Thiết kế hệ truyền động van không đảo chiều

phần 1: giới thiệu chung
Ngày nay, nền khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng,với sự yêu cầu
ngày càng cao của sản xuất tự động hoá, đơn giản, thuận tiện trong quá trình thao
tác, vận hành và mong muốn giảm đợc sức lao động của ngời sản xuất, và chi phí ở
mức thấp nhất. Nhng yêu cầu về mặt chất lợng sản phẩm không ngừng nâng cao.
Chính vì những yêu cầu ấy của ngời sản xuất mà các nhà khoa hoc, kỹ thuật đã
nghiên cứu ra nhiều hệ thống truyền động,đã đợc đa vào ứng dụng nh:
- Hệ thống truyền động máy phát động cơ
- Hệ thống truyền động máy điện khuyếch đại động cơ
- Hệ thống truyền động xung áp động cơ
- Hệ thống truyền động chỉnh lu Tiristor động cơ
Trong phạm vi đề tài thì ta xét hệ thống truyền động van động cơ
Chơng 1: giới thiệu mạch động lực
Ta biết, ngành vật liệu mới không ngừng phát triển, đặc biệt là vật liệu bán
dẫn, đang đợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành. Với mong muốn tạo ra đợc
những linh kiện có khả năng làm việc với độ chính xác cao nhất, đem lại lợi ích
kinh tế nhất, trong hệ thống truyền động val động cơ bộ biến đổi là các val mạch
chỉnh lu điều khiển có suất điện động E
d
hoàn toàn phụ thuộc vào giá trị của pha
xung điều khiển.
- Hơn nữa, bộ chỉnh lu có thể dùng làm nguồn chỉnh điện áp phần ứng hoặc
dòng điện kích từ của động cơ. Xong tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền động
mà có thể dùng các sơ đồ chỉnh lu cho phù hợp. Có thể phân biệt theo số pha.
- Số pha: 1 pha, 3 pha, 6 pha
- Sơ đồ : hình tia, hình cầu
- Số nhịp : Số xung áp đập mạch trong thời gian một chu kỳ điện áp nguồn.
- Khoảng điều chỉnh: Là vị trí của đặc tính ngoài trên mặt phẳng toạ độ [U
d
,
I

d
]
- Chế độ năng lợng : Chỉnh lu, nghịch lu
- Tính chất dòng : Liên tục, gián đoạn
Mà ở chế độ làm việc của chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và
các tính chất của tải. Trong truyền động điện tải của chỉnh lu thờng là cuộn kích từ
(L - R) hoặc là mạch tần ứng động cơ (L - R - E).
1- Bộ biến đổi và suất điện động của nó.
a- Máy biến áp chỉnh lu ( máy biến áp động lực)
- Dùng để biến điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có cấp phù hợp
với cấp điện áp của động cơ.
- Tạo số pha theo yêu cầu, tạo ra điểm trung tính khi cần thiết.
- Các cuộn dây máy biến áp, có tác dụng nh cuộn kháng để hạn chế dòng
ngắn mạch, khi bộ biến đổi val làm việc. do đó làm tăng tuổi thọ của val,
trong trờng hợp không dùng máy biến áp, thì ngời ta chế tạo cuộn kháng ở
đầu vào của máy biến áp.
- Nhờ có máy biến áp mà hệ thống đợc cách ly với lới điện.
b- Các tổ val: Có nhiệm vụ dùng để chỉnh lu dòng xoay chiều thành
dòng một chiều và điểu chỉnh điện áp ra của bộ biến đổi.
c- Cuộn kháng : CK gọi là cuộn kháng lọc ,dùng để cải thiện hình
dáng dòng điện một chiều bằng phẳng.
2- Phân tích chế độ làm việc hệ truyền động (V - Đ)
Bộ biến đổi val động cơ có thể làm việc ở 3 chế độ:
- chế độ dòng liên tục.
- chế độ dòng gián đoạn.
- chế độ dòng biên liên tục.
Các chế độ làm việc của bộ biến đổi phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và
tính chất của tải. Để tìm hiểu truyền động (V- Đ). Ta xét sơ đồ chỉnh lu hình tia 3
pha (hinh a):
Sơ đồ thay thế : ở trạng thái tức thời xây dựng.

Vì hệ 3 pha đối xứng nên khi nghiên cứu ta tách riêng mỗi pha để nghiên
cứu, từ sơ đồ nguyên lý ta có sơ đồ thay thế (hình b):
e
2
: Suất điện động thứ cấp máy biến áp.
e
2
= E
2m
. sint.
V: Ký hiệu dùng để chỉ chiều dòng điện
U
v
: Sụt áp rơi thuận trên val.(Có thể bỏ qua vì nó rất nhỏ < 2V).
R: Điện trở phần ứng động cơ và điện trở cuộn dây máy biến áp.
L: Điện kháng phần ứng động cơ và điện kháng máy biến áp cộng điện kháng
cuộn lọc.
E: suất điện động của động cơ điện : E= K
Từ sơ đồ thay thế ta viết đợc phơng trình cân bằng điện áp. Giả thiết ta mở
val với góc mở :
áp dụng Kiếchốp 2 ta có:
dt
di
LiREtSinE
m
++=+
)(
02

Giải ra ta đợc: i(t) =

Giả thiết các val dẫn dòng trong khoảng và p : là số lần đập mạch.
Trong đó : p= 2m khi m lẻ và p = m khi m chẵn.
=>








+==







0
02)(
]
22
sin
2
1
.
2
sin[
2

)(
2
EE
p
tdi
p
I
mt
Vậy tuỳ thuộc vào mà bộ biến đổi val có thể làm việc ở các chế độ khác
nhau .
E
+
-
T
3
T
2
T
1
CBA
Đ
CK
BA
~
e
2
V
U
v
R

L
i
Hình a Hình b
a - Chế độ dòng liên tục : Khi một val nào đó đang dẫn dòng mà dòng điện
qua val đó giảm dần nhng cha giảm về 0 thì val kế tiếp sau đợc mở gọi là chế độ
dòng liên tục (đồ thị dòng và áp hình bên ).
Trong đó ta thấy suất điện động chỉnh lu là những đoạn hình sin nối tiếp
nhau, giá trị trung bình của suất điện động chỉnh lu đợc tính nh sau:

+
==
p
bmmb
EtdtE
P
E





2
2
cos)()sin(
2
Với :
mbm
E
p
p

E
p
2
0
.sin.
)
2
(




=
=
(E
bm
: biên độ lớn nhất suất điện động ra tơng ứng với =0)
E
2m
: suất điện động lớn nhất của thứ cấp máy biến áp.
Sơ đồ thay thế của hệ thống truyền động val khi nó làm việc ở chế độ dòng
liên tục. Đây là chế độ làm việc cơ bản của hệ thống truyền động van động cơ.
b - Chế độ dòng gián đoạn :
Đó là hiện tợng khi dòng qua một van nào đó giảm dần về 0, khi dòng bằng 0
thì val kế tiếp sau cha mở. Dẫn đến tồn tại một thời gian dòng qua động cơ bằng 0.
vậy bộ biến đổi van động cơ cung cấp xung dòng điện vào phần ứng động cơ. Lúc
này động cơ điện đợc làm việc giống nh đợc đóng cắt vào nguồn điện một cách xen
kẽ dẫn đến :
t
t

