất lượng của hai sơ đồ trên hình 3.10b và 3.10c tương đối giống nhau. Ưu điểm của sơ đồ trên hình 3.10c 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 trong vùng điện áp lân cận 0 là thiếu chính xác, làm cho việc nạp, xã tụ trong vùng điện áp lưới gần 0 không được như ý muốn. Ngày nay các vi mạch được chế tạo ngày càng nhiều, chất lượng ngày càng cao, kích thước ngày càng gọn, ứng dụng các vi mạch vào thiết kế mạch đồng pha có thể cho ta chất lượng điện áp tựa tốt. Trên sơ đồ 3.10d mô tả việc taọ điện áp tựa dùng khếch đại thuật toán. Hình 3.11 : Giản đồ của khâu đồng pha từ hình 3.10d là. 3.2.3.2. Khâu so sánh : Hình - a Hình - c Hình 3.12 : 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; Để xác định được thời điểm cần mở thiristor, cần so sánh hai tín hiệu Udk và Urc, việc so sánh hai tín hiệu đó có thể được thực hiện bằng tranzitor (Tr) như trên hình 3.12a . 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 thiristor. Với mức độ mở bảo hoà của Tr phụ thuộc vào hiệu Udk ± Urc = Ub, hiệu này có một vùng điện áp nhỏ hàng vài mV, làm cho Tr không làm việc ở chế độ đóng cắt như mong muốn, do đó nhiều khi làm thời điểm mở thiristor bị lệch khá xa so với điểm cần mở tại Udk = Urc. Khếch đại thuật toán có hệ số khếch 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 so sánh là hợp lý. Các sơ đồ so sánh dùng khếch đại thuật toán như hình 3.12b, 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.Ta chọn sơ đồ so sánh hình 3.12b. 3.2.3.3. Khâu khếch đại: Với nhiện vụ tạo xung phù hợp để mở thiristor tầng khếch đại cuối cùng thường được thiết kế bằng tranzitor công suất, như hình 3.13a. Để có xung dạng kim gửi tới thiristor ta dùng biến áp xung, để có khếch đại công suất ta dùng Tr, điot D bảo vệ Tr và cuộn dây sơ cấp biến áp xung khi Tr khoá đột ngột. Mặt dù với ưu điểm đơn giản, nhưng sơ đồ này không được dùng rộng rãi, bởi lẽ hệ số khếch đại của Tranzitor loai này nhiều khi không đủ lớn, để khếch đại được tín hiệu từ khâu so sánh đưa sang. Tầng khếch đại cuối cùng bằng sơ đồ Darlington như hình 3.13b, Thường hay 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 hteo thông số của các Tranzitor. Trong thực tế xung điều khiển chỉ cần có độ rộng bé ( cỡ khoảng 10 đến 200 µs ), mà thời gian mở thông các Tranzitor công suất dài tối đa một nửa chu kỳ cỡ 0,01s, làm cho công suất toả nhiệt dư của Tr quá lớn và kích thước dây quấn sơ cấp biến áp dư lớn. Để giảm nhỏ công suất toả nhiệt Tr và kích thước dây quấn sơ cấp máy biến áp xung, ta có thể thêm tụ nối tầng như hình 3.13c. 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. . c) Hình 3.13 : 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 ; 3.2.3.4. Khâu tạo xung chùm: Đối với sơ một đồ mạch, để giảm dòng công suất cho tầng khếch đại và tăng số lượng cho xung kích mở, nhằm đảm bảo cho thiristor mở một cách chắc chắn, người ta hay phát xung chùm cho các thiristor. Nguyên tắc phát xung chùm là trước khi vào tầng khếch đại, ta đưa chèn thêm một cổng AND (&) với tín hiệu vào nhận từ tầng so sánh và từ bộ phát xung chùm như hình 3.14. Hình 3.14: Sơ đồ phối hợp tạo xung chùm. Hình 3.15 : Đồ thị dạng sóng của khâu tạo xung chùm. Trong thiết kế mạch điều khiển, thường hay sử dụng khếch đại thuật toán. Do đó để đồng dạng về linh kiện, khâu tạo xung chùm cũng có thể sử dụng khếch đại thuật toán. 3.3.1. Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay thế giới đã bước vào một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong mọilĩnh vực Con người biết ứng dụng khoa học kĩ thuật vào sản suất để nâng cao năng suất chất lượng và rút ngắn thời gian sản xuất

Trong nhưng năm gần đây, công nghệ vi điện tử phát triển Sự ra đời của các vi mạch với ưu điểm nhỏ gọn dung lượng lớn với giá thành hợp lí với khả năng của người sử dụng… đã mang lại nhưng thay đổi sâu sắc cho ngành kỹ thuật điện tử

Sự bùng nổ của tiến bộ khoa học kỹ thuật trong các lĩnh vực điện, điện tử, tin học trongnhững năm gần đây đã ảnh hưởng sâu sắc cả về lý thuyết và thực tiễn Ứng dụng rộng rãi có hiệu quả cao trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau Cho nên để củng cố kiến thức

khi học môn học: Đồ án truyền động điện em đã chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống

truyền động chính cho máy tiện với công suất 35KW”.

