Tổng hợp mạch vòng dòng điện của hệ truyền động sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi tổng hợp bỏ qua sự ảnh hưởng của sức điện động e với dạng tải xung vuông với biên độ bằng 0,5mđm

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây cả nước ta đang bước vào cơng cuộc cơng nghiệp hố
hiện đại hố đất nước, sự giáo dục đóng vai trị quan trọng trong công cuộc này
đặc biệt là đào tạo ra đội ngũ có tay nghề cao biết kết hợp chặt chẽ lý thuyết và
thực tiễn vào lao động sản xuất.
Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện điện tử, công nghệ thông tin,
ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ
mới. Tự động hố q trình sản xuất đang được phổ biến rộng rĩa trong các hệ
thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Tự động hố
khơng những làm giảm nhẹ sức lao động cho con người mà cịn góp phần rất lớn
trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm.
Với mục tiêu cơng nghiệp hố hiện đại hố đất nước, ngày càng có thêm nhiều
xí nghiệp mới sử dụng kỹ thuật cao, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ sư điện những

1


kiến thức về điện tử công suất, về truyền động điện, điều chỉnh tự động truyền
động điện, về vi mạch và xử lý trong công tác kỹ thuật hiện tại.
Để đáp ứng những nhu cầu khó khăn đó em được giao nhiệm vụ làm đồ án
"Tổng hợp mạch vòng dòng điện của hệ truyền động sử dụng động cơ điện
một chiều kích từ độc lập khi tổng hợp bỏ qua sự ảnh hưởng của sức điện
động E với dạng tải xung vuông với biên độ bằng 0,5Mđm."
Việc làm đồ án đã giúp em ôn lại phần lý thuyết đã được học ở trường, thực
hành trên lớp kết hợp với thực tiễn lao động sản xuất đã giúp em hiểu sâu hơn,
biết vận dụng được lý thuyết được học ở trường vào thực tiễn.
Đồ án của em gồm có 3 chương, giới thiệu về động cơ một chiều, các biểu thức
tính tốn, đưa ra phương án chọn cơng suất động cơ. Vấn đề xây dựng cấu trúc
mơ phỏng mạch vịng dịng điện động cơ điện một chiều, phân tích, tính tốn bộ

điều khiển dòng điện. Tổng hợp hệ thống truyền động điện động cơ một chiều
và mô phỏng bằng Simulink.

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU
Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong
hệ điều chỉnh tự động truyền động điện , nó được sử dụng rộng trong hệ thống
địi hỏi có độ chính xác cao vùng điều chỉnh rộng và qui luật điều chỉnh phức
tạp. Cùng với sự tiến bộ của văn minh nhân loại chúng ta có thể chưng kiến sự
phát triển rầm rộ kể cả về qui mô lẫn trình độ của nền sản xuất hiện đại .Trong
sự phát triển đó ta cũng có thể rễ ràng nhận ra và khẳng định rằng điện năng và
máy tiêu thụ điện năng đóng vai trị quan trọng khơng thể thiếu được .Nó ln đi
trước một bước làm tiền đề nhưng cũng làm mũi nhọn quyết định sự thành công
của cả một hệ thống sản xuất công nghiệp. Không một quốc gia nào ,một nền
sản xuất nào không sử dụng điện và máy điện.
1.1. Cấu tạo động cơ điện một chiều


Máy điện một chiều có thể là máy phát hoặc động cơ điện và có cấu tạo giống
nhau. Những phần chính của máy điện một chiều gồm phần cảm (phần tĩnh) và
phần ứng (phần quay).
Các trị số định mức của động cơ điện một chiều
Chế độ làm việc định mức của máy điện nói chung và của động cơ điện một
chiều nói riêng là chế độ làm việc trong những điều kiện mà nhà chế tạo quy
định. Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy gọi là
những đại lượng định mức.
1.

Công suất định mức Pđm (kW hay W).

2.

Điện áp định mức Uđm (V).

3.

Dòng điện định mức Iđm (A).

4.

Tốc độ định mức nđm (vịng/ph).

