Đồ án kỹ thuật_tổng hợp hệ điện cơ

Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
1
Đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ

Tên đề tài : Thiết kế hệ thống truyền động cho cân
băng định l-ợng

Động cơ điện một chiều
- Số liệu :
+ Lực kéo 600N
+ Tốc độ cực đại 1,5 m/s
+ Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s
+ Đ-ờng kính trục 300 mm
+ Hộp số i = 10 ; = 80%
- Yêu cầu :
+ Nêu yêu cầu công nghệ của truyền động
+ Tính chọn công suất động cơ
+ Chọn ph-ơng án truyền động
+ Xây dựng sơ đồ điều khiển
+ Tổng hợp hệ
F
Phễu
Vật liệu
Cơ cấu cân định l-ợng
Puli chủ động
Hộp số
Động cơ
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
2
Ch-ơng I

Mô tả quá trình công nghệ và yêu cầu đối với
hệ truyền động cân băng định l-ợng

1 . Mô tả quá trình công nghệ của cân băng định
l-ợng

Cân băng định l-ợng là cơ cấu tác động liên tục thuộc nhóm máy nâng
vận chuyển. Là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng hạt,
cục ( cát, đá dăm, than, thóc gạo ) hoặc các vật liệu thể rắn ( gỗ , hòm ,
thép thỏi ) theo ph-ơng nằm ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng ( góc
nghiêng không lớn hơn 30
o
). Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản
xuất, là cầu nối giữa các hạng mục, công trình sản xuất riêng biệt giữa các
phân x-ởng trong một nhà máy, giữa các máy sản xuất trong một dây chuyền
sản xuất.
Hệ truyền động cân băng định l-ợng gồm có:
+ Động cơ
+ Hộp số
+ Puli chủ động
+ Băng tải
+ Phễu
+ Cơ cấu cân định l-ợng
Động cơ quay tang chủ động thông qua hộp số và Puli chủ động , nhờ
ma sát mà băng tải chuyển động . Tang bị động tự do quay do ma sát với
băng . Để khắc phục độ võng của băng ng-ời ta đặt các con lăn và chúng
cũng tự do quay do ma sát với băng . Vật liệu từ phễu nhờ băng tải đ-ợc
chuyển đến đổ ở máng phối liệu. Khối l-ợng của vật liệu đ-ợc cơ cấu cân định
l-ợng cân chính xác theo l-ợng đặt ban đầu.

Năng suất của băng tải đ-ợc tính theo biểu thức:
vQ .
[ kg/s ]
hay:

v
v
Q 6,3
1000
3600



[ tấn/h ]
trong đó:
: khối l-ợng tải theo cjiều dài [kg/m ]
v : tốc độ di chuyển của băng [m/s]
Khối l-ợng của băng tải theo chiều dài đ-ợc tính theo công thức:

3
10

S

trong đó:
: khối l-ợng riêng của vật liệu [ tấn/m
3
]
S : tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m
2

]

Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
3

2 . Các thông số kỹ thuật, đặc điểm công nghệ và
yêu cầu đối với hệ truyền động băng tải phối liệu

2.1 . Các thông số kỹ thuật
Hệ truyền động sử dụng động cơ điện một chiều.
Lực kéo 600 N
Tốc độ cực đại 1,5 m/s
Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s
Đ-ờng kính trục 300 mm
Hộp số i = 10 ; = 80%

2.2 . Đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ
truyền động

a . Loại phụ tải

Đặc tính cơ của máy sản xuất th-ờng có dạng

dm
codmcoc
w
w
MMMM


trong đó: M
co
- Mômen ứng với tốc độ = 0
Mđm - Mômen ứng với tốc độ w
đm

Mc - Mômen ứng với tốc độ
Với băng tải = 0. Do đó ta có M
c
= M
đm
= const . Ta thấy rằng tải của
hệ truyền động băng tải phối liệu hầu nh- ít thay đổi trong quá trình làm việc.
Hệ truyền động này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn.
Ta có đồ thị công suất và momen cản tĩnh của truyền động điều chỉnh
tốc độ với M
c
= const nh- sau:

w


w
max
P
c





M
c

w
min



P
max
M
c
,P
c


Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
4

b . Chiều quay của băng

Băng tải nhận vật liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nên
chuyển động của nó là theo một chiều bắt buộc và không có đảo chiều quay.
Nếu đảo chiều quay của băng tải thì do quán tính nguyên vật liệu sẽ rơi vãi,
không bảo đảm đ-ợc yêu cầu phối liệu. Ngoài ra khi đảo chiều thì có một số
phần của vật liệu không chuyển qua đ-ợc thiết bị cảm biến để cân chính xác.

c . Giản đồ phụ tải

Các thông số chính của hệ truyền động

Vận tốc lớn nhất, nhỏ nhất
v
min
= 0,075 ( m/s )
v
max
= 1,5 ( m/s )
Vận tốc của trục quay

)/(10
15,0
5,1
'
)/(5,0
15,0

075,0
'
max
max
min
min
srad
R
v
w
srad
R
v
w



Vận tốc của trục quay qui đổi với i = 10

)/(510.5,0.'
)/(10010.10.'
minmin
maxmax
sradiww
sradiww



Từ ph-ơng trình động học của truyền động điện

dt
dw
JMM
c



ta có giản đồ phụ tải














+ Đoạn 01 là đoạn băng tải đ-ợc khởi động. Vì băng tải làm việc ở chế
độ dài hạn, số lần đóng cắt ít. Các yêu cầu về khởi động động cơ là
không nặng nề. Ta có thể cho băng tải khởi động đến tốc độ làm việc
0
1
2
3
M

