Đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
`Mục lục
STT NộI DUNG TRANG
1 Lời nói đầu 2
2 Phần I : Phân tích hệ truyền động với
các mạch vòng phản hồi
4
3 Phần II : Phân tích lựa chọn phơng án
truyền động điện
12
4 Phần III : Tính chọn một số thiết bị 76
5 Phần IV : Xây dựng đặc tính tĩnh và
kiểm tra chất lợng tĩnh
93
6 Phần V : Thuyết minh sơ đồ nguyên lý 101
7 Tài liệu tham khảo 104
Lời nói đầu
Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá hiện nay, ngành tự
động hoá đóng một vai trò hết sức quan trọng. Việc áp dụng các hệ thống
truyền động theo vòng kín nhằm tăng năng suất và tăng hiệu quả kinh tế.
Một hệ thống làm việc ổn định thì sẽ cho ra những sản phẩm đảm bảo chất
lợng cao.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành
điện tử công suất. Với việc phát minh ra các linh kiện bán dẫn đã và đang
ngày càng đáp ứng đợc các yêu cầu của các hệ thống truyền động. Ưu điểm
của việc sử dụng các linh kiện bán dẫn mà làm cho hệ thống trở nên gọn
nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độ chính xác tác động cao hơn. Với nhu
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
1
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c

Dng
cầu sản suất và tiêu dùng nh hiện nay, thì việc tự động hoá cho xí nghiệp
trong đó sử dụng các linh kiện gọn nhẹ là một nhu cầu hết sức cấp thiết.
Sau gần 4 năm học tập và nghiên cứu ở trờng, em đã đợc làm quen
với các môn học thuộc ngành . Để áp dụng lý thuyết với thực tế trong học
kỳ này chúng em đợc giao đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ với yêu cầu
Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ với các yêu cầu cho trớc sử
dụng bộ biến đổi chỉnh lu có điều khiển cầu 3 pha .
Với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hớng
dẫn Đỗ Trung Hải và các thầy giáo trong bộ môn, đến nay đồ án của em đã
đợc hoàn thành.
Bản đồ án của em gồm hai phần chính :
Phần thuyết minh : gồm 5 phần :
1. Phân tích hệ truyền động với các mạch vòng phản hồi .
2. Phân tích và lựa chọn phơng án truyền động điện.
3. Tính chọn một số thiết bị .
4. Xây dựng đặc tính tĩnh và kiểm tra chất lợng tĩnh
5. Thuyết minh sơ đồ nguyên lý .
Phần bản vẽ : gồm 3 bản vẽ khổ A
0
1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống.
2. Giản đồ dòng, điện áp trên mạch động lực và mạch điều khiển.
3. Đặc tính tĩnh hệ thống.
Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có
hạn, nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong đợc
sự chỉ bảo, góp ý của các thầy,cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em đ-
ợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, cảm ơn thầy Đỗ
Trung Hải đã giúp đỡ em để bản thiết kế hoàn thành đúng thời hạn.
Thái nguyên ngày Tháng năm 2007

Sinh viên thiết kế
Phan Anh Hải

Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
2
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
Phần I : Phân tích hệ truyền động với các
mạch vòng phản hồi
Nh chúng ta đã biết với những hệ điều tốc điều khiển mạch vòng hở ,
nếu không yêu cầu cao đối với chất lợng tĩnh và động thì nó cũng có thể
thực hiện điều tốc vô cấp trong một phạm vi nhất định. Tuy nhiên ngày nay
ngời ta thờng ít sử dụng hệ hở bởi những nhợc điểm của chúng là rất lớn
không thể đáp ứng đợc yêu cầu công nghệ , yêu cầu về chất lợng sản phẩm .
Để khắc phục điều đó ngời ta sử dụng hệ kín .
Theo lý thuyết điều khiển tự động , hệ thống điều tốc mạch vòng kín điều
khiển phản hồi là dựa vào độ chênh lệch của đại lợng bị điều khiển thực
hiện hệ thống điều khiển . Chỉ cần lợng điều khiển bị xuất hiện độ chênh
lệch là nó sẽ tự động tạo ra chức năng để cải chính độ chênh lệch . Lợng
giảm tốc độ quay chính là độ chênh lệch tốc độ quay do phụ tải gây ra.
Hiển nhiên hệ thống điều tốc mạch vòng kín càng có khả năng giảm mạnh
độ giảm vận tốc .
Sau đây ta sẽ xét đến cấu tạo của hệ thống điều tốc mạch vòng kín và
đặc tính tĩnh của nó.
Trên trục động cơ lắp đặt một sensin TG từ đó dẫn ra một điện áp phản hồi
Un tỉ lệ thuận với đại lợng đo tốc độ quay , sau khi so sanh với điện áp U
*
n
ứng với tốc độ quay cho trớc sẽ tồn tại chênh lệch điện áp Un , qua bộ
khuếch đại A sinh ra điện áp điều khiển Uet của bộ phát xung GT dùng để

