thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục

Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục
Mục lục
Mụclục.1
Lời nói đầu: 2
Chơng 1: Giới thiệu về xe con cầu trục3
Chơng 2: Thiết kế phần lực của hệ thống ..5
Chơng 3: Tổng hợp các mạch vòng 16
Chơng 4: Mô phỏng 37
Kết luận: 42
Tài liệu tham khảo: .43
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
1
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục
Lời nói đầu
Động cơ không đồng bộ ngày nay đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thay cho
các động cơ khác vì nó có nhiều u điểm nh khởi động đơn giản, vận hành tin cậy, rẻ
tiền và kích thớc gọn nhẹ. Nhợc điểm của nó là đặc tính cơ phi tuyến mạnh nên trớc
đây, với các phơng pháp điều khiển còn đơn giản, loại động cơ này phải nhờng chỗ cho
động cơ điện một chiều. Nhng với việc phát triển của các lý thuyết điều khiển, truyền
động cộng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật nh kỹ thuật vi xử lý, điện tử công suất
nên đã hạn chế đợc nhợc điểm trên, đa động cơ không đồng bộ trở thành phổ biến.
Trớc đây thờng điều khiển động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp. Đây là một phơng
pháp đơn giản nhng chất lợng điều chỉnh kể cả tĩnh lẫn động đều không cao. Để điều
khiển đợc chính xác và hiệu quả phải nói đến phơng pháp thay đổi tần số điện áp
nguồn cung cấp. Do tốc độ động cơ không đồng bộ xấp xỉ tốc độ đồng bộ nên động cơ
làm việc với độ trợt nhỏ và tổn hao công suất trợt trong mạch rôto nhỏ. Tuy nhiên ph-
ơng pháp này còn phức tạp và đắt tiền. hiết bị dùng để biến đổi tần số là các bộ nghịch
lu, có thể là nghịch lu trực tiếp hoặc gián tiếp. Ta có thể sử dụng bộ biến tần là một
thiết bị tích hợp cả chỉnh lu, nghịch lu lẫn điều khiển. Luật điều khiển trong mỗi biến
tần tuỳ thuộc vào nhà sản xuất.

Hiện nay để điều khiển động cơ đã có nhiều biến tần bán sẵn trên thị trờng, ít khi
còn phải thiết kế theo phơng pháp kinh điển nữa. Các nhà sản xuất lựa chọn biến tần
nhiều hơn bảng điều khiển sao - tam giác hoặc điện trở phụ hoặc các thiết bị điều
khiển khác vì nó gọn nhẹ, điều khiển chính xác, tin cậy, đáp ứng đợc nhu cầu tự động
hoá và từng bớc hiện đại hoá xí nghiệp của họ. Biến tần đơn giản thờng điều khiển tốc
độ theo luật U/f để đảm bảo động cơ sinh mômen tốt nhng cho các hệ truyền động yêu
cầu cao hơn thì có biến tần điều khiển theo vectơ.Với mục đích nh vậy trong bản đồ án
này ta sẽ điều chỉnh tốc độ cho hệ thống xe con cầu trục sử dụng biến tần điều chỉnh
bằng phơng pháp U/f. Trong quá trình thực hiện em đã nhận đợc rất nhiều sự giúp đỡ
của các thầy cô giáo trong bộ môn đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Quang Địch, em xin
chân thành cảm ơn
Hà nội tháng 6/2006
Sinh viên
Đào Hữu Hùng
Chơng 1
Mô tả chung về xe con cầu trục và cơ cấu truyền động
1.1. Mô tả chung
Trong tất cả các xí nghiệp công nghiệp thì hầu nh nhà máy nào cũng có các
máy nâng, vận chuyển vì nó đóng một vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất.
Máy nâng - vận chuyển là cầu nối giữa các hạng mục công trình sản xuất riêng biệt,
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
2
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục
giữa các phân xởng của một nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây truyền
sản xuất.
Cơ cấu xe con cầu trục kết hợp với cơ cấu máy nâng hạ thì thành một cầu trục
hoàn chỉnh. Cơ cấu nâng hạ của cầu trục là để nâng tải trọng lên, hạ tải trọng
xuống. Còn cơ cấu xe con cầu trục để đa tải trọng sang phải, sang trái.
1.2. Chế độ làm việc của xe con - cầu trục.

Cầu trục thờng đợc đặt trong nhà xởng hay ngoài trời. Môi trờng làm việc của
cầu trục thờng rất nặng nề. Xe con - cầu trục thờng làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp
lại. Động cơ truyền động thờng phải đảo chiều quay liên tục. Hơn nữa, động cơ
truyền động cầu trục có momen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt. Trong một chu kỳ
làm việc của cầu trục, thì chỉ có nửa chu kỳ động cơ phải làm việc đầy tải và trong
nửa chu kỳ tiếp theo thì động cơ phải làm việc không tải. Khi không có tải thì
momen của động cơ không vợt quá 35 đến 50 M
đm
. [2]
Trong các hệ truyền động của xe con - cầu trục, yêu cầu quá trình tăng tốc,
giảm tốc, hãm và đảo chiều xảy ra phải êm. Tuy nhiên, momen động trong quá
trình quá độ phải đợc hạn chế theo yêu cầu của kỹ thuật an toàn.
Năng suất của xe con - cầu trục quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của thiết bị
và số chu kỳ phải dịch chuyển tiến lên và giật lùi trong một giờ. Tải trọng trong một
chu kỳ không nh nhau và nhỏ hơn tải trọng định mức, cho nên phụ tải đối với động
cơ chỉ đạt 60 - 70% công suất định mức của động cơ. Hơn nữa, trong một nửa chu
kỳ còn lại thì động cơ lại chạy không tải ( không có tải trọng - thờng là nh vậy ).
Do điều kiện làm việc của xe con cầu trục nặng nề, thờng xuyên làm việc trong
chế độ quá tải nên khi thiết kế hệ truyền động cho xe con - cầu trục phải chú ý khi
quá tải của động cơ. [2]
Dới đây là hình ảnh về một mô hình của một chiếc xe con - cầu trục.
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
3
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục
Chơng 2
Thiết kế phần lực của hệ truyền động
2.1. Đặc điểm cơ bản của hệ truyền động.
Chế độ làm việc của các cầu trục phải đợc xác định từ các yêu cầu của quá
trình công nghệ, chức năng của cầu trục trong dây chuyền sản xuất. Cấu tạo và kết

cấu của cầu trục rất đa dạng. Khi thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển và hệ
truyền động điện phải phù hợp với từng loại cụ thể.
Tuy nhiên, một hệ thống điều khiển và hệ truyền động điện cho một cơ cấu xe
con - cầu trục điển hình thì phải có các đặc điểm cơ bản nh sau: [2]
Quá trình mở máy phải êm.
Dải điều chỉnh tốc độ phải rộng
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
4
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục
Hãm và đảo chiều êm
Độ chính xác điều chỉnh cao, đảm bảo dừng chính xác tại các nơi cần
lấy hàng và trả hàng. Do đó, thờng có công tắc hành trình hạn chế
hành trình tiến lùi cho xe con - cầu trục.
2.2. Lý thuyết chọn động cơ truyền động cho xe con. [2]
Phụ tải tĩnh của cơ cấu là do lực cản chuyển động gây ra. lực đó bao gồm hai
thành phần chính: lực ma sát lăn trên đờng đi F
1
, lực ma sát trong cổ trục của bánh
xe: F
ct
.
Thành phần F
1
đợc viết theo biểu thức:
][
0
1
Nf
R

