Câu hỏi tổng hợp hệ cơ

1, Anh Chị hãy nêu khái niệm về hệ điện cơ và phân loại
hệ điện cơ.
Trả lời: Hệ điện cơ là các hệ thống dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng và
khống chế tự động cơ năng đó.
Phần cơ bản của hệ điện cơ là hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện
(ĐCTĐTĐĐ).

Trong đó :
 M là động cơ điện dùng để truyền động cho máy sản xuất MX
 BĐ là thiết bị biến đổi điện năng, toàn bộ các thiết bị trên được gọi là phần lực.
 Các thiết bị đo lường ĐL
 Bộ điều chỉnh R được gọi là phần điều khiển.
 Tín hiệu đầu vào hệ thống THĐ để điều khiển hệ thống được gọi là tín hiệu đặt
(chủ đạo)
 NL là các tín hiệu nhiễu (nhiễu loạn) tác động lên hệ.
Phân loại:
Phân loại theo động cơ truyền động:


- Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ một chiều
- Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ
- Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ xoay chiều đồng bộ
- Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ bước
…
Phân loại theo bộ điều chỉnh và tín hiệu vào bộ điều chỉnh:
- Hệ ĐCTĐTĐĐ có bộ điều chỉnh tương tự (analog)
- Hệ ĐCTĐTĐĐ có bộ điều chỉnh số (digital)
- Hệ ĐCTĐTĐĐ có bộ điều chỉnh lai tương tự-số (analog- digital)
Phân loại theo cấu trúc hoặc thuật toán điều khiển:
- Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển thích nghi
- Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển mờ

…
Phân loại theo nhiệm vụ chung:
- Hệ ĐCTĐTĐĐ duy trì đại lượng điều chỉnh (đại lượng ra) theo lượng đặt
trước khơng đổi. Ví dụ: Hệ duy trì tốc độ, …
- Hệ ĐCTĐTĐĐ tùy động (hệ bám), là hệ điều khiển vị trí yêu cầu điều
khiển tự động lượng ra theo lượng đặt biến thiên tùy ý. Các hệ này thường gặp ở
các các hệ truyền động quay anten, ra đa, cơ cấu ăn dao máy cắt gọn kim loại, …
- Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển chương trình, thực chất cũng là hệ điều khiển vị
trí nhưng đại lượng điều chỉnh được điều khiển tự động tuân theo lượng đặt biến
thiên theo một chương trình định trước. Đại lượng điều chỉnh trong hệ thống này
thường là các quỹ đạo chuyển động phức tạp trong không gian, cho nên cấu trúc
của nó thường nhiều trục. Chương trình điều khiển ở đây được mã hóa ghi vào bìa,
băng từ, đĩa từ, … Chúng ta thường gặp các hệ điều khiển chương trình ở các trung
tâm gia công cắt gọt kim loại, các dây chuyền sản xuất có robot. Hệ điều khiển
chương trình có cấu trúc phức tạp nhất và thường được thiết kế ở dạng điều khiển


số (NC - Numeric Control) hoặc điều khiển số có sử dụng máy tính (CNC Computer Numeric Control).

2, Trình bày về bộ biến đổi máy điện và hệ thống máy
phát động cơ (Hệ F-Đ).
Trả lời:

Động cơ điện xoay chiều ĐK (động cơ không đồng bộ hoặc động cơ đồng bộ)
được cung cấp từ hệ thống điện áp xoay chiều ba pha của mạng điện công nghiệp,
ĐK quay và kéo máy phát điện một chiều F thực hiện quá trình biến đổi năng
lượng điện xoay chiều thành một chiều, điện áp một chiều trên đầu ra máy phát
được dùng để cấp cho động cơ điện một chiều phải điều chỉnh tốc độ Đ. Điều
chỉnh dịng kích từ iKF của máy phát F là có thể thay đổi điện áp đầu ra U, từ đó
điều chỉnh tốc độ quay n của động cơ Đ. Hệ thống điều chỉnh tốc độ như vậy gọi

tắt là hệ thống F-Đ, trên thế giới thường gọi là hệ thống Ward - Leonard. Để cung
cấp kích từ cho máy điện một chiều và động cơ điện, thường phải bố trí riêng một
máy kích từ FK, có thể lắp đồng trục với tổ máy xoay chiều hoặc có thể dùng riêng
một động cơ điện xoay chiều khác để dẫn động.
Khi yêu cầu không cao về chất lượng điều khiển tốc độ của hệ thống, thì i KF
có thể được cấp điện trực tiếp bằng nguồn điện kích từ, khi có yêu cầu cao về chất


