Thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập

Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
LI NểI U
Trong s nghip cụng nghip hoỏ hin i hoỏ ca t nc, Truyn ng in
gi mt vai trũ quan trng trong cỏc dõy truyn sn xut nõng cao nng sut v
cht lng sn phm.
Trong trng hc thỡ Truyn ng in l mụn hc c bit quan trng vi
ngnh in khớ hoỏ v c in m. Nú giỳp cho sinh viờn hiu c rừ bn cht
truyn ng, c, in, t ng c mt chiu v xoay chiu, cỏc c tớnh, cỏc ch
lm vic ca ng c.
ti Thit k b iu khin tc ng c mt chiu kớch t c lp vi
nhiu ni dung phong phỳ ó giỳp cho em cú th hiu sõu hn v mụn hc Truyn
ng in, sau khi thit k ỏn bn thõn thy mỡnh vng tin hn vi thc t sn
xut. Trong sut quỏ trỡnh lm ỏn thit k em ó nhn c s hng dn ch bo
tn tỡnh ca thy Thỏi Duy Thc, cựng vi s giỳp úng gúp ý kin ht sc nhit
tỡnh ca cỏc bn bố ng nghip, n nay bn ỏn ó hon thnh. Song vỡ kin thc
bn thõn cũn nhiu hn ch v iu kin tip cn thc t khụng nhiu nờn bn thit
k khụng trỏnh khi nhng thiu sút. Vy em rt mong s nhn c nhiu ý kin
úng gúp v nhn xột ca cỏc Thy giỏo cựng cỏc bn bố ng nghip bn ỏn
ny c hon thin hn, ng thi giỳp cho em cú th nõng cao trỡnh chuyờn
mụn v ỏp dng c nhng kin thc ó hc vo thc t cụng vic ca mỡnh.
Em xin trõn trng cm n thy giỏo cựng cỏc bn ng nghip ó giỳp em hon
thnh ỏn ny!
Qung Ninh, ngy 22 thỏng 05 nm 2009
Sinh viờn: Nguyn Ngc H
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
1
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc

Các thông số kỹ thuật cơ bản của phương án thiết kế:
n=29
Thiết kế hệ truyền động điện cho máy công tác có Mc=Mđm của động cơ

Biết Mc là loại tác dụng.Các số liệu ban đầu của động cơ:
- Động cơ một chiều kích thích độc lập,
- Điện áp định mức : U
đm
= 440 (V);
- Công suất định mức của động cơ: P
đm
= 3+n=3+29=32 (kW)=32000 W
- Tốc độ quay của động cơ: n = 1750 (vg/ph);
- Dòng điện định mức: I
đm
= I
ư
=
=
Udm
Pdm
=
=
440
32000
72,73 (A);
- Điện trở phần ứng: R
ư
=(2,381- 0,015x29)=1,946 (Ω);
- Mômen quán tính của phần ứng J
đc
= 0.022x29=0.638 (kg/m
2
);

-Điện cảm phần ứng:Lư=(0,028-0,0002x29)=0,0222 H;
-Điện trở phần kích từ :Rkt=(281,3-1,44x29)=239,54 (Ω);
-Điện cảm phần kích từ:Lkt=(156-0,9x29)=129,9 (Ω);
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
2
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
CHƯƠNG 1:
CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ
Trong một hệ thống Truyền động điện tự động, thì động cơ điện là phần tử có
vai trò rất quan trọng, nó làm nhiệm vụ truyền động cho cả hệ thống TĐĐ. Do đó,
đòi hỏi người thiết kế TĐĐ tự động, phải chọn được một phương án cung cấp điện
phù hợp nhất với động cơ điện của hệ thống, nhằm đảm bảo được các yêu cầu: Cung
cấp điện cho động cơ làm việc tin cậy mà vẫn đảm bảo được hiệu quả cao trên cả hai
phương diện kinh tế và kỹ thuật.
Mặt khác, như ta đã biết Hệ thống cung cấp điện cho một xí nghiệp sản xuất
nói chung, được quyết định bởi công suất tiêu thụ của các phụ tải; đặc điểm của xí
nghiệp và hướng phát triển cung cấp điện nói chung. Nói cách khác, trong một phạm
vi hẹp hơn là một hệ thống TĐĐ tự động, thì việc chọn phương án cung cấp điện
phải căn cứ vào trị số công suất của động cơ điện; đặc điểm làm việc của động cơ
trong hệ thống. Vì vậy, trong chương 1 này sẽ giới thiệu về cách chọn phương án cấp
điện cho động cơ điện một chiều, đáp ứng được các yêu cầu như đề tài đã nêu
trên:”Thiết kế bộ điều khiển tốc độ cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập”.
1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ
Về lý thuyết để cấp điện một chiều (DC) cho động cơ, thì ta có thể dùng mạch
chỉnh lưu 1 pha hoặc 3 pha, có điều khiển hoặc không có điều khiển. Tuy nhiên, một
yêu cầu khác của đề tài đặt ra là phải điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ. Việc
điều khiển tốc độ quay của động cơ có thể được thực hiện theo các phương pháp sau:
1.1.1. Cấp điện cho động cơ bằng nguồn một chiều có sẵn
a) Sơ đồ cấu tạo
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn

3
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
- R
f1
; R
f2
; R
f3
: Cỏc in tr ph c u ni tip vi phn ng ng c hn
ch dũng in khi khi ng.
- 1K
1
, 2K
1
, 3K
1
: Cỏc tip im ca cụng tc t loi dn cỏc in tr trong
quỏ trỡnh khi ng.
- : Phn ng ng c.
- KTL: Cun dõy kớch t c lp ng c.
- R: in tr ph iu chnh dũng in trong cun dõy kớch t.
b) Nguyờn lý lm vic
- Cung cp in cho cun dõy kớch t c lp v phn ng ng c, lỳc ny cỏc
cun dõy cụng tc t 1K, 2K, 3K

cha cú in, cỏc tip im 1K
1
, 2K
1
, 3K

1
vn m,
ton b in tr ph R
f1
, R
f2
, R
f3
c u ni tip vi phn ng ng c. ng c
khi ng vi dũng in khi ng I
k
= (2 ữ 2,5).I
m
. Sau ú cỏc tip im 1K
1
, 2K
1
,
3K
1
ln lt c úng li m bo trong sut quỏ trỡnh khi ng ng c lm vic
vi dũng in:
(1,1 ữ 1,2).I
t
I
k
(2 ữ 2,5).I
m
Trong ú I
t

: Dũng in ti
Khi khi ng xong cỏc in tr ph R
f1
, R
f2
, R
f3
c loi ra khi phn ng
ng c. ng c lm vic n nh vi dũng in I

= I
t
.
- Vic khi ng v iu chnh tc ng c cú th s dng cỏc phng
phỏp:
+ u thờm in tr ph vo mch phn ng (nh ó trỡnh by trờn).
+ Thay i t thụng cun kớch t bng cỏch thay i in ỏp t vo hai u
cun dõy kớch t nh in tr m hoc thit b iu chnh ỏp mt chiu.
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện


+
_
R
f1
R
f2
R
f3
3K

1
2K
1
1K
1
R





_
+
KTL

Hỡnh
1.1
4
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
+ Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ bằng phương pháp điều chỉnh áp một
chiều nhờ thiết bị điều chỉnh áp một chiều.
- Việc đảo chiều quay động cơ có thể sử dụng các phương pháp : Đảo chiều
dòng điện mạch phần ứng hoặc dòng điện mạch kích từ bằng cách dùng cặp công tắc
tơ đảo chiều.
c) Ưu, nhược điểm:
- Ưu điểm:
+ Ít thiết bị trung gian đi kèm.
- Nhược điểm:
+ Nguồn một chiều có sẵn thường không có nên không ứng dụng rộng rãi
+ Thích hợp cho mỏ hầm lò có sẵn trạm chỉnh lưu nhưng với động cơ công suất

lớn tiết diện dây lớn dẫn đến tốn kém.
1.1.2. Cấp điện cho động cơ bằng máy phát điện một chiều (Hệ thống máy phát
- động cơ)
a) Sơ đồ cấu tạo
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
5
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
- ĐX: Động cơ xoay chiều truyền chuyển động quay cho máy phát F và máy
phát kích thích FK.
- FK: Máy phát tự kích thích cung cấp điện cho kích từ độc lập động cơ Đ, kích
từ độc lập máy phát F và mạch điều khiển.
- F: Máy phát cung cấp nguồn một chiều cho động cơ Đ.
- Đ: Động cơ một chiều.
- KTFK, KTF, KTĐ: Các cuộn dây kích từ của các máy phát và động cơ.
- R
1
, R
2
, R
3
: Điện trở điều chỉnh điện áp đặt vào hai đầu cuộn kích từ.
- T, L: Các cặp tiếp điểm đảo chiều dòng điện trong cuộn kích từ máy phát F
b) Nguyên lý làm việc
Đóng điện cho động cơ ĐX, động cơ quay lai máy phát F và máy phát FK quay.
Máy phát FK phát điện cung cấp điện cho mạch điều khiển và cuộn dây kích từ độc
lập động cơ KTĐ. Lúc này cuộn dây kích từ máy phát KTF chưa có điện nên máy
phát F chưa phát điện.
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
•
•

•
•
•
•
••
• •
•
F
FK
ĐX
Đ
R
1
R
2
R
3
T
T
U∼
L
L
•
•
Đến
mạch
điều
khiển
KTFK
KTF