GG
F
b
+
=
trong đó:
G
0
- trọng lợng bản thân của cơ cấu [N]
G - trọng lợng của tải trọng [N]
R
b
- bán kính bánh xe [cm]
f - hệ số ma sát [cm]
Nếu bánh xe bằng thép, lăn trên đờng ray thì f = ( 0,05 ữ 0,1 ) cm
Thành phần F
ct
xác định theo biểu thức:
][)(
0
NGGF
ct
à
+=
Nếu dời điểm đặt của lực về vành bánh xe thì tíh theo biểu thức:
b
ct
ct
R
R

GGF
à
)(
0
'
+=
à là hệ số ma sát trợt
Nếu là: ổ trợt: à = 0,05 ữ 0,08
ổ bi: à = 0,01 ữ 0,05
R
ct
là bán kính cổ trục.
Toàn bộ lực đặt lên bánh xe:
][)(
0
1
NfR
R
GG
FFF
ct
b
ctc
+
+
=+=
à
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
G

1
+G
0
F
5
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục
Đối với các cơ cấu lăn trên bánh xe bằng sắt, lăn trên đờng ray, phải tính đến
lực cản ma sát giữa mép bánh xe và đờng ray. Lực đó, đợc tính thêm bằng hệ số dự
trữ k:
)(
0
'
fR
R
GG
kkFF
ct
b
cc
+
+
==
à
k lấy từ kinh nghiệm hoặc thực hành.
Đối với xe con khi dùng: ổ trợt k = 1,25 ữ 1,6
ổ bi k = 2,5 ữ 3,2
2.3. Chọn công suất động cơ và chọn loại động cơ.
Thời gian xe con chạy hết quãng đờng là: ( ứng với lúc vận tốc v lớn nhất có
thể là v = 1m/s ). Giả thiết rằng quãng đờng dịch chuyển của xe con là l = 50 m.
s

v
l
t 50
1
50
===
Công suất tính trên trục của động cơ khi tải là định mức:
)(88,4
82,0.1000
1.4000
.1000
kW
vF
P
dm
C
C
===

Công suất cản tĩnh khi xe con chạy không tải. Ta có = 0,76 cùng với tải bằng
0,5 theo đồ thị hình 2-2 [2]:
)(63,2
76,0.1000
1.2000
.1000
0
0
kW
vF
P

C
C
===

Giả thiết thời gian xe dừng để tháo tải trọng là t
1
= 120s, thời gian xe dừng để
lấy tải trọng là t
2
= 150s.
%03,27100
150120100
100
%100
2
2
%
0201
=
++
=
++
=
ttt
t

Chọn công suất động cơ theo công suất trung bình:
)(39,9
2
63,288,4

5,2
2
0
kW
t
tPtP
kP
CC
dm
=
+
=
+
=
Do không có động cơ có = 27,03% nên ta phải quy đổi về loại động cơ có hệ
số tiếp điện tiêu chuẩn là = 25%.
)(76,9
25
03,27
39,9
%
%
'
kWPP
tc
dmdm
===


Tốc độ của động cơ lúc lớn nhất:

983
35,0.14,3
60.18.1.
max
===
b
dc
D
iv
n

(vòng/phút)
Tốc độ của động cơ lúc nhỏ nhất:
49
35,0.14,3
60.18.05,0
.
min
min
===
b
dc
D
iv
n

(vòng/phút)
Vậy ta chọn động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc loại MTK B3U-6 có % =
25%, P
đm

= 11kW và n
đm
= 910 vòng/phút.
2.4. Kiểm nghiệm công suất động cơ.
2.4.1. Kiểm nghiệm khả năng phát nóng của động cơ.
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
6
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục
Để kiểm nghiệm đợc động cơ ta xây dựng đồ thị phụ tải trong một chu kỳ làm
việc của động cơ.
Nh giả thiết ở trên, thời gian xe con dừng lại để lấy tải trọng là t
02
= 150s và
thời gian để xe con dừng lại tháo tải trọng là t
01
= 120s. Mặt khác, ta đã tính toán đ-
ợc thời gian để động cơ di chuyển hết một hành trình là: 50s. Vậy ta có:
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
7
M
M
cđm
M
c0
t
02
t
02

t tt
01
Đồ thị phụ tải của xe con - cầu trục
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục
Ta có:
)(6,46
983
55,9.4800
Nm
P
M
cdm
cdm
===

)(6,25
983
55,9.2630
0
0
Nm
P
M
C
C
===

)(5,19
370
50).6,256,46(

.
22
2
Nm
t
tM
M
i
iCi
dt
=
+
==


)(11155,9
910
11000
03,27
25
%
%
'
NmMM
dm
tc
dm
===

Ta thấy: M
đm
> M
đt
Vậy động cơ đợc chọn thỏa mãn điều kiện phát nóng.
2.4.2. Kiểm nghiệm động cơ theo khả năng quá tải và khởi động.
Với động cơ MTK B3U-6 có tỉ số
1,3=
dm
th
M
M
và
8,2=
dm
kd
M
M
Vậy
)(1,344111.1,3.1,3 NmMM
dmth
===
M
th
> M
cmax
.
)(311111.8,28,2 NmMM
dmkddm
===

M
kdđm
> M
cmax
Vậy động cơ đợc chọn thỏa mãn điều kiện kiểm nghiệm quá tải và khởi động.
Thông số của động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc loại MTK B3U-6 do
Liên Xô cũ sản xuất:
P
đm
= 11 kW
n
đm
= 910 vòng/phút

8,21,3 ==
dm
mm
dm
th
M
M
M
M
Thông số về Stator.

