thiết kế hệ thống truyền động cho cân

LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
Tên đề tài : THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHO CÂN
BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
Động cơ điện một chiều
- Số liệu :
+ Lực kéo 600N
+ Tốc độ cực đại 1,5 m/s
+ Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s
+ Đường kính trục 300 mm
+ Hộp sè i = 10 ; η = 80%
- Yêu cầu :
+ Nêu yêu cầu công nghệ của truyền động
+ Tính chọn công suất động cơ
+ Chọn phương án truyền động
+ Xây dựng sơ đồ điều khiển
+ Tổng hợp hệ
CHƯƠNG I
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
1
F
PhÔu
VËt liÖu
C¬ cÊu c©n ®Þnh lîng
Puli chñ ®éng
Hép sè
§éng c¬
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
MÔ TẢ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ
TRUYỀN ĐỘNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
1 . MÔ TẢ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ CỦA CÂN BĂNG ĐỊNH

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

v
v

Q 6,3
1000
3600
∂=
∂
=
[ tấn/h ]
trong đó:
∂ : khối lượng tải theo cjiều dài [kg/m ]
v : tốc độ di chuyển của băng [m/s]
Khối lượng của băng tải theo chiều dài được tính theo công thức:

3
10
γ
S
=∂
trong đó:
γ : khối lượng riêng của vật liệu [ tấn/m
3
]
S : tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m
2
]
2 . CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT, ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ
YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ TRUYỀN ĐỘNG BĂNG TẢI PHỐI LIỆU
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
2
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
2.1 . CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT

− Hệ truyền động sử dụng động cơ điện một chiều.
− Lực kéo 600 N
− Tốc độ cực đại 1,5 m/s
− Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s
− Đường kính trục 300 mm
− Hộp sè i = 10 ; η = 80%
2.2 . ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ
TRUYỀN ĐỘNG
a . Loại phụ tải
Đặc tính cơ của máy sản xuất thường có dạng
( )
α








−+=
dm
codmcoc
w
w
MMMM
trong đó: M
co
- Mômen ứng với tốc độ ϖ = 0
Mđm - Mômen ứng với tốc độ w

đm

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

w

w
max
P
c

M
c

w
min

P
max
M
c
,P
c

b . Chiều quay của băng
Băng tải nhận vật liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nên chuyển
động của nó là theo một chiều bắt buộc và không có đảo chiều quay. Nếu đảo chiều
quay của băng tải thì do quán tính nguyên vật liệu sẽ rơi vãi, không bảo đảm được
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
3
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
yêu cầu phối liệu. Ngoài ra khi đảo chiều thì có một số phần của vật liệu không
chuyển qua được thiết bị cảm biến để cân chính xác.
c . Giản đồ phụ tải
Các thông số chính của hệ truyền động
Vận tốc lớn nhất, nhỏ nhất
v
min
= 0,075 ( m/s )
v
max
= 1,5 ( m/s )
Vận tốc của trục quay

)/(10
15,0
5,1

'
)/(5,0
15,0
075,0
'
max
max
min
min
srad
R
v
w
srad
R
v
w
===
===
Vận tốc của trục quay qui đổi với i = 10

)/(510.5,0.'
)/(10010.10.'
minmin
maxmax
sradiww
sradiww
===
===
Từ phương trình động học của truyền động điện

dt
dw
JMM
c
+=
ta có giản đồ phụ tải
+ Đoạn 01 là đoạn băng tải được khởi động. Vì băng tải làm việc ở chế độ
dài hạn, số lần đóng cắt Ýt. Các yêu cầu về khởi động động cơ là không nặng
nề. Ta có thể cho băng tải khởi động đến tốc độ làm việc và ổn định ở tốc độ
đó rồi mới cho nguyên vật liệu rơi xuống băng từ phễu.
+ Đoạn 12 là đoạn băng tải làm việc với tải M
c
không đổi. Biến thiên dw/dt
chỉ có trong giai đoạn tốc độ biến thiên tức đoạn 01 và 23.
+ Đoạn 23 là đoạn giảm tốc và dừng băng tải. Ta cũng có thể cho băng tải
dừng tự do, hoặc dừng tự do có dùng thêm phanh hãm.