u
a
u
b
u
c
2
i
a
i
b
i
c
p


2
=
i
u
I
E
R
u
E
b
R
b

V
tốc độ động cơ không ổn định vì vậy mà trong thực tế ngời ta không sử dụng .
Nguyên nhân :
- Do tải hoặc dòng điện phần ứng không đủ lớn nó làm cho năng lợng tích
luỹ vào trong điện cảm không đủ lớn.
- Do điện cảm của mạch không đủ lớn
Khắc phục nguyên nhân trên bằng phơng pháp sau:
- Hạn chế làm việc ở vùng tải nhỏ.
- Tăng điện cảm trong mạch phần ứng lên.
- Tăng số lần đập mạch.
- Dùng điốt D
0
.
Vậy ở chế độ dòng gián đoạn thì tốc độ động cơ trong hệ thống không ổn
định nên ngời ta không dùng chế độ này.
c - Chế độ dòng biên liên tục.
Đó là chế độ dòng qua val nào đó vừa giảm về 0 thì val kế tiếp sau đợc mở.
Kiểu dòng biên liên tục cũng sẽ không tốt cho động cơ vì nó có xung dòng điện. Để
khắc phục chế độ này ta tăng điện kháng trong mạch hoặc tăng số lần đập mạch của
sơ đồ hoặc nối song song điốt D
0
.
3- Đặc tính cơ bản của hệ thống truyền động val động cơ.
Ta xét ở chế độ dòng liên tục:
Ta thấy, dòng điện chỉnh lu chính là dòng phần ứng động cơ điện. Dựa vào sơ
đồ thay thế ta có thể viết đợc phơng trình đặc tính.
Trong đó :
E
b
= E

Bm
. cos(V)
E= k.. (V)
Phơng trình cân bằng suất điện động:
I
K
RR
K
E
IRKRIE
IRERIE
ubBm
ubBm
ubBm
.
cos
.cos
.cos





+
=
+=
+=
e
2a
u

t


e
2b
e
2c
2
i
a
i
b
i
c
p


2
=
i
t
R
b
R

E
cb
E
I
Mặt khác M= K..I => Phơng trình đặc tính cơ của động cơ.

M
K
RR
K
E
ubBm
.
)(
cos
2




+
=
Khi thay đổi góc mở từ ( 0 ữ 180
0
) thì E
b
biến thiên từ (E
Bm
ữ -E
Bm
) và ta đ-
ợc một họ đờng đặc tính song song lằm ở bên phải mặt phẳng toạ độ ( ,I). Do các
val không cho dòng điện phần ừng đổi chiều
* Nhận xét :
Từ đặc tính cơ của hệ truyền động val động cơ ta thấy vùng ngoài đờng cong

elip làm việc ở chế độ dòng liên tục. Vùng phía trong đờng cong Elip và dới thuộc
chế độ dòng gián đoạn có đặc tính cơ cong, dốc, suy ra động cơ làm việc kém ổn
định. ta có thể dùng biện pháp tăng điện kháng, tăng số lần đập mạch hoặc mắc D
o
song song với tải để nhằm hạn chế vùng làm việc gián đoạn này.
Nguyên nhân: Do năng lợng tích luỹ trong động cơ đủ lớn dẫn đến khi dòng
điện giảm không duy trì đợc dòng trên tải. Vì vậy không nên cho động cơ làm việc
ở chế độ non tải hoặc không tải, những điểm làm viềc thuộc cung Elip thì bộ biến
đổi làm việc ở chế độ biên liên tục.
Phân tích chế độ làm việc trên của bộ biến đổi khi điều chỉnh
+ Để cho động cơ quay thuận : Ta mở val với góc mở < 90
0
bộ biến đổi
làm việc ở chế độ chỉnh lu suất điện động E
b
= E
bm
.cos > 0, nó cung cấp năng l-
ợng cho động cơ dẫn đến máy điện làm việc ở chế độ động cơ ta có sơ đồ thay thế
ub
Bm
RR
EE
I
+

=

cos
I (M)

0

/2
Giới hạn
max
Biên liên tục
= 0
TN
I
E
R
u
E
b
>0
R
b
V
M

Vậy đây là chế độ làm việc cơ bản của hệ thống truyền động val động cơ. Ta
có thể điều chỉnh vô cấp bằng cách thay đổi .
+ Khi động cơ quay thuận ta điều khiển > 90
0
thì suất điện động :
E
b
= E
Bm
cos < 0.

Dẫn đến bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lu.
Sơ đồ thay thế :Do val V không cho dòng qua theo chiều ngợc => I = 0 và
động cơ làm việc ở chế độ hăm tự do. Đối với tải là thế năng khi E
b
< 0 => I = 0 =
0 => E < 0 . Cho đến khi | E | > | E
b
| thì xuất hiện dòng điện, đây chính là dòng
điện hãm

)(A
RR
EE
I
ub
b
h
+

=
=> Hãm tái sinh.
Sơ đồ thay thế :
Hãm tái sinh
Khi động cơ đang làm việc bình thờng : Ta điều chỉnh góc mở = 90
0
=> E
b
=0 => M = 0 => hãm tự do .
Nếu hệ thống làm việc với tải thế năng => < 0 => E < 0 => Trong động cơ
có dòng điện hãm I

h
khác 0 => động cơ làm việc ở chế độ hãm động năng.
4- Đánh giá các u nhợc điểm của hệ thống truyền động val-
động cơ .
* Ưu điểm : Hệ thống truyền động van động cơ đơn giản, tác động nhanh,
không gây ồn, dễ tự động hoá do các val bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao
I=0
E
R
u
E
b
<0
R
b
V
I
E
R
u
E
b
<0
R
b
V
M

|E| > |E
b

|
I
E
R
u
R
b
V
M

E
R
u
R
b
V
Hãm động năng Hãm tự do
thích hợp với hệ truyền động có công suất trung bình và lớn, thuận tiện cho việc
thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và
đặc tính động của hệ thống.
* Nhợc điểm: các val có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ
đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong mạch điện và ở các truyền động có công suất
lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lới xoay chiều. Hệ số công suất cos
của hệ thống nói chung là thấp.
Chơng II : Giới thiệu mạch điều khiển
Nh ta đã biết, để các val của bộ chỉnh lu có thể mở tại thời điểm mong muốn,
thì ngoài điều khiển tại thời điểm đó trên val phải có điện áp thuận thì trên điện cực
điều khiển và Catốt của val phải có một điện áp điều khiển (gọi là tín hiệu điều
khiển). Để có hệ thống tín hiệu điều khiển suất hiện đúng theo yêu cầu mở val đã
nêu ngời ta phải sử dụng một mạch điện tạo ra tín hiệu đó. Mạch điện tạo ra tín hiệu