điều khiển tốc độ quay của động cơ . nhờ thế mà tạo nên hệ thống điều tốc
mạch vòng kín có phản hồi .
Sau đây sẽ phân tích trạng thái ổn định của hệ thống điều tốc mạch vòng
kín này. để làm rõ vấn đề này trớc tiên ta phải đa ra một số giả thiết .
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
3
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
- Bỏ qua quan hệ phi tuyến giả thiết các quan hệ vào ra là tuyến
tính
- Bỏ qua điện trở trong của nguồn điện một chiều và triết áp.
i
d
u
d
tg
mbbđgta
u
et

u
n
u
n
u
n
*
Nh vậy quan hệ của các bộ phận cấu thành hệ thống điều tốc mạch vòng kín
có phản hồi âm tốc độ đợc thể hiện nh sau :
- Khâu so sánh điện áp :

UnnUUn =
*
- Bộ khuếch đại :
UnKpUet = .
- Bộ chỉnh lu và bộ phát xung :
UetKsUdo .=
- Đặc tính cơ vòng hở của hệ thống.
Ce
RIdUdo
n
.
=
- Sensin :
nUn .

=
Trong đó : Kp : hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại .
Ks : hệ số khuếch đại của bộ biến đổi .
: Hệ số phản hồi đo tốc độ .
Từ các phơng trình trên ta tìm đợc phơng trình đặc tính cơ của hệ kín nh sau
:
)1.(
.
)1(

)/ 1.(

**
KCe
RId

KCe
nUKsKp
CeKsKpCe
RIdnUKsKp
n
+

+
=
+

=

Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
4
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
Trong đó : K = Kp.Ks./Ce : Hệ số khuếch đại vòng hở của hệ thống mạch
vòng kín.
-i
d.
r
k
p
k
s
n
( - )
u
n

e

1/c
e
k
p
k
s
1/c
e

u
n
*

u
n
u
n
( - )
n
n
i
d.
r
( - )
u
n

u

n
u
n
*

1/c
e
k
s
k
p
So sánh đặc tính cơ hệ thống hở và kín ta thấy :
- Đặc tính cơ của hệ thống mạch vòng kín cứng hơn nhiều so với hệ
thống hở.
- Nếu so sánh giữa hai hệ thống mạch vòng kín và mạch vòng hở có
cùng một giá trị n
0
thì sai số trợt tĩnh của mạch vòng kín sẽ nhỏ hơn
rất nhiều .
K
s
s
h
k
+
=
1
- Lúc hệ số trợt tĩnh yêu cầu cố định thì hệ thống mạch vòng kín có thể
mở rất rộng phạm vi điều tốc .
Muốn rút ra ba điều u việt nói trên thì hệ thống mạch vòng kín phải

đợc bố trí bộ khuếch đại .
Trên đây ta chỉ phân tích hệ thống kín với một mạch vòng phản hồi . Ngày
nay hệ thống trang bị đòi hỏi chất lợng rất cao vì vậy ngời ta không chỉ
dừng lại ở hệ kín với một mạch vòng phản hồi mà sử dụng nhiều mạch vòng
phản hồi .
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
5
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
Điều khiển nhiều mạch vòng là điều khiển hệ thống có từ hai mạch vòng trở
lên, vòng này đan xen lồng vào vòng kia tạo nên, tơng đơng hệ thống nối
cực trong quá trình điều khiển.
Phổ biến hiện nay là sử dụng hệ thống phản hồi với hai mạch vòng
phản hồi là âm tốc độ và âm dòng. Để khởi động nhanh nhất trong điều
kiện cho phép , mấu chốt là ở chỗ cần phải nhận đợc một quá trình có dòng
điện không đổi cực đại I
đm
. Theo quy luật điều khiển phản hồi , dùng phản
hồi âm một đại lợng vật lý nào đó là có thể giữ cho đại lợng ấy cơ bản bất
biến , thế thì dùng phản hồi âm dòng điện thì có thể nhận đợc quá trình
dòng điện gần nh không đổi . Vấn đề là yêu cầu trong quá trình khởi động
yêu cầu chỉ có phản hồi âm dòng điện mà không thể đồng thời có thêm
phản hồi âm tốc độ. Sau khi đạt tới tốc độ quay trạng thái ổn định, lúc này
yêu cầu lại chỉ có phản hồi âm tốc độ quay mà không có phản hồi âm dòng
điện. Làm sao có thể thực hiện đợc tác dụng của hai loại phản hồi vừa cả
âm tốc độ quay và cả âm dòng điện , lại vừa có thể làm cho chúng chỉ gây
tác dụng riêng biệt trong những giai đoạn khác nhau ? Hệ thống điều khiển
tốc độ hai mạch vòng kín chính là dùng để giải quyết vấn đề này.
Có thể xây dựng trên hai sơ đồ cấu trúc :
+ Có hai mạch vòng phản hồi nhng chỉ có một bộ điều chỉnh .

