phân tích các phương pháp điều khiển truyền động công nghệ cán dây. thiết kế bộ điều khiển truyền động ăn dao tự động cho máy tiện f- đ

Đề tài:
“Nghiên cứu tổng quan về công nghệ máy cán dây. Thiết kế chương trình điều
khiển truyền động cho các động cơ thực hiện.”
LỜI MỞ ĐẦU
Sự bùng nổ của ngành công nghiệp cơ khí và điện tự động hóa đã đạt những
thành tựu to lớn, đem lại rất nhiều lợi ích trong công việc cũng như nhiều thiết bị
ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Mặc dù các máy gia công kỹ
thuật số đang là xu hướng mới của thị trường nhưng đây là những thiết bị đắt tiền
và phức tạp. Do đó các máy gia công kim loại như máy tiện, máy mài, máy bào
giường, máy rèn rập… vẫn là các thiết bị chủ yếu trong việc chế tạo cơ khí. Nên
việc nghiêm cứu, tìm hiểu cải tiến nó là một trong những vấn để rất được quan tâm
hiện nay.
Môn học Trang Bị Điện là môn học có thể giúp em thực hiện các công việc
này. Được giao đề tài về máy cán dây là loại máy phổ biến nhất trong công nghệ
gia công kim loại. Với yêu cầu là” Phân tích các phương pháp điều khiển truyền
động công nghệ cán dây. Thiết kế bộ điều khiển truyền động ăn dao tự động cho
máy tiện F- Đ”. Qua thời gian học tập nghiên cứu và chỉ bảo tận tình của thấy
Hoàng Xuân Bình em đã hoàn thành đồ án này.
Mặc dù đồ án đã hoàn thành đạt kết quả nhất định nhưng do thời gian có
hạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi sai sót. Em mong được sự
góp ý ủng hộ của các thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn
Mục lục:
Nội dung Trang:
Lời giới thiệu 2
Chương 1: Tổng quan về công nghệ dây 4
1.1. Đặc điển công nghệ cán dây 4
1.2. Động cơ truyền động trong dây chuyền cán 5
1.3. Các thiết bị do lường và quan sát 10
Chương 2: Mô hình hóa toán học của hệ thống 15

2.1. Các động cơ truyền động chính trong dây chuyền cán 15
2.1.1. Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập 15
2.1.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều 19
2.1.3. Hệ truyền động điện 1 chiều sử dụng bộ biến đổi 21
2.1.4. Mô hình động cơ điện 1 chiều 22
2.2. Xây dựng mô hình toán của hệ truyền động 23
2.2.1. Vấn đề đồng bộ tốc độ và sức căng của dây truyền nhiều
động cơ
23
2.2.2. Mô hình toán của các trục kéo và của cả hệ thống 24
2.2.3. Xác định tham số bộ điều khiển theo các tiêu chuẩn 26
Chương 3. Mô phỏng hệ thống 30
2.3.1. Mô hình mô phỏng trên Matlab 30
2.3.2. Các đáp ứng của hệ thống 31
Kết luận 34
Tài liệu tham khảo 35
Chương 1: Tổng quan về công nghệ cán dây
1.1. Đặc điển công nghệ cán dây.
Dây kim loại rất cần trong nền kinh tế quôc dân. Nó là phôi để sản xuât cáp,bu
lông, đinh tán, lò xo v.v… hoặc dùng trong xây dựng.
Các dây kim loại rất khác nhau về hình dạnh và kích thước tiết diện ngang. Ví
dụ như dây kim loại tiết diện tròn có đường kính trong một dải rộng từ 0,005 đến
25mm.
Mỗi máy cán dây gồm các phần chính sau : đầu chuốt, tang kéo, động cơ, khớp đần
hồi hay đai hình thang nối với hộp động cơ hộp tốc độ, thiết bị quấn v.v…Ở nhiều
máy cán,kim loại được kéo qua nhiều đầu chuốt có kích thước giảm dần. Máy cán
dây một đầu chuốt chỉ dùng khi kéo dây rất lớn.
Máy cán dây nhiều đầu chuốt chia thành 2 nhóm chính :
- Máy có thay đổi lượng dây ở các tang kéo trung gian.
- Máy không thay đổi lượng dây ở các tang kéo trung gian.