lượng điều tốc của mạch vịng kín thì thường phải sử dụng bộ khuếch đại để tiến
hành điều khiển. Bộ khuếch đại của hệ thống F-Đ thường dùng bộ khuếch đại điện
cơ (như máy điện khuếch đại từ trường ngang) và bộ khuếch đại từ; khi cần nâng
cao hệ số khuếch đại, có thể bố trí thêm bộ khuếch đại điện tử làm bộ tiền khuếch
đại. Nếu thay đổi chiều của iKF thì cực tính U của máy phát và chiều quay n của
động cơ đều thay đổi theo, vì vậy việc đảo chiều quay của động cơ trong hệ thống
F-Đ rất dễ thực hiện. Hình 2.2 biểu diễn họ các đường đặc tính cơ của hệ F-Đ ở
chế độ làm việc có đảo chiều quay của động cơ. Từ hình vẽ có thể thấy rằng, hệ
thống F-Đ là hệ thống cho phép động cơ làm việc trong cả 4 góc toạ độ.
Hệ thống điều khiển tốc độ một chiều sử dụng BBĐ máy điện (hệ F-Đ) đã
từng rất phổ biến ở thập kỷ 50, đến nay ở những nơi chưa đổi mới trang thiết bị
vẫn còn dùng loại này. Do hệ thống này sử dùng BBĐ gồm các thiết bị quay, ít
nhất phải bao gồm hai máy điện quay tương đương dung lượng với động cơ cần
điều khiển tốc độ, ngồi ra cịn phải dùng một máy phát kích từ, vì vậy thiết bị
nhiều, kích thước lớn, chi phí cao, hiệu suất thấp, phải có nền móng vững chắc,
vận hành nhiều tiếng ồn, duy tu bảo dưỡng khá phức tạp. Để khắc phục những
nhược điểm trên, ở thập kỷ 50, với bộ chỉnh lưu thuỷ ngân (khi công suất lớn) và
bóng tiristor (khi cơng suất nhỏ) đã cho ra đời thiết bị biến điện tĩnh thay thế cho
hệ thống BBĐ kiểu quay, và hình thành cái gọi là hệ thống truyền động ion. Đến
thập kỷ 60, nó lại nhường chỗ cho bộ chỉnh lưu tiristor vừa rẻ tiền vừa có độ tin
cậy cao.

3, So sánh ưu nhược điểm của hệ thống đảo chiều điều
khiển độc lập và hệ thống đảo chiều điều khiển đảo chiều
phối hợp.
4, Hãy vẽ sơ đồ hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ
một chiều máy phát động cơ và hệ Tiristorr – Động cơ. So
sánh ưu nhược điểm của 2 hệ này.

So sánh:
Ưu

Hệ F-Đ
Hệ T-Đ
 Hệ thống F-Đ là hệ thống Độ tin cây cao , giá thành


cho phép động cơ làm
việc trong cả 4 góc toạ
độ.

rẻ, vận hành it tiếng ồn,
độ tin cậy cao
 Có thể thực hiện điều
chỉnh vơ cấp (khơng có
bước nhảy) vì cơng suất
ở bộ phận điều chỉnh

Nhược

thường rất nhỏ

 Sử dụng ít nhất phải bao  Khơng cho phép dịng
gồm hai máy điện quay

điện chạy ngược chiều

tương đương dung lượng

nên việc đảo chiều dịng

với động cơ cần điều
khiển tốc độ, ngồi ra

gặp khó khan
 Các hệ thống truyền động

cịn phải dùng một máy

T-Đ xây dựng từ sơ đồ

phát kích từ, vì vậy thiết

chỉnh lưu bán điều khiển

bị nhiều, kích thước lớn,

chỉ cho phép vận hành

chi phí cao, hiệu suất

trong 1 góc phần tư của

thấp, phải có nền móng

hệ toạ độ, các hệ thống

vững chắc, vận hành

truyền động T-Đ xây

nhiều tiếng ồn, duy tu

dựng từ sơ đồ chỉnh lưu

bảo dưỡng khá phức tạp

điều khiển hồn tồn
phần có thể làm việc ở
chế độ nghịch lưu, cho
phép động cơ làm việc ở
trạng thái hãm khi đảo
chiều quay, vì thế có thể
cho phép làm việc ở 2
góc phần tư của hệ toạ


độ. Khi cần phải làm việc
được ở cả 4 góc phần tư
của hệ toạ độ (hình 2.4c),
bắt buộc phải sử dụng
BBĐ có đảo dịng dùng

hai sơ đồ chỉnh lưu cùng
loại điều khiển hoàn toàn
mắc kiểu song song
ngược hoặc đấu chéo
 Các tiristor rất nhạy cảm
với trị số quá định mức
của các đại lượng như
điện áp, dòng điện, tốc
độ biến thiên của điện áp
du/dt và dịng điện di/dt
 Mơ men đập mạch gây
bất lợi cho máy sản xuất.
 Các sóng hài bậc cao
trong dòng điện lưới ảnh
hưởng đến dạng điện áp
lưới, gây nhiễu cho các
thiết bị khác đồng thời
cũng làm cho động cơ
phát nhiệt nhiều hơn.