+ Có hai mạch vòng phản hồi và có hai bộ điều chỉnh độc lập .
* Có hai mạch vòng phản hồi nhng chỉ có một bộ điều chỉnh .
K
bbđ
K
kđ
đ
ft
r
s

n

n
u
cđ
u
)(1. IInUU
cdv
=

Khi I<Ing =>
nUU
cdv

=
Khi I>Ing =>
.InUU
cdv

=
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
6
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
Khi khởi động : Dòng lớn khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia vào
hạn chế dòng điện khởi động Eđc không lớn lắm sinh ra dòng điện chạy
trong động cơ (Id) sau đó tốc độ tăng lên dòng có xu hớng giảm .
Khi I<Ing thì phản hồi âm dòng ngừng tác động chỉ có phản hồi âm tốc độ
tham gia
nUU
cdv

=
đặc tính cơ cứng => I = Iđm động cơ làm việc xác
định .
I
đm
I
ng
I
d
I
n

n

0

n,

I

0
Điều chỉnh tốc độ : Điều chỉnh tốc độ bằng cách tăng hoặc giảm
Ucđ.
+ Tăng tốc : Tăng Ucđ => Uv tăng
Nếu tăng Ucđ một lợng nhỏ đảm bảo I<Ing thì phản hồi âm dòng không
tham gia
Nêu tăng Ucđ một lợng lớn mà I>Ing thì phản hồi âm dòng điện sẽ tham gia
.
+ Giảm tốc : Giảm Ucđ
Nếu giảm ở mức độ nhỏ động cơ làm việc ở góc phần t thứ nhất ,
Nếu giảm ở mức độ lớn : Nếu bộ biến đổi không có khả năng dẫn dòng theo
hai chiều => hãm tự do . Nếu bộ biến đổi có khả năng dẫn dòng theo hai
chiều động cơ hãm cỡng bức.
Khi thay đổi phụ tải cũng xảy ra tơng tự
+ Tải tăng nhng I<Ing thì không có phản hồi âm dòng .
+ Tải tăng đến I>Ing khâu phản hồi âm dòng có tác dụng lớn giảm độ cứng
đặc tính . đến khi I = Id thì tốc độ bằng không (đặt rơ le nhiệt để cắt hệ
thống).
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
7
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
K
kđ
K
bbđ
K

đ
r
bbđ+
r
s
r
Ư


I
ng
I
Ư
u
cđ
n
Từ sơ đồ cấu trúc ta tìm đợc
+ Khi I<Ing thì :
Du
DBBDkd
uSBBD
DBBDkd
DBBDkdcd
KI
KKK
RRR
KKK
KKKU
n .
1 1

+
++

+
=
+ Khi I>Ing thì :
DBBDkd
DBBDkdnguuuSBBD
DBBDkd
DBBDkdcd
KKK
KKKUIIRRR
KKK
KKKU
n
1
)()(
1




+
+++

+
=
Nhợc điểm của hệ thống sử dụng hai mạch vòng chung bộ điều chỉnh là tín

hiệu phản hồi tốc độ biến thiên chậm gây sự bão hoà cho bộ khuếch đại .
* Có hai mạch vòng phản hồi và có hai bộ điều chỉnh độc lập.
Với hệ này đặc tính cơ có thể xảy ra ba trờng hợp sau :

n

0
n
II
d
I
bh
I
đm
I
ng

n,

I

0

I

0
0


I

0

n,

I
=
0
I
ng
I
đm
I
bh
I
d
I
n

n

0
0
Trờng hợp 1 trờng hợp 2
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
8
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng

n

0
n
II
d
I
đm
I
ng

I

0
0
Trờng hợp 3
Sơ đồ khối của hệ thống nh sau :
u
r
s
ft
đ
Ki
Kbbđ
K
n
u
cđ

n

n
Trong đa số các hệ truyền động thờng sử dụng bộ điều chỉnh nh trong trờng
hợp 1 vì vừa đảm bảo độ cứng đặc tính cơ trong điều kiện làm việc bình th-
ờng vừa có khả năng làm việc ( nhng đặc tính cơ mềm hơn ) khi xảy ra quá
tải nhẹ . ta sẽ phân tích theo trờng hợp này và cũng chọn bộ điều chỉnh loại
này cho bản đồ án .
Sơ đồ cấu trúc :
n
I
Ư
I
ng


r
Ư
r
bbđ+
r
s
K
đ
K
bbđ
K
I
K
n
u
cđ

+ Khi I<Ing thì chỉ có mạch vòng phản hồi âm tốc độ tham gia .
Du
DBBDIn
uSBBD
DBBDIn
DBBDIncd
KI
KKKK
RRR
KKKK
KKKKU
n .
1 1


+
++

+
=
+ Khi Ibh<I<Ing thì cả hai mạch vòng cùng tham gia
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
9
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
DBBDIn
BBDInguuuSBBD
DBBDIn
DBBDIncd
KKKK

KKUIIRRR
KKKK
KKKKU
n
1
.)()(
1




+
+++

+
=
+ Khi Id>I>Ing thì chỉ có mạch vòng phản hồi âm dòng điện tham gia
DBBDInguuuSBBDBBDIbhr
KKKUIIRRRKKUn ].).().[( +++=

