thiết kế hệ thống cân bằng định lượng

Lời nói đầu
Trong những năm gần đây cùng với việc phát triển ngày càng mạnh mẽ
của các lĩnh vực khoa học, ứng dụng của chúng vào các ngành công nghiệp
nói chung và các ngành điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử có công suất
lớn được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng của nó trong nền
kinh tế quốc dân cũng như trong đời sống làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và
thiết kế các loại thiết bị này là hết sức cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư
ngành điện.
Hiện nay mạng điện ở nước ta chủ yếu là mạng điện xoay chiều với tần
số công nghiệp. Để cung cấp nguồn điện một chiều có giá trị điện áp và
dũng điện điều chỉnh được cho những thiết bị điện dùng trong các hệ thống
truyền động điện một chiều người ta đó hoàn thiện bộ chỉnh lưu có điều
khiển dùng Tiristor
Trong đề tài của em thiết kế hệ thống điều khiển cân bằng định lượng.
Bao gồm các chương:
Chương I : Giới thiệu về hệ thống cân bằng định lượng
Chương II: Động cơ điện một chiều
Chương III: Lựa chọn sơ đồ chỉnh lưu
Chương IV: Tính toán thiết kế mạch lực
Chương V : Xây dưng cấu trúc điều khiển hệ và mô phỏng hệ thống
Qua việc thiết kế đồ án đó giỳp em hiểu rừ hơn những gỡ mỡnh đó được
học trong nhà trường. Hiểu được những ứng dụng thực tế của các thiết bị
công suất trong đời sống cũng như trong công nghiệp. Tuy nhiên do nội
dung mới mẻ tầm hiểu biết hạn chế, nên không tránh khỏi sai sót. Em xin
chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là thầy đó giúp đỡ em
hoàn thành đồ án này.
1

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.
Trang
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG.
ξ1. Cấu tạo và thông số kỹ thuật của băng tải cân băng định lượng
ξ2. Các thiết bị cảm biến
ξ3. Những yêu cầu đối với hệ cân băng định lượng
CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU.
ξ1. đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
ξ2. ảnh hưởng của các tham số đến Đặc tính cơ
ξ3. lựa chọn phương pháp điều khiển tốc độ của động cơ
CHƯƠNG3: PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU.
3.1. Giới thiệu chung.
3.2. Phân tích các sơ đồ chỉnh lưu.
3.2.1. Chỉnh lưu tia ba pha.
3.2.2. Chỉnh lưu cầu ba pha.
a. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng.
b. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.
5
7
8
12
14
17
18
26
28
50
52

2
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ THIẾT
KẾ MẠCH LỰC
4.1. Lựa chọn sơ đồ mạch lực.
4.2.Tính toán động cơ và chọn van
4.3. Tính toán và thiết kế máy biến áp.
4.3.1. Tính các thông số cơ bản MBA.
4.3.2. Tính sơ bộ mạch từ.
4.3.3. Tính toán dây quấn MBA.
a.Kết cấu dây quấn sơ cấp.
b.Kết cấu dây quấn thứ cấp.
4.3.4. Tính kích thước mạch từ.
4.3.5.Tính các thông số của MBA.
4.4. Tính chọn các thiết bị bảo vệ.
4.4.1.Bảo vệ quá dòng điện.
4.4.2. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van.
4.4.3. Bảo vệ tăng tốc độ điện áp.
4.5. Tính toán cuộn kháng lọc dòng điện.
4.5.1. Khái quát về dòng điện đập mạch.
4.5.2. Thiết kế cuộn kháng lọc dòng điện đập mạch.
a. Các thông số cần thiết kế.
b. Các bước tính toán.
Chương 5: Thiết kế mạch điều khiển.
5.1. Yêu cầu đối với điều khiển
5.2. Thiết kế sơ đồ.
5.2.1. Cấu trúc mạch điều khiển.
5.2.2. Nguyên tắc điều khiển.
5.3. Tính toán mạch điều khiển.
3
5.3.1.Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển.