KTĐ
Hình
1.2
6
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
Điều khiển đóng các cặp tiếp điểm T hoặc L cuộn dây kích từ máy phát F có
điện, máy phát F phát điện cung cấp điện cho động cơ Đ. Động cơ Đ quay, truyền
chuyển động cho máy công tác.
- Việc khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt
vào phần ứng động cơ nhờ thay đổi điện áp đặt vào hai đầu cuộn kích từ độc lập máy
phát F.
- Việc đảo chiều quay động cơ bằng cách đảo chiều điện áp phát ra của máy phát
F nhờ đảo chiều dòng điện kích từ độc lập máy phát thông qua các cặp tiếp điểm T
và L.
- Việc hãm động cơ thường sử dụng phương pháp hãm tái sinh, hãm ngược và
phanh cơ.
c) Ưu, nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Dễ điều khiển, điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay.
+ Khả năng chịu quá tải lớn.
- Nhược điểm:
+ Kết cấu cồng kềnh, làm việc tồn tổn hao công suất lớn do có nhiều thiết bị
trung gian.
+ Quy trình sửa chữa bảo dưỡng phức tạp, thích hợp cho động cơ có công suất
lớn và tải thay đổi phức tạp.
1.1.3. Cấp điện cho động cơ bằng chỉnh lưu có điều khiển
a) Sơ đồ cấu tạo (như hình vẽ 1.3)
- Đ: Động cơ một chiều kích từ độc lập.
- KTĐL: Cuộn dây kích từ độc lập động cơ.
- R: Điện trở điều chỉnh điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây kích từ.

- T
1
, T
2
, T
3
, T
4
, T
5
, T
6
: Các thyristor được mắc theo sơ đồ cầu để chỉnh lưu
nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ.
- D
1
, D
2
, D
3
, D
4
: Các điốt được mắc theo sơ đồ cầu để chỉnh lưu nguồn xoay
chiều thành nguồn một chiều cung cấp cho kích từ độc lập động cơ.
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
7
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
b) Nguyên lý làm việc
- Đóng điện cho bộ chỉnh lưu dùng điốt, kích từ độc lập của động cơ có điện.
- Đóng điện cho bộ chỉnh lưu dùng thyristor lúc này các thyristor chưa mở phần

ứng động cơ chưa có điện nên động cơ chưa làm việc.
- Phát chùm xung điều khiển vào chân điều khiển của các thyristor, các thyristor
sẽ được mở hoặc đóng theo quy luật phụ thuộc vào quy luật phát xung. Xuất hiện
dòng một chiều chạy trong phần ứng động cơ làm động cơ quay.
- Việc khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt
vào phần ứng động cơ nhờ thay đổi góc phát xung α.
- Việc đảo chiều quay động cơ thường sử dụng các phương pháp :
+ Dùng hai bộ chỉnh lưu cấp điện cho phần ứng động cơ hoặc cấp điện cho kích
từ độc lập động cơ.
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
Đ
R
•
T
1
T
3
T
5
T
4
T
6
T
2
D
1
D
2
D

4
D
3
KTĐL
•
•
•
•
•
•
•
•
• •
• • •
• •
Hình 1.3
U
2
∼
8
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
+ Đảo chiều dòng điện phần ứng hoặc đảo chiều dòng điện kích từ độc lập nhờ
các cặp tiếp điểm công tắc tơ.
+ Việc hãm động cơ thường sử dụng phanh cơ, hãm động năng, hãm đấu ngược,
hàm tái sinh với bộ chỉnh lưu có khả năng làm việc ở chế độ nghịch lưu.
c) Ưu, nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Là phương pháp ưu việt nhất, dễ ứng dụng vào nhiều vị trí sản xuất và ứng
dụng cho nhiều động cơ có công suất, điện áp khác nhau.
+ Kết cấu gọn nhẹ, tổn hao công suất nhỏ, dễ điều khiển và điều chỉnh tốc độ.

- Nhược điểm:
+ Giá thành đắt, đặc biệt đối với động cơ có công suất lớn.
+ Đòi hỏi người công nhân vận hành, sửa chữa phải có tay nghề cao.
Tóm lại: Với công suất động cơ mà đề tài yêu cầu thiết kế là P
đm
= 32 kW thì
chọn phương án cung cấp điện dùng chỉnh lưu có điều khiển là hợp lý nhất, sơ đồ
tổng quát như hình 1.4:
MSX
§
U
®k
kt
U
M
C
I
kt
B
ω
Hình 1.4
1.2. CUNG CẤP DÒNG MỘT CHIỀU CHO CUỘN KÍCH TỪ
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
9
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
Nếu dùng chỉnh lưu cho cuộn kích từ thì tải của nó là (L - R), để thuận tiện
cho việc điều khiển; chi phí đầu tư ban đầu thấp, ta sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 2 pha
bán điều khiển, có sơ đồ như hình vẽ 1.5:
Hình 1.5
Với cách bố trí như trên, thì ta có thể điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ

Đ, bằng cách thay đổi điện áp một chiều (U
DC
) cấp vào cuộn kích từ, nghĩa là có thể
điều chỉnh tốc độ quay của động cơ khác so với tốc độ cơ sở (tốc độ nằm trên đường
đặc tính tự nhiên). Vì vậy, nếu điều chỉnh hợp lý điện áp cấp vào phần ứng và điện
áp cấp vào cuộn kích từ, thì hệ thống có thể điều chỉnh tốc độ theo cả hai hướng
(hướng trên và hướng dưới so với tốc độ cơ sở, với các tải biến đổi theo quy luật
hypebol). Đây là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng mà một hệ thống TĐĐ tự động
cần đạt được.
1.3. PHƯƠNG PHÁP ĐỔI CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ
Để đảo chiều quay của động cơ trong hệ thống CL - Đ, người ta có thể dùng
một trong các phương án sau:
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
Đ
Đ
1
Đ
2
T
1
T
2
CK
U
kt
đ
k
U
B
I

kt
10
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
1.3.1. o chiu cc tớnh in ỏp u vo phn ng ca ng c, bng cỏch s
dng cu tip im
Ngi ta s dng hai Cụng-tc-tor, iu khin cho ng c quay thun (T)
v quay ngc (N), s nguyờn lý nh hỡnh v 1.6:

Đ
T
N
T
N
1
2
B
BA
đk
U
Hỡnh 1.6
Hai cp tip im T - T v N - N lm vic ngc nhau: Nu hai tip im ny úng;
thỡ hai tip im kia s m ra. Gi s khi mun cho ng c quay thun, iu khin
cho Cụng tc tor quay thun úng cỏc tip im T - T , dũng in chy t (+) ngun,
qua mt tip im T n cc s 1 ca ng c, qua dõy qun phn ng, qua cc s 2
v tip im T tr v (-) ngun. Tng t, vi trng hp mun ng c quay
theo chiu ngc li, cỏc tip im N - N c úng li; cỏc tip im T - T m ra,
dũng in qua phn ng s o chiu, ng c quay theo chiu ngc li.
Nhc im ca phng phỏp l kớch thc cng knh; cỏc tip im thng
xuyờn phi úng - m, vỡ vy vi cỏc ng c cụng sut ln dũng in lm vic cú
giỏ tr ln, lm cho cỏc tip im nhanh b phỏ hng; c bit l khú m bo an ton

vi cỏc mụi trng cú tớnh cht d chỏy n nh: du khớ hay khai thỏc m hm lũ.
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
11
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
1.3.2. o chiu cc tớnh in ỏp u vo phn ng ng c, bng cỏch s dng
hai b bin i
S gm hai b bin i B
1
v B
2
, u song song vi nhau thụng qua cỏc
cun khỏng cõn bng L
1
v L
2
( hỡnh v_1.7). Tng b bin i cú th lm vic ch
chnh lu hoc nghch lu. Hai b bin i B
1
v B
2
lm vic c lp, khi b bin
i ny c cp xung iu khin lm vic ch chnh lu, thỡ b kia lm vic
ch nghch lu i.
Nu gi
1
l gúc m i vi b B
1
;
2
l gúc m i vi b B

2
, thỡ s phi
hp giỏ tr
1
v
2
phi thc hin theo quan h:

1
+
2
= 180
0
.
S phi hp ny gi l s phi hp tuyn tớnh.
Gi s cn ng c quay thun, ta cho B
1
lm vic ch chnh lu, ngha l

1
= 0
ữ
90
0
, U
d1
> 0; cũn
2
> 90
0

, B
2
lm vic ch nghch lu U
d.2
< 0. Tr s
cho phộp (khong cho phộp iu chnh) ca gúc m
1
v
2
, c tớnh toỏn c th
phn sau:
U
d.1
= U
0
. Cos
1
> 0;
U
d.2
= U
0
. Cos
2
< 0.
C hai in ỏp u t lờn phn ng ca ng c , ng c s quay theo chiu
thun (chiu tỏc dng ca S.. U
d.1
), vỡ cỏc Tiristor b B
2

khụng th cho dũng
chy t Katt v Ant.
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
12
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức

Đ
B
1
2
B
1
L
L
2
Hỡnh 1.7
Khi
1
=
2
= 90
0
thỡ U
d.1
= U
d.2
= 0, ng c trng thỏi dng, nu ti thi
im ny cú kt hp vi phanh c khớ thỡ ng c dng chc chn, do ú cú th ỏp
dng dng ti ti mt v trớ bt k trong quỏ trỡnh nõng - h.
Nu cho in ỏp iu khin U

k
< 0 , thỡ B
2
s lm vic ch chnh lu cũn
B
1
s lm vic ch nghch lu ph thuc, ng c s quay theo chiu ngc li,
thc hin o chiu.
c im ca ch o dũng nh ó trỡnh by trờn l: lm xut hin mt dũng
in lỳc thỡ chy t B
1
sang B
2
, lỳc thỡ chy t B
2
vo B
1
m khụng qua mch ng
c. Ngi ta gi nú l dũng in tun hon
Dũng in tun hon lm cho mỏy bin ỏp v cỏc Tiristor lm vic nng n
hn. Vỡ vy, hn ch dũng in tun hon ngi ta dựng cỏc in cm L
1
v L
2
,
nh trờn hỡnh v _1.7.
Nhc im ca phng phỏp ny l chi phớ u t cao nhng ngc li nú cú
u im ú l: lm vic tin cy, kớch thc nh gn, thi gian o chiu ngn, khụng
phỏt sinh tia la trong quỏ trỡnh iu khin nờn an ton vi cỏc mụi trng d chỏy
n nh du khớ hoc khai thỏc m hm lũ.

