hiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Chơng I:
Đặc điểm công nghệ và yêu cầu truyền động.
I.1. Cấu tạo chung của cầu trục:
Cầu trục là một loại máy trục có phần kết cấu thép (dầm dọc chính) liên
kết (bắc qua) hai dầm ngang mà trên hai dầm ngang này có 4 bánh xe để di
chuyển trên hai đờng ray song song đặt trên hai vai cột của nhà xởng hay
trên dàn kết cấu thép. Cầu trục đợc sử dụng rất rộng rãi và tiện dụng để nâng
hạ vật nâng, hàng hóa trong các nhà xởng, phân xởng cơ khí, nhà kho, bến
bãi. Dầm cầu đợc gọi là dầm chính thờng có kết cấu hộp hoặc dàn, có thể có
1 hoặc 2 dầm, trên có xe con và cơ cấu di chuyển qua lại dọc theo dầm
chính. Hai đầu của dầm chính liên kết hàn hoặc đinh tán với hai dầm đầu,
trên mỗi dầm đầu có hai cụm bánh xe, cụm bánh xe chủ động và cum bánh
xe bi động. Nhờ cơ cấu di chuyển cầu và kết hợp với cơ cấu di chuyển xe
con (hoặc Palăng) mà cầu trục có thể nâng hạ đợc hàng ở bất cứ vị trí nào ở
không gian phía dới mà cầu trục bao quát.
Dẫn động của cầu trục có thể bằng tay hoặc dẫn động điện. Dẫn động
bằng tay chủ yếu dùng trong các phân xởng sửa chữa, lắp ráp nhỏ, nâng hạ
không thờng xuyên, không đòi hỏi năng suất và tốc độ cao.
Cầu trục đợc chế tạo với tải trọng Q = 1ữ 500T, khẩu độ dầm chính trong
khoảng 4,5ữ32m, chiều cao nâng H đến 16m, tốc độ nâng v = 2ữ 40m/ph;
tốc độ di chuyển của xe con đến 60m/ph và tốc độ di chuyển của xe cầu đến
125m/ph. Để thuận lợi cho nâng hạ, thao tác và kinh tế trong nâng hạ hàng
hoá, các loại cầu trục có tải trọng nâng lớn hơn 10T thờng có thêm một hoặc
hai cơ cấu nâng hạ phụ, có tải trọng nhỏ hơn, cùng lắp trên xe con.
Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục đợc xác định từ yêu cầu của quá
trình công nghệ và chức năng của cầu trục trong từng dây chuyền sản xuất.
Cấu tạo và kết cấu của cầu trục rất đa dạng. Khi thiết kế và chế tạo hệ thống
điều khiển và hệ truyền động phải phù hợp với từng loại cụ thể.
Nhiệm vụ vủa cầu trục là bốc dỡ, vận chuyển hàng hoá và các trang thiết
bị phục vụ cho việc sản xuất và lắp ráp. Đối với các cầu trục vận chuyển,

phải đảm bảo các chỉ tiêu trong qua trính quá độ. Còn đối với cầu trục lắp
ráp, phải đảm bảo quá trình mở máy êm, dải điều chỉnh tốc độ rộng, dừng
chính xác đúng nơi lấy hàng và hạ hàng.
Phân loại cầu trục:
Theo hình dạng bộ phận nâng hạ và mục đích sử dụng:
Cầu trục dùng móc tiêu chuẩn.
Cầu trục dùng gầu ngoạm.
Cầu trục dùng nam châm điện.
Cầu trục trong luyện kim.
Cầu trục có cơ cấu nâng đặc biệt
Cũng có thể phân loại cầu trục theo công dụng:
Cầu trục có công dụng chung: Loại này có móc treo tiêu chuẩn dùng để
xếp dỡ, lắp ráp sữa chữa máy móc thiết bị. Thờng tải trọng nâng không lớn,
có thể sử dụng kết hợp gầu ngoạm, nam châm điện hoặc các kìm cặp để
nâng hàng, hàng khối.
Loại chuyên dùng: Thờng đợc chế tạo cho một mục đích sử dụng nhất
định do đó phải phù hợp yêu cầu về tải trọng nâng và các yêu cầu khác.
Phân theo kết cấu: có loại một dầm và loại hai dầm chính. Cầu trục một
dầm thờng dùng palăng điện hoặc palăng tay di chuyển trên cạnh dới của
dầm chữ I. Loại hai dầm thờng là dầm hộp, dầm chữ I đặt song song, hoặc
dầm kiểu dàn. Loại này thờng dùng cơ cấu nâng đặt trên xe con và di chuyển
dọc theo dầm chính.
Phân theo cách truyền động: có thể truyền động bằng tay hoặc bằng điện.
Truyền động bằng tay chỉ cho các loại có tải trọng nâng bé, dùng cho lắp ráp
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
1
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
sửa chữa. Loại chạy điện đợc điều khiển từ ca bin hoặc đợc điều khiển bằng
nút bấm điều khiển từ mặt đất; trong trờng hợp này ngời điều khiển phải đi
theo sự di chuyển cuả cầu trục, do vậy vận tốc di chuyển phải thích hợp.

Trong điều kiện đặc biệt có thể điều khiển từ xa.
3

2

1

Hình vẽ 1.1: Cầu trục với móc cẩu hàng.
Cấu tạo của cầu trục gồm 3 bộ phận chính:
Xe cầu: Là một khung sắt hình chữ nhật đợc thiết kế với kết cấu chịu lực:
gồm hai dầm chính chế tạo bằng thép đặt cách nhau một khoảng tơng ứng
với khoảng cách bánh xe của xe con (đờng ray), bao quanh đó là một dàn
khung. Hai đầu cầu đợc liên kết cơ khí với hai dầm ngang tạo thành khung
hình chữ nhật trong mặt phẳng ngang. Các bánh xe của cầu trục đợc thiết kế
trên các dầm ngang của khung hình chữ nhật để cho cầu trục có thể chạy dọc
suốt nhà xởng một cách dễ dàng.
Xe con: Là bộ phận chuyển động theo đờng ray trên xe cầu, trên đó đặt cơ
cấu nâng và cơ cấu di chuyển cho xe con. Tuỳ theo công dụng của cầu trục
mà trên xe con có một hoặc hai cơ cấu nâng. Xe con di chuyển trên xe cầu
và xe cầu di chuyển dọc theo chiều dài phân xởng, nhà máy sẽ đáp ứng
việc vận chuyển hàng hóa đến mọi nơi trong phân xởng, nhà máy
Cơ cấu nâng hạ: cơ cấu nâng hạ của cầu trục có hai loại chính: loại dùng
cho cầu trục một dầm là palăng điện hoặc palăng tay. Palăng điện hoặc
palăng tay đều có khả năng di chuyển dọc theo dầm chính để nâng hạ vật.
Các loại palăng này là bộ phận máy đợc chế tạo hoàn chỉnh theo tải trọng và
tốc độ nâng và chế độ làm việc. Khi lựa chọn cần căn cứ vào yêu cầu và
chọn thông số theo Catalog và kích thớc bao có sẵn.
Đối với loại dầm thông thờng các cơ cấu nâng hạ đợc chế tạo và đặt trên
xe con để có thể di chuyển dọc theo dầm chính. Loại móc để nâng hàng đã
đợc bao gói thông dụng. Trên xe con có thể có từ một đến ba cơ cấu nâng;

trong đó có một cơ cấu nâng chính và có thể có một đến hai cơ câu nâng
phụ. Khi dùng cơ cấu gầu ngoạm thì tốc độ nâng hạ có lớn hơn loại móc treo
để khi thả gầu, lỡi gầu ăn sâu vào đống vật liệu
Cơ cấu phanh hãm:
Phanh hãm là bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu chính của cầu trục.
Phanh dùng trong cầu trục thờng có 3 loại: Phanh guốc, phanh đĩa và phanh
đai. Nguyên lý hoạt động cơ bản giống nhau. Khi động cơ của cơ cấu đóng
vào lới điện thì đồng thời cuộn dây của nam châm phanh hãm cũng có điện.
Lực hút của nam châm thắng lực cản của lò xo, giải phóng trục động cơ để
làm việc. Khi cắt điện, cuộn dây của nam châm cũng mất điện, lực căng lò
xo sẽ ép chặt má phanh vào trục động cơ, để hãm.
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
2
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Mô tả cơ cấu phanh đai
gồm:
1. Má phanh,
2. Cuộn dây nam châm phanh (hoặc dùng động cơ bơm thuỷ lực tạo lực
đóng mở);
3. Đối trọng phanh: Khi động cơ của cơ cấu đóng vào lới điện thì đồng
thời nam châm điện cũng đựơc cấp điện, lực hút của nam châm sẽ sẽ nâng
cánh tay đòn lên, làm cho đai phanh không ép chặt vào trục của động cơ.
Khi động cơ ngừng làm việc, do tự trọng của nam châm G
nc
và đối trọng
phanh G
ph
, cánh tay đòn hạ xuống và đai phanh ghì chặt động cơ. Đối với xe
con cầu trục loại nặng thờng ngời ta dùng 2 phanh ở hay bên bánh để đảm
bảo an toàn.