Nguyên lý làm việc của nhóm máy là giũ thể tích dây bằng nhau qua mỗi đầu
chuốt trong những khoảng thời gian như nhau. Điều kiện này có thể bị phá vỡ do
đầu chuốt bị mòn hoặc do nguyên nhân khác. Muốn giữ điều kiện này, cần phải
giảm tốc độ của các tang kéo trung gian tương ứng. Có 2 cách làm :
a) Tự động điều chỉnh thay đổi tốc độ các tang kéo trung gian không có sự
trượt trên tang.
b) Thay đổi độ trượt tương đối của các dây trên tang kéo trung gian khi giữ tốc
độ tang kéo không đổi. Tốc độ dài của tang kéo lớn hơn 2 - 4% tốc độ dây.
Công nghệ các dây trong một chu trình bắt đầu bằng chỉnh máy ở tốc độ
thấp không quá 0,5 – 1m/s và chế độ là chạy nhắp. Chỉnh máy kết thúc khi dây
đã quấn đủ trên các tang kéo và ra khỏi máy. Lúc này máy chuyển sang chạy ở
tốc độ cao. Việc tăng tốc từ tốc độ bò lên tốc độ làm việc hay giảm tốc độ
ngược lại phải đẩm bảo bằng phẳng để tránh đứt dâyhay không đều tiết diện.
Trong quá trình cũng phải đẩm bảo điều chỉnh vô cấp tốc độ làm việc tuỳ theo
hình dáng và kích thước tiết diện ngang của dây.
Trong máy cán dây nhóm I ( có thay đổi lượng dây ở các tang kéo trung
gian), việc điều chỉnh vô cấp tốc độ của mỗi tang kéo là nhờ đai hình thang kết
hợp với hộpp tốc độ 4 cấp điều chỉnh bằng tay. Điều dó cho phép điều chỉnh tốc
độ bằng phảng trong dải rộng và có thể sử dụng được truyền động xoay chiều.
Trong máy cán dây nhóm II ( không thay đổi lượng dây ở các tang kéo
trung gian), người ta dùng truyền động một chiều và tự động điều chỉnh tốc độ
qua điều chỉnh từ thông.
Việc điều chỉnh quan hệ tốc độ giữa các tang kéo nhờ thay đổi mômen quay
trên trục tang kéo dưới tác dụng của sức căng dây. Các động cơ dẫn động các
tang kéo được mắc nối tiếp các phần ứng với nhau.
1.2. Động cơ truyền động trong dây truyền cán.
1.2.1. Truyền động điện xoay chiều cho máy cán dây.
Một số máy cán dây dùng truyền động điện xoay chiều với động cơ không đồng
bộ 3 pha rôtor dây quấn, công suất dưới 55kW, 380V, 1500vg/ph. Máy cán
công suất nhỏ có thể dùng động cơ xoay chiều rôtỏ lồng sóc. Động cơ nối với

hộp tốc độ bằng đai truyền hình thang. Các máy cán dây to và đặc biệt to
thường sử dụng động cơ không đồng bộ 3 tốc độ rôtỏ lồng sóc, công suất tới
40kW, 750,1000.1500vg/ph.
Yêu cầu chình cho truyền động máy cán dây là đảm bảo tốc độ chỉnh định
máy nhỏ ( tốc độ bò ) và chuyển dộng em lên tốc độ làm việc.
Phần lớn các máy cán dây thực hiện điều chỉnh tốc độ bằng điện trở phụ :
một cấp ở mạch stator động cơ rôtor lồng sóc, tới 5 cấp ở mạch rorto ở động cơ
dây quấn.
Tăng tốc độ động cơ theo nguyên tắc thời gian. Dừng nhanh nhờ hãm ngược
hay hãm động năng là nhờ bộ biến đổi thyristo.
Hình 8-55 cho sơ đồ đièu khiển truyền động máy cán dây có trượt 15/200 ;
22/200 ( tử số là số tang kéo, mẫu số là đường kính tang kéo tính theo mm).
2
Ð
1
Ð
2
K
2R
N
2
CC
1CC
1R
N
K
3K
R
BA
1RN 2RN