5.3.2. Tính toán các khâu của mạch điều khiển.
1. Tính toán khâu đồng pha.
2. Tính toán khâu tạo điện áp răng cưa.
3. Tính toán khâu so sánh.
4. Tính toán khâuphát xung chùm.
5. Tính toán khâu lôgic.
6. Tính toán khâu khuếch đại xung và biến áp xung.
a.Sơ đồ khâu.
b.Nguyên lý hoạt động.
c.Tính toán máy biến áp xung.
d.Tính toán khâu khuếch đại xung.
LỜI KẾT.
PHỤ LỤC.
Chương 1
4
Giới thiệu về yêu cầu công nghệ hệ thống cân băng định
lượng
1.1 Khái niệm về cân băng định lượng
- Tự động hoá được áp dụng ngày càng nhiều trong sản xuất công nghiệp.Trong
quỏ trỡnh sản xuất cỏc nguyờn vật liệu trước khi đưa vào sản xuất cần phải biết
được chính xác khối lượng của nó là bao nhiêu để đảm bảo tỉ lệ phần trăm của
các chất trong một hỗn hợp nhất định.
- Cân băng định lượng là một hệ thống cân băng tải tự động liên tục ,là thiết bị
đầu vào của bộ phận tiếp liệu, nó đó giỳp nhà mỏy tăng năng suất, chất lượng
sản phẩm để cạnh tranh với thị trường.
- Cân băng tải đó và đang được ứng dụng nhiều trong ngành hoá chất ,hoá mỹ
phẩm ,công nghệ chế biến thức gia súc, khai thỏc khoỏng sản v v
1.2 Cấu tạo của hệ thống cân băng định lượng
5
Hỡnh 1.1:Cấu trỳc của hệ thống cõn băng định lượng

Trong đó :
1: Phễu cấp liệu
2: Cảm biến lực( LoadCell)
3: Băng truyền
4: Tang bị động
5: Tang chủ động
6: Chốt gạt liệu
7: Đầu cân điện tử
8: Động cơ không đồng bộ
9: Biến tần
10: PLC, mỏy tớnh
6
Hỡnh 1.2: Kết cấu cơ khí cân băng định lượng
- Hệ thống cân băng định lượng gồm các thành phần sau:
• Băng tải vận chuyển
• Kột chứa liệu
• Cổng tháo liệu và điều chỉnh chiều dày lớp liệu
- Hệ truyền động cho băng bao gồm :
• Động cơ không đồng bộ ba pha Roto lồng sóc có thể điều chỉnh được
tốc độ
• Bộ điều khiển tốc độ động cơ
• Bộ tạo xung để xác định tốc độ của băng, đo trực tiếp trên trục động cơ
• Tang chủ động, tang bị động
- Cầu cân đo tải của vật liệu trên toàn bộ chiều dài của băng, bao gồm các bộ
phận sau:
• Cấu trúc cơ khí để truyền trọng lượng trên vùng đó tới cảm biến trọng
lượng
• Loadcell
• Hệ thống cân thông minh để truyền các tín hiệu, chuyển đổi, đồng bộ
hóa tín hiệu từ các cảm biến và máy phỏt xung.

• Hộp điều khiển bằng tay được dùng để điều khiển băng tải trong
trường hợp máy tính gặp sự cố
7
• Ngoài ra cũn cú cỏc thiết bị bỏo lệch băng, định vị trí băng tải.Bằng
cách đặt lên băng tải một dấu hiệu bằng kim loại gọi là “ belt index”
giúp cho việc phân đoạn băng tải làm tăng độ chính xác của cân, đồng
thời nó giúp cho việc xác định sự trựot của băng tải.
• Các hộp che chắn bằng kim loại để ngăn ngừa tai nạn và tránh làm bẩn
môi trường xung quanh điểm đổ liệu.
1.3.Nguyờn lý hoạt động của cân băng định lượng
- Nguyên liệu từ két chứa liệu theo phễu đổ liệu được đổ xuống băng chuyền,
chiều dày lớp liệu điều chỉnh nhờ chốt gạt liệu. Khối lượng liệu trên băng sẽ
được xác định nhờ Loadcell đặt dưới mặt băng.Tốc độ của động cơ quay băng
được xác định nhờ một máy phát tốc gắn trên trục động cơ.Tín hiệu trọng
lượng và vận tốc sẽ được truyền về máy tính xử lý tớnh toỏn và xỏc định ra
lưu lưọng tức thời, so sánh với lưu lựog đặt qua đó thông qua biến tần máy
tính sẽ điều chỉnh tốc độ động cơ để ổn định lưu lưọng tức thời bằng với lưu
lưọng đặt yêu cầu.
- Tốc độ của dũng nguyờn liệu (thể rắn) được xác định và điều chỉnh bằng
cách đưa nguyên liệu được cấp lên trên một băng tải, xác định và điều chỉnh
tốc độ của động cơ quay băng tải. Tuy nhiên, khi có sự trượt băng của băng tải
trên tang quay chủ động sẽ gây nên sai lệch giữa tốc độ của băng tải và tốc độ
của động cơ(đă qua hộp số). Để có thể xác định được chính xác tốc độ của
băng tải, máy phát tốc được liên động trực tiếp với truyền động của băng tải.
- Khối lưọng trên mỗi đơn vị chiều dài băng tải được điều chỉnh bằng một
thiết bị cung cấp nguyên liệu từ trên phễu xuống băng tải. Đơn giản, thiết bị
này có thể là một cửa mà độ mở của nó được điều chỉnh và bằng bộ điều chỉnh
Q. Khi mật độ nguyên liệu là không đổi, khối lưọng nguyên liệu trên mỗi đơn
vị chiều dài băng tải tỉ lệ với độ dày của dũng nguyờn liệu ,độ dày này được
quy định bởi một thanh gạt gắn trên băng tải. Mật độ khối lượng của nguyên