d . Các yêu cầu về khởi động và hãm
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
4
0
1
2
3
M
C
t
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Hệ truyền động băng tải phối liệu khi khởi động với gia tốc lớn sẽ làm tăng

lực đàn hồi gây biến dạng băng và làm đứt băng. Để hạn chế điều này ta phải sử dụng
khâu giảm tốc khi khởi động.
Để động cơ có thể khởi động được sau khi mất điện trong quá trình làm việc
thì chọn động cơ có mômen khởi động đủ lớn.
Khi dừng thì không yêu cầu dừng chính xác, nhưng cũng tránh cho hệ dừng
với gia tốc lớn gây hư hỏng, đứt băng. Hệ truyền động băng tải thường làm việc liên
tục Ýt khi phải dừng nên không cân fthiết kế bộ giảm tốc. Cũng không cần thiết kế
phanh hãm vì khi kết thúc công việc ta sẽ để cho băng dừng tự do.
e . Sơ đồ động học
Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lượng có dạng đơn giản như
sau :
Trong đó:
1- Động cơ điện
2- Hộp tốc độ
3- Trục chính để lắp vào máy quay băng tải
g . Hệ truyền động nhiều động cơ
Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi phải đồng
bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên động cần thiết bảo
đảm thứ tự tác động. Khi đó tốc độ động cơ phải bằng nhau trong mọi trường hợp để
tránh các lực đàn hồi trên băng.
h . Độ chính xác
Độ chính xác về tốc độ là yêu cầu quan trọng , được đánh giá bởi sai lệch
tĩnh:

%100%100
%
d
td
dm
w

ww
w
w
−
=
∆
=∂

i . Dải điều chỉnh
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
5
Wc
Pc
Mc
Wd
i
n
puli chñ ®éng kÐo
m¸y s¶n xuÊt
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN

1:20075,0:5,1:
minmax
===
wwD
CHƯƠNG II
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
1 . XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CẦN THIẾT
Tốc độ lớn nhất và nhỏ nhất
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

6
)/(5/)*(
)/(10010*)015,0/5,1(.
maxminmaxmin
max
max
sradvv
sradi
R
v
==
===
ωω
ω
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Mô men cản qui đổi về trục động cơ:

2 .TÍNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ
Để tính chọn công suất động cơ trong trường hợp truyền động có điều chỉnh
tốc độ, ta cần xác định các yêu cầu cơ bản sau:
• Đặc tính phụ tải truyền động P
c
(ω), M
c
(ω): Phụ tải truyền động yêu cầu điều
chỉnh tốc độ với M = const. Khi đó, công suất yêu cầu cực đại P
max
= M
đm
.ω

max
M
c
0
ω
min
ω
max
ω
M
c
= const
Đặc tính phụ tải
• Phạm vi điều chỉnh tốc độ ω
max
và ω
min
Dải điều chỉnh tốc độ: D =ω
max
/ω
min
= 20 : 1
• Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động
Dự dịnh dùng phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụng chỉnh lưu
cầu ba pha có điều khiển (thyristor).
• Loại động cơ truyền động
Yêu cầu dùng động cơ một chiều kích từ độc lập.
Đặc điểm của truyền động băng tải là giữ M = const trong phạm vi điều chỉnh
tốc độ. Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đạI:
Ta chọn loại động cơ ΠH-68 của Nga với các thông số sau

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
7
)(25,11
8,0.10
15,0.600
.
.
Nm
i
RF
M
cqd
===
η
)(4,1)(140025,1*1125*25,1
)(1125100*25,11*
max
maxmax
kwwPP
wMP
dm
cqd
====⇒
===
ω
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
◊ P
đm
= 1,45 (kW)
◊ U

đm
= 220 (V)
◊ I
đm
= 8,5 (A)
◊ n
đm
= 2100 (vòng/phút)
◊ R = R
ư
+ R
cp
=2,49(Ω)
◊ Φ
đm
= 4,8 (mWb)
◊ I
kt
= 0,57 (A)
◊ J
đ
= 0,125 (kg.m
2
)
2p = 4
XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ
• Điện cảm phần ứng
• L
ư
=

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

. mHH
npI
U
k
dmdm
dm
L
===
• Trong đó k
L
là hệ số lấy giá trị 5,5 ÷ 5,7 đối với máy không bù và
• k
L
= 1,4 ÷ 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực.
• kΦ
đm
=
9,0
219,9
49,2.5,8-220

d
==
−
m

dmdm
RIU
ω
• Mômen quán tính phần ứng : J = 0,125(kg.m
2
)
• Hằng số thời gian cơ học T
c
=
)s(412,0
)9,0(
125,0).182,049,2(
)Φk(
J.R
22
dm
Σ
=
+
=