Ngồi ra cịn ghi kiểu máy, phương pháp kích thích, dịng điện kích từ…
Chú ý: Cơng suất định mức chỉ cơng suất đưa ra của máy điện. Đối với máy
phát điện đó là công suất đưa ra ở đầu cực máy phát, cịn đối với động cơ đó là
cơng suất đưa ra trên đầu trục động cơ
Phân loại động cơ điện một chiều
Dựa theo cuộn kích từ, động cơ một chiều có các loại như sau:
-

Động cơ một chiều kích từ độc lập.

-

Động cơ một chiều kích từ song song.

-

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp.

-

Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp.
stato

Cực từ chính
Dây quấn cực từ chính
Day quấn cực từ phụ
Cực từ phụ
Lõi sắt
Gông từ
Dây quấn phần ứng


Hình 1.0. Cấu tạo động cơ điện một chiều

1.1.1. Phần tĩnh hay phần cảm (stator)
Phần cảm gọi là stator, gồm lõi thép làm bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là
vỏ máy và các cực từ chính có dây quấn kích từ (hình 1.1), dịng điện chạy trong
dây quấn kích từ sao cho các cực từ tạo ra có cực tính liên tiếp luân phiên nhau.
Cực từ chính gắn với vỏ máy nhờ các bulơng. Ngồi ra máy điện một chiều cịn
có nắp máy, cực từ phụ và cơ cấu chổi than.
a) Cực từ chính
Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng
ngồi 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 bulơng. Dây quấn
kích từ được quấn bằng dây đồng, 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 như trên (hình 1.2).

Hình 1.1 Cực từ chính
b) Cực từ phụ
Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. 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
c) 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.
d) Các bộ phận khác
Bao gồm:
- 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 dịng điện từ phần quay ra ngồi. Cơ cấu chổi than
bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lị 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.


1.1.2. Phần quay hay phần ứng (rotor)
Phần ứng của máy điện một chiều cịn gọi là rơto, gồm lõi thép, dây quấn phần
ứng, cổ góp và trục máy.

Hình 1.2 Lá thép rơto

Hình 1.3 Dây quấn phần ứng máy điện 1 chiều
a) Phần tử dây quấn; b) Bố trí phần tử dây quấn

a) 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 dịng điện xốy 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 cịn dập những lỗ thơng gió để
khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thơng 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 thơng 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 rơto. Dùng giá rơto có thể
tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rơto, hình 1.2.
b) Dây quấn phần ứng: Gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp nhau, đặt trong các
rãnh của phần ứng tạo thành một hoặc nhiều vịng kín. Phần tử của dây quấn là
một bối dây gồm một hoặc nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp của
vành góp (hình 1.3a). hai cạnh tác dụng của phần tử đặt trong hai rãnh dưới hai
cực từ khác tên (hình 1.3b).


c) Cổ góp
Dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều
phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2
mm và hợp thành một hình trục trịn. Hai đầu trục trịn dùng hai hình ốp hình
chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đi
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 như trên (hình 1.4).

Hình 1.4 Cấu tạo cổ góp
1.1.3. Ngun lý làm việc của động cơ điện một chiều
Trên hình 1.5 khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trong dây
quấn phần ứng có dịng điện. Các thanh dẫn ab và cd mang dòng điện nằm trong
từ trường sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ lên nhau tạo nên mômen tác dụng lên
rôto, làm quay rôto. Chiều lực tác dụng được xác định theo quy tắc bàn tay trái
(hình 1.5a).


Hình 1.5a

Hình 1.5b

Hình 1.4 Mơ tả ngun lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi phần ứng quay được nửa vịng, vị trí thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau (hình
1.5b), nhờ có phiến góp đổi chiều dịng điện, nên dòng điện một chiều biến đổi
thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực tác
dụng khơng đổi, do đó lực tác dụng lên rôto cũng theo một chiều nhất định, đảm
bảo động cơ có chiều quay khơng đổi.
1.2. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập
Khi nguồn điện một chiều có cơng suất vơ cùng lớn và điện áp khơng đổi thì
mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được
gọi là động cơ kích từ song song (hình 1- 6).