9,4=
stdm
stKD
I
I

cos
đm
= 0,8
cos
kđ
= 0,72
cos
kt
= 0,09
I
STđm
= 26A
I
ST0
= 15,7A
r
ST
= 0,54
x
ST
= 0,575
Thông số Rô to
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
8
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục
I
r

đm

=19,5A
r
f,

r
= 0,73
x

f,r
= 0,64
Hệ số tính đổi điện trở: K
r
= K
e
2
= 0,78.10
4
Momen quán tính: J = 0,212 (kg.m
2
)
Khối lợng m = 155 (Kg)
2.5. Thiết kế mạch lực bộ biến đổi.
D1 D3
D5
D4
D6
D2
C
T
RB

T1
T4
T3
T6
T5
T2
D1'
D4'
D3'
D6'
D5'
D2'
a
b
c
Ta có động cơ có điện áp định mức là 380V và điện áp vào của biến tần cũng là
3 pha 380V. Đây là bài toán chọn van nên để đơn giản trong việc tính chọn các van
của bộ biến đổi, ta giả thiết rằng hiệu suất của các bộ chỉnh lu, nghịch lu và khâu
liên kết một chiều ( DC link ) đều bằng 100%. Với giả thiết này thì giá trị dòng
điện trung bình đi qua các van tính đợc sẽ nhỏ hơn so với thực tế. Do đó, sau này ta
cần phải nhân hệ số dữ trữ cao để bù đắp lại sai số mà ta đã giả thiết trong quá trình
tính toán này.
Đối với bộ nghịch lu thì ta coi thành phần sóng điện áp ra của nó chỉ là sóng
điều hòa bậc 1 ( vì nó chiếm tới 96% giá trị điện áp ra ).
Giá trị điện áp ra sau bộ chỉnh lu là:
VUvU
d
8,514220.34,2.34,2 ===
Mặt khác nếu tính ngợc lại từ phía động cơ:
VUU

Ad
467220
2
3
2
3
===
Sở dĩ có sự chênh lệch này là vì ta không tính đến sụt áp trên các van và lại chỉ
giả thiết rằng sóng điện áp ra của bộ nghịch lu là chỉ có điều hòa bậc một.
Nếu ta coi
NL
=
DC Link
= 1 thì
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
9
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục
P
d
= U
d
I
d
= P
đm

A
U
P

I
d
dm
d
4,21
515
11000
===
Dòng điện trung bình qua các van IGBT là:
A
I
I
d
T
13,7
3
4,21
3
===
Điện áp ngợc đặt vào các van IGBT là:
VUU
dCE
T
515==
Dòng điện trung bình lớn nhất qua van là:
AIKI
TiT
52,2813,7.4
max
===

Điện áp ngợc cực đại đặt vào các van IGBT là:
VUKU
T
CEuCE
1185515.3,2
max
===
Vậy chọn van IGBT loại: QM30HQ-24 do hãng MITSUBISHI sản xuất có các
thông số sau:
I
Cmax
= 30A U
CEmax
= 1200V I
B
= 2A
Chọn các diode mắc song song ngợc với các IGBT:
Điện áp ngợc đặt lên diode là:
VUU
dngD
515==
Dòng điện trung bình đi qua van là:
A
I
I
d
D
57,3
6
4,21

6
'
===
Điện áp ngợc cực đại đặt lên diode là:
VUKU
ngDuD
1185515.3,2.
max'
===
Dòng điện trung bình đi qua van là:
AIKI
DiD
3,1457,3.4
'max'
===
Vậy chọn diode loại: SW12PCR030 có thông số:
I
max
= 30A U = 1,77V
U
NGmax
= 1200V I
th
= 120A
I
PIK
= 245A T
CP
= 175
o

C
Chọn diode cho các van diode của mạch chỉnh lu:
Điện áp ngợc đặt vào van là:
VUU
nguonngD
9,538220.66 ===
Dòng điện trung bình đi qua van là:
A
I
I
d
D
13,7
3
4,21
3
===
Điện áp ngợc cực đại đặt vào van là:
VUKU
ngDUngD
11869,538.2,2.
max
===
Dòng điện trung bình đi qua van là:
AIKI
DiD
6,2813,7.4
max
===
Vậy ta cũng chọn diode loại SW12PCR030 nh trên.

Chn t lc C.
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
10
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục
Theo kinh nghim ca thy giỏo hng dn, ta chn t lc C = 1800àF, giỏ
tr in ỏp trờn hai bn ca t in l 1000V. Ta mc song song ba t cú giỏ tr C
= 600àF cú mt t in cú giỏ tr in dung tng ng l 1800àF.
Tớnh chn in tr hóm v Transistor úng c t in tr hóm.
Khi ng c hóm thỡ ton b ng nng ca ng c s c a ngc
tr v phớa khõu mt chiu trung gian thụng qua cỏc diode mc song song ngc
vi cỏc IGBT. Phn nng lng ú s c np vo cho t (vỡ chnh lu l
chnh lu khụng iu khin nờn nng lng khụng th tr tr v li). iu
ny lm cho in ỏp trờn hai bn cc ca t lc s tng lờn. trỏnh quỏ ỏp cho
t thỡ ta thit k mt in tr hóm. Khi in ỏp trờn t n mc cn phi bo
v an ton cho t thỡ ta phỏt xung m Transistor T ton b nng lng t
phớa ng c tr v c t núng trờn in tr hóm.
Nh vy khi hóm thỡ Transistor T phi chu ton b nng lng tr v ca
ng c. in ỏp ngc ln nht m Transistor T phi chu l in ỏp an ton
ca t. trờn ta ó chn t cú in ỏp danh nh l 1000V v t ú cú in ỏp
an ton l 900V. iu ú cú ngha l khi in ỏp trờn t t 900V thỡ cn phi
phỏt xung m T. Ta tớnh mt cỏch cc oan nht l lỳc ú Transistor phi chu
ton b cụng sut ca ng c. Khi ú, dũng in ln nht i qua van phi bng
dũng I = 11000/900 = 12,2A.
Chn h s d tr in ỏp K
u
= 1,7.
Chn h s d tr dũng in K
i
= 3.