điều khiển gọi là mạch điều khiển hay còn gọi là hệ thống điều khiển bộ chỉnh lu.
Điện áp điều khiển các Tiristo phải đáp ứng các yêu cầu thiết kế về công suất, biên
độ cũng nh thời gian tồn tại. Các thông số cần thiết của tín hiệu điều khiển đợc cho
sẵn. Do đặc điểm của Tiristo là khi val đã mở thì còn tín hiệu điều khiển nữa hay
không, không ảnh hởng đến dòng qua val. Vì vậy, để hạn chế công suất của mạch
phát tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng điện cực điều khiển ngời ta th-
ờng tạo ra các tín hiệu điều khiển Tiristo có dạng xung, do đó mạch điều khiển còn
gọi là mạch phát xung điều khiển. Các xung điều khiển đợc tính toán về độ dài
xung sao cho đủ thời gian cần thiết (với độ dự trữ nhất định) để mở val với một phụ
tải có thể có khi sơ đồ làm việc. Thông thờng độ dài xung nằm trong giới hạn 200
=> 600 às.
Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lu hiện nay sử dụng có thể phân
thành 2 nhóm :
- Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ : Đây là nhóm các hệ thống điều
khiển mà các xung điều khiển xuất hiện trên điện cực của Tiristo đúng thời điểm
cần mở val và lặp đi lặp lại mang tính chu kỳ, thờng gần bằng chu kỳ nguồn xoay
chiều. Hệ thống này đợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.
- Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: Các hệ thống điều khiển
thuộc nhóm này tạo ra các xung điều khiển không tuân theo giá trị góc điều khiển.
Vậy ta chỉ xét đến nhóm hệ thống điều khiển đồng bộ. Mà ở đây là điều khiển
chỉnh lu theo nguyên tắc khống chế pha đứng:
1- Sơ đồ khối:
Gồm 3 khối:
+ Khối1 : Khối đồng bộ hoá và phát điện áp răng ca.
+ Khối 2 : Khối so sánh.
Trong đó :
- U
1
là điện áp lới ( nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu.
- U

nc
là điện áp tựa thờng có rạng hình răng ca lấy từ đầu khối ra ĐBH-
FSRC.
ĐBH
FSRC
SS TX



U
1
U
đk
U
nc
U
đk
- U
đk
là điện áp điều khiển, đây là điện áp một chiều đợc đa từ ngoài vào
dùng để điều khiển giá trị góc .
- U
đkt
là điện áp điều khiển Tiristo là chuỗi các xung điều khiển lấy từ đầu
ra hệ thống điều khiẻn (cũng là đầu ra của khối tạo xung) và đợc truyền
trên điện cực điều khiển (G) và katốt (K) của các Tiristo.
Nguyên lý cơ bản của hệ thống điều khiển theo nguyên tắc pha đứng, có thể
đợc tóm tắt nh sau: Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực bộ chỉnh lu đợc đ-
a đến mạch đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mach đồng bộ ta có điện áp
thờng có dạng hình sin với tần số bằng tần số nguồn cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu và

trùng pha hoặc lệch pha 1 góc xác định so với điện áp nguồn , điện áp này đợc gọi
là điện áp đồng bộ và ký hiệu U
đb
. Các điện áp đồng bộ đợc đa vào mạch phát điện
áp răng ca để khống chế sự làm việc của mạch này, kết quả là đầu ra của mạch phát
điện áp răng ca ta có hệ thống điện áp dạng hình răng ca đồng bộ về tần số và góc
pha với các điện áp đồng bộ. Các điện áp này gọi là điện áp răng ca U
rc
. Các điện áp
răng ca đợc đa vào đầu vào khối so sánh và ở đó còn có một tín hiệu điện áp khác
nữa là điện áp điều khiển 1 chiều điều chỉnh đợc và đợc đa từ ngoài vào, hai tín hiệu
này đợc mắc với cực tính sao cho tác động của chúng nén mạch và khối so sánh là
ngợc chiều nhau. Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này và tại những
thời điểm hai tín hiệu này có giá trị tuyệt đối bằng nhau thì đầu ra khối so sánh sẽ
thay đổi trạng thái. Nh vậy, khối so sánh là một mạch điện hoạt động theo nguyên
tắc biến đổi tơng tự số do tín hiệu ra của mạch so sánh là dạng tín hiệu số nên chỉ
có 2 giá trị có hoặc không. tín hiệu trên đầu ra khối so sánh là các xung xuất hiện
với chu kỳ bằng chu kỳ của U
rc
. Nếu thời điểm bắt đầu xuất hiện của môt xung nằm
trong vùng sờn xung nào của U
rc
đợc sử dụng, điều đó có nghĩa là tại thới điểm |U
rc
|
= |U
đk
| ở phần sờn sử dụng trong một chu kỳ của điện áp răng ca thì trên đầu ra của
khối so sánh sẽ bắt đầu xuất hiẹn một xung điện áp. Từ đó ta thấy có thể thay đổi
thời điểm xuất hiện xung đầu ra khối so sánh bằng cách thay đồi giá trị của U

đk
khi
giữ nguyên U
rc
. Trong một số trờng hợp thì xung ra từ khối so sánh đợc đa đến cựa
điều khiển của Tiristo, nhng trong đa số các trờng hợp thì tín hiệu ra khối so sánh
cha đủ các yêu cầu cần thiết đối với tín hiệu điều khiển Tiristo. Để có tín hiệu đủ
yêu cầu ngời ta thực hiện khuếch đại thay đổi hình dáng của xung. Các nhiệm vụ
này đợc thực hiện bởi một mạch gọ là mạch tạo xung.
Trong sơ đồ chỉnh lu cầu hoặc sơ đồ hình tia nhiều pha ta có nhiều Tiristo để
tạo ra tín hiêu điều khiển cho nhiều val trong hệ thống điều khiển có 2 phơng pháp.
- Sử dụng nhiều mạch phát xung giống hệt nhau, trong mỗi mạch đều có
các khối giống nhau và chúng chỉ khác nhau tín hiệu điện áp lới (khác
pha) đặt vào mạch đồng bộ. Mỗi mạch phát xung đợc dùng để tạo xung
điều khiển cho một val hoặc một số val mắc nối tiếp hoặc song song.
mạch điều khiển loại này gọi là mạch nhiều kênh phát xung cho một val
gọi là một kênh điều khiển.
- Ngời ta sử dụng chung một mạch đồng bộ, một mạch tạo điện áp răng ca,
một khối so sánh. Nh vậy xung đầu ra của khối so sánh thờng có tần số
gấp n lần tần số nguồn (n=q) lúc đó để có n (hay q) kênh xung khác nhau
có tần số bằng tần số nguồn thì trong khối tạo xung phải có thêm một
mạch điện làm nhiệm vụ phân chia xung đièu khiển loại này gọi là mạch
điều khiển một kênh.
Phần II : Thiết kế sơ đồ nguyên lý của hệ thống.

Sơ đồ khối của toàn hệ thống :

Sơ đồ khối của mạch động lực
Chơng I: chọn động cơ.
Động cơ là đối tợng mà ta cần phải điều chỉnh nh thay đổi tốc độ, đảo

chiều Theo một dải điều chỉnh và độ sai lêch tĩnh theo yêu cầu do vậy mà ta cần đ-
a ra. Một số loại động cơ để so sánh đánh giá và la chon ra một loai động cơ sao
cho Kinh tế nhất, hơp lý nhất và Phù hợ với yêu cầu công nghệ của đề tài.
1. Động cơ xoay chiều 3 pha rôto lồng sóc.
Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc đợc sử dụng rộng giãi trong thc tế u
Điểm nổi bật của động cơ này là cấu tạo đơn giản,giá thành hạ,vận hành tin
Cậy,chắc chắn và đợc sử dụng trực tiếp trên lới điện xoay chiều không cần các
Thiết bị biến đổi khác .
Phơng trình dăc tính cơ:
Để thành lập phơng trình đăc tính cơ ngời ta thờng dùng sơ đồ thay thế
Ta có phơng trình đăc tính cơ :
M=
th
th
th
thth
Sa
S
S
S
S
SaM
2
).1(2
++
+
Đặc tính cơ:

1
(R

F
=0)

O
M
M
th
M
đm
TN
U
f
X
à
I
à
R
à
X
2
R
2
X
1
I
1
R
2
Mạch
Điều khiển

Mạch
Động lực
Đại l ợng ra tốc độ () n
BBĐ Động cơ
chấp hành
Khâu ổn định
tốc độ
n
Với động cơ rôto lồng sóc có các phơng pháp điều chỉnh tốc độ nh :
Thay đổi điện trở ,điện kháng phụ mạch stator thay đổi điện áp đặt vào phần
ứng động cơ .
Ta thấy rằng:
Khi nối thêm điện trở điện kháng phụ vào mạch stator thì độ cứng đặc tính cơ
của động cơ giảm, mô men động cơ giảm không điều chỉnh đợc vô cấp vì mạch
động lc có công suất lớn không chế tạo đợc biến trở điều chỉnh trơn đợc.
Khi giảm điện áp lới đặt vào động cơ thì mô men tới hạn giảm bình phơng lần so
với độ giảm điện áp trong khi tốc độ động cơ(tốc độ không đồng bộ ) vẫn không
đổi và độ trợt cũng không đổi.
Nhận xét:
Ưu điểm :Sử dụng rộng rãi giẻ tiền cấu tạo đơn giản vận hành tin cậy ,chắc
chắn sử dụng trực tiếp ở lới xoay chiều không cần phải kèm theo các bộ biến đổi
khác.
Nhợc điểm: động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc điều chỉnh tốc độ và
khống chế. Quá trình quá độ găp khó khăn các chỉ tiêu về khởi động và mở máy
xấu.
2. Động cơ không đồng bộ xoay chiều rôto dây quấn.
Với động cơ này ngoài những đặc điểm nêu ở phần động cơ không đồng bộ
rôto lồng sóc ra thì còn có thêm một số đặc điểm nh :
Về phơng pháp điều chỉnh tốc độ là thay đổi điện trở phụ mạch rôto do động
cơ có cấu tạo đặc biệt.

Đặc tính cơ:
Khi thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ ở mạch rôto cũng gặp
phải những khó khăn nh độ cứng đặc tính cơ giảm và không điều chỉnh đợc vô cấp.
Nhận xét u nhợc điểm của loại động cơ này :
+ Ưu điểm : Đợc sử dụng rộng dãi trong đời sống, công nghiệp cấu tạo t-
ơng đối đơn giản, giẻ tiền mặc dù có cấu tạo phức tạp hơn động cơ xoay chiều rôto
lồng sóc. Làm việc tin cậy và chắc chắn, dễ sử dụng nngay trên lới xoay chiều
không cần các thiết bị biến đổi khác.
+ Nhợc điểm : Khởi động nặng nề , dòng mở máy lớn gây sụt áp lới. Việc
điều chỉnh tốc độ có cải thiện hơn động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc nhng vẫn
gặp nhiều khó khăn, không điều chỉnh đợc vô cấp, không đáp ứng đợc yêu cầu công
nghệ.
3. Động cơ một chiều kích từ nối tiếp.
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ đợc mắc nối tiếp với cuộn
dây phần ứng động cơ nên cuộn kích từ có diện tích lớn điện trở nhỏ số vòng ít, dễ
chế tạo .
+
U
I

, I
kt
-
R
f
CKT
M
nm1
M
nm2

M
nm3
M
th

O
M

1
Sơ đồ nguyên lý :
Ta thấy cuộn kích từ động cơ mắc nối tiếp với phần ứng động cơ nên dòng
kích từ chính là dòng điện trong phần ứng động cơ cho nên dòng điện kích từ không
ổn định do dòng phần ứng động cơ không ổn định.
I thay đổi dẫn đến I
kt
thay đổi dẫn đến
kt
thay đổi gây nên tổn thất phụ trong
phần ứng động cơ chính là hiện tợng từ d.

d
= ( 2ữ10 )
đm
.
Đặc tính cơ và phơng trình đặc tính cơ.
M
K
RR
K
R

fu
u
.
)(
2


+
=
.
Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp mềm và có độ cứng thay
đổi theo phụ tải do đó thông qua tốc độ của động cơ ta có thể biết đợc sự thay đổi
của phụ tải. Tuy nhiên động cơ một chiều kích từ nối tiếp không đợc chọn cho hệ
thống truyền động có yêu cầu ổn định cao. Nhng lại thuận lợi cho hệ thống truyền
động có yêu cầu tốc độ thay đổi theo phụ tải, động cơ một chiều kích từ nối tiếp có
khả năng quá tải lớn về mômen.
Nhờ cuộn kích từ nối tiếp nên ở vùng dòng điện phần ứng lớn hơn giá trị định
mức nên từ thông động cơ cũng lớn hơn giá trị định mức do đó mômen của nó cũng
tăng nhanh hơn so với sự tăng của dòng điện. Nh vậy với mức quả độ của dòng điện
là nh nhau thì động cơ một chiều nối tiếp có khả năng chịu quá tải và mở máy tốt
hơn động cơ một chiều kích từ độc lập nhờ đó mà động cơ một chiều kích từ nối
tiếp thích hợp cho những hệ thống truyền động làm việc quá tải lớn yêu cầu về
mômen khởi động lớn nh máy nâng hạ vận chuyển, máy cán thép
Từ thông của động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nên khả năng
chịu tải của động cơ không bị ảnh hởng bởi sụt áp của lới do đó động cơ này thích
hợp cho những truyền động dùng cho ngành giao thông có đờng dây cung cấp dài.
Vậy do những đặc điểm trên và với yêu cầu của hệ thống mà đánh giá hệ
thống này không thích hợp với hệ thống này không sử dụng đợc.
4. Động cơ điện kích từ độc lập
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ mắc độc lập với cuộn

dây phần ứng động cơ với nguồn là hoàn toàn độc lập so với nguồn của phần ứng.
Khi nguồn một chiều có công suất lớn điện áp không đổi ta sử dụng động cơ.
M

TN(R
f
= 0)
O
NT(R
f
0)
+
-
I

I
k
t
R
kt
-+
R
f
CKT
U
MM
nm


0

đm
M
đm
Cuộn kích từ động cơ mắc độc lập với phần ứng động cơ nguồn kích từ cũng
độc lập hoàn toàn nên ta có
kt
= const nên U = const ta thấy rằng đặc tính cơ hay
đặc tính cơ điện của nó là có dạng đờng thẳng tuyến tính cho nên độ ổn định tốc độ
của động cơ là rất cao.
Mặt khác
u
IKM

=
với = const => M = const
Mà theo yêu cầu thiết kế hệ thống M
c
= const đây là u điểm lớn để chọn
động cơ.
Kết luận : Ta chọn loại động cơ một chiều kích từ độc lập vì nó đã đáp ứng đ-
ợc yêu cầu thiết kế của hệ thống và kinh tế nhất vơí khả năng điều chỉnh tốc độ
bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ thì độ cứng đặc tính cơ là
không đổi vì :
==
u
R
K
2
)(

const
Họ đặc tính cơ là những đờng thẳng song song. Mặt khác M = KI = const
không phụ thuộc vào điện áp đặt vào phần ứng động cơ nên có khả năng điều chỉnh
tốc độ một cách vô cấp M
c
= const là u điểm mà yêu cầu thiết kế đợc thoả mãn.
Ngoài ra nó còn có khả năng điều chỉnh tốc độ bằng các phơng pháp khác nh thay
đổi R
f
, thay đổi từ thông nhng trong trờng hợp này ta không sử dụng.
+ Các thông số ảnh hởng đến đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc
lập.
Xuất phát từ biểu thức
M
K
RR
K
R
fu
u
.
)(
2


