Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ – động cơ một chiều không đảo chiều quay BBĐ dùng sơ đồ chỉnh lưu tiristor

Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


LỜI NÓI ĐẦU

Điều khiển là một lĩnh vực quan trọng trong đời sống xã hội. Bất kì ở vị trí nào,
bất cứ làm một công việc gì mỗi chúng ta đều tiếp cận với điều khiển. Nó là khâu quan
trọng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt động của chúng ta. Ngày nay, mặc dù
dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhưng động cơ điện một chiều vẫn tồn
tại. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu mở
máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng. Vì động cơ điện
một chiều có đặc tính làm việc rất tốt trên các mặt điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều
chỉnh rộng, thậm chí từ tốc độ bằng 0). Nhưng độ tin cậy khi sử dụng động cơ một
chiều lại thấp hơn so với động cơ không đồng bộ do có hệ thống tiếp xúc chổi than. Hệ
thống điều khiển chỉnh lưu - động cơ một chiều cũng là một ứng dụng của kỹ thuật
điều khiển. Chỉnh lưu có điều khiển dùng Tiristo để điều chỉnh điện áp phần ứng động
cơ. Chỉnh lưu cũng có thể dùng làm nguồn điện chỉnh điện áp kích từ cho động cơ. Hệ
thống này thường được dùng cho các động cơ điện được cấp điện từ lưới xoay chiều

Đây là mảng đề tài khá rộng, với khối lượng công việc lớn và mới mẻ đối với
em. Cho nên em đã gặp một số khó khăn trong quá trình thiết kế, song được sự
hướng dẫn tận tình của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn , đặc biệt là
cô giáo: Võ Thu Hà và sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn cùng lớp cũng như sự tìm
hiểu nghiên cứu và sự nỗ lực của bản thân nên em đã hoàn thành được bản đồ án
này.
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
1
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


PHẦN I

PHÂN TÍCH LỰA CHỌN
PHƯƠNG ÁN TĐĐ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
Mục đích:
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đòi hỏi các hệ
thống TĐĐ phải có độ chính xác cao, do đó chúng ta phải đưa ra các
phương án TĐĐ, sau đó phân tích và lựa chọn để đưa ra được các phương
án tối ưu nhất và từ các phương án trên ta xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ
thống.
Tóm tắt nội dung chính của phần I
A. Chọn phương án truyền động điện:
1. Phân tích lựa chọn động cơ 1 chiều.
2. Chọn phương án điều chỉnh tốc độ.
3. Phân tích chọn phương pháp hãm dừng động cơ.
4. Phân tích chọn bộ biến đổi chỉnh lưu.
5. Mạch phản hồi.
6. Máy phát tốc.
7. Bộ khuếch đại tín hiệu trung gian ( Bộ điều chỉnh ).
B. Xây dựng cấu trúc hệ thống:
1. Sơ đồ hệ thống điều tốc 2 mạch vòng tốc độ quay và dòng điện.
2. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều chỉnh tốc độ 2 mạch vòng âm tốc độ
và âm dòng điện.
• Kết luận chung.
Sau đây ta đi phân tích cụ thể như sau:
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
2
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


A. CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
Đặt vấn đề:

- Khi thiết kế một hệ thống truyền động điện thì người thiết kế phải đưa ra nhiều
phương án để giải quyết .
Nhiệm vụ của người thiết kế là phải tìm ra được phương án tối ưu nhất phù hợp
với yêu cầu đặt ra .Trước hết là yêu cầu về kỷ thuật sau đó là yêu cầu về kinh tế.
- Việc lựa chọn phương án truyền động có ý nghĩa hết sức quan trọng trong thiết kế
nó ảnh hưởng trực tiếp đến dây chuyền sản xuất chất lượng sản phẩm và hiệu quả
kinh tế.
- Ở phần này ta lựa chọn các phương án truyền động điện sau:
Động cơ điện 1 chiều.
Lựa chọn BBĐ chỉnh lưu.
Bộ khuếch đại trung gian.
Các tín hiệu phản hồi.
Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ thống.
……
I) PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU
Để thiết kế hệ truyền động phù hợp với yêu cầu người ta đưa ra nhiều phương
án khác nhau, rồi sau đó sánh các phương án trên phương diện kinh tế và kỹ thuật
để chọn ra phương án tối ưu nhất.
Đây là động cơ sử dụng năng lượng điện 1 chiều.Gồm động cơ điện 1 chiều
kích từ độc lập,kích từ nối tiếp,kích từ hỗn hợp.
Với động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp là lọai đông cơ có kết cấu phức tạp,giá
thành cao nên ta loại bỏ vì không phù hợp chỉ tiêu kinh tế.
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
3
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