Vy ta cú dũng in ln nht qua van l: 12,2.3 = 36,7A
in ỏp ln nht qua van l: 900.1,7 = 1530V.
Vy chn van Transistor T loi: TM90DZ-2H ca hóng MITSUBISHI sn
xut cú cỏc thụng s nh sau:
U
CE
= 1600V I
C
= 90A
Ta ó gi thit trờn rng hiu sut ca cỏc b bin i u bng 100%.
Nờn ta cú cụng sut ti khõu mt chiu trung gian l 11kW. Khi Transistor T m
l lỳc ú in ỏp l 900V v gi thit rng lỳc Transistor m khụng cú st ỏp ri
trờn nú thỡ ta cú:
=== 8,73
2,12
900
I
U
R
B
2.6. Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch lực bộ biến đổi.
2.6.1. Bảo vệ quá nhiệt cho các van.
Có 4 loại phát nhiệt trên các van bán dẫn là: [8]
Phát nhiệt trong trạng thái dẫn dòng của van. Khi van dẫn, do có sụt
áp trên các van nên công suất tỏa nhiệt trên van sẽ bằng dòng đi qua
van nhân với sụt áp trên van.
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
11
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục

Phát nhiệt trong trạng thái không dẫn dòng của van. Khi van không
dẫn dòng thì qua van có dòng điện rò. Do đó trên van sẽ có một lợng
công suất tỏa nhiệt là bằng điện áp ngợc nhân với dòng rò.
Phát nhiệt trong trạng thái quá độ của van. Cả khi van tắt và van dẫn
thì đều có tỏa nhiệt. Khi van đang dẫn dòng mà chuyển sang trạng
thái tắt thì dòng điện giảm từ từ về không. Trong khi đó thì điện áp lại
tăng dần từ giá trị điện áp sụt áp lên giá trị điện áp ngợc. Do dó, nó
cũng gây ra một lợng công suất tỏa nhiệt đáng kể. Và trong quá trình
ngợc lại thì cũng tơng tự nh vậy.
Phát nhiệt trong quá trình phát xung mở van ( chỉ đối với những van
điều khiển đợc ). Khi phát xung mở van thì cũng làm nóng cực điều
khiển.
Tuy nhiên, trong 4 loại phát nhiệt cho van này thì loại hình phát nhiệt đầu tiên
là lớn nhất. Do đó, trong quá trình thiết kế ta chỉ cần quan tâm đên loại hình phát
nhiệt này.
2.6.1.1. Tính toán cánh tản nhiệt cho các van Diode chỉnh lu.
Tn tht cụng sut trờn mi van l:
W1,5377,1.30. ===
lv
IUP
Din tớch ta nhit:

m
TN
k
P
S

=
Trong ú: : l chờnh nhit so vi mụi trng.

Vi iu kin khớ hu nhit ca Vit Nam thỡ tao chn nhit mụi trng
l 40
o
C. Nhit lm vic cho phộp ca van l 175
o
C. Ta chn nhit lm vic
trờn cỏnh tn nhit l: 150
o
C.
11040150 ===
mtlv
TT

K
m
: l h s ta nhit i lu bc x. Chn K
m
= 10W/m
2
.
o
C
2
048,0
110.10
1,53
mS
TN
==
Vy chn cỏnh tn nhit loi 5 cỏnh cú kớch thc mi cỏnh l: 5ì5.

Tng din tớch ca cỏnh tn nhit l:
S
TN
= 5.2.5.5 = 250 cm
2
= 0,25m
2
2.6.1.2. Tớnh chn cỏnh tn nhit cho diode mch nghch lu.
Cỏc van diode trong mch nghch lu cú cựng loi vi cỏc diode trong mch
chnh lu nờn ta s dng loi cỏnh tn nhit cho nú.
2.6.1.3. Tớnh chn cỏnh tn nhit cho IGBT ca mch nghch lu.
Tra datasheet ca van ta cú cụng sut tiờu tỏn trờn collector l 310W.
Nhit cho phộp trờn v ca van l: 125
o
C. Ta chn nhit lm vic trờn
cỏnh tn nhit ca van l: 110
o
C.
= T
lv
T
mt
= 110 40 = 70
o
C
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
12
ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho xe con cÇu trôc
Diện tích cánh tản nhiệt là:

2
44,0
70.10
310
m
k
P
S
m
TN
==
∆
=
τ
Ta chọn cánh tản nhiệt loại có 10 cánh có kích thước: 5×5.
Tổng diện tích của cánh tản nhiệt là:
S
TN
= 10.2.5.5 = 500cm
2
= 0,5m
2
2.7. Đo lường tốc độ và dòng điện.
2.7.1. Đo lường tốc độ.
Để đo lường tốc độ của động cơ ta sử dụng một máy phát tốc có trục nối cứng
với trục của động cơ.
Sơ đồ nguyên lý đo tốc độ bằng máy phát tốc. Máy phát tốc thực chất là một
máy phát điện một chiều. Khi từ thông của máy phát tốc không đổi thì điện áp đầu
ra của máy phát tốc là:
U

ω

= K
ω
.ω - Rư
p
I - ∆U
ct
Nếu chọn điện trở đủ lớn thì gần đúng ta có:
U
ω
= K
ω
.ω
Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền của máy phát tốc là:
p
K
p
pU
F
f
FT
ω
ωω
τω
+
==
1)(
)(
Trong đó: K

ω
- là hệ số tỷ lệ.
I – là dòng tải của máy phát.
Rư – là điện trở phần ứng máy phát.
τ
f
ω
- hằng số thời gian bộ lọc.
Chọn U
ω
= 10V, vậy ta có:
ω
ω
ω
U
K =
với
)/(3,95
55,9
910
55,960
2
srad
nn
dmdm
dm
====
π
ω
1,0105,0

3,95
10
≈==
ω
K
Hằng số thời gian của bộ lọc T
f
ω
< 5ms, chọn T
f
ω
= 1(ms)
Vậy ta có hàm truyền máy phát tốc là:
Sinh viªn: §µo H÷u Hïng
Líp: Tù §éng Hãa 3 – K47
13
R
C
U
FT
Rt
Uω
ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho xe con cÇu trôc
p
F
FT
001,01
1,0
+
=

2.7.2. Đo lường dòng điện.
Sơ đồ đo dòng điện xoay chiều ba pha đơn giản nhất là dùng ba máy biến
dòng như trên hình vẽ. Ba máy biến dòng mắc vào ba pha của mạng điện và cuộn
dây của máy biến dòng được ngắn mạch qua điện trở công suất R
0
. Điện áp thứ cấp
máy biến dòng được cho qua một bộ chỉnh lưu cầu ba pha dùng diode và mạch lọc
RC để lọc thành phần xoay chiều sau chỉnh lưu.
Điện áp đầu ra của chỉnh lưu là:
dd
IRU
12
=
Trong đó:
2
23
II
d
π
=
Trong mạch bố trí R
1
mắc nối tiếp diode D
0
phục vụ cho việc đo tín hiệu dòng
điện không U
20
. Khi diode dẫn thì điện áp U
D0
≈ 0,5V.

Ta ký hiệu P
I
là tỷ số của máy biến dòng, vậy cơ cấu hàm truyền đo lường
dòng điện là:
p
K
pI
pU
pF
fI
I
I
τ
+
==
1)(
)(
)(
1
21
Trong đó: K
I
= P
I
R
1
là hệ số tỷ lệ.
τ
fI
= RC là hằng số thời gian bộ lọc.