Các chuyển động của hệ: Nhờ đặc điểm cấu tạo nh trên cầu trục có thể di
chuyển phụ tải theo 3 phơng phủ kín mặt bằng nhà xởng.
Chuyển động theo phơng thẳng đứng là chuyển động chính nhờ có cơ cấu
nâng hạ đặt trên xe con.
Chuyển động dọc theo phân xởng là nhờ hệ thống chuyển động đặt trên
xe cầu.
Chuyển động ngang theo phân xởng nhờ hệ thống truyền động trên xe
con (xe trục).
I.2. Đặc điểm công nghệ.
Cầu trục làm việc trong môi trờng rất nặng nề nh ngoài hải cảng, các nhà
máy hoá chất, xí nghiệp luyện kim v.v
Làm việc ở chế độ đóng, cắt cao.
Ngoài ra tuỳ vào quá trình công nghệ mà cầu trục phục vụ ta có thêm một
số yêu cầu công nghệ khác nh:
Cầu trục vận chuyển đợc dùng rộng rãi yêu cầu về độ chính xác không
cao
Cầu trục lắp ráp phần lớn đợc dùng trong các nhà máy xí nghiệp nhất là
trong các nhà máy cơ khí. Nó dùng để lắp ghép các chi tiết máy móc

yêu
cầu làm việc của nó yêu cầu độ chính xác cao, cụ thể là quá trình mở máy
phải êm, dải điều chỉnh tốc độ rộng, dừng chính xác nơi lấy trả hàng.
Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và trang bị điện
của cầu trục phải làm việc tin cậy trong điều kiện làm việc để nâng cao năng
suất, an toàn trong vận hành và khai thác.
Từ những đặc điểm trên, có thể đa ra những yêu cầu cơ bản đối với hệ
truyền động và trang bị điện cho các cơ cấu của cầu trục:
Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động đơn giản.
Các phần tử cấu thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo, thay thế
dễ dàng

Trong các sơ đồ mạch điều khiển phải có mạch bảo vệ điện áp không,
quá tải và ngắn mạch
Quá trình mở máy diễn ra theo một luật đợc định sẵn.
Sơ đồ điều khiển cho tng động cơ riêng biệt, độc lập
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
3
Gph
3
21
Nc
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Có công tắc hành trình hạn chế hành trình tiến, lùi cho xe cầu, xe con,
hạn chế hành trình lên của cơ cấu nâng hạ.
Đảm bảo hạ hàng ở tốc độ thấp
Tự động cắt nguồn cấp khi có ngời làm việc trên xe cầu.
Một số yêu cầu của thiết bị điện cầu trục:
1. Điện áp làm việc của lới điện cung cấp cho cầu trục không đợc quá
500V. Hay dùng loại xoay chiều 220V, 380V, 500V. Mạng điện một chiều
thờng dùng 220V, 440V. Điện áp chiếu sáng lớn nhất của cầu trục là 220V,
điện áp chiếu sáng khi sữa chữa và lắp ráp không quá 36V. Cấm không dùng
máy biến áp tự ngẫu cung cấp điện cho chiếu sáng sữa chữa. Cách đấu điện
phải đảm bảo sao cho khi cầu trục mất điện thì nguồn sáng vẫn đợc duy trì.
2. Thiết bị bảo vệ: Cầu trục phải đợc bảo vệ chống ngắn mạch và chống
quá tải bằng rơ-le quá dòng điện, không đợc dùng cầu chì và ro-le nhiệt để
bảo vệ cho động cơ cầu trục. Mặt khác để tránh các động cơ tự mở máy khi
điện áp đợc phục hồi, ngời ta dùng thiết bị bảo vệ điện áp không.
3. Hạn chế hành trình: các cơ cấu chuyển động riêng đặc biệt của cầu
trục cần phải có các cơ cấu hành trình và điểm cuối để hạn chế chuyển động
của nó. ở cơ cấu nâng tải, chỉ hạn chế hành trình lên mà không hạn chế hành
trình xuống. Đối với xe lớn và xe nhỏ phải có công tắc hành trình để hạn chế

chuyển động của cơ cấu cả hai hớng. Riêng các xe nhỏ, nếu tốc độ chuyển
động nhỏ hơn 30 m/ph thì có thể dùng lá chắn cơ khí để hạn chế chuyển
động thay cho thiết bị điện. Nếu trên cùng một hệ thống đờng ray có 2 cầu
trục làm việc hoặc trên cùng một xe lớn có 2 xe con làm việc thì phải đặt
công tắc hành trình không cho các xe chuyển động lại gần nhau dới 1m.
4. Để đảm bảo an toàn cho ngời lái, trên các bậc thang và nắp buồng lái,
ngời ta còn đặt các tiếp điểm bảo vệ, các tiếp điểm này mở ra khi có ngời
đang đi trên cầu thang hay cửa buồng lái cha đợc đóng kín. Ngoài ra còn
một thiết bị nh vậy ở hộp Aptomat đặt ở dới đất. Khi làm việc thì aptomat
đóng và aptomat mở ra thì cầu trục ngng làm việc.
5. Vấn đề phanh hãm: các bộ phận chuyển động của cầu trục phải có bộ
phận phanh hãm.
6. Trong cầu trục các dây dẫn điện phải là dây đồng và tiết diện tối thiểu
phải là 2,5 mm
2
, chất cách điện phải đạt đến cấp điện áp trên 500V. Những
nơi có khả năng gây ra xây xát dầu mỡ bám vào thì phải đặt dây dẫn vào
trong ống hay trong lới bảo vệ. Có thể đặt các dây dẫn của nhiều mạch điện
khác nhau trong 1 ống nhng phải chú ý ký hiệu rõ ràng tránh nhầm lẫn khi
tháo lắp và sửa chữa.
7. Về cách điện: Điện trở cách điện giữa các dây dẫn và giữa dây dẫn và
phần không mang điện của cầu trục phải đảm bảo 1000, ở nơi môi trờng
ẩm ớt thì độ cách điện phải đảm bảo là 44000 ở cấp điện áp 220V, 19000
ở cấp điện áp 380V, 250000 ở cấp điện áp 500V. Vỏ kim loại của tất cả các
thiết bị phải nối với phần kim loại của cầu trục và thông qua hệ thống đờng
ray và nối xuống hệ thống tiếp đất của phân xởng. ở buồng lái phải rải thảm
cao su tránh giật điện cho ngời lái.
8. Các cầu trục làm việc ở những nơi có khả năng cháy nổpahỉ dùng các
thiết bị chống nổ. Để cung cấp điịen cho xe lớn, xe nhỏ và móc cẩu, ngời ta
không dùng thanh trợt mà dùng dây mềm có bọc cao su cách điện. Phải bố

trí dây sao cho tránh xây xát khi cầu trục làm việc.
I.3. Yêu cầu truyền động:
a. Đặc tính tải:
Động cơ cho truyền động xe con làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
Một chu kì của xe con có thể gồm các giai đoạn sau:
.Chuyển động ngợc không tải.
.Nghỉ.
.Chuyển động thuận có tải.
.Nghỉ.
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
4
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Trên hình vẽ là giản đồ phụ tải của cơ cấu nâng hạ với thời gian mở máy
và thời gian phanh coi nh bằng 0. Trong đó:
t
1
: Thời gian nghỉ t
2
: thời gian chuyển động không tải
t
3
: thời gian nghỉ t
4
: thời gian chuyển động có tải
Qua giản đồ phụ tải ta thấy đây là phụ tải ngắn hạn lặp lại biến đổi. Động
cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với yêu cầu có đảo chiều.
b. Yêu cầu về khởi động và hãm truyền động
Khởi động êm và hãm chính xác.
c. Yêu cầu về hàm và dừng khẩn cấp
Sử dụng phanh hãm để hạn chế tốc độ khi chuẩn bị dừng và khi mất điện

phanh hãm phải dừng truyền động ở hiện trạng tránh rơi tự do.
Dừng chính xác tại nơi lấy và trả tải.
d. Độ chính xác.
Dải điều chỉnh tốc độ
1
100
05,0
5
min
max
===


