nghiên cứu khái quát về cơ cấu quay của máy xúc. mô phỏng điều khiển truyền động điện cho động cơ truyền động cơ cấu quay

Thiết kế môn học
mục lục
Trang
Mục lục 1
Lời gới thiệu 2
1.Tổng quan về truyền động điện điều khiểncơ cấu quay máy xúc 3
1.1. Giới thiệu chung về máy xúc 3
1.2. Tổng quan về cơ cấu quay 6
1.3. Cơ cấu quay máy xúc 9
2. Thành lập mô hình thuật toán 10
2.1. Nghiên cứu máy xúc kt- 4 10
2.2. Sơ đồ mạch của cơ cấu máy xúc 10
2.3. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ 13
2.4. Xây dựng mô hình thuật toán 14
2.4.1. mô hình động cơ điện một chiều 14
2.4.2. mô hình máy phát 17
2.4.3. mô hình khuếch đại từ 18
2.4.4.mô hình hệ thống 19
3. Mô phỏng hệ truyền động điện, đành giá các kết quả mô phỏng 19
3.1. Dùng phần mềm mô phỏng Matlab 19
3.2. Kết quả mô phỏng 20
3.2.1. Đặc tính cơ của hệ truyền động 20
3.2.2. Đặc tính cơ của tải máy xúc 21

Kết luận 21
Tài liệu tham khảo 22
1
Thiết kế môn học
lời nói đầu
Ngày nay với sự phát triển nh vũ bảo của khoa học công nghệ nói chung và sự phát triển của
lỉnh vực điện- điện tử tin học nói riêng ,với nhng u thế của bản thân , trang bị điện điện tử đang

đóng một vai trò quan trọng trong tự động hoá quá trình sản xuất.
Từ lâu các dạng máy xúc đã đợc sử dụng và phát triển công việc khai thác bốc rỡ hàng hóa phần
lớn đều nặng nhọc, nếu dùng sức ngời thì quá vất vã khó khăn mà năng suất lao động lại thấp. Do đó
đòi hỏi phải cơ giới hoá toàn bộ dây truyền sản xuất tại các nhà máy, xí nghiệp các công trờng khai
thác, xây dựng
Cấu trúc mạch động lực của hệ thống truyền động điện điều khiển bao giờ cũng là phần cơ bản
của các cơ cấu máy sản xuất. Hiện nay trong dây truyền công nghệ, hệ truyền động cơ cấu nâng quay
dùng hệ thống động cơ, đang đợc sử dụng rộng rãi, trong các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp.


Hải phòng ngày 15 tháng 5 năm 2005
Phạm Văn Tuyên
2
Thiết kế môn học
nghiên cứu tổng quan về cơ cấu quay của máy xúc. mô phỏng điều
khiển truyền động điện cho động cơ truyền động cơ cấu quay
1. tổng quan về truyền động điện điều khiển cơ cấu quay máy xúc
1.1. Giới thiệu chung về máy xúc
Máy xúc đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp khai thác mỏ lộ thiên., trên các công trờng xây
dựng, trên công trờng thuỷ lợi, các công trình xây dựng cầu đờng để san lấp mặt bằng, bốc xúc đất đá
quặng
Máy xúc có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau nh sau:
Phân loại theo tính năng sử dụng :
Máy xúc xây dựng chạy bánh xích, bánh lốp có thể tích gầu từ 0.25
ữ
2 m
3
.
Máy xúc dùng trong công nghiệp khai thác lộ thiên có thể tích gầu từ 4.6
ữ

8 m
3
.
Máy xúc bốc đát đá có thể tích gầu từ 4
ữ
35 m
3
Máy xúc bớc gầu ngoạm có thể tích gầu từ 4
ữ
80 m
3

Phân loại theo cơ cấu bốc xếp
Máy xúc có cơ cấu bốc xúc là gầu xúc thuận
Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gầu cao di chuyển
Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gàu treo tren dây
Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gầu ngoạm
Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gầu quay
Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu máng cao nhiều gầu xúc
Phân loại theo thể tích gầu xúc
Máy xúc công suất nhơ, có thể tích gầu xúc từ 0.25 đến 2 m
3