Kết luận : Khi sử dụng hệ thống kín với các mạch vòng phản hồi thì chất l-
ợng truyền động đợc nâng lên rất nhiều cả chất lợng tĩnh và động , khắc
phục đợc những nhợc điểm của hệ truyền động hở . Vì vậy trong bản đồ án
này ta sử dụng hệ truyền động kín với hai mạch vòng âm tốc độ và âm dòng
có ngắt .
phần II : phân tích lựachọn phơng án
truyền động điện
*Khái niệm chung:
* Nội dung:
- Để thiết kế hệ thống truyền động cho một đối tợng truyền động ta

phải căn cứ vào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lợng
mà đa ra phơng án hợp lý. Với mỗi một đối tợng truyền động có thể thực
hiện bằng các truyền động khác nhau. Mỗi phơng án đều có những u nhợc
điểm của nó, nói chung phơng án đa ra cần đảm bảo các yêu cầu của đối t-
ợng cần truyền động. Phải đảm bảo đợc các chỉ tiêu về mặt kỹ thuật cũng
nh về mặt kinh tế, trong đó chỉ tiêu kỹ thuật là quan trọng hàng đầu. Thông
thờng một hệ thống tốt hơn về mặt kỹ thuật cũng nh tốn kém hơn về mặt
kinh tế. Do vậy tuỳ thuộc yêu cầu chất lợng và độ chính xác của sản phẩm
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
10
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
ta cho chọn hệ thống truyền động điện nhằm đa ra một hệ thống đảm bảo
yêu cầu mong muốn.
* ý nghĩa:
- Việc lựa chọn phơng án truyền động điện có ý nghĩa rất quan trọng.
Nó liên quan đến chất lợng sản phẩm cũng nh ảnh hởng đến hiệu quả kinh
tế của sản xuất. Nếu nh lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng năng xuất
làm việc, hạn chế đợc những hành trình thừa, chất lợng sản phẩm sẽ tốt hơn,
do đó hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn. Kết quả sẽ hoàn toàn ngợc lại nếu ta lựa
chọn không đúng và nó còn gây ra tổn thất không ngờ trớc.
* phơng án lựa chọn:
- Muốn chọn đợc hệ thống phù hợp với yêu cầu chúng ta phải đa ra
các phơng án có thể đáp ứng đợc yêu cầu kỹ thuật sau đó đánh giá những u
nhợc điểm mà chọn cho hợp lý.
I. chọn phơng án truyền động điện:
-Để thiết kế hệ thống truyền động điện ngời thiết kế phải đa ra nhiều
phơng án khác nhau. Rồi sau đó so sánh các phơng án trên hai phơng diện
kinh tế và kỹ thuật để chọn ra phơng án tối u nhất. Phơng án tối u nhất là
phơng án đáp ứng đợc yêu cầu đề ra đồng thời là phơng án đảm bảo về mặt

kỹ thuật và chi phí thấp nhất.
I.1 : phân tích chọn động cơ truyền động và phơng án điều chỉnh
tốc độ
- Động cơ là thiết bị truyền chuyển động chính cho máy sản xuất , là
đối tợng điều khiển của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện việc
chọn động cơ một cách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong công
việc thiết kế hệ thống truyền động điện , động cơ đợc chọn phải thoả mãn
các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải phụ thuộc tính chất công suất của tải
đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giá thành hạ, hoạt
động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa chữa
đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lợt các loại động cơ :
Trong công nghiệp động cơ dùng trong hệ truyền động điện gồm hai loại :
- Động cơ điện xoay chiều : Chia là hai loại :
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
11
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
+ Động cơ không đồng bộ : bao gồm động động cơ không đồng bộ roto
lồng sóc và động cơ không đồng bộ roto dây quấn .
+ Động cơ đồng bộ .
- Động cơ điện một chiều : Chia làm ba loại :
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập .
+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp .
+ Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp .
Sau đây ta sẽ đi nghiên cứu đặc điểm của từng loại cũng nh các phơng pháp
điều chỉnh tốc độ của chúng .
I.1.1: Động cơ điện xoay chiều :
I.1.1.1 : Động cơ không đồng bộ
- Đợc sử dụng rộng rãi trong thực tế, u điểm là cấu tạo đơn giản, đặc
biệt là loại rô to lồng sóc. So với máy điện một chiều thì giá thành hạ vận

hành tin cậy trực tiếp dùng điện lới không cần dùng các thiết bị biến đổi
khác nhợc điểm là điều khiển và khống chế các quá trình quá độ khó khăn,
với động cơ lồng sóc thì chỉ tiêu khởi động xấu hơn.