Ð
1M
1k
rth
3k
3k
3k
3m
2m
2
HT
1ht
3k
Re
2k
2K
380
220
V
Re
Re
Re
Re
rth
Hình 8-55. Sơ đồ TĐĐ máy cán dây dùng các động cơ không đồng bộ rotor
lồng sóc
2Đ là động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc 0,6kW kéo máy bơm dầu. Dộng
cơ 1Đ là các tang kéo công suất 17kW. Bảo vệ các động cơ bàng các cầu chì
1CC, 2CC và các rơle nhiệt 1RN, 2RN.
Các điện trở R ở mạch stator động cơ 1Đ dùng để giảm tốc độ động cơ khi

chạy chỉnh máy và hạn chế dòng mở máy.
Đầu tiên, ấn 1M để công tắc tơ 2K đóng mạch động cơ bơm dầu.
Để chạy chỉnh máy,chuyển hộp tốc độ ở mức thấp và ấn 2M để công tắc tơ
1K dống mạch động cơ 1Đ qua điện trở R. Sau khi chạy chỉnh máy, chuyển hộp
tốc độ lên số cao và ấn 3M. Rơle trung gian Re có điện sẽ đóng mạch rơle thời
gian và sau thời gian duy trì sẽ đóng mạch công tắc tơ gia tốc 3K để ngắn mạch
điện trở R ở mạch stator động cơ 1Đ.
2
Ð
1
Ð
2
K
2rn
2
CC
1CC
1rn
K
3K
R
BA
1RN 2RN
1M
1k
rth
k3
k3
k3
3m

2m
3
HT
2ht
k3
Re 2k
2K
380
220
V
Re
Re
Re
Re
rth3
k3
k2
k1
Ð
1ht
k2
Ð
k1
rth1
k2
rth2
3CC
Hình 8-56. Sơ đồ TĐĐ máy cán dây dùng các động cơ không đồng bộ rotor
dây quấn.
Dừng máy bằng tay nhờ nút D. Các công tắc hành trình 1HT, 2HT sẽ dừng

máy khi dứt dây cán và khi dây quấn đầy. Hinh 8-56 biểu thị sơ đồ truyền động
máy cán dây 10/250 có trượt với động cơ rôtor dây quấn. Công suất động cơ
chính là 45kW. Hoạt động của sơ đồ tương tự như sơ đồ hình 8-55. Tăng tốc
động cơ 1Đ theo nguyên tắc thời gian nhờ rơle thời gian Rth có động cơ để lần
lượt đóng mạch các công tắc tơ gia tốc K1, K2, K3.
1.2.2. Truyền động điện một chiều máy cán dây
Truyền động này dùng cho các máy cán dây cần điều chỉnh tự động liên tục tốc
độ các tang kéo trung gian trong thời gian làm việc ma không có sự trượt dây trên
bề mặt tang kéo. Động cơ một chiều truyền động máy được điều chỉnh tốc độ ở 2
vùng. Tốc độ bò có được nhờ giảm từ thông, Hệ sử dụng trong truyền động máy là
F-Đ hoặc T-Đ. Phần ứng vói các động cơ truyền động tang kéo được mắc nối tiếp
nhau.
Hình 8 – 57 là một sơ đồ truyền động máy cán dây 7/550 dùng hệ T-Đ.
Các cuộn dây phôi được kéo tới các giá cơ khí và từ đó đầu dây được kéo qua
đầu chuốt thứ nhất tới tang kéo đầu tiên. Tang kéo này là một tang chứa, truyền
động bằng một động cơ theo hệ T-Đ, đảm bảo điều chỉnh tốc độ trong một dải
rộng. Tang chứa này có 2 tầng, 2 đầu chuốt và động cơ kéo có công suất 125kW,
440V. Tầng dưới có đường kính nhỏ, còn tầng trên cũng như cấc tang kéo khác.
Năm tang kéo kế tiếp theo cũng được dẫn động bằng 5 động cơ riêng nhưng các
phần ứng mắc nối tiếp nhau trong một hệ T-Đ do bộ đổi thyristor 2T cấp nguồn.
Các cuộn kích từ được cấp điện riêng từ các bộ biến đổi thyristor TK.
Tại đầu ra tốc độ làm việc ( tốc độ chuốt) là 28m/s, còn tốc độ bò ( tốc độ chỉnh
máy ) là 1m/s. Dải điều chỉnh tốc độ thay đổi bằng điện áp phần ứng là 12:1, còn
lại do thay đổi từ thông là 2,5 : 1. Đẻ duy trì sức căng dây giữa các tang kéo, trong
mạch phần ứng các động cơ nối tiếp luôn có một dòng dừng cỡ 10-20$ dòng định
mức. Ở chế độ chỉnh máy (chạy nhắp ) dòng các phần ứng tăng từ giá trị dòng
dừng đến dòng chạy nhắp cỡ 1-1,5 định mức.
2kt 3kt
4kt 5kt 6kt1kt
7Ft