1.1 Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp

0
Sơ đồ nguyên lý

Ta thấy loại này có cuộn kích từ nối tiếp với phần ứng động cơ nên dòng kích từ
chính là dòng phần ứng động cơ .
Do vậy khi I
ư
biến đổi thì từ thông Φ cũng biến đổi sẽ gây ra hiện tượng từ
dư (tổn thất phụ) lớn.
Φ
dư
= (2 ÷ 10).Φ
đm

Mà động cơ một chiều kích từ nối tiếp có đặc tính cơ ở dạng phi tuyến
(hypebol), nên đặc tính cơ mềm và độ cứng lại thay đổi theo phụ tải.
Mặt khác, từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng nên khả năng
chịu tải của động cơ bị ảnh hưởng rất lớn của điện áp lưới. Điều này gây khó khăn
trong quá trình điều chỉnh và ổn định tốc độ, quá trình này chỉ có hiệu quả ở tốc độ
rất thấp và hiệu quả không cao, ở tốc độ cao đạt được điều này là rất khó khăn.
Do vậy, động cơ này không phù hợp với yêu cầu.
1.2 Động cơ 1 chiều kích từ độc lập
Do mạch kích từ nằm độc lập với mạch phần ứng nên từ thông kích từ
Φ = const khi tải thay đổi.
Phương trình đặc tính cơ:
( )
ω = − = −
U
K

R
K
I
U
K
R M
K
u
Φ Φ Φ
Φ
.
.
2
Vì Φ = const nên quan hệ ω(M) là quan hệ đường thẳng. Độ cứng đặc tính
cơ:
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
4
_
+
CKT
M
ω
N. Tạo
TN
Đặc tính cơ
Ð
CKÐ
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện

( )
β = − =
K
R
const
Φ
2
.



Sơ đồ nguyên lý Đặc tính cơ Nhận xét: Loại
động cơ này cho phép quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và dễ điều chỉnh. Từ phương
trình đặc tính cơ cho thấy loại động cơ này có thể điều chỉnh tốc độ tới 3 cách là
điêù chỉnh U
ư
, R
f
, và i
k
.
1.3. Nhận xét chung:
Từ những phân tích trên cho thấy rằng để đáp ứng các chỉ tiêu: S, ϕ, D, M
c
,
∆n% mà yêu cầu của hệ thống đã đặt ra, ta chọn loại động cơ một chiều kích từ độc
lập làm động cơ truyền động cho hệ thống.
II. CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
Trong thực tế đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập thường có 3
phương pháp điều chỉnh tốc độ như sau.

• Thay đổi điện
trở phụ mạch phần ứng.
• Điều chỉnh điện
áp cấp cho mạch phần ứng.
• Điều chỉnh từ
thông kích từ.
2.1 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
a) Sơ đồ nguyên lý
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
5
ck§
®
+
-
-
+
u
¦
h 2
r
f
I
¦
ω
ω
ο
tn
r
f
1

r
f
2
r
f
3
m
0
h 3
ω
0
M
0
ω
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


Giả thiết :
U

= U
đm
= const ; Φ
Φ
= Φ
đm
= const ; R = Var
b) Phương trình đặc tính cơ
M*
)K(

R+R
K
U
=
2
m®
f
m®
®
Φ
-
Φ
ω
m
c) Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta có dạng đặc tính cơ như hình (H3)
d) Nhận xét
Từ phương trình đặc tính cơ và dạng đặc tính cơ ta thấy khi thay đổi điện trở
phụ mạch phần ứng (tăng R
f
) làm cho
• Đặc tính cơ mềm đi
• Độ sụt tốc độ ∆ω =
M.
)K(
RR
2
f
dm
Φ

+
tăng lên
• Độ cứng đặc tính cơ β =
f
2
RR
)K(
dm
+
Φ
giảm
• Mức độ phù hợp tải P = U.I = const
M = K
Φ
.I
ư
= const
2.2 Thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng
a) Sơ đồ nguyên lý
Trong đó :
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
6
®
bb®
u
®k
ck§
I
¦
r r

e
b
e
b
¦
+
-
u
h 4
S¬ ®å thay thÕ
h 5
I
¦
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


BBĐ : là bộ biến đổi dùng để biến đổi điện áp xoay chiều của thành điện áp
một chiều và điều chỉnh sức điện động E
b
của nó theo yêu cầu.
R
b
: là điện trở mạch phần ứng.
R
ư
: là điện trở trong của bộ biến đổi phụ thuộc vào loại thiết bị.
Giả thiết :
U = Var
const
dm

=Φ=Φ
R = const
b) Phương trình đặc tính cơ
M.
)K(
R
K
E
2
m
dm
b
Φ
-
Φ
ω
Σ
=
Với
Σ
R
=R
ư
+R
b
c) Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi điện áp mạch phần
ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ
song song với nhau như hình vẽ (H6).
d) Nhận xét