Khi nguồn điện một chiều có cơng suất khơng đủ lớn thì mạch điện phần ứng và
mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau (hình 1- 7), lúc này
động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập.

Rf
Rf

Hình 1-7. Sơ đồ nối dây của độ


Phương trình đặc tính cơ
Theo sơ đồ (hình 1- 7), có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch
phần ứng như sau:
Uư = Eư + (Rư + Rf).Iư

(1-1)

Trong đó:
Uư : điện áp phần ứng (V),
Eư : sức điện động phần ứng (V),
Rư : điện trở của mạch phần ứng (Ω),
Rf : điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω),
Iư : dòng điện mạch phần (A).
Với: Rư = rư + rcf + rb + rct
rư : điện trở cuộn dây phần ứng,
rcf : điện trở cuộn cực từ phụ,
rb : điện trở của cuộn bù
rct : điện trở tiếp xúc của chổi than
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:

p.N
Φ .ω = K Φ .ω
2

.
π
.
a
Eư =

Trong đó:

(1 - 2)

p.N
K = 2π a - hệ số cấu tạo của động cơ,
p – số đơi 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,
Φ - từ thơng kích từ dưới một cực từ Wb,
ω - tốc độ góc, rad/s .
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/ phút) thì:
Eư = KeΦ. n

(1 - 3)

2.π.n
ω = 60

Vì vậy

p.N

.Φ .n
60
.
a
Eư =

p.N
Ke = 60.a : Hệ số sức điện động của động cơ,

K
≈ 0,105
K
9
,
55
Ke =
Từ công thức (1 - 1) và (1 - 2) ta có:

U­
R + Rf
− ­
.I ­
K
Φ
K
Φ
ω=

(1–4)

Biểu thức (1 - 4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ. Mặt khác,
mômen điện từ Mđt của đcộng cơ được xác định bởi:
Mđt = KΦ . Iư

Suy ra

Iư

=

M dt
KΦ

Thay giá trị Iư vào (1-4) ta được:

(1–5)


U­
R + Rf
− ­
M dt
2
K
Φ
(
)
K
.
Φ

ω=

(1–6)

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mơmen cơ trên trục động
cơ bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M, nghĩa là Mđt = Mcơ = M.

U­
R + Rf
− ­
M
2
K
Φ
(
K
Φ
)
ω=

(1–7)

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập.

o

o

I®m

Inm

I

M®m

Mnm M

Hình 1- 7. Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Giả thiết phản ứng được bù đủ, từ thơng Φ = const, thì các phương trình
đặc tính cơ điện (1 - 4 ) và phương trình đặc tính cơ (1 - 7) là tuyến tính. Đồ thị
của chúng được biểu diễn trên (hình 1 - 7).
Theo các đồ thị trên, khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có :

ω=

U­
= ωo
KΦ

ωo được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ. Cịn khi ω = 0 ta có:


I­ =
và

U
= I nm

R­ + Rf

M = KΦ . Inm = Mnm

Inm, Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và mơmen ngắn mạch,
Mặt khác, phương trình đặc tính (1 - 4) và (1 - 7) cũng có thể được viết ở
dạng:

U­
R.I
−
= ω o − ∆ω
K
Φ
K
Φ
ω=
,
ω=

Trong đó

U­
R.M
−
= ω o − ∆ω
K Φ (K Φ ) 2

R = Rư + Rf ,

U­
ωo = K Φ

R
R
.I ­ =
.M
2
K
Φ
(
K
Φ
)
∆ω =
∆ω được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M.
1.3. Chế độ xác lập của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn dùng rất phổ biến trong các hệ
thống truyền động điện chất lượng cao, dải công suất động cơ một chiều (Đ) từ
vài W đến vài MW. Giản đồ kết cấu chung của Đ như hình 1.5, phần ứng được
biểu diễn bởi vịng trịn bên trong có sức điện động E, ở phần stato có thể có vài
dây quấn kích từ: dây quấn kích từ độc lập CKĐ, dây quấn kích từ nối tiếp
CKN, dây quấn cực từ phụ CF và dây quấn bù CB. Hệ thống các phương trình
mơ tả Đ thường là phi tuyến, trong đó các đại lượng đầu vào (tín hiệu điều
khiển) thường là điện áp phần ứng U, điện áp kích từ U k; tín hiệu ra thường là


tốc độ góc của động cơ ω, mơmen quay M, dòng điện phần ứng I, hoặc trong
một số trường hợp là vị trí của rơto φ. Mơmen tải M c là mômen do cơ cấu làm
việc truyền về trục động cơ, mômen tải là nhiễu loạn quan trọng nhất của hệ

truyền điện tự động.