7
Ð
6FT
3K
ÐK
3T
2kt
ÐK
Ð
?
ÐK
1t
1k
2k
Phôi cán
vòng móc
Rulô qu?n
C
?m bi?n
xung
6
Ð
5
Ð
4
Ð
3
Ð
2
Ð

1
Ð
2t
3- 380V
3- 380V
Ð
?
2FT
Hình 8-57. Sơ đồ truyền động thyristor máy cán dây7/550.
Trước khi quấn vào rulô, dây tang vòng móc. Tang vòng móc dùng để bù trừ
các dao động sức căng. Rulô quấn đưởctuyền động cũng bằng hệ T-Đ. Tốc độ các
động cơ được kiểm tra qua các máy phát tốc.
Khi rulô quấn đầy, máy tự động dừng để cắt dây và thay rulô mới.
Hình 8-58 là sơ đồ chức năng hệ điều chỉnh tự động của máy cán dây 7/550.
Máy có 2 bộ điều chỉnh : dòng và s.đ.đ. Bộ điều chỉnh dòng RI có các tín hiệu tới
là : tín hiệu từ cảm biến dòng CBI tỉ lệ với dòng phần ứng các động cơ 2Đ-6Đ và
tín hiệu là tín hiệu đặt ra của bộ điều chỉnh sc.đ.đ. RE. Hai tín hiệu này được so
sánh với nhau và chọn ra tửI tín hiệu tới khâu xung – pha XP điều khiển bộ biến
đổi thyristor T.
Đầu vào của RE có 2 tín hiệu tới được so sánh với nhau là : tín hiệu đặt từ bộ
đặt tốc độ D
ω
hay từ bbộ đặt tín hiệu tốc độ chỉnh
N
D
ω
, qua bộ định gia tốc ĐG
tới và tín hiệu phản hồi âm về s.đ.đ. CBE tới. Đo s.đ.đ. nhờ cộng các tín hiệu tỉ lệ
với điện áp phần ứng qua cảm biến CBU và tín hiệu tỉ lệ với dòng phần ứng qua
cảm biến CBI.

6
Ð
5
Ð
4
Ð
3
Ð
2
Ð
1R
2R
3R
CBV
CBI
XP
RI
2
Ð
RE
ÐG
Ð
?N
Ð
?
3
- 380V
Hình 8-58. Sơ đồ truyền động thyristor máy cán dây7/550.
1.3. Các thiết bị đo lường và quan sát.
Trong dây truyền kéo đồng sử dụng nhiều động cơ, để kéo dây qua các