Máy xúc công suất trung bình, có thể tích gầu xúc từ 2 dến 6 m
3
Máy xúc công suất lớn, có thể tích gầu xúc từ 6 đến 80 m
3
Phân loại theo cơ cấu truyền lực
Máy xúc dùng cơ cấu truyền lực là động cơ đốt trong
Máy xúc dùng cơ cấu truyền lực là động cơ điện

3
Thiết kế môn học
Phân loại theo cơ cấu của cơ cấu di chuyển
Máy xúc chạy bánh xích
Máy xúc chạy bánh lốp
Máy xúc chạy trên đờng ray
Hình dạng máy xúc nh sau:
( h.1 )
Cơ cấu bốc xúc là gầu xúc thuận
(h.2)
Máy xúc kiểu máng cào nhiều gầu xúc
4
Thiết kế môn học
Yêu cầu chung đối của các thiết bị điện với máy xúc nh sau:
Độ bền cơ khí cao vì máy xúc phải làm trong những điều kiện thờng xuyên dùng phụ tải xung kích
Phải làm việc tốt trong các điều kiện công trờng xây dựng ( ma, gió, độ ẩm, nhiệt độ ) thay đổi ở
phạm vi rộng
Phải đảm bảo làm việc khi bàn của máy xúc nghiêng đi từ 10 15
0
so với mặt nằm ngang (các trục,
ổ đặc biệt )
Phải có kích thớc hạn chế và momen vô lăng nhỏ ( để kết cấu máy gọn hơn, mở máy hãm máy thuận
lợi hơn )
Hệ truyền động điện thờng có kết cấu phổ biến nh sau:

( h.3 )
Kết cấu phổ biến của hệ truyền động điện
1. Động cơ thực hiện cho tất cả các cơ cấu của thiết bị
2.Phanh hãm điện từ
3. Bộ truyền cơ khí bộ giảm tốc ( i <1)

4. Cơ cấu thực hiện
5. Phanh hãm an toàn : phanh hãm bằng tay nó đợc sử dụng khi hệ thống có sự cố
Tuy nhiên hiện nay ngời ta hay dùng hệ Đ
s
+ PWM . Hệ này có sơ đồ nh sau :
5
Thiết kế môn học
( h.4 )
Kết cấu dùng PWM
1.Động cơ thực hiện
2. Phanh hãm
3. Bộ truyền cơ khí
4, 4

Phụ tải động để điều chỉnh và ổn định tốc độ cho hệ thống . 4 là roto của phụ tải động . 4

là stato của phụ tải động
5. Phanh hãm an toàn
6.Cơ cấu thực hiện
Chú ý : 1và 2 là hai thiết bị hợp bộ , khi 2 = (1) thì giải phóng 1
Chế độ làm việc của máy xúc là một vấn đề rất phớc tạp. Nhng trên những điểm chung nhất ta có thể
đi sâu nghiên cứu cấu tạo và chế độ làm việc của máy xúc. Máy xúc có ba chuyển động cơ bản: đào,
nâng - hạ, quay, ngoài ra còn có một số chuyển động phụhác nh : nâng cần di chuyển, đóng mở đáy
gầu Chu kỳ làm việc của máy xúc bao gồm các giai đoạn sau: hạ gầu xuống mặt bằng làm việc - đào
đồng thời nâng gầu - quay gầu về vị trí đổ tải - mở đáy gầu đổ tải - quay gầu về vị trí ban đầu. Thời
gian một chu kỳ làm việc khoảng từ 20 giây đến 60 giây. Cơ cấu nâng - hạ và cơ cấu đẩy tay gầu th-
ờng xuyên làm việc quá tải ( gọi là quá tải làm việc ) do gầu bốc xúc phải đất đá cứng, hoặc lớp cắt
quá sâu.
Các cơ cấu chính của máy xúc làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với hệ số tiếp điện tơng đối
TĐ % = (25 - 100 )% Các cơ cấu của máy xúc làm việc trong điều kiện môi trờng nặng nề, chao lắc