đc
r
f

hình 1
i
1
i
2
u
f
i
à
x
1
r
1
x
2
r'
2
/
s
x
à
r

à
n
m
m
th
r
f = 0
r
f
#

0
n
1
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
12
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
hình 2 hình 3
Hình 1 : Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ
Hình 2 : Sơ đồ thay thế
Hình 3 : đặc tính cơ

Ngời ta đã chứng minh đợc phơng trình đặc tính cơ :
Trong đó :
U
f
: là giá trị hiệu dụng của điện áp pha sta to
R
2

,
,R
1
: là điện trở rô to và stato đã quy đổi
S : hệ số trợt của động cơ
Hệ số trợt tới hạn
X
nm
=X
1
+ X
2
: là điện kháng ngắn mạch là tổng trở của điện kháng
tản sta to và rô to đã quy đổi
Cũng có thể viết :
Stha
Sth
S
S
Sth
SthaMth
M
2
).1.(.2
++
+
=
Trong đó :
).(.2
.3

2
1
2
11
2
nmXRR
U
Mth
f
+
=

Với Xnm = X1+X2 : là điện kháng ngắn mạch
Mth : Mô men tới hạn
a = R1/R2 : Hệ số phụ thuộc sơ đồ nối mạch của động cơ
Sth = R2/Xnm : hệ số trợt tới hạn
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
13
1
1



=
S
nm
th
X
R
S

2
=
SX
S
R
R
s
R
U
M
nm
f








+








+

=
2
2
,
1
2
,
3
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng

1
1



=S
: Hệ số trợt .
Từ phơng trình đặc tính cơ ta đa ra các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động
cơ nh sau :
- Thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ .
- Thay đổi điện áp U khi tần số f = const .
- Thay đổi điện trở mạch roto .
- Thay đổi công suất trợt ( thay đổi số đôi cực ) .
a. Thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ .
- Sức điện động của động cơ đợc cho bởi công thức sau :
U1 = E = 4,44.W1.f1.Kdq1. = C.f1. => = U1/C.f1 (*)
Giả sử f = fcb = 50Hz , U1 = const.
+ Nếu điều chỉnh f > fcb : Từ (*) ta thấy khi f tăng thì giảm ( vì U =
const) muốn giữ cho mômen không đổi ( M = K. .I2.cos = const ) thì I2

phải tăng lên I2 > I2đm . Nh vậy sẽ làm cho mạch từ non tải và dây quấn
roto quá tải .
+ Nếu điều chỉnh cho f < fcb : Từ (*) ta thấy khi f giảm thì tăng dòng từ
hoá I tăng mạch từ bão hoà , cos giảm , tổn hao lớn , nhiệt độ tăng quá
nhiệt độ cho phép .
Do vậy khi điều chỉnh tần số ( dùng bộ biến tần ) ngời ta thờng đi kèm với
việc thay đổi điện áp để giữ cho = const điều này rất phức tạp .
b. Thay đổi điện áp U khi f = const .
đc
r
f
đaxc
n
m
m
th
r
f = 0
r
f
#

0
n
1
m
th1
m
th2
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp

14
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
-Vì mômen động cơ tỉ lệ bình phơng điện áp vì vậy khi thay đổi điện áp đặt
vào stato sẽ thay đổi đợc mômen và thay đổi đợc tốc độ . Để điều chỉnh đợc
điện áp phải có bộ biến đổi điện áp xoay chiều ( ĐAXC ) thông thờng
không áp dụng điều chỉnh U cho động cơ roto lồng sóc vì Sth của đặc tính
cơ tự nhiên là nhỏ . Với động cơ roto dây quấn khi điều chỉnh điện áp cần
nối thêm Rf mạch roto để mở rộng phạm vi điều chỉnh
Phơng pháp điều chỉnh điện áp mạch roto chỉ thích hợp với những truyền
động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ nh quạt gió , bơm li tâm
c. Thay đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch rôto .
n
1
rf
#

0
rf = 0
mth
m
n
Ta có thể điều chỉnh trơn điện trở mạch roto bằng các van bán dẫn , u thế là
dễ tự động hoá việc điều chỉnh . Điện trở trong mạch roto động cơ đợc xác
định theo biểu thức .
Rr = Rrd + Rf .
Trong đó : Rrd : Điện trở mạch dây quấn roto .
Rf : Điện trở ngoài mắc thêm vào mạch roto .
Khi thay đổi điện trở mạch roto thì mômen tới hạn của động cơ không thay
đổi và độ trợt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở .

S = Si.Rr/Rrd
Trong đó : S : Độ trợt khi điện trở mạch roto là Rr .
Si : : Độ trợt khi điện trở mạch roto là Rrd .
Mặt khác :
Si
RrdI
Rrd
Rr
Si
RrrI
S
RrrI
M
.
3

.3
.
.3
1
2
1
2
1
2



===
Khi thay đổi điện trở mạch roto thì mômen thay đổi => tốc độ thay đổi .

Thông thờng chọn Rf ở chế độ dài hạn , chọn bằng vật liệu có nhỏ .
Phơng pháp này làm tăng tổn hao , do đó giảm hiệu suất .
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
15
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
Với máy điện không đồng bộ rô to dây cuốn, ta có thể dùng phơng
pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng để thay đổi tốc của nó. Ưu điểm là
kết cấu bộ biến đổi rất đơn giản nhng nó có nhợc điểm là ở vùng tốc độ
thấp do hệ số trợt S lớn nên gây tổn hao nhiều.
P
s
= P
đt
. S
d. Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh công suất trợt
( thay đổi số đôi cực ) .

n
m
m
th
n
1
p
= 1
p
= 2
n = n1.(1-s) =f1.(1-s)/p
Khi thay đổi p thì n thay đổi .