Được sự hướng dẫn tận tình của Cô giáo ThS.Hoàng Thị Thương , em đã hoàn

thành xong bản đồ án này

Cùng với sự nỗ lực của bản thân nhưng do thời gian, trình độ, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn hẹp nên khong tránh được sai sót Em rất mong được quý thầy cô góp

ý, bổ sung kiến thức, cũng như chỉ bảo cho em để kiến thức của em ngày càng vững

vàng hơn và đặc biệt là có được vốn kinh nghiệm sâu rộng hơn khi tốt nghiệp.

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2022

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY TIỆN

1.1 Khái quát chung

1.1.1 Định nghĩa

Máy tiện là một máy công cụ quay một vật xung quanh một trục quay để thựchiện các hoạt động khác nhau như cắt, chà nhám, gõ, khoan, biến dạng, đối mặt vàxoay, với các công cụ được áp dụng cho phôi để tạo hình một đối tượng có tính đối xứng quay xung quanh trục đó

1.1.2 Cấu tạo

Máy tiện có các thành phần cơ bản sau :

1 Ụ trước 2 Mâm cặp 3Hộp xe da 4  Ổ gá dao 5 Bàn dao dọc 6Ụ sau 7 Bàndao ngang 8Thân máy 9 Hộp công tắc điện 10Trục trơn 11Trục vit me 12 Đếmáy 13 Puli và đai truyền 14 Hộp bước tiến 15 Bộ bánh răng thay thế

1.2 Đặc điểm công nghệ

Hình 1.2 : Hình dạng máy tiện bên ngoài

Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện vạn

năng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện đứng Trên máy tiện có thể thực hiện đượcnhiều công nghệ tiện khác nhau : Tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt đầu, tiện côn,tiện định hình Trên máy tiện có thể thực hiện được doa, khoan và tiện ren, bằng cácdao cắt, dao doa, tarô ren Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cở vài milimétđến hang chục mét (Trên máy tiện đứng)

Chuyển động chính của máy tiện làm việc ở chế độ dài hạn, đó là chuyển động quay của mâm cặp, chuyển động tịnh tiến liên tục của bàn dao Các chuyển động phụ gồmchuyển động phanh cầu dao và ụ sau, kéo phôi, bơm nước, nâng hạ, kẹp và nới xã v.v ởcác máy cở nhỏ, người ta thường dùng động cơ lồng sóc để kéo các truyền động cơ bản Loại động cơ này có ưu điểm về mặt kinh tế ,đơn giản và đặc tính cơ cứng Điều chỉnh tốc

độ bằng phương pháp cơ khí, trong phạm vi không rộng lắm Khi máy yêu cầu phạm vi tốc độ rộng thường sử dụng động cơ lồng sóc hai hay nhiều tốc độ Một trong những đặc điểm của máy tiện cở nặng là yêu cầu điều chỉnh tốc độ động

cơ trong vi rộng Vì vậy phần nhiều người ta dùng động cơ địên một chiều kết hợp với tốc

độ 3- 4cấp Điều chỉnh tốc độ điện khí được thực hịên bằng cách thay đổi từ thông động

cơ, hoặc bằng phương pháp điều chỉnh 2 vùng

1.3 Yêu cầu truyền động

1.3.1 Truyền động chính Truyền động chính cần được đảo chiều quay để đảm bảo quay chi tiết theo cả hai

chiều,ví dụ khi tiện ren trái và phải, phạm vi điều chỉnh tốc độ trục chính D < (40 125)/1với độ trơn điều chỉnh  = 1.06 và 1.21 và công suất là hằng số (Pc = const)

Ở chế độ xác lập, hệ thống truyền động điện cần đảm bảo độ cứng đặc tính cơ trongphạm vi điều chỉnh tốc độ với sai số tĩnh nhỏ hơn 10% khi phụ tải thay đổi từ không đếnđịnh mức Quá trình khởi động, hãm yêu cầu phải bôi trơn, tránh va đập trong bộtruyền.Đối với máy tiện cỡ nặng và máy tiện đứng dùng gia công chi tiết có đường kínhlớn,để đảm bảo tốc độ cắt tối ưu và không đổi (v = const) khi đường kính chi tiết thay đổi,thì phạm vi điều chỉnh tốc độ được xác định bởi phạm vi thay đổi tốc độ dài và phạm vi

thay đổi đường kính:

Ở những máy tiện cỡ nhỏ và trung bình, hệ thống truyền động chính thường là động

cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và hộp tốc độ có vài cấp tốc độ Ở các máy tiện cỡ nặng,máy tiện đứng, hệ thống truyền động chính điều chỉnh hai vùng, sử dụng hệ thống :bộbiến đổi động cơ điện một chiều (BBĐ-Đ) và hộp tốc độ: khi v < vgh đảm bảo M = const;khi v>vgh thì P = const Bộ biến đổi có thể là máy phát một chiều hoặc bộ chỉnh lưu dùngthiristor

1.3.2 Truyền động ăn dao

Truyền động ăn dao cần phải đảo chiều quay để đảm bảo ăn dao hai chiều Đảochiều bàn dao có thể thực hiện bằng đảo chiều động cơ điện hoặc dùng khớp ly hợp điện

tử Phạm vi điều chỉnh tốc độ của truyền động ăn dao thường là D = (50 300)/1 với độtrơn điềuchỉnh  = 1.06 và 1.21 và mômen không đổi (M = const).Ở chế độ làm việc xáclập, độ sai lệch tĩnh yêu cầu nhỏ hơn 5% khi phu tải thay đổi từ không đến định mức.Động cơ cần khởi động và hãm êm Tốc độ di chuyển bàn dao của máy tiện cỡ nặng vàmáy tiện đứng cần liên hệ với tốc độ quay chi tiết để đảm bảo giữ nguyên lượng ăn dao

Ở máy tiện cỡ nhỏ thường truyền động ăn dao được thực hiện từ động cơ truyền độngchính, còn ở những máy tiện nặng thì truyền động ăn dao được thực hiện từ một động cơriêng là động cơ một chiều cấp điện từ bộ khuếch đại máy điện hoặc bộ chỉnh lưu có điềukhiển

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN2.1 Giới thiệu chung về động cơ một chiều

2.1.1 Cấu tạo, phân loại động cơ điện một chiều

a, Cấu tạo của động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phầnđộng

- Phần tĩnh hay stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường nógồm có:

+) Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ bằng namchâm điện), mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc) Dây quấn kích thích haycòn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ, các cuộn dây điện từ nay đượcmắc nối tiếp với nhau

+) Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từlồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thépcacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thépkhối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấnbằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành mộtkhối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ được đặt trêncác cực từ này được nối tiếp với nhau

+) Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính Lõi thép của cực từ phụ thườnglàm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dâyquấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông

+) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trongđộng cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong máy điện lớn thườngdùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

+) Các bộ phận khác:

Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và antoàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụnglàm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang

Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than baogồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi thanđược cố định trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quay được đểđiều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ, sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại

- Phần quay hay rôto: Bao gồm những bộ phận chính sau

gọi là phiến góp, các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trụcgọi là cổ góp hay vành góp

Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành cổgóp nhờ lò xo

+) Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáygây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào Trongnhững động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thànhlõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục Trong những động cơ điện lớn hơn thìlõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi làkhe hở thông gió Khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõisắt

Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục.Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto có thể tiết kiệmthép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

+) Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và códòng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài Kw thường dùng dây có tiết diện tròn Trongmáy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật, dây quấn được cách điện cẩnthận với rãnh của lõi thép

Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặthoặc đai chặt dây quấn Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit

+) Cổ góp: Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp micadày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốphình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôi vànhgóp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được

dễ dàng

b,Phân loại, ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

- Phân loại động cơ điện một chiều

Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người taphân loại theo cách kích thích từ các động cơ Theo đó ta có 4 loại động cơ điện mộtchiều thường sử dụng:

+) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung cấp từhai nguồn riêng rẽ

+) Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song vớiphần ứng

+) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tếp với phầnứng

+) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có 2 cuộn dây kích từ, một cuộn mắcsong song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng

- Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều

Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải , cả máyphát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành

mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến.Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định trong công nghiệp giaothông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm

vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện ) Mặc dù so với động

cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sửdụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn Nhưng do những ưuđiểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại.+) Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phátđiện trong những điều kiện làm việc khác nhau Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điệnmột chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải Nếu như bản thân động cơ khôngđồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biếnđổi đi kèm (như bộ biến tần ) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những cóthể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơnđồng thời lại đạt chất lượng cao

+) Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổi than nênvận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ

2.1.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

a, Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện Các thanh dẫn có

dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều của lực được xácđịnh bằng quy tắc bàn tay trái

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau Do cóphiếu góp chiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khiquay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều của suất điệnđộng được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ chiều sđđ Eư ngược chiều dòngđiện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động Khi đó ta có phương trình: U = Eư + Rư.I

ư

b, Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch

điện kích từ mắc vào hai nguồn độc lập nhau Lúc này động cơ được gọi là động cơ điệnmột chiều kích từ độc lập[2]

Hình 2.1: Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Ta có phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau:

Uư = Eư + (Rư + Rf)Iư (2.1) Trong đó:

Uư: Điện áp phần ứng, V

Eư: Sức điện động phần ứng, V

Rư: Điện trở mạch phần ứng, Ω

Iư: Dòng điện của mạch phần ứng, A Với: Rư = rư + rcf + rb + rct

rư: Điện trở cuộn dây phần ứng

rcf: Điện trở cuộnN dây cực từ phụ

rct: Điện trở tiếp xúc cuộn bù Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

E=P N

2 πa ϕ ω =K ϕ ω (2.2)

Trong đó:

P: Số đôi cực từ chính N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a: Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

Mặt khác, mô men điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi

M đt =K ϕ I ư (2.4) Với I= M đt

K ϕ : thay giá trị I vào (2.3) ta có

Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thông 𝜙= const, thì các phương trình đặc tính

cơ điện (2.3) và phương trình đặc tính cơ (2.6) là tuyến tính Đồ thị của chúng được biểudiễn trên hình 2.2 là những đường thẳng

Theo các đồ thị, khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có: ω= U

K ϕ =ω0

ω0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Hình 2.2: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

Inm và Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch

Ngoài ra phương trình đặc tính (2.3) và (2.6) cũng có thể được viết dưới dạng:

2.2 Lựa chọn phương án truyền động

2.2.1 Phương án 1: Hệ thống truyền động máy phát-động cơ(F-Đ)

Hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ) là hệ truyền động điện mà BBĐ điện là máyphát điện một chiều kích từ độc lập Máy phát này thường do động cơ sơ cấp không đồng bộ 3 pha kéo quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi

Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống F - Đ đơn giản

+Trong đó:

- Đ : Là động cơ điện một chiều kéo cơ cấu sản xuất, cần phải điều chỉnh tốc độ

- F : Là máy phát điện một chiều, đóng vai trò là BBĐ, cấp điện cho động cơ Đ

- ĐK : Động cơ KĐB 3 pha kéo máy phát F, K có thể thay thế bằng một nguồn năng lượng khác

- K : Máy phát tự kích, để cấp nguồn điện cho các cuộn kích từ CKF và CKĐ

 Đối với hệ thống F - Đ ta có thể điều chỉnh tốc độ theo hai hướng như sau:

+ Để cho n Đ < n cb: Điều chỉnh biến trở R KF của máy phát tăng để giảm dòng điện quacuộn kích từ CKF thay đổi, do đó từ thông kích từϕ F của máy phát thay đổi (giảm), làm

cho U F giảm, tốc độ động cơ giảm xuống đạt n Đ < n cb Như vậy, bằng cách điều chỉnh

biến trở R KF, ta điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ Đ trong khi giữ từ thông không đổi:

+ Giảm điện áp phần ứng động cơ về 0

2.2.2 Hệ thống máy phát động cơ F - Đ với các phản hồi có sử dụng máy điện khuyếch đại từ trường ngang (MKĐ)

+ Nhược điểm của hệ F - Đ đơn giản trên là:

- Đặc tính cơ mềm hơn đặc tính tự nhiên

- Khi phụ tải thay đổi làm tốc độ động cơ thay đổi, không có khả năng ổn định tốc độ Điều đó không đáp ứng được yêu cầu ổn định tốc độ của hệ Nên phải đưa các khâu phản hồi để ổn định tốc độ động cơ của hệ thống được duy trì không đổi

a, Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ

Phản hồi được thực hiện qua máy phát tốc Roto của FT được nối đồng trục với rotorđộng cơ Điện áp phát ra của FT tỉ lệ bậc nhất với tốc độ của động cơ

Ta có: F2=I2W2

E FT =K e ϕ FT n FT

U FH =  ω dc với  là hệ số phản hồi âm tốc độ

Hệ thống này có khả năng ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi nhờ khâu phản hồi

âm tốc độ: Khi động cơ đang làm việc với phụ tải M c và tốc độ đạt yêu cầu n yc Vì lý donào đó, mômen phụ tải đặt lên trục động cơ thay đổi khác n yc thì nhờ quá trình phản hồi