mạnh, nhiều bụi, nhiệt độ thay đổi trong phạm vi rộng. Các yếu tố khác cũng ảnh hởng đến các cơ cấu
của máy xúc nh: độ nghiêng, độ chênh dọc trục máy xúc, gia tốc lớn khi mở máy và hãm. Do chế độ
làm việc của máy xúc nặng nề nh vậy nên các thiết bị của máy xúc phải đợc chế tạo chắc chắn, độ bền
cơ học cao và độ tin cậy cao.
1.2. Tổng quan về cơ cấu quay
Trang bị điện sản xuất máy xúc có cấu trúc hệ điều khiển truyền động điện cơ cấu quay thờng đ-
ợc chuyển động bằng hai động cơ, đặt đối xứng nhau qua trục đối quay. Việc điều chỉnh tốc độ
và thay đổi chiều quay của cơ cấu quay thiết bị thờng đợc điều chỉnh bằng nhiều cách khác nhau nh :
6
Thiết kế môn học
Thay đổi điện trở phụ trong mạch Roto của động cơ (đối với động cơ không đồng bộ roto dây quấn )
và hệ truyền động điện đợc thiết kế thao kiểu mạch hở, không có sự phản hồi của đáp ứng điều khiển
do vậy chất lợng hệ điều khiển chua cao. Thực hiện nhờ đảo chiều 2 trong 3 pha ở động cơ bằng cách
đặt vị trí cho các côngtắctơ với truyền động điện cơ cấu quay dùng động cơ dị bộ 3 pha roto dây quấn.
Điều chỉnh tốc độ động cơ và đảo chièu quay cũng có thể thực hiện bằng cách thay đổi trị số các cực
tính của dòng điện trong các cuộn kích từ đối với hệ truyền động điện là máy phát động cơ.
Hiện nay kỹ thuật hiện đại; dùng biến tần để cấp cho động cơ không đồng bộ roto lồng sóc đã
đem lại chất lợng rất cao thể hiện bằng dãi điều chỉnh tốc độ rộng, hệ thống gọn nhẹ song bên cạnh
đó giá thành rất cao.
Ta cũng có thể xây dựng hệ thống có chất lợng điều khiển cao với việc sử dụng kết hợp điều
khiển động cơ không đồng bộ roto dây quấy và máy phát hãm có mạch vòng điều chỉnh tốc độ. Cách
điều chỉnh này ta điều chỉnh sâu tốc độ của hệ thống, tốc độ có thể đạt tới ( 10, 15, 20 30 )% n
đm
.
ứng với tôcvs độ quay này sễ tạo ra sự dịch chuyển rất chậm của cơ cấu quay sẽ giảm đuợc rất lớn sự
rung lắc của hàng đồng thời cũng có sự dừng chính xác, thờng ứng dụng cho công nghệ xây dựng và
một só lĩnh vc kỹ thuật đặc biệt khác
Thông số đặc trng cho cơ cấu quay là momen cản trở chuyển động M
c
tốc độ quay, phản lực gối

tựa trục quay. Tốc độ quay của cơ cấu thờng không lớn ( 0.25 2) v/p Cơ cấu quay, lực quán tính phụ
thuộc vào chế độ tĩnh. Khi góc quay nhỏ thì sự làm việc phụ thuộc rất nhiều vào thời gian khởi động
và hãm. Nên khi tính toán cơ cấu quay tải bên ngoài phải đợc kể đến nh là momen cản trở sự chuyển
động bằng tổng momen cản trở tĩnh và động.
Công thức tính momen cản đợc đa ra nh sau :
M
cq
= M
ct
+ M
đ
(1.1)
M
ct
: Momen cản tĩnh của cơ cấu
M
đ
: Momen động, momen này xuất hiện khi cơ cấu quay làm việc trong thơi gian quá độ.
Trong đó momen M
ct
đợc tính bằng.
M
ct
= M
gió
+ M
ms
M

(1.2)

M
ms
Momen cản do ma sát gây ra trên các ổ trục
7
Thiết kế môn học
M
ms
=

iii
rA
à
(1.3)
A
i
áp lực ổ đỡ
à
i
Hệ số ma sát
r
i
Bán kính ma sát đỡ
M
gió
Momen cản do gió tác động lên cần .Momen cản do gió tác động phụ thuộc vào kết cấu của cần,
mặt cản gió của cần và thân máy xúc. Khi quay giá trị của momen này thay đổi và sự tác động lên trục
quay cũng thay đổi.
(h.5)
Momen gió tác dụng
Dạng của momen cản nh sau:

M
gió
= P
gió
.F
t
.R.sin

+ P
gió
.F
ti
.r
i
.