+
=
Giả thiết U =U

đm
=const và
dm

=
=const .
Ta thay đổi R tc là đa điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ với trờng hợp
nàythì:
a- ảnh hởng của điện trở phần ứng.
Xuất phát từ phơng trình ( * )
M
K
RR
K
U
fu
u
.
)(
2


+
=
Giả thiết U = U
đm
= const và =
đm
= const.
Ta thay đổi R tức là đa R

f
ào mạch phần ứng của động cơ với trờng hợp này
thì :
const
K
U
dm
dm
==


0
Nhng độ cứng đặc tính cơ lại thay đổi theo biều thức
fu
dm
RR
KM
+
=


=
2
)(



Nh vậy , R
f
càng lớn thì đặc tính càng dốc và ứng với một phụ tải nào đó thì

R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen
ngắn mạch cũng giảm theo.
Nên thông số này thờn đợc ứng dụng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc
độ <
đm
.
b- ảnh hởng của điện áp phần ứng.
Từ phơng trình đặc tính cơ :
M
K
RR
K
U
fu
u
.
)(
2


+
=
Giả thiết =
đm
= const và R = const ( R
f
= 0 ). Khi đó

K
U
u
=
sẽ thay
đổi nếu U thay đổi và độ cứng
const
RR
KM
fu
dm
=
+
=


=
2
)(



Ngời ta lợi dụng sự ảnh hởng của thông số này để hạn chê dòng điện khi mở
máy và điều chỉnh tốc độ động cơ <
dm
.
c- ảnh hởng của từ thông.
M
K

RR
K
U
fu
u
.
)(
2


+
=
Giả thiết U

= const , R = const và = var thì ta có :
R
f3

R
f2

R
f1

R
f
= 0
M
M
c

0


0
0
M,I
M
c

03

02

01

var
)(
var
2
0
==
=
u
dm
R
K
K
U

Do cấu tạo của động cơ điện, nên thờng điều chỉnh <
đm
. Nên khi giảm
thì ta có
0
tăng lên còn độ cứng đặc tính cơ giảm dần .
Chơng 2: Giới thiệu các phơng pháp điều chỉnh tốc độ .
Về phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có nhiều u việt hơn
so với các loại động cơ khác. Không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ
dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản, đồng thời lại đạt đợc
chất lợng điều chỉnh cao trong giải điều chỉnh tốc độ rộng. Trong thực tế có các
phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều là :
+ Điều chỉnh tốc độ điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
+ Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ.
Đối với động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập ta giới thiệu các phơng pháp
điều chỉnh tốc độ sau:
1- Điều chỉnh điện trở phụ mạch phần ứng động cơ.
Với giả thiết rằng =
đm
, U = U
đm
khi thay đổi điện trở phụ thì :
fu
dm
dm
dm
RR
K

const
K
U
+
=
==
2
0
)(




Khi thêm R
f
vào mạch phần ứng động cơ thì đặc tính cơ giảm với M
c
nào đó.
Nếu R
f
càng lớn, tốc độ động cơ càng giảm đồng thời I
nm
, M
nm
cũng giảm . Giải
điều chỉnh D thay đổi phụ thuộc vào tổn thất năng lợng.
2-Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh từ thông
động cơ .
0
M

nm
MM
2
M
1

1

đm

2

0

01

02

Đặc tính cơ
Ta có : M = KI nên nếu điều chỉnh từ thông kích thích chính là điều chỉnh
mômen điện từ của động cơ. Hơn nữa E = k nên khi đó cũng là điều chỉnh E của
động cơ.
Ta thấy mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh
cũng là hệ phi tuyến.
dt
d
rr
e
i
k

kb
k
k


+
+
=
Với : r
k
là điện trở dây quấn kích thích.
r
b
điện trở của nguồn điện áp kích thích.

k
số vòng dây của dây quấn kích thích.
Trong chế độ xác lập :
kb
k
k
rr
e
i
+
=
; = f(i
k
)
Mặt khác : Khi điều chỉnh từ thông từ điện áp phần ứng U đợc dữ nguyên

bằng giá trị định mức do độ đặc tính có thấp nhất trong vùng điều chỉnh là đặc
tính có điện áp phần ứng U

= U
đm
và có
đm
gọi là đặc tính cơ tự nhiên.
Tốc độ lớn nhất của giải điều chỉnh bị giới hạn bởi khả năng chuyển mạch
của cổ góp điện. Khi giảm để tăng thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ
góp cũng bị xấu đi. Mà để đảm bảo điều kiện để chuyển mạch bình thờng thì cần
giảm {I}, nhng khi đó M trên trục động cơ giảm rất nhanh M = kI. Ngay cả lhi giữ
nguyên I thì độ cứng đặc tính cơ cũng giảm nhanh khi giảm .
u
R
k
2
)(


=
Do đó mà phơng pháp này không phù hợp với yêu cầu của đề tài ta không
chọn phơng pháp này .
3- Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp đặt vào
phần ứng động cơ.
00
M
nm
MM
2

M
1
II
nm

đm

1

đm

2

0

01

02

0

01

02


1

2

đm
>
1
>
2
Đặc tính cơ Đặc tính cơ điện
Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ 1 chiều cần các thiết bị là
nguồn điện 1 chiều nh máy phát , bộ biến đổi Với bộ biến đổi biến điện áp xoay
chiều thành suất điện động E
b
là một chiều, muốn điều chỉnh đợc phải nhờ vào U
đk
.
Ta có sơ đồ :
Từ sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập ta có :
E
b
E = I (R
b
+ R
đ
)
Mà : E = .k.
đm
.
=> E
b
I (R
b
+ R

đ
) = .k.
đm
)(
.
0




M
U
I
k
RR
k
E
dk
u
dm
udb
dm
b
=
+
=
Từ thông của động cơ đợc giữ không đổi nên ta có độ cứng đặc tính cơ điện
và đặc tính cơ = const. Xong tốc độ không tải lý tởng phụ thuộc vào U
đk
. Do đó ta

có thể chọn phơng pháp điều chỉnh này là hợp lý.
Mặt khác để xác định giải điều chỉnh ta có thể thấy rằng
max
bị chặn bởi đặc
tính cơ tự nhiên và
min
bị giới hạn bởi yêu cầu của sai số tốc độ và M
nm
khi M tải là
định mức thì :




dm
dm
M
M
=
=
min0min
max0max
Để thoả mãn dợc khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của giải điều chỉnh
phải có M
nm
là :
M
nmmin
= M
cmax

