LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ với các yêu cầu cho trước sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu có điều khiển cầu 3 pha” potx

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 1 -






LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống truyền động
Van - Động cơ với các yêu cầu cho
trước sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu có
điều khiển cầu 3 pha”

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 2 -





`MỤC LỤC
STT NỘI DUNG TRANG
1 Lời nói đầu 2
2 Phần I : Phân tích hệ truyền động với
các mạch vòng phản hồi
4
3 Phần II : Phân tích lựa chọn phương

án truyền động điện
12
4 Phần III : Tính chọn một số thiết bị 76
5 Phần IV : Xây dựng đặc tính tĩnh và
kiểm tra chất lượng tĩnh
93
6 Phần V : Thuyết minh sơ đồ nguyên lý

101
7 Tài liệu tham khảo 104








Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 3 -






LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá hiện nay, ngành tự
động hoá đóng một vai trò hết sức quan trọng. Việc áp dụng các hệ thống
truyền động theo vòng kín nhằm tăng năng suất và tăng hiệu quả kinh tế.
Một hệ thống làm việc ổn định thì sẽ cho ra những sản phẩm đảm bảo chất
lượng cao.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành
điện tử công suất. Với việc phát minh ra các linh kiện bán dẫn đã và đang
ngày càng đáp ứng được các yêu cầu của các hệ thống truyền động. Ưu
điểm của việc sử dụng các linh kiện bán dẫn mà làm cho hệ thống trở nên
gọn nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độ chính xác tác động cao hơn. Với
nhu cầu sản suất và tiêu dùng như hiện nay, thì việc tự động hoá cho xí
nghiệp trong đó sử dụng các linh kiện gọn nhẹ là một nhu cầu hết sức cấp
thiết.
Sau gần 4 năm học tập và nghiên cứu ở trường, em đã được làm
quen với các môn học thuộc ngành . Để áp dụng lý thuyết với thực tế trong
học kỳ này chúng em được giao đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ với
yêu cầu “ Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ với các yêu cầu
cho trước sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu có điều khiển cầu 3 pha” .
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ








Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 4 -

Với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo
hướng dẫn Đỗ Trung Hải và các thầy giáo trong bộ môn, đến nay đồ án
của em đã được hoàn thành.
Bản đồ án của em gồm hai phần chính :
Phần thuyết minh : gồm 5 phần :
1. Phân tích hệ truyền động với các mạch vòng phản hồi .
2. Phân tích và lựa chọn phương án truyền động điện.
3. Tính chọn một số thiết bị .
4. Xây dựng đặc tính tĩnh và kiểm tra chất lượng tĩnh
5. Thuyết minh sơ đồ nguyên lý .
Phần bản vẽ : gồm 3 bản vẽ khổ A
0

1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống.
2. Giản đồ dòng, điện áp trên mạch động lực và mạch điều khiển.
3. Đặc tính tĩnh hệ thống.
Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có
hạn, nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong

được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy,cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của
em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, cảm ơn thầy Đỗ
Trung Hải đã giúp đỡ em để bản thiết kế hoàn thành đúng thời hạn.
Thái nguyên ngày Tháng năm 2007
Sinh viên thiết kế
Phan Anh Hải





Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 5 -

PHẦN I : PHÂN TÍCH HỆ TRUYỀN ĐỘNG VỚI CÁC
MẠCH VÒNG PHẢN HỒI
Như chúng ta đã biết với những hệ điều tốc điều khiển mạch vòng hở
, nếu không yêu cầu cao đối với chất lượng tĩnh và động thì nó cũng có thể
thực hiện điều tốc vô cấp trong một phạm vi nhất định. Tuy nhiên ngày nay
người ta thường ít sử dụng hệ hở bởi những nhược điểm của chúng là rất
lớn không thể đáp ứng được yêu cầu công nghệ , yêu cầu về chất lượng sản
phẩm . Để khắc phục điều đó người ta sử dụng hệ kín .
Theo lý thuyết điều khiển tự động , hệ thống điều tốc mạch vòng kín điều
khiển phản hồi là dựa vào độ chênh lệch của đại lượng bị điều khiển thực
hiện hệ thống điều khiển . Chỉ cần lượng điều khiển bị xuất hiện độ chênh
lệch là nó sẽ tự động tạo ra chức năng để cải chính độ chênh lệch . Lượng
giảm tốc độ quay chính là độ chênh lệch tốc độ quay do phụ tải gây ra.
Hiển nhiên hệ thống điều tốc mạch vòng kín càng có khả năng giảm mạnh
độ giảm vận tốc .
Sau đây ta sẽ xét đến cấu tạo của hệ thống điều tốc mạch vòng kín và
đặc tính tĩnh của nó.
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ








Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 6 -

Trên trục động cơ lắp đặt một sensin TG từ đó dẫn ra một điện áp phản hồi
Un tỉ lệ thuận với đại lượng đo tốc độ quay , sau khi so sanh với điện áp
U
*
n ứng với tốc độ quay cho trước sẽ tồn tại chênh lệch điện áp ∆Un , qua
bộ khuếch đại A sinh ra điện áp điều khiển Uet của bộ phát xung GT dùng
để điều khiển tốc độ quay của động cơ . nhờ thế mà tạo nên hệ thống điều
tốc mạch vòng kín có phản hồi .
Sau đây sẽ phân tích trạng thái ổn định của hệ thống điều tốc mạch vòng
kín này. để làm rõ vấn đề này trước tiên ta phải đưa ra một số giả thiết .
- Bỏ qua quan hệ phi tuyến giả thiết các quan hệ vào – ra là tuyến tính
- Bỏ qua điện trở trong của nguồn điện một chiều và triết áp.
i
d
u
d
tg
mbb®gta
u
et
∆u
n
u

n
u
n
*
Như vậy quan hệ của các bộ phận cấu thành hệ thống điều tốc mạch vòng
kín có phản hồi âm tốc độ được thể hiện như sau :
- Khâu so sánh điện áp :
Un
n
U
Un
−
=
∆
*

- Bộ khuếch đại :
Un
Kp
Uet
∆
=
.

- Bộ chỉnh lưu và bộ phát xung :
Uet
Ks
Udo
.
=

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 7 -

- Đặc tính cơ vòng hở của hệ thống.
Ce
RIdUdo
n
.
−
=
-

Sensin :
n
Un
.
α

=

Trong
đ
ó : Kp : h
ệ
s
ố
khu
ế
ch
đạ
i c
ủ
a b
ộ
khu
ế
ch
đạ
i .
Ks : h
ệ
s
ố
khu
ế
ch
đạ
i c

ủ
a b
ộ
bi
ế
n
đổ
i .
α : H
ệ
s
ố
ph
ả
n h
ồ
i
đ
o t
ố
c
độ
.
T
ừ
các ph
ươ
ng trình trên ta tìm
đượ
c ph

ươ
ng trình
đặ
c tính c
ơ
c
ủ
a h
ệ
kín
nh
ư
sau :
)1.(
.
)1(

)/ 1.(

**
KCe
RId
KCe
nUKsKp
CeKsKpCe
RIdnUKsKp
n
+
−
+

=
+
−
=
α

Trong
đ
ó : K = Kp.Ks.α/Ce : H
ệ
s
ố
khu
ế
ch
đạ
i vòng h
ở
c
ủ
a h
ệ
th
ố
ng m
ạ
ch
vòng kín.
-i
d.

r
k
p
k
s
n
( - )
u
n
e
α
1/c
e
k
p
k
s
1/c
e
α
u
n
*
∆
u
n
u
n
( - )
n

n
i
d.
r
( - )
u
n
∆
u
n
u
n
*
α
1/c
e
k
s
k
p


So sánh
đặ
c tính c
ơ
h
ệ
th
ố

ng h
ở
và kín ta th
ấ
y :
-
Đặ
c tính c
ơ
c
ủ
a h
ệ
th
ố
ng m
ạ
ch vòng kín c
ứ
ng h
ơ
n nhi
ề
u so v
ớ
i h
ệ

th
ố

ng h
ở
.
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 8 -

-

N
ế
u so sánh gi
ữ
a hai h
ệ
th
ố
ng m
ạ

ch vòng kín và m
ạ
ch vòng h
ở
có
cùng m
ộ
t giá tr
ị
n
0
thì sai s
ố
tr
ượ
t t
ĩ
nh c
ủ
a m
ạ
ch vòng kín s
ẽ
nh
ỏ
h
ơ
n
r
ấ

t nhi
ề
u .
K
s
s
h
k
+
=
1

-

Lúc h
ệ
s
ố
tr
ượ
t t
ĩ
nh yêu c
ầ
u c
ố

đị
nh thì h
ệ

th
ố
ng m
ạ
ch vòng kín có
th
ể
m
ở
r
ấ
t r
ộ
ng ph
ạ
m vi
đ
i
ề
u t
ố
c .