2
sin
(1.4)
Trong đó P
gió
: áp lực gió
F
t
: diện tích cản gió
R : khoảng cách từ trọng tâm của hàng đến trọng tâm quay


sin
: góc quay của cần

8
Thiết kế môn học
F
Ti
: diện tích cản gió của các thiết bị trên phần quay
R
i
: khoảng cách từ trọng tâm của các thiết bị trên phần quay của máy xúc đến tâm quay
Nh vạy momen này nhận giá trị max khi
2


=
Khi đó momen gió max

iTigióTgió
gió
rFPRFPM
max
+=
(1.5)
Momen cản do góc nghiêng:
Khi máy xúc làm việc ở một góc nghiêng nhất định khi quay thì nghiêng sẽ tạo ra một lực cản
nhất định. Khi quay ngợc chiều quay thì gây cản trở song khi quay cùng chiều thì momen này hổ trợ
chuyển động.
Momen này đợc tính nh sau:



sin.sin].).(.[ RqQrGM

o
++=
(1.6)
Trong đó :
0
r
: khoảng cach từ trọng tâm phần quay của máy xúc đến tâm quay .
G : trọng lợng toàn bộ phần quay .
Q : trọng lợng hàng.
q : trọng lợng phụ kiện móc.

: góc nghiêng của máy xúc.
Nh vạy momen này cục đại khi
2


=
và
2
3


=
.



sin].).( [
max
RqQrGM

o
++=
(1.7)
1.3. Cơ cấu quay máy xúc
Cơ cấu quay đợc đặt trên cơ cấu dịch chuyển của máy, có thể là bánh xích bánh lốp hay trên đờng
ray. Cơ cấu mâm của máy xúc gồm hai động cơ dân động theo hai hóng chiều trái và phải. Mỗi động
cơ dẫn động đợc đặt ở cột và có thể quay xung quanh đờng tâm quay của mình. Trong lúc đang quay
động cơ dẫn động đợc tỳ vào các cột nhờ các lò xo ép. Ơ phía trớc, việc tỳ vào xung quanh khung cẩu
đợc thực hiện nhờ các con lăn quay vòng. Trờng hợp định mức hai dộng cơ làm việc song song và đợc
điều khiển bởi tay điều khiển trong bộ điều khiển. Việc điều chỉnh bằng các cấp tốc độ bằng cách thay
9
Thiết kế môn học
đổi tần số. Mỗi một động cơ có một phanh điện thuỷ lực để hãm bằng cơ khí. Khi không có điện hai
guốc phanh tỳ vào trục động cơ để động cơ ở trạng thái đứng in. Khi có điện vào phanh, hai guốc
phanh nhả ra và truc động cơ đợc giải phóng.
Công suất của động cơ truyền động cơ cấu quay của máy xúc phụ thuộc vào: momen quán tính của các
thành phần quay của máy xúc J, momen cản tỉnh M
c
, tốc độ cực đại
max
gia ăng tốc và hãm, góc
quay .
2. Thành lập mô hình thuật toán
2.1. Nghiên cứu máy xúc kt- 4
Là loại máy xúc dùng hệ truyền động một chiều : hệ máy phát ba cuộn dây - động cơ. Hệ thống
mạch lực đợc giới thiệu trên hình (h.4) . Nguồn cung cấp 6kv cấp cho máy xúc qua hệ thống tiếp điên
. Các mạch phụ : máy nén, máy bơm, quạt gió là những động cơ roto lồng sóc đợc cấp điện qua MBA.
Động cơ chính truyền động cho máy phát 8, 9, 10 để cung cấp cho các động cơ nâng , quay và đẩy.
Động cơ di chuyển đợc cung cấp bằng máy phát 10 hoặc 9.
Điều khiển truyền động điện các cơ cấu làm việc đợc thực hiện bằng cách thay đổi độ lớn và chiều

dòng điện ở mạch cuộn kích thích máy phát 3 cuộn dây. Điều khiển các động cơ phụ bắng công tắc tơ,
điều khiển các động cơ di chuyển bằng phanh hãm thuỷ lực điện. Điều chỉnh tốc độ động cơ và đảo
chiều quay thực hiện bằng cách thay đổi trị số và cực tính dòng điện trong cuộn kích từ của máy phát.
Đảo chiều quay bắng các công tắc tơ quay trai và quay phải.
2.2. Sơ đồ mạch của cơ cấu quay máy xúc
10
Thiết kế môn học
(h.6)
Sơ đồ động lực máy xúc