C
t
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
5
và ổn định ở tốc độ đó rồi mới cho nguyên vật liệu rơi xuống băng từ
phễu.
+ Đoạn 12 là đoạn băng tải làm việc với tải M
c
không đổi. Biến thiên
dw/dt chỉ có trong giai đoạn tốc độ biến thiên tức đoạn 01 và 23.
+ Đoạn 23 là đoạn giảm tốc và dừng băng tải. Ta cũng có thể cho
băng tải dừng tự do, hoặc dừng tự do có dùng thêm phanh hãm.

d . Các yêu cầu về khởi động và hãm

Hệ truyền động băng tải phối liệu khi khởi động với gia tốc lớn sẽ làm
tăng lực đàn hồi gây biến dạng băng và làm đứt băng. Để hạn chế điều này ta
phải sử dụng khâu giảm tốc khi khởi động.
Để động cơ có thể khởi động đ-ợc sau khi mất điện trong quá trình làm
việc thì chọn động cơ có mômen khởi động đủ lớn.
Khi dừng thì không yêu cầu dừng chính xác, nh-ng cũng tránh cho hệ
dừng với gia tốc lớn gây h- hỏng, đứt băng. Hệ truyền động băng tải th-ờng
làm việc liên tục ít khi phải dừng nên không cân fthiết kế bộ giảm tốc. Cũng
không cần thiết kế phanh hãm vì khi kết thúc công việc ta sẽ để cho băng
dừng tự do.

e . Sơ đồ động học

Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định l-ợng có dạng đơn

giản nh- sau :


Trong đó:
1- Động cơ điện
2- Hộp tốc độ
3- Trục chính để lắp vào máy quay băng tải

g . Hệ truyền động nhiều động cơ

Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi
phải đồng bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên
động cần thiết bảo đảm thứ tự tác động. Khi đó tốc độ động cơ phải bằng
nhau trong mọi tr-ờng hợp để tránh các lực đàn hồi trên băng.
Wc
Pc
Mc
Wd
i
n
puli chủ động kéo
máy sản xuất
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
6
h . Độ chính xác

Độ chính xác về tốc độ là yêu cầu quan trọng , đ-ợc đánh giá bởi sai
lệch tĩnh:

%100%100
%
d
td
dm
w
ww
w
w






i . Dải điều chỉnh


1:20075,0:5,1:
minmax
wwD

Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
7
Ch-ơng II
tính chọn công suất động cơ

1 . Xác định các thông số cần thiết

Tốc độ lớn nhất và nhỏ nhất

Mô men cản qui đổi về trục động cơ:



2 .Tính công suất động cơ

Để tính chọn công suất động cơ trong tr-ờng hợp truyền động có điều
chỉnh tốc độ, ta cần xác định các yêu cầu cơ bản sau:
Đặc tính phụ tải truyền động P
c
(), M
c
(): Phụ tải truyền động yêu
cầu điều chỉnh tốc độ với M = const. Khi đó, công suất yêu cầu cực đại P
max
=
M
đm
.
max




M
c

0

min

max

M
c
= const

Đặc tính phụ tải

Phạm vi điều chỉnh tốc độ
max
và
min


Dải điều chỉnh tốc độ: D =
max
/
min
= 20 : 1

)/(5/)*(
)/(10010*)01 5,0/5,1(.
maxminmaxmin
max
max
sradvv

sradi
R
v




)(25,11
8,0.10
15,0.600
.
.
Nm
i
RF
M
cqd


Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
8

Ph-ơng pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền
động
Dự dịnh dùng ph-ơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụng chỉnh
l-u cầu ba pha có điều khiển (thyristor).
Loại động cơ truyền động
Yêu cầu dùng động cơ một chiều kích từ độc lập.
Đặc điểm của truyền động băng tải là giữ M = const trong phạm vi điều

chỉnh tốc độ. Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đạI:


Ta chọn loại động cơ H-68 của Nga với các thông số sau

P
đm
= 1,45 (kW)
U
đm
= 220 (V)
I
đm
= 8,5 (A)
n
đm
= 2100 (vòng/phút)
R = R
-
+ R
cp
=2,49()

đm
= 4,8 (mWb)
I
kt
= 0,57 (A)
J
đ

= 0,125 (kg.m
2
)
2p = 4

Xác định các thông số động cơ

Điện cảm phần ứng

L
-
=
)(5,34)(0345,0
2100.2.5,8
220
.6,5

. mHH
npI
U
k
dmdm
dm
L



Trong đó k
L
là hệ số lấy giá trị 5,5 5,7 đối với máy không bù và

k
L
= 1,4 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực.

k
đm
=
9,0
219,9
49,2.5,8-220

d


m
dmdm
RIU


Mômen quán tính phần ứng : J = 0,125(kg.m
2
)
Hằng số thời gian cơ học T
c
=
)s(412,0
)9,0(
125,0).182,049,2(
)k(
J.R

22
dm





Hằng số thời gian mạch phần ứng T
-
=
)(014,0
49,2
0345,0
-
s
R
L


Ph-ơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
MM
k
R
k
U
07,34,244
)(
2
-

)(4,1)(140025,1*1125*25,1
)(1125100*25,11*
max
maxmax
kwwPP
wMP
dm
cqd



Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
9
Ch-ơng III
Chọn ph-ơng án truyền động

Chọn ph-ơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết
quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có
thể thoả mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh
tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể
lựa chọn đ-ợc một vài ph-ơng án hoặc một ph-ơng án duy nhất để thiết kế.
Lựa chọn ph-ơng án truyền động tức là phải xác định đ-ợc loại động cơ
truyền động một chiều hay xoay chiều, ph-ơng pháp điều chỉnh tốc độ phù

hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.
Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của
băng tảI và nhiệm vụ thiết kế (dùng động cơ đIện một chiều), để điều chỉnh
tốc độ động cơ quay puli chủ động, ta phải điều chỉnh điện áp phần ứng
động cơ, giữ từ thông không đổi.
Với ph-ơng án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ
thông động cơ không đổi thì ta có các ph-ơng án truyền động sau:
Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ).
Hệ thống truyền động chỉnh l-u điều khiển thyristor- động cơ một chiều
( Hệ T-Đ).
Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ).
1 . Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một
chiều (F-Đ)
a . Cấu trúc hệ F-Đ
Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ hay Ward-Léonard) là hệ truyền
động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập.
Máy phát điện này th-ờng do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay
và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi.