Quá trình tự động này được giải thích như sau: Giả sử khi M c tăng sẽ làm cho

n Đ giảm < n yc Mà khi n giảm nên E FT giảm do đó I2 giảm  F2 giảm nên F = F1 -F2

tăng dẫn đến E KĐMĐ tăng nên U Đ tăng do đó n tăng đạt đến n yc Và khi M c giảm thì quá trình sẽ tự động xảy ra theo chiều ngược lại để tốc độ động cơ đạt n yc

+Phương trình cân bằng sức từ động:

F = F1 - F2

Phản hồi âm tốc độ vừa ổn định được tốc độ của hệ truyền động vừa tự động điềuchỉnh gia tốc của hệ khi khởi động.Có thể tiến hành điều chỉnh ở vùng tốc độ rất thấp do đó mở rộng được phạm vi điều chỉnh Chất lượng điều chỉnh cũng như ổn định tốc độ rất tốt

b, Hệ thống F- Đ với âm dòng có ngắt

Khi thực hiện các phản hồi trong hệ F - Đ, tốc độ động cơ được duy trì không đổi theo tốc độ đặt cho trước Khi xảy ra quá tải, động cơ có thể bị cháy Việc sử dụng các thiết bị bảo vệ có thể gây phức tạp cho quá trình vận hành Do đó người ta đưa vào hệ thống khâu phản hồi âm dòng có ngắt

+ Phản hồi được thực hiện qua điện trở R và khâu so sánh gồm U ss, R ssvà van D

+ Khi I ư bé hơn trị số cho phép thì U ph < U ss do đó van D khóa nên F2= 0

+ Khi Iư lớn hơn Icp dẫn đếU ph > U ss do đó van D mở nên F2  0  F = F1 -F2 giảmxuống làm giảm s.t.đ của MĐKĐ, dẫn đến kích thích máy phát giảm, động cơ giảm tốc

độ nên động cơ được bảo vệ

Hình 2.5: Hệ thống F - Đ với phản hồi âm dòng có ngắt

tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển đổi các chế độ làm việc.

+ Khi phối hợp cả điều chỉnh tốc độ 2 vùng: Điều chỉnh kích thích máy phát và điều chỉnh kích thích động cơ, đảo chiều quay bằng đảo chiều quay bằng cách đảo chiều kích thích máy phát Động cơ sẽ có các chế độ làm việc như sau:

+ Hãm động năng khi kích thích máy phát bằng không

+ Hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ

Hãm ngược ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với tải có tính thế năng (khi hạ tải trọng)

 Như vậy hệ thống F - Đ có đặc tính điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng toạ độ.+ Ưu điểm nổi bật của hệ thống là khả năng quá tải lớn, sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt

+ Do các phần tử trong hệ thống là tuyến tính nên quá trình quá độ của hệ thống rất tốt.+ Có khả năng giữ cho đặc tính có độ cứng cao và không đổi trong suốt giải điều chỉnh.+ Hệ số cos khá cao

Nhược điểm

Nhược điểm cơ bản của hệ thống F - Đ là sử dụng nhiều máy điện quay do đó chiếm diện tích không gian lớn, gây tiếng ồn lớn trong quá trình làm việc Máy phát điện một chiều có từ dư lớn nên điều chỉnh tốc độ ở vùng tốc độ thấp và rất thấp rất khókhăn

Hệ thống F - Đ rất thích hợp với các truyền động có phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, phụ tải biến động trong phạm vi rộng, quá trình quá độ chiếm phần lớn thời gian làm việc của hệ thống (thường xuyên khởi động, hãm, đảo chiều )

2.2.3 Phương án 2: Hệ truyền động Thiristor – Động cơ (T-Đ)

Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động, động cơ điện một chiều kích từ động lập Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc phần cảm động

cơ thông qua các bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu dòng thiristor

+ Hoạt động của hệ thống:

- Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn điện 1 chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ Đ

- Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ hay nhiều bộ,

sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu

- Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R và đưa vào

bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi

- Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để nâng cao tính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống

+ Khả năng làm việc ổn định với phụ tải nhỏ khá hạn chế

+ Hệ số cos nói chung của hệ thống thấp (0,6  0,65)

+ Khi hệ thống truyền động có công suất lớn, dòng điện không sin gây ra tổn hao phụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới

+ Mạch điều khiển phức tạp

2.3 Lựa chọn phương án truyền động

Qua phân tích sơ bộ hai phương án truyền động trên: Hệ thống truyền động F – Đ và T