Ta vẫn giả sử rằng hiệu suất của biến tần bằng 100%. Điện áp vào của biến tần
là 220V và cosϕ = 0,8. Khi đó, dòng điện chạy trong một pha là:
A
U
P
I 83,20
8,0.220.3
11000
cos3
1
1
===
ϕ
Ta chọn máy biến dòng có dòng điện định mức phía thứ cấp là 5A và dòng
điện định mức phía sơ cấp là 60A. Vậy tỷ số máy biến dòng P
I
= 60/5 = 12.
Chọn τ
ft
= RC = 0,001.
157,0
26.5,2
10
1
===
sdm
I
I
U
k

λ
Với λ = 0,25
Vậy ta có hàm truyền đạt của khâu đo lường dòng điện là:
p
pF
I
001,01
157,0
)(
+
=
Sinh viªn: §µo H÷u Hïng
Líp: Tù §éng Hãa 3 – K47
14
Ic
Ib
Ia
R0
R0
R0
R1
D0
R
C
I2
U
2I
U
2I0
ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho xe con cÇu trôc

CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ VÀ TỔNG HỢP CÁC MẠCH VềNG
3.1. Chọn phương án truyền động.
Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả
tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoả
mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế và các chỉ
tiêu kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể ta có thể lựa chọn
được một vài phương án hoặc một phương án duy nhất để thiết kế.
Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ
truyền động một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với
đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.
Qua tìm hiểu yêu cầu công nghệ của cơ cấu truyền động cho xe con cầu trục
ta có một số nhận xét sau:
Hệ thống truyền động xe con cầu trục làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
Để điều chỉnh tốc độ cho hệ thống này ta có thể dùng 2 loại hệ truyền động
với động cơ một chiều hoặc xoay chiều.
Động cơ một chiều có ưu điểm là có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm
vi rộng, dễ tạo đường đặc tính cơ học phù hợp với yêu cầu làm việc của máy, có
khả năng quá tải cao, cần có nguồn điện một chiều. Nói chung việc dùng hệ truyền
động một chiều có thể đạt được đặc tính điều chỉnh rất lí tưởng song hệ làm việc
kém tin cậy, giá thành hệ thống đắt, nguồn cấp riêng do vậy chỉ trong những trường
hợp có công suất lớn và yều cầu cao về truyền động mới dùng hệ này. Trong yều
cầu đề bài nêu, ứng dụng trong một hệ công suất không lớn và không cần điều
chỉnh quá chính xác do vậy ta bỏ qua giải pháp này.
Động cơ xoay chiều có hiệu quả kinh tế cao, đạt yêu cầu về đặc tính khởi
động cũng như đặc tính điều chỉnh. Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng
bộ( KĐB) 3 pha. Loại động cơ này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp,
chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác. Tuy nhiên động cơ KĐB có cấu tạo phần
cảm và phần ứng không tách biệt, từ thông động cơ cũng như mô men động cơ sinh
ra phụ thuộc nhiều vào tham số. Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện

động cơ không đồng bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh .
Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ điều chỉnh tốc độ :
+ Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ
+ Điều chỉnh xung điện trở mạch rô to
Sinh viªn: §µo H÷u Hïng
Líp: Tù §éng Hãa 3 – K47
15
ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho xe con cÇu trôc
+ Phương pháp điều chỉnh công suất trượt
+ Phương pháp biến đổi tần số
Sau đây là một số đặc điểm và phạm vi ứng dụng của 4 phương pháp.
1. Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ
Ưu điểm:
- Tổn thất trong bộ biến đổi thấp
- Dễ dàng tự động hoá
- Thiết bị thực hiện là Thyristor hay van hai chiều có bán sẵn trên thị trường.
- Phù hợp cho các tải có momen tải là hàm tăng của tốc độ như bơm li tâm, quạt
gió
Nhược điểm:
- Điện áp không sin có nhiều thành phân sóng hài bậc cao.
- Tổn thất phụ do dòng Fucault lớn.
- Momen và tốc độ dao động khi vận hành.
- Phạm vi điều chỉnh hẹp.
2. Điều chỉnh công suất trượt
Ưu điểm:
- Công suất trượt được trả về lưới hoặc cấp cho động cơ một chiều.
- Đặc tính điều chỉnh có độ cứng cao.
Nhược điểm:
- Hệ thống phải dùng thêm một sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển hoặc động cơ
một chiều.

- Đắt tiền hiệu quả kinh tế thấp.
- Chỉ phù hợp điều khiển động cơ công suất lớn.
3. Điều chỉnh xung điện trở mạch roto
Sinh viªn: §µo H÷u Hïng
Líp: Tù §éng Hãa 3 – K47
16
ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho xe con cÇu trôc
Đây là một phương pháp điều chỉnh đơn giản và cổ điển đã được sử dụng
trước đây rất nhiều. Nguyên lý điều chỉnh dựa trên việc thay đổi điện trở roto, thay
đổi đường đặc tính cơ KĐB dẫn đến thay đổi tốc độ.
ưu điểm:
- Điều chỉnh được ở tốc độ thấp
- Tốc độ điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ cơ bản
- Tự động hoá trong điều chỉnh được dễ dàng
- Hạn chế được dòng mở máy
- Các thao tác điều chỉnh đơn giản
- Giá thành chi phí vận hành thấp
Nhược điểm
- Tổn thất trên điện trở lớn
- Tốc độ ổn định kém.
- Chỉ phù hợp với các điều chỉnh có yêu cầu không cao về tốc độ
4. Phương pháp biến đổi tần số:
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp, cho phép
mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công nghiệp. Nó cho
phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều
chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ KĐB nói riêng. Trước hết
chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc
như các truyền động của nhóm máy dệt, băng tải, bánh lăn phương pháp này còn
được ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc tốc
độ cao như máy ly tâm, máy mài. Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ

bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động cơ KĐB rotor lồng sóc sẽ có
kết cấu đơn giản vững chắc giá thành hạ có thể làm việc trong nhiều môi trường
Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp.
Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lưới chung mà từ một bộ
biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc
lập với nhau. Trong phần này đề cập đến hai nội dung: Nguyên lý điều chỉnh tốc độ
động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần dùng trong hệ truyền
động biến tần - động cơ KĐB
4.1 Nguyên lý điều chỉnh tần số:
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số fi của
điện áp stato được rút ra từ biểu thức xác định động cơ KĐB
ωs = 2.π.fs
Vậy sức điện động của dây quấn stato của động cơ tỷ lệ với tần số ra và từ
thông: Es = C.φ.fs
Mặt khác nếu bỏ qua độ sụt áp trên tổng trở dây quấn stato tức coi
Sinh viªn: §µo H÷u Hïng
Líp: Tù §éng Hãa 3 – K47
17
fsCEsUs
X
s
R
s
IsUs
φ
=≈⇒≈+=∆
0
22
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục
Vy ng thi vi vic iu chnh tn s ta phi iu chnh c in ỏp ngun

