Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, các dây chuyền sản xuất cơ khí ngày càng tiếp nhận nhiều chủng loại máy công cụ và thiết bị gia công hiện đại. Yêu cầu đặt ra đối với công tác đào tạo kỹ thuật là phải trang bị cho người học nền tảng lý thuyết vững chắc cùng nguyên tắc vận hành, thiết kế trang bị điện - điện tử nhằm đáp ứng thực tế sản xuất. Đồ án môn học Trang bị điện với đề tài "Thiết kế trang bị điện hệ truyền động chính máy tiện" được thực hiện bởi sinh viên Phạm Văn Tường (MSSV: 1605230016, Lớp DHDDTLK16-DCN) dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Văn Độ tại Khoa Điện, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh.

Mục tiêu trọng tâm của đồ án là xây dựng hoàn chỉnh hệ thống truyền động điện cho cơ cấu quay trục chính máy tiện, đảm bảo đáp ứng chính xác các yêu cầu về công nghệ cắt gọt, phạm vi điều chỉnh tốc độ, độ ổn định tĩnh và chất lượng động học. Nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản xác định cụ thể qua 6 nội dung:

  1. Tính chọn công suất động cơ truyền động chính dựa trên các chế độ cắt gọt công nghệ.
  2. Phân tích và lựa chọn phương án truyền động điện tối ưu.
  3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch lực hệ truyền động.
  4. Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch xung điều khiển mở van và sơ đồ mạch điều khiển.
  5. Tổng hợp hệ điều chỉnh tự động nhằm ổn định hệ thống truyền động.
  6. Xây dựng bản vẽ mạch động lực và mạch điều khiển trên khổ giấy A3.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống truyền động chính của máy tiện cắt gọt kim loại, sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập kết hợp với bộ biến đổi chỉnh lưu Thyristor. Phạm vi tính toán kỹ thuật được xác lập dựa trên các thông số công nghệ ban đầu:

Thông số công nghệ Nguyên công 1 (Tiện mặt trụ) Nguyên công 2 (Tiện cắt ngang)
Tốc độ quay nhỏ nhất ($n_{min}$) $10\text{ v/p}$ $10\text{ v/p}$
Tốc độ quay lớn nhất ($n_{max}$) $100\text{ v/p}$ -
Lượng ăn dao ($s$) $3\text{ mm/vòng}$ $3\text{ mm/vòng}$
Chiều sâu cắt ($t$) $3\text{ mm}$ $5\text{ mm}$
Chiều dài gia công ($L$) $500\text{ mm}$ (tính toán mở rộng $600\text{ mm}$) $500\text{ mm}$ (tính toán mở rộng $1020\text{ mm}$)
Vật liệu gia công và dụng cụ cắt Chi tiết: Gang xám; Dao cắt: Thép gió Chi tiết: Gang xám; Dao cắt: Thép gió
Kích thước chi tiết gia công Đường kính $D = 1000\text{ mm}$ ($D_{max} = 1020\text{ mm}$) Đường kính $D = 1000\text{ mm}$ ($D_{max} = 1020\text{ mm}$)
Trọng lượng cơ cấu Khối lượng mâm cặp $G_0 = 15000\text{ N}$ Trọng lượng chi tiết $G = 30048,5\text{ N}$

Thời gian giao nhận nhiệm vụ đồ án bắt đầu từ ngày 18/01/2024 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng hệ thống lý thuyết chuyên ngành về trang bị điện máy công nghiệp, lý thuyết cắt gọt kim loại, điện tử công suất và lý thuyết điều khiển tự động truyền động điện.