liệu phụ thuộc vào độ lớn của hạt, áp suất đè lên nó và vào cả thời gian mà
đống nguyên liệu chịu tác động của rung lắc.
8
- Tín hiệu đo lường khối lượng nguyên liệu trên mỗi đơn vị chiều dài băng tải
là một tín hiệu không đồng bộ về mặt thời gian. Để phép đo được chính xác
cảm biến trọng lượng được bố trí ở giữa băng tải (vỡ nếu nằm gần hai đầu
băng tải sẽ chịu tác động nhiễu của lực căng băng tải và nhiễu thế năng).
Trong khi đó ,lưu lượng của dũng nguyờn liệu do hệ thống cõn định lượng cấp
cần được điều chỉnh tại đầu cuối của băng tải nơi nguyên liệu từ băng tải đi ra,
và khối lượng của nguyên liệu cấp cho băng tải cần được điều chỉnh tại đầu
mỗi băng tải nơi nguyên liệu đi vào băng tải. Vỡ vậy cú một sự sai lệch về thời
gian của tớn hiệu đo lường ( ngoài thời gian trễ gây nên bởi thiết bị đo và
truyền tin) .
- Hệ thống cân băng định lượng nằm trong một dây chuyền công nghệ,nó phải
đảm bảo sự liên động trong toàn bộ dây chuyền. Hệ thống cân băng định lượng
chỉ cung cấp nguyên liệu khi hệ thống nhận lượng nguyên liệu này đó hoạt
động,và nó chỉ được phép dừng nhận nguyên liệu của hệ thống cung cấp nguyên
liệu cho nó khi hệ thống này đó ngừng cung cấp nguyờn liệu cho nú.
1.4.Nguyờn lý tớnh lưu lượng của cân băng định lượng .
1.4.1.Nguyờn lý tớnh lưu lượng.
- Cân băng định lượng (cân băng tải) là thiết bị cung cấp liệu kiểu trọng lượng.
Vật liệu được chuyên chở trên băng tải, tốc độ của băng tải được điều chỉnh để
nhận được lượng bằng lượng đặt trước khi có nhiều tác động liên hệ như: liệu
không xuống đều.
- Cầu cân về cơ bản bao gồm :Một cảm biến trọng lượng (Loadcell) gắn trên
giá mang nhiều con lăn. Trọng lượng của vật liệu trên băng được bộ cảm biến
trọng lượng (Loadcell) chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ xử lý để tính
toán lưu lượng.
9
- Để xác định lưu lượng liệu chuyển tới nơi đổ liệu thỡ phải xác định đồng thời