Mu
ố
n rút ra ba
đ
i
ề
u

ư
u vi
ệ
t nói trên thì h
ệ
th
ố
ng m
ạ
ch vòng kín ph
ả
i
đượ
c b
ố
trí b
ộ
khu
ế
ch
đạ
i .
Trên
đ
ây ta ch
ỉ
phân tích h
ệ
th
ố

ng kín v
ớ
i m
ộ
t m
ạ
ch vòng ph
ả
n h
ồ
i . Ngày
nay h
ệ
th
ố
ng trang b
ị

đ
òi h
ỏ
i ch
ấ
t l
ượ
ng r
ấ
t cao vì v
ậ
y ng

ườ
i ta không ch
ỉ

d
ừ
ng l
ạ
i
ở
h
ệ
kín v
ớ
i m
ộ
t m
ạ
ch vòng ph
ả
n h
ồ
i mà s
ử
d
ụ
ng nhi
ề
u m
ạ

ch
vòng ph
ả
n h
ồ
i .
Đ
i
ề
u khi
ể
n nhi
ề
u m
ạ
ch vòng là
đ
i
ề
u khi
ể
n h
ệ
th
ố
ng có t
ừ
hai m
ạ
ch vòng

tr
ở
lên, vòng này
đ
an xen l
ồ
ng vào vòng kia t
ạ
o nên, t
ươ
ng
đươ
ng h
ệ
th
ố
ng
n
ố
i c
ự
c trong quá trình
đ
i
ề
u khi
ể
n.
Ph
ổ

bi
ế
n hi
ệ
n nay là s
ử
d
ụ
ng h
ệ
th
ố
ng ph
ả
n h
ồ
i v
ớ
i hai m
ạ
ch vòng
ph
ả
n h
ồ
i là âm t
ố
c
độ
và âm dòng.

Để
kh
ở
i
độ
ng nhanh nh
ấ
t trong
đ
i
ề
u
ki
ệ
n cho phép , m
ấ
u ch
ố
t là
ở
ch
ỗ
c
ầ
n ph
ả
i nh
ậ
n
đượ

c m
ộ
t quá trình có
dòng
đ
i
ệ
n không
đổ
i c
ự
c
đạ
i I
đm
. Theo quy lu
ậ
t
đ
i
ề
u khi
ể
n ph
ả
n h
ồ
i , dùng
ph
ả

n h
ồ
i âm m
ộ
t
đạ
i l
ượ
ng v
ậ
t lý nào
đ
ó là có th
ể
gi
ữ
cho
đạ
i l
ượ
ng
ấ
y c
ơ

b
ả
n b
ấ
t bi

ế
n , th
ế
thì dùng ph
ả
n h
ồ
i âm dòng
đ
i
ệ
n thì có th
ể
nh
ậ
n
đượ
c quá
trình dòng
đ
i
ệ
n g
ầ
n nh
ư
không
đổ
i . V
ấ

n
đề
là yêu c
ầ
u trong quá trình kh
ở
i
độ
ng yêu c
ầ
u ch
ỉ
có ph
ả
n h
ồ
i âm dòng
đ
i
ệ
n mà không th
ể

đồ
ng th
ờ
i có
thêm ph
ả
n h

ồ
i âm t
ố
c
độ
. Sau khi
đạ
t t
ớ
i t
ố
c
độ
quay tr
ạ
ng thái
ổ
n
đị
nh, lúc
này yêu c
ầ
u l
ạ
i ch
ỉ
có ph
ả
n h
ồ

i âm t
ố
c
độ
quay mà không có ph
ả
n h
ồ
i âm
dòng
đ
i
ệ
n. Làm sao có th
ể
th
ự
c hi
ệ
n
đượ
c tác d
ụ
ng c
ủ
a hai lo
ạ
i ph
ả
n h

ồ
i
v
ừ
a c
ả
âm t
ố
c
độ
quay và c
ả
âm dòng
đ
i
ệ
n , l
ạ
i v
ừ
a có th
ể
làm cho chúng
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ








Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 9 -

ch
ỉ
gây tác d
ụ
ng riêng bi
ệ
t trong nh
ữ
ng giai
đ
o
ạ
n khác nhau ? H
ệ
th
ố
ng
đ
i
ề
u khi
ể

n t
ố
c
độ
hai m
ạ
ch vòng kín chính là dùng
để
gi
ả
i quy
ế
t v
ấ
n
đề

này.
Có th
ể
xây d
ự
ng trên hai s
ơ

đồ
c
ấ
u trúc :
+ Có hai m

ạ
ch vòng ph
ả
n h
ồ
i nh
ư
ng ch
ỉ
có m
ộ
t b
ộ

đ
i
ề
u ch
ỉ
nh .
+ Có hai m
ạ
ch vòng ph
ả
n h
ồ
i và có hai b
ộ

đ

i
ề
u ch
ỉ
nh
độ
c l
ậ
p .
* Có hai mạch vòng phản hồi nhưng chỉ có một bộ điều chỉnh .