5, Trình bày cấu trúc hệ thống điều chỉnh tốc đọ 2 mạch
vòng tốc độ quay và dòng điện.
Trả lời:


R - Bộ điều chỉnh tốc độ quay
RI - Bộ điều chỉnh dòng điện
FT - Máy phát tốc;
FX - Mạch phát xung điều khiển các tiristor của BĐ
CBD - Cảm biến dòng điện,

ucđ - Điện áp chủ đạo (điện áp đặt tốc độ)
un (un=n) - Điện áp phản hồi tốc độ,
ui*

- Điện áp đặt dòng điện

ui (ui=I) - Điện áp phản hồi âm dòng điện
Khâu điều chỉnh dòng điện nằm ở trong, gọi là mạch vòng trong, khâu điều
chỉnh tốc độ quay ở bên ngồi, gọi là mạch vịng ngồi. Như vậy là đã hình thành
hệ thống điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện.
Để đạt được chất lượng tĩnh và động cao, hai bộ điều chỉnh của hệ thống điều
chỉnh tốc độ hai mạch vòng thường dùng là bộ điều chỉnh PI


6, Các ưu nhược điểm của hệ thống xung điện áp – động
cơ 1 chiều PWM. Tại sao chúng ta phải sử dụng hệ điều
tốc nhiều mạch vòng.
7, Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi 1 chiều – một
chiều thường sử dụng.
Gồm 2 phương pháp: đó là sử đụng bộ biến đổi PWM đảo chiều vào không đảo
chiều.
BBĐ PWM không đảo chiều:

Sơ đồ nguyên lý mạch lực (mạch điện chính) của bộ biến đổi PWM khơng đảo
chiều đơn giản. Dễ dàng thấy rằng, trên thực tế nó chính là BBĐ một chiều - một
chiều (xung điện áp) chỉ khác là đã dùng transitor Tr thay thế cho tiristor, tần số
đóng cắt đạt tới 10 kHz, lớn hơn nhiều so với sơ đồ dùng tiristor thông thường.
Điện áp nguồn Ud thường được lấy từ đầu ra sơ đồ chỉnh lưu khơng điều khiển
bằng các đi ốt, tụ C0 có điện dung lớn để lọc thành phần xoay chiều, điôt D 0 là đi ốt
ngược dùng để duy trì dịng điện tải (động cơ) khi Tr khóa, lúc đó điện cảm tổng

trong mạch rotor động cơ giải phóng năng lượng mà nó tích lũy được ở giai đoạn
Tr mở.


Trong sơ đồ hình bên trái dịng điện động cơ không thể đảo chiều, tức là động
cơ không thể chuyển sang trạng thái hãm. Để có thể chuyển động cơ sang trạng
thái hãm, người ta sử dụng sơ đồ hình bên phải . Trong sơ đồ hình trên, ngồi
transitor Tr1 cịn có thêm transitor Tr2, thay thế cho đi ốt D0 mắc song song với
động cơ ở đây sử dụng 2 đi ốt D1 và D2 mắc song song ngược với mạch phát-góp
hai transitor Tr1 và Tr2. Trên hình sử dụng các đường nét đứt định chiều biểu diễn
chiều dòng động cơ: khi khép qua Tr 1 là đường 1, khi qua D2 là đường 2, qua Tr2 là
đường 3, khi qua D1 là đường 4. Với sơ đồ này động cơ có thể làm việc ở góc phần
tư thứ nhất (chế độ động cơ) và góc phần tư thứ hai (chế độ hãm tái sinh và hãm
động năng).
BBĐ PWM có đảo chiều:
Kiểu diot

Trên hình biểu diễn sơ đồ ngun lý hệ truyền động đảo chiều dùng bộ biến đổi
PWM đảo chiều dạng H kiểu điôt. Bốn transitor chia thành hai nhóm Tr 1, Tr2 và
Tr3, Tr4. Hai transitor Tr1 và Tr2 làm việc đồng thời, điện áp khống chế cực gốc của
chúng là uB1 = uB2; hai transitor Tr3 và Tr4 cũng làm việc đồng thời, điện áp khống
chế cực gốc của chúng là uB3 = uB4