cung cp. T cụng thc trờn ta thy khi iu chnh tn s m gi nguyờn in ỏp
ngun Us khụng i thỡ t thụng ng c s bin thiờn
*Khi s gim t thụng ca ng c ln lờn lm cho mch t bóo ho v dũng
in t hoỏ ln lờn. Do cỏc ch tiờu nng lng xu i v ụi khi nhiu ng c cũn
phỏt nng lng quỏ mc cho phộp.
*Khi s tng t thụng ca ng c gim xung v nu mụmen ph ti khụng i
thỡ theo biu thc M = k..I.n.cos ta thy dũng in rotor Ir phi tng lờn.Vy
trong trng hp ny dõy qun ng c chu quỏ ti cũn lừi thộp thỡ phi non ti.
Ngoi ra cng vỡ lý do trờn mụmen cho phộp v kh nng quỏ ti ca ng c gim
xung.
Vỡ vy tn dng kh nng ng c mt cỏch tt nht l khi iu chnh tc
bng phng phỏp bin i tn s ngi ta cũn phi iu chnh c in ỏp v
dũng in theo hm ca tn s v ph ti
Vic iu chnh ny ch theo hm ca tn s cú c mỏy sn xut cú th
c thc hin trong h kớn. Khi ú nh cỏc mch hi tip in ỏp ng vi mt tn
cho trc no ú s bin i theo ph ti
Yờu cu chớnh i vi c tớnh ca truyn ng iu chnh tn s m bo
cng c tớnh c v kh nng quỏ ti trong ton b di iu chnh tn s v ph
ti ngoi ra cũn cú th cú vi yờu cu v iu chnh ti u trong ch tnh
4.2 Cỏc loi bin tn :
Gm hai loi: Bin tn trc tip
Bin tn giỏn tip
Bin tn trc tip:
in ỏp vo BT cú in ỏp U
1
v tn s f
1
ch qua mt mch van l ra ngay ti vi
tn s f
2

,U
2
.
c im:
Hiu sut bin i nng lng cao do ch cú mt ln bin i in nng
.Thc hin hóm tỏi sinh nng lng m khụng cn mch in ph.
H s cụng sut thp,tn s Iu chnh b gii hn trờn bi tn s ngun cung
cp.Thng dựng cho h truyn ng cụng sut ln,tc lm vic thp.
Bin tn giỏn tip:
Bin tn ngun ỏp:
Sinh viên: Đào Hữu Hùng
Lớp: Tự Động Hóa 3 K47
18
BT
U
1
,f
1
U
2
,f
2
U
2
,f
2
U
1
,f
1

L
C
CL
NL
ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho xe con cÇu trôc
Đặc điểm là điện áp ra trên tải được định hình sẵn còn dạng dòng điện tải lại
ít phụ thuộc vào tính chất tải .Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải được thực
hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lưu .Phương pháp
điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lưới
Biến tần nguồn dòng :
Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng được sử dụng rộng rãi để điều
khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha, rotor lồng sóc. Sơ đồ gồm một cầu chỉnh
lưu và một cầu biến tần, mỗi tiristor được nối tiếp thêm một một điôt gọi là điôt
chặn.
Ưu điểm:
- Mở rộng dải điều chỉnh nâng cao chất lượng động học của hệ thống điều
chỉnh tốc độ.
- ứng dụng trong các hệ cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc
hoặc các hệ đơn lẻ có yêu cầu tốc độ cao.
- Khi làm việc với động cơ KĐB roto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững
chắc giá thành hạ, làm việc trong nhiều môi trường khác nhau.
- Có rất nhiều bộ biến tần của nhiều hãng khác nhau bàn trên thị trường.
Nhược điểm:
- Mạch điều khiển rất phức tạp.
- Giá thành bộ biến tần còn đắt.
Sinh viªn: §µo H÷u Hïng
Líp: Tù §éng Hãa 3 – K47
19
L
CL

NL
U
1
,f
1
U
2
,f
2
ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho xe con cÇu trôc
Theo yêu cầu của đề bài và theo đặc điểm hệ truyền động cho xe con cầu
trục là có momen tải không đổi, em chọn phương pháp điều chỉnh tần số nguồn
cung cấp cho động cơ sư dụng biến tần nguồn áp cho hệ xe con cầu trục đã cho.
3.2. Mụ hỡnh toỏn học của động cơ không đồng bộ.
Để xõy dựng và thiết kế bộ điều chỉnh cần phải cú mụ hỡnh mụ tả chớnh xỏc
tới mức tối đa đối tượng điều chỉnh.
Xuất phỏt điểm để xõy dựng mụ hỡnh toỏn học cho động cơ không đồng bộ
là mụ hỡnh đơn giản của động cơ trong hỡnh trờn. Mụ hỡnh toỏn học thu được cần
phải thể hiện rừ cỏc đặc tớnh thời gian của đối tượng điều chỉnh. Tuy nhiờn, cần
phải lưu ý rằng mụ hỡnh mà chỳng ta xõy dựng ở đây khụng nhằm mục đích mụ
phỏng chớnh xỏc về mặt toỏn học đối tượng động cơ mà mụ hỡnh ở đây chỉ phục
vụ cho việc xõy dựng thuật toỏn điều chỉnh động cơ.
Về phương diện động học hệ thống, động cơ không đồng bộ được mụ tả bởi
một hệ phương trỡnh vi phõn bậc cao. Vỡ cấu trỳc phõn bố trong khụng gian của
cỏc cuộn dõy phức tạp và cỏc mạch từ múc vũng nờn ta phải chấp nhận một loạt
cỏc giả thiết sau đây khi mụ hỡnh húa động cơ.
 Cỏc cuộn dõy stator được phõn bố một cỏch đối xứng trong khụng
gian.
Sinh viªn: §µo H÷u Hïng
Líp: Tù §éng Hãa 3 – K47