U
kF
U
đku
~
i
KF
F
ĐK
F

M
Đ
U
kĐ
U
đk
~
i
KĐ

M
I


Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
10
Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ đ-ợc thể hiện trên hình vẽ. Động cơ Đ
truyền động quay chi tiết của máy mài M đ-ợc cấp điện từ máy phát F. Động
cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ điện không đồng bộ
ĐK. Khi điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát i
KF
thì điều chỉnh đ-ợc tốc độ
không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ đ-ợc giữ nguyên.
b . Đặc điểm của hệ F-Đ
Các chỉ tiêu chất l-ợng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản t-ơng tự nh-
các chỉ tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung. Ưu điểm nổi
bật nhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả

năng quá tải lớn. Do vậy th-ờng sử dụng hệ F-Đ ở các máy khai thác trong
công nghiệp mỏ.
Nh-ợc điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay,
trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không
quá 75%), công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấp
hành. Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ d-, đặc tính từ hoá có trễ
nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. Với những hệ truyền động điện đòi hỏi dải điều
chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì phải thay
máy phát F bằng các nguồn áp máy điện khác nh- các máy điện khuếch đại
(MKĐ) và có các phản hồi nâng cao chất l-ợng.
Các đặc điểm khác
Phạm vi điều chỉnh tốc độ đ-ợc nâng lên (cỡ 30:1). Điều chỉnh tốc độ
bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh. Việc điều chỉnh tiến hành trên mạch
kích từ máy phát nên tổn hao nhỏ. Hệ điều chỉnh đơn giản, có thể thực hiện
hãm điện dễ dàng.
Vốn đầu t- ban đầu và diện tích lắp đặt lớn.
2 . Hệ thống truyền động chỉnh l-u điều khiển -
động cơ một chiều
Tốc độ động cơ điện một chiều có thể đ-ợc điều chỉnh trong phạm vi
rộng và bằng phẳng nhờ hệ chỉnh l-u - động cơ (hay hệ truyền động van một
chiều) trong đó các bộ chỉnh l-u là điều khiển đ-ợc. Các van điều khiển có thể
là đèn thyraton, đèn thuỷ ngân, thyristor. Hiện nay, do công nghệ chế tạo bán
dẫn công suất phát triển nên các thyristor đ-ợc sử dụng rộng rãi để tạo ra các
bộ chỉnh l-u có điều khiển bởi những tính chất -u việt: gọn nhẹ, tổn hao ít,
quán tính nhỏ, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ Trong hệ thống
truyền động chỉnh l-u điều khiển - động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến đổi có
sức điện động E
đ
phụ thuộc giá trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển ).
Chỉnh l-u có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng kích

từ động cơ. Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể dùng các sơ
đồ chỉnh l-u thích hợp (chỉnh l-u cầu, chỉnh l-u tia ). Các bộ chỉnh l-u
thyristor dùng trong truyền động điện một chiều tạo thành hệ thống truyền
động Thyristor - Động cơ (hệ T-Đ).
a . Hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ)
Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ
độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần
ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các
bộ biến đổi chỉnh l-u dùng thyristor.
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
11
M
Đ
U
đk
~
i
KĐ

M
~
U
đk


Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ

b . Đặc tính cơ của hệ T-Đ
Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh l-u

thyristor. Dòng điện chỉnh l-u cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ. Chế
độ làm việc của chỉnh l-u phụ thuộc vào ph-ơng thức điều khiển và các tính
chất của tải. Trong truyền động điện, tải của chỉnh l-u th-ờng là cuộn kích từ
(L-R) hoặc mạch phần ứng động cơ (L-R-E).
Ph-ơng trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh l-u liên
tục:
M
)k(
R
k
cosE
2
dm
dm
do






Độ cứng của đặc tính cơ là
2
dm
R
k

trong đó R là tổng trở toàn
mạch phần ứng động cơ (gồm điện trở phần ứng động cơ R
-
và điện trở các
phần tử trong mạch nối tiếp với phần ứng động cơ).
Tốc độ không tải lý t-ởng phụ thuộc
vào góc điều khiển :
dm
do
o
k
cosE



.
Tuy nhiên, tốc độ không tải lý t-ởng
này chỉ là giao điểm của trục tung với đoạn
thẳng của đặc tính cơ kéo dài. Thực tế, do
có vùng dòng điện gián đoạn, tốc độ không
tải lý t-ởng của đặc tính là lớn hơn.
Họ đặc tính cơ của hệ thống trong
tr-ờng hợp này nh- trên hình 4-3 khi điều
chỉnh ở vùng d-ới tốc độ định mức. Các đặc
tính cơ của hệ truyền động T-Đ mềm hơn hệ
F-Đ vì có sụt áp do hiện t-ợng chuyển mạch giữa các thyristor. Góc điều

khiển càng lớn thì điện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó, đặc
tính cơ hạ thấp và ứng với một mômen cản M
c
, tốc độ động cơ sẽ giảm.
Đặc tính cơ hệ T-Đ.