BBĐ PWM có đảo chiều:
Kiểu một cực
Để khắc phục khuyết điểm trên đây của bộ biến đổi kiểu điôt, đối với những hệ
thống có yêu cầu chất lượng động và tĩnh tương đối thấp, có thể dùng bộ biến đổi
PWM kiểu một cực. Sơ đồ mạch điện của nó cũng gống như kiểu điơt, chỉ khác
nhau ở chỗ tín hiệu xung điều khiển cực gốc các transitor. Trong bộ biến đổi kiểu

một cực, xung điều khiển cực gốc hai transitor phía trái u B1 = - uB4, có đồ thị xung
cực tính thay ngược nhau như kiểu điơt, làm cho Tr 1 và Tr4 thay nhau mở; cịn tín
hiệu điều khiển cực gốc của hai transitor phía phải Tr 3 và Tr2 thì đã khác, chuyển
thành tín hiệu một chiều khác nhau tuỳ thuộc yêu cầu chiều quay của động cơ. Lúc
động cơ quay thuận, điện áp uB3 luôn âm, cịn uB2 ln dương, khi đó Tr 3 khố lại,
cịn Tr2 luôn mở. Khi cần động cơ quay theo chiều ngược thì cho u B3 ln dương,
cịn uB2 ln âm, nên Tr3 ln mở, cịn Tr2 khố lại. Sự thay đổi tín hiệu điều khiển
này rõ ràng là làm cho tình trạng mở khóa các transitor ở các giai đoạn và đường đi
của dịng điện trong mạch sẽ có sự thay đổi so với ở bộ biến đổi kiểu đi ốt. Tình
trạng mở khóa của các transitor, dạng điện áp mạch rotor và chiều dịng điện khi tải
lớn khơng thay đổi. Lúc non tải, dòng điện trong một chu kỳ cũng sẽ đổi chiều và
vẫn đảm bảo tính liên tục của dịng động cơ
BBĐ PWM có đảo chiều:
Kiểu một cực bị hạn chế


Câu 8: Nêu cac phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
xoay chiều không đồng bọ 3 pha? Phân loại các phương
pháp điều tốc theo góc độ chuyển đổi năng lượng
(1) Điều tốc giảm điện áp;
(2) Điều tốc sử dụng bộ ly hợp trượt điện từ;
(3) Điều tốc điện trở nối tiếp mạch rotor động cơ dây quấn động cơ không
đồng bộ;
(4) Điều tốc nối cấp động cơ không đồng bộ rotor dây quấn;
(5) Điều tốc thay đổi số đôi cực;
(6) Điều tốc bằng phương pháp thay đổi tần số nguồn (điều tốc biến tần);
Phân loại các phương pháp điều tốc theo góc độ chuyển đổi năng lượng:
1) Hệ thống điều tốc tiêu hao cơng suất trượt - tồn bộ công suất trượt chuyển
thành nhiệt năng tiêu hao mất. Ba phương pháp điều tốc (1), (2), (3) kể trên đều
thuộc về loại này. Hiệu suất của các hệ thống điều tốc loại này là thấp nhất và chấp

nhận tổn thất công suất để đổi lấy việc giảm tốc độ quay (lúc mômen phụ tải không
đổi), tốc độ càng xuống thấp thì hiệu suất càng giảm, nhưng cấu trúc của hệ thống
này là đơn giản nhất, vì thế nó vẫn được dùng trong một số trường hợp.
2) Hệ thống điều tốc kiểu tái sinh - một bộ phận của công suất trượt bị tiêu
hao đi, phần lớn cịn lại nhờ có thiết bị chuyển đổi được trả về mạng điện hoặc
chuyển hố thành cơ năng để dùng vào việc có ích khác, lúc tốc độ quay càng thấp
công suất thu hồi cũng càng nhiều, phương pháp điều tốc thứ (4) đã kể trên là
thuộc loại này. Hiệu suất của hệ thống điều tốc loại này rõ ràng là cao hơn loại thứ
(1) nhưng phải thêm thiết bị biến đổi và phải tiêu hao một phần cơng suất trong nó.
3) Hệ thống điều tốc công suất trượt không thay đổi - trong hệ thống này
không tránh khỏi tiêu hao công suất trên dây quấn rotor, nhưng sự tiêu hao công
suất trượt hầu như không phụ thuộc vào tốc độ cao hay thấp, vì thế hiệu suất khá
cao. Phương pháp điều tốc thứ (5) và thứ (6) kể trên là thuộc loại này, trong đó


phương pháp thay đổi số đôi cực là là phương pháp điều chỉnh có cấp, ít dùng. Chỉ
có điều tốc biến tần được ứng dụng rộng rãi nhất, cho phép xây dựng được các hệ
thống điều tốc xoay chiều có chất lượng cao, có thể thay thế cho hệ điều tốc động
cơ một chiều và do đó được phát triển mạnh nhất.