vận tốc của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài. Trong đó
tốc độ của băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động
cơ ,trọng lượng của liệu được đo bằng một cảm biến trọng lượng.
- Tốc độ băng tải V(m/s) là tốc độ của vật liệu được truyền tải. Tải của băng
truyền là trọng lượng vật liệu được truyền tải trên một đơn vị chiều dài P (kg/m).
- Cân băng tải có bộ phận đo trọng luợng P và bộ điều khiển điều chỉnh tốc độ
băng tải sao cho điểm đổ liệu ,lưu lượng dũng chảy liệu bằng giỏ trị đặt trước.
- Bộ điều khiển đo tải trọng trên băng truyền và điều chỉnh tốc độ băng đảm bảo
lưu lượng không đổi tại điểm đổ liệu.
Q=P*V (1-1)
- Trọng lượng tổng trên băng là lực F
c
(N) được đo bởi hệ thống cân trọng lượng
và P tính theo biểu thức:
P=
2
Lg
Fc
(1-2)

Trong đó : L – chiều dài của cầu cân .
g- gia tốc trọng trường (g=9,8 m/s
2
)
Lực hiệu dụng F
m
= F
c
– F
0

Trong đó :

F
0
– là lực đo trọng lượng của băng tải cả con lăn và giá đỡ cầu cân.
Tải trên băng truyền có thể tính là :
P= S. γ (1-3)
Trong đó: γ - Khối lượng riêng của vật liệu(kg/m
3
)
S- Tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng (m
2
)
Do đó lưu lượng có thể tính là :

Q=
gL
VFc
g
L
VFc
*
*2
2
*
=
(1-4)
10

1.4.2.Đo lưu lượng liệu trên băng tải
- Để tính được trọng lượng liệu trên băng cân ta dùng một Loadcell. Cảm biến
trọng lượng Loadcell đuợc gán trên một con lăn gọi là cầu cân trọng lượng của
liệu trên băng tải được chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ điều khiển để xử
lý , tính toán , điều chỉnh tốc độ động cơ để cho lưu lượng đầu ra không đổi .
- Để xác đinh được lưu lượng liệu tại thời điểm đổ liệu thỡ ta phải đồng thời
xác định lượng liệu trên một đơn vị chiều dài băng cân và tốc độ dài của băng
cân .Vỡ chiều dài cầu cõn là khụng đổi nên trọng lượng liệu trên con lăn sẽ được
quy đổi ra trọng lượng tải trên mỗi mét.
- Tốc độ của băng được xác định bằng một cảm biến tốc độ lắp ngay trên trục
động cơ , mỗi xung đầu ra của bộ đếm xung tương ứng với mỗi dịch chuyển của
băng tải.
1.4.3.Tính toán lưu lượng Q ổn định của cân băng.
- Lưu lượng Q của cân băng tải phụ thuộc vào trọng lượng của vật liệu trên
băng và tốc độ của động cơ. Để lưu lượng Q ổn định bằng với lưu lượng đặt thỡ
cõn băng phải có bộ điều khiển để điều chỉnh tốc độ của động cơ.
Khi vỡ một lý do nào đó làm cho lưu lượng thực không bằng lưu lượng đó đặt ,
dẫn đến sự sai lệch giữa lượng thực và lượng đặt thỡ khi đó bộ điều khiển sẽ đưa
ra tín hiệu điều khiển biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ.
- Băng cân ổn định tốc độ theo nguyên tắc tích phân lấy giá trị trung bỡnh trong
một chu kỳ lấy mẫu T tương ứng với mỗi phân đoạn của băng tải để so sánh với
lượng đặt từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển tốc độ động cơ .Từ đó ta thấy chu kỳ
lấy mẫu T càng nhỏ thỡ độ chính xác càng cao .Do đó ,nó không thực hiện được
11
việc thay đổi tốc độ liên tục .Vậy ta có thể lấy chu kỳ lấy mẫu tích phân T là số
xung đưa về từ Encoder.

Q
tb
=

∫
T
Q
T
0
1
tt
.d
t

- Lưu lượng tức thời trên mỗi phân đoạn được đưa về bộ điều khiển để xác định
lưu lượng trung bỡnh trờn mỗi chu kỳ lấy móu . Q
tb
được so sánh với Q
đ
và từ
đó bộ điều khiển sẽ tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ.
1.4.4 Phát hiện sự trượt băng.
- Khi thực hiện chỉnh khụng (khụng tải) thỡ số phõn đoạn cũng như vị trí của
mỗi phân đoạn sẽ được nhớ vào bộ nhớ và khi vận hành cú tải thỡ số phõn đoạn
thực tế của băng giữa hai lần trở về của tấm sắt gắn trên băng tải được đưa về bộ
điều khiển và so sánh với số phân đoạn đó được nhớ trong khi chạy không tải.
Nếu kết qủa này có sự sai khác thỡ khi đó đó xuất hiện hiện tượng lệch băng và
bộ tính tổng sẽ dừng lại. Điều này tránh được lỗi về tính tổng trọng lượng.
12
CHƯƠNG 2
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
2.1 - CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
1. Phần tĩnh .
a.Cực từ chính :