Tuy nhiên việc thay đổi p sẽ làm cho tốc độ bị nhảy cấp và việc điều chỉnh
là không trơn.
I.1.1.2: Động cơ đồng bộ .
- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ nh hình vẽ
- Hình 1 : sơ đồ nguyên lý
- Hình 2 : đặc tính cơ
đc
+
-

n
0
m
th
m
n
Hình 1 Hình2
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
16
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
- Động cơ đồng bộ sử dụng cho hệ truyền động yêu cầu độ ổn định tốc độ
cao . Động cơ đồng bộ thờng dùng cho các máy bơm , quạt gió , các hệ
truyền động của nhà máy luyện kim .
- Ưu điểm là có độ ổn định tốc độ cao hệ số cos và hiệu suất lớn , vận
hành có độ tin cậy cao .
- Mạch stato tơng tự động cơ không đồng bộ , mạch roto có cuộn kích từ và
cuộn dây khởi động .
- Khi đóng điện động cơ làm việc với tốc độ không đổi và bằng tốc độ đồng
bộ .

p
f
1
1
2


=
(1)
Trong phạm vi mômen cho phép M<Mmax đặc tính cơ là tuyệt đối cứng.
M>Mmax thì tốc độ động cơ sẽ mất đồng bộ .
Từ (1) ta thấy khi thay đổi f thì sẽ thay đổi đợc tốc độ do đó cấu trúc của hệ
truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ bao giờ cũng có bộ biến tần
kèm theo .
Với máy đồng bộ thì bộ biến đổi cũng là bộ biến tần, nên hệ thống
cũng phức tạp và đắt tiền nh bộ biến đổi của động cơ Rôto lồng sóc. Mặt
khác do công nghệ là yêu cầu có chất lợng cao nếu sử dụng máy điện đồng
bộ thì thời gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian nh vậy thì năng suất
lao động không cao.
I.1.2 : Động cơ một chiều .
- Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy,
có mô men lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn máy điện xoay chiều, nhng
nhợc điểm là giá thành đắt .
Động cơ một chiều có 3 loại chính :
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập .
+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp .
+ Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp .
Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp ít dùng vì vậy ta sẽ đi nghiên cứu hai
loại trên .
I.1.2.1 : Động cơ một chiều kích từ nối tiếp .

Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
17
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
- Với động cơ một chiều kích từ nối tiếp ta có cuộn dây kích từ đợc ghép
nối tiếp với phần ứng .
- Phơng trình đặc tính cơ điện :
KC
R
IKC
U
=
.

Phơng trình đặc tính cơ .
2
KCIM
KC
R
KCM
U
=
=

Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ điện và đặc tính cơ cho nh trên hình vẽ .

đc
r
f
ckt

+
-
u
Ư
n
m
r
f = 0
r
f
#

0

Từ phơng trình đặc tính cơ ta thấy : có thể điều chỉnh tốc độ động cơ một
chiều kích từ nối tiếp bằng cách thay đổi điện áp phần ứng hoặc thay đổi
điện trở phần ứng bằng cách mắc thêm điện trở phụ .
* Nhận xét :
- Đặc tính cơ có dạng hypebol và mềm ở phạm vi dòng điện có giá trị nhỏ
hơn định mức . ở vùng có dòng điện lớn hơn do mạch từ bão hoà nên từ
thông hầu nh không đổi và có dạng gần tuyến tính . Do đó loại động cơ này
không nên dùng cho hệ truyền động yêu cầu độ ổn định tốc độ cao mà sử
dụng cho những hệ truyền động có yêu cầu tốc độ thay đổi theo phụ tải .
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mômen ( nhờ
cuộn CKT mắc nối tiếp vào mạch phần ứng ) => Có khả năng khởi động tốt
hơn động cơ một chiều kích từ độc lập nên loại động cơ này sử dụng cho
những hệ truyền động yêu cầu quá tải cao và mômen khởi động lớn .
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
18
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c

Dng
Vì từ thông phụ thuộc dòng điện nên khả năng chịu tải của động cơ không
chịu ảnh hởng của sụt áp lới .
I.1.2.2: Động cơ một chiều kích từ độc lập :
- Phơng trình đặc tính cơ điện :
I
K
R
K
U