Về mô hình tính toán cơ học và phụ tải cắt gọt, tác giả áp dụng công thức kinh nghiệm xác định tốc độ cắt tối ưu:

$$V_z = \frac{C_v}{T^m \cdot t^{x_v} \cdot s^{y_v}}\quad (\text{m/ph})$$

Trong đó, các hệ số mũ và hệ số thực nghiệm cho cặp vật liệu dao thép gió - chi tiết gang xám được chọn: $C_v = 200$, $x_v = 0,15$, $y_v = 0,35$, $m = 0,1$, và tuổi thọ dao $T = 60\text{ phút}$. Lực cắt tiếp tuyến được xác định theo phương trình:

$$F_z = 9,81 \cdot C_F \cdot t^{x_F} \cdot s^{y_F} \cdot V_z^n\quad (\text{N})$$

với $C_F = 300$, $x_F = 1$, $y_F = 0,75$, $n = -0,15$. Tỷ lệ các thành phần lực tác dụng được chuẩn hóa theo quan hệ $F_z : F_y : F_x = 1 : 0,4 : 0,25$.

Về mô hình truyền động điện, tác giả sử dụng phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

$$U = E + I_u \sum R_u$$

$$\omega = \frac{U}{K\Phi} - \frac{\sum R_u}{(K\Phi)^2} M$$

Đối với bộ biến đổi điện tử công suất, lý thuyết chỉnh lưu điều khiển Thyristor được áp dụng để xác định sức điện động chỉnh lưu trung bình $E_d = E_{dm} \cos\alpha$. Phương pháp tính chọn công suất động cơ dựa trên công suất đẳng trị ($P_{dt}$) từ đồ thị phụ tải nhiều giai đoạn và kiểm nghiệm phát nóng theo phương pháp tổn thất công suất trung bình ($\Delta P_{TB} \le \Delta P_{dm}$). Phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển sử dụng tiêu chuẩn tối ưu độ lớn (Module tối ưu) để thiết kế các bộ điều chỉnh dòng điện và tốc độ.

Phương pháp nghiên cứu trong đồ án bao gồm:

  • Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết kỹ thuật về công nghệ gia công tiện và hệ thống truyền động điện.
  • Phương pháp tính toán giải tích kỹ thuật xác định các đại lượng lực, vận tốc, mômen, công suất và tổn thất nhiệt.
  • Phương pháp so sánh - lựa chọn phương án công nghệ giữa các cấu hình truyền động (F-Đ, T-Đ, XA-Đ) và cấu hình chỉnh lưu (tia 3 pha, cầu 3 pha).
  • Phương pháp mô hình hóa cấu trúc điều khiển tự động thông qua hàm truyền đạt và tiêu chuẩn tối ưu hóa.

Nguồn dữ liệu tính toán được trích xuất từ bảng thông số công nghệ đầu vào của đề tài, các sổ tay tra cứu chế độ cắt gọt kim loại, tiêu chuẩn thông số vật liệu và bảng thông số kỹ thuật chuẩn của động cơ điện một chiều kiểu $\Pi$.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống truyền động chính cho máy tiện được thiết kế theo cấu trúc hệ Tiristo - Động cơ (T-Đ) hoàn chỉnh, bao gồm hai phân hệ chính là mạch lực và mạch điều khiển.

                    +------------------------------------+
                    |  Lưới điện xoay chiều 3 pha 380V   |
                    +-----------------+------------------+
                                      |
                                      v
                    +------------------------------------+
                    |     Máy biến áp động lực 3 pha     |
                    +-----------------+------------------+
                                      |
                    +-----------------+------------------+
                    |                                    |
                    v                                    v
          +-------------------+                +-------------------+
          |  Bộ chỉnh lưu CL1 |                |  Bộ chỉnh lưu CL2 |
          |  (Cầu 3 pha van T)|                |  (Cầu 3 pha van T)|
          +---------+---------+                +---------+---------+
                    |                                    |
                    +-----------------+------------------+
                                      |
                                      v
                    +------------------------------------+
                    |     Cuộn kháng cân bằng (Kcb)      |
                    +-----------------+------------------+
                                      |
                                      v
                    +------------------------------------+
                    |      Cuộn kháng lọc san bằng       |
                    +-----------------+------------------+
                                      |
                                      v
                    +------------------------------------+
                    |   Động cơ DC kích từ độc lập (Đ)   |
                    +-----------------+------------------+
                                      |
                                      v
                    +------------------------------------+
                    |  Trục chính mâm cặp máy tiện       |
                    +------------------------------------+