Được làm bằng thép kỹ thuật dạng thép khối hoặc thép tấm, xung
quanh cực từ chính có dây quấn cực từ chính gọi là kích từ, nó thường
được nối nguồn một chiều. Nhiệm vụ của với cực từ chính là tạo ra từ
thông trong máy.
b.Cực từ phụ :
Được đặt xen giữa cực từ chính, xung quanh cực từ phụ có dây quấn
cực từ phụ. Dây quấn cực từ phụ đấu nối tiếp với dây quấn roto, nhiệm
vụ của cực từ phụ là triệt tiêu từ trường phần ứng (từ trường do dòng
điện roto sinh ra ) trên vùng trung tính hình học để hạn chế xuất hiện tia
lửa điện trên chổi than và cổ góp.
c.Vỏ máy(gông từ ) :
Ngoài nhiệm vụ thông thường như những vỏ máy khác vỏ máy điện
một chiều còn tham gia vào việc dẫn từ , vì vậy nó phải làm từ thép dẫn
từ.
2.Phần quay .
a.Lõi thép roto: 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
13
hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau
khi ép lại thì dặt dây quấn vào.
b. Dây quấn phần ứng.
Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện
chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.
Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kW thường dùng dây có tiết diện
tròn. 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.
b.Cổ góp:
Gồm nhiều phiếm góp bằng đồng ghép cách điện với nhau, bề mặt cổ góp
được gia công với tốc độ bóng thích hợp để đảm bảo tiếp xúc tốt giữa chổi
than và cổ góp.

2.2 - GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP.
Cho đến nay động cơ điện một chiều vẫn còn dùng rất phổ biến
trong các hệ thống truyền động chất lượng cao, dải công suất động cơ
điện một chiều từ vài W đến hàng MW, giản đồ kết cấu chung của động
cơ điện một chiều kích từ độc lập được thể hiện như hình vẽ dưới đây ,
ở phần stato có thể có vài dây quấn kích từ :
- dây quấn kích từ độc lập (CKD);
- dây quấn kích từ nối tiếp (CKN);
- dây quấn cực từ phụ (CF);
- dây quấn bù (CB).
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện
phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau,
lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập.
14

Eu
Rf
Rkt
Uu
Ukt
CKT
Hình 2.1 :sơ đồ nối dây động cơ điện kích từ độc lập
*Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Khi đóng động cơ roto quay đến tốc độ n, đặt điện áp U
kt
nào đó lên
dây quấn kích từ thì trong dây quấn kích từ có dòng điện i
k
và do đó
mạch từ của máy sẽ có từ thông , đặt điện áp U

ư
vào hai đầu chổi than
sẽ có dòng điện I chạy qua. Tương tác giữa từ thông với dòng điện phần
ứng sẽ sinh ra mômen điện từ
2.3 - PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT
CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP.
Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từ phương trình
cân bằng điện áp của động cơ:
U
ư
= E
ư
+ (R
ư
+ R
f
)I
ư
= E
ư
+ R.I
ư
(2.1)
trong đó:
U
ư
- điện áp phần ứng (V);
15
E
ư

– sức điện động phần ứng (V);
R
ư
- điện trở của mạch phần ứng ;
R
f
- điện trở phụ trong mạch phần ứng ;
I
ư
– dòng điện mạch phần ứng ;
với R
ư
= r
ư
+ r
cf
+ r
b
+ r
ct

r
ư
- điện trở cuộn dây phần ứng;
r
cf
- điện trở cuộn cực từ phụ;
r
b
- điện trở cuộn bù ;

r
ct
- điện trở tiếp xúc của chổi than .
Sức điện động E
ư
của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức :

ω.Φ.kω.Φ
a.π.2
N.p
E

==
=> ω =
Φ.k
E

.
trong đó:
p – số đôi cực từ chính;
N – số thanh dẫn tác dụng của dây quấn phần ứng;
a – số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng ;
 - từ thông kích từ dưới một cực từ [Wb];
ω - tốc độ góc [rad/s];
a2
pN
k
π
=
- hệ số cấu tạo của động cơ.