M
0
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
12
Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ
có độ dốc lớn (phần nằm trong vùng gạch chéo). Đó là vùng dòng điện gián
đoạn. Góc điều khiển càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián
đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn.
Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng
điện gián đoạn, là đ-ờng phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và gián
đoạn. Biên giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đ-ờng
ellipse với các trục là các trục toạ độ của đặc tính cơ:
1)
p
cos
p
sinU
IL
()
p
sin
p
U

E
(
2
m2
e
2
m2









Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu
ta tăng giá trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh l-u p. Song khi tăng số xung p
thì mạch lực chỉnh l-u cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng
phức tạp hơn. Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình qúa độ (tăng
thời gian quá độ) và làm tăng trọng l-ợng, kích th-ớc của hệ thống. Biên giới
này đ-ợc mô tả bởi đ-ờng cong nét đứt trên hình 4-3.
c . Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động cơ
Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây
ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất
cao. Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh
nhiều vòng để nâng cao chất l-ợng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của
hệ thống. Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh
rộng. Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn.
Nh-ợc điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi

tuyến, dạng điện áp chỉnh l-u ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ
trong máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện
áp của nguồn và l-ới xoay chiều. Hệ số công suất cos của hệ nói chung là
thấp nhất là khi điều chỉnh sâu.

3 . Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp -
động cơ một chiều (XA-Đ)
Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ) sử
dụng bộ điều chỉnh xung áp một chiều, trong đó các bộ khoá điện tử đóng vai
trò cơ bản. Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều đ-ợc sử dụng khi có sẵn
nguồn một chiều cố định mà cần phải điều chỉnh đ-ợc điện áp ra tải.
Các bộ băm xung một chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt
nguồn với tải một cách chu kỳ theo một số luật khác nhau. Phần tử thực hiện
nhiệm vụ đó là các van bán dẫn. Song do chúng làm việc trong mạch một
chiều nên khi dùng loại thyristor thông th-ờng nó không đ-ợc khoá lại một
cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp nguồn nh- khi làm việc với nguồn
xoay chiều. Do đó, buộc phải có một mạch chuyên dụng để khoá thyristor gọi
là "mạch khoá c-ỡng bức", gây nhiều khó khăn trong thực tế. Vì vậy, hiện nay
ta cố gắng sử dụng các loại van điều khiển cả đóng và ngắt nh- transistor
bipolar, MOSFET và IGBT ở những dải công suất mà các van này chịu đ-ợc.
Riêng với mạch công suất lớn vẫn phải dùng thyristor.
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
13
Trong hệ truyền động điện, các bộ điều chỉnh xung áp một chiều chủ
yếu áp dụng cho các động cơ điện một chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện,
xe điện ).


Đ

Điều khiển
U
ng
U
đk


Sơ đồ nguyên lý một hệ truyền động XA-Đ

Nguyên tắc của các hệ truyền động XA-Đ là thay đổi tốc độ động cơ
qua điện áp đặt vào phần ứng động cơ một chiều. Điện áp này là một điện áp
ra của bộ XA tính theo giá trị trung bình : U
-
= U
ng
, trong đó: U
-
là điện áp
phần ứng động cơ,U
ng
là điện áp một chiều cần băm , là hệ số lấp đầy xung:
kt
tt
tt
t
T
t


với t

t
, t
k
là thời gian thông và khoá của bộ khoá điện tử. Do
đó, khi điều chỉnh tốc độ động cơ qua điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng
động cơ, cần thay đổi hệ số của bộ XA. Hệ số này có thể thay đổi bằng 3
ph-ơng pháp: thay đổi t
t
, T hoặc cả hai.

So sánh 3 ph-ơng án ta quyết định chọn ph-ơng án truyền động chỉnh l-u
Thyristor - động cơ một chiều kích từ độc lập.

4 . Tính chọn bộ biến đổi chỉnh l-u TIRISTOR

Yêu cầu đối với bộ chỉnh l-u

- Nguồn điện xoay chiều: 3x380V, 50Hz
- Bộ chỉnh l-u cầu ba pha có điều khiển
- Điện áp chỉnh l-u: U
d
= 220 V
- Dòng chỉnh l-u: I
d
= 8,5 A
- Độ nhấp nhô thấp

a . Xác định điện áp không tải chỉnh l-u và điện áp ra của máy biến áp
Bộ biến đổi chỉnh l-u cần có giá trị điện áp không tải đảm bảo cấp cho
phần ứng động cơ điện một chiều có các tham số : sức điện động định mức

động cơ E
-đm
, sụt áp tổng ở mạch khi dòng phản ứng cực đại I
- max
.
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
14

1
U
do
cos
min
=
2
E
-đm
+ U
V
+ I
- max
R
-
+ Umax
Trong đó :
U
do
- điện áp không tải của chỉnh l-u

1
- hệ số tính đến sự suy giảm của điện áp l-ới
1
= 0,95

2
- hệ số dự trữ máy biến áp
2
= 1,04 1,06

min
- góc điều khiển cực tiểu . Đối với sơ đồ không đảo chiều
min
= 0
U
V
- tổng sụt áp trên van , bao gồm sụt áp trên điện trở t-ơng đối lớn
( khoảng 4% ) còn sụt áp trên điện kháng ít hơn ( khoảng 1,5% )và điện
áp sụt trên hai thyristor nối tiếp khoảng 2V.
R
-
- điện trở đẳng trị tổng quy đổi về mạch một chiều gồm điện trở
toàn phần mạch phần ứng , điện trở máy biến áp và điện trở cuộn lọc
một chiều
I
- max
- dòng phần ứng cực đại nằm trong khoảng 2 2,5 I
- đm

Umax - sụt áp cực đại do trùng dẫn

Umax = U
đm

ddm
udm
udm
u
I
I
I
I
max

I
ddm
: dòng định mức của bộ biến đổi
U
đm
: sụt áp trùng dẫn định mức , đ-ợc xác định :
U
đm
= U
do
.U
K
. Y