KT - 4
1. Cáp mềm cao áp loại KIII- (3*35+1*10)
2. Vòng nhận điện
3. Cái ngắt máy ngắt cao áp
4. Máy cắt dầu
5. Động cơ biến đổi liên hợp (chính)
6. Máy biến áp
7. Máy cắt
8. Máy phát điện cung cấp cho động cơ một chiều nâng
9. Máy phát điện cung cấp cho động cơ một chiều quay
10. Máy phát điện cung cấp cho động cơ một chiều đẩy
11. Máy phát kích thích phụ
12, 14. Động cơ quạt gió
13, 15, 16. Động cơ bơm dầu
11
ThiÕt kÕ m«n häc
(h.7)
12
Thiết kế môn học
Sơ đồ mạch cơ cấu quay máy xúc

2.3. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ
Hai động cở truyền động đ
t
và Đ
p
đuợc cấp nguồn từ máy phát f .cuộn kích từ của máy phát cktf
đợc nối với đầu ra của máy điện khuếch đại từ trờng ngang mđkđ .máy điện khuếch đạitừ trờng có
bốn cuộn điều khiển :cuộn chủ đạo CCĐ , cuộn phản hồi âm điện áp CFA ; cuộn phản hồi âm có ngắt
CFD và cuộn ổn định CÔĐ .
Điều khiển hệ truyền động bằng bộ khống chế chỉ huy KC có hai vị trí : quay trái và quay
phải.Cuộn chủ đạo CCĐ của máy điện khuếch đại đợc cấp nguồn từ máy phát kích từ qua các tiếp
điểm của côngtắctơ quay trái T và quay phải P và điện trở r
1
.Cuộn phản hồi âm điện áp CFA đảm bảo
quá trình cỡng bức kích từ cho máy điện khuếch đại để giảm thời gian mở máy cho hệ.Khi dừng máy,
cuộn CFA đợc cấp nguồn qua hai tiếp điểm thờng kín của côngtắctơ T và P qua điện trơ r
2
.Do phản ng
của cfa sẽ làm giảm điện áp d của máy phát cũng chính là giảm dòng điện tĩnh của hệ F-Đ .
Trong quá trình làm việc ,cuộn CFA đợc nối vào phần ứng của máy phát F qua hai tiếp điểm T
(hoặc P ) và hai diot d
3
(hoặc đ
4
) và điện trở r
3

Điều chỉnh tốc độ quay của động cơ thực hiện bằng cách thay đổi sức từ động (s.t.đ) sinh ra trong cuộn
CFA . ở tốc độ thấp, tiếp điểm của côngtắctơ gia tốc G kín , sức từ động sinh ra trong cuộn CFA lớn
nhất . Sức từ động tổng của các cuộn điều khiển MĐKĐ giảm và điện áp ra của máy F phát giảm.