)(1. IInUU
cdv
∆
−
−
=
β
γ

Khi I<Ing =>
nUU
cdv
γ
−
=

Khi I>Ing =>
.InUU
cdv

β
γ
−
−
=

Khi kh
ở
i
độ
ng : Dòng l
ớ
n khâu ph
ả
n h
ồ
i âm dòng có ng
ắ
t tham gia vào
h
ạ
n ch
ế
dòng
đ
i
ệ
n kh
ở
i

độ
ng E
đ
c không l
ớ
n l
ắ
m sinh ra dòng
đ
i
ệ
n ch
ạ
y
trong
độ
ng c
ơ
(Id) sau
đ
ó t
ố
c
độ
t
ă
ng lên dòng có xu h
ướ
ng gi
ả

m .
Khi I
ư
<Ing thì ph
ả
n h
ồ
i âm dòng ng
ừ
ng tác
độ
ng ch
ỉ
có ph
ả
n h
ồ
i âm t
ố
c
độ

tham gia
nUU
cdv
γ
−
=
đặ
c tính c

ơ
c
ứ
ng => I = I
đ
m
độ
ng c
ơ
làm vi
ệ
c xác
đị
nh .
K
bb®
K
k®
®
ft
r
s
−γ
n
−β
n
u
c®
u
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ








Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 10 -

Đ
i
ề
u ch
ỉ
nh t
ố
c
độ
:
Đ
i
ề
u ch
ỉ
nh t

ố
c
độ
b
ằ
ng cách t
ă
ng ho
ặ
c gi
ả
m
Uc
đ
.
+ T
ă
ng t
ố
c : T
ă
ng Uc
đ
=> Uv t
ă
ng
N
ế
u t
ă

ng Uc
đ
m
ộ
t l
ượ
ng nh
ỏ

đả
m b
ả
o I<Ing thì ph
ả
n h
ồ
i âm dòng không
tham gia
Nêu t
ă
ng Uc
đ
m
ộ
t l
ượ
ng l
ớ
n mà I>Ing thì ph
ả

n h
ồ
i âm dòng
đ
i
ệ
n s
ẽ
tham
gia .
+ Gi
ả
m t
ố
c : Gi
ả
m Uc
đ

N
ế
u gi
ả
m
ở
m
ứ
c
độ
nh

ỏ

độ
ng c
ơ
làm vi
ệ
c
ở
góc ph
ầ
n t
ư
th
ứ
nh
ấ
t ,
N
ế
u gi
ả
m
ở
m
ứ
c
độ
l
ớ

n : N
ế
u b
ộ
bi
ế
n
đổ
i không có kh
ả
n
ă
ng d
ẫ
n dòng
theo hai chi
ề
u => hãm t
ự
do . N
ế
u b
ộ
bi
ế
n
đổ
i có kh
ả
n

ă
ng d
ẫ
n dòng theo
hai chi
ề
u
độ
ng c
ơ
hãm c
ưỡ
ng b
ứ
c.
Khi thay
đổ
i ph
ụ
t
ả
i c
ũ
ng x
ả
y ra t
ươ
ng t
ự

+ T
ả
i t
ă
ng nh
ư
ng I<Ing thì không có ph
ả
n h
ồ
i âm dòng .
+ T
ả
i t
ă
ng
đế
n I>Ing khâu ph
ả
n h
ồ
i âm dòng có tác d
ụ
ng l
ớ
n gi
ả
m
độ
c

ứ
ng
đặ
c tính .
đế
n khi I = Id thì t
ố
c
độ
b
ằ
ng không (
đặ
t r
ơ
le nhi
ệ
t
để
c
ắ
t h
ệ

th
ố
ng).
I
®m
I

ng
I
d
I
n
γ
n
≠
0
γ
n,
β
I
≠
0
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 11 -

T
ừ
s
ơ

đồ
c
ấ
u trúc ta tìm
đượ
c
+ Khi I
ư
<Ing thì :
Du
DBBDkd
uSBBD
DBBDkd
DBBDkdcd
KI
KKK
RRR
KKK
KKKU
n .
1 1

γγ
+
+

+
−
+
=

+ Khi I
ư
>Ing thì :
DBBDkd
DBBDkdnguuuSBBD
DBBDkd
DBBDkdcd
KKK
KKKUIIRRR
KKK
KKKU
n
1
)()(
1

γ
β
γ
+
−
+
+
+
−

+
=


Nhược điểm của hệ thống sử dụng hai mạch vòng chung bộ điều chỉnh là
tín hiệu phản hồi tốc độ biến thiên chậm gây sự bão hoà cho bộ khuếch đại
.
* Có hai mạch vòng phản hồi và có hai bộ điều chỉnh độc lập.
Với hệ này đặc tính cơ có thể xảy ra ba trường hợp sau :

Trường hợp 1 trường hợp 2
K
k®
K
bb®
K
®
r
bb®+
r
s
r
¦
γ
β
I
ng
I
¦
u

c®
n
γ
n
≠0
n
II
d
I
bh
I
®m
I
ng
γ
n,
β
I
≠0
β
I
≠0
0
β
I
≠0
γ
n,
β
I

=0
I
ng
I
®m
I
bh
I
d
I
n
γ
n
≠0
0
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 12 -

Trường hợp 3
Sơ đồ khối của hệ thống như sau :