- Đ.Ta thấy: Mỗi hệ thống đều có những ưu điểm riêng và nhược điểm riêng Nhưng nhìn chung, điều khiển động cơ bằng bộ biến đổi thiristor là phương pháp linh hoạt nhất hiện nay Nó cho phép dùng những tín hiệu công suất nhỏ lấy từ các khí cụ không tiếp điểm để tạo ra được các đặc tính tĩnh và động của động cơ thoả mãn yêu cầu công nghệ

Dùng thiristor ta có thể thực hiện nhiều trạng thái mà hệ thống F – Đ cũng như các hệ khác không thể hoặc khó thực hiện được Nhờ BBĐ thiristor mà các trạng thái cưỡng bức của truyền động điện trở nên ổn định hơn Vì thiristor không có quán tính nên trong hệ truyền động chỉ còn hai nơi tích luỹ năng lượng, được đặc trưng bởi hai lượng quán tính: quán tính cơ của phần ứng động cơ mang bộ phận làm việc của máy và quán tính điện trở của máy phần ứng

Do đó so với hệ F - Đ sử dụng hệ T - Đ có quá trình quá độ hợp lí hơn, nên ta có thể tạo

ra được những thiết bị tổ hợp hiện đại về công nghệ, để gia công các sản phẩm với chấtlượng tốt hơn, tốc độ cao hơn, độ tin cậy cao, tiết kiệm năng lượng, luôn sẵn sàng khởi

động, bảo dưỡng đơn giản, không gây ồn ào, giá thành hạ hơn do vậy ta lựa chọn sử dụng

hệ T - Đ làm hệ truyền động chính máy tiện.

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN3.1 Lựa chọn thiết bị, mạch động lực

3.1.1 Lựa chọn mạch động lực

Bộ biến đổi van có thể chia làm 2 loại đấu dây chính là đấu dây hình tia và hình cầu, sau đây ta sẽ phân tích từng loại

a, Chỉnh lưu cầu ba pha

Hình 3.1 : Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu ba pha

+Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng gồm 6 triristor chia thành 2 nhóm :

-Nhóm katốt chung gồm 3 triristor : T1,T3,T5

-Nhóm anốt chung gồm 3 triristor : T2,T4,T6

Hình 3.2 : Sơ đồ mạch động lực

- Các van chỉnh lưu có điều khiển từ T1T6 dùng để biến đổi điện áp xoay chiều

3 pha bên thứ cấp BA là U a, U b,U c thành điện áp một chiều đặt lên phụ tải gồm R , L, E.Chỉ số của các van trong sơ đồ mạch động lực khác so với trong sơ đồ tổng quát, ký hiệu ở

sơ đồ động lực là chỉ số van trên sơ đồ nêu lên thứ tự làm việc của các van

Nguyên lý hoạt động.

Giả thiếtT5 , T6 đang cho dòng chạy qua

+ Khi θ =θ1= π

6+a cho xung điều khiển mở T1 Triristor này mở vì U a > 0 Sự mở của

T1 làm cho T5 khóa lại vì U 2 a > U 2 c Lúc này T6, T1 cho dòng điện đi qua Điện áp ra trêntải : U d =U ab =U 2 a −U 2 b

Bảng 3.1 :Thời điểm đóng mở của triristor.

U d=3√6 π

+Dòng điện chạy qua các van : I Ttb =I d/3

+Điện áp ngược cực đại đặt lên van : U ngmax=√6 U2

+Công suất tính toán máy biến áp : S ba=π

3 P d

Đồ thị điện áp và dòng điện

Hình 3.3: Đồ thị điện áp và dòng điện chỉnh lưu cầu 3 pha

Ưu điểm :

+ Điện áp ra đập mạch nhỏ do vậy mà chất lượng điện áp tốt

+ Hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt do dòng điện chạy trong van đối xứng

+ Điện áp ngược trên van là lớn nhưng do Udo = 2,34U2 -> nó có thể được sử dụngvới điện áp khá cao

Nhược điểm :

+ Cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha nên rất phức tạp.