Từ phương trình (2.1) :
=> E
ư
= U
ư
– (R
ư
+ R
f
)I
ư
.
chia cả hai vế cho k ta được:


f
I
k
RR
k
U
k
E
ΦΦΦ
+
−=
( 2.2)
Mặt khác mô men điện từ của cơ điện được xác định bởi:
16
M

đt
= KI
ư
, suy ra I
ư
=
ΦK
M
dt
thế vào (2.2) ta được 
dt
2
f
M.
)ΦK(
RR
ΦK
U +
−=
.
Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô men cơ trên trục điện cơ , ta
kí hiệu là M. nghĩa là: M
đt
- M
cơ
=M.

M.
)ΦK(
RR

ΦK
U
2
f
+
−=⇒ ω
(2.3)
Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông  = const thì phương
trình đặc tính cơ điện (2.2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính đồ thị
của chúng được thể hiện như sau :

Hình 2.3: đồ thị đặc tính cơ
Theo các đồ thị trên khi I
ư
= 0 hoặc M = 0 ta có :
17
ω
ω
0
ω
0

ω
dm
N ω
dm
I
dm
I
nm

I M
dm
M
nm
M
ω
ω
0

Ru(TN)

R
f1
R
f2
M
c
M
Hình 2.5: đặc tính cơ khi thay đổi R
f

 =
=
Φk
U


0



0
được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ.
Khi  = 0 ta có : I
ư
=
f
RR
U
+
= I
nm
I
nm
, M
nm
được gọi là dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch .
2.4 - ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ ĐẾN ĐẶC TÍNH CƠ .
Từ phương trình đặc tính cơ :

M.
)ΦK(
RR
ΦK
U
2
f
+
−=ω
Ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ đó là: từ thông động cơ
, điện áp phần ứng U

ư
và điện trở phần ứng động cơ. Ta lần lượt xét ảnh
hưởng của từng tham số đó.
a. Ảnh hưởng của điện trở phần ứng
Giả thiết U
ư
= U
đm
= const và  = 
đm
= const.
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào
mạch phần ứng.
- Tốc độ không tải lý tưởng:
 =
φk
U
dm
= const.
- Độ cứng của đặc tính cơ:
 =
f
RR
dmΦkM
+
−=

Δ

Δ
thay đổi.
+ R
f
= 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên .
+ R
f
khác không càng lớn thì  càng
nhỏ dần tới đặc tính cơ càng dốc .
18
Như vậy khi thay đổi điện trở phụ ta được một họ đặc tính cơ như hình
vẽ, ứng với một phụ tải M
c
nào đó, nếu R
f
càng lớn thì tốc độ càng giảm
đồng thời dòng điện và mô men men 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 .
*.Đặc điểm :
- Tốc độ n bằng phẳng.
- Phạm vi điều chỉnh rộng.
- Vùng điều chỉnh tốc độ n
đc
<n
đm.
.
- Việc điều chỉnh tốc độ thực hiện trong mạch phần ứng có dòng điện
lớn, tổn hao vô ích nhiều, hệ số động cơ giảm .
b. ảnh hưởng của điện áp phần ứng.

Giả thiết  = 
đm
= const, điện áp phần ứng R
ư
= const trong thực tế thường
giảm điện áp.
-Tốc độ không tải lý tưởng: 
0x
=
dmk
Ux
φ


⇒
U giảm thì 
0x
giảm .
-Độ cứng đặc tính cơ:
 = -

2
R
)Φk(
= const
- Độ sụt tốc độ :

constM.
)Φk(
R

2

==Δω
Hình2.6: đặc tính cơ khi thay đổi điện
áp
19
ω
ω
01
ω
02
U
dm
(TN)
ω
03
U
1
ω
04
U
2

M(I)
U
3
*Nhận xét: Khi giảm điện áp thì momen ngắn mạch,dòng ngắn mạch và tốc
độ động cơ giảm. Nên phương pháp này cũng được dùng để điều chỉnh tốc
độ và hạn chế dòng khi khởi động.
* .Đặc điểm :