Trong đa số các hệ truyền động thường sử dụng bộ điều chỉnh như trong
trường hợp 1 vì vừa đảm bảo độ cứng đặc tính cơ trong điều kiện làm việc
bình thường vừa có khả năng làm việc ( nhưng đặc tính cơ mềm hơn ) khi
xảy ra quá tải nhẹ . ta sẽ phân tích theo trường hợp này và cũng chọn bộ
điều chỉnh loại này cho bản đồ án .
Sơ đồ cấu trúc :

+ Khi Iư<Ing thì chỉ có mạch vòng phản hồi âm tốc độ tham gia .
γ
n
≠0
n
II
d
I
®m
I
ng
β
I
≠0
0
u
r
s
ft
®

K
i
K
bb®
K
n
u
c®
−γ
n
−β
n
n
I
¦
I
ng
β
γ
r
¦
r
bb®+
r
s
K
®
K
bb®
K

I
K
n
u
c®
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 13 -
Du
DBBDIn
uSBBD
DBBDIn
DBBDIncd
KI
KKKK
RRR
KKKK
KKKKU
n .

1 1

γγ
+
+
+
−
+
=

+ Khi Ibh<Iư<Ing thì cả hai mạch vòng cùng tham gia
DBBDIn
BBDInguuuSBBD
DBBDIn
DBBDIncd
KKKK
KKUIIRRR
KKKK
KKKKU
n
1
.)()(
1

γ
β
γ
+
−
+

+
+
−
+
=

+ Khi Id>Iư>Ing thì chỉ có mạch vòng phản hồi âm dòng điện tham gia
DBBDInguuuSBBDBBDIbhr
KKKUIIRRRKKUn ].).().[(
−
+
+
+
=
β

K
ế
t lu
ậ
n : Khi s
ử
d
ụ
ng h
ệ
th
ố
ng kín v
ớ

i các m
ạ
ch vòng ph
ả
n h
ồ
i thì ch
ấ
t
l
ượ
ng truy
ề
n
độ
ng
đượ
c nâng lên r
ấ
t nhi
ề
u c
ả
ch
ấ
t l
ượ
ng t
ĩ
nh và

độ
ng ,
kh
ắ
c ph
ụ
c
đượ
c nh
ữ
ng nh
ượ
c
đ
i
ể
m c
ủ
a h
ệ
truy
ề
n
độ
ng h
ở
. Vì v
ậ
y trong
b

ả
n
đồ
án này ta s
ử
d
ụ
ng h
ệ
truy
ề
n
độ
ng kín v
ớ
i hai m
ạ
ch vòng âm t
ố
c
độ

và âm dòng có ng
ắ
t .

PHẦN II : PHÂN TÍCH LỰACHỌN PHƯƠNG ÁN
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
*KHÁI NIỆM CHUNG:
* Nội dung:
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 14 -
- Để thiết kế hệ thống truyền động cho một đối tượng truyền động ta
phải căn cứ vào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng
mà đưa ra phương án hợp lý. Với mỗi một đối tượng truyền động có thể
thực hiện bằng các truyền động khác nhau. Mỗi phương án đều có những
ưu nhược điểm của nó, nói chung phương án đưa ra cần đảm bảo các yêu
cầu của đối tượng cần truyền động. Phải đảm bảo được các chỉ tiêu về mặt
kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế, trong đó chỉ tiêu kỹ thuật là quan trọng
hàng đầu. Thông thường một hệ thống tốt hơn về mặt kỹ thuật cũng như

tốn kém hơn về mặt kinh tế. Do vậy tuỳ thuộc yêu cầu chất lượng và độ
chính xác của sản phẩm ta cho chọn hệ thống truyền động điện nhằm đưa
ra một hệ thống đảm bảo yêu cầu mong muốn.
* ý nghĩa:
- Việc lựa chọn phương án truyền động điện có ý nghĩa rất quan
trọng. Nó liên quan đến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hưởng đến hiệu
quả kinh tế của sản xuất. Nếu như lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng
năng xuất làm việc, hạn chế được những hành trình thừa, chất lượng sản
phẩm sẽ tốt hơn, do đó hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn. Kết quả sẽ hoàn toàn
ngược lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó còn gây ra tổn thất không ngờ
trước.
* phương án lựa chọn:
- Muốn chọn được hệ thống phù hợp với yêu cầu chúng ta phải đưa
ra các phương án có thể đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật sau đó đánh giá
những ưu nhược điểm mà chọn cho hợp lý.
I. CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN:
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 15 -