+ Sụt áp trong mạch van gấp đôi sơ đồ hình tia nên cũng không phù hợp với cấpđiện áp ra tải dưới 10 V

+ Nó gây khó khăn khi chế tạo vận hành và sửa chữa

b, Chỉnh lưu tia ba pha

Chỉnh lưu tia ba pha có cấu tạo từ một biến áp ba pha với thứ cấp đấu sao có trungtính, ba van bán dẫn nối cùng cực tính đối với tải, ba đầu katốt của 3 van bán dẫn nốicùng cực tính để nối tới tải, ba đầu Anốt nối tới các pha biến áp, tải được nối giữa đầu nốichung của van bán dẫn với trung tính như hình vẽ

Hình 3.4 : Mạch chỉnh lưu tia ba pha

Nguyên lý hoạt động

Giả sử trong 1/3 chu kỳ đầu tiên điện áp trên Anot của thiristor T1 dương nhất, khicấp xung điều khiển cho T1 thì T1 mở dòng qua T1 qua R,L và chạy về nguồn, trong 1/3chu kỳ tiếp theo T2 phân cực thuận giải thích tương tự như trên thì dòng sẽ qua T2 quaR,L và chạy về nguồn, tương tự 1/3 chu kỳ cuối dòng qua T3 qua R,L và về nguồn + Giá trị trung bình của điện áp trên tải:

+ Giá trị điện áp ngược trên van:

+ Dòng điện trung bình chảy qua triristor:

Ưu điểm

So với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp một chiều

tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, do chỉ

có một van dãn nên sụt áp trên van là nhỏ  công suất tiêu thụ của van nhỏ.Việc điềukhiển các van tương đối đơn giả

Nhược điểm

Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra tải chưa thật tốt lắm Điện áp ra

có độ đập mạch lớn  xuất hiện nhiều thành phần điều hoà bậc cao Hiệu suất sử dụngmáy biến áp không cao

Từ yêu cầu thiết kế về chất lượng điện áp một chiều tốt để có thể cung cấp chophần ứng động cơ điện một chiều kích từ độc lập, đảm bảo phù hợp yêu cầu công nghệ

máy bào giường, nên em chọn sử dụng mạch chỉnh lưu dùng sơ đồ cầu 3 pha điều khiển

đối xứng là hợp lý hơn cả.

3.1.2 Sơ đồ mạch động lực của hệ truyền động.

Trên sơ đồ :

+ ATM là áp tô mát nguồn, làm nhiệm vụ đóng cắt nguồn và bảo vệ ngắn mạch

phía sơ cấp MBA

+ BA là máy biến áp 3 pha , biến điện áp lưới thành điện áp phù hợp với yêu cầu

của bộ chỉnh lưu và phù hợp điện áp đặt lên phần ứng động cơ

+ K là tiếp điểm thường mở của công tắc tơ, đóng cắt nguồn sau biến áp.

+ BI là bộ biến dòng, cấp phản hồi âm dòng điện đưa tín hiệu đến khâu hạn chế d

òng điện

+ BBĐ1, BBĐ2: là 2 bộ biến đổi (chỉnh lưu) triristor mắc song song ngược (cầukép 3 pha) cấp nguồn cho phần ứng động cơ Đ

+ Đ: là động cơ 1 chiều, kích từ độc lập, kéo bàn máy chuyển động.

+ CB1, CB2, CB3, CB4: là các cuộn kháng cân bằng để hạn chế dòng điện cân

bằng

+ R - C: Là các tụ điện và điện trở , chức năng để bảo vệ cho các tiristor khỏi bị

đánh thủng do quá gia tốc điện áp (du/dt ) khi xảy ra quá độ trong mạch (như quátrình chuyển mạch) của các tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu hoặc khi đóng cắtkhông tải của máy biến áp Ngoài ra mạch R-C còn có tác dụng rẽ mạch dòng đi

ện ngược đối với các tiristor Để bảo vệ quá gia tốc dòng (di/dt) trong sơ đồ ta lợidụng các cuộn cảm là cuộn kháng lọc san bằng và các cuộn dây thứ cấp máy biến

áp động lực

+ FT: Là máy phát tốc chức năng để lấy tín hiệu phản hồi âm tốc độ Tín hiệu điện

áp trên mạch phần ứng của máy FT được lấy ra có trị số tỷ lệ với tốc độ động cơ

sử dụng làm tín hiệu phản hồi âm tốc độ

+ AT1: Là áptômát bảo vệ khởi động từ

+ D,M: Là các nút ấn thường đóng và thường mở của khởi động từ

Hình 3.6 : Sơ đồ mạch động lực của hệ chỉnh lưu cầu ba pha thiristor hệ T-Đ.