Khi thay đổi điện áp mạch phần ứng ta sẽ có các
tốc độ không tải lý tưởng
m®
bx
ox
K
E
=
Φ
ω
khác nhau
Độ cứng β = const
Mức độ phù hợp tải: P = U.I = var
[M
c
] = K
Φ
đm
.I
đm
= M
đm
= const
• Dải điều chỉnh rộng ,điều chỉnh trơn và vô cấp.
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
7
0
m
h 6
ω

ω
ο
tn
ω
ο
1
ω
ο
2
ω
ο
3
m
®m
e
b®m
e
b1
e
b2
e
b3
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


• Sai số tốc độ nhỏ ,dể tự động hoá.
• Khả năng quá tải lớn và tổn thất năng lượng nhỏ.
• Phương pháp điều chỉnh điện áp mạch phần ứng là phương pháp triệt để kể
cả khi không tải lý tưỡng và điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào .
2.3 Thay đổi từ thông kích từ

1.1.1.1. Sơ đồ nguyên lý (H.7)
Khi thay đổi từ thông kích từ động cơ một chiều kích từ độc lập chính là điều
chỉnh mô men điện từ của động cơ M =K
Φ
.I
ư
và điều chỉnh sức điện động
quay E =K
Φ
.ω của động cơ .Do kết cấu của máy điện nên ta thường giảm từ
thông
Φ
.
Giả thiết :
U = U
đm
= const
R = const
Φ
= Var
1.1.1.2. Phương trình đặc tính cơ

M.
)K(
R
K
U
2
dm
Φ

-
Φ
ω =
Tốc độ không tải lý tưởng :
var=
K
U
=
x
m®
ox
Φ
ω
Độ cứng đặc tính cơ : β =
var=
R
)K(
2
x
Φ
Ở đặc tính cơ điện : I
nm
=
R
U
m®
= const
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
8
®

-
+
bb®
ck§
+
-
h 7
u
u
®k
¦
r
u
¦
I
¦
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


1.1.1.3. Dạng đặc tính cơ

H 8 Đặc tính cơ H 9 Đặc tính cơ điện
d). Nhận xét:
Ta thấy rằng mạch kích từ của động cơ một chiều kích từ độc lập là mạch phi
tuyến cho nên hệ điều chỉnh từ thông củng là phi tuyến .Khi giảm từ thông ở một
mức độ nào đó thì tốc độ động cơ tăng lênvà đồng thờiphải đảm bảo điều kiện
chuyển mạch cổ góp.
Nhưng nếu giảm từ thông φ quá nhiều vì khi giảm φ do quán tính tốc độ ω sẽ
thay đổi chậm hơn so với từ thông φ nên E = Kφ.ω giảm → I
ư

tăng lên → M =
Kφ.I
ư
tăng lên.
Mặt khác khi φ giảm quá nhiều thì I
ư
tăng quá lớn gây nên sụt áp trong mạch
phần ứng tăng lên → công suất động cơ giảm → tốc độ giảm
Như vậy khi điều chỉnh giảm từ thông φ thì
• độ cứng đặc tính cơ giảm β =
R
)K(
2
x
Φ
↓↓
• Sai lệch tĩnh tăng lên
• Hệ thống có giải điều chỉnh hẹp
• Phương pháp thay đổi từ thông phù hợp với tải
P
c
= U.I = const
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
9
0
m
h 8
ω
ω
ο

2
ω
ο
1
ω
ο
φ
2
φ
1
φ
®m
m
nm
2
m
nm
1
m
nm
ω
ο
ω
ο
1
ω
ο
2
I
Inm

h 9
0
φ
®m
φ
2
φ
1
ω
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


M
c
= var
* Tuy nhiên phương pháp này lại có chỉ tiêu kinh tế cao ,tổn thất năng lượng
nhỏ.
2.4 Nhận xét chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ
Qua những phân tích cụ thể 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ trên ta thấy mỗi
phương pháp điều chỉnh đều có những ưu nhược điểm riêng phù hợp với từng yêu
cầu công nghệ .Căn cứ công nghệ của đề tài ta thấy phương pháp thay đổi tốc độ
bằng cách điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động cơ có nhiều ưu điểm như:
 Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng.
 Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp.
 Sai lệch tĩnh nhỏ , β=const trong toàn dải điều chỉnh.
 Dễ thực hiện tự động hoá.
 Mức độ phù hợp tải.
M
c
= const

P
c
= var
Do đó ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
mạch phần ứng động cơ .
III. PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG PHÁP HÃM DỪNG ĐỘNG CƠ
Hãm là tạng thái động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều với tốc độ quay
của rô to .Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ máy phát
.Như ở phần trước ta đã chọn cơ một chiều kích từ độc lập đối với lọai động cơ
này có 3 trạng thái hãm là :
- Hãm tái sinh.
- Hãm ngược.
- Hãm động năng.
Sau đây ta lần lượt phân tích từng trạng thái hãm.
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
10
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