-Để thiết kế hệ thống truyền động điện người thiết kế phải đưa ra
nhiều phương án khác nhau. Rồi sau đó so sánh các phương án trên hai
phương diện kinh tế và kỹ thuật để chọn ra phương án tối ưu nhất. Phương
án tối ưu nhất là phương án đáp ứng được yêu cầu đề ra đồng thời là
phương án đảm bảo về mặt kỹ thuật và chi phí thấp nhất.
I.1 : PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG VÀ PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH
TỐC ĐỘ
- Động cơ là thiết bị truyền chuyển động chính cho máy sản xuất , là
đối tượng điều khiển của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện
việc chọn động cơ một cách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong
công việc thiết kế hệ thống truyền động điện , động cơ được chọn phải thoả
mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải phụ thuộc tính chất công suất
của tải đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giá thành hạ,
hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa
chữa đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lượt các loại động
cơ :
Trong công nghiệp động cơ dùng trong hệ truyền động điện gồm hai loại :
- Động cơ điện xoay chiều : Chia là hai loại :
+ Động cơ không đồng bộ : bao gồm động động cơ không đồng bộ roto
lồng sóc và động cơ không đồng bộ roto dây quấn .
+ Động cơ đồng bộ .
- Động cơ điện một chiều : Chia làm ba loại :
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập .
+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp .
+ Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp .
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ








Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 16 -
Sau đây ta sẽ đi nghiên cứu đặc điểm của từng loại cũng như các phương
pháp điều chỉnh tốc độ của chúng .
I.1.1: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU :
I.1.1.1 : ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
- Được sử dụng rộng rãi trong thực tế, ưu điểm là cấu tạo đơn giản,
đặc biệt là loại rô to lồng sóc. So với máy điện một chiều thì giá thành hạ
vận hành tin cậy trực tiếp dùng điện lưới không cần dùng các thiết bị biến
đổi khác nhược điểm là điều khiển và khống chế các quá trình quá độ khó
khăn, với động cơ lồng sóc thì chỉ tiêu khởi động xấu hơn.


hình 1


hình 2 hình 3
Hình 1 : Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ
Hình 2 : Sơ đồ thay thế
Hình 3 : đặc tính cơ
®c
r
f

i
1
i
2
u
f
i
µ
x
1
r
1
x
2
r'
2
/
s
x
µ
r
µ
n
m
mth
rf = 0
rf
#
0
n1

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 17 -

Người ta đã chứng minh được phương trình đặc tính cơ :






Trong đó :
U
f
: là giá trị hiệu dụng của điện áp pha sta to
R
2
,
,R

1
: là điện trở rô to và stato đã quy đổi
S : hệ số trượt của động cơ



Hệ số trượt tới hạn

X
nm
=X
1
+ X’
2
: là điện kháng ngắn mạch là tổng trở của điện kháng
tản sta to và rô to đã quy đổi
Cũng có thể viết :
Stha
Sth
S
S
Sth
SthaMth
M
2
).1.(.2
++
+
=

Trong đó :
).(.2
.3
2
1
2
11
2
nmXRR
U
Mth
f
+±
=
ω

Với Xnm = X1+X’2 : là điện kháng ngắn mạch
Mth : Mô men tới hạn
1
1
ω
ωω
−
=S
nm
th
X
R
S
2

=
SX
S
R
R
s
R
U
M
nm
f








+








+
=

2
2
,
1
2
,
3
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 18 -
a = R1/R2 : Hệ số phụ thuộc sơ đồ nối mạch của động cơ
Sth = R’2/Xnm : hệ số trượt tới hạn

1
1
ω
ω
ω
−

=S
: Hệ số trượt .
Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ
động cơ như sau :
- Thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ .
- Thay đổi điện áp U khi tần số f = const .
- Thay đổi điện trở mạch roto .
- Thay đổi công suất trượt ( thay đổi số đôi cực ) .
a. Thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ .
- Sức điện động của động cơ được cho bởi công thức sau :
U1 = E = 4,44.W1.f1.Kdq1.ễ = C.f1. ễ => ễ = U1/C.f1 (*)
Giả sử f = fcb = 50Hz , U1 = const.
+ Nếu điều chỉnh f > fcb : Từ (*) ta thấy khi f tăng thì ễ giảm ( vì U =
const) muốn giữ cho mômen không đổi ( M = K. ễ.I2.cosử = const ) thì I2
phải tăng lên I2 > I2đm . Như vậy sẽ làm cho mạch từ non tải và dây quấn
roto quá tải .
+ Nếu điều chỉnh cho f < fcb : Từ (*) ta thấy khi f giảm thì ễ tăng dòng từ
hoá Iỡ tăng mạch từ bão hoà , cosử giảm , tổn hao lớn , nhiệt độ tăng quá
nhiệt độ cho phép .
Do vậy khi điều chỉnh tần số ( dùng bộ biến tần ) người ta thường đi kèm
với việc thay đổi điện áp để giữ cho ễ = const điều này rất phức tạp .
b. Thay đổi điện áp U khi f = const .
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ








Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 19 -


-Vì mômen động cơ tỉ lệ bình phương điện áp vì vậy khi thay đổi điện áp
đặt vào stato sẽ thay đổi được mômen và thay đổi được tốc độ . Để điều
chỉnh được điện áp phải có bộ biến đổi điện áp xoay chiều ( ĐAXC ) thông
thường không áp dụng điều chỉnh U cho động cơ roto lồng sóc vì Sth của
đặc tính cơ tự nhiên là nhỏ . Với động cơ roto dây quấn khi điều chỉnh điện
áp cần nối thêm Rf mạch roto để mở rộng phạm vi điều chỉnh
Phương pháp điều chỉnh điện áp mạch roto chỉ thích hợp với những truyền
động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ như quạt gió , bơm li tâm …
c. Thay đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch
rôto .