U
K

: điện áp ngắn mạch
Y

: đối với sơ đồ sáu xung và m-ời hai xung Y

= 0,5
Nếu I
udm
= I
ddm
ta có
U
do
=



K
uuVudm
UY
IRUE



m in1
m ax2
cos

=
ddm

u
I
I
max
: bội số dòng điện
Từ đó ta có :
U
do
=



K
uuVudm
UY
IRUE



m in1
m ax2
cos

=
)(299
%5.5,2.5,095,0
5,8).182,049,2()255,0.220(220.04,1
V

V
U
U
do
vo
5,221
35,1


b . Tính chọn biến áp nguồn BAN

BAN đấu theo kiểu /Y. Điện áp l-ới U
L
= 380V.
Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối /Y)
6
.
3
2
do
U
U


= 128 (V)
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
15
Tỷ số máy biến áp: k =

128
380
2
1

U
U
= 3
Dòng thứ cấp máy biến áp nguồn: I
2
=
d
I.
3
2
= 6,94(A)
Dòng hiệu dụng sơ cấp BAN:
I
1
=
BAN
K
1
I
2
=
1
306,
21,23 6,94(A)
Công suất máy biến áp: S = 3.U

2
.I
2
= 3.128.6,94 = 2665 (VA)

2,665
(kVA).
Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có S
đm
= 3(kVA).

c . Chọn van cho bộ biến đổi
Giá trị dòng trung bình chảy qua mỗi van:
)(83,2
3
5,8
3
A
I
I
d
vtb


Giá trị dòng cực đại qua mỗi van:
I
vmax
= I
d
= 8,5 (A)

Giá trị điện áp ng-ợc đặt lên mỗi van:
Từ những tính toán trên, với chế độ làm mát bằng quạt gió thì các
thông số cần của mỗi van trong mạch chỉnh l-u cầu ba pha là:
- U
ngt
1,6. U
ngmax
= 1,6 . 314 = 502 (V)
- I
t
1,5. I
max
= 1,5.8,5 = 12,75 (A)


Vậy ta chọn đ-ợc loại Thyristor dùng cho bộ chỉnh l-u cấp nguồn cho
động cơ:

Loại
I
0

(A)
V
RRM

=
V
DRM

(V)
I
TSM

(A)
I
DM

(mA)
V
GT

Max
(V)
I
GT

Max
(A)
V
TM

max
(V)
I
TM

Max
(A)
Du/dt

(V/s)
di/dt
(A/s)
TYN
690
16
600
220
3
1,5
25
1,4
50
50
100


d . Tính chọn cuộn kháng mạch lọc một chiều

Điện cảm phần ứng
L
-
=
)(5,34)(0345,0
2100.2.5,8
220
.6,5

. mHH
npI

U
k
dmdm
dm
L



Trong đó k
L
là hệ số lấy giá trị 5,5 5,7 đối với máy không bù và
k
L
= 1,4 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực.
)(314299*05,1
3
maxmax
VUU
dng



Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
16
Cuộn kháng lọc mạch một chiều đ-ợc nối vào mạch phần ứng động cơ
để làm giảm vùng điện gián đoạn ( làm giảm xung dòng một chiều ) đồng thời
cải thiện điều kiện chuyển mạch của động cơ điện
Điện áp đầu ra của bộ biến đổi m xung chứa sóng điều hòa cơ bản và
sóng điều hoà bậc cao với tần số góc

K
= K.m.
1

với
1
- tần số góc l-ới điện ,
1
= 314 ( 1 / s )
K - số nguyên bậc của các thành phần điều hoà
điện áp xoay chiều này gây ra trong mạch phần ứng dòng điện xoay
chiều điều hoà với giá trị hiệu dụng



k
km
Km
U
L
I
2
1
)(
.
1

L

- điện cảm tổng của mạch một chiều ( bỏ qua giá trị điện trở )
Gọi g

là hệ số đập mạch điện áp đầu ra bộ biến đổi

g

=

k
km
Km
U
2
1
)(
1


và
i
- hệ số đập mạch dòng điện


i
=

LI
gU
I
I
dm
do
dm

.

Hệ số đập mạch điện áp g

phụ thuộc vào góc điều khiển , g

= f(
do
d
U
U

)
Do thành phần dòng xoay chiều nên giá trị dòng điện định mức của
động cơ giảm
I
'
dm
= I
dm
.
2

1
1
i
m
R
R



Tỷ số
R
R
m
đặc tr-ng cho sự ảnh h-ởng của dòng điện điều hoà bậc cao
làm tăng điện trở tổng mạch phần ứng , giá trị này
R
R
m
= 2 3
Dòng điện xoay chiều này còn gây ảnh h-ởng xấu tới quá trình chuyển
mạch ở vành góp máy điện . Cụ thể do ảnh h-ởng dòng xoay chiều điều hoà
bậc m , từ tr-ờng của các cặp cực chuyển mạch bị chậm lại 90
o
so với dòng
điện điều hoà bậc m . Điện áp chuyển mạch chậm trễ sẽ không bù đ-ợc điện
áp phản ứng phần ứng vì sụt áp xoay chiều U
2
không thể tăng nhẩy cấp .
Từ các lý luận trên , ta rút ra giá trị điện cảm cần thiết nối vào mạch
một chiều