3.1.Hãm tái sinh
Hãm tái sinh là trạng thái máy phát mà động cơ biến cơ năng đã tích luỹ được
thành điện năng trã về lưới điện.
Hãm tái sinh xẩy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng (ω >
ω
o
). Khi hãm tái sinh E
ư
> U
ư
động cơ làm việc như một máy phát nối song song

với lưới. So với chế độ động cơ ở chế độ hãm tái sinh dòng điện và mô men đổi
chiều được xác định theo biểu thức sau:

0
R
KK
R
EU
I
ol
h
<
−
==
−
ΦωΦω
M
h
=kφI
h

< 0
Phương trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái sinh là:

hoho
M
k(
R
I
k

R
2
Φ)
ω
Φ
ωω +=+=
Ở trạng thái hãm tái sinh I
h
< 0 đổi chiều và
công suất được trả về lưới là P = (U-E).I ,đây là
phương pháp hãm hữu ích về kinh tế vì động cơ
sinh ra điện năng hửu ích
Tuy nhiên hệ thống truyền động van động cơ
(T-Đ) chỉ dẩn dòng theo một chiều nhất định
nên khi động cơ sinh ra năng lượng trả về lưới
thì các van không cho phép dẩn ngược .Nên phương pháp hãm này không phù
hợp với yêu cầu công nghệ .
3.2. Hãm ngược
Hãm ngược là trạng thái máy phát của động
cơ khi rôto quay ngược chiều với chiều quay tương
ứng của từ trường do điện áp nguồn gây ra.
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
11
m
c
h 19
ω
xl
0
I

¦
U
l
ω
ο
e
I
h
U
l
e
ω
m
0
0
m
c2
h 20
m
e
ω
ο
I
h
U
l
ω
a
c
d

ω
ο
-
ω
xl
TN
m
c1
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


Mặt khác phụ tải mang tính chất phản kháng nên ta chỉ xét trường hợp đảo
chiều điện áp phần ứng khi động cơ đang quay.
Giả sử động cơ đang làm việc xác lập tại điểm a trên đặc tính tự nhiên với
phụ tải M
c1
. Ta đổi chiều điện áp phần ứng và đưa thêm điên trở phụ R
f
vào mạch
phần ứng động cơ sẽ chuyển sang làm việc ở điểm b trên đặc tính biến trở chiều
quay ngược. Tại b do quán tính nên rôto vẩn quay theo chiều củ còn mô men đã
đổi chiều chống lại chiều quay nên tốc độ giảm nhanh theo đoạn bc. Tại c tốc độ
bằng không nếu cắt phần ứng khỏi lưới động cơ sẽ dừng lại. Còn nếu vẩn tiếp tục
đóng phần ứng vào lưới và nếu tại c mô men của động cơ lớn hơn mô men cản M
c2
thì động cơ sẽ quay ngược cuối cùng làm việc tại điểm d .Trên đoạn hãm ngược bc
vì điện áp đổi cực tính nên
0
RR
)EU(

RR
EU
I
f
l
f
l
h
<
+
+
−=
+
−−
=
Dấu ‘ – ‘ biểu thị dòng điện ngược chiều với trạng thái cũ
M
h
= kφ.I
h
< 0
Ta thấy hãm ngược thường đưa thêm điện trở phụ R
f
vào để hạn chế dòng
điện hãm. Do đó trạng thái hãm này thường gây tổn thất lớn làm giảm đáng kể tuổi
thọ động cơ và không khắc phục được sự cố như mất điện .
3.3. Hãm động năng
Ta xét trường hợp hãm động năng kích từ độc lập
a). Sơ đồ nguyên lý
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ

12
r
h
ck§
+
i
¦
r
fk
e
-
u
l
h 21
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


b). Nguyên lý làm việc:
Hãm động năng kích từ độc lập xẩy ra khi động cơ đang quay ta cắt phần ứng
động cơ ra khỏi lưới điện một chiều rồi đóng kín qua một điện trở hãm R
h
còn
mạch kích từ vẩn giử nguyên φ =const .
Tại thời điểm cắt phần ứng khỏi lưới điện do động năng tích luỷ được ở quá trình
làm việc trước đó nên rôto vẩn quay theo chiều củ với tốc độ ban đầu.
E
bđ
= k.φ.ω
bđ
Vì phần ứng được khép mạch qua điện trở hãm R

h
nên sức điện động ban đầu
sinh ra dòng điện hãm ban đầu được xác định .
0
RR
k
RR
E
I
h
bd
h
bd
hbd
<
+
−=
+
−=
ωΦ
M
hbđ
=k.φ.ω
bđ
< 0. Mômen ngược chiều với tốc độ. Mặt khác điện áp lúc đầu đặt
vào phần ứng động cơ lúc hãm bằng không nên ta có phương trình đặc tính cơ khi
hãm là.
h
h
h

h
M.
k(
RR
I.
k
RR
2
Φ)
-
Φ
-ω
+
=
+
=
Với I
h
, M
h
< 0. Đây là phương trình đường thẳng đi qua gốc toạ độ dạng của
chúng được biểu diển như trên hình (H.22).
Ta có :
h
2
RR
).k(
β
+
−=