Tăng tốc độ động cơ bằng cách cấp điện cho cuộn dây của côngtăctơ G dẫn đến s.đ.đ của cuộn CFA
giảm , sức từ động tổng của MĐKĐ tăng lên , điện áp ra của máy phát F tăng len.
Thay đổi chiều quay các động cơ bằng bộ khống chế chỉ huy KC có hai vị trí quay trái và quay
phải,khi đặt KC ở vị trí số 1 quay phải. Công tắc tơ P có điện tác động làm cho phanh điện từ trái có
điện bó trục động cơ quay trái lại, đồng thời rơ le thời gian R
tp
tác dụng sau một thời gian nhất định sẽ
tác dụng đóng tiếp điểm thờng mở của nó lại cấp nguồn cho động cơ Đ
P
máy xúc quay phải. Hai động
cơ đợc khống chế liên động với nhau bằng hai công tắc tơ T và P không cho chúng hoạt động đồng
thời một thời gian.
13
Thiết kế môn học
Cuộn phản hồi âm dòng có ngắt CFD của máy điện khuếch đại dùng để hạn chế dòng khi mở máy
và đảo chiều . Cuộn phản hồi âm dòng có ngắt đợc đấu vào điện áp rơi trên điện trở shunt R
sh
. Điện áp
này tỉ lệ vôi dòng của động cơ và đợc so sánh với điện áp độc lập qua hai điện trở phân áp R .
Do trong hệ có cuộn CFA , nên đặc tính cơ của hệ sẽ cứng. Khi làm việc, trong cuộn CFD luôn có
dòng chạy qua (hạn chế dòng bằng điện trở r
4
) nên đặc tính cơ ở vùng làm việc có mềm bớt đi do tác
dụng phản hồi âm của CFD .Khi dòng điện của động cơ quá lớn (lớn hơn dòng điện ngắt ), điện áp rơi
trên điện trở R
sh
lớn hơn điện áp trên U
ab
(hoặc U
bc

) của hai điện trở phân áp R, trong cuộn CFD sễ có
dòng phụ chạy qua làm giảm sức từ động tổng của MĐKĐ và hạn chế momen của động cơ . Để nâng
cao tính ổn định của hệ thống , có cuộn ổn định CÔĐ . Cuộn dây đó đấu vào cuộn dây sơ cấp của biến
áp ổn định BA . Cuộn sơ cấp của BA đấu vào cuộn kích từ của máy phát qua điện trở hạn chế dòng r
9
.
(không vẽ trong sơ đồ)
Trong mạch cua cuộn dây kích từ của động cơ có rơle bảo vệ mất kích từ Rkt và điện trở phụ r
8
và r
7
. ở chế độ làm việc ổn định , cuộn dây kích từ của động cơ đấu nối tiếp vói r
7.
.Trong thòi gian mở máy
, tiếp điểm của côngtăctơ KKĐ sẽ ngắn mạch điện trở r
7
. Kết quả là mômen động cơ sẽ tăng trong thời
gian khởi động . Thời gian có điện của cuộn dây côngtắctơ KKĐ đợc điều chỉnh bằng hai rơle thời
gian 2R
th
và 3R
th
(ở chiều trái hoặc chiều phải).
2.4. Xây dựng mô hình thuật toán
Phơng pháp nghiên cứu để mô phỏng hệ thống này . Từ các phơng trình vi phân mô tả các mạch điện ,
ta chuyển sang dạng dùng toán t LapLace . Sau đó biến đổi để tạo ra hàm truyền các phần tử .
Tiếp đó dùng phần mền simulink để mô phỏng hệ thống .
2.4.1. mô hình động cơ điện một chiều
Từ sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động ta có :
U = R

Ư

.I(t) + L
Ư
.
dt
tdi )(
+ E(t)
M(t) M
C
(t) = J
dt
ự(t)d

E(t) = K. (t)
14
Thiết kế môn học
m(t) = k..i(t)
chuyển hệ này về dạng toán tử laplace có:
U(p) = R
Ư

.I(p) + L
Ư
.I(p) + E(p) (1)
M(p) M
C
(p) = J(p). (p) (2)
E (p) = K. (p) (3)
m(p) = k..i(p) (4)

Việc mô phỏng hệ thống truyền động điện viết bằng hệ phơng trình đại lợng thật có u điểm là có thể
biết ngay giá trị thật của đại lợng nhng khó quan sát ,so sánh các đại lợng khi vẽ tren cùng một đồ thị ,
và khó quan sát các hệ thống với nhau.
Để khắc phục các khuyết điểm này ngời ta đa hệ thống về giá trị tơng đối . Để đa một đại lơng về
giá trị tơng đối ta cần chọn đại lơng so sánh cơ bản , sau đó tính giá trị tơng đối theo công thức :
x
*
=
xb
x
Trong đó x : giá trị đại lơng thật
x
*
: giá trị tơng đối đại lợng
x
b
: đại lơng so sánh cơ bản
Thông thờng ta chọn một số đại lợng sau :
U
b
= U
dm
I
b
= I
dm
R
b
= U
b