20
i
r
u
u
su
i
su
i
r
w
i
r
v
u
s
v
i
s
v
u
s
w
i
s
w
ROTO
STATO
Trôc
chuÈn

Cuén d©y
pha U
Cuén d©y
pha W
Cuén d©y
phaV
Mụ hỡnh đơn giản của động cơ không đồng bộ rotor lồng
súc
ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho xe con cÇu trôc
 Cỏc thụng số của động cơ không đổi nghĩa là khụng phụ thuộc vào
nhiệt độ, điện trở rotor khụng phụ thuộc vào tần số dũng điện rotor,
mạch từ khụng bóo hũa nờn điện khỏng X
1
và X
2
khụng đổi.
 Tổng dẫn mạch từ húa khụng thay đổi, dũng điện từ húa khụng phục
thuộc tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt vào stator của động cơ.
 Bỏ qua cỏc tổn thất ma sỏt, tổn thất trong lừi thộp.
 Điện áp lưới hoàn toàn hỡnh sin và đối xứng ba pha.
Động cơ không đồng bộ là loại động cơ được dựng phổ biến nhất trong thực
tế vỡ nú cú cỏc ưu điểm là: cấu trỳc đơn giản, bền vững, dễ chế tạo, giỏ thành rẻ,
khả năng quỏ tải về momen lớn, cú thể làm việc ở tốc độ rất thấp hoặc rất cao, hoạt
động dựa trờn nguyờn lý cảm ứng điện từ nờn cú thể ứng dụng trong những mụi
trường cú hoạt tớnh cao, chỏy nổ.
Động cơ không đồng bộ 3 pha là mỏy điện cú nhiều dõy quấn trờn stator,
phương trỡnh cõn bằng điện áp trờn mỗi cuộn dõy như sau.
U
k
= R

k
.I
k
+ dΨ
k
/dt
Trong đó:
k – là tờn của dõy quấn pha.
Từ thụng múc vũng của mỗi dõy quấn là ψ
k
= ∑L
kj
I
j
Trong đó: j cũng là tờn của dõy quấn pha.
Khi j = k thỡ đó là điện cảm tự cảm, j ≠ k thỡ đó là điện cảm hỗ cảm.
Nếu lấy cỏc chữ cỏi thường a, b, c để chỉ tờn của dõy quấn stator và cỏc chữ
cỏi hoa A, B, C để chỉ tờn của dõy quấn pha của rotor thỡ
k = a, b, c, A, B, C và j = a, b, c, A, B, C
Nếu coi mạch từ là tuyến tớnh và bỏ qua tổn hao sắt thỡ momen điện từ của
động cơ:
∑
∂
∂
=
t
iM
k
k
ψ

2
1
Gọi gúc lệch của trục cỏc dõy quấn cựng pha của stator và rotor là υ thỡ tốc
độ quay của rotor sẽ là đạo hàm của gúc quay này ω = dυ/dt.
Để đơn giản trong cỏch viết, coi động cơ cú hai cực (p’=1). Theo sơ đồ ta cú
thể tớnh được từ thụng của tất cả sỏu dõy quấn.
Vớ dụ từ thụng của pha a ở Stator
ψ
a
= L
aa
I
a
+ L
ab
I
b
+ L
ac
I
c
+ L
aA
I
A
+ L
aB
I
B
+ L

aC
I
C
Ta lại coi dõy quấn của động cơ là đối xứng và khe hở khụng khớ là đều. Ta
cú:
R
a
= R
b
= R
c
= R
s
R
A
= R
B
= R
C
= R
r
L
aa
= L
bb
= L
cc
= L
S1
L

AA
= L
BB
= L
CC
= L
R1
L
ab
= L
bc
= L
ca
= -M
S
L
AB
= L
BC
= L
CA
= -M
R
Trong đó:
L
S1
, L
R1
là điện cảm của từng dõy quấn stator và rotor.
M

S
, M
R
là hỗ cảm giữa cỏc dõy quấn stator và rotor với nhau.
Sinh viªn: §µo H÷u Hïng
Líp: Tù §éng Hãa 3 – K47
21
ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho xe con cÇu trôc
Cỏc giỏ trị điện cảm trờn khụng phụ thuộc vào gúc quay của rotor và coi là
khụng đổi. Hỗ cảm giữa cỏc pha của dõy quấn ở rotor và stator phụ thuộc vào gúc
lệch giữa cỏc dõy quấn này, tức là vào tốc độ quay. Khi hai trục của cỏc pha của
dõy quấn này trựng nhau thỡ hỗ cảm giữa chỳng là cực đại và đặt bằng giỏ trị M.
L
aA
= L
Aa
= L
bB
= L
Bb
= L
Cc
= L
cC
= Mcosθ.
L
aB
= L
Ab
= L

bC
= L
Bc
= L
cA
= L
aC
= Mcos(θ+2π/3)
L
Ab
= L
aB
= L
Bc
= L
bC
= L
Ca
= L
aC
= Mcos(θ-2π/3)
Phương trỡnh từ thụng dạng vectơ:
Trong đó: chữ t ở bờn cạnh ma trận hỗ cảm chỉ ra rằng đó là ma trận chuyển
vị. Phương trỡnh điện áp:
Cỏc phương trỡnh trờn là cỏc hệ phương trỡnh vi phõn tuyến tớnh cú hệ số
biến thiờn theo thời gian bởi vỡ gúc quay phụ thuộc vào thời gian.
3.3. Điều chỉnh tần số động cơ không đồng bộ.
Cỏc hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều cú yờu cầu cao về dải
điều chỉnh và tớnh chất động học chỉ cú thể thực hiện với cỏc bộ biến tần. Cỏc hệ
thống này sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng súc cú kết cấu đơn giản,

vững chắc, giỏ thành rẻ, cú thể làm việc trong mọi mụi trường.
Yờu cầu chớnh đối với cỏc đặc tớnh của truyền động tần số là:
 Đảm bảo độ cứng đặc tớnh cơ và khả năng quỏ tải trong toàn dải điều
chỉnh tần số và phụ tải.
 Đảm bảo được momen lớn nhất ứng với dũng điện đó cho hoặc đảm
bảo momen đủ lớn khi tốc độ bằng khụng.
Từ cỏc yờu cầu trờn mà ta cú cỏc luật điều chỉnh sau:
 Luật điều chỉnh giữ khả năng quỏ tải khụng đổi.
 Luật điều chỉnh từ thụng khụng đổi.
 Luật điều chỉnh tần số trượt.
 Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ.
Sinh viªn: §µo H÷u Hïng
Líp: Tù §éng Hãa 3 – K47
22
[ ] [ ]
[ ]
[ ]





