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

L
==
• Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
MM
k
R
k
U
07,34,244
)(
2
-
−=
Φ
−
Φ
=
ω
CHƯƠNG III
CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả
tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoả mãn
yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật các hệ
truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn được một vài
phương án hoặc một phương án duy nhất để thiết kế.
Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động
một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ
đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.
Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của băng tảI
và nhiệm vụ thiết kế (dùng động cơ đIện một chiều), để điều chỉnh tốc độ động cơ

quay puli chủ động, ta phải điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ, giữ từ thông
không đổi.
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
8
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Với phương án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ thông
động cơ không đổi thì ta có các phương án truyền động sau:
− Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ).
− Hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển thyristor- động cơ một chiều ( Hệ
T-Đ).
− Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ).
1 . HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY PHÁT - ĐỘNG CƠ MỘT
CHIỀU (F-Đ)
a . Cấu trúc hệ F-Đ
Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ hay Ward-Léonard) là hệ truyền động
điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát điện
này thường do động cơ sơ cấp không đồng bé ba pha ĐK quay và coi tốc độ quay của
máy phát là không đổi.
U
kF
U
®ku
~
i
KF
F
§K
F
ω
M

§
U
k§
U
®k
~
i
K§
ω
M
I
Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ
Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ được thể hiện trên hình vẽ. Động cơ Đ truyền
động quay chi tiết của máy mài M được cấp điện từ máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo
máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ điện không đồng bộ ĐK. Khi điều chỉnh
dòng điện kích từ máy phát i
KF
thì điều chỉnh được tốc độ không tải của hệ thống còn
độ cứng đặc tính cơ được giữ nguyên.
b . Đặc điểm của hệ F-Đ
Các chỉ tiêu chất lượng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tương tự như các
chỉ tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung. Ưu điểm nổi bật nhất của
hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. Do vậy
thường sử dụng hệ F-Đ ở các máy khai thác trong công nghiệp mỏ.
Nhược điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay, trong
đó Ýt nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không quá 75%),
công suất lắp đặt máy Ýt nhất gấp 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.
Với những hệ truyền động điện đòi hỏi dải điều chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh sâu
hơn, ổn định tốc độ tốt hơn thì phải thay máy phát F bằng các nguồn áp máy điện

khác như các máy điện khuếch đại (MKĐ) và có các phản hồi nâng cao chất lượng.
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
9
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Các đặc điểm khác
− Phạm vi điều chỉnh tốc độ được nâng lên (cỡ 30:1). Điều chỉnh tốc độ bằng
phẳng trong phạm vi điều chỉnh. Việc điều chỉnh tiến hành trên mạch kích từ máy
phát nên tổn hao nhỏ. Hệ điều chỉnh đơn giản, có thể thực hiện hãm điện dễ dàng.
− Vốn đầu tư ban đầu và diện tích lắp đặt lớn.
2 . HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHỈNH LƯU ĐIỀU KHIỂN -
ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
Tốc độ động cơ điện một chiều có thể được điều chỉnh trong phạm vi rộng và
bằng phẳng nhờ hệ chỉnh lưu - động cơ (hay hệ truyền động van một chiều) trong đó
các bộ chỉnh lưu là điều khiển được. Các van điều khiển có thể là đèn thyraton, đèn
thuỷ ngân, thyristor. Hiện nay, do công nghệ chế tạo bán dẫn công suất phát triển nên
các thyristor được sử dụng rộng rãi để tạo ra các bộ chỉnh lưu có điều khiển bởi những
tính chất ưu việt: gọn nhẹ, tổn hao Ýt, quán tính nhỏ, tác động nhanh, công suất
khống chế nhỏ Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điÒu khiển - động cơ một
chiều (CL-Đ), bộ biến đổi có sức điện động E
đ
phụ thuộc giá trị của pha xung điều
khiển (góc điều khiển α). Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần
ứng hoặc dòng kích từ động cơ. Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể
dùng các sơ đồ chỉnh lưu thích hợp (chỉnh lưu cầu, chỉnh lưu tia ). Các bộ chỉnh lưu
thyristor dùng trong truyền động điện một chiều tạo thành hệ thống truyền động
Thyristor - Động cơ (hệ T-Đ).
a . Hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ)
Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ độc lập,
điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi
điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các bộ biến đổi chỉnh lưu dùng