= K
m
.M
đm
Trong đó :
IR
b
R

E

E
b
E
b
U
đk
CK
BBĐ
U
Sơ đồ khối Sơ đồ thay thế
Dải điều chỉnh :
1
1
))(1(
)1(
1
)(
.max0
max

minmin


=


=
==
m
dm
dm
m
dm
o
m
dm
dmnm
k
M
M
k
M
D
k
M
MM

Nhng với một hệ thống cơ cấu máy cụ thể thì
max
, M
đm
, k
m
là hoàn toàn xác
định do đó mà D chỉ phụ thuộc tuyến tính vào . Mặt khác quá trình điều chỉnh
điện áp vào phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì tổng trở mạch
phần ứng gấp khoảng 2 lần điện trở mạch phần ứng động cơ.
Do đó :
5
max0

dm
M

Vì vậy với tải có đặc tính mômen cản M
c
= const thì giá trị phạm vi điều
chỉnh tốc độ cũng không vợt quá 10. Đối với các máy có yêu cầu cao về giải điều
chỉnh và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống hở nh
trên là không thoả mãn yêu cầu. Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể có các đặc
tính cơ tĩnh của TĐĐ (=) kích từ độc lập là tuyến tính. Trong quá trình điều chỉnh
điện áp thì độ cứng của đặc tính = const do đó sẽ đạt giá trị cực đại ở đặc tính
cơ thấp nhất hay nói khác đi ở đặc tính này mã St
min

[St] thì hệ luôn làm việc với S
t
[S
t
] trong toàn bộ giải điều chỉnh.
S
tmin
[ ]
][
.
min0
min0min0
min
min0
minmin0
min
t
dm
tt
S
M
SS
=


=

=

=

Mà [S
t
] , M
đm
,
0min
là hoàn toàn xác định.
0
0 M
M
đm

0đm
M,I
M
nmmin
M
đm

min

0min

max

0max


Đặc tính cơ Phạm vi điều chỉnh
Ta xác định đợc giá trị xác định của sao cho nó thoả mãn sai số < [S
t
]
[M
c
] = k
đm
I
đm
= M
đm
= const
Phạm vi điều chỉnh tốc độ và M thuộc phần gạch chéo trong hình chữ nhật
trên.
Tổn hao trong mạch phần ứng :
IE
b
= [E + I (R
b
+ R
đ
)].I
***
*

2
)(
)(
RM
k
MR
RIE
E
RIEI
EI
dm
uu
b
uuu
bu
+
=
+
=
+
=
+
=

Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mômen do động cơ sinh ra đúng bằng
mômen tải trên trục M
*
= M
c
*
. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần
ứng là hoàn toàn phù hợp với yêu cầu M
c
= const, trong toàn giải điều chỉnh và ta
cũng thấy đợc không nên nối thêm R
f
vào phần ứng động cơ vì nó sẽ làm giảm đáng
kể hiệu suất của cả hệ thống.
Kết luận :
Ta chọn phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào
phần ứng động cơ vì nó đáp ứng đợc những yêu cầu thiết kế điều chỉnh một cách dễ
dàng, điều chỉnh vô cấp mà lại ít năng lợng hơn cả.
chơng 3- Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực
I- Sơ đồ chỉnh lu hình cầu một pha dùng 2 Tiristo và 2 Diốt.
a- Sơ đồ nguyên lý.
T
1
T
2
RR
R
~
AT
R

C
C
C C
D
1
D
2
K
K
CK
RH
Trong đó: AT aptômat
BAL - Biến áp lực
BBĐ - Bộ biến đổi dùng sơ đồ cầu 1 pha, 2 Tiristo , 2 Điốt.
R+C Mạch bảo vệ
K Tiếp điểm công tắc tơ
CK Cuộn kháng lọc
R
H
- Điện trở hãm
b- Nguyên lý hoạt động của sơ đồ cầu 1 pha 2T, 2D.
Cũng nh các sơ đồ có D
0
sơ đồ dùng 2D , 2T chỉ làm việc có hiệu quả khi tải
có điện cảm lớn vì vậy ta xét trờng hợp phụ tải có L = . Ta giả thiết từ t = 0 đến
t < = thì 2 val D
1
và D
2
đang dẫn dòng với tác dụng của suất điện động tự cảm

sinh ra trong L
d
. Tại t = = ta truyền tín hiệu điều khiển để mở val T
1
, lúc này
T
1
đang có điện áp thuận ( Vì khi D
1
mở thì U
T1
= U
2
và tại = U
2
>0 ), nên đủ 2
điều kiện để mở T
1
. Khi val T
1
mở thì điện áp trên nó giảm về bằng 0 nên ta có U
D1
=
- U
2
< 0 tức là D
1
bị đặt điện áp ngợc và khoá lại. Từ thời điểm này trong sơ đồ có 2
val là D
2

và T
1
dẫn dòng điện áp nguồn xoay chiều U
2
. Tác động thuận chiều dẫn
dòng của 2 val này khi T
1
và D
2
cùng dẫn dòng thì ta có :
U
d
= U
2
; i
T1
= i
d
= I
d
; I
T2
= 0 ; i
D1
= 0 ; i
D2
= i
d
= I
d

.
U
T1
= 0 ; U
T2
= - U
2
; U
D
= - U
2
; U
D2
= 0.
Đến thời điểm t = thì U
2
= 0 và bắt đầu chuyển sang âm, U
2
lại bắt đầu
đặt điện áp thuận lên T
1
và D
1
, do T
2
cha có tín hiệu điều khiển nên cha mở còn D
1
là Diốt nên mở. Val D
1
mở thì điện áp trên nó giảm xuống bằng 0 và ta có

U
T1
= U
2
. Mà tại t = thì U
2
đang chuyển sang âm nên T
1
sẽ bị đặt điện áp ngợc
và sẽ khoá lại. Vậy từ t = trng sơ đồ có 2 val là D
1
và D
2
cũng dẫn dòng. Khi 2
Diôt làm việc ta có :
U
d
= 0 ; i
T1
= 0 ; i
T2
= 0 ; i
D1
= i
d
= I
d
; i
D2
= i

d
= I
D
.
U
T1
= U
2
; U
T2
= -U
2
; U
D1
= 0 ; U
D2
= 0.
Tại t =
2
= + thì val T
2
có tín hiệu điều khiển lúc, đó T
2
đang có điện
áp thuận, T
2
mở dẫn đến val T
2
mở => U
T2

giảm đến 0 => U
D2
= U
2
< 0 (Tức D
2
bị
đặt điện áp ngợc nên nó khoá lại ). Vì vậy từ t =
2
trong sơ đồ chỉ có 2 val T
2
và
D
2
dẫn dòng, khi đó ta có :
U
d
= - U
2
; i
T1
= 0 ; i
T2
= i
d
= I
d
; i
D1
= i

d
= I
d
; i
D2
= 0 .
U
T1
= U
2
; U
T2
= 0 ; U
D1
= 0 ; U
D2
= U
2
.
Đến thời điểm t = 2 thì U
2
= 0 và bắt đầu chuyển sang dơng .U
2
bắt đầu
đặt điện áp thuận lên T
1
và D
2
, do T
1

cha có tín hiệu điều khiển nên cha mở còn D
2
là Diôt nên D
2
mở

. Val D
2
mở thì điện áp trên nó giảm xuống bằng 0 và ta có U
T2
=
- U
2
. Mà tại t = 2 thì U
2
đang chuyển sang dơng nên T
2
sẽ bị đặt điện áp ngợc và
sẽ khoá lại. Vậy từ t =2 trong sơ đồ có 2 val là D
1
và D
2
cũng dẫn dòng. Khi đó
ta có :
U
d
= 0 ; i
T1
= 0 ; i
T2

= 0 ; i
D1
= i
d
= I
d
; i
D2
= i
d
= I
D
.
U
T1
= U
2
; U
T2
= -U
2
; U
D1
= 0 ; U
D2
= 0.
Tại t = 2 + 2 thì val T
1
lại nhận đợc tín hiệu điều khiển lúc, đó T
1

đang có
điện áp thuận, T
1
mở dẫn đến val T
1
mở => U
T1
giảm đến 0 => U
D1
= U
2
< 0 (Tức D
1
bị đặt điện áp ngợc nên nó khoá lại ). Vì vậy từ t =
3
trong sơ đồ lại lặp lại trạng
thái ban đầu giống nh t =
1
.
Sự làm việc của sơ đồ đợc biểu diễn bằng đồ thị điện áp chỉnh lu dòng của
các val nh sau:

u
a
u
b
u
c
u
I- Chọn chế độ hãm cho hệ thống.

Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen, quay ngợc chiều với tốc độ quay
của động cơ (ở các trạng thái hãm thì động cơ đều làm việc ở chế độ máy phát ).
Ta xét động cơ Đ : Là động cơ điện một chièu kích từ độc lập nên có 3 trạng
thái sau :
1- Hãm tái sinh (Trả năng lợng về lới )
Xảy ra khi >
0
, lúc này E >U động cơ làm việc nh một máy phát song
song với lới. So với chế độ động cơ dòng điện và mômen đổi chiều và xác định theo
0
0
0
<=
<

=

=
=
hh
uu
h
IKM
R
KK
Ru
EU
I

Phơng trình đặc tính cơ :
h
fu
u
M
K
RR
K
U
2
)(



+
=
Hệ thống làm việc ổn định với
ođ
> .
Trạng thái này, I
h
đổi chiều và công suất đợc trả về lới là : P = (U- E)I

2
i
a
i
b
i
c

p


2
=
i
t
t
U


2
t
t

t
t
t
t
t
t
U
2
-U
2
i
T1
i
T2
i

D1
i
D2
i
1
U
T1
U
D1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Đây là phơng pháp hãm kinh tế vì động cơ sinh ra điện năng hữu ích nếu đủ
điều kiện hoà điện.
Xét thực tế đề tài thì trong hệ thống truyền động van động cơ thì val (Tiristo )
chỉ dẫn dòng theo 1 chiều nhất định nên khi động cơ sinh ra năng lợng trả về lới thì
các val không cho phép dẫn ngợc nên ta không sử dụng chế độ hãm này.
2- Hãm ngợc:
Xảy ra khi phần ứng động cơ dới tác dụng của động năng tích luỹ trong các
bộ phận chuyển động hoặc do mômen thế năng quay ngợc chiều với động cơ.
Mômen của động cơ sinh ra khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất.
Ta có thể thực hiện hãm ngợc theo 2 cách:
+ Đa R

f
vào mạch phần ứng động cơ.
hh
fufu
uu
h
IKM
RR
KU
RR
EU
I


=
+
+
=
+
+
=
Nh vậy E và U tác động cùng chiều, động cơ lúc này làm việc nh một máy
phát nối tiếp với lới điện biến điện năng nhận từ lới và cơ năng trên trục thành nhiệt
năng đốt nóng điện trở tổng của mạch phần ứng vì vậy tổn thất năng lợng là rất lớn
và không thực hiện khi xảy ra sự cố mất điện.
+ Đảo chiều điện áp
Tại = 0 thì cần phải có thiết bị cắt phần ứng khỏi điện áp nguồn (Tại C)
nếu không thực hiện đợc thì động cơ chuyển sang làm việc ổn đinh tại d với chiều
quay ngợc lại.
fh

fu
uu
fu
uu
h
IKM
RR
EU
RR
EU
I

=
+
+
=
+

=
Đa R
f
vào để hạn chế dòng điện hãm. Song trạng thái hãm ngợc này thờng
gây tổn thất rất lớn, giảm tuổi thọ động cơ đáng kể, không khắc phục đợc sự cố nh
mất điện, cắt điện không đúng thời điểm nên không phù hợp.
3- Hãm động năng:
E
U
M

M

c
0

0đ

0
b
-
0
d

0đ

0
M(I)

M
c
0C
Là trạng thái động cơ làm việc nh một máy phát mà năng lợng cơ học của
động cơ đã tích luỹ đợc trong quá trình làm việc trớc đó để biến thành điện năng
tiêu tán trong mạch hãm dới dạng nhiệt.
a- Hãm động năng kích từ độc lập .
Cắt phần ứng khỏi lới đóng vào R
h
, giữ nguyên mạch kích từ.
hu
hd
hu
hd

hdhdhd
RR
K
RR
E
IKE
+
=
+
==


;
M
hd
= KI
hđ
< 0
M
K
RR
I
K
RR
huhu
.
)(
.
2

+
=
+
=
Và hoàn toàn phụ thuộc vào R
h
. Song cần chọn R
h
cho phù hợp
I
hd
(2ữ2,5).I
dm
Khi hãm động năng, năng lợng chủ yếu đợc tạo ra do động năng của động cơ
nên năng lợng tiêu tốn chỉ nằm trong mạch kích từ.
P
ktđm
= (1 ữ 1,5) % P
đm
Ta thấy, hãm động năng kích từ độc lập không thể thực hiện khi mất điện do
mach kích từ phải đợc cung cấp điện để khắc phục điều này ngời ta thờng sử dụng
phơng pháp sau:
b- Hãm động năng tự kích.
Xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt hết nguồn để đóng vào một điện trở
hãm.
R
h2
R

h1
0
M
a

b
1
b
2
M
c
M
hđ1
M
hđ2

0d1

0d2
R

L

R
h
I
h
+
_
M(I)

C
1
C
2
I
h
CKT
R
h
I
kt
R
h2
R
h1
0
a

b
1
b
2
M
c
M
hđ1
M
hđ2

0d1

0d2
M
K
RRR
I
K
RRR
RR
RR
R
K
RR
RR
R
E
RRR
E
I
III
kthukthu
hkt
hkt
u
hkt
hkt
u
kthu
u
kthu

.
)(
)//(
.
)//(
)//(
2




+
=
+
=
+
+

=
+
+

=
+

=
+=
4- Kết luận
Qua các phân tích trên ta thấy rằng phơng pháp hãm động năng tự kích là u
việt nhất. Vì vậy ta chọn chế độ hãm này vì : Hãm động năng tự kích sử dụng ngay

động năng trên trục động cơ làm năng lợng hãm, mà ngay cả khi mất điện nó cũng
không liên quan đến lới điện. Vì vậy nó rất tin cậy chắc chắn , an toàn mà lại dễ
thực hiện.
Chơng 4 : Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển.
Ta dùng hệ thống điều khiển chỉnh lu theo nguyên tắc pha đứng với sơ đồ
khối nh sau:
I- Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng ca (I).
Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện lặp di lặp lại với chu kỳ bằng chu
kỳ nguồn và điều khiển đợc thời điểm xuất hiện của chúng trong mỗi chu kỳ ta sử
dụng các mạch phát xung mà tín hiệu điều khiển nó là tín hiệu có dạng răng ca.
Hơn nữa để có điện áp răng ca có tần số và thời điểm đầu của mỗi xung răng
ca phù hợp với nguồn cung cấp thì ta cần phải dùng các sơ đồ tạo điện áp răng ca đ-
ợc điều khiển bởi điện áp đợc gọi là điện áp đồng bộ hoá
1- Mạch đồng bộ hoá.
-
Ta có thể sử dụng các mạch R C hay L C để tạo các mạch đồng
bộ.Xong kiểu mạch này có sự liên kết trực tiếp về điện giữa 2 mạch động
lực và điều khiển nên ít đợc sử dụng .
-
Ta dùng mạch đồng bộ là một máy biến áp có công suất nhỏ để tạo ra các
điện áp đồng bộ phù hợp với yêu cầu thiết kế. Hơn nữa, kiểu này còn khắc
phục đợc mối liên kết về điện giữa 2 mạch động lực và điều khiển kể trên
và an toàn hơn.
2- Mạch phát sóng răng ca
Dùng sơ đồ D- R C và Trangito, nạp tụ bởi dòng không đổi trong sơ đồ
sau.
ĐBH
FXRC
SS TX
(I)