D
e. Những yêu cầu khác.
Vấn đề tính chọn công suất động cơ.
Đảm bảo chiều quay
Khi làm việc với thời gian đóng máy cho trớc động cơ không bị đốt nóng
quá mức.
Công suất động cơ cần phải đủ để đảm bảo thời gian khởi động trong quy
định
Việc tăng công suất động cơ lên quá lớn cũng không cho phép do:
Khi
P
có khả năng làm tăng gia tốc cầu trục (cơ cấu nâng hạ) có thể
dẫn tới đứt dây treo hay tải bị dật mạnh.
Tăng vốn đầu t ban đầu.
Phải thiết kế để cơ cấu làm việc an toàn ở chế độ nặng nề nhất.
Các thiết bị cầu trục phải đảm bảo làm việc an toàn ở điện áp bằng 85%
điện áp định mức.

Lê Đức Hùng TĐH3 K46
5
t1
t2
t3
t4
M
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Khi không có tải trọng (không tải) mô men của động cơ không vợt quá
(15ữ20)% M
đm
, đối với cơ cấu nâng của cầu trục gầu ngoạm đạt tới 50%
M
đm
, đối với động cơ di chuyển xe con bằng (50ữ55)%.M
đm
.
M/M
đm
1
2

3
0,2 0,4 0,6 0,8
Hình 1.2 Quan hệ giữa mô men và tải.
1- động cơ di chuyển xe cầu
2- động cơ di chuyển xe con
3- động cơ nâng - hạ.
Chơng II:
Chọn phơng án truyền động

II.1. Giới thiệu các ph ơng án truyền động.
1. Hệ truyền động động cơ xoay chiều điều chỉnh tần số.
Giới thiệu động cơ không đồng bộ:
Động cơ không đồng bộ có hai loại là rôto kiểu dây cuốn và loại rôto
lồng sóc: loại rôto dây cuốn có rôto giống nh dây cuốn Stato. Trong máy
điện cỡ trung bình trở lên thờng dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp vì bớt đợc
những dây đầu nối, kết cấu dây trên rôto chặt chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ
thờng dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto thờng đấu
hình sao, còn ba đầu kia đợc nối vào vành trợt thờng làm bằng đồng đặt cố
định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên
ngoài. Đặc điểm của loại động cơ này là có thể thông qua chổi than để đa
điện trở phụ hay s.đ.đ phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy
hay điều chỉnh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm
việc bình thờng dây quấn rôto đợc nối ngắn mạch. Thứ hai là loại rôto lồng
sóc: kết cấu của loại này trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt vào thanh dẫn
bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và đợc nối tắt lại ở hai đầu bằng hai
vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà ngời ta
quen gọi là lồng sóc. Dây cuốn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Để
cải thiện tính năng mở máy, trong máy công suất tơng đối lớn, rãnh rôto có
thể làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là
lồng sóc kép. Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto thờng đợc làm chéo đi một
góc so với tâm trục.
Phạm vi ứng dụng: ứng dụng chủ yếu của máy điện không đồng bộ là
làm động cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, gí
thành hạ nên động cơ không đồng bộ đợc dùng rộng rãi trong các ngành
kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kilôoat. Trong
công nghiệp thờng dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
6
G/G

đm
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
§å ¸n m«n häc Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
m¸y c¸n thÐp lo¹i võa vµ nhá, ®éng lùc cho c¸c m¸y c«ng cơ ë c¸c nhµ m¸y
c«ng nghiƯp nhĐ, v.v…Trong hÇm má dïng lµm m¸y têi hay qu¹t giã. Trong
n«ng nghiƯp lµm m¸y b¬m hay m¸y gia c«ng n«ng s¶n phÈm. Trong cc
sèng hµng ngµy, m¸y ®iƯn kh«ng ®ång bé còng dÇn dÇn chiÕn mét vÞ trÝ
quan träng: qu¹t giã, m¸y quay ®Üa, ®éng c¬ trong tđ l¹nh, v.v…Tãm l¹i, theo
sù ph¸t triĨn cđa nỊn s¶n xt ®iƯn khÝ hãa, tù ®éng hãa cµ sinh ho¹t hµng
ngµy, ph¹m vi øng dơngcđa m¸y ®iƯn kh«ng ®ång bé ngµy cµng réng r·i.
Tuy nhiªn, m¸y ®iƯn kh«ng ®ång bé cã nh÷ng nhỵc ®iĨm nh: cosϕ cđa m¸y
kh«ng cao, ®Ỉc tÝnh ®iỊu chØnh tèc ®é kh«ng tèt nªn øng dơng cđa m¸y
kh«ng ®ång bé cã phÇn bÞ h¹n chÕ.
C¸c hƯ thèng ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng c¬ xoay chiỊu cã yªu cÇu cao vỊ d¶i
®iỊu chØnh vµ tÝnh chÊt ®éng häc chØ cã thĨ thùc hiƯn ®ỵc víi c¸c bé biÕn
tÇn. C¸c hƯ nµy sư dơng ®éng c¬ kh«ng ®ång bé r«to lång sãc cã kÕt cÊu
v÷ng ch¾c vµ ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh rỴ, cã thĨ lµm viƯc ë mäi m«i trêng. Nhỵc
®iĨm cđa hƯ lµ m¹ch ®iỊu khiĨn rÊt phøc t¹p.
P[kW]
t[năm] t[năm]
P[kW]
Giá thành truyền động một chiều Giá thành truyền động tần số
Giá thành phần điều khiển
Giá thành động cơ
Giá thành phần điều khiển
Giá thành động cơ

H×nh 2.1: BiĨu ®å so s¸nh kinh tÕ.
Nh vËy ta thÊy khi ®éng c¬ cã c«ng st cµng lín th× ph¬ng ph¸p ®iỊu
chØnh tÇn sè cµng tá ra cã nhiỊu u ®iĨm, nÕu kh«ng yªu cÇu ®é ®iỊu chØnh
qu¸ kh¾t khe th× cã thĨ sư dơng kh«ng ®ång bé trong nh÷ng hƯ cã c«ng st
lín. Tïy theo yªu cÇu kü tht – kinh tÕ mµ chia ra c¸c bé biÕn ®ỉi sau.
BiÕn tÇn trùc tiÕp: lµ biÕn tÇn cã tÇn sè ra lu«n nhá h¬n tÇn sè líi f
1
;
f
s
=(0÷0,5)f
1
., thêng dïng cho trun ®éng c«ng st lín.
BiÕn tÇn gi¸n tiÕp ngn ¸p: thêng dïng cho trun ®éng nhiỊu ®éng c¬.
§íi víi biÕn tÇn ngn ¸p yªu cÇu chÊt lỵng cao thêng dïng c¸c biÕn tÇn cã
®iỊu chÕ ®é réng xung.
BiÕn tÇn cã nghÞch lu ®éc lËp ngn dßng: thÝch hỵp cho trun ®éng cã
®¶o chiỊu, c«ng st ®éng c¬ lín.
1.1. Lt ®iỊu chØnh gi÷ kh¶ n¨ng qu¸ t¶i kh«ng ®ỉi:
Khi trun ®éng ỉn ®Þnh th×:
.)()(
2/12/1 xx
odm
o
fsdm
fs
Usdm
Us
++
==

ω
ω
Lª §øc Hïng – T§H3 – K46
7
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Wủm
W
Wo
W
M
Mủm
Mthủm
Mth
M
1.2. Luật điều chỉnh từ thông không đổi:
const
odm
Usdm
o
Us
s
===