ω

φ
u
u

Hình 1.8 Giản đồ thay thế động cơ một chiều.
Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp uk nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ
có dịng điện ik và do đó mạch từ của máy sẽ có từ thơng Φ. Tiếp đó đặt một giá
trị điện áp U lên mạch phần ứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ có dịng điện
chạy qua. Tương tác giữa dịng điện phần ứng và từ thơng kích từ tạo thành
mơmen điện từ, giá trị của mơmen điện từ được tính như sau:
p ' .N
.Φ.I = kΦ I
2
π
.
a
M=

(2.1)

Trong đó: p’ - số đơi cực của động cơ;
N - số thanh dẫn phần ứng dưới một cực từ;
a - số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng;
k = p’N/2пa - hệ số kết cấu của máy.
Mômen điện từ kéo cho phần ứng quay quanh trục, các dây quấn phần ứng
quét qua từ thông và trong các dây dây quấn này cảm ứng sức điện động (sđđ):

p ' .N
.Φ .ω = kΦ ω
E = 2π .a

Trong đó: ω - tốc độ góc của rơto.

(2.2)


Trong chế độ xác lập, có thể tính được tốc độ qua phương trình cân bằng điện
áp phần ứng:
ω=

U − Ru I
kΦ

(2.3)

Trong đó Rư- điện trở mạch phần ứng của động cơ.
Từ các phương trình (1.1) và (1.3) có thể vẽ được họ đặc tính cơ M(ω) của
động cơ một chiều khi từ thơng khơng đổi, hình 2.
ω

Hình 1.9 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
khi từ thơng không đổi.
1.4. Chế độ quá độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Nếu các thơng số của động cơ là khơng đổi thì có thể viết được các phương
trình mơ tả sơ đồ thay thế hình 1.5 như sau:
* Mạch kích từ, có hai biến dịng điện kích từ i k và từ thơng Φ là phụ thuộc phi
tuyến bởi đường cong từ hoá của lõi sắt:

Uk(p) = RkIk(p) + Nk.p.Φ(p)

(2.4)

trong đó: Nk - số vịng dây cuộn kích từ;
Rk - điện trở cuộn dây kích từ.
* Mạch phần ứng:
U(p) = Rư.I(p) + Lư.p.I(p) ± NN.p.Φ(p) + E(p)
Hoặc dạng dòng điện:

(2.5)


1 / Ru
[U ( p) ± N N . p.Φ ( p) − E ( p)]
1
+
pT
u
I(p) =

trong đó Lư- điện cảm mạch phần ứng;
NN - số vịng dây cuộn kích từ nối tiếp;
Tư = Lư/Rư - hằng số thời gian mạch phần ứng.
* Phương trình hệ điện cơ (phương trình chuyển động của hệ thống):
M(p) – Mc(p) = Jpω

(2.6)

trong đó J là mơmen qn tính của các phần tử chuyển động quy đổi về trục

động cơ.
Từ các phương trình trên ta thành lập được sơ đồ cấu trúc của động cơ một
chiều như sau:

Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc chung của động cơ một chiều
Ta thấy rằng sơ đồ cấu trúc này là phi tuyến mạnh (có khâu phi tuyến), do đó
trong tính tốn ứng dụng thường dùng mơ hình tuyến tính hố quanh điểm làm
việc (phương pháp số gia).
Trước hết chọn điểm làm việc ổn định và tuyến tính hố đoạn đặc tính từ hố
và đặc tính mơmen tải như hình 2.4