L
d
=
uc
cfiddm
odo
Lg
nI
nU

max
][


Tra đ-ờng cong quan hệ g
c
= g

.
o
n
n
ta đ-ợc
maxc
g
= 1,1
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
17
U

do
= 299V
I
ddm
= 8,5A
n
0
= 2322 (1/s)
n = 2100 (1/s)
Ta có L
d
=
uc
cfiddm
odo
Lg
nI
nU

max
][

= 5,46.10
-3
(H) = 5,46 mH

5 . Bảo vệ sự cố trên hệ thống truyền động điện

Mạch bảo vệ đ-ợc thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất
cho ng-ời vận hành và thiết bị. Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch bảo vệ

là phải có biện pháp phòng chống các sự cố và các trạng thái làm việc bất
th-ờng xảy ra nhằm hạn chế tổn thất ở mức độ thấp nhất.
Mặt khác, các phần tử bán dẫn công suất trong bộ biến đổi cũng phải
đ-ợc bảo vệ chống những sự cố bất ngờ, những nhiễu loạn nguy hiểm nh-
ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, quá điện áp hoặc quá dòng điện qua van, quá
nhiệt trong thiết bị biến đổi.
Tuỳ theo các loại sự cố và mức độ ta có thể phân ra các nhóm loại bảo
vệ


a . Bảo vệ trên mạch động lực

Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Nh- ngắn mạch ở bộ biến
đổi hệ thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quá
điện áp phần ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một số
vòng dây của máy biến áp nguồn Mạch bảo vệ thực hện cắt khẩn cấp bằng
các thiết bị đóng cắt truyền thống nh- cầu chì, áptômát, rơle kết hợp với bảo
vệ ở mạch điều khiển nh- khoá thyristor, cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điều
chỉnh
Bảo vệ cắt có thời gian: Quá tải , cách điện giảm , quá nhiệt v.v .
Mạch bảo vệ phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo trong lúc đó mạch điều
chỉnh sẽ tự động thay đổi tham số điều khiển để thoát khỏi sự cố hoặc ng-ời
vận hành trực tiếp điều chỉnh . Nếu sau một thời gian quy định mạch bảo vệ
sẽ tác động cắt hệ thống , ngừng làm việc để giải quyết sự cố .
Trong các hệ truyền động hiện đại điều khiển số dùng vi xử lý hay vi
tính có trang bị ch-ơng trình kiểm tra trạng thái của hệ để phát tín hiệu cảnh
báo hoặc dự báo sự cố xảy ra cắt kịp thời để tránh gây h- hỏng .
Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến
đổi, ngắn mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nh-ng nằm ngoài bộ biến
đổi, ngắn mạch bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ) sử dụng

cầu chì. Để bảo vệ mất từ thông, sử dụng rơle bảo vệ mất từ thông. Sử dụng
rơle bảo vệ quá nhiệt để bảo vệ quá nhiệt động cơ, máy biến áp
b . Bảo vệ trong bộ biến đổi
Bảo vệ quá nhiệt : Khi thyristor đ-ợc điều khiển mở cho dòng chảy qua
van, công suất tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bị
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
18
đốt nóng lớn nhất. Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất điện
năng. Do các thiết bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ, mọi sự quá
nhiệt độ trên van dù chỉ diễn ra trong thời gian ngắn cũng có thể phá hỏng van,
nên để bảo vệ quá nhiệt trên van, ta sử dụng các biện pháp làm mát c-ỡng bức.
Biện pháp làm mát thông dụng nhất là quạt không khí xung quanh cánh tản nhiệt
(làm mát bằng gió). Đối với thiết bị bán dẫn công suất lớn hơn, ta có thể cho n-ớc
trực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt (làm mát bằng n-ớc) hoặc ngâm cả thiết bị bán
dẫn vào dầu biến thế.
Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện
bằng ph-ơng pháp làm mát c-ỡng bức bằng gió với hệ số bảo vệ quá nhiệt
trên van là k
i
=1,5 và k
u
=1,6.
Bảo vệ quá điện áp trên van: Để bảo vệ quá áp trên van, ta sử dụng
mạch RC, bảo vệ từng thyristor: Mạch đấu song song với van dùng để bảo vệ
quá điện áp do các nguyên nhân nội tại gây ra sự tích tụ điện tích trong lớp
bán dẫn trong quá trình làm việc của van sẽ tạo ra dòng điện ng-ợc khi khoá
van trong khoảng thời gian rất ngắn, do đó làm xuất hiện suất điện động cảm
ứng rất lớn trên các điện cảm đ-ờng dây nối. Mạch LRC đấu giữa các nguồn
pha dùng để bảo vệ quá áp do các nguyên nhân bên ngoài mang tính ngẫu

nhiên hiện t-ợng sấm sét, một cầu chì bảo vệ bị nhảy, cắt không tải máy
biến áp Các trị số linh kiện bảo vệ đ-ợc chọn dựa vào các trị số kinh
nghiệm:

Ta có sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh nh- sau
Sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh


Mạch R
1
C
1
bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích:
(Điện tử công suất - Nguyễn Bính - trang 261)
Gọi b là hệ số dự trữ về điện áp của Thyristor b = 1 2. Chọn b =
1,6.
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
19
Giả sử BAN có L
c
= 0,2(mH).
- Hệ số quá điện áp : k =
maxng
bU
V
RRM
=
37,304.6,1
600

1,23.
- Các thông số trung gian, sử dụng các đ-ờng cong (Hình X.9 trang
262 -ĐTCS):
- C
*
min
(k) = 5,5; R
*
max
(k) = 1,2; R
*
min
(k) = 0,55.
- Tính
max
dt
di
khi chuyển mạch. Ta có ph-ơng trình lúc bắt đầu trùng
dẫn:
2L
c
dt
di
= u
dây
=
2
U
v0
sin(t+)

max
dt
di
=
c
vo
L2
U2
=
3
10.2,0.2
5,221.2

783055,3(A/s)

max
dt
di
= 0,785(A/s)
Ta thấy với Thyristor đã chọn có
dt
di
= 100(A/s) >> 0,76(A/s), nên
trong mạch không cần có các cuộn kháng bảo vệ L
k
(bảo vệ
dt
di
). Tức là có

thể coi L
k
= 0.
-Xác định điện l-ợng tích tụ Q = f(
dt
di
), sử dụng các đ-ờng cong (Hình
X.10b):
Với I
d
= 8,5(A),
max
dt
di
= 0,785(A/s) tra đ-ờng cong Q 15(As).
-Xác định R
1
,C
1
:
C
1
=
maxng
U
Q2
.C
*
min
(k) =