Kiến trúc mạch lực

  • Nguồn cấp và biến đổi: Điện áp xoay chiều ba pha qua máy biến áp động lực hạ áp phù hợp với cấp điện áp phần ứng động cơ ($220\text{V}$).
  • Cấu hình chỉnh lưu: Sử dụng sơ đồ cầu 3 pha gồm 6 van Thyristor cho mỗi bộ biến đổi. Để đáp ứng yêu cầu đảo chiều quay và hãm tái sinh, mạch lực sử dụng 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha (CL1 và CL2) đấu song song ngược.
  • Phương pháp điều khiển mạch lực: Sử dụng phương pháp điều khiển chung (cả hai bộ chỉnh lưu đều nhận xung điều khiển đồng thời, một bộ ở chế độ chỉnh lưu với góc mở $\alpha_1 < \pi/2$, bộ còn lại ở chế độ nghịch lưu chờ với $\alpha_2 > \pi/2$). Mạch được trang bị cuộn kháng cân bằng ($K_{cb}$) có trị số điện cảm lớn gấp 4 đến 5 lần cuộn kháng san bằng nhằm hạn chế thành phần dòng điện xoay chiều cân bằng chạy giữa hai bộ biến đổi.
  • Khâu lọc và bảo vệ: Trang bị cuộn kháng lọc dòng điện phần ứng nhằm giảm biên độ đập mạch dòng điện, hạn chế vùng dòng điện gián đoạn và cải thiện điều kiện chuyển mạch của động cơ.

Thiết kế mạch điều khiển và tổng hợp hệ thống

  • Khâu đồng bộ hóa và phát xung răng cưa: Thiết lập mạch đồng bộ điện áp lưới và tạo điện áp răng cưa tuyến tính sử dụng cấu trúc hai transistor.
  • Khâu so sánh và tạo xung: So sánh điện áp điều khiển ($U_{dk}$) với điện áp răng cưa đồng bộ để xác định chính xác góc kích mở $\alpha$, truyền qua khâu khuếch đại công suất và biến áp xung đến cực điều khiển (G) của các van Thyristor.
  • Cấu trúc điều chỉnh tự động: Hệ thống điều khiển kín hai vòng điều chỉnh (vòng trong điều chỉnh dòng điện phần ứng, vòng ngoài điều chỉnh tốc độ quay). Các khâu phản hồi tốc độ và phản hồi dòng điện được tính toán để đưa tín hiệu về bộ điều chỉnh. Hệ thống được tổng hợp thông số bằng phương pháp Module tối ưu nhằm đảm bảo độ dự trữ ổn định, triệt tiêu sai số tĩnh và hạn chế độ quá điều chỉnh trong quá trình khởi động hoặc biến động tải đột ngột.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tính chọn công suất động cơ truyền động

Chương I trình bày tổng quan về công nghệ gia công máy tiện, phân tích các dạng chuyển động chính, chuyển động ăn dao và các thành phần lực cắt tác dụng lên dao. Tác giả tiến hành tính toán chi tiết cho 2 nguyên công gia công trên phôi gang xám với dao thép gió:

Đại lượng tính toán Ký hiệu và đơn vị Nguyên công 1 (Tiện trụ) Nguyên công 2 (Tiện ngang)
Vận tốc cắt tính toán $V_z\text{ (m/ph)}$ $57,8$ $31,2$
Lực cắt tiếp tuyến $F_z\text{ (N)}$ $10951,2$ $20020,7$
Lực ma sát mâm cặp $F_{ms}\text{ (N)}$ $2891,1$ $3418,5$
Tổng lực kéo $F_K\text{ (N)}$ $34828,8$ $61722,2$
Mômen trên trục chính $M_z\text{ (N.m)}$ $3285,0$ $10210,5$
Mômen hữu ích trục động cơ ($i=10$) $M_{hi}\text{ (N.m)}$ $328,53$ $1021,05$
Hệ số phụ tải $k_{pt}$ $0,3$ $1,0$
Hiệu suất hệ thống $\eta$ $0,70$ $0,85$
Công suất cắt có tải $P_C\text{ (kW)}$ $47,8$ $37,6$
Công suất khi chưa ăn dao $P_{C.cad}\text{ (kW)}$ $4,2$ $2,2$
Thời gian gia công máy $t_M\text{ (phút)}$ $2,0$ $2,8$