φ
φ

0

ω cb

ωc

Hình 1.11 Tuyến tính hố đoạn đặc tính từ hố và đặc tính tải.
Độ dốc của đặc tính từ hố và đặc tính cơ mơmen tải tương ứng (bỏ qua hiện
tượng từ trễ) là:
∆Φ
kk = ∆ I k
∆M C
B = ∆ω

Φ 0 ,IK 0

M Cb ,ω B

(2.7)
(2.8)

Tại điểm làm việc xác lập ta có: điện áp phần ứng U 0, dòng điện phần ứng I0,
tốc độ quay ωB, điện áp kích từ Uk0, từ thơng Φ0, dịng điện kích từ Ik0 và mômen
tải MCB. Biến thiên nhỏ của các đại lượng trên tương ứng là: ∆U(p), ∆I(p),
∆ω(p), ∆Uk(p), ∆Ik(p), ∆Φ(p) và ∆MC(p).
Xét cho động cơ kích từ độc lập (N N= 0), khi đó các phương trình có thể viết
như sau:
- Mạch phần ứng:
U0 + ∆U(p) = Rư[I0 + ∆I(p)] + pLư[I0 + ∆I(p)] +
+ K[Φ0 + ∆Φ(p)].[ωB + ∆ω(p)]

(2.9)

- Mạch kích từ:
Uk0 + ∆Uk(p) = Rk[Ik0 + ∆Ik(p)] + pLk[Ik0 + ∆Ik(p)]

(2.10)

- Phương trình chuyển động cơ học:
K[Φ0 + ∆Φ(p)] . [I0 + ∆I(p)] - [MB + ∆MC(p)] = Jpp [ωB + ∆ω(p)] (2.11)
Nếu bỏ qua các vô cùng bé bậc cao thì từ các phương trình trên có thể viết
được các phương trình của gia số như sau:


∆U(p) = Rư∆I(p) + pLư∆I(p) + KΦ0∆ω(p) +K∆Φ(p)ωB

(2.12)

∆Uk(p) = Rk∆Ik(p) (1 + pTk)

(2.13)

K∆Φ(p)I0 +KΦ0∆I(p) - ∆MC(p) = Jp p∆ω(p)

(2.14)

Từ các phương trình trên ta suy ra sơ đồ cấu trúc chung đã được tuyến tính hố
của động cơ một chiều kích từ độc lập

B
1

U

Ru
1 + Tu . p

I

Mc

1
J.p

K0

K0

UK

KI0

1

IK
RK
1 + TK . p

KB

KK

Hình 1.12 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hố
Sau đây ta xét một số trường hợp đặc biệt của động cơ một chiều kích từ độc lập
trong chế độ quá độ.

a) Động cơ kích từ độc lập khi từ thơng Φ = const.
Khi dịng điện từ động cơ khơng đổi, hoặc khi động cơ được kích thích bằng
nam châm vĩnh cửu thì từ thơng kích từ là hằng số:


KΦ = const = Cu
Khi đó, - Phương trình mạch phần ứng có dạng:
U(p) = RuI(p)(1+pTu) + Cu.ω(p)

(2.15)

- Phương trình hệ điện cơ có dạng:
CuI(p) – Mc(p) = Jpω(p)

(2.16)

Từ hai phương trình (2.15) và (2.16) ta suy ra sơ đồ cấu trúc khi từ thông
không đổi được biểu diễn trên hình 2.6

Up

U

−E

1 / Ru
1 + pTu

Iu

K .φ

M

− Mc

1
Jp

ω

K .φ
Hình 1.13 Sơ đồ cấu trúc khi từ thông không đổi
Bằng cách tối thiểu hóa sơ đồ khối ta thu được các sơ đồ cấu trúc thu gọn sau
với:
Hệ số khuếch đại của động cơ: Kđ = 1/Cư ,
Hằng số thời gian cơ học: Tc = RưJ/
U ( p ). p.Tc M c ( p )
+
Ru
Cu2
I ( p) =
2
Tu .Tc. p + Tc p + 1