(II)
(III)
U
đk
U
rc
U
đkt
+ Giới thiệu sơ đồ mạch phát sóng răng ca.
-
R, C , Tr, D là mạch tạo dòng ổn định để nạp cho tụ C.
-
U
ĐB
là điện áp đồng bộ.
-
U
cc
là điện áp 1 chiều cung cấp.
-
KĐTT để ứng dụng tính chất đặc biệt của KĐTT vi mạch điện tử.
+ Nguyên lý hoạt động:
Trong sơ đồ ta sử dụng IC gép với tụ C thành một mạch tích phân , khâu này
làm việc nh sau :
Giả thiết Tr

khoá tụ C đợc nạp bởi dòng đầu ra của IC, dòng nạp tụ đợc xác
định i
c
= -i

1
+ i
v
nều i
c
là lý tởng thì điện trở vào của nó bằng dẫn đến dòng vào i
c
-
và i
c
+ bằng 0 do đó i
c
= - i
1
. Mặt khác :
constI
RWR
U
i
cc
==
+

=
1

Vậy có nghĩa là khi Tr khoá thì tụ đợc nạp bởi dòng điện không đổi I.
Ta có từ t = 0 => U
đb
= 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ dơng dẫn đến

D mở nên mạch phát gốc Tr bị đặt điện áp ngợc Tr khoá tụ C đợc nạp bởi dòng điện
không đổi nh phân tích trên điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật tuyến tính .Đến
t = và bắt đầu chuyển sang âm D khoá Tr mở nên tụ C phóng nhanh qua Tr đến
BAĐ
C
I
c
U
c
I
v
+
I
v
-
U
v
R
3
W
R
U
rc
-U
cc
*
*
U
ĐB
+U

c
c
Tr
D
R
1
R
2
U(~)
0
2
t
U
U
rcmax

1
3
U
đb
U
rc
Đồ thị điện áp răng ca
giá trị điện áp bằng 0 và dữ nguyên giá trị bằng 0 cho đến khi t = 2. Tại t = 2
điện áp đồng bộ bằng 0 và bắt đầu chuyển sang dơng D lại mở Tr khoá tụ C lại đợc
nạp điện nh t = 0.
Nh trên ta giả thiết IC là lý tởng có hệ số khuếch đại vô cùng lớn vậy nên IC
đang ở chế độ khuếch đại tuyến tính thì điện áp giữa 2 đầu vào đợc xem là bằng 0
( U
v

= 0 ). Từ sơ đồ ta thấy U
rc
= U
c
+ U
v
= U
c
tức là điện áp răng ca ở đầu ra của sơ
đồ bằng điện áp ra ở trên tụ do U
rc
là điện áp ra của IC nên nó có nội trở nhỏ vì vậy
dạng điện áp ra không phụ thuộc vào tải mắc ở đầu ra mạch phát sóng răng ca . Với
sơ đồ này dung lợng tụ C rất nhỏ dễ dàng chọn đợc. Mặt khác tụ C phóng nhanh
nên rất an toàn cho Tranzito, do đó điện áp răng ca của đầu ra rất gần với dạng răng
ca lý tởng.
Kết luận : Ta sử dụng mạch đồng bộ hoá phát sóng răng ca này là rất tốt đáp
ứng mọi yêu cầu của hệ thống vì : Điện áp răng ca lấy ra từ đầu ra IC lý tởng cũng
chính là điện áp trên tụ. Điện áp răng ca hoàn toàn không phụ thuộc vào biên độ
của U
đb
điện áp ra có dạng răng ca có độ dài sờn trớc ( giai đoạn phóng của tụ là
tuyến tính , đạt 180
0

).
Có R
3
hạn chế dòng phóng qua Tr nên Tr rất an toàn có WR để điều chỉnh
biên độ điện áp răng ca phù hợp với yêu cầu .

3- Khối so sánh và sửa xung.
Nhiệm vụ : Tạo ra xung bằng cách so sánh tín hiệu lấy từ điện áp điều khiển
với điện áp răng ca lấy ra từ đầu ra của khối phát sóng răng ca. Mặt khác từ nguyên
lý hoạt động cua khâu so sánh ta thấy rằng khi thay đổi giá trị U
ĐK
để thay đổi giá
trị góc điều khiển thì độ dài xung đầu ra khâu so sánh sẽ thay đổi. Nh vậy sẽ xuất
hiện tình trạng một số trờng hợp độ dài xung quá ngắn không đủ để mở Tiristo và
ngợc lại có 1 số trờng hợp độ dài xung quá lớn làm cho các Tiristo khuếch đại xung
làm việc ở chế độ dòng cực góp lớn khi điện áp cực góp cao ( Máy biến áp xung
bão hoà) gây nên tổn thất lớn trong mạch phát xung và làm tăng kích thớc mạch
phát xung. Để khắc phục chúng ta đa vào hệ thống điều khiển một mạch điện có tác
dụng thay đổi độ dài xung cho phù hợp vơí yêu cầu và đợc gọi là mạch sửa xung.
Mạch này hoạt động theo nguyên tắc :
Khi có xung vào với độ dài khác nhau vẫn cho các xung ra có độ dài giống
nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thời điểm bắt đầu xuất hiện của mỗi xung.
Nguyên lý hoạt động :
Từ sơ đồ nguyên lý ta có : Nếu U
ĐK
> 0 thì nó sẽ có su hớng đặt điện áp thuận
lên mạch phát gốc của Tranzitor làm cho Tranzitor mở còn U
RC
thì ngợc lai. Nều
U
ĐK
> 0 có su hớng đặt điện áp ngợc nên tiếp giáp của Tranzitor làm cho Tranzitor
bị khoá lại. Từ sơ đồ ta có :
U
BE
= U

RC
U
ĐK
Khi U
RC
= 0 => Tranzitor T
1
bị khoá lại, tụ đợc lạp điện từ +U
cc
đến R
1
đến C
đến Tranzitor T
2
đến U
cc
. Tranzitor T
2
mở nhờ R
2
=> U
r
= 0 ( Không có xung
ra ). Khi U
rc
U
ĐK
thì Tranzitor T
1
mở C

1
phóng điện còn Tranzitor T
2
khoá => U
r
khác 0 , xuất hiện xung ra.
Qua phân tích trên ta thấy để thay đổi đợc góc điều khiển khi điện áp răng
ca không đổi dẫn đến thay đổi U
ĐK
. Khi U
ĐK
tăng dẫn đến tăng và ngợc lại.
Khối so sánh và sửa xung
R
2
R
1
U
c
C
U
BE
U
ra
T
2
T
1
R
K1

R
R
K2