Bài tập lớn điện cơ thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện động cơ một chiều

Đề tài: Thiết kế mạch điều chỉnh tự động tốc độ hệ truyền động điện động cơ
một chiều.
Nội dung: Cho hệ điều chỉnh tự động TĐ Đ một chiều có khối như hình vẽ:

Hệ số khuếch đại bộ chỉnh lưu
Kcl =m+2 ( với m là số thứ tự nhóm). Tvo + T®k = 0,0015s
Động cơ 1 chiều kích từ độc lp có thông số: Pđm =2*m =14(kW) vi m s thứ tự
nhóm; U®m = 400V; η®m = 0,9; n®m=955v/phót ; Tư =0.07 s; Tc =0,22 s
Ti=0,003 s; Tω =0,05 s Ki =0,04 ; Kω = 0,01.
Tổng quan về hệ TĐ Đ T-Đ
Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ.
Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng theo tiêu chuẩn modul tối
ưu.
4 Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn modul đối
xứng.
4. Khảo sát đặt tính động học của hệ bằng phần mềm simulink và rút ra kết
luận.
1
2
3

5. Xây dựng sơ đồ nguyên lý hệ ( bao gồm sơ đồ nguyên lý đầy đủ cả mạch
điều khiển dùng TCA785, mạch lực, mạch đo lường cảm biến). Dùng Bộ biến đổi
chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng. Tính chọn các thiết bị linh kiện.


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN T-Đ
Giới thiệu Tiristor
Tiristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n, tạo ra 3 lớp tiếp
giáp p-n J1 ,J2 ,J3. Tiristo có 3 cực anot A, catot K, cực điều khiển G như hình dưới
1.1

Hình 1.1 Cấu tạo và ký hiệu của Tiristor.
• Nguyên lý làm việc của Tiristor:
Tiristor chỉ cho phép dòng chạy qua một chiều, từ anot đến catot và cản trở
dòng chạy theo chiều ngược lại. Tiristor dẫn dịng ngồi điều kiện phải có điện áp
UAK> 0 cịn phải thêm một số điều kiện khác nữa. Do đó tiristor được coi là phần tử
bán dẫn có điều khiển để phân biệt với một số phần tử bán dẫn khác không điều
khiển như Điot.
Mở Tiristor:
Khi được phân cực thuận, UAK>0, tiristor có thể mở bằng hai cách:
- Thứ nhất, có thể tăng điện áp anot – catot cho đến khi đạt giá trị điện áp thuận
lớn nhất. Khi đó điện trở tương đương trong mạch anot – catot sẽ giảm đột ngột và
dòng qua tiristor hoàn toàn do mạch ngoài xác định. Phương pháp này khơng áp
dụng ngồi thực tế do ngun nhân mở không mong muốn và không phải lúc nào
cũng tăng được điện áp đến giá trị U th,max . Và lại sẽ xảy ra trường hợp tiristor sẽ tự
mở dưới tác dụng của các xung áp tại một thời điểm ngẫu nhiên không xác định
được.
- Thứ hai, phương pháp được áp dụng trong thực tế , là đưa một xung dòng điện
có giá trị nhất định vào giữa cực điều khiển và catot. Xung dòng điện điều khiển sẽ
chuyển trạng thái của tiristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp ở mức điện áp
anot – catot nhỏ. Khi đó nếu dòng qua anot – catot lớn hơn giá trị nhất định, gọi là
dịng duy trì (Idt) thì tiristor sẽ tiếp tục ở trong trạng thái mở dẫn dịng mà khơng
cần đến sự tồn tại của xung điều khiển nữa. Điều này nghĩa là có thể điều khiển các
tiristor bằng các xung dịng có độ rộng xung nhất định, do đó cơng suất của mạch
điều khiển có thể là rất nhỏ, so với công suất của mạch lực mà tiristor là một phần
tử đóng cắt và khống chế dịng điện.
Khóa Tiristor:
Một khi Tiristor đã mở thì sự hiện diện của tín hiệu điều khiển I g khơng cịn
là cần thiết nữa. Để khóa Tiristor có 2 cách:

Giảm dòng điện làm việc I xuống dưới giá trị dịng điện duy trì IH.
Đặt một điện áp ngược lên Tiristor (biện pháp thường dùng)
Khi đặt điện áp ngược lên Tiristor UAK< 0, hai mặt ghép J1 và J3 bị phân cực
ngược, J2 bây giờ được phân cực thuận. Những điện tử, trước thời điểm đảo cực
tính UAK, đang có mặt tại P1, N1, P2 bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dịng điện
ngược chảy từ katơt về anơt, về cực âm của nguồn điện áp ngoài.
Lúc đầu của q trình, từ t 0 đến t1, dịng điện ngược khá lớn, sau đó J 1 rồi J3
trở nên cách điện. Cịn lại một ít điện tử bị giữ lại giữa hai mặt ghép J 1 và J3, hiện
tượng khuếch tán sẽ làm chúng ít dần đi cho đến hết và J 2 khơi phục lại tính chất
của mặt ghép điều khiển.
Trong các sơ đồ chỉnh lưu trên, giá trị điện áp trung bình một chiều ra tải
phụ thuộc vào góc điều khiển mở của Tiristor:
-

Ud = Ud0.cos
Do đó, khi thay đổi góc điều khiển

α

α

thì ta sẽ thay đổi được giá trị điện áp

trung bình ra tải. Nếu tăng giá trị góc điều khiển
ngược lại, giảm

α

α

thì điện áp trung bình sẽ giảm,

thì điện áp trung bình sẽ tăng. Giá trị lớn nhất của điện áp trung

α

bình ra tải là Ud0, ứng với góc =0.
Dịng điện trung bình qua tải:
I=

I=

Ud
Zd

2
Zd = X L + R2

với
Trường hợp trong mạch tải có thêm suất điện động phản kháng:

Ud − E
Zd

1.2 Giới thiệu động cơ một chiều
Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là một loại
máy quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng
nguồn điện xoay chiều thông dụng.
Do động cơ điện một chiều có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc

độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải. Chính vì vậy mà
động cơ một chiều được dùng nhiều trong các nghành cơng nghiệp có u cầu cao
về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải,các nghành cơng
nghiệp hay địi hỏi dùng nguồn điện một chiều...
Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất định
của nó như so với máy điện xoay chiều thì giá thành đắt hơn chế tạo và bảo quản
cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện)... nhưng do những ưu điểm nổi


trội của nó nên động cơ điện một chiều vẫn có một tầm quan trọng nhất định trong
sản suất.
1.2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh và phần động.
1.2.1.1. Phần tĩnh
Đây là đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:
+ Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây
quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ
thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện
nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulơng. Dây
quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được
bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ.
Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau.
+ Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải
thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân
cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ
phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
+ Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ
máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong
máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm
vỏ máy.

+ Các bộ phận khác:
- Náp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp
máy cịn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm
bằng gang.
- Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngồi. Cơ cấu chổi
than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lị xo tì chặy lên cổ
góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi
than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều
chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
1.2.1.2. Phần quay
Bao gồm những bộ phận chính sau :
+ Lõi sắt: Là phần ứng dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ
thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn
hao do dịng điện xốy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép
lại thì dặt dây quấn vào.
Trong những động cơ trung bình trở lên người ta cịn dập những lỗ thơng gió
để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thơng gió dọc trục.


Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ,
giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thơng gió. Khi máy làm việc
gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục.
Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rơto. Dùng giá rơto có thể
tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
+ Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện
động và có dịng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có
bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có cơng suất dưới vài kw thường dùng dây có
tiết diện trịn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây

quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt
hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit.
+ Cổ góp: dùng để đổi chiều dịng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp
gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4
đến 1,2mm và hợp thành một hình trục trịn. Hai đầu trục trịn dùng hai hình ốp
hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ trịn cũng cách điện bằng mica. Đi
vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các
phiến góp được dễ dàng.
+ Các bộ phận khác:
- Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều
thường chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ thơng gió. Cánh
quạt lắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngồi vào
động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra
ngồi làm nguội máy.
- Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi.
Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt.
1.2.2 Động cơ một chiều kích từ độc lập
1.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý:
_

+

Uu

Rf
ĐC

I

CKTD

RKT

IKT
UKT
+

_


Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập
R + Rf
U
ω= u − u
KΦ ( KΦ ) 2
Ta có phương trình đặc tính cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy Có ba thơng số ảnh hưởng đến đặc tính
cơ đó là:
- Từ thơng động cơ (Φ).
- Điện áp phần ứng (Uư).
- Điện trở phần ứng.
Sau đây ta sẽ lần lượt đi xét những ảnh hưởng của từng tham số đó:
1.2.2.2 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng :
Giả thiết : Uư=Uđm=const
Φ = Φđm=const
Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tưởng:
U dm
= Const
KΦ dm