=
- Phơng trình đặc tính cơ :
M
K
R
K
U
2
)(



=
Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho nh hình vẽ :
u
Ư
-
+

ckt
đc

m
n
n
o
* Nhận xét :
- Đặc tính cơ có dạng đờng thẳng và có độ cứng cao . Khi động cơ làm việc
với tốc độ không đổi thì mômen điện từ bằng mômen cản trên trục động
cơ . Điểm làm việc tơng ứng với điểm giao giữa đặc tính của động cơ và
đặc tính mômen cản của phụ tải .
- Từ phơng trình đặc tính cơ ta đa ra các phơng pháp điều chỉnh tốc độ nh
sau :
- Phơng pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ .
- Phơng pháp thay đổi từ thông .
- Phơng pháp thay đổi điện áp phần ứng .
a. Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch
phần ứng .
- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ nh hình vẽ
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
19
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
đc
ckt
+
-
u
Ư

r
f

n
o
n
m
n
1
n
2
m
dm = Mc
r
f = 0
r
f # 0
r
f # 0
a
b
c
- Khi động cơ làm việc định mức Mđm = Mc .
- Muốn thay đổi tốc độ ta đóng các điện trở phụ khi đó I giảm đột biến , do
quán tính cơ nên tốc độ cha kịp biến đổi . Trên hệ toạ độ (M) điểm làm
việc chuyển từ a sang b . Mômen giảm M<Mc => tốc độ giảm làm I lại
tăng lên và tiến tới làm việc xác lập tại c với tốc độ
2
<
1

- Khi thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ thì :
+
2
= U/Kđm = const .
+ = -(Kđm)
2
/R Phụ thuộc vào R .
R càng tăng thì càng giảm và đặc tính cơ càng mềm . Đây là điều
hoàn toàn không mong muốn .
* Nhận xét :
- Phơng pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản
bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ . Nó là phơng pháp điều chỉnh không
triệt để dải điều chỉnh phụ thuộc giá trị của mômen cản , độ chính xác duy
trì tốc độ không cao , độ tinh chỉnh kém .
- Khi điều chỉnh tốc độ xuống thấp , sai số tốc độ càng lớn và mômen ngắn
mạch càng nhỏ nghĩa là độ duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém , ngoài ra
số cấp điện trở có hạn , và việc điều chỉnh không trơn . Tất cả những
nguyên nhân trên đều hạn chế dải điều chỉnh
- Đặc biệt phơng pháp này gây tổn thất nhiều năng lợng do đó giảm hiệu
suất hệ thống .
b. Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông .
- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi từ thông nh hình vẽ .
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
20
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
đc
ckt
+
-

u
Ư

n
a
'
a
b
'
a
''
b
''
tn

1

2
c
- Khi điều chỉnh từ thông ngời ta không đặt vấn đề tăng từ thông vì :
+ Không cho phép nâng dòng kích từ lớn hơn định mức . Hơn nữa nếu
= đm mà tiếp tục tăng thì mạch từ bão hoà từ thông không thể tăng đ-
ợc nữa . vì vậy khi điều chỉnh từ thông ngời ta sẽ giảm từ đm trở xuống .
M
xK
Ru
xK
Udm
I
xK

Ru
xK
Udm
x
2
)(



==
khi giảm đm xuống 1, 2 với 1 > 2 .
Tại A có : xlA
Mc = const
= đm
- Khi giảm từ đm xuống 1 do quán tính cơ cha kịp thay đổi nên cha
thay đổi và chuyển sang A , M giảm xuống M
A
< Mc => tốc độ giảm và
động cơ làm việc xác lập tại B
- Khi giảm từ đm xuống 2 do quán tính cơ cha kịp thay đổi nên cha
thay đổi và chuyển sang A , M giảm xuống M
A
> Mc => tốc độ tăng và
động cơ làm việc xác lập tại B .
- Nh vậy khi giảm từ thông tốc độ có thể tăng hoặc giảm chứng tỏ phải có
một giá trị cực trị thoả mãn .
đm giảm > cực trị thì tốc độ giảm .
đm giảm < cực trị thì tốc độ tăng .
- Khi thay đổi từ thông thì :
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp

21
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
Mnm = KI = var .
Ru
K
2
)(


=
Khi càng giảm thì đặc tính cơ càng dốc ( đây là
điều hoàn toàn không mong muốn vì sẽ làm cho St tăng )
* Nhận xét :
Khi điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông thì
- Vì công suất mạch kích từ nhỏ nên việc điều chỉnh là dễ dàng và tổn hao
công suất ít
- Khả năng tự động hoá cao .
- Độ cứng đặc tính cơ giảm mạnh khi từ thông giảm và tốc độ không tải lý
tởng tăng , sai lệch tĩnh tăng .
- Dải điều chỉnh khi thay đổi từ thông nói chung là không rộng .
- Khi giảm từ thông để tăng tốc độ thì điều kiện chuyển mạch cổ góp xấu đi
vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thờng thì phải đồng thời
giảm I => mômen cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh .
- Do điện cảm lớn nên hằng số thời gian lớn , thời gian quá độ dài .
c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt lên phần
ứng động cơ .
- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện áp phần ứng cho nh hình
vẽ .
đc

ckt
nomax = no1
n
m
bbđ
u
đk
nomin = no5
no2
no3
no4
M
dmK
R
dmK
Ux
I
dmK
R
dmK
Ux
2
)(



==
Khi U giảm thì tốc độ giảm
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
22