thyristor.
M
§
U
®k
~
i
K§
ω
M
~
U
®k
Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ
b . Đặc tính cơ của hệ T-Đ
Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lưu thyristor.
Dòng điện chỉnh lưu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ. Chế độ làm việc của
chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và các tính chất của tải. Trong
truyền động điện, tải của chỉnh lưu thường là cuộn kích từ (L-R) hoặc mạch phần ứng
động cơ (L-R-E).
Phương trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lưu liên tục:
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
10
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
M
)k(
R
k
cosE
2

dm
dm
do
Φ
−
Φ
α
=ω
Độ cứng của đặc tính cơ là
2
dm
R
k






Φ
=β
trong đó R là tổng trở toàn mạch
phần ứng động cơ (gồm điện trở phần ứng động cơ R
ư
và điện trở các phần tử trong
mạch nối tiếp với phần ứng động cơ).
Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào
góc điều khiển α:
dm
do

o
k
cosE
Φ
α
=ω
.
Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tưởng này
chỉ là giao điểm của trục tung với đoạn thẳng của
đặc tính cơ kéo dài. Thực tế, do có vùng dòng
điện gián đoạn, tốc độ không tải lý tưởng của đặc
tính là lớn hơn.
Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trường
hợp này như trên hình 4-3 khi điều chỉnh ở vùng
dưới tốc độ định mức. Các đặc tính cơ của hệ
truyền động T-Đ mềm hơn hệ F-Đ vì có sụt áp
do hiện tượng chuyển mạch giữa các thyristor. Góc điều khiển α càng lớn thì điện áp
đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một
mômen cản M
c
, tốc độ động cơ sẽ giảm.
Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ có độ
dốc lớn (phần nằm trong vùng gạch chéo). Đó là vùng dòng điện gián đoạn. Góc điều
khiển càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián đoạn càng rộng và việc
điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn.
Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng điện
gián đoạn, là đường phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và gián đoạn. Biên
giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đường ellipse với các trục là
các trục toạ độ của đặc tính cơ:
1)

p
cos
p
sinU
IL
()
p
sin
p
U
E
(
2
m2
e
2
m2
=
π
−
π
ω
+
π
π
Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta tăng
giá trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh lưu p. Song khi tăng số xung p thì mạch lực
chỉnh lưu cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng phức tạp hơn. Còn khi
tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình qúa độ (tăng thời gian quá độ) và làm tăng
trọng lượng, kích thước của hệ thống. Biên giới này được mô tả bởi đường cong nét

đứt trên hình 4-3.
c . Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động cơ
Ưu điểm nổi bật nhất của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và
dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao. Điều đó rất
thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao
chất lượng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống. Hệ thống T-Đ có khả
năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh rộng. Hệ có độ tin cậy cao, quán tính
nhỏ, hiệu suất lớn.
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
11
§Æc tÝnh c¬ hÖ T-§.
ω
M
0
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Nhược điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng
điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong máy điện và ở
các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lưới xoay
chiều. Hệ số công suất cosϕ của hệ nói chung là thấp nhất là khi điều chỉnh sâu.
3 . HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP -
ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU (XA-Đ)
Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ) sử dụng bộ
điều chỉnh xung áp một chiều, trong đó các bộ khoá điện tử đóng vai trò cơ bản. Bộ
điều chỉnh xung điện áp một chiều được sử dụng khi có sẵn nguồn một chiều cố định
mà cần phải điều chỉnh được điện áp ra tải.
Các bộ băm xung một chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với
tải một cách chu kỳ theo một số luật khác nhau. Phần tử thực hiện nhiệm vụ đó là các
van bán dẫn. Song do chúng làm việc trong mạch một chiều nên khi dùng loại
thyristor thông thường nó không được khoá lại một cách tự nhiên ở giai đoạn âm của
điện áp nguồn như khi làm việc với nguồn xoay chiều. Do đó, buộc phải có một mạch