- Tốc độ điều chỉnh bằng phẳng .
- Phạm vi điều chỉnh rộng .
- Vùng điều chỉnh tốc độ n
đc
<n
đm.
.
Để thực hiện phương pháp này ta cần phải có nguồn điện áp thay đổi
được(bộ biến đổi điện áp bằng điện tử công suất ).
c. ảnh hưởng của từ thông :
Giả thiết đIện áp phần ứng U
ư
= U
đm
= const, điện trở phần ứng R
ư
= const.
Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng đIện kích từ I
kt
động cơ .
- Tốc độ không tải: 
0x
=
xΦk
Udm
= var.
- Độ cứng đặc tính cơ :  = -

2
R

)xΦ.k( .
thay đổi .
(1) đường đặc tính cơ tự nhiên 
đm
= 
(2) , (3) đưòng đặc tính khi giảm  với :

321dm
ΦΦΦΦ <<=
.
Khi giảm  thì 
0x
tăng , giảm ta có một họ đặc tính cơ với 
0x
tăng
dần và độ cứng của đặc tính giảm dần.
20


Hình 2.7a :đặc tính cơ điện Hình2.7b :đặc tính cơ
* Đặc điểm :
- Tốc độ bằng phẳng .
- Phạm vi rộng .
- Vùng điều chỉnh n
đm
< n
đc.
.
- Với điều chỉnh tốc độ tổn hao ít, thực hiện trong máy kích từ thì
dòng điện nhỏ, hiệu suất cao.

2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ .
2.5.1 Điều chỉnh điện trở mạch phần ứng và mạch kích từ
Đối với phương pháp này (biến trở) chỉ tạo ra được những tốc độ động cơ
thấp hơn tốc độ động cơ bản bằng cách giảm độ cứng đặc tính cơ.Nó là
phương pháp điều chỉnh không triệt để, giải điều chỉnh phụ thuộc vào
mômen tải, độ chính xác duy trì tốc độ không cao , độ tinh điều chỉnh kém.
2.5.2 Điều chỉnh điện áp mạch kích từ (điều chỉnh từ thông)
21
ϖ ϖ
ϖ
2
ϖ
2
ϖ
1 ϖ1
ϖ
0
ϖ
0

M
m2
M
nm
M
nm
M I
nm
I
Đối với phương pháp này khi giảm từ thông độ cứng đặc tính cơ sẽ giảm

theo biểu thức:

β
=(kφ)
2
/R
ư

còn tốc độ không tải lí tưởng thì tăng theo quan hệ :
ω=U/kφ
do đó sai số tĩnh tăng tỉ lệ nghịch với từ thông :

φωβ
ω
kU
RMM
s
cc
1
.
.
1
.
-
*
==∆=
như vậy độ chính xác duy trì không cao .
Phương pháp này có chỉ tiêu kinh tế cao không yêu cầu nhiều thiết bị phức
tạp , công suất mạch điều khiển nhỏ và tổn thất năng lượng không nhiều , có
khả năng tự động hoá hệ thống và tạo được những đặc tính tốt. Tuy nhiên

giải điều chỉnh không rộng , thông thường D=1,5 các động cơ đặc biệt khác
có D=4÷8 nhưng loại này to và đắt .
2.5.3 Điều chỉnh điện áp nguồn.
Phương pháp này là phương pháp được đánh giá tốt vì :
- Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để , có thể điều chỉnh tốc độ trong
bất kì vùng tải nào,kể cả khi không tải lí tưởng.
- Có độ cứng không đổi.
- Đảm bảo sai số nhỏ , khả năng quá tải lớn , giải điều chỉnh rộng và tổn
thất ít.
- Mạch điều chỉnh công suất nhỏ , thao tác nhẹ nhàng có khả năng cải
thiện hệ thành tự động vòng kín.
- Mômen điều chỉnh không đổi phù hợp với phụ tải hằng số.
22
Từ ba phương pháp trên ta thấy phương pháp (3) là phương pháp khả thi
nhất trong việc điều khiển động cơ điện một chiều(ĐCĐMC) theo yêu cầu
của hệ thống cân băng định lượng.