ω0 =
Độ cứng đặc tính cơ:
β=

∆M
( KΦ ) 2
=−
= Var
∆ω
Ru + R f

β

Khi Rf càng lớn,
càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf = 0
Ta có đặc tính cơ tự nhiên:
βtn = -

( KΦ ) 2
Ru

βtn có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các
đường đặc tính có điện trở phụ. Như vậy khi thay đổi điện trở phụ R f ta được một
họ đặc tính biến trở có dạng như hình 1.4. Ứng với một phụ tải M c nào đó, nếu Rf
càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm, đồng thời dịng điện ngắn mạch và mơmen
ngắn mạch cũng giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn
chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.

Hình 1.3: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập
khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
1.2.2.3 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:
Giả thiết : Φ = Φdm = const
Rư = const
Khi thay đổi điện áp phần ứng : Uưω0 x =

Tốc độ không tải lý tưởng :

Ux
= Var
KΦ dm

( KΦ ) 2
= Const
Ru

Độ cứng đặc tính cơ : βox =
Như vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc
tính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.5). Ta thấy khi thay đổi điện áp
(giảm áp) thì mơ men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm ứng với
phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng có thể sử dụng để điều chỉnh tốc
độ và hạn chế dịng điện khởi động.

Hình 1.4: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập
khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ


1.2.2.4 Ảnh hưởng của từ thông:

Giả thiết : Uư = Uđm = const
Rư = const
Khi ta thay đổi từ thông tức là ta thay đổi dịng kích từ (Ikt) động cơ.
ω0 x =

Tốc độ không tải lý tưởng:

U dm
= var
KΦ x

( Kφ x ) 2
β =−
= var
Ru

Độ cứng đặc tính cơ:
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên

ω0 x

β

khi từ thông giảm thì
tăng, cịn
sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với
tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thơng.

ω0 x

Hình1.5:Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thơng
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thơng:
I nm =

U dm
= Const
RU

Dịng điện ngắn mạch:
Mô men ngắn mạch: Mnm = KΦxInm = var
Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thơng được biểu diễn
trên hình 1.6.
Với dạng mơmen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì
khi giảm từ thơng tốc độ động cơ tăng lên (Hình 1.5 b)
1.3 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều
1.3.1 Khái niệm chung về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều
Là bộ chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải một chiều, nghĩa là đổi
điện áp xoay chiều của nguồn thành điện áp một chiều trên phụ tải.
Điện áp một chiều trên tải không được lý tưởng như điện áp của ắc quy mà
có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một chiều.


Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được coi là một chiều nhưng thực sự là điện
áp đập mạch. Trị số điện áp một chiều, hiệu áp suất ảnh hưởng của chúng do nguồn
xoay chiều rất khác nhau.
Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dòng điện) ra là
1 chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiều điều
khiển ngược.
Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà có
thể thực hiện được các chuyện mạch dòng điện giữa các phần tử lực.

Việc phân loại chỉnh lưu phụ thuộc nhiều yếu tố:
- Theo số pha có: Chỉnh lưu 1 pha, chỉnh lưu 3 pha...
- Theo sơ đồ nối có: Chỉnh lưu nửa chu kỳ, chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ, chỉnh
lưu hình cầu, chỉnh lưu hình tia...
- Theo sự điều khiển có: Chỉnh lưu khơng điều khiển, chỉnh lưu có điều
khiển, chỉnh lưu bán điều khiển.
1.3.2 Giới thiệu sơ đồ

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu – động cơ một chiều
Trong đó:
+ Đ: động cơ một chiều kích từ độc lập, thực hiện chức năng biến năng
lượng điện một chiều thành cơ năng truyền động cho cơ cấu sản xuất
+ BBĐ: là bộ biến đổi van có điều khiển, thực hiện chức năng biến năng
lượng điện xoay chiều thành năng lượng điện một chiều cung cấp cho động cơ
+ Uđ tín hiệu điện áp đặt
+ FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ
+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu
+ FX là mạch phát xung