.
Is/Isdm
Ws
Wsth0
Quan hệ Is(w
s

) khi từ thông

s
=const.
2. Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng pp xung điện trở roto:
Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rôto thì mômen tới hạn của động cơ
KĐB không thay đổi và độ trợt tới hạn thì tỷ lệ bậc nhất với điện trở. Nếu coi
đoạn đặc tính làm việc của động cơ KĐB tức là đoạn có độ trợt từ s = 0 tới s
= s
th
là thẳng thì khi điều chỉnh điện trở ta có thể viết:
rd
R
r
R
i
ss .
=
Trong đó: s là độ trợt khi điện trở mạch rôto là Rr
si là độ trợt khi điện trở mạch roto là Rrd
Biểu thức mômen đợc tính nh sau:
i
s
rd
R
r
I
M
ì
=

.
2
.3
Nếu giữ dòng điện rôto không đổi thì mômen cũng không đổi và phụ
thuộc vào tốc độ động cơ. Vì thế mà có thể ứng dụng phơng pháp điều chỉnh
điện trở mạch rôto cho truyền động có mômen tải không đổi.
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
8
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Ur
ẹK
T1
T2
V0
R0
id
C
L1
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý.
Mạch điều khiển gồm điện trở R
0
nối song song với khoá bán dẫn T
1
.
Khóa T
1
sẽ đợc đóng ngắt một cách chu kỳ để điều chỉnh giá trị điện trở
trung bình của toàn mạch. Khi T
1

đóng điện trở R
0
bị loại ra khỏi mạch dòng
điện rôto tăng lên. Khi T
1
ngắt điện trở Ro lại đợc đa vào mạch, dòng điện
rôto lại giảm xuống. Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ có điện cảm L mà
dòng điện rôto coi nh không đổi và có một giá trị điện trở tơng đơng R
e
trong mạch. Thời gian ngắt: t
n
= T-t
đ
.
Nếu điều chỉnh trơn tỉ số giữa thời gian đóng và thời gian ngắt ta điều
chỉnh trơn giá trị điện trở trong mạch rôto:

Re Ro
T
td
Ro
tntd
td
Ro
==
+
=
Điện trở tơng đơng R
e
trong mạch 1 chiều tính đổi về mạch xoay chiều ba

pha ở rôto theo qui tắc bảo toàn công suất. Tổn hao trong mạch rôto theo
hinh 2.2 là:

).2.(
2
erdd
RRIP
+=
(2-1)
Tổn hao khi mạch rôto nối ba điịen trở phụ R
f
vào mạch rôto là:
).(.3
2
frdr
RRIP
+=
(2-2)
Cơ sở để tính tổn hao công suất là nh nhau. (2-1) =(2-2)
Khi dùng chỉnh lu cầu ba pha (Id
2
=1,5.Ir
2
) thì điện trở tính đổi là:
2
0
2
1
R
e

R
f
R
ì=ì=

Khi có điện trở tính đổi, dễ dàng dựng dợc đặc tính cơ theo phơng pháp
thông thờng, họ đặc tính cơ này quét kín phần mặt phẳng giới hạn bởi đặc
tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ R
f
= 0,5.R
0
.
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
9
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
p=1
p=0
w1
M
Để mở rộng phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen có thể nối tiếp điện trở
R
0
với một tụ điện C có điện dung đủ lớn.
3. Hệ truyền động chỉnh l u - động cơ điện một chiều:
A. Giới thiệu động cơ điện một chiều:
Động cơ điện một chiều đợc dùng rất phổ biến trong công nghiệp, giao
thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên
tục trong một phạm vi rộng (máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy
điện). Phân loại động cơ đuện một chiều đợc phân loại theo cách kích
thích từ, thành các động cơ điện kích thích độc lập, kích thích song song,

kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp. Trên thực tế, đặc tính của động cơ
điện kích thích độc lập và kích thích song song hầu nh giống nhau, nhng khi
cần công suất lớn ngời ta thờng dùng động cơ điện kích thích độc lập để điều
chỉnh dòng điện kích thích dợc thuận lợi và kinh tế hơn, mạec dù loại động
cơ này đòi hỏi có thêm nguồn điện phụ bên ngoài. Ngoài ra, khác với ở trờng
hợp máy phát kích thích nối tiếp, động cơ điện kích thích nối tiếp đợc dùng
rất nhiều, chủ yếu trong ngành kéo tải bằng điện.
B. Các loại động cơ điện một chiều:
B.1.Động có điện một chiều kích từ độc lập:
I
E
-+
Ukt
Ckt
Rf
Rkt
Uu
Từ sơ đồ cấu trúc ta có:
U = E + (R + R
f
).I
Trong đó: U điện áp phần ứng
E sức điện động phần ứng
R - điện trở của mạch phần ứng
R
f
- điện trở phụ của mạch phần ứng
I dòng điện mạch phần ứng
Với: R = r +r
cf

+ r
b
+r
ct.
Trong đó: r - điện trở cuộn dây phần ứng
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
10
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
r
cf
- điện trở cực từ phụ
r
b
- điện trở cuộn bù
r
ct
- điện trở tiếp xúc của chổi điện
Sức điện động của phần ứng đợc xác định theo biểu thức:


K
a
pN
E
u
==
2
Trong đó: p - số đôi cực từ chính
N số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a - số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

- từ thông kích từ dới một cực từ
- tốc độ góc:
a
pN
K

2
=
- hệ số cấu tạo của động cơ
Từ các biểu thức trên ta rút ra :
u
fu
u
I
K
RR
K
U
.


+
=
Đây là đặc tính cơ điện của động cơ.
Mặt khác ta có mômen điện từ của động cơ :
M
đt
= KI
Thay vào đặc tính cơ điện ta có:
dt

fu
u
M
K
RR
K
U
.
)(
2


+
=
Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất trong lõi sắt ta có: M
đt
= M
c
=M.
M
K
RR
K
U
fu
u
.
)(
2

+
=
Đây là đặc tính cơ điện và cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
w
Wo
Wdm
Idm Inm I
Wdm
Wo
w
Mdm Mnm M
ẹaởc tớnh cụ ủieọn ẹaởc tớnh cụ
Tốc độ không tải lý tởng (M = 0):
o
u
K
U



==
Độ cứng của đặc tính cơ:
R
K
2
)(


=

Phơng trình đặc tính cơ của động cơ một chiều có thể viết dới dạng:



==
o
u
M
K
R
K
U
.
)(
2

đợc gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M.
Đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập là những đờng thẳng song song,
đăc tính cơ ứng với trờng hợp không mắc điện trở đợc gọi là đặc tính cơ tự
nhiên.
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
11
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Xét ảnh h ởng của các tham số đến đặc tính cơ:
a. ả nh h ởng của điện trở phần ứng.
Giả thiết U=U
đm
=const và =
đm
=const.

Khi đó ta có:
const
K
U
dm
u
==


0
;
var
)(
2
=
+
=
f
RR
K


TN
Rf1
Rf2
Rf3
Rf4
M
Wo
ứng dụng: Hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ ở phía dới tốc

độ cơ bản.
b . ả nh h ởng của điện áp phần ứng.
Giả thiết R=const và =
đm
=const.
Khi đó ta có:
var
0
==
dm
K
Ux


;
const
Ru
K
==
2
)(


Wo1
Wo
Wo4
Wo3
Wo2
Udm
U1

U2
U3
U4
TN
ứng dụng: Điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khi khởi động.
c . ả nh h ởng của từ thông.
Giả thiết R=const và U=U
đm
=const.
Khi đó ta có:
var
0
==
x
x
K
Uu


;
var
)(
2
==
Ru
K
x


Lê Đức Hùng TĐH3 K46

12
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Wo1
Wo2
Wo
TN
I
Wo
Wo1
Wo2
Mc
M
Mnm2 MnmMnm1
ẹaởc tớnh cụ ủieọn ẹaởc tớnh cụ
B.2.Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp:
Iu
E
Ckt
Rf
U
Ikt
Ta có: U = E + R I