1.3.3. o chiu cc tớnh in ỏp u vo cun kớch t bng cỏch s dng hai
b bin i
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
13
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
S nguyờn lý ca phng ỏn ny nh hỡnh 1.8.
u im ca phng phỏp i chiu quay ny l tr s dũng in qua cỏc b CL
nh vỡ nú ch l dũng kớch t nờn vic la chn cỏc linh kin bỏn dn cng d dng
v giỏ thnh h hn. Tuy nhiờn, nhc im ln nht ca phng phỏp l vi cỏc ti
cú quỏn tớnh ln, thỡ thi gian o chiu di (thi gian tr ln), mt khỏc ta phi s
dng 3 b chnh lu cú iu khin nờn s phc tp trong u ni v sa cha.
Đ
1
B
B
2
Hỡnh 1.8
Túm li: Qua vic phõn tớch u - nhc im ca tng s , trong cỏc
phng ỏn trờn ta thy: ỏp dng phng ỏn 1.3.2 cho ti l hp lý hn c, tho
món c cỏc yờu cu t ra l: iu chnh tc theo c hai hng trờn - di, o
chiu quay ca ng c vi thi gian o chiu ngn, cú th thc hin hóm tỏi sinh
tr nng lng v ngun khi ng c lm vic ch hóm v ch iu chnh
gim tc , chi phớ u t cho lp t v vn hnh thp, c bit l cú th lm vic
an ton trong cỏc mụi trng d chỏy n, vỡ khụng phỏt sinh tia la trong qua trỡnh
iu khin.
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
14
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG ÁN KHỞI ĐỘNG, HÃM VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

ĐỘNG CƠ
2.1. PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ
Từ phương trình cân bằng áp U = E + I
ư
.R , ta dễ dàng suy ra được dòng làm
việc của động cơ, khi làm việc ở chế độ động cơ là:
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
15
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
I
ư
=
uu
R
KU
R
EU
ωφ
−
=
−
Tại thời điểm khởi động ω = 0, do đó dòng điện khởi động khi đó là:
I
ư
= I
n.m
=
u
R
U

,
Ở những động cơ có công suất trung bình và lớn thì R
ư
có gí trị rất nhỏ nên
dòng khởi động ban đầu sẽ rất lớn, thường vào khoảng 2
÷
2,5 lần dòng định mức.
Với giá trị dòng lớn như vậy sẽ phá hỏng động cơ cũng như gây sụt áp rất lớn ở lưới
điện.
Để giảm dòng khởi động ta có hai biện pháp: Thứ nhất là tăng điện trở mạnh
phần ứng khi khởi động (dùng các điện trở phụ đấu nối tiếp với mạch phần ứng);
Thứ hai là giảm điện áp đấu vào cực động cơ khi khởi động (ta dùng bộ biến đổi
tĩnh).
2.1.1. Khởi động động cơ dùng các điện trở phụ

E
kt
I
1
G
2
G
3
G
4
G
R
f1
f2
R

R
f3
R
f4
u
R
I
kt
M
ω
Ι
Ι
Μ
ο
c
2
1
1
2
3
4
5
6 7
8
9
F
, Ι
Μ
Hình _2.1
Quá trình khởi động diễn ra như sau:

Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
16
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
Khi bt u khi ng, tip im cỏc Cụng tc t gia tc 1G, 2G, 3G, 4G c
m . Ngi vn hnh n nỳt khi ng trờn mch iu khin, tip im M c úng
li, ng c khi ng vi ton b cỏc cp in tr ph:
(R
f
= R

+R
f1
+ R
f2
+ R
f3
+ R
f4
).
Dũng khi ng ban u l:
I
1
=
fu
dm
RR
U
+
< (2
ữ

2,5) . I
m
ng c bt u khi ng ti im 1, tc tng dn n im 2 cú dũng
in l I
2
, ti thi im ú tip im 1G úng li s loi cp in tr ph th nht ra.
ng c chuyn sang khi ng trờn ng c tớnh mi ti im 3 v dũng l I1;
in tr lỳc ny cũn li l : R

+ R
f2
+ R
f3
+ R
f4
. Quỏ trỡnh tng t nh vy cho n
khi cp in tr ph cui cựng c loi ra, ng c chuyn sang khi ng trờn
ng c tớnh t nhiờn ti im 9. Sau ú tip tc tng tc v lm vic cõn bng ti
im F, quỏ trỡnh khi ng kt thỳc.
Trờn thc t, trc õy phng phỏp ny c dựng nhiu, nhng hin nay
vi s phỏt trin vụ cựng mnh m ca in t cụng sut, thỡ phng phỏp ny li ớt
c s dng. Vỡ nú gõy ra tn hao nng lng trong quỏ trỡnh iu chnh, kớch
thc thit b cng knh, cỏc tip im in thng xuyờn úng - m nờn tui th
khụng cao.
2.1.2. Khi ng ng c bng cỏch iu chnh in ỏp ngun
S nguyờn lý lm vic ca b chnh lu cu 3 pha cú iu khin, nh trờn
hỡnh v 2.2:
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
17
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức

T
1
T
3
5
T
T
4
T
6
T
2
d
U
BA
A
B
C
Tải
tải
I

2
1

d
U
0

T
2
T
1
6
TT
5
T
4
T
32
T
1
T
6
T
T
2
T
6
T
4
T
2
T
6
T
1
T
5

T
3
T
1
T
5



2
u
2c
u
2b2a
u
đk
i
d
2


u

u
0
0
0

Hỡnh 2.2
BA : l mỏy bin ỏp;

T
1
, T
2
T
6
: L cỏc Thyritor (Thy), trong ú cỏc Thyritor T
1
, T
3
, T
5
l nhúm mc
chung Katt; cũn nhúm T
2
, T
4
, T
6
l nhúm mc chung Ant. iu kin m ca cỏc
Thy l: nhúm chung Katt, thỡ Ant ca Thy no dng nht v cú xung iu
khin; nhúm chung Ant, thỡ th Katt ca Thy no õm nht v cú xung iu
khin.
Nguyờn lý lm vic ca chnh lu nh sau: Gi s cp xung iu khin lch
mt gúc so vi im m t nhiờn, nờn ti thi im
1
= (/6 + ), ta cp xung
iu khin cho T
1
( Ant ca T

1
cú th dng nht), nờn T
1
m, dũng in t pha A

T
1


Ti

T
6


v pha B, quỏ trỡnh ny kộo di n
2
, vi lý lun tng t
da vo s ta cú:
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
18
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
+ T (

/6 +

) <

< ( 3

/6 +

)

cỏc Thyritor T
1
, T
6
dn dũng;
+ T ( 3

/6 +

) <

< ( 5

/6 +

)

cỏc Thyritor T
1
, T
2
dn dũng;
+ T ( 5

/6 +

) <

< ( 7

/6 +

)

cỏc Thyritor T
3
, T
2
dn dũng;
+ T ( 7

/6 +

) <

< ( 9

/6 +

)

cỏc Thyritor T
3
, T
4
dn dũng;

+ T ( 9

/6 +

) <

< ( 11

/6 +

)

cỏc Thyritor T
5
, T
4
dn dũng;
+ T ( 11

/6 +

) <

< ( 13

/6 +

)

cỏc Thyritor T

5
, T
6
dn dũng.
* Biu thc tớnh toỏn:
Trong h CL - , chnh lu cú iu khin lm nhim v bin i in ỏp xoay
chiu thnh S.. mt chiu U
d
. Tr s ca U
d
ph thuc vo nhiu tham s nh gúc
iu khin

, s chnh lu. Nhng vi cỏch chn s nh trờn, ta coi S.. mt
chiu ch ph thuc vo gúc iu chnh

. m bo in ỏp chnh lu, cp vo
phn ng ca ng c U
d
< U
m
, thỡ ta phi chn khong gii hn gúc iu khin

nh sau:
+ in ỏp trung bỡnh:
U
d
= U
d.K
- U

d A
= 1,17 . U
2
. cos - (- 1,17 . U
2
. cos)
= 2,34. U
2
. cos ,V
- m bo cho in ỏp chnh lu trung bỡnh U
d


U
m
= 440 V, thỡ gúc m

min
phi tho món: 2,34 . U
2
. cos
min
= 440



min
= 64,7
0
.

- Mt khỏc giỏ tr in ỏp cung cp cho ng c, phi m bo:
U
k
< U
m
v I
k
< (2
ữ
2,5) . I
m
, nu coi mch phn ng ch cú R

thỡ :Ta cú:
dm
u
kd
I
R
U
.2=


U
k
= 2 . I
m
. R

= 2 . 72,73.1,946 = 283 ,V

Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
19
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
Suy ra: U
k
= 2,34 . U
2
. cos

max
= 283



max
= 74
0
. Vy khong gii hn
gúc iu chnh l:

= ( 64,7
0

ữ
74
0
)
2.2. PHNG PHP HM IN CA NG C
Hóm in ca ng c l trng thỏi m ng c sinh ra mụmen quay ngc li
vi chiu tc gúc. Trong tt c cỏc ch hóm, ng c u lm vic ch

hóm. Vi ng c mt chiu kớch t c lp cú ba trng thớa hóm: Hóm tỏi sinh, hóm
u ngc v hóm ng nng.
2.2.1. Hóm u ngc
Hóm u ngc xy ra khi ng c c u quay theo mt chiu nht
nh, nhng trờn thc t (trong quỏ trỡnh lm vic) ng c quay theo chiu ngc
li, do tỏc dng ca quỏn tớnh hoc do tỏc dng mụmen cn ca cỏc ti cú tớnh cht
th nng.
Vi ti cú tớnh cht th nng, hóm u ngc cú th xy ra trong trng hp
u in tr ph ln vo mch phn ng ca ng c.
Gi s ng c ang lm vic n
nh ti im A trng thỏi nõng ti (Hỡnh
2.3), nu a in tr ph ln vo mch
phn ng, sao cho M
n.m
< M
C
, ng c s
chuyn sang lm vic ti im B trờn c
tớnh bin tr. Ti B, do mụmen ng c
sinh ra nh hn mụmen cn nờn tc
ng c gim dn theo on c tớnh BC;
ti C ng c dng li (
0=
c