1.3.2.1 Hoạt động của hệ thống
Giả sử ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới với điện áp thích hợp, lúc
này động cơ vẫn chưa làm việc. Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt U đ ứng
với một tốc độ nào đó của động cơ. Thơng qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ suất
hiện các xung đưa tới các chân điều khiển của các van của bộ biến đổi, nếu lúc này
nhóm van nào đó đang được đặt điện áp thuận, van sẽ mở với góc mở α. Đầu ra
của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơ→động cơ quay với tốc độ ứng
với Uđ ban đầu.
Trong quá trình làm việc, nếu vì một ngun nhân nào đó làm cho tốc độ
động cơ giảm thì qua biểu thức : UĐK = Uđ - ϒn.

khi n giảm →UĐK tăng →α giảm →Ud tăng → n tăng về điểm làm việc yêu cầu.
Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý ổn
định tốc độ.
* Đặc tính cơ của hệ thống truyền động:
Chế độ dịng điện liên tục:
Dịng điện chỉnh lưu Id chính là dịng phần ứng.
Dựa vào sơ đồ thay thế (hình 2.2) viết được sơ đồ đặc tính.
E do . cos α R + X K
−
I
K .φ dm
K .φ dm
E . cos α R + X K
n = do
−
M
K .φ dm
( K .φ dm ) 2
n=

β=

( Kφ dm ) 2
R + XK

Đặc tính cơ có độ cứng
Xk : Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van.
Thay đổi góc điều khiển:
+ Khi α = 0 ÷ π  sđđ chỉnh lưu biến thiên từ Edo đến - Edo và ta được một họ
đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải mặt phẳng toạ độ [ω , M ] do các van

khơng cho dịng điện phần ứng đổi chiều.
Các đặc tính cơ của hệ T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ bởi
thành phần sụt áp ∆U k do hiện tượng chuyển mạch giữa các van bán dẫn gây nên.


Hình 1.7: Họ đặc tính cơ của hệ

0≤α ≤

π
2 : Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu, động cơ có thể

+ Khi
làm việc ở chế độ động cơ nếu sđđ E > 0 và ở chế độ hãm ngược nếu sđđ E đổi
chiều.

π
≤ α ≤ α max
+ Khi 2
: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc,

biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số lưới và trả về lưới
điện. Động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng.
Dịng điện trung bình của mạch phần ứng:
I=

E − Ed
R+ XK

Phương trình đặc tính:

ω=

E do . cos β R + X K
+
.I
Kφ dm
Kφ dm

- Chế độ dịng điện gián đoạn:
Trong thực tế tính tốn hệ T - Đ chỉ cần xác định biên giới vùng dòng
điện gián đoạn, là đường phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng điện gián
đoạn. Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn λ = 2π /p và góc chuyển
mạch µ = 0 .
Đường biên liên tục gần là đường elip.
Để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, tăng số pha của chỉnh lưu. Tuy nhiên
khi tăng số pha chỉnh lưu sơ đồ sẽ phức tạp.
1.3.2.2 Đánh giá chất lượng của hệ thống
- Ưu điểm:
+ Tốc độ nhanh, không gây tiếng ồn và dễ tự động hố do các van bán
dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao.


+ Cơng suất tổn hâo nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ
+ Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa.
- Nhược điểm:
+ Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao,
gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống.
+ Chuyển mạch làm việc khó khăn do đường đặc tính nằm trong mặt
phẳng toạ độ.
+ Trong thành phần của hệ biến đổi có MBA nên hệ số cos ϕ thấp.

+ Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc
khó khăn với các hệ thống đảo chiều.
+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên khơng phù hợp truyền
động có tải nhỏ.

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ
2.1 Xây dựng cấu trúc của hệ thống:
Từ sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ ta có sơ đồ cấu trúc trạng thái ổn
định:
-E
BBĐ

-

-

I


-

Trong đó :
- Rω:Bộ đièu chỉnh tốc độ quay.
- Ri: Bộ điều chỉnh dòng điện.
- Uđ : Điện áp chủ đạo.
- Uω: Điện áp phản hồi tốc độ
- Ui: Điện áp phản hồi âm dòng điện.
- Ki: Hệ số phản hồi âm dòng điện.
- Kω: Hệ số phản hồi âm tốc độ.