3.1.3 Các thông số của động cơ.

- Động cơ một chiều có các thông số sau :

-Dòng điện làm việc của van đựơc tính theo dòng hiệu dụng :

I dm =160 A

Ilv = Ihd = khd.Id =

(do trong sơ đồ cầu ba pha, hệ số dòng điện hiệu dụng: khd= )

- Chọn thiristor làm việc với điều kiện có cánh tản nhiệt và đủ diện tích tản nhiệt,không có quạt đối lưu không khí, với điều kiện có dòng điện định mức của van cầnchọn :

Để chọn thiristor làm việc với các tham số định mức cơ bản trên, ta tra bảng thông

số van, chọn các van có thông số điện áp ngược, dòng điện định mức lớn hơn gần nhấtvới thông số đã tính Vậy ta chọn thiristor cho mạch động lực loại TF440-06X có cácthông số sau:

- Dòng điện định mức của van: Idm = 400 (A)

- Điện áp ngược cực đại của van: UnT = 600(V)

- Đỉnh xung dòng điện : Ipk = 4000 (A)

- Độ sụt áp trên thirisor : ∆UT = 2,0(V)

- Dòng điện của xung điều khiển : Ig =200(mA)

- Điện áp của xung điều khiển : Ug = 3,0 (V)

- Dòng điện rò : Ir =25 (mA)

- Nhiệt độ làm việc cực đại: Tmax= 125 0C

- Tốc độ biến thiên điện áp: =200(V/µs)

- Thời gian chuyển mạch : tcm = 15 (µs)

Tính toán máy biến áp chỉnh lưu:

Để chọn các thiết bị trong mạch động lực cũng như mạch bảo vệ, trước hết cần xácđịnh điện áp ra của bộ biến đổi Thiristor

Chọn máy biến áp ba pha ba trụ có sơ đồ nối dây ∆/Y, làm mát tự nhiên bằng khôngkhí

Máy biến áp là một bộ phận quan trọng của hệ thống điện, thực hiện các chức năngsau

- Biến đổi điện áp nguồn cho phù hợp với yêu cầu sơ đồ phụ tải

Bảo đảm sự cách ly giữa phụ tải với lưới điện để vận hành an toàn và thuận tiện Biến đổi số pha cho phù hợp với số pha của sơ đồ phụ tải

Tạo điểm trung tính cho sơ đồ hình tia

- Hạn chế dòng điện ngắn mạch trong chỉnh lưu và hạn chế mức tăng dòng Anốt đểbảo vệ van

- Cải thiện hình dáng sóng điện lưới làm cho nó đỡ biến dạng so với hình sin, do đónâng cao chất lượng điện áp lưới

- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp :

Phương trình cân bằng điện áp khi có tải :

Ud0.cosαmin = Ud + 2∆UV + 2∆Udm + ∆UBATrong đó :

αmin = 00 là góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới

∆UV = 2 V là sụt áp trên thiristor

∆Udm ≈ 0 là sụt áp trên dây nối

∆UBA = ∆Ur + ∆Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng trên máy biến ápChọn sơ bộ :

∆UBA = 6%.Ud = 0,06 220 = 13,2 V

Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có :

Điện áp pha thứ cấp máy biến áp :

- Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp :

- Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp :

I1 = kBA.I2 = 130,639 = 37,129 A

* Xác định kích thước của mạch từ

- Tiết điện sơ bộ trụ

QFe = Trong đó :

kQ : Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy kQ = 6

m : Số trụ của máy biến áp, m = 3

f : Tần số của nguồn xoay chiều, f = 50 Hz

Thay vào ta có : QFe = 93,915

- Đường kính trụ :

Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn : d = 11 cm

- Chọn loại thép kỹ thuật điện , các lá thép có độ dày 0,5 mm

- chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp :

Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô, chọn J1 = J2 = 2,75 A/mm2

- Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp :

S1= mm2

Chọn dây dẫn thiết diện hình chũ nhật, cách điện cấp B

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1 = 14,2 mm2

Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S1cd = a1 × b1 = 1,68 × 8,6 mm

- Tính lại mật độ dòng điện trong cuôn sơ cấp :

Thiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp :

Chọn dây dẫn có tiết diện chữ nhật, có cách điện cấp B

Chuẩn hoá tiết diện theo chuẩn : S2 = 50,1 mm2

Kích thước của dây có kể đến cách điện là : S2cd = a2 × b2 = 5,1 × 10 mm

- Tính lai mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp :

J2 = = 2,607A/ mm2

* Kết cấu dây quấn sơ cấp

Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục

- Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp :

Trong đó :

kc : Là hệ số ép chặt, lấy kc = 0,95

h : Chiều cao trụ h = 25 cm

hg : Khoảng cách từ gông đế cuộn dây sơ cấp

Chọn sơ bộ khoảng cách cách điện gông hg = 1,5 cm

- Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp :

- Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày : S01 = 0,1 cm.

- Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : a01 = 1 cm

- Đường kính trong của ống cách điện :

* Kết cấu dây quấn thứ cấp

- Chọn sơ bộ cuộn chiềi cao cuộn thứ cấp :