Thời gian nghỉ giữa các nguyên công được xác định là $50\text{ s}$ ($0,83\text{ phút}$). Dựa trên đồ thị phụ tải toàn chu kỳ, công suất đẳng trị được xác định:

$$P_{dt} = \sqrt{\frac{\sum P_{Ci}^2 \cdot t_{Mi} + \sum P_{0j}^2 \cdot t_{0j}}{\sum t_{Mi} + \sum t_{0j}}} = 36,3\text{ kW}$$

Công suất định mức yêu cầu của động cơ: $P_{dm} = (1,2 \div 1,3) \cdot P_{dt} = 43,56\text{ kW}$. Tác giả lựa chọn động cơ điện một chiều kiểu $\Pi$ có công suất định mức $P_{dm} = 46,5\text{ kW}$, điện áp định mức $U_{dm} = 220\text{V}$, làm việc ở chế độ dài hạn với phạm vi điều chỉnh tốc độ qua từ thông $D = 1:2$.

Kết quả kiểm nghiệm phát nóng theo phương pháp tổn thất trung bình cho thấy:

$$\Delta P_{TB} = 5,4\text{ kW} < \Delta P_{dm} = 8,2\text{ kW}$$

Động cơ đã chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng và yêu cầu quá tải công nghệ.

Chương II: Lựa chọn phương án truyền động

Chương II tiến hành phân tích, so sánh các giải pháp truyền động điện một chiều công nghiệp:

  • Hệ Máy phát - Động cơ (F-Đ): Điều chỉnh tốc độ trơn tru trong phạm vi rộng, hãm tái sinh thuận lợi nhưng nhược điểm lớn là sử dụng nhiều máy điện quay gây tiếng ồn cao, cồng kềnh, quán tính lớn, hiệu suất thấp và vốn đầu tư cao.
  • Hệ Tiristo - Động cơ (T-Đ): Điều khiển điện áp phần ứng và dòng kích từ thông qua các bộ chỉnh lưu Thyristor. Hệ thống có độ tin cậy cao, tác động nhanh, hiệu suất cao, không gây ồn, kích thước nhỏ gọn và khả năng tự động hóa linh hoạt. Nhược điểm là hệ số công suất $\cos\varphi$ giảm khi điều khiển sâu và xuất hiện vùng dòng điện gián đoạn ở tải nhỏ.
  • Hệ Xung áp - Động cơ (XA-Đ): Điều chỉnh điện áp trung bình đặt vào phần ứng thông qua khóa điện tử băm xung, cho chất lượng điều chỉnh tốt nhưng đòi hỏi nguồn một chiều sẵn có.

Tác giả quyết định lựa chọn hệ truyền động Tiristo - Động cơ (T-Đ) làm phương án truyền động chính cho máy tiện vì đáp ứng tối ưu các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và yêu cầu công nghệ gia công hiện đại.