= K.. + R I


Với: R = r +r
ctf
+ r
ct

+r
kt
Sau khi biến đổi ta có:
M
K
R
K
U
uu
.
)(
2



=
Đây là phơng trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp và
ta có đồ thị nh sau:
I
Rf=0
Rf<>0
TN
ẹaởc tớnh cụ ủieọn
TN
Rf<>0
Rf=0
M
NT NT
ẹaởc tớnh cụ
Động cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về momen. Nhờ cuộn

kích từ nối tiếp nên ở vùng dòng điện phần ứng lớn hơn định mức thì từ
thông động cơ lớn hơn định mức, do đó momen của nó tăng nhanh hơn so
với sự tăng của dòng điện. Nh vậy với mức độ quá dòng điện nh nhau thì
động cơ một chiều kích từ nối tiếp có khả năng qua tải về momen và khả
năng khởi động tốt hơn động cơ một chiều kích từ độc lập.
Các ảnh h ởng của các thông số đến đặc tính cơ.
.ảnh hởng điện trở, điện kháng mạch stato (nối thêm điện trở phụ R1f và
X1f vào mạch stato).
.ảnh hởng điện trở mạch rôto (nối thêm điện trở phụ R2f vào mạch rôto
đối với động cơ rôto quấn dây).
.ảnh hởng của suy giảm điện áp lới cấp cho động cơ.
.ảnh hởng của thay đổi tần số lới cấp cho động cơ fv.
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
13
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
B.3.Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp:
Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp có thể đợc chế tạo sao cho
tác dụng của các dây quấn kích thích song song và nối tiếp hoặc là bù nhau,
hoặc là ngợc nhau. Song thực tế ta chỉ sử dụng loại bù nhau vì loại kích thích
hồn hợp ngợc không đảm bảo điều kiện làm việc ổn định. Động cơ điện kích
thích hỗn hợp bù có đặc tính mang tính chất trung gian giữa hai laọi động cơ
kích thích độc lập và kích thích nối tiếp.
Động có điện một chiều kích thích hỗn hợp đợc dùng trong nhng nơi cần
các điều kiện mở máy lớn, gia tốc quay khi mở máy lớn, tốc độ biến đổi theo
tải trong một vùng rộng nh máy ép, máy bào, máy in, máy cán thép, máy
nâng tải.
C. Các hệ truyền động:
Hệ truyền động động cơ điện một chiều có những u điểm so với các hệ
truyền động khác: điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch
điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lợng điều chỉnh cao trong dải

điều chỉnh rộng. Trên thực tế có hai phơng pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều:
.Điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ.
.Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này cấp cho mạch
phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Cho đến nay trong công
nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến đổi chính:
.Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều
hoặc máy khuếch đại (KĐM).
.Bộ biến đổi điện từ: Khuếch đại từ (KĐT)
.Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn: chỉnh lu Tiristo (CLT)
.Bộ biến đổi xung áp một chiều: Tiristo hoặc Tranzito (BBĐXA)
Tơng ứng với các bộ biến đổi ta có các hệ truyền động:
a. Hệ truyền động máy phát động cơ điện một chiều. (F-Đ).
Hệ thống máy phát - động cơ (F -Đ) là hệ truyền động điện mà bộ biến
đổi là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát này thờng do động
cơ sơ cấp không đồng bộ ba ĐK pha quay và coi tốc độ quay của máy phát
là không đổi.
Tính chất này của máy phát đợc xác định bởi hai đặc tính: đặc tính từ hoá
là sự phụ thuộc giữa sức điện động máy phát vào dòng điện kích từ và đặc
tính tải là sự phụ thuộc của điện áp rơi trên hai cực của máy phát vào dòng
điện tải. Các đặc tính này là phi tuyến do tính chất của lõi sắt, do các phản
ứng của dòng điện phần ứng Trong tính toán gần đúng có thể tuyến tính
hóa các đặc tính này:
E
F
=K
F
.

F
.w
F
= K
F
.w
F
.C.I
KF
Trong đó: K
F
là hệ số kết cấu của máy.
C là hệ số góc của đặc tính từ hóa.
Nếu dây quấn kích thích của máy đợc cấp bởi nguồn áp lý tởng thì:
I
KF
= U
KF
/R
KF
Khi đó: E
F
=K
F
.U
KF
Nếu ta đặt: R = R
F
+R
D

thì ta có thể viết phơng trình các đặc tính của hệ
F-Đ nh sau:
( )



K
R
KF
U
K
F
K
2
=
Biểu thức trên chứng tỏ rằng khi điều chỉnh dòng điện kích từ của máy
phát thì điều chỉnh tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng thì giữ
nguyên.
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
14
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Các chế độ làm việc của hệ F-Đ:
Do không có phần tử phi tuyến nào nên hệ có những đặc tính động rất tốt,
rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc. Động cơ Đ có thể làm việc ở
chế độ điều chỉnh đợc cả hai phía: kích thích máy phát F và kích thích
động cơ Đ, đảo chiều quay bằng cách đảo chiều dòng kích thích máy phát,
Ưu điểm nổi bật của hệ máy phát động cơ là sự chuyển trạng thái làm
việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. Do vậy thờng sử dụng hệ truyền
động F-Đ ở các máy khai thác công nghiệp mỏ
Nhợc điểm cơ bản quan trọng của hệ máy phát - động cơ là dùng nhiều

máy điện quay trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công
suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất của động cơ chấp hành. Ngoài
ra do máy phát có từ d đặc tính từ hoá có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ.
b. Hệ truyền động máy phát động cơ điện một chiều. (F-Đ).
Trong hệ truyền động này, bộ biến đổi là các mạch chỉnh lu điều khiển có
sđđ phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển). Chỉnh lu
có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích từ
động cơ. Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động điện mà có thể dùng các
sơ đồ chỉnh lu thích hợp, để phân biệt chúng có thể căn cứ vào các dấu hiệu
sau đây:
.Sốpha: 1 pha, 3 pha, 6 pha .v.v
.Sơ đồ nối: hình tia, hình cầu, đối xứng, không đối xứng
.Số nhịp: Số xung áp đập mạch trong thời gian một chu kì điện áp
nguồn
.Khoảng điều chỉnh:
.Chế độ năng lợng: chỉnh lu, ngịch lu phụ thuộc
.Tính chất dòng tải: liên tục, gián đoạn
Chỉnh l u cầu ba pha điều khiển đối xứng:

T4
T6
T2
T1
T5T3
LktLc
Lb
La
Rkt
Đồ thị điện áp và dòng điện:

Lê Đức Hùng TĐH3 K46
15
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
.Thực ra sơ đồ cầu pha ba đối xứng là hai sơ đồ hình trên 3 pha ghép lại.
Mỗi sơ đồ hình từ ba pha hoạt động ở một nửa chu kỳ điện áp
.Sơ đồ hình từ ba pha thứ nhất gồm T
1
, T
3
, T
5
ghép Katot chung.
.Sơ đồ hình từ ba pha thứ hai ghép Anot chung gồm T
2
, T
4
, T
6
Góc mở đợc tính từ giao điểm của các nửa hình sin.
L >> R dòng tải là liên tục.
.Giá trị trung bình của điện áp trên tải:



cos.34,2cos
2
63
22
UUU
d

==
.Giá trị điện áp ngợc lớn nhất trên van:
2max
6UU
ng
=
.Giá trị dòng trung bình chạy qua van:
I
T
= I
d
/3
.Công suất của máy biến áp :
S
ba
=1,05 P
d
Ưu điểm:
.Điện áp ra đập mạch nhỏ do vậy mà chất lợng điện áp tốt.
.Hiệu suất sử dụng máy biến áp tốt do dòng điện chạy trong van đối xứng.
.Điện áp ngợc trên van là lớn nhng do U
do
=2,34U
2
-> nó có thể đợc sử dụng
với điện áp khá cao.
Nh ợc điểm:
.Mạch điều khiển phức tạp do ta phải tiến hành điều khiển đồng bộ các van
dẫn với nhau.
.Điện áp rơi trên van lớn do nhiều van hơn sơ đồ CL từ.