). Nhng do
tỏc dng ca mụmen cn cú tớnh cht th
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
0

C


0
C



C
D
dm

=
(Nâng tải)
(Hạ tải)
Hỡnh 2.3
20
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
nng v cú tr s ln hn mụmen ng c sinh ra nờn ng c s quay theo chiu
ngc li, tng tc v lm vic n nh ti im D (ti õy mụmen M
c
= M
C
).
trng hp ny ng c lm vic nh mt mỏy phỏt ni tip vi li in,
bin in nng nhn t li v c nng trờn trc ng c thnh nhit nng t núng
in tr hóm v mch phn ng, lm cho in tr hóm v ng c b núng lờn. Vi
cỏc ng c cú cụng sut ln, thng xuyờn phi thc hin quỏ trỡnh hóm, thỡ lng
nhit to ra l rt ln, lm gi hoỏ cỏch in ca dõy qun ng c; lm quỏ nhit

in tr hóm, gõy nguy him vi cỏc mụi trng d chỏy n (nh du khớ hoc khai
thỏc m hm lũ).
2.2.2. Hóm ng nng
Hóm ng nng c thc hin bng cỏch ct phn ng ca ng c ra khi
li in v u vo in tr hóm. Trong khi ú ng c vn quay do quỏn tớnh hoc
do ti. ng c lm vic nh mt mỏy phỏt m nng lng c hc trờn trc ng c
c chuyn thnh nng lng in nng tiờu tỏn trong mch hóm di dng nhit.
Hóm ng nng cú th thc hin theo hai phng phỏp: hóm ng nng kớch t c
lp hoc hóm ng nng kớch t t kớch.
+) Hóm ng nng kớch t c lp: phng phỏp hóm ny c thc hin bng
cỏch ct phn ng ca ng c ra khi li in v úng vo mt in tr hóm; cũn
mch kớch t vn c ni vo ngun nh c. S v c tớnh nh
hỡnh v _ 2.4.
cng ca cỏc ng dc tớnh ph thuc vo tr s R
h
, nu R
h
cng nh thỡ
c tớnh cng cng, mụmen hóm cng ln, hóm cng nhanh. Tuy nhiờn phi chn R
h
sao cho dũng in hóm ban u nm trong phm vi cho phộp ca mỏy in cú th
chu ni: I
h
= (2
ữ
2,5).I
m
. Trờn hỡnh _2.4 v hai c tớnh ng vi hai giỏ tr khỏc
nhau ca in tr hóm l R
h1

v R
h2
(vi R
h1
> R
h2
).
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
21
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
Quỏ trỡnh hóm xy ra nh sau: Gi s trc ú ng c ang lm vic n nh
ti im A, ch ng c. Khi thc hin hóm ng nng kớch t c lp thỡ
im lm vic ca ng c s chuyn ri n im B hoc C trờn ng c tớnh
hóm (im lm vic cú th l im B hoc C cũn tu thuc vo giỏ tr ca in tr
hóm). Sau ú ng c s chuyn ng chm dn, theo c tớnh hóm B0 hoc C0 v
dng li ti im 0 nu ti cú tớnh cht phn khỏng. Nu ti cú tớnh cht tỏc dng m
mun dng ti 0 thỡ phi kt hp vi phanh c khớ, nu khụng ng c s quay theo
chiu ngc li v lm vic n nh ti B hoc C.
I
kt
I
h
R
hãm
E
=

dm
B

0


C


0
B


D

C
C
'
'
C
R
h
1
h
2
R
Hỡnh 2.4
+) Hóm ng nng kớch t t kớch: Nh ta ó thy trờn, nu mt in li
thỡ khụng th thc hin hóm ng nng kớch t t kớch c. khc phc nhc
im ny ngi ta s dnghóm ng nng kớch t t kớch. Hóm ng nng kớch t t
kớch xy ra khi ct c mch phn ng v mch kớch t ra khi li in, sau ú úng
c vo mt in tr hóm. Nhng quỏ trỡnh thao tỏc trờn phi gi cho chiu dũng kớch

t khụng i.
2.2.3. Hóm tỏi sinh (hóm tr nng lng v ngun)
Xột ng c mt chiu truyn ng cho mt c cu nõng h (hỡnh 2.5) . Gi
s ng c ang lm vic n nh ti im A, trờn c tớnh c t nhiờn, mụmen cn
tỏc dng lờn trc ng c chớnh l ti trng nhõn vi bỏn kớnh tang qun cỏp.
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
22
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
§
ω
G
U
kt
I
Μ
I
u
A'
Β
Α
ω
A
'
0
A
ω
ω
'
Μ
C