khuôn. Trong quá trình làm việc yêu cầu cần phải đảm bảo ổn định và đồng bộ tốc
độ. Để giám sát và thực hiện điều khiển được cần tiến hành đo được các thông số
dòng điện , tốc độ, vị trí,… mỗi thông số được đưa về để thiết lập mạch vòng kín
để điều chỉnh động cơ truyền động và chúng có 1 cảm biến để đo riêng.
a. Đo dòng điện.
- Đo dòng điện 1 chiều:
Để thực hiện đo dòng 1 chiều ta có thể tiến hành mắc điện trở sun phân
nhánh song song với cơ cấu chỉ thị. Hình 2.6.
Hình 2.6: Mắc điện trở sun phân nhánh song song với cơ cấu chỉ thị.
- Đo dòng điện xoay chiều:
Để thực hiện đo dòng xoay chiều ta sử dụng biến dòng.
Hình 2.7: a: Nguyên lý cấu tạo của biến dòng.
b: Cách mắc Ampemet kết hợp với biến dòng
Biến dòng làm việc ở chế độ ngắn mạch vì điện trở của Ampemet rất nhỏ, ta
có[2]:
I
k
W
W
I
I
WIWI ==⇒=
1
2
2
1
2211

(2 – 11)
Trong đó: W

1
, W
2
là số vòng dây trên 2 cuộn sơ cấp và thứ cấp.
I
1
, I
2
là dòng điện trên 2 cuộn sơ cấp và thứ cấp.
k
I
là hệ số biến dòng.
Trong truyền động điện 1 chiều sử dụng bộ biến đổi tiristor ta có thể thực
hiện đo dòng điện từ phía xoay chiều. Có thể sử dụng 3 biến dòng lắp ở 3 pha như
hình 2.8. rồi dùng cầu chỉnh lưu diode đưa về thành điện áp 1 chiều.
D 2
B I
D 4
U 2 I
D 6
D 1
R 0
U 2 I 0
C
R 1
D 5
B I
D 3
D 0
0

B I
R 0
R
R 0
Hình 2.8: Mắc biến dòng đo dòng điện xoay chiều.
Hàm truyền của cơ cấu đo dòng điện như sau:
s
K
W
I
I
I
τ
+
=
1
(2 – 12)
Trong đó: K
I
là hệ số tỷ lệ. K
I
= P
I
R
1
, P
I
là hệ số biến dòng.
τ
I

= RC, hằng số thời gian mạch lọc.
b. Đo tốc độ.
Có rất nhiều loại cảm biến để đo tôc độ như: Máy phát tốc 1 chiều, xoay
chiều, đo tốc độ bằng phương pháp đếm xung(cảm biến cảm ứng đô\o tốc độ, cảm
biến quang đo tốc độ), cảm biến điện từ đo vận tốc dài,… Trên thực tế hay dùng
máy phát tốc và phương pháp đo tốc độ bằng đếm xung. Trong bài thiết kế sinh
viên chọn đo tốc độ động cơ bằng phương pháp đếm xung(encoder).
Encoder mục đích dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, đĩa quay có
thể là bánh xe, trục động cơ, hoặc bất kỳ thiết bị quay nào cần xác định vị trí góc.
Encoder gồm 2 loại: encoder tuyệt đối và encoder tương đối.
Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục.
Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa. Khi đĩa
quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ
(rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt
một con mắt thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta
ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay không. Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ
có một lỗ duy nhất, cứ mỗi lần con mắt thu nhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa
là đĩa đã quay được một vòng.
Hình 2.9: a) sơ đồ cảm biến quang tốc độ.
b) sơ đồ nguyên lý transistor.
Để làm tăng độ mịn: xác định được chính xác số vòng quay hoặc xác định
chính xác đĩa quay được 1/2, 1/3, … 1/n vòng. Người ta thực hiện tăng số lỗ hoặc
rãnh trên đĩa mã hóa.
Đỗi với encoder tương đối: gồm 2 vòng lỗ để có thể kết hợp xác định chiều
quay, 1 lỗ định vị để xác định đĩa quay được 1 vòng.
Hình 2.10: đĩa mã hóa của encoder tương đối.
a)
b)
Hình 2.11: xung ra trên cảm biến quang tốc độ.
a) Xung A và B lệch nhau 90