Lựa chọn ph ơng án:
Ta không sử dụng sơ đồ tia 3 pha vì :
.Trong sơ đồ tia 3 pha, hiệu suất sử dụng nguồn xoay chiều thấp : U
do
=
1,17 U
2
, trong khi mạch cầu là U
do
= 2,34.U
2
.
.Điện áp ra có độ đập mạch lớn: 3 lần trong một chu kỳ, trong khi sơ đồ cầu
là 6 lần trong một chu kỳ.
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
16
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
.Hiệu suất sử dụng máy biến thế thấp: S
ba
= 1,345P
d
. trong khi hình cầu là
S
ba
=1,05.P
d
. Do đó máy biến áp cần chế tạo với công suất, dẫn đến không kinh
tế.
Vì vậy ta chỉ còn chọn một trong hai mạch chỉnh lu: mạch chỉnh lu cầu ba

pha không đối xứng hoặc mạch chỉnh lu cầu ba pha đối xứng.
.Theo yêu cầu của bài toán: dải điều khiển điện áp rất rộng, rất phù hợp với
khả năng điều khiển sâu của chỉnh lu cầu 3 pha đối xứng.
.Dạng điện áp ra của chỉnh lu cầu 3 pha đối xứng tốt hơn so với chỉnh lu
cầu 3 pha không đối xứng.
Các ph ơng pháp điều khiển có đảo chiều:
.Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay
bằng đảo chiều dòng kích từ: dùng cho công suất lớn rất ít đảo chiều.
.Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay
bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng (từ thông giữ không đổi): dùng
cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp.
.Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng:
dùng cho mọi dải công suất có tần số đảo chiều lớn.
.Ngoài ra còn phơng pháp dùng hai bộ biến đổi nối song song ngợc và hai
bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung: nhng do kích thớc kồng
kềnh và vốn đầu t lớn nên ta không xét ở đây.
Qua phân tích trên ta chọn hệ truyền động dùng một bộ biến đổi cấp
cho phần ứng, đảo chiều bằng côngtắctơ:
L R
TNNT
I
T1
T3
T5
T2
T4
T6
Hoạt động: khi ấn nút mở máy, công tắc tơ T có điện, tiếp điểm T trên
mạch lực đóng lại và động cơ quay thuận. Hết hành trình thuận, xe con tác
động vào công tắc hành trình (hoặc do điều khiển) làm công tắc tơ T mất

điện và công tắc tơ N có điện, khi đó động cơ sẽ làm việc theo chiều ngợc.
Ưu điểm của hệ T-Đ:
.Độ tác động nhanh, không gây tiếng ồn và đặc biệt dễ tự động hoá do
các van bán dẫn có hệ số khuyếch đại công suất cao .
.Thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống điều chỉnh nhiều vòng để nâng
cao chất lợng các đặc tính tĩnh và động của hệ thống.
Nhợc điểm:
.Dùng các van bán dẫn có tính phi tuyến nên dạng điện áp chỉnh lu ra có
biên độ đập mạch cao gây tổn thất phụ trong máy điện ở các truyền động
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
17
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
công suất lớn và làm xấu dạng điện áp của nguồn xoay chiều. Hệ số cos
thấp.
Kết luận: Do yêu cầu của hệ thống xe con cầu trục không yêu cầu
đảo chiều một cách tức thời (có khoảng thời gian nghỉ để bốc dỡ hàng hóa)
nên hệ T-Đ có thể đáp ứng yêu cầu đảo chiều một cách dễ dàng với đảo
chiều bằng côngtắctơ. Vậy ta sẽ chọn hệ T-Đ dùng động cơ một chiều kích
từ độc lập. Với động cơ một chiều kích từ độc lập, do có độ ổn định tốc độ
cao nên rất phù hợp với yêu cầu cần ổn định tốc độ với chất lợng cao nh hệ
thống cầu trục. Hơn nữa từ sơ đồ cấu trúc ta thấy rằng động cơ một chiều
kích từ độc lập có cấu trúc tách bạch giữa phần ứng và phần cảm, rất thuận
lợi cho việc thiết kế hệ thống điều khiển. Tuy nhiên có nhợc điểm là có tia
lửa điện sinh ra trong quá trình làm việc, nguyên nhân cơ học là: có thể là
vành góp không đồng tâm với trục, sự cân bằng bộ phận quay không tốt, bề
mặt vành góp không phẳng do những phiến đổi chiều hoặc mica cách điện
giữa các phiến đổi chiều nhô lên, lực ép trên chổi than không thích hợp, kẹt
chổi trong hộp, hộp chổi không đợc giữ chặt hay đặt không đúng vị trí,
nguyên nhân điện từ là: do s.đ.đ đổi chiều không triệt tiêu đợc s.đ.đ phản
kháng trong phần tử đổi chiều. Ngoài ra còn phải kể đến sự phân bố không

đều của mật độ dòng điện trên mặt tiếp xúc và quan hệ phi tuyến của điện
trở tiếp xúc r
tx
=f(t,), trong đó là thông số đặc trng cho tác dụng nhiệt và
hiện tợng điện phân dới chổi than. Vì vậy phải khắc phục bằng cách dùng
cực từ phụ, xê dịch chổi than khỏi vùng trung tính hình học, sử dụng dây
quấn bù
Kết luận: Ta có sơ đồ điều khiển cuối cùng là:
L R
TNNT
I
T1
T3
T5
T2
T4
T6
Chơng III:
Tính chọn các thiết bị mạch lực và điều khiển
III.1. Chọn công suất động cơ:
Yêu cầu thiết kế của đồ án:
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
18
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Thiết kế hệ truyền động cho xe con cầu trục.
Các thông số kĩ thuật :
Trọng lợng xe: 0,5 [tấn]
Tải trọng định mức: 100 [tấn]
Tốc độ di chuyển v: 0,05 ữ 5 [m/s]
Đờng kính bánh xe cầu: 0,35 [m/s]

Hiệu suất cơ cấu : 0,82
Tỷ số truyền i: 18
Lực cản định mức khi tải định mức F
co
= 4000 [N]
Lực cản định mức khi không tải F
c
= 2000 [N]
Các thông số chọn thêm:
Chiều dài phân xởng: l=15(m).
Bán kính cổ trục: R
ct
=2,5(cm).
Hệ số ổ bi: à=0,02 trong khoảng 0,01ữ0,05.
Hệ số k lấy từ kinh ngiệm vận hành: k=1,4 trong khoảng 1,25ữ1,6.
Thời gian lấy hàng là: t
01
=150(s).
Thời gian hạ hàng là: t
02
=150(s).
1. Chọn động cơ:
Tính toán chọn động cơ theo các bớc sau:
Thời gian để xe con chạy hết chiều dài phân xởng là:
)(300
05,0
15
s
v
l

t
===
a. Trong tr ờng hợp mang tải:
Lực cản đặt vào cổ trục là:
Rb
Rct
GGoF
ct
.).(
à
+=
)(14,287
5,17
5,2
.02,0.1000).1005,0(
1
NF
ct
=+=
Tổng lực đặt lên bánh xe là:
)(99.6001)14,2874000.(4,1).(4,1
11
NFFcoF
ct
=+=+=
Công suất động cơ khi tải bằng định mức là:
)(96,21
82,0.1000
3.99,6001
.1000

.
1
1
kW
vF
P
dm
dm
===

b. Trong tr ờng hợp không mang tải:
Lực cản đặt vào cổ trục là:
)(43,1
5,17
5,2
.02.0.1000.5,0
2
NF
ct
==
Tổng lực đặt lên bánh xe là:
)(00,2802)43,12000.(4,1).(4,1
22
NFFcF
ct
=+=+=
Công suất động cơ khi không tải là:
)(25,10
82,0.1000
3.00,2802

.1000
.
2
2
kW
vF
P
dm
dm
===

Lê Đức Hùng TĐH3 K46
19
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
c. Tính công suất động cơ:
Do phụ tải của cơ cấu là ngắn hạn lặp lại nên ta sẽ chọn động cơ theo
công suất trung bình.
)(11,16
2
25,1096,21
.2

21
kW
t
tPtP
P
dmdm
dm
=

+
=
+
=
Hệ số tiếp điện tơng đối:

(%)67,66
150150600
600
.2
%100 2
%
0201
=
++
=
++
=
ttt
t
TD
Động cơ chế tạo có hệ số tiếp điện quy chuẩn nên phải quy đổi về động
cơ có TĐ%=25%.
)(31,26
25
67,66
.11,16
%
%
.