Μ
C
Μ
ω
0
Hình 2.5
Khi giảm M
C
trên trục động cơ, tốc độ động cơ tăng lên. Khi giảm M
C
= 0 thì
khi đó tốc độ động cơ bằng tốc độ không tải lý tưởng
ω
=
ω
0
=
φ
.k
U
, khi đó sức điện
động do động cơ sinh ra bằng với điện áp nguồn cung cấp:
E = U = k.φ. ω
0
, điểm làm việc tại B.
Tại thời điểm ω = ω
0
mà đổi chiều tác dụng của mômen cản M
C
, thì động cơ

tiếp tục tăng tốc và làm việc ổn định tại điểm A’ , S.đ.đ khi đó là:
E = k.φ. ω
B
> U
Nên: I
ư
= I
h
=
φ
.k
EU −
< 0, nghĩa là dòng đi từ động cơ trả về nguồn. Khi đó
mômen M
C
= k.
φ
. I
h
< 0 sẽ đổi dấu, chiều tác dụng sẽ ngược với chiều quay của
động cơ. Mônmen động cơ đổi chiều thành mômen hãm.
Hãm tái sinh là chế độ hãm kinh tế vì nó trả năng lượng về nguồn, điều kiện
để có hãm tái sinh là ω > ω
0
. Trong thực tế hãm tái sinh xảy ra trong hai trường
hợp :
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
23
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
+) Chuyển tốc độ từ cao sang

thấp của phương pháp điều chỉnh điện
áp: điểm làm việc A sẽ chuyển sang
điểm làm việc tại B
1
, nếu M
C
không
đổi thì động cơ giảm dần tốc độ và
làm việc ổn định tại điểm A’. Tại B
động cơ làm việc ở chế độ hãm tái
sinh. Vậy ở chế độ hãm tái sinh thì
ngay cả khi điều chỉnh tốc độ (bằng
cách thay đổi điện áp) cũng thực hiện được quá trình hãm trả nănng lượng về nguồn.
Để thực hiện hãm dừng tải trong quá trình nâng - hạ, ta điều chỉnh giảm điện
áp cấp vào phần ứng của động cơ, sao cho đường đặc tính như đoạn B
n
D. Tại điểm
D tốc độ động cơ ω = 0, muốn dừng lại phải kết hợp với phanh cơ khí.
+) Chế độ thả tải ở các cơ cấu nâng hạ, các trục tải cỡ lớn, cơ cấu ra vào và di
chuyển ở các máy xúc điện có sử dụng TĐĐ một chiều.
2.3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
Để thay đổi tốc độ động cơ, ta có thể
thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay
đổi điện áp đặt vào cuộn kích từ, để thay đổi từ
thông chính. Việc điều chỉnh điện áp hoặc điều
chỉnh từ thông, đều phải đảm bảo: U
đc
< U
đm
và

φ
đc
< φ
đm
để đảm bảo cho động cơ không bị phá
hỏng. Tuy nhiên, việc thay đổi trị số dòng điện
kích từ để thay đổi tốc độ có thời gian trễ điều
khiển lớn, đặc biệt là với tải có quán tính lớn. Vì vậy, phần này trình bày việc điều
khiển tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng.
Giá trị trung bình của S.đ.đ chỉnh lưu (E
d
) là: Hình 2.7
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
0
ω
Μ
C
Μ
ω
0
01
ω
Α
A'
Β
1
0n
ω
Β
n

D
Hình 2.6
24
U
®k
E
T
1
T
3
5
T
T
4
T
6
T
2
d
E
BA
A
B
C
I
kt
u
I
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
E

d
= E
do
.cos
α
trong đó: E
do
: S.đ.đ của chỉnh lưu khi góc mở α = 0.
E
do
=
m
m
E
m
m
E
π
π
π
π
sin.
.2
sin.
2
max2
=

trong đó:
- E

2,
E
2max
: là giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của điện áp sơ cấp máy BA;
- m : là số xung áp đập mạch trong một chu kỳ, với chỉnh lưu cầu 3 pha m
≈
6, nên
ta có:
E
do
=
6
sin
6
.2
.3
2
π
π
E
= 2,34 .E
2
Vậy giá trị trung bình của S.đ.đ chỉnh lưu có thể viết là:
E
d
= E
do
.cos
α
= 2,34. E

2
.cos
α
Giả thiết φ = φ
đm
= const; R
ư
= const, ta tiến hành điều chỉnh góc
α
, để thay
đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Về mặt kỹ thuật chỉ cho phép điều chỉnh theo
hướng giảm so với U
đm
, vì nếu điều khiển theo hướng tăng thì động cơ sẽ bị phá
hỏng. Do đó góc điều chỉnh
α
phải thảo mãn hệ:



=
=
dmd
dmd
II
UU
.2
hay




=
=
440cos.**2
440cos 34,2
max
min2
α
α
RuI
E
dm
Thay số vào hệ trên E
2
= 440 V ; I
đm
= 72,73 A ; R
ư
= 1,946 Ω, ta có khoảng
giới hạn của góc điều chỉnh
α
:
α
= (
α
min

÷
α
max

) = (64,7
0

÷
74
0
)
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
25