chuyên dụng để khoá thyristor gọi là "mạch khoá cưỡng bức", gây nhiều khó khăn
trong thực tế. Vì vậy, hiện nay ta cố gắng sử dụng các loại van điều khiển cả đóng và
ngắt như transistor bipolar, MOSFET và IGBT ở những dải công suất mà các van này
chịu được. Riêng với mạch công suất lớn vẫn phải dùng thyristor.
Trong hệ truyền động điện, các bộ điều chỉnh xung áp một chiều chủ yếu áp
dông cho các động cơ điện một chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện, xe điện ).
§
§iÒu khiÓn
U
ng
U
®k
Sơ đồ nguyên lý một hệ truyền động XA-Đ
Nguyên tắc của các hệ truyền động XA-Đ là thay đổi tốc độ động cơ qua điện
áp đặt vào phần ứng động cơ một chiều. Điện áp này là một điện áp ra của bộ XA tính
theo giá trị trung bình : U
ư
= σU
ng
, trong đó: U
ư
là điện áp phần ứng động cơ,U
ng
là
điện áp một chiều cần băm , σ là hệ số lấp đầy xung:
kt
tt
tt
t
T

t
+
==σ
với t
t
, t
k
là
thời gian thông và khoá của bộ khoá điện tử. Do đó, khi điều chỉnh tốc độ động cơ
qua điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, cần thay đổi hệ số σ của bộ XA. Hệ
số này có thể thay đổi bằng 3 phương pháp: thay đổi t
t
, T hoặc cả hai.
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
12
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
So sánh 3 phương án ta quyết định chọn phương án truyền động chỉnh lưu
Thyristor - động cơ một chiều kích từ độc lập.
4 . TÍNH CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU TIRISTOR
Yêu cầu đối với bộ chỉnh lưu
- Nguồn điện xoay chiều: 3x380V, 50Hz
- Bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển
- Điện áp chỉnh lưu: U
d
= 220 V
- Dòng chỉnh lưu: I
d
= 8,5 A
- Độ nhấp nhô thấp
a . Xác định điện áp không tải chỉnh lưu và điện áp ra của máy biến áp

Bộ biến đổi chỉnh lưu cần có giá trị điện áp không tải đảm bảo cấp cho phần
ứng động cơ điện một chiều có các tham số : sức điện động định mức động cơ E
ưđm
,
sụt áp tổng ở mạch khi dòng phản ứng cực đại I
ư max
.
γ
1
U
do
cosα
min
= γ
2
E
ưđm
+ Σ∆U
V
+ I
ư max
R
ư
Σ + ∆Uγmax
Trong đó :
U
do
- điện áp không tải của chỉnh lưu
γ
1

- hệ số tính đến sự suy giảm của điện áp lưới γ
1
= 0,95
γ
2
- hệ số dự trữ máy biến áp γ
2
= 1,04 ÷ 1,06
α
min
- góc điều khiển cực tiểu . Đối với sơ đồ không đảo chiều α
min
= 0
Σ∆U
V
- tổng sụt áp trên van , bao gồm sụt áp trên điện trở tương đối lớn
( khoảng 4% ) còn sụt áp trên điện kháng Ýt hơn ( khoảng 1,5% )và điện áp
sụt trên hai thyristor nối tiếp khoảng 2V.
R
ư
Σ - điện trở đẳng trị tổng quy đổi về mạch một chiều gồm điện trở toàn phần
mạch phần ứng , điện trở máy biến áp và điện trở cuộn lọc một chiều
I
ư max
- dòng phần ứng cực đại nằm trong khoảng 2 ÷ 2,5 I
ư đm
∆Uγmax - sụt áp cực đại do trùng dẫn
∆Uγmax = ∆Uγ
đm

ddm
udm
udm
u
I
I
I
I
max
I
ddm
: dòng định mức của bộ biến đổi
∆Uγ
đm
: sụt áp trùng dẫn định mức , được xác định :
∆Uγ
đm
= U
do
.U
K
. Y
γ
U
K
: điện áp ngắn mạch
Y
γ
: đối với sơ đồ sáu xung và mười hai xung Y
γ

= 0,5
Nếu I
udm
= I
ddm
ta có
U
do
=
λαγ
γ
γ
K
uuVudm
UY
IRUE
−
+∆+
∑ ∑
min1
max2
cos
λ =
ddm
u
I
I
max
: bội số dòng điện
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ

13
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Từ đó ta có :
U
do
=
λαγ
γ
γ
K
uuVudm
UY
IRUE
−
+∆+
∑ ∑
min1
max2
cos
=
)(299
%5.5,2.5,095,0
5,8).182,049,2()255,0.220(220.04,1
V=
−
++++
V
U
U
do

vo
5,221
35,1
==
b . Tính chọn biến áp nguồn BAN
BAN đấu theo kiểu ∆/Y. Điện áp lưới U
L
= 380V.
Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối ∆/Y)
6
.
3
2
do
U
U
π
=
= 128 (V)
Tỷ số máy biến áp: k =
128
380
2
1
=
U
U
= 3
Dòng thứ cấp máy biến áp nguồn: I
2

=
d
I.
3
2
= 6,94(A)
Dòng hiệu dụng sơ cấp BAN:
I
1
=
BAN
K
1
I
2
=
1
3 06,
21,23 ≈ 6,94(A)
Công suất máy biến áp: S = 3.U
2
.I
2
= 3.128.6,94 = 2665 (VA)
≅
2,665 (kVA).
Tra sổ tay, ta chọn máy biến áp tiêu chuẩn có S
đm
= 3(kVA).
c . Chọn van cho bộ biến đổi

Giá trị dòng trung bình chảy qua mỗi van:
)(83,2
3
5,8
3
A
I
I
d
vtb
===
Giá trị dòng cực đại qua mỗi van:
I
vmax
= I
d
= 8,5 (A)
Giá trị điện áp ngược đặt lên mỗi van:
Từ những tính toán trên, với chế độ làm mát bằng quạt gió thì các thông số
cần của mỗi van trong mạch chỉnh lưu cầu ba pha là:
- U
ngt
≥ 1,6. U
ngmax
= 1,6 . 314 = 502 (V)
- I
t
≥ 1,5. I
max
= 1,5.8,5 = 12,75 (A)

Vậy ta chọn được loại Thyristor dùng cho bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho động
cơ:
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
14
)(314299*05,1
3
maxmax
VUU
dng
==
∏
=
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Loại
I
0
(A)
V
RRM
=
V
DRM
(V)
I
TSM
(A)
I
DM
(mA)
V

GT
Max
(V)
I
GT
Max
(A)
V
TM
max
(V)
I
TM
Max
(A)
Du/dt
(V/µs)
di/dt
(A/µs)
TYN
690
16 600 220 3 1,5 25 1,4 50 50 100
d . Tính chọn cuộn kháng mạch lọc một chiều
Điện cảm phần ứng
L
ư
=
)(5,34)(0345,0
2100.2.5,8
220

.6,5

. mHH
npI
U
k
dmdm
dm
L
===
Trong đó k
L
là hệ số lấy giá trị 5,5 ÷ 5,7 đối với máy không bù và
k
L
= 1,4 ÷ 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực.
Cuộn kháng lọc mạch một chiều được nối vào mạch phần ứng động cơ để làm
giảm vùng điện gián đoạn ( làm giảm xung dòng một chiều ) đồng thời cải thiện điều
kiện chuyển mạch của động cơ điện
Điện áp đầu ra của bộ biến đổi m xung chứa sóng điều hòa cơ bản và sóng
điều hoà bậc cao với tần số góc
ω
K
= K.m. ω
1
với ω
1
- tần số góc lưới điện , ω
1
= 314 ( 1 / s )

K - số nguyên bậc của các thành phần điều hoà
điện áp xoay chiều này gây ra trong mạch phần ứng dòng điện xoay chiều điều
hoà với giá trị hiệu dụng
∑
∑
=
k
km
Km
U
L
I
2
1
)(
.
1
ω
σ
L
Σ
- điện cảm tổng của mạch một chiều ( bỏ qua giá trị điện trở )
Gọi g
σ

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

=

∑
k
km
Km
U
2
1
)(
1
ω
và σ
i
- hệ số đập mạch dòng điện
σ
i
=
∑
=
LI
gU
I
I
dm
do
dm
σσ
.
Hệ số đập mạch điện áp g
σ

phụ thuộc vào góc điều khiển α , g
σ

= f(
do
d
U
U
α
)
Do thành phần dòng xoay chiều nên giá trị dòng điện định mức của động cơ
giảm
I
'
dm
= I
dm
.
2
1
1
i
m
R
R
σ
+
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
15
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN

Tỷ sè
R
R
m
đặc trưng cho sự ảnh hưởng của dòng điện điều hoà bậc cao làm
tăng điện trở tổng mạch phần ứng , giá trị này
R
R
m
= 2 ÷ 3
Dòng điện xoay chiều này còn gây ảnh hưởng xấu tới quá trình chuyển mạch ở
vành góp máy điện . Cụ thể do ảnh hưởng dòng xoay chiều điều hoà bậc m , từ trường
của các cặp cực chuyển mạch bị chậm lại 90
o
so với dòng điện điều hoà bậc m . Điện
áp chuyển mạch chậm trễ sẽ không bù được điện áp phản ứng phần ứng vì sụt áp xoay
chiều ∆U
2
không thể tăng nhẩy cấp .
Từ các lý luận trên , ta rót ra giá trị điện cảm cần thiết nối vào mạch một chiều
L
d
=
uc
cfiddm
odo
Lg
nI
nU
−

max
][
σ
Tra đường cong quan hệ g
c
= g
σ

.
o
n
n
ta được
maxc
g
= 1,1
U
do
= 299V
I
ddm
= 8,5A
n
0
= 2322 (1/s)
n = 2100 (1/s)
Ta có L
d
=
uc

cfiddm
odo
Lg
nI
nU
−
max
][
σ
= 5,46.10
-3
(H) = 5,46 mH
5 . BẢO VỆ SỰ CỐ TRÊN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Mạch bảo vệ được thiết lập để đảm bảo an toàn và tránh gây tổn thất cho
người vận hành và thiết bị. Do vậy, quan điểm khi xây dựng mạch bảo vệ là phải có
biện pháp phòng chống các sự cố và các trạng thái làm việc bất thường xảy ra nhằm
hạn chế tổn thất ở mức độ thấp nhất.
Mặt khác, các phần tử bán dẫn công suất trong bộ biến đổi cũng phải được bảo
vệ chống những sự cố bất ngờ, những nhiễu loạn nguy hiểm như ngắn mạch đầu ra bộ
biến đổi, quá điện áp hoặc quá dòng điện qua van, quá nhiệt trong thiết bị biến đổi.
Tuỳ theo các loại sự cố và mức độ ta có thể phân ra các nhóm loại bảo vệ
a . Bảo vệ trên mạch động lực
Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Như ngắn mạch ở bộ biến đổi
hệ thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quá điện áp
phần ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một số vòng dây của
máy biến áp nguồn Mạch bảo vệ thực hện cắt khẩn cấp bằng các thiết bị đóng
cắt truyền thống như cầu chì, áptômát, rơle kết hợp với bảo vệ ở mạch điều khiển
như khoá thyristor, cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điều chỉnh
Bảo vệ cắt có thời gian: Quá tải , cách điện giảm , quá nhiệt v.v . Mạch
bảo vệ phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo trong lúc đó mạch điều chỉnh sẽ tự

động thay đổi tham số điều khiển để thoát khỏi sự cố hoặc người vận hành trực
tiếp điều chỉnh . Nếu sau một thời gian quy định mạch bảo vệ sẽ tác động cắt hệ
thống , ngừng làm việc để giải quyết sự cố .
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
16
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Trong các hệ truyền động hiện đại điều khiển số dùng vi xử lý hay vi tính
có trang bị chương trình kiểm tra trạng thái của hệ để phát tín hiệu cảnh báo hoặc
dự báo sự cố xảy ra cắt kịp thời để tránh gây hư hỏng .
Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến đổi, ngắn
mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nhưng nằm ngoài bộ biến đổi, ngắn mạch
bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ) sử dụng cầu chì. Để bảo vệ mất từ
thông, sử dụng rơle bảo vệ mất từ thông. Sử dụng rơle bảo vệ quá nhiệt để bảo vệ quá
nhiệt động cơ, máy biến áp
b . Bảo vệ trong bộ biến đổi
Bảo vệ quá nhiệt : Khi thyristor được điều khiển mở cho dòng chảy qua van,
công suất tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bị đốt nóng
lớn nhất. Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất điện năng. Do các
thiết bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ, mọi sự quá nhiệt độ trên van dù
chỉ diễn ra trong thời gian ngắn cũng có thể phá hỏng van, nên để bảo vệ quá nhiệt
trên van, ta sử dụng các biện pháp làm mát cưỡng bức. Biện pháp làm mát thông dụng
nhất là quạt không khí xung quanh cánh tản nhiệt (làm mát bằng gió). Đối với thiết bị
bán dẫn công suất lớn hơn, ta có thể cho nước trực tiếp chảy qua cánh tản nhiệt (làm
mát bằng nước) hoặc ngâm cả thiết bị bán dẫn vào dầu biến thế.
Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện bằng
phương pháp làm mát cưỡng bức bằng gió với hệ số bảo vệ quá nhiệt trên van là
k
i
=1,5 và k
u