2.2. Xác định các tham số của sơ đồ cấu trúc hệ truyền động.
P =14Kw
n = 0.9

U=400V
nđm= 955(vòng/phút)

+ Iđm = = = 38.88(A)
+Rư=0,5(1-n). =0,5(1-0,9).= 0,514(Ω)
+ωđm== = 100(Rad/s)
+Kđm == = 3.8
+J==6.18kg.m2


Kcl = 9, Ki = 0.04, Kω = 0.01
Tvo + Tđk = 0.0015s
Tư = 0.07s, Ti = 0.003s
Tc = 0.22s , Tω = 0.05s

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CẤU TRÚC
VÀ THAM SỐ BỘ ĐIỀU CHỈNH DÒNG THEO TIÊU CHUẨN
MODUL TỐI ƯU
3.1. Tổng hợp bộ điều chỉnh
Trong các hệ truyền động tự động cũng như các hệ chấp hành thì mạch vịng
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, ngồi ra nó cịn
có chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc...
Do quán tính cơ học lớn hơn rất nhiều so với quán tín điện từ (Tc >> Tư) cho
nên biến đổi tốc độ chậm hơn biến đổi tốc độ dịng điên.
Trong mạch vịng dịng điện có thể coi

dạng:

ΔE Đ ≈ 0

.Lúc này mạch vịng dịng điện có


Hình 3-1. Sơ đồ khối mạch vịng dịng điện
Trong đó:
- hàm truyền của bộ điều chình dịng điện (cần tìm)
B(p) - hàm truyền của bộ biến đổi, có dạng như sau:
Với:

- hệ số chỉnh lưu
- hằng số chuyển mạch chỉnh lưu
- hằng số thời gian mạch điều khiển chỉnh lưu

A(p) - hàm truyền của động cơ khơng tính đến suất điện động phần ứng

Với:

- hằng số thời gian phần ứng.
- hàm truyền của khâu phản hồi dịng điện, có dạng như sau:

Với:

- hằng số thời gian của sensor dòng điện
=0.04- hệ số phản hồi mạch vòng dòng điện

Ta chuyển đổi mạch phản hồi dòng điện về mạch phản hồi đơn vị, ta có sơ

đồ tương đương như sau:
U

B(p)
-

A(p)

I


Hình 3-2 : Sơ đồ tương đương .
-

Ta có hàm truyền hệ kín của sơ đồ khi chưa chuyển đổi:

-

Ta có hàm truyền hệ kín của sơ đồ khi đã chuyển đổi:

Mặt khác:
-

Vậy áp dụng tiêu chuẩn tối ưu môđun cho hàm truyền sơ đồ đã chuyển
đổi:

-

Thay các hàm truyền tương ứng vào với:

Mặt khác, các hằng số thời gian rất nhỏ so với hằng số thời gian điện
từ . Đặt thì có thể việt lại ở dạng gần đúng như sau:
Trong đó , ta chọn thay vào ta có:
Vậy hàm truyền của mạch vịng kín sẽ là:
3.2. Tính tốn thơng số bộ điều chỉnh
-

Hệ số biến đổi dịng điện:


-

Hình 3-3 Sơ đồ máy biến dịng.
Ta sử dụng mạch biến dòng, đo dòng trực tiếp từ nguồn 3 pha đưa qua
bộ chỉnh lưu điốt có lọc để lấy phản hồi dòng điện về cho động cơ.

-

Hệ số chỉnh lưu

-

- điện áp điều khiển đưa vào mạch chỉnh lưu (chọn )
=0,0015+0,003=0.0045 (s)
Hàm truyền

- Thiết kế mạch điều chỉnh dòng điện
Vậy mạch điều chỉnh dòng của ta sẽ bộ điều chỉnh PI

Hình 3-4. Sơ đồ bộ điều chỉnh PI

Mặt khác:


Ri(p) = +
Suy ra: = 11.11 và R1C2 = 0.0063
Chọn R1 = 5KΩ , R2 = 55.55KΩ
C2 = 12.610-6 µF.

CHƯƠNG IV: XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC
VÀ THAM SỐ BỘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
THEO TIÊU CHUẨN MODUL TỐI ƯU ĐỐI XỨNG
4.1. Tổng hợp bộ điều chỉnh
Vì động cơ cịn bị ảnh hưởng bởi yếu tố thay đổi của tải trọng nên trong
trường hợp này chúng ta sẽ tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ theo
tiêu chuẩn tối ưu đối xứng để có thể đạt được u cầu vơ sai cấp cao
Sơ đố khối của mạch vòng điều chỉnh tốc độ:
C(p)


Hình 4-1 : Sơ đồ khối mạch vịng điều chỉnh tốc độ .
Trong đó:
- Hàm truyền bộ điều chỉnh tốc độ
- Hàm truyền hệ kín của vịng điều chỉnh dịng điện
- Hàm truyền khâu phản hồi tốc độ
Với:

- Hệ số phản hồi của máy phát tốc
- Hằng số thời gian của máy phát tốc

C(p) - Hàm truyền cơ học của động cơ khi bỏ qua ma sát trên

trục động cơ
Với: J - Mơmen quan tính của động cơ
-

Áp dụng hàm chuẩn tối ưu đối xứng (vì tính đến nên tổng hợp theo
tiêu chuẩn tối ưu đối xứng để sai số của hệ thống được giảm thiểu):
-

Hàm truyền hệ kín của sơ đồ trên

-

Áp dụng hàm chuẩn tối ưu đối xứng (sử dụng cách biến đổi sơ đồ giống
như ở phần thiết kế mạch vịng dịng điện) ta có:

-

Thay các hàm truyền tương ứng vào
Vậy:


Mặt khác, ta có thể bỏ qua thành phần vì là vô cùng bé và các
hằng số thời gian và rất nhỏ nên đặt , ta có hàm truyền gần đúng như
sau:
Vì là tổng các hằng số thời gian vơ cùng nhỏ nên ta chọn , ta có:
Vậy hàm truyền của mạch vịng kín sẽ là
4.2. Tính tốn thơng số bộ điều chỉnh
- Hệ số phản hồi của máy phát tốc:
Ta có sơ đồ của máy phát tốc như sau:

Hình 4-2 : Sơ đồ máy phát tốc .
Ta có:

-

Kω=0.01
Mặt khác ,Ts’=0,059 (s)
Hàm truyền

Thiết kế mạch điều chỉnh tốc độ
Ở đây ta sử dụng mạch điều chỉnh với khâu PI
Để tránh quá trình quá độ của được tạo ra bởi khâu điều chỉnh tốc độ
của hệ thống, ta sẽ sử dụng một khâu hạn chế để có thể làm bão hịa điện áp
q độ giúp dịng điện phần ứng sẽ khơng còn bị độ quá điều chỉnh lớn nữa


Sơ đồ như sau:

Hình 4-3 : Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ với khâu PI.
Mặt khác:
Ri(p) = +
Suy ra: = 55.12 và R1C2 = 0.0042
Chọn R1 = 1KΩ , R2 = 55.12KΩ
C2 = 4.210-6 µF.

+ Hàm truyền của các khâu tìm được như sau:


(Wb)

CHƯƠNG V: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA HỆ
5.1. Mô phỏng trên Matlab Simulink


A.Lúc khơng tải

1.Mạch vịng điều chỉnh dịng điện.
+Mc=Mt=0
+thời gian đạt tới trạng thái ổn định:4.2s
+sai lệch tĩnh:1%
Nhận xét:
Hệ thống đạt trạng thái ổn định khá nhah.
2.Mạch vòng tốc độ.
+Mc=Mt=0
+Độ quá điều chỉnh 85%
+thời gian đạt tới trạng thái ổn định:3.5s
+thời gian đạt tới tín hiệu đặt:0.857s
+sai lệch tĩnh:1%


B.Lúc có tải

1.Mạch vịng điều chỉnh dịng điện.
+Mc=Mt=147.4
+Iư=38.8A
+thời gian đạt tới trạng thái ổn định:3.8s
+sai lệch tĩnh:1%
Nhận xét:dòng điện tăng lên tới giá trị định mức
2.Mạch vòng tốc độ.
+Mc=Mt=147.4

+Độ quá điều chỉnh 85%
+thời gian đạt tới trạng thái ổn định:3.2s
+thời gian đạt tới tín hiệu đặt:0.857s
+sai lệch tĩnh:1%


+tốc độ vẫn đạt trạng thái ổn định khi có tải.
Giảm I của bộ Rω xuống 1.05 và tăng P của bộ Rω lên 60.5
A.Khơng tải

1.Mạch vịng dịng điện.
+Iư=0;
+Thời gian tín hiệu đạt trạng thái ổn định:1.25s
Nhận xét:thời gian đạt tới trạng thái ổn định khá nhanh
2.Mạch vòng tốc độ.
+Mc=Mt=0
+Độ quá điều chỉnh 8.5%
+thời gian đạt tới trạng thái ổn định:1.25s
+thời gian đạt tới tín hiệu đặt:0.857s
+sai lệch tĩnh:1%
B. Trường hợp có tải