Chương III: Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch lực hệ truyền động

Chương III tập trung phân tích sâu cấu trúc mạch lực bộ biến đổi:

  • So sánh chỉnh lưu hình tia 3 pha ($p=3$) và chỉnh lưu cầu 3 pha ($p=6$). Sơ đồ cầu 3 pha được lựa chọn vì chất lượng điện áp vượt trội, sức điện động cực đại đạt $E_{dm} = 2,34 E_{2f}$ (so với $1,17 E_{2f}$ của sơ đồ tia), biên độ đập mạch nhỏ hơn giúp giảm kích thước cuộn kháng lọc.
  • Thiết lập phương trình cân bằng điện áp vi phân trên phụ tải một chiều có kể đến các thông số $R_d, L_d, E_d$, xác định điều kiện ranh giới giữa chế độ dòng điện liên tục và dòng điện gián đoạn.
  • Phân tích các giải pháp đảo chiều quay: So sánh phương pháp điều khiển riêng rẽ và điều khiển phụ thuộc/điều khiển chung. Tác giả lựa chọn phương pháp điều khiển chung cho hai bộ chỉnh lưu cầu 3 pha mắc song song ngược kết hợp cuộn kháng cân bằng.
  • Xác lập 3 trạng thái công tác của bộ biến đổi trên đồ thị đặc tính: trạng thái chỉnh lưu ($\alpha < \pi/2$), trạng thái hãm động năng ($\alpha = \pi/2$), và trạng thái hãm tái sinh/nghịch lưu phụ thuộc ($\alpha > \pi/2$) đưa năng lượng hãm từ động cơ trả về lưới xoay chiều.

Chương IV: Thiết kế sơ đồ mạch xung điều khiển mở van và sơ đồ mạch điều khiển

Chương IV trình bày các nội dung kỹ thuật thiết kế mạch điều khiển hệ T-Đ:

  • Xây dựng sơ đồ nguyên lý khâu đồng bộ hóa điện áp lưới xoay chiều và mạch tạo điện áp răng cưa sử dụng hai transistor.
  • Thiết kế khâu so sánh điện áp điều khiển với điện áp răng cưa để tạo xung mở chính xác tại góc điều khiển $\alpha$.
  • Tính toán hệ số khuếch đại của bộ biến đổi ($K_{BBD}$) và hệ số khuếch đại của động cơ điện một chiều ($K_{DC}$).
  • Thiết kế khâu phản hồi tốc độ sử dụng máy phát tốc nhằm ổn định tốc độ quay khi mômen tải biến thiên.
  • Hoàn thiện sơ đồ nguyên lý tổng thể mạch điều khiển hệ T-Đ và thuyết minh nguyên lý vận hành của hệ thống.

Chương V: Tổng hợp hệ điều chỉnh ổn định hệ thống

Chương V thực hiện các bước tổng hợp hệ thống điều khiển tự động:

  • Xây dựng họ đặc tính tĩnh của hệ truyền động T-Đ trong toàn bộ vùng làm việc liên tục và gián đoạn.
  • Thiết lập sơ đồ cấu trúc hàm truyền đạt của các phần tử trong hệ thống (bộ biến đổi Thyristor, mạch phần ứng động cơ, khâu phản hồi tốc độ và dòng điện).
  • Phân tích đáp ứng động học của hệ thống khi chưa có mạch vòng hiệu chỉnh.
  • Tổng hợp cấu trúc và tính toán tham số của các bộ điều chỉnh theo phương pháp Module tối ưu nhằm đảm bảo hệ thống đạt độ ổn định tĩnh cao, thời gian quá độ ngắn và độ quá điều chỉnh nằm trong giới hạn cho phép.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh các nội dung thiết kế kỹ thuật cho hệ truyền động chính máy tiện với các kết quả cụ thể:

  • Kết quả tính toán phụ tải công nghệ: Xác lập chính xác các thông số động lực học qua hai nguyên công tiện mặt trụ ($P_C = 47,8\text{ kW}$, $M_{hi} = 328,53\text{ N.m}$) và tiện cắt ngang ($P_C = 37,6\text{ kW}$, $M_{hi} = 1021,05\text{ N.m}$).
  • Kết quả chọn động cơ: Tính toán công suất đẳng trị $P_{dt} = 36,3\text{ kW}$ và lựa chọn động cơ một chiều kiểu $\Pi$ công suất $46,5\text{ kW}$, $220\text{V}$, đồng thời kiểm nghiệm thành công điều kiện phát nóng ($\Delta P_{TB} = 5,4\text{ kW} < \Delta P_{dm} = 8,2\text{ kW}$).
  • Giải pháp mạch lực: Xây dựng sơ đồ mạch lực chỉnh lưu cầu 3 pha kép song song ngược điều khiển chung, tích hợp cuộn kháng cân bằng và cuộn kháng lọc, đáp ứng đầy đủ các chế độ quay thuận, quay ngược và hãm tái sinh trả năng lượng về lưới.
  • Giải pháp điều khiển và ổn định hóa: Hoàn thiện sơ đồ mạch phát xung điều khiển mở van Thyristor đồng bộ và tổng hợp hệ điều chỉnh tự động theo tiêu chuẩn Module tối ưu, giúp hệ thống duy trì tốc độ ổn định trước biến động của tải trọng cắt gọt.

Đóng góp của đồ án thể hiện ở việc liên kết phương pháp tính toán chế độ cắt gọt cơ khí thực nghiệm với kỹ thuật thiết kế trang bị điện - điện tử công suất, tạo nên quy trình thiết kế đồng bộ từ khâu xác định phụ tải đến cấu hình mạch lực và mạch điều khiển tự động.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:

    • Phạm vi tính toán phụ tải mới tập trung vào hai nguyên công cơ bản (tiện trụ ngoài và tiện cắt ngang) trên một nhóm vật liệu chuẩn (chi tiết gang xám, dao thép gió), chưa bao quát toàn bộ các chế độ gia công phức tạp khác như tiện ren, tiện mặt côn hay tiện định hình.
    • Hệ truyền động T-Đ tồn tại nhược điểm tự nhiên về hệ số công suất $\cos\varphi$ suy giảm khi làm việc ở vùng góc mở $\alpha$ lớn và độ đập mạch dòng điện ở chế độ tải nhẹ.
    • Các kết quả nghiên cứu dừng lại ở mức độ tính toán lý thuyết, thiết kế sơ đồ nguyên lý và bản vẽ kỹ thuật, chưa có điều kiện thực nghiệm đo đạc sóng dòng áp trên mô hình phần cứng thực tế.

  • Hướng nghiên cứu tiếp:

    • Nghiên cứu tích hợp các giải pháp nâng cao hệ số công suất cho bộ chỉnh lưu Thyristor.
    • Ứng dụng kỹ thuật điều khiển số sử dụng vi điều khiển, DSP hoặc PLC để thay thế mạch điều khiển tương tự, nâng cao độ chính xác phát xung và khả năng giám sát hệ thống.
    • Mở rộng thuật toán tổng hợp hệ thống cho các chế độ làm việc phi tuyến và tải trọng biến thiên liên tục theo đường kính gia công.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu học thuật và kỹ thuật tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện, Điện công nghiệp, Tự động hóa và Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu mẫu về quy trình tính chọn công suất động cơ máy công cụ, phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải nhiều giai đoạn và kiểm nghiệm phát nóng.
  • Người thực hiện đồ án môn học Trang bị điện và Điện tử công suất: Cung cấp nguồn tham khảo về phương pháp tính toán mạch lực chỉnh lưu cầu 3 pha đảo chiều song song ngược, nguyên lý cuộn kháng cân bằng và cấu trúc mạch phát xung đồng bộ.
  • Kỹ sư thiết kế và vận hành máy công cụ: Tham khảo phương pháp tính toán lực cắt, công suất cắt quy đổi và nguyên lý điều khiển hai vùng tốc độ cho động cơ điện một chiều.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao tác giả lựa chọn hệ truyền động Tiristo - Động cơ (T-Đ) thay vì hệ Máy phát - Động cơ (F-Đ)?
Trả lời: Mặc dù hệ F-Đ có khả năng điều chỉnh bằng phẳng và hãm tái sinh tốt, nhưng hệ thống này sử dụng nhiều máy điện quay nên cồng kềnh, gây tiếng ồn lớn, quán tính cơ học cao, hiệu suất thấp và vốn đầu tư ban đầu lớn. Trong khi đó, hệ T-Đ sử dụng van bán dẫn tĩnh có tác động nhanh, kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao, không gây ồn và dễ tự động hóa, đáp ứng tốt hơn các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của máy tiện.