314
152
5,5 0,54(F).
R
*
min
(k)
Q2
UL2
maxngc
R
1
R
*
max
(k)
Q2
UL2
ngc max

0,55
6
3
10.15.2
314.10.2,0.2


R
1
1,2

6
3
10.15.2
314.10.2,0.2



35,04 R
1
76,44 ().
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
20
Vậy ta có thể chọn các giá trị chuẩn: R
1
= 47() và C
1
= 0,6(F)

Mạch R
2
C
2
bảo vệ quá điện áp do cắt BAN không tải gây ra:
-Ta có hệ số quá điện áp: k = 1,23.
-Các thông số trung gian, sử dụng các đ-ờng cong (Hình X.11-ĐTCS):
C
*
min
(k) = 0,45; R

*
max
(k) = 2,1; R
*
min
(k) = 1.
-Giá trị lớn nhất của năng l-ợng từ trong BAN (3pha) khi cắt:
W
T3
=
s
m.o.s
I2
I
2
S

Trong đó:
I
s.o.m
: là giá trị cực đại của dòng từ hoá quy sang thứ cấp.
I
s
: giá trị hiệu dụng dòng định mức thứ cấp.
I
s
=
3
2
I

d
=
3
2
.8,5 6,94(A)

S : Công suất biểu kiến BAN.
= 2f = 314(rad/s).
Ta có I
s.o.m
=
2
I
s.o
=
2
.0,03I
s

W
T3
=
s
m.o.s
I2
I
2
S
= 0,03
3142

10.665,2
3

0,127(W.s)
-Xác định R
2
và C
2
:
C
2
=
sm
2
3T
U
W2
C
*
min
(k)
Trong đó U
sm
là giá trị cực đại điện áp dây thứ cấp BAN:
U
sm
=
2
U
s

=
2
.U
v0
=
2
.221,3 312,9(V)
C
2
=
2
)9,312(
127,02
0,45 1,17.10
-6
(F) C
2
= 1,17(F).
R
*
min
(k)
mos
sm
I
U

R
2
R

*
max
(k)
m.o.s
sm
I
U

1.
94,603,02
9,312

R
2
2,1.
94,603,02
9,312


1062,69 R
2
2231,66 ().

Vậy ta chọn các giá trị chuẩn: R
2
= 1500() và C
2
= 2(F).

Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
21
Ch-ơng IV
Tổng hợp hệ truyền động

1 . Mô hình hệ thống điều chỉnh tự động truyền
động điện

Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải
đảm bảo giá trị yêu cầu của các đại l-ợng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào
tác động của các đại l-ợng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ thống điều chỉnh tự
động truyền động điện động cơ truyền động cân băng định l-ợng có cấu trúc
đ-ợc trình bày ở d-ới, gồm : động cơ truyền động M quay chi tiết máy mài tròn
Mx và thiết bị biến đổi năng l-ợng - chỉnh l-u cầu ba pha BĐ (đ-ợc gọi là
phần lực), các thiết bị đo l-ờng ĐL và các bộ điều chỉnh R (đ-ợc gọi là phần
điều khiển). Tín hiệu điều khiển hệ thống đ-ợc gọi là tín hiệu đặt THĐ và
ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác động lên hệ thống.


MxR BĐ M
ĐL
THĐ
NL


Cấu trúc của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ truyền
động cân băng định l-ợng .

Động cơ truyền động đ-ợc sử dụng là động cơ một chiều kích từ độc

lập và đ-ợc cấp năng l-ợng từ bộ biến đổi chỉnh l-u cầu ba pha có điều khiển.
Bộ biến đổi có chức năng biến đổi năng l-ợng điện thích ứng với động cơ
truyền động và mang thông tin điều khiển để điều khiển các tham số đầu ra
của bộ biến đổi (nh- công suất, điện áp, dòng điện, tần số ). Tín hiệu điều
khiển đ-ợc lấy ra từ bộ điều chỉnh R. Các bộ điều chỉnh R (regulator) nhận tín
hiệu thông báo sai lệch về trạng thái làm việc của truyền động thông qua so
sánh giữa tín hiệu đặt THĐ và tín hiệu đo l-ờng các đại l-ợng truyền động. Sự
biến thiên của các tín hiệu đặt gây ra các sai lệch không tránh đ-ợc trong quá
trình quá độ và cũng có thể gây sai lệch trong chế độ xác lập. Trên cơ sở
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
22
phân tích các sai lệch điều chỉnh, ta có thể chọn đ-ợc các bộ điều chỉnh, các
mạch bù thích hợp để nâng cao chính xác của hệ thống.

2 . Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh

Khi tổng hợp hệ truyền động nhiều thông số th-ờng phân hệ thành cấu
trúc nhiều vòng có các bộ điều chỉnh kiểu nối cấp. Cho đến nay, ph-ơng pháp
chung tổng hợp các bộ điều chỉnh trong cấu trúc nối cấp ch-a thật hoàn thiện,
chủ yếu do việc chọn thông số tối -u của các bộ điều chỉnh và tính chất phức
tạp của hệ thống thực. Vì thế, việc tính toán tổng hợp gần đúng có giá trị to lớn
trong thiết kế định h-ớng cũng nh- trong chỉnh định và vận hành hệ thống.
Nh- đã trình bày ở trên, để phù hợp với yêu cầu của hệ truyền động, ta
chọn hệ điều chỉnh động cơ một chiều điều chỉnh theo nguyên tắc T - Đ. Qua
phân tích cơ cấu cân băng, ta thấy rằng hệ truyền động này bao gồm ba
mạch vòng điều chỉnh, đó là mạch vòng điều chỉnh dòng điện, mạch vòng
điều chỉnh tốc độ và mạch vòng điều chỉnh năng suất. Sơ đồ nối cấp của hệ
điều chỉnh đ-ợc trình bày nh- hình vẽ.