0
.
b) Xác định chiều quay bằng lệch pha.
Theo hình 2.11: nếu xung A vượt trước xung B thì chiều quay như hình bên
cạnh, cà ngược lại.
Thích hợp với trường hợp xác định khi động cơ quay nhiều vòng.
Đối với encoder tuyệt đối người ta thực hiện khoét những rãnh như hình
2.12.
Hình 2.12: encoder tuyệt đối.
ở vòng trong cùng, có một rãnh rộng bằng 1/2 đĩa. Vòng phía ngoài, sẽ có 2
rãnh nằm đối diện nhau. Như vậy, cần 2 đèn led để phát xuyên qua 2 vòng lỗ, và 2
đèn thu. Giả sử ở vòng lỗ thứ nhất (trong cùng), đèn đọc đang nằm ở vị trí có lỗ hở,
thì tín hiệu nhận được từ con mắt thu sẽ là 1. Và ở vòng lỗ thứ hai, thì ở vị trí
không có lỗ, như vậy con mắt thu vòng 2 sẽ đọc được giá trị 0. Và như vậy, với số
10, sẽ xác định được encoder đang nằm ở góc phần tư nào, cũng có nghĩa là quản
lý được độ chính xác của đĩa quay đến 1/4 vòng. Trong ví dụ trên, nếu đèn LED
đọc được 10, thì vị trí của LED phải nằm trong góc phần tư thứ hai, phía trên, bên
trái. Kết quả, nếu đĩa encoder có đến 10 vòng lỗ, thì chúng ta sẽ quản lý được đến
1/(2^10) tức là đến 1/1024 vòng. Hay người ta nói là độ phân giải của encoder là
1024 xung trên vòng. Để nâng cao độ phân giải thì người ta sẽ chế tạo nhiều vòng
hơn,
Thường dùng encoder tuyệt đối cho những trường hợp góc quay nhỏ bởi
chúng cho độ chính xác cao.
Xét về lý thuyết cảm biến tốc độ chính là 1 khối tỷ lệ, có hệ số khuếch đại K
= 1. Nhưng trên thực tế cảm biến này có bộ lọc, chuyển đổi tín hiệu, thời gian trễ
do quá trình đếm xung do đó mô hình toán của cảm biến tốc độ có dạng sau:
sT
W
ω
ω

+
=
1
1
(2 – 13)
Trong đó T
ω
là hằng số thời gian mạch lọc tích phân.
c. Cảm biến chiều dài.
Ta thực hiện đo chiều dài dây giữa hai tang kéo liên tiếp thông qua tốc độ
động cơ truyền động và 1 khâu tích phân. Hàm truyền của khâu đo có dạng như
sau[8]:
sT
W
L
ϕ
+
=
1
1
(2 – 14)
Chương 2: Mô hình toán của hệ thống.
2.1. Các động cơ truyền động chính trong dây truyền cán.
2.1.1. Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
a. Động cơ điện 1 chiều.
Trong nền sản xuất hiện đại động cơ điện 1 chiều vẫn được sử dụng rộng rãi
nhờ những ưu điểm của nó như đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt, cấu trúc mạch động
lực đơn giản, Tuy nhiên vẫn có nhưng nhược điểm: Giá thành đắt, sử dụng nhiều
kim loại mầu, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp,…
b. Phân loại.