=












i
i
L
v
L
LL
r
s
m
R

s
R
t
mS
____
____
_____
_____

)0(
)(
ψ
ψ

























+
+
=










i
i
LRL
LLR
U
U
R
__
S
r

s
____
RR
T
M
MSS
_____
_____
dt
d
) v(
dt
d
) v(
dt
d

dt
d






=
i
Li
R
_____

M
t
S
)v(
dt
d
M
ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho xe con cÇu trôc
Trong đồ ỏn này em sử dụng luật điều chỉnh tần số khụng đổi để điều khiển
động cơ không đồng bộ truyền động cho xe con cầu trục.
3.3.1. Đặc tớnh của động cơ không đồng bộ khi cấp từ nghịch lưu ỏp.
Khi cỏc khúa bỏn dẫn được đóng cắt theo một trật tự nhất định thỡ tạo thành
hệ thống điện áp xoay chiều ba pha đặt lờn động cơ không đồng bộ. Điện áp dõy
của nghịch lưu là cỏc xung chữ nhật cú độ rộng xung 2π/3 và thỏa món điều kiện
phõn tớch chuỗi Furiờ.
∑
∞
=
π
+ω
π
π
=
1k
edab
)
6
tksin(.
6
k

cos
k
1
U
32
U
với k = 1+6c, c = 0,±1,…
Thành phần điều hũa cơ bản của chuỗi Furiờ cú biờn độ và giỏ trị hiệu dụng
là:
e
sdabdabm
2
T,U
6
U,U
32
U
ω
π
=
π
=
π
=
Vectơ điện áp cú thể được viết lại như sau:
3,2,1víik,eUU
3
jk
dÐU
==

π
Vectơ này dừng trong khoảng thời gian π/3 = T
S
/6 và bước tức thời theo vị
trớ mới khi cỏc van bỏn dẫn chuyển mạch. Giỏ trị của mỗi bước nhảy cũng chớnh
bằng π/3.
Do cú 6 van chuyển mạch trong một chu kỳ điện áp và dũng điện nờn mặc
dự từ thụng mỏy là hỡnh sin momen vẫn cú dạng đập mạch. Thành phần đập mạch
do tương tỏc giữa từ thụng cơ bản và cỏc súng hài bậc cao của dũng điện gõy ra,
vỡ dũng điện cú tần số kω
e
nờn tần số đập mạch của momen nờn sẽ là:
f
m
= f
s
– kf
s
= f
s
(1 – k) = 6cf
s
momen toàn phần của động cơ sẽ là:
cntnMMM
n
entb
6;cos
.max
=+=
∑

ω
Sinh viªn: §µo H÷u Hïng
Líp: Tù §éng Hãa 3 – K47
23
§K
Usa
a
b
c
NL
Ud
+
2
3
4
5
6
1
1 2 3 4
5
6 1
Uab Ubc
Uca
Ua
2
3
Ud
ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho xe con cÇu trôc
Trong đó: M
tb

là momen trung bỡnh bằng tổng đại số momen của súng hài
bậc một và súng cao tần, M
maxn
là biờn độ momen đập mạch bậc n, trong số cỏc
biờn độ này thỡ momen bậc 6 (c=1): M
max6
cú giỏ trị lớn hơn cả.
Ở chế độ làm việc xỏc lập, khi M
tb
= M
c
thỡ
∫
∑
∑
=∆
=
n
sn
n
sn
dttnM
J
t
dt
d
JtnM
]cos[
1
)(

cos
max
max
ωω
ω
ω
3.3.2. Cấu trỳc hệ thống điều chỉnh từ thụng stator.
Luật điều chỉnh từ thụng khụng đổi.
Từ cỏc quan hệ tớnh momen cú thể kết luận rằng nếu giữ từ thụng mỏy ψ
hoặc từ thụng stator ψ
S
khụng đổi thỡ momen sẽ khụng phụ thuộc vào tần số và
momen sẽ khụng đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh. Nếu coi R
s
= 0 thỡ:
const
UU
dm
sdmS
S
===
00
ωω
ψ
Tuy nhiờn, ở vựng tần số làm việc thấp khi mà sụt ỏp trờn điện trở stator cú
thể so sỏnh được với sụt ỏp trờn điện cảm tản mạch stator khi đồng thời từ thụng
cũng giảm đi và do đó momen tới hạn cũng giảm.
Cú thể thiết lập chiến lược điều chỉnh để giữ biờn độ từ thụng rotor khụng
đổi: ψ
r

= const. Ở phần mụ tả động cơ không đồng bộ hoặc dựa vào sơ đồ thay thế
ta cú thể tớnh được từ thụng rotor và phương trỡnh cõn bằng của mạch rotor ở
dạng cỏc thành phần vectơ trờn cỏc trục tọa độ ox và oy:
Sinh viªn: §µo H÷u Hïng
Líp: Tù §éng Hãa 3 – K47
24
1
Is/Isdm
0
ω
s
ω
th
ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng cho xe con cÇu trôc







ψω−ψ+=
ψω+ψ+=
+=ψ
+=ψ
σ
ο
rxsry
Øy
r

rysrxrxr
Øy
tÝyMry
ixrsxMrx
piR0
piR0
iLiL
iLiL
Nếu giữ được biờn độ vectơ từ thụng |ψ
r
| = const thỡ p.|ψ
r
| = 0 và p.ψ
rx
=
p.ψ
ry
= 0, và ta cú phương trỡnh cõn bằng mạch rotor:









=
ψω−−ψ=
ψω+−ψ=

σ
σ
r
r
r
rxsÝyMry
r
ryssxMrx
r
R
L
T
)iL(
T
1
0
)iL(
T
1
0
Trong đó: T
r
σ
= L
r
σ
/R
r
.
Tỏch cỏc số hạng dũng điện sang một vế, sau đó bỡnh phương hai vế của

từng phương trỡnh và cộng hai phương trỡnh với nhau, đồng thời để ý rằng:
2
r
2
ry
2
rx
2
1
2
Ýy
2
rx
,Iii ψ=ψ+ψ=+
Ta cú thể rỳt ra biểu thức cuối cựng:
2
ssM.M
2
r
2
s
2
ss
r
2
M
si
2
s
2

r
M
rdm
s
I).(F.K
T1
I
R
L
2
3
M
)(FT1
L
I
ω=
ω+
ω
=
ω=ω+
ψ
=
Điều chỉnh từ thụng là trường hợp giữ từ thụng luụn khụng đổi và bằng giỏ
trị định mức, như vậy cú thể khai thỏc hết cụng suất mạch từ của động cơ không
đồng bộ. Căn cứ vào cỏc biểu thức tớnh toỏn momen và dũng điện ta cú thể thành
lập được sơ đồ khối cấu trỳc của hệ thống.
Mụ hỡnh cú chứa nhiều khõu phi tuyến phức tạp, cú thể tuyến tớnh húa cỏc
phương trỡnh này và ỏp dụng cỏc chuẩn tối ưu để thiết kế cỏc bộ điều chỉnh tuyến
tớnh.
Hàm F

i
(ω
s
) cú thể được thay thế bằng khõu khuếch đại đơn giản:
sdm
Ýdm
Fisi
I
K)(F
ω
==ω
Tuyến tớnh húa biểu thức tớnh momen động cơ:
)I,,M(i¹t,I
I
MM
M
11s1s
s
s
s
ω∆
∂
∂
+ω∆
ω∂
∂
=∆
Sinh viªn: §µo H÷u Hïng
Líp: Tù §éng Hãa 3 – K47
25