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
dmK
Ux
x


=
0
cũng giảm khi U giảm .
R
K
2
)(


=
= const .
Dải điều chỉnh lớn :
1
1
max0


=
Kqt
Mdm
D

Trong đó Kqt : hệ số quá tải Kqt < 2
Độ trơn điều chỉnh :
1
1
=
+
i
i
i



* Nhận xét :
- Đây là phơng pháp đợc đánh giá tốt , nó là phơng án điều chỉnh triệt để ,
nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi không
tải lý tởng , phơng pháp này đảm bảo sai số tốc độ nhỏ , khả năng quá tải
lớn , dải điều chỉnh rộng và tổn thất năng lợng ít.
- Phần tử điều khiển nằm ở mạch điều khiển bộ biến đổi nên độ tinh điều
khiển cao , thao tác nhẹ nhàng và khả năng tự động hoá cao .
- Khi thay đổi U độ cứng đặc tính cơ không thay đổi nên giảm sai lệch tĩnh
- Đặc biệt phơng pháp này rất thích hợp với loại tải mang tính chất phản
kháng và bằng hằng số ( Mc = const ) .
* Nhận xét chung :
Qua việc phân tích cấu tạo , đặc điểm cũng nh các phơng pháp điều chỉnh
tốc độ đối với từng loại động cơ . Đồng thời căn cứ vào yêu cầu công nghệ
đòi hỏi thiết kế hệ truyền động điện với chất lợng cao , Mc = const mang
tính chất phản kháng với dải điều chỉnh rộng , điều chỉnh tốc độ dễ dàng ,
yêu cầu có đảo chiều và quá trình quá độ xảy ra thờng xuyên nên ta chọn
động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ cho truyền động chính và

chọn phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp mạch phần
ứng vì những u điểm nổi bật của chúng .
I.2. Phân tích chọn bộ biến đổi :
Cấu trúc phần mạch lực của hệ thống truyền động điều chỉnh động
cơ bao giờ cũng cần có bộ biến đổi , các bộ biến đổi này cấp điện cho mạch
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
23
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
phần ứng hoặc kích từ của động cơ . Cho đến nay trong công nghiệp sử
dụng 4 bộ biến đổi chính
- Bộ biến đổi máy điện gồm : Động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc
máy khuếch đại .
- Bộ biến đổi điện từ : Khuếch đại từ
- Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn : Chỉnh lu Tiristor hoặc Diôt
- Bộ biến đổi chỉnh lu không điều khiển + xung áp một chiều : Tranzitor
hoặc Tiristor
I.2.1 : Bộ biến đổi máy điện
- Bộ biến đổi này gồm máy phát một chiều kích từ độc lập phát ra điện áp
cung cấp cho mạch phần ứng động cơ , máy phát này thờng do động cơ sơ
cấp không đồng bộ 3 pha ĐK kéo quay và tốc độ quay của máy phát là
không đổi .
Sơ đồ nguyên lý nh sau :
bbđ
u
đk
u
kF
đ
đk

u
F =
u
D
Ngời ta đã chứng minh đợc :
KF
F
KF
KF
KF
KFFFFFFF
i
C
R
U
i
iCKKE


=
=
==



K
F
: Hệ số cấu trúc máy phát .
C : Hệ số góc của đặc tính từ hoá .
Vậy sức điện động của máy phát tỉ lệ điện áp kích thích bởi hệ số hằng K

F
KFFF
UKE =
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
24
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ Svtk: Phm c
Dng
Khi ta thay đổi U
KF
sẽ thay đổi đợc E
F
tức là thay đổi đợc điện áp đặt lên
động cơ
Nếu đặt R = R
F
+ R
D
Thì ta có phơng trình đặc tính của hệ nh sau :
I
K
R
U
K
K
KF
F


=
KD

KDKF
KF
F
U
M
UU
M
K
R
U
K
K
.
).(
)(
0
2





=
=
Từ hệ trên ta thấy khi điều chỉnh dòng kích thích máy phát thì điều chỉnh đ-
ợc tốc độ không tải còn độ cứng đặc tính cơ thì không đổi .
* Nhận xét :
_ Ưu điểm : Đây là một hệ thống cổ điển nhng vẫn thờng đợc sử dụng bởi :
+ Đơn giản , dễ điều chỉnh , độ tin cậy cao , ít phụ thuộc vào sự thay đổi
của nhiệt độ môi trờng .

+ Điện áp ra bằng phẳng gần nh không có sóng hài bậc cao .
+ Dải điều chỉnh D = 10/1ữ30/1 . Khi sử dụng các biện pháp ổn định tốc độ
dải điều chỉnh D có thể đạt D= 100/1ữ200/1
+ Có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp
+ Hệ thống làm việc linh hoạt ở bốn góc phần t
+ Thực hiện tốt việc đảo chiều và các chế độ hãm
+ Phù hợp với tải Mc = const
- Nhợc điểm
+Công suất lắp đặt của hệ thống lớn gấp 5 lần công suất tải
+ Việc gia công nền móng tốn kém , diện tích lắp đặt lớn
+ Bảo quản phức tạp , gây tiếng ồn lớn
+ Hiệu suất không cao do sử dụng nhiều máy điện .
I.2.2 : Bộ biến đổi điện từ :
Sơ đồ nguyên lý nh sau :
Trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
25