Φ
Độ cứng phụ thuộc vào R
h
khi R
h
càng nhỏ thì đặc tính cơ càng cứng, mô
men hãm càng lớn hãm càng nhanh. Tuy
nhiên phải chọn R
h
sao cho
I
hbđ
≤ (2÷2.5)I
đm
.
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
13
b
ω
ω
ο
a
m
0
h 22
R
h
(I)
M
hd

(I
hd)
M
c
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


Khi hãm động năng kích từ độc lập tiêu thụ ít năng lượng từ lưới .Năng lượng
chủ yếu được tạo ra do động năng của động cơ tích được trong quá trình làm việc.
Trong quá trình hãm động cơ chỉ tiêu thụ công suất kích từ rất nhỏ
P
kt
=(1÷5)%P
đm
.
3.4. Đánh giá chọn phương pháp hãm dừng động cơ
Từ những phân tích cụ thể của từng phương pháp hãm ta thấy
Phương pháp hãm ngược hãm nhanh có hiệu quả tuy nhiên tổn thất năng
lượng lớn làm phát nóng động cơ ảnh hương đến tuổi thọ thiết bị .Còn phương
pháp hãm động năng có hiệu quả kém hơn phương pháp hãm ngược khi có cùng
tốc độ ban đầu và mô men cản M
c
.Tuy nhiên hãm động năng lại ưu việt hơn về
mặt năng lượng tiêu thụ rất ít năng lượng từ lưới và mạch điều khiển củng đơn
giản hơn .
Do đó ta chọn phương pháp hãm động năng để hãm dừng động cơ.
IV. PHÂN TÍCH CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU
Từ những phân tích ta đã chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay
đổi điện áp mạch phần ứng. Phương pháp này là phải dùng bộ biến đổi (BBĐ) .
BBĐ là một khâu quan trọng của hệ thống truyền động điện là một trong những

yếu tố quyết định đến chất lượng của hệ thống.
Theo yêu cầu của đề tài ở đây ta lựa chọn BBĐ chỉnh lưu là hệ thống van
đông cơ (T-Đ)
Sơ đồ khối
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
14
eb = ebm.
c
os
α
e
I
¦
r
ck
r
b
v
u
v
r
¦
S¬ ®å thay thÕ hÖ T-§
h 11
u
®k
®
-
ck§
+

u
h 10
I
¦
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


a)Nguyên lý làm việc
Bộ biến đổi biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Khi thay đổi
giá trị điện áp U
đk
ta thay đổi được góc điều khiển α nhờ đó thay đổi được sức
điện động của bộ biến đổi E
b
= E
bm
.cosα → thay đổi được điện áp đặt vào mạch
phần ứng động cơ U
d
= f(α) → thay đổi được tốc độ động cơ.
b)Phương trình đặc tính cơ
M*
)K(
RRR
K
Ucos.E
2
dm
ck b
dm

Vbm
Φ
-
Φ
Δ-α
ω
++
=
Khi bỏ qua sụt áp thuận trên 1 van →∆U
V
= 0
M*
)K(
RRR
K
cos.E
2
dm
ck b
dm
bm
Φ
-
Φ
α
ω
++
=
Trong đó :

αcos.EE
bmb
=
: Sức điện động của bộ biến đổi
R
b
, R
ư

, R
ck
: Điện trở của bộ biến đổi ,phần ứng động
cơ ,cuộn kháng
c)Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi giá trị góc điều khiển α=0÷180
0
thì
E
b
=-E
bm
÷ E
bm
khi đó ta nhận được một họ đường thẳng song song với nhau bố
trí trên nửa mặt phẳng bên phải của hệ trục (M ,ω) như hình vẽ bên (H .12).
d)Nhận xét ưu nhược điểm của BBĐ van-động cơ
Ưu điểm :
 Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp.
 Dể dàng điều chỉnh ,tác động nhanh.
 Phạm vi điều chỉnh rộng.