/I
b

b
=
dm

b
=
dm
M
b
= M
dm
Chia cả hai vế của phơng trình (1) cho U
b
:
U
*
=
IbRb
pIRu
.
)(.
+
IbRb
pIpIu
.
)(
+ E

*
(p)
= R
*
u
.I
(P)
+ I
u
/R
B
.p.I
*
(p) + E
*
(p)
15
Thiết kế môn học
Đặt L
Ư
/R
b
= T
Ư
.R
*
Ư
=>U
*
(P) = R

*
u
.I
(P)
+ T
Ư
.R
*
Ư
.P. I
*
(p) + E
*
(p)
=> I
*
(p) =
).1(*
)()(
**
pTR
PEpU
+

(1)
Chia cảv hai vế của (2) cho M
b
:
J.p. (p)/M
b

= M*(p) M*
c
(p)
<=> J.p. ( (p)/M
b
). *(p) = M*(p) M*
c
(p)
Đặt J.
b
/M
b
= J*
=> J*.p. *(p) = M*(p) M*
c
(p)
=>
pJ
pN
.*
)(*
= M*(p) M*
c
(p) (2)
chia cả hai vế của (3) cho U
b
U
*
(P) = k .
b

U
p)(

U
*
(P) =
bb
k
pk



)(


U
*
(P) = *(p).*(p) (3)
Chia cả hai vế cho M
b
:
M*(p) =
b
M
pIk )(

M*(p) =
bb
Ik
pIk

)(


M*(p) = *(p).I*(p) (4)
Vậy ta có hệ phơng trình mô tả động cơ điện một chiều ở hệ tơng đối nh sau:
I
*
(p) =
).1(*
)()(
**
pTR
PEpU
+

(1)

pJ
p
.*
)(*

= M*(p) M*
c
(p) (2)
16
Thiết kế môn học
U
*

(P) = *(p).*(p) (3)
M*(p) = *(p).I*(p) (4)
Để thuận tiện ta bỏ qua các dấu (*) .Khi đó ta có hệ phơng trình mô tả động cơ điện một chiều viết ở
đại lơng tơng đối nh sau :
I (p) =
).1.
)()(
pTR
PEpU
+

(1)

pJ
p
.
)(

= M(p) M
c
(p) (2)
U (P) = (p).(p) (3)
M(p) = (p).I(p) (4)
Ta lập đợc cấu trúc sơ đồ của động cơ điện một chiều ;
(h-8)
Mô hình động cơ điện một chiều
2.4.2. mô hình máy phát
Ta có :
E
kđt

= 4.R.I
đk
+
dt
dIdkL.

Theo laplat ta có :
E
kđt
= 4.R.I
đk
+ L.p.I
đk
đặt L/4R = T
1
17
Thiết kế môn học
=> E
kđt
= (1+T
1
.p).I
đk
=> I
đk
=
).11( pT
Ekdt
+
mà : = k

1
.I
dk
= k
1.

).11( pT
Ekdt
+
U = k
2
. = k
2
. k
1.

).11( pT
Ekdt
+
đặt k = k
2
. k
1
U = K.
).11( pT
Ekdt
+
Với k, k1, k2 là các hệ số
Vậy ta có mô hình máy phát nh sau :

(h-9)
Mô hình máy phát
2.4.3. mô hình khuếch đại từ
Hàm truyền của khâu này có dạng nh sau :

Ukt
Ekdt
=
)1.2).(1.1( ++ pTpT
Kkdt

Ta có U
kt
= U
CCĐ
+ U
CÔD
- U
CFD
- U
CFA
U
kt
: Điện áp kích từ
U
CFA
: Điện áp phản hồi âm
U
CCĐ
: Điện áp chủ đạo