Ta có thể điều chỉnh trơn điện trở mạch roto bằng các van bán dẫn , ưu thế
là dễ tự động hoá việc điều chỉnh . Điện trở trong mạch roto động cơ được
xác định theo biểu thức .
®c
rf
®axc
n
m
mth
rf = 0
rf

#
0
n
1
mth1
mth2
n
1
r
f
#
0
r
f = 0
m
th
m
n
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 20 -
Rr = Rrd + Rf .
Trong đó : Rrd : Điện trở mạch dây quấn roto .
Rf : Điện trở ngoài mắc thêm vào mạch roto .
Khi thay đổi điện trở mạch roto thì mômen tới hạn của động cơ không thay
đổi và độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở .
S = Si.Rr/Rrd
Trong đó : S : Độ trượt khi điện trở mạch roto là Rr .
Si : : Độ trượt khi điện trở mạch roto là Rrd .
Mặt khác :
Si
RrdI
Rrd
Rr
Si
RrrI
S
RrrI
M
.
3

.3
.
.3
1
2
1
2

1
2
ω
ω
ω
===
Khi thay
đổ
i
đ
i
ệ
n tr
ở
m
ạ
ch roto thì mômen thay
đổ
i => t
ố
c
độ
thay
đổ
i .
Thông th
ườ
ng ch
ọ
n Rf

ở
ch
ế

độ
dài h
ạ
n , ch
ọ
n b
ằ
ng v
ậ
t li
ệ
u có
ủ
nh
ỏ
.
Ph
ươ
ng pháp này làm t
ă
ng t
ổ
n hao , do
đ
ó gi
ả

m hi
ệ
u su
ấ
t .
V
ớ
i máy
đ
i
ệ
n không
đồ
ng b
ộ
rô to dây cu
ố
n, ta có th
ể
dùng ph
ươ
ng
pháp thay
đổ
i
đ
i
ệ
n tr
ở

m
ạ
ch ph
ầ
n
ứ
ng
để
thay
đổ
i t
ố
c c
ủ
a nó.
Ư
u
đ
i
ể
m là
k
ế
t c
ấ
u b
ộ
bi
ế
n

đổ
i r
ấ
t
đơ
n gi
ả
n nh
ư
ng nó có nh
ượ
c
đ
i
ể
m là
ở
vùng t
ố
c
độ

th
ấ
p do h
ệ
s
ố
tr
ượ

t S l
ớ
n nên gây t
ổ
n hao nhi
ề
u.

∆
P
s
= P
đt
. S

d. Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh công suất trượt
( thay đổi số đôi cực ) .

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 21 -

n = n1.(1-s) =f1.(1-s)/p
Khi thay đổi p thì n thay đổi .
Tuy nhiên việc thay đổi p sẽ làm cho tốc độ bị nhảy cấp và việc điều chỉnh
là không trơn.
I.1.1.2: ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ .
- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ như hình vẽ
- Hình 1 : sơ đồ nguyên lý
- Hình 2 : đặc tính cơ


Hình 1 Hình2
- Động cơ đồng bộ sử dụng cho hệ truyền động yêu cầu độ ổn định tốc độ
cao . Động cơ đồng bộ thường dùng cho các máy bơm , quạt gió , các hệ
truyền động của nhà máy luyện kim .
- Ưu điểm là có độ ổn định tốc độ cao hệ số cosử và hiệu suất lớn , vận
hành có độ tin cậy cao .
n
m
mth
n
1
p= 1
p= 2
®c
+
-
n

0
m
th
m
n
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 22 -
- Mạch stato tương tự động cơ không đồng bộ , mạch roto có cuộn kích từ
và cuộn dây khởi động .
- Khi đóng điện động cơ làm việc với tốc độ không đổi và bằng tốc độ đồng
bộ .
p
f
1
1
2
π
ω