 BBĐ gọn nhẹ ,chắc chắn không cần nền móng.
 Dễ tự động hoá và van có hệ số công suất cao.
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
15
ω
ο
2
0
h 12
ω
ω
ο
ω
ο
1
m
ng
ts
®n
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


Nhược điểm :
• Kém linh hoạt chuyển đổi.
• Điều khiển kém độ nhạy khi tín hiệu điều khiển lớn.
• Đảo chiều gặp khó khăn.
• Đặc tính mềm hơn hệ F-Đ.
V. MẠCH PHẢN HỒI
Trong thực tế nhiều máy sản xuất ngoài yêu cầu điều chỉnh tốc độ vô cấp,còn
có yêu cầu cao với sai lệch tĩnh. Điều này đối với hệ thống hở không thể thực hiện

được, nó chỉ thực hiện điều chỉnh trong 1 phạm vi nhất định. Vậy để giải quyết
vấn đề này ta sử dụng hệ thống điều khiển mạch vòng kín có phản hồi.
Với những yêu cầu mà đề tài đã đưa ra, ở đây ta sử dụng mạch phản hồi âm
tốc độ và phản hồi âm dòng điện.
5.1 Phản hồi âm tốc độ
- Trong sơ đồ dùng phản hồi âm tốc độ bằng máy phát tốc, ưu điểm điểm của
nó là lượng vào và lượng ra có quan hệ tuyến tính, không gây nhiễu loạn, làm việc
êm, kích thước và trọng lượng nhỏ. Dùng phản hồi này có tác dụng làm tăng hệ
thống khuếch đại của hệ thồng, làm tăng độ cứng của đặc tính cơ, tức là làm tăng
độ ổn định của tốc độ động cơ.
Sơ đồ nguyên lý khâu phản hồi âm tốc độ dùng máy phát tốc như hình vẽ
5.2 Phản hồi âm dòng điện
Trong quá trình quá độ phải luôn giữ được dòng điện (hoặc momen điện từ) ở
giá trị tối đa cho phép, làm cho hệ thống truyền động điện đạt được gia tốc tối đa
cho phép khi khởi động, sau khi tốc độ đạt tới trạng thái ổn định, lại làm cho
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
16
R
1
-ϒn
Ft
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


dòng điện lập tức giảm xuống để momen cân bằng với phụ tải. Muốn đạt được
như vậy ở đây ta dung phản hồi âm dòng điện là có thể nhận được quá trình dòng
điện gần như không đổi.

-
 i

BA C
BD
BD
BD
D
1
D
3
D
5
D
6
D
4
D
2
R
VI. MÁY PHÁT TỐC
Nguyên lý làm việc
Máy phát tốc làm nhiệm vụ đo tốc độ của động cơ để lấy tín hiệu áp đầu ra để
khống chế tín hiệu vào giữ cho động cơ luôn quay với tốc độ ổn định. Nguyên lý
làm việc đơn giản như máy phát điện một chiều .Trục của động cơ nối cứng với
máy trục của máy fát tốc khi động cơ quay kéo trục của máy fát tốc fát ra ở đầu ra
sức điện động. Phải chọn máy phát tốc sao cho khi động cơ quay với tốc độ ổn
định thì Sđđ ở đầu ra =0.
VII. BỘ KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU TRUNG GIAN
Để đáp ứng yêu cầu về độ cứng tính cơ, phạm vi điều chỉnh tốc độ, độ nhạy, độ
tác động nhanh của hệ thống và tăng hiệu quả hệ thống, ta dùng khâu khuếch đại
trung gian
Bộ khuếch đại có ưu điểm là:

- Nâng cao khả năng khuếch đại của hệ thống để đạt được hệ số khuếch đại
yêu cầu.
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
17
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


- Có khả năng khống chế các rơ le, các công tắc tơ và khống chế các mạch
đầu vào của bộ khuếch đại. Kết quả là để năng cao được độ bền của các thiết bị
khống chế rơ le, công tắc tơ.
B. XÂY DỰNG HỆ THỐNG
1. Sơ đồ hệ thống điều tốc 2 mạch vòng tốc độ quay và dòng điện
Với:
Rω : bộ điều chỉnh tốc độ quay.
R
I:
bộ điều chỉnh dòng điện.
FT: máy phát tốc.
Fx: mạch phát xung điều khiển các T của BBĐ.
CBD:cảm biến dòng điện.
U
cđ
: điện áp chủ đạo.
γn: phản hồi tốc độ.
βI:phản hồi dòng điện.
Đ:là động cơ một chiều kích từ độc lập.
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
18
Ð
FT

CL
R
ω
BBÐ
R
CK
CBD
R
I
U
cd
γ
n
U
v
CKD
+
-
(-)
(-)
β
i
FX
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều chỉnh tốc độ 2 mạch vòng âm tốc độ và
âm dòng điện
K
ω

: hệ số phản hồi tốc độ.
K
I
: hệ số phản hồi dòng điện.
K
BBĐ
: là hệ số khuếch đại của BBĐ.
K
D
:hệ số khuếch đại của động cơ.
* Kết luận chung:
Qua phân tích các ưu, nhược điểm của các phương án ở trên em đã chọn ra
được phương án tối ưu nhất để phù hợp với yêu cầu của đề tài.
1.Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng động cơ.
3.Hãm động năng để hãm dừng động cơ.
4.Mạch phản hồi dùng phản hồi âm tốc độ và phàn hồi âm dòng điện.
Kết quả của phần I được sử dụng ở phần II,III,IV,V tiếp theo

SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
19
R
ω
R
I
K
BBÐ
K
D
K

I
K
ω
R
d
n
R
d
.I
d
E
D
U
cd
U
v
γ
n
(-)
(-)
(-)
U
dk
E
b
I
d
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện

PHẦN II
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
* Đặt vấn đề
Căn cứ vào kết quả ở phần I và sơ đồ cấu trúc của hệ thống.Ở phần 2 này ta
thiết kế sơ đồ nguyên lý.
Sơ đồ ngyên lý hệ thống truyền động điện bao gồm 2 phần chính:
• Thiết kế mạch động lực.
• Thiết kế mạch điều khiển.
Mạch động lực: là khâu trực tiếp thực hiện các quá trình biến đổi năng lượng
theo yêu cầu công nghệ.
Mạch điều khiển : là khâu có chức năng điều khiển khống chế mạch động lực
thực hiện các quá trình biến đổi đó.
Nội dung chính của phần II này gồm:
Chương I. Thiết kế sơ đồ mạch động lực
1. Phân tích sơ đồ BBĐ chỉnh lưu
2.Sơ đồ mạch lực
Chương II. Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển
I.Giới thiệu chung
II. Thiết kế mạch điều khiển
1. Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa.
2. Khối so sánh.
3. Khối tạo xung.
4. Tổng hợp 1 kênh tạo xung
5. Khối tổng hợp và khuếch đại trung gian.
6. Mạch tạo nguồn nuôi và tín hiệu điều khiển.
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
20
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện

CHƯƠNG I : THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐÔNG LỰC
1. Phân tích sơ đồ bộ biến đổi chỉnh lưu
Theo yêu cầu đề tài ta sử dụng bộ biến đổi sơ đồ hình cầu 3 pha
a) Sơ đồ nguyên lý:
Giới thiệu sơ đồ :
BAL : Máy biến áp 3 pha dùng để cung cấp điện cho sơ đồ chỉnh lưu.
T
1
÷T
6
: Các van chỉnh lưu có điều khiển dùng để biến đổi điện áp xoay chiều 3
pha bên phía thứ cấp BAL là u
a
,u
b
,u
c
thành điện áp một chiều đặt lên phần ứng
động cơ.
CK : tác dụng làm nhỏ thành phần xoay chiều của điện áp đầu ra BBĐ
b) Nguyên lý làm việc:
Ở đây ta xét trường hợp điện cảm phụ tải là vô cùng lớn và trong trường hợp
dòng tải là liên tục. Nguyên lý làm việc của sơ đồ được tóm tắt như sau:
• Từ ωt = 0 ÷ ωt =ν
0
và từ ωt = ν
5
÷ ωt =ν
6
hai van T

4

và T
5
cùng dẩn dòng
u
d
=u
c
- u
a
= u
ca
i
T1
= 0 , i
T2
= 0 , i
T3
= 0 , i
T4

= i
T5
= i
d
= I
d
, i
T6

= 0
u
T1
= u
ac
, u
T2
= u
ac
, u
T3
= u
bc
, u
T4
= 0 , u
T5
= 0 , u
T
6
= u
ab

• Từ ωt =ν
0
÷ ωt =ν
1
và từ ωt = ν
6
÷ ωt =ν

7
hai van T
5

và T
6
cùng dẩn dòng.
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
21
*
*
*
T
1
i
T1
i
T3
T
3
i
T5
T
5
i
T4
T
4
i
T6

T
6
i
T2
T
2
ck
®
ck§
A
i
A
i
a
B
i
B
i
b
C
i
C
i
c
u
d
*
*
*
+

BAL
a
b
c
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


u
d
=u
c
– u
b
= u
cb
i
T1
= 0 , i
T2
= 0 , i
T3
= 0 , i
T4
= 0 , i
T
5
= i
T6
= i
d

= I
d
,
u
T1
= u
ac
, u
T2
= u
bc
, u
T3
= u
bc
, u
T4
= u
ba
, u
T5
= 0 , u
T6
= 0
• Từ ωt =ν
1
÷ ωt =ν
2
và sau ωt =ν
7

hai van T
6

và T
1
cùng dẩn dòng.
u
d
=u
a
– u
b
= u
ab
i
T1
= i
T6
= i
d
= I
d
, i
T3
= 0 , i
T4
= 0 , i
T5

= 0 , i

T2
= 0
u
T1
= 0 , u
T2
= u
bc
, u
T3
= u
ba
, u
T4
= u
ba
, u
T5
= u
ca
, u
T6
= 0
• Từ ωt =ν
2
÷ ωt =ν
3
hai van T
1

và T
2
cùng dẩn dòng.
u
d
=u
a
– u
c
= u
ac
i
T1
= i
T2
= i
d
= I
d
, i
T3
= 0 , i
T4
= 0 , i
T5