9, Trình bày sơ đồ nguyên lý và đặc tính tĩnh của hệ thống
điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ 3
pha bằng phương pháp điều chỉnh điện áp cáo cho mạch
stator có phản hồi âm tốc độ và bộ điều chỉnh là khâu PI

R là bộ điều chỉnh thường bộ điều chỉnh sẽ sử dụng PI
FX là khối phát xung
FT là máy phát tốc
BĐXC là bộ biến đối xoay chiều hay là bộ chỉnh lưu
ĐK là động cơ xoay chiều không động bộ

udk là điện áp điều khiển
Un là điện áp đầu vào.


Đường đặc tính tĩnh trên hình b là đặc tính cơ của hệ thống điều tốc mạch
vịng kín ứng với hình ngun lý. Nếu mơ men phụ tải là M c, điểm làm việc là
điểm A, khi phụ tải tăng lên dẫn tới tốc độ giảm xuống, thì tác dụng của điều khiển
phản hồi có thể nâng cao điện áp mạch stator, động cơ chuyển đến điểm làm việc
mới A' trên đường đặc tính cơ ứng với giá trị điện áp stator mới. Cũng lý luận như
thế, khi phụ tải giảm xuống, cũng có thể tìm được điểm làm việc mới A'' với điện
áp thấp của stator. Theo quy luật điều khiển phản hồi, nối các điểm A, A', A'' sẽ
được đường đặc tính tĩnh của hệ thống mạch vịng kín. Dù cho đường đặc tính cơ
mạch vịng hở của động cơ không đồng bộ khác biệt khá nhiều so với đặc tính
mạch vịng hở của động cơ một chiều, nhưng đặc tính cơ của hệ thống mạch vịng
kín có đoạn rất giống nhau. Mặc dù đặc tính cơ động cơ mômen không đồng bộ
xoay chiều là rất mềm, nhưng đặc tính cơ tĩnh của hệ thống mạch vịng kín được
quyết định bởi hệ số khuếch đại hệ thống lại có độ cứng rất lớn. Nếu sử dụng bộ
*
điều chỉnh PI, cũng có thể đạt được vơ sai tĩnh. Thay đổi tín hiệu cho trước u n

(ucđ) đường đặc tính tĩnh sẽ di trượt lên xuống thực hiện mục đích điều tốc.

10, Hãy trình bày sơ đồ cấu của hệ ở trạng thái ổn định và
đặc tính tĩnh của hệ 2 mạch vòng


Đường đặc tính tĩnh của hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng khi dòng
điện phụ tải nhỏ hơn Idmax là đặc tính khơng có sai lệch tĩnh đối với tốc độ quay, lúc
đó, phản hồi âm tốc độ tác động chủ yếu. n
Khi dòng điện phụ tải đạt tới trị số Idmax, bộ

n0

A

điều chỉnh tốc độ quay bão hồ, bộ điều
chỉnh dịng điện sẽ tác động chủ yếu, hệ
thống lúc này là khơng có sai lệch tĩnh đối
với dịng điện, hệ thống tự động hạn chế

0

dịng điện khơng q mức cho phép. Đó
chính là hiệu quả của việc sử dụng hai bộ
điều chỉnh tạo thành hai mạch vòng kín

Idm Id
Iđ
m tĩnh của hệax
Hình 3.5: Đặc tính
thống

điều chỉnh tốc độ hai mạch vịng

trong ngồi riêng rẽ. Đường đặc tính tĩnh như vậy rõ ràng là tốt hơn so với đường
đặc tính hệ thống một mạch vịng đơn có phản hồi âm dịng điện có ngắt. Nhưng
trên thực tế hệ số khuếch đại mạch vòng hở của bộ khuếch đại thuật tốn khơng
phải là vơ cùng lớn, đặc biệt là để tránh hiện tượng trôi điểm 0 thường dùng "bộ
điều chỉnh PI chuẩn” khi đó, hai đoạn đường đặc tính tĩnh trên thực tế đều có sai
lệch tĩnh nhỏ, biểu diễn bằng nét đứt trên hình