Chương III
CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC
3.1 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
3.1.1 Hệ truyền động máy phát – Động cơ điện một chiều
Hệ thống máy phát – động cơ là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi là máy
phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát thường do động cơ sơ cấp không
đồng bộ ba pha quay và coi tốc độ của máy phát là không đổi.
Sức điện động của máy phát sẽ tỷ lệ với điện áp kích thích bởi hệ số K
f
, như
vậy có thể coi gần đúng phát điện một chiều kích từ độc lập là một bộ khuyếch đại
tuyến tính: E

f
= K
f
.U
kf
U
kF
U
®ku
~
i
KF
F
§K
F
ω
M
§
U
k§
U
®k
~
i
K§
ω
M
I
Hình 2.1 – Sơ đồ nguyên lí hệ F – Đ
Ưu điểm:

• Ưu điểm nổi bật của hệ (F - Đ) là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh
hoạt, khả năng quá tải lớn. Do vậy thường sử dụng hệ truyền đông ở các
máy khai thác trong công nghiệp nhỏ.
• Hệ số khuyếch đại lớn.
23
Nhược điểm:
• Nhược 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, công
suất lắp đặt máy ít nhất bằng ba lần công suất động cơ chấp hành.
• Ngoài ra do các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hoá có trễ nên khó
điều chỉnh sâu tốc độ.
2.1.2 Hệ truyền động chỉnh lưu thyristor – Động cơ điện một chiều
M
§
U
®k
~
i
K§
ω
M
~
U
®k
Hình 2.2 – Sơ đồ nguyên lí hệ T – Đ
Ưu điểm:
• Ưu điểm nổi bật nhất của hệ truyền động chỉnh lưu thyristor – động cơ một
chiều là tác động nhanh, không gây ồn và dễ tự động hoá do các van bán
dẫn có hệ số khuyếch đại công suất rất cao.
• Hệ chỉnh lưu thyristor – động cơ một chiều có khả năng điều chỉnh trơn với

phạm vi điều chỉnh rộng
• Với động cơ điện áp 220 V ta có thể sử dụng trực tiếp mà không cần sử
dụng máy biến áp. Đây là một ưu điểm lớn.
Nhược điểm:
• Nhược điểm chủ yếu của hệ chỉnh lưu thyristor – động cơ một chiều là do
các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ dập
mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở các truyền động công suất
lớn còn làm xấu dạng điện áp nguồn và lưới xoay chiều.
• Khả năng chịu quá tải về dòng, áp nhỏ, khi có gia tốc dòng và áp du/dt hoặc
di/dt có nguy cơ làm hỏng các lớp tiếp giáp.
• Hệ số công suất cosφ của hệ nói chung là thấp nhất khi điều chỉnh sâu.
24
• Sức điện động của bộ biến đổi có dạng đập mạch làm phát sinh thành phần
sóng hài bậc cao gây nóng động cơ.
3.1.3 Hệ truyền động Xung áp – Động cơ điện một chiều
Ưu điểm:
• Hệ thống dùng ít van động lực. Cấu trúc mạch lực đơn giản cũng như mạch
điều khiển đơn giản
• Hệ truyền động xung áp – động cơ một chiều có khả năng điều chỉnh trơn
điện áp đặt vào phần ứng với phạm vi điều chỉnh rộng.
• Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn.
• Dễ tự động hoá.
Nhược điểm:
• Phải có nguồn một chiều hoặc kèm theo bộ nguồn xoay chiều - một chiều.
• Dạng điện áp ra có dạng xung gây tổn thất phụ trong động cơ.
• Bộ biến đổi này khi làm việc có thể rơi vào chế độ dòng gián đoạn.
3.2 CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
Hệ truyền động cân băng định lượng cần thiết kế có các đặc điểm sau:
- Sử dụng động cơ một chiều kích từ độc lập công suất nhỏ.
- Mômen cơ ổn định, không yêu cầu khả năng quá tải cao.

- Dải điều chỉnh hẹp (5:1).
- Không yêu cầu đảo chiều.
Từ những đặc điểm như vậy, sau khi so sánh ưu, nhược điểm các phương
án ta sẽ chọn phương án truyền động là sử dụng hệ chỉnh lưu thyristor cầu một
pha đối xứng – động cơ một chiều kích từ độc lập (hệ T – Đ) làm phương án
truyền động cho cân băng định lượng.
25