Ta có thể phân loại động cơ điện 1 chiều theo nhiều cách nhưng thông dụng
nhất ta sử dụng cách phân loại sau: Động cơ điện 1 chiều gồm các loại:
- Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
Hình 2.1: Động cơ 1 chiều kích từ độc lập.
ở đây kích từ được lấy từ 1 nguồn riêng ở bên ngoài, trong trường hợp này ta
có thể tiến hành điều chỉnh kích từ 1 cách dễ dàng.
- Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp.
Cuộn kích từ được mắc nối tiếp với phần ứng của động cơ.
Hình 2.2: Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp.
- Động cơ điện 1 chiều kích từ song song.
Cuộn kích từ được mắc song song với phần ứng của động cơ.
Hình 2.3: Động cơ 1 chiều kích từ song song.
- Động cơ điền 1 chiều kích từ hỗn hợp.
Động cơ gồm 2 cuộn kích từ, 1 cuộn mắc nối tiếp với phần ứng, một cuộn
mắc song song với phần ứng. trong trường hợp này khi mắc cuộn nối tiếp cần chú
ý chiều của cuộn dây, tùy thuộc vào cách mắc mà nó có thể là trợ từ hoặc khử từ
giúp tăng mô men hoặc làm giảm mô men.
Hình 2.4: Động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp.
c. Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
Khi điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều dựa vào nguyên lý hoạt động ta
có 2 vùng điều chỉnh tốc độ thường thấy, ở vùng mô men thấp ta có thể điều chỉnh
từ thông để tăng tốc độ, ở vùng mô men lớn thì thay đổi tốc độ bằng thay đổi điện
áp phần ứng. Để dễ dàng cho việc điều chỉnh ta thường chọn động cơ điện 1 chiều
kích từ độc lập.
Giản đồ động cơ điện 1 chiều kích từ độ lập được thể hiện như hình 2.5.
Hình 2.5: Giản đồ động cơ 1 chiều kích từ độc lập.
Trong đó: U: điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
E
ư
: sức điện động.

I: dòng điện phần ứng.
R
ư
, L
ư
:điện trở, điện cảm phần ứng động cơ.
R
k
, L
k
:điện trở, điện cảm phần kích từ của động cơ.
U
k
: điện áp đặt vào kích từ.
I
k
: dòng điện phần kích từ.
Các phương trình của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập[5].
- Điện áp phần ứng:
dt
di
LiREU
uu
+=−
(2 – 1)
)1(
uu
sTiREU +=−
(2 – 2)
- Điện áp kích từ:

dt
di
LRiU
k
kkkk
+=
(2 – 3)
)1(
kk
k
k
sTR
U
i
+
=
(2 – 4)
- Sức điện động cảm ứng:
E = k
e
φn (2 – 5)
- Mô men quay:
M = k
m
φi (2 – 6)
- Hằng số động cơ:
k
e
= 2πk
m

(2 – 7)
- Tốc độ góc:
j
MM
dt
d
c
−
=
ω
(2 – 8)
- Từ thông:
φ = c
k
i
k
(2 – 9)
Trong đó: T
u
: hằng số thời gian phần ứng. T
u
= L
u
/ R
u
.
T
k
: hằng số thời gian kích từ. T
k

= L
k
/ R
k
.
k
e
, k
m
: hệ số.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ:
ϕϕ
ϕ
ϕ
ω
k
iR
k
U
M
k
R
k
U .
)(
2
−=−=
2.1.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều.
Tốc độ động cơ điện 1 chiều có thể được điều chỉnh theo nhiều phương pháp
như: điều chỉnh điện trở mạch phần ứng, điều chỉnh từ thông kích từ, điều chỉnh

điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Do yêu câu truyền động và cách lựa chọn động
cơ là động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập nên ta chỉ nghiên cứu sâu 2 phương
pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng và điều
chỉnh tốc độ động cơ bằng điều chỉnh từ thông kích từ.
a. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều bằng điều chỉnh điện áp đặt vào phần
ứng.
Khi thực hiện điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp phần
ứng ta chỉ có thể thực hiện điều chỉnh dưới định mức. đặc điểm của phương pháp
này là lúc điều chỉnh tốc độ mô men. Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp
được thể hiện như hình 2.13.
Hình 2.13: đặc tính cơ động cơ điện 1 chiều kích thích độc lập
ở những điện áp khác nhau.
b. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện 1 chiều bằng điều chỉnh từ thông kích từ.
Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát (2 – 10) ta nhận thấy khi thay đổi từ
thông thì cả 2 thành phần của ω đều thay đổi, làm cho độ dốc của đặc tính cơ thay
đổi (theo chiều hướng giảm xuống), thể hiện như trên hình 2.x. Việc thay đổi từ
thông chỉ có thể thực hiện theo chiều giảm từ thông. Như vậy: φ
đm
> φ
1
> φ
2
>…thì
ω
đm
< ω
1
< ω
2
<… tuy nhiên khi giảm từ thông quá mức thì dòng điện I