2. Động cơ điện một chiều được lựa chọn có thông số định mức nào và được kiểm nghiệm theo điều kiện gì?
Trả lời: Động cơ được chọn là loại động cơ điện một chiều kích từ độc lập kiểu $\Pi$, công suất định mức $P_{dm} = 46,5\text{ kW}$, điện áp định mức $U_{dm} = 220\text{V}$, làm việc dài hạn với phạm vi điều chỉnh tốc độ qua từ thông $D = 1:2$. Động cơ được kiểm nghiệm phát nóng theo phương pháp tổn thất trung bình với kết quả tổn thất thực tế $\Delta P_{TB} = 5,4\text{ kW}$ nhỏ hơn tổn thất định mức cho phép $\Delta P_{dm} = 8,2\text{ kW}$.

3. Trong mạch lực của hệ T-Đ, tác giả đã chọn cấu hình chỉnh lưu và phương án đảo chiều như thế nào?
Trả lời: Tác giả chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha (sử dụng 6 van Thyristor cho mỗi bộ) vì cho chất lượng điện áp tốt ($E_{dm} = 2,34 E_{2f}$) và biên độ đập mạch nhỏ. Để đảo chiều quay, mạch lực sử dụng 2 bộ chỉnh lưu cầu 3 pha đấu song song ngược vận hành theo phương pháp điều khiển chung, kết hợp cuộn kháng cân bằng ($K_{cb}$) có điện cảm lớn gấp 4-5 lần cuộn kháng san bằng để triệt tiêu dòng điện xoay chiều cân bằng giữa hai bộ biến đổi.

4. Kết quả tính toán công suất trên trục động cơ và thời gian máy ở hai nguyên công gia công là bao nhiêu?
Trả lời: Ở nguyên công 1 (tiện mặt trụ), công suất trên trục động cơ khi có tải là $P_{C1} = 47,8\text{ kW}$, công suất khi chưa ăn dao là $4,2\text{ kW}$, thời gian máy $t_{M1} = 2,0\text{ phút}$. Ở nguyên công 2 (tiện cắt ngang), công suất có tải là $P_{C2} = 37,6\text{ kW}$, công suất khi chưa ăn dao là $2,2\text{ kW}$, thời gian máy $t_{M2} = 2,8\text{ phút}$.

5. Phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển tự động nào được áp dụng trong đồ án?
Trả lời: Đồ án áp dụng phương pháp Module tối ưu (tối ưu độ lớn) để thiết lập hàm truyền đạt và tính toán thông số cho các bộ điều chỉnh trong hệ thống điều khiển tự động, nhằm đảm bảo hệ thống triệt tiêu sai số xác lập và đạt chất lượng quá độ tối ưu khi có biến động về tốc độ hoặc tải trọng cắt.

Kết luận

Đồ án môn học của tác giả Phạm Văn Tường đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ thiết kế trang bị điện cho hệ truyền động chính máy tiện dựa trên các tính toán kỹ thuật cụ thể từ chế độ cắt gọt công nghệ. Việc lựa chọn cấu hình hệ Tiristo - Động cơ với bộ chỉnh lưu cầu 3 pha kép song song ngược điều khiển chung mang lại giải pháp truyền động hiệu quả, đáp ứng tốt dải điều chỉnh và yêu cầu đảo chiều, hãm tái sinh. Các kết quả tính chọn công suất động cơ một chiều $46,5\text{ kW}$ cùng thiết kế mạch điều khiển phát xung và tổng hợp hệ thống theo tiêu chuẩn Module tối ưu cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng kỹ thuật cao trong lĩnh vực trang bị điện công nghiệp.