'
kW
TD
TD
PP
tc
th
dmdm
===
Tốc độ động cơ đợc tính từ tốc độ của bánh xe:
)/(71,982
35,0.14,3
18.60.1
.
.
. phv
D
iv
inn
b
bdc
====

2. Các thông số khác của động cơ:
-42: P
đm
=29(kW), n
đm
=1040(v/ph), r+r
cp

=0,0510().
Iđm=150(A), U
đm
=220(V).
III.2. Chọn các thiết bị khác:
1. Chọn Thyristor:
Điện áp ngợc của Thyristor là:
fng
UU
2
.6
=
Trong đó:
34,2
U
k
U
U
00
dd
f2
==
Điện áp của động cơ là: 220(V) nên ta có:
)(94
34,2
220
0
2
V
k

U
U
d
f
===
Để Thyristor làm việc an toàn, ta chọn hệ số dự trữ cho van là:
k
dt
= 1,6 ữ 2.
Điện áp ngợc của Thyristor là:
5,46094.6.2.6.2.
2max.
====
fngdtng
UUkU
Dòng điện trung bình chảy qua van:
).(50
3
150
33
1
A
I
Ik
I
I
d
Vtb
d
V

=====
Để van làm việc an toàn thì chọn:
ViV
IkI .
max.
=
.(chọn ki=4)
I
v.max
= 4. I
v
= 4.50 = 200(A).
Từ các thông số trên ta chọn Thyristor nh sau:
ST180S08P2V: U
N
=800(V), I
đm.max
=200(A), Ug=3(V), U=1.8(V), T
cp
=125.
độ rộng mở xung yêu cầu: t
x
=100(às),
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
20
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
2. Chọn cánh tản nhiệt cho Thyristor:
Khi làm việc với dòng điện, dòng chạy qua van gây ra tổn hao công suất
P, tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn. Mặt khác van bán dẫn
chỉ đợc phép làm việc dới nhiệt độ cho phép T

cp
nào đó, nếu quá nhiệt độ cho
phép thì các van bán dẫn sẽ bị chọc thủng về nhiệt, ta phải chọn và thiết kế
hệ thống toả nhiệt hợp lí.
Tổn hao công suất khi van làm việc:
p = U.I
V
= 1,8.150 = 270(W)
Diện tích bề mặt toả nhiệt:


=
.k
p
S
m
m
Trong đó:p : tổn hao công suất,
: độ chênh nhiệt so với môi trờng.
Chọn nhiệt độ môi trờng: T
mt
= 40
o
C
Chọn nhiệt độ làm việc cho phép của Thyristor : T
cp
= 125
o
C.
Chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt: T

lv
= 80
o
C
= 80
o
C - 40
o
C = 40
o
C
k
m
hệ số toả nhiệt bằng đối lu và bức xạ: k
m
= 8(W/m
2
.C)

)(8400)(84,0
40.8
270
22
cmmS
m
===
Chọn loại cánh toả nhiệt có 12 cánh, kích thớc mỗi cánh a.b = 20x20(cm)
Vậy tổng diện tích toả nhiệt của các cánh là:
S = 12.2.20.20 = 9600(cm
2

).
3. Bảo vệ Thyristor không mở ngoài mong muốn:
Nếu điện áp đặt trên Thyristor tăng với tốc độ lớn thì Thyristor có thể
chuyển từ trạng thái khoá sang trạng thái mở mặc dù I
G
= 0. Có thể giải thích
bằng cách mô phỏng một Thyristor nh một cặp Transistor:
J3
J2
J1
P2
N2
P2
N1
P1
N1
T1
T1
C1=1uF
Thy1
R=15
C=4uF
Khi Tiristo đặt dới điện áp thuận U
AK
= U, J
2
phân cực ngợc, nó trở thành 1
vùng cách điện và đợc coi nh một tụ. J
1
, J

3
phân cực thuận nên gần nh toàn bộ
điện áp nguồn đặt trên J
2
, do đó:
dt
du
.Ci
rC
=
.Khi du/dt lớn thì i
c
lớn:
.Dòng i
c
đồng thời là dòng badơ của Transisto 2, giữ vai trò nh dòng điều
khiển, vì vậy Thyristor sẽ mở ngoài mong muốn.
4. Bảo vệ Thyristor khỏi bị đánh thủng:
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
21
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Khi cho xung mở Thyristor, không phải toàn bộ diện tích mặt ghép dẫn
điện đồng thời. Ban đầu chỉ có những điểm lân cận cực G dẫn điện rồi lan dần
ra với tốc độ lan truyền khoảng 1cm/100às. Xuất hiện các vùng có mật độ lớn
về dòng điện. Nếu di/dt lớn hơn tốc độ lan truyền của dòng điện trong mặt
ghép J
2
thì có thể gây ra những vì vùng nóng chảy, mặt ghép J
2
bị phá hỏng.

Ngời ta có thể giảm nhỏ di/dt bằng cách đặt một điện kháng bão hoà trong
mạch anốt của Thyristor. Nó thể hiện một điện kháng lớn khi mạch từ cha bão
hoà và là một điện kháng nhỏ khi mạch từ bão hoà.
Thy1
C=4uF
R=15
L
5. Chọn R, C:
Phần tử R, C trong mạch lực có nhiệm vụ bảo vệ tránh hiện tợng quá áp
làm hỏng Thyristor. Giới hạn cho phép của Thyristor là du/dt=500(V/s). Ta
sẽ tính toán để mạch R, C có thể bảo vệ đợc Thyristor. Khi xuất hiện xung
điện áp trên đờng dây, nhờ có mạch lọc này mà đỉnh xung gần nh nằm hoàn
toàn lại trên điện trở đờng dây. Theo kinh nghiệm ta chọn: R=15() và tụ
C=4(àF).
4. Tính L san bằng:
Ta có công thức nh sau:
ubaack
LLLLL
=

Với:
d
m
Im
U
L

=

2
1

Tính L
ck
10 (mH).
5. Tính toán máy biến áp:
Công suất của tải:
P
đmax
= U
do
.I
d
= 220.150 = 33(kW).
Công suất của máy biến áp:
S
ba
= K
s
.P
dmax
=1,05.33=34,65(kW). (K
s
=1.05 do mạch CL cầu).
Dòng điện cuộn sơ cấp của máy biến áp:
)(5,157
220
65,34
1

1
A
U
S
I ===
Dòng điện cuộn thứ cấp của máy biến áp:
)(6,368
94
65,34
2
2
A
U
S
I
===
Tiết diện trụ Q
Fe
của lõi thép biến áp:
)(19,91
50.3
34650
.6
.
.
2
cm
fm
S
kQ

ba
QFe
===
(Với: K
Q
=6 (máy biến áp khô), m=3 (máy biến áp 3 trụ).)
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
22
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
Công thức tính số vòng của cuộn sơ cấp:
B.Q.f.44,4
10.U
w
Fe
4
=
, B=1(Tesla), f=50(Hz), Q
Fe
=91,19(cm
2
).
Số vòng cuộn sơ cấp là:
)(109
1.19,91.50.44,4
10.220
50.44,4
10.
44
1
1

v
BQ
U
w
Fe
===
Số vòng cuộn thứ cấp là:
)(47
1.19,91.50.44,4
10.94
50.44,4
10.
44
2
2
v
BQ
U
w
Fe
===
Tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp: (J: mật độ dòng điện)
)(63
5,2
5,157
2
1
1
mm
J

I
S
cu
===
,(J= 2,5 trong khoảng 2ữ2,75).
Tiết diện dây quấn cuộn thứ cấp:
)(147
5,2
6,368
2
2
2
mm
J
I
S
cu
===
Tính kích th ớc mạch từ:
Diện tích do cuộn sơ cấp chiếm chỗ:(hệ số lấp đầy k
lđ
=2,5)
)(67,171)(63.109.5,2
22
111
cmmmSWkQ
culdcs
===
Diện tích do cuộn thứ cấp chiếm chỗ:
)(72,172)(147.47.5,2

22
222
cmmmSWkQ
culdcs
===
Chọn kích thớc của cửa sổ: ta chọn cụ thể chiều cao h , chiều rộng
c của cửa sổ mạch từ, chiều rộng a, bề dày b của trụ. Kinh nghiệm
cho thấy m = h/a=2,5; n=c/a =1 là tối u.
Q
cs
=Q
cs1
+Q
cs2
=344,39(cm
2
)=h.c, thay số ta tính đợc:
a=c=11,77(cm), h=29,34(cm).
Tính khối l ợng sắt từ:
Thể tích khối sắt từ là:
)2.3( 2 3 ChQbaChbaV
FeFe
+=+=
Với C = 2c+3a = 2.11,77 + 3.11,77 =58,85(cm)
)(76,18)85,58.234,29.3.(19,91
3
dmV
Fe
=+=
Vậy khối lợng sắt từ là:

)(27,14785,7.76,18. kgmVM
FeFeFe
===
,(m
Fe
=7,85(Kg/dm
3
)
III.3. Tính chọn mạch điều khiển:
1.Giới thiệu chung:
Muốn Thyristor mở cho dòng điện chạy qua thì ta phải đặt lên Anot của
Thyristor điện áp dơng, đồng thời đa xung điều khiển vào cực điều khiển.
Khi mà Thyristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác dụng và dòng
điện chạy qua Thyristor do tải quyết định.
a. Chức năng của mạch điều khiển:
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
23
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
.Điều chỉnh đợc vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ riêng của
điện áp đặt trên Anot-Katot của Thyristor.
.Tạo đợc các xung đủ để điều khiển mở đợc Thyristor (độ lớn của xung đủ
lớn và độ rộng xung vừa đủ để mở giảm công suất điều khiển).
b. Các yêu cầu với mạch điều khiển:
Mạch điều khiển là một khâu quan trọng trong các bộ biến đổi vì nó quyết
định đến chất lợng và độ tin cậy của bộ biến đổi. Do vậy để đạt đợc chất lợng
và độ tin cậy cao của bộ biến đổi, nó phải thoả mãn các yêu cầu sau:
b.1. Yêu cầu về độ lớn của xung điều khiển:
.Mỗi Tiristor đều có một đặc tính là quan hệ giữa điện áp đặt trên cực điều
khiển và dòng điện chảy vào cực điều khiển. Quan hệ đó đợc biểu diễn trên
hình vẽ sau:

.Do sai lệch về thông số chế tạo và điều kiện làm việc làm cho Tiristor mặc
dù cùng loại cũng cõ đặc tính U
đk
= f(I
đk
) khác nhau.
.Với mỗi loại Thyristor các đặc tính này dao động giữa hai đặc tính (1) và
(2) về điện áp và dòng điện điều khiển:

.Có 3 yêu cầu chủ yếu sau về dòng điện và điện áp điều khiển:
.Các giá trị lớn nhất không vợt quá giá trị cho phép.
.Giá trị nhỏ nhất cũng phải đảm bảo cho tất cả các Tiristor cùng loại làm
việc đợc.
.Tổn hao công suất trung bình ở cực điều khiển nhỏ hơn giá trị cho
phép.
.Trên hình vẽ ta thấy yêu cầu đối với mạch điều khiển là phải tạo ra đợc
tín hiệu điều khiển nằm trong vùng (I).
b.2.Yêu cầu về độ rộng xung điều khiển:
Thông thờng độ rộng xung điều khiển lớn hơn 5às (t
x
=5ữ10 às đối với
Thyristor làm việc ở tần số cao và t
x
=50ữ200 às với Thyristor làm việc ở tần số
thấp) và tăng độ rộng của xung điều khiển sẽ cho phép giảm nhỏ xung điều
khiển (nh hình vẽ). Khi mạch tải có điện cảm lớn thì dòng tải tăng chậm nên ta
phải tăng độ rộng của xung điều khiển. Độ rộng của xung điều khiển đợc tính
theo biểu thức:
dtdi
I

t
dt
x
/
=
Lê Đức Hùng TĐH3 K46
24
t
x
=1000 às
t
x
=100 às
(2)
(1)
I
II
đ ờng giới hạn
công suất điều khiển
0
U
đk
I
đk
§å ¸n m«n häc Tỉng hỵp hƯ ®iƯn c¬
Trong ®ã: I
dt
: dßng duy tr× cđa Tiristor,
di/dt: tèc ®é t¨ng cđa dßng t¶i.
b.3.Yªu cÇu vỊ ®é dèc s ên tr íc cđa xung:

.§é dèc sên tríc cđa xung cµng cao th× viƯc më Thyristor cµng dƠ. Th«ng
thêng yªu cÇu ®é dèc sên tríc cđa xung ®iỊu khiĨn lµ:
1,0≥
dt
dI
dk
(A/µs).
.§é dèc sên tríc cđa xung cµng t¨ng th× ®èt nãng cơc bé Thyristor cµng
gi¶m.
b.4.Yªu cÇu vỊ tÝnh ®èi xøng cđa xung trong kªnh ®iỊu khiĨn:
Trong c¸c bé biÕn ®ỉi cã nhiỊu pha, tÝnh ®èi xøng cđa xung ®iỊu khiĨn
rÊt quan träng. NÕu xung ®iỊu khiĨn mÊt ®èi xøng sÏ lµm cho dßng anode ë
c¸c pha cã h×nh d¹ng kh¸c nhau vµ gi¸ trÞ kh¸c nhau lµm mÊt c©n b»ng søc
tõ ®éng cđa m¸y biÕn ¸p. Do vËy, gi¶m hiƯu st sư dơng cđa m¸y biÕn ¸p.
c. Chän nguyªn t¾c ®iỊu khiĨn:
§Ĩ ®iỊu khiĨn c¸c Thyristor cã thĨ theo hai c¸ch: Nguyªn t¾c ®iỊu khiĨn
ngang vµ nguyªn t¾c ®iỊu khiĨn däc. Do cã nhiỊu u ®iĨm nªn ph¬ng ph¸p
®iỊu khiĨn däc ®ỵc sư dơng réng r·i. Trong ph¹m vi ®å ¸n nµy, em lùa chän
theo ph¬ng ph¸p ®iỊu khiĨn däc tun tÝnh.
S¬ ®å cÊu tróc:
Khâu đồng pha Khâu tạo điện áp
răng cưa
Khâu so sánh
và tạo xung
Khâu khuyếch
đại xung
2. Kh©u khch ®¹i xung:
Víi nhiƯm vơ t¹o ra xung ®iỊu khiĨn phï hỵp ®Ĩ më Thyristor, tÇng
khuch ®¹i ci cïng thêng ®ỵc thiÕt kÕ b»ng Transistor c«ng st, ®Ĩ cã
xung d¹ng kim gưi tíi Thyristor, ta dïng biÕn ¸p xung, ®Ĩ cã thĨ khuch ®¹i

c«ng st ta dïng Transistor.
Khi hƯ sè khch ®¹i cÇn lín, c¸c Transistor ®ỵc m¾c theo s¬ ®é
Dalington nh h×nh vÏ díi. §i«t D b¶o vƯ Transisto vµ cn d©y s¬ cÊp biÕn
¸p xung khi Transisto kho¸ ®ét ngét.
Trong thùc tÕ xung ®iỊu khiĨn chØ cÇn cã ®é réng bÐ (cì kho¶ng 100 ÷
200µs), mµ thêi gian më th«ng c¸c Transistor c«ng st dµi (tèi ®a tíi mét
cưa chu kú 0.01µs), lµm cho c«ng st to¶ nhiƯt d cđa Transistor qu¸ lín vµ
kÝch thíc d©y qn s¬ cÊp biÕn ¸p d lín. §Ĩ gi¶m c«ng st to¶ nhiƯt
Transistor vµ kÝch thíc d©y qn biÕn ¸p xung, chóng ta cã thĨ thªm tơ nèi
tÇng, theo s¬ ®å nµy, Transistor chØ më trong thêi gian tơ n¹p, nªn dßng ®iƯn
hiƯu dơng cđa chóng bÐ h¬n nhiỊu lÇn.
V× biÕn ¸p xung cã tÝnh vi ph©n nªn ph¶i cã ®iƯn trë ®Ĩ kÞp tiªu t¸n n¨ng
lỵng tÝch l ë c¸c cn d©y trong giai ®o¹n kho¸ cđa c¸c Transistor, nÕu
kh«ng biªn ®é cđa c¸c xung sÏ gi¶m ®i ®¸ng kĨ do ®iĨm lµm viƯc cđa lâi
biÕn ¸p bÞ ®Èy lªn phÝa b·o hoµ. V× vËy cÇn cã R
2
®Ĩ thùc hiƯn ®iỊu nµy. MỈt
kh¸c do R
2
m¾c nèi tiÕp víi cn s¬ cÊp cđa biÕn ¸p xung nªn khi dÉn nã sÏ
lµm gi¶m ®iƯn ¸p ®Ỉt vµo biÕn ¸p xung, ®Ĩ vÉn gi÷ ®iƯn ¸p ban ®Çu trªn biÕn
¸p xung b»ng ngn E
sc
, cã thĨ m¾c thªm tơ C vµo, lóc ®ã trong giai ®o¹n T1
kho¸, tơ ®iƯn sÏ n¹p ®Õn møc b·o hoµ.
Lª §øc Hïng – T§H3 – K46
25