u
sẽ
tăng rất lớn và điều này sẽ gây ra 1 sụt áp lớn trên mạch phần ứng, tổn thất bên
trong động cơ tăng, nguồn cung cấp cho động cơ bị giảm, mô men động cơ nhỏ
hơn mô men cản, động cơ làm việc với tốc độ ω < ω
đm
.
Hình 2.14: đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều
kích từ độc lập khi thay đổi từ thông.
2.1.3. Hệ truyền động điện 1 chiều sử dụng bộ biến đổi.
Sơ đồ khối của hệ truyền động điện 1 chiều được thể hiện như trên hình
2.15.
Hình 2.15: sơ đồ khối hệ truyền động 1 chiều.
Trong đó: BBĐ: Bộ biến đổi.
ĐC: Động cơ.
MSX: Máy sản xuất.
Bộ biến đổi (BBĐ) có thể là bộ chỉnh lưu tiristor, bộ băm xung.
2.1.4. Mô hình động cơ điện 1 chiều.
Dựa vào các phương trình của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập ở mục
2.1.1 ta có thể lập nên mô hìn
h động cơ điện
1 chiều như hình 2.16:
Hình 2.16: Mô hình động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
Sau khi tuyến tính hóa các phương trình sức điện động và phương trình mô
men, và xét cho trường hợp từ thông không đổi, bằng định mức ta lập nên mô hình
động cơ điện 1 chiều như hình 2.17:
Hình 2.17: Mô hình động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
đã tuyến tính hóa và φ = φ
đm
.

Khi bỏ qua sức điện động E ta được mô hình của động cơ điện 1 chiều như
hình 2.18.
Hình 2.18: Mô hình động cơ điện 1 chiều khi bỏ qua E
2.2. Xây dựng mô hình toán của hệ truyền động điện.
2.2.1. Vấn đề đồng bộ tốc độ và sức căng của dây truyền nhiều động cơ.
Hệ truyền động dây truyền kéo đồng là 1 hệ truyền động nhiều động cơ, dây
chuyền chạy liên tục. Khi hoạt động yêu cầu đồng bộ tốc độ, sức căng giữa các
trục kéo. Nếu không đảm bảo yêu cầu đồng bộ thì có thể dây đồng sẽ bị đứt. Trong
thực tế có thể sử dụng 1 khối đặt tốc độ, tốc độ của các khối còn lại được lấy tỷ lệ
với khối đặt tốc độ.
Trong truyền động nhiều trục vấn đề đồng bộ tốc độ, sức căng của các trục
kéo có thể thực hiện theo hai phương pháp: Đồng bộ tốc độ nguồn cấp chung và
đồng bộ tôc độ nguồn cấp riêng.
- Đồng bộ tốc độ nguồn cấp chung: Các động cơ được cấp chung từ 1 nguồn
điện, và tốc độ động cơ được điều chỉnh theo nguyên tắc điều chỉnh từ thông. Khi
điện áp phần ứng không đổi và giống nhau ta có[4]:
2
1
2
1
kt
kt
I
I
=
ω
ω
(2 – 14)
Khi có sai lệch tốc độ thì dưới tác động của bộ cảm biến chiều dài sẽ đưa tín
hiệu đến bộ điều chỉnh làm thay đổi kích từ động cơ sao cho:

ω
1
= ω
2
.
- Đồng bộ tốc độ nguồn cấp riêng: Mỗi động cơ được cấp riêng 1 nguồn, ta có
thể điều chỉnh tốc độ động cơ theo nguyên lý điều chỉnh điện áp cấp vào động cơ.
Phương pháp này có ưu điểm hơn phương pháp nguồn cấp chung và nó được áp
dụng nhiều hơn trong thực tế.
2.2.2. Mô hình toán của các trục kéo và của cả hệ thống.