U
CFD
: Điện áp phản hồi âm dòng có ngắt
18
Thiết kế môn học
U
CÔD
: Điện áp ổn định
Ta có mô hình sau:
(h-10)
Mô hình khuếch đại từ
2.4.4.mô hình hệ thống
(h-11)
Mô hình hệ thống
3. Mô phỏng hệ truyền động điện, đành giá các kết quả mô phỏng
3.1. Dùng phần mềm mô phỏng Matlab
19
Thiết kế môn học
Phần mềm Matlab là một phần mềm chuyên dụng cho các nghành kĩ thuật. Chúng ta chỉ xét riêng
phần mềm ứng dụng Simulink trong Matlab, phần mềm này có giao diện sử dụng rất thuận tiện không
đòi hỏi ngời sử dụng phải có một kĩ năng sử dụng, hiểu biết về máy tình nhiều. Với các th viện đã xây
dựng sẵn, ngời sử dụng chỉ truy cập vào từng th viện rồi chọn những khối cần thiết cho việc lập trình
của mình. Việc xây dựng mô hình có thể xây dựng theo cách phân cấp tức là theo cách phân lớp (các
Subsystem ). Trong mô hình lớn có thể có nhiều mô hình con, trong môhình con có thể có nhiều mô
hình con khác. Toàn bộ các thao tác đều có thể sử dụng chuột và nhập các thông số từ bàn phiếm.
Trong các nghành kĩ thuật ứng dụng của Simulink dùng để mô hình hoá, mô phỏng, phân tích hệ
thống động, Simulink cho phếp mô phỏng hệ thống tuyến tính, hệ thống phi tuyên, các mô hình thời
gian liên tục, gián đoạn hoặc cả liên tục hoặc gián đoạn.
Sau khi xây dựng mô hình , để khảo sất hệ thống ta nhập các thông số của hệ thống vào của sổ
tham số của các khối. Đẻ khảo sát hệ thống chúng ta có thể quan sát các đặc tính của hệ thống qua

các khối hiển thị nh Scope, XYGrap ngay cả khi đang chạy ch ơng trình.
Nhìn chung Matlab nói chung, phần mềm ứng dụng Simulink nói riêng có u điểm rất lớn, tiện lợi,
giao diện thuân tiện, mạnh giúp ngời sử dung nắm bát nhanh chóng.
3.2. Kết quả mô phỏng
3.2.1. Đặc tính cơ của hệ truyền động
20
Thiết kế môn học
(h-12)
Đặc tính cơ của hệ truyền động
Yêu cầu đối với hệ này quá trình tăng tốc độ và giảm tốc độ phải êm. Đặc
tính mềm cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ trong một phạm vi hẹp. Để
trong quá trình quay hàng đợc thật an toàn và chính xác
3.2.2. Đặc tính cơ của tải máy xúc
21
Thiết kế môn học
(h.13)
Đặc tính tải của cơ cấu quay máy xúc
Ta thấy momen thay đổi theo tải trọng rất rõ rệt. Khi không có tải momen cửa động cơ không quá 15
ữ
20% momen định mức của động cơ. Đặc tính momen này không đựoc cứng nh mong muốn của hệ
truyền động máy xúc.
Kết luận
Sau một thời gian dài làm việc đợc sự giúp đỡ của bạn bè và giáo viên hớng dẫn TS. Hoàng Xuân Bình,
em đã hoàn thành thiết kế đúng thời gian đề ra.
Em xin chân thành cảm ơn!
tài liệu tham khảo
[1] Vũ Quang Hồi-Nguyễn Văn Chất-nguyễn Thị Liên Anh
trang bị điện - điện tử máy công nghiệp dùng chung
Nhà xuất bản giáo dục - 2000
22

Thiết kế môn học
[2] Bùi Quốc Khánh-Nguyễn Văn Liễn Phạm Quốc Hải-D ơng Văn Nghi
điều chỉnh tự động truyền động điện
nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật-1996
[3] PGS. TSKH Thân Ngọc Hoàn
máy điện tập ii
nhà xuất bản giao thông vận tải -1998
[4] PGS. TSKH Thân Ngọc Hoàn
Mô hình toán các thiết bị điện
Trờng Đại Học Hàng Hải 1998
[5] Bùi Quốc Khánh-Nguyễn Văn Liễn-Nguyễn Thị Hiền
truyền động điện
nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật-2000
[6] Th.s Trần Anh Dũng
Bài giảng môn: Tin học ứng dụng Matlab
23