Hình 1.14a sơ đồ cấu trúc thu gọn theo tốc độ

U

Tu
p
Tc
Iđg
2
TuTc P + Tc p + 1

I

Kd
TuTc p 2 + Tc p + 1
Mc
Hình 1.14b sơ đồ cấu trúc thu gọn theo dòng điện


CHƯƠNG 2. TỔNG HỢP MẠCH VÒNG DÒNG ĐIỆN
2.1. Cấu trúc hệ truyền động
Khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cần đảm bảo hệ thực hiện
được tất cả các yêu cầu đặt ra, đó là các yêu cầu về công nghệ, các chỉ tiêu chất
lượng và các yêu cầu về kinh tế. Chất lượng của hệ được thể hiện trong trạng
thái động và trạng thái tĩnh. Trong trạng thái tĩnh, yêu cầu quan trọng nhất là độ
chính xác điều chỉnh. Ở trạng thái động lại có các yêu cầu về ổn địnhvà các chỉ
tiêu chất lượng động là độ quá điều chỉnh, tốc độ điều chỉnh, thời gian điều
chỉnh và số lần giao động. Ở cấu trúc tự động điều chỉnh tự động điện, cấu trúc
mạch điều khiển và các bộ điều khiển có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của
hệ. Vì vậy khi thiết kế hệ ta phải thực hiện bài tốn về phân tích và tổng hợp hệ
nhằm tìm ra lời giải hợp lý, sao cho đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và kinh tế đã
đề ra.


Trong các hệ truyền động tự động cũng như các hệ chấp hành thì mạch vịng
điều chỉnh dịng điện là mạch vòng cơ bản. Chức năng cơ bản của mạch vòng
dòng điện trong các hệ thống truyền động điện là trực tiếp hoặc gián tiếp xác
định mô men kéo của động cơ, ngồi ra cịn có chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia
tốc vv...
Khái niệm: mạch vòng dòng điện là mạch vòng dùng để điều khiển dòng
điện cho động cơ một chiều, có các chức năng sau:
+ Điều khiển dịng điện không vượt quá giá trị cho phép làm cháy ( chức
năng bảo vệ).

+ dòng điện liên quan trực tiếp đến momen nên điều khiển dịng điện
chính là điều khiển mô men của động cơ.
+ Việc điều khiển sẽ cho phép điều khiển gia tốc trên trục động cơ như
mômen.

a)

Gia tốc động cơ khi có
mạch vịng dịng điện

b)

Gia tốc động cơ khi khơng
có mạch vịng dịng điện

Hình 2.1: đồ thị miêu tả dạng gia tốc của động cơ


a)

Phương pháp thay
b) Phương pháp thay
đổi tốc độ kinh điển
đổi tốc độ mới
Hình 2.2: Đặc tính thay đổi tốc độ của động cơ một chiều

Có ba cấu trúc điều khiển dòng điện được đưa ra:
Cấu trúc thứ nhất: cấu trúc này dùng bộ điều chỉnh tốc độ hoặc điện áp R có
dạng bộ khuếch đại tổng và mạch phản hồi dịng điện phi tuyến P. Khi tín hiệu
dịng điện chưa đủ lớn để khâu phi tuyến ra khỏi vùng kém nhạy thì bộ điều

chỉnh làm việc như bộ điều chỉnh tốc độ( hay điện áp) mà khơng có sư tham gia
của mạch vòng phản hồi dòng điện. Khi dòng điện đủ lớn, khâu P sẽ làm việc ở
vùng tuyến tính của đặc tính và phát huy tác dụng hạn chế dòng của bộ điều
chỉnh R. Tuy nhiên trong thực tế cấu trúc này ít được sử dụng. Cấu trúc được thể
hiện trên hình 2.3.


Cấu trúc thứ hai được mơ tả trên hình 2.4, có hai mạch vịng với hai bộ điều
khiển riêng biệt R và RI cấu trúc này cho phép điều chỉnh độc lập từng mạch
vòng.
Tuy nhiên trong thực tế cấu trúc này ít được sử dụng.

Cấu trúc thứ ba trên hình 2.5 là cấu trúc được sử dụng rộng rãi nhất trong truyền
động điện tự động trong đó RI là bộ điều khiển dòng điện, R là bộ điều khiển tốc