Q
đ
+ + + i
Q
R
q
(p) R

(p) R
i
(p) S
i
(p) S

(p) S
q
(p)







Năng suất của hệ thống cân băng quyết định tốc độ đặt động cơ truyền
động để đạt đ-ợc kết quả theo yêu cầu. Qua hệ điều chỉnh tốc độ ta sẽ tạo ra
tốc độ điều khiển động cơ- điều khiển thông qua mạch vòng điều chỉnh dòng
điện. Do các yêu cầu công nghệ mà hệ thống cần đạt vô sai cấp 1 hoặc vô

sai cấp hai. Nhiễu chính của hệ thống là mômen cản M
c
. Tuỳ theo yêu cầu
công nghệ mà bộ điều chỉnh tốc độ R

có thể đ-ợc tổng hợp theo hai tín hiệu
điều khiển hoặc theo nhiễu tải M
c
. Trong tr-ờng hợp chung, hệ thống phải có
đặc tính điều chỉnh tốt cả từ phía tín hiệu điều khiển lẫn phía tín hiệu nhiễu
loạn.








Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
23


2.1 . Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện

Trong các hệ truyền động tự động cũng nh- các hệ chấp hành thì
mạch vòng điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản. Chức năng cơ bản của
mạch vòng dòng điện là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mô men kéo của
động cơ, ngoài ra nó còn có chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc

Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện có dạng nh- hình vẽ:





Trên sơ đồ ta thấy có hai đại l-ợng đầu vào là tín hiệu đặt U
d
và tín hiệu
nhiễu loạn M
c
. Khi có sự biến đổi của dòng điện, sẽ có hai sự tác động vào hệ
thống: Một tín hiệu qua mạch vòng điện tử để điều chỉnh dòng và một tín hiệu
qua mạch vòng cơ đi vào điều khiển mô men. Tuy nhiên, mạch vòng cơ có hệ
số quán tính lớn hơn rất nhiều so với mạch vòng điện tử nên ta có thể cắt bỏ,
hay nói cách khác, khi tổng hợp mạch vòng dòng điện ta có thể bỏ qua ảnh
h-ởng của suất điện động động cơ.
Nh- vậy ta có sơ đồ khối tổng hợp mạch vòng dòng điện lúc này có
dạng nh- sau:

U
Iđ
U
I
R
I
U
đk
1+T
-
p
K
i
1+

fI
p
K
CL
1+

CL
p
U
d
I
-
1/R
-

1+T-p
1/R-
1+fIp
Ki
UIđ
UI
1+CLp
KCL
RI
Uđk
E
K
I-
1/Jp
Mc
K

Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
24


Trong đó:
K
CL
: Hệ số khuyếch đại khâu chỉnh l-u dòng điện.
K
CL
=
4,23

10
234
V10
U
dm



CL
: Hằng số thời gian của khâu chỉnh l-u.
CL
= 3.33 ms
K
i
: Hệ số khuyếch đại của sensor dòng.
K
i
=
176,1
5,8
V10
I
V10
dm



fi
: Hằng số thời gian của sensor dòng.
fi

= 0.5

1 ms
R
-
,L
-
: Điện trở và điện cảm mạch phần ứng.
T
-
: Hằng số thời gian mạch phần ứng, có giá trị cỡ hàng chục
ms. T
-
=
)(014,0
49,2
0345,0
-
s
R
L


T
V0
=

e
.m

1,67 ( ms )
Tổng hợp mạch ta có cấu trúc thu gọn:












Suy ra hàm truyền mạch:
F
S
=
)pT1).(p1(
K
.
pT1
1
.
R
1
.
p1
K

VOfI
I
uuCL
CL



Do các giá trị
CL
và
fI
là t-ơng đối nhỏ nên ta có thể tổng hợp nh-
sau:
F
S

)1)(1( ppT
K
Iu
S



Với K
S
=
u
ICL
R
KK .

= 11,056
T
s
=
fI
+
CL
+ T
V0
= 6.10
-3
s
F
S

)1)(1( ppT
K
Iu
S


=
25
p10.02,6p0183,01
056,11
)00433,01)(p014,01(
056,11

U
I
U
Iđ
F
R
I
(1+

CL
)(1+T
-
p)(1+

fI
p)
K
CL
.1/R
-
.K
I
U
I

Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
25


Tổng hợp mạch vòng theo tiêu chuẩn modul tối -u ta thu đ-ợc cấu trúc
của bộ điều chỉnh mạch vòng dòng điện có dạng PI:

R
I
(p) =
p.T.K.2
pT1
sS
u

=
p957,0
p014,01
p00433.0.056,11.2
p014,01





Sơ đồ bộ PI

Lựa chọn các thông số

R
1
C =
s
u
ICL
T
R
KK2
= 0,1326
R
3
C = T
-
= 0,014
Chọn C = 100 F
Ta tính đ-ợc R
1

=
s
u
ICL
T
CR
KK2
= 1326
Chọn R
1
= 1,5 k
R
3
=
C
T
u
= 140
Chọn R
3
= 150
Có thể chọn R
2
= R
1
= 1,5 k
Để tạo lọc , th-ờng nối thêm tụ C
k
song song với điện trở R
3

sao cho
R
3
C
k
= T
f
và R
3
( C + C
k
) = T
-

Từ đó ta tính C
k
=
3
f
R
T
= 42,8 .10
-6
F = 42,8 F
Chọn C
k
= 50 F

-
+
U
iđ

U
i

R
1

R
2

R
3

C
C
K
U
Đk