= i
T6
= 0
u

T1
= 0 , u
T2
= 0 , u
T3
= u
ba
, u
T4
= u
ca
, u
T5
= u
ca

, u
T6
= u
ca
• Từ ωt =ν
3
÷ ωt =ν
4
hai van T
2

và T
3
cùng dẩn dòng .

u
d
=u
b
– u
c
= u
bc
i
T1
= 0 , i
T2
= i
T3

=i
d
= I
d
, i
T4
= 0 , i
T5

= 0 , i
T6
= 0
u
T1
= u

ab
, u
T2
= 0 , u
T3
= 0 , u
T4
= u
ca
, u
T5
= u
cb

, u
T6
= u
cb
• Từ ωt =ν
4
÷ ωt =ν
5
hai van T
3

và T
4
cùng dẩn dòng.
u
d

=u
b
– u
a
= u
ba
i
T1
= 0 , i
T2
= 0, i
T3

= i
T4
= i
d
= I
d
, i
T5

= 0 , i
T6
= 0
u
T1
= u
ab
, u

T2
= u
ac
, u
T3
= 0 , u
T4
= 0

, u
T5
= u
cb

, u
T6
= u
ab
• Từ ωt =ν
7
thì sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc giống như từ ωt =ν
1
c) Biểu thức tính toán:
- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
22
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


cosαU

απ
α
sinωinωt
m
U.
π2
q
U
od
=
∫
+
=
với q là số đập mạch trong một chu kì của điện áp sau khi chỉnh lưu. Ở đây với sơ
đồ cầu 1 pha thì q = 6.

20
U
π
63
U =
(U
2
là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp của BA)
- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:
2Tngmax
thmax
T
U6UU ==
- Dòng điện trung bình và dòng điện trung bình cực đại qua một Thyristor:

I
Ttb
= I
Ttbmax
= I
d
/3
- Dòng điện hiệu dụng cuộn day sơ cấp và thứ cấp máy biến áp khi tổ dây
nối Y/Y

3
2
.III
dT2
==
;

3
2
.
k
I
I
ba
d
1
=
;
Xác định công suất tính toán máy biến áp :







==
3
.I.UI.U.3S
dd222
π







==
3
.I.UI.U.3S
dd111
π

dddd21
22
ttBA
I.U.05.1
3
.I.USS

2
)SS(
S ≈






===
+
=
π
Đồ thị điện áp chỉnh lưu, dòng điện các van, dòng các pha nguồn xoay chiều
khi máy biến áp nối Υ/Υ như trên hình vẽ .
SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
23
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện



SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
24
α
u
b
i
C
0
0

i
B
i
A
0
0
π
π
π
i
T3
0
i
T6
i
T5
i
T4
0
0
0
0
i
T2
0
i
T1
π
π
π

I
d
π
π
ν
ο
u
d
0
u
α
ν
1
α
u
a
ν
2
π
α
ν
3
2π
2π
2π
2π
k
ba
ωτ
I

d
ωτ
ωτ
ωτ
2π
2π
2π
2π
2π
ωτ
ωτ
ωτ
ωτ
ωτ
ωτ
ν
5
ν
4
α
ν
6
2π
α
u
c
α
(nÐt ®Ëm)
(nÐt ®Ëm)
ϕ

A
ϕ
ν
7
K
ωτ
H.23
π
Đồ Án Tự Động Truyền Động Điện


2. Sơ đồ mạch động lực
c
r
t
5
c
r
t
2
c
r
t
3
c
r
t
1
c
r

t
6
c
r
t
4
k
mba
atm
ck
®
r
h
ck®
k
* Các thiết bị trong sơ đồ:
ATM : là attomat có nhiệm vụ đóng cắt lưới cho mạch động lực đồng thời bảo
vệ cho mạch động lực khi gặp sự cố ngắn mạch.
BA : Máy biến áp 3 pha, cung cấp điện áp 3 pha phù hợp cho bộ chỉnh lưu
ngoài ra nó còn có nhiệm vụ cách ly giữa lưới điện và mạch động lực và bảo vệ
Ti . Trong sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha thì cũng không cần sử dụng biến áp nếu nguồn
cung cấp có điện áp phù hợp với yêu cầu sơ đồ và không yêu cầu cách ly giữa
mạch động lực bộ chỉnh lu với nguồn điện xoay chiều .
T1 đến T6 : Các thyristor có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành 1
chiều.
Mạch R- C đợc mắc song song với các thyristor để bảo vệ quá áp cho các
thyristor.
CK: cuộn kháng
K: tiếp điểm của công tắc tơ.
Rh: điện trở hãm.

SVTH : Trần Minh Tuyến GVHD: VÕ THU HÀ
25