=
(1)
Trong phạm vi mômen cho phép M<Mmax đặc tính cơ là tuyệt đối cứng.
M>Mmax thì tốc độ động cơ sẽ mất đồng bộ .
Từ (1) ta thấy khi thay đổi f thì sẽ thay đổi được tốc độ do đó cấu trúc của
hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ bao giờ cũng có bộ biến
tần kèm theo .
Với máy đồng bộ thì bộ biến đổi cũng là bộ biến tần, nên hệ thống
cũng phức tạp và đắt tiền như bộ biến đổi của động cơ Rôto lồng sóc. Mặt
khác do công nghệ là yêu cầu có chất lượng cao nếu sử dụng máy điện
đồng bộ thì thời gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian như vậy thì
năng suất lao động không cao.
I.1.2 : ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU .
- Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy,
có mô men lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn máy điện xoay chiều,
nhưng nhược điểm là giá thành đắt .
Động cơ một chiều có 3 loại chính :
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập .
+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp .
+ Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp .
Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp ít dùng vì vậy ta sẽ đi nghiên cứu hai
loại trên .
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ








Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 23 -
I.1.2.1 : ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP .
- Với động cơ một chiều kích từ nối tiếp ta có cuộn dây kích từ được ghép
nối tiếp với phần ứng .
- Phương trình đặc tính cơ điện :
KC
R
I
KC
U
−=
.
ω

Ph
ươ
ng trình
đặ
c tính c
ơ
.
2
KCI
M
KC

R
KCM
U
=
−=
ω

S
ơ

đồ
nguyên lý ,
đồ
th
ị

đặ
c tính c
ơ

đ
i
ệ
n và
đặ
c tính c
ơ
cho nh
ư
trên hình

v
ẽ
.


T
ừ
ph
ươ
ng trình
đặ
c tính c
ơ
ta th
ấ
y : có th
ể

đ
i
ề
u ch
ỉ
nh t
ố
c
độ

độ
ng c

ơ
m
ộ
t
chi
ề
u kích t
ừ
n
ố
i ti
ế
p b
ằ
ng cách thay
đổ
i
đ
i
ệ
n áp ph
ầ
n
ứ
ng ho
ặ
c thay
đổ
i
đ

i
ệ
n tr
ở
ph
ầ
n
ứ
ng b
ằ
ng cách m
ắ
c thêm
đ
i
ệ
n tr
ở
ph
ụ
.
* Nhận xét :
- Đặc tính cơ có dạng hypebol và mềm ở phạm vi dòng điện có giá trị nhỏ
hơn định mức . ở vùng có dòng điện lớn hơn do mạch từ bão hoà nên từ
thông hầu như không đổi và có dạng gần tuyến tính . Do đó loại động cơ
®c
rf
ckt
+
-

u
¦
n
m
rf = 0
rf
#

0
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 24 -
này không nên dùng cho hệ truyền động yêu cầu độ ổn định tốc độ cao mà
sử dụng cho những hệ 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 CKT mắc nối tiếp vào mạch phần ứng ) => Có khả năng khởi
động tốt hơn động cơ một chiều kích từ độc lập nên loại động cơ này sử
dụng cho những hệ truyền động yêu cầu quá tải cao và mômen khởi động
lớn .

Vì từ thông phụ thuộc dòng điện nên khả năng chịu tải của động cơ không
chịu ảnh hưởng của sụt áp lưới .
I.1.2.2: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP :
- Phương trình đặc tính cơ điện :
I
K
R
K
U
φφ
ω
−=

- Phương trình đặc tính cơ :
M
K
R
K
U
2
)(
φ
φ
ω
−=

Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho như hình vẽ :

* Nhận xét :
- Đặc tính cơ có dạng đường thẳng và có độ cứng cao . Khi động cơ làm

việc với tốc độ không đổi thì mômen điện từ bằng mômen cản trên trục
động cơ . Điểm làm việc tương ứng với điểm giao giữa đặc tính của động
cơ và đặc tính mômen cản của phụ tải .
u
¦
-
+
ckt
®c
m
n
n
o
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 25 -
- Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ
như sau :
- Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ .

- Phương pháp thay đổi từ thông .
- Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng .
a. Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch
phần ứng .
- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ như hình vẽ

- Khi động cơ làm việc định mức Mđm = Mc .
- Muốn thay đổi tốc độ ta đóng các điện trở phụ khi đó Iư giảm đột biến ,
do quán tính cơ nên tốc độ chưa kịp biến đổi . Trên hệ toạ độ (ựM) điểm
làm việc chuyển từ a sang b . Mômen giảm M<Mc => tốc độ giảm làm Iư
lại tăng lên và tiến tới làm việc xác lập tại c với tốc độ ự
2
< ự
1

- Khi thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ thì :
+ ự
2
= U/Kệđm = const .
+ õ = -(Kệđm)
2
/R Phụ thuộc vào R .
R càng tăng thì õ càng giảm và đặc tính cơ càng mềm . Đây là điều
hoàn toàn không mong muốn .
* Nhận xét :
®c
ckt
+
-
u

¦
r
f
no
n
m
n1
n2
mdm = Mc
rf = 0
rf # 0
rf # 0
a
b
c