=1,6.
Bảo vệ quá điện áp trên van: Để bảo vệ quá áp trên van, ta sử dụng mạch
RC, bảo vệ từng thyristor: Mạch đấu song song với van dùng để bảo vệ quá điện áp
do các nguyên nhân nội tại gây ra – sự tích tụ điện tích trong lớp bán dẫn trong quá
trình làm việc của van sẽ tạo ra dòng điện ngược khi khoá van trong khoảng thời gian
rất ngắn, do đó làm xuất hiện suất điện động cảm ứng rất lớn trên các điện cảm đường
dây nối. Mạch LRC đấu giữa các nguồn pha dùng để bảo vệ quá áp do các nguyên
nhân bên ngoài mang tính ngẫu nhiên – hiện tượng sấm sét, một cầu chì bảo vệ bị
nhảy, cắt không tải máy biến áp Các trị số linh kiện bảo vệ được chọn dựa vào các
trị số kinh nghiệm:
Ta có sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh như sau
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
17
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh
Mạch R
1
C
1
bảo vệ quá điện áp do tích tụ điện tích:
(Điện tử công suất - Nguyễn Bính - trang 261)
Gọi b là hệ số dự trữ về điện áp của Thyristor ⇒ b = 1÷ 2. Chọn b = 1,6.
Giả sử BAN có L
c
= 0,2(mH).
- Hệ số quá điện áp : k =
maxng
bU
V
RRM

=
37,304.6,1
600
≈ 1,23.
- Các thông sè trung gian, sử dụng các đường cong (Hình X.9 trang 262
-ĐTCS):
- C
*
min
(k) = 5,5; R
*
max
(k) = 1,2; R
*
min
(k) = 0,55.
- Tính
max
dt
di
khi chuyển mạch. Ta có phương trình lúc bắt đầu trùng dẫn:
2L
c
dt
di
= u
dây
=
2
U

v0
sin(ωt+ϕ)
⇒
max
dt
di
=
c
vo
L2
U2
=
3
10.2,0.2
5,221.2
−
≈ 783055,3(A/s)
⇔
max
dt
di
= 0,785(A/µs)
Ta thấy với Thyristor đã chọn có
dt
di
= 100(A/µs) >> 0,76(A/µs), nên trong
mạch không cần có các cuộn kháng bảo vệ L
k
(bảo vệ
dt

di
). Tức là có thể coi L
k
= 0.
-Xác định điện lượng tích tụ Q = f(
dt
di
), sử dụng các đường cong (Hình
X.10b):
Với I
d
= 8,5(A),
max
dt
di
= 0,785(A/µs) tra đường cong ⇒ Q ≈ 15(Aµs).
-Xác định R
1
,C
1
:
C
1
=
maxng
U
Q2
.C
*
min

(k) =
314
152×
5,5 ≈ 0,54(µF).
R
*
min
(k)
Q2
UL2
maxngc
≤ R
1
≤ R
*
max
(k)
Q2
UL2
ngc max
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
18
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
⇔ 0,55
6
3
10.15.2
314.10.2,0.2
−
−

≤ R
1
≤ 1,2
6
3
10.15.2
314.10.2,0.2
−
−
⇒ 35,04 ≤ R
1
≤ 76,44 (Ω).
Vậy ta có thể chọn các giá trị chuẩn: R
1
= 47(Ω) và C
1
= 0,6(µF)
Mạch R
2
C
2
bảo vệ quá điện áp do cắt BAN không tải gây ra:
-Ta có hệ số quá điện áp: k = 1,23.
-Các thông số trung gian, sử dụng các đường cong (Hình X.11-ĐTCS):
C
*
min
(k) = 0,45; R
*
max

(k) = 2,1; R
*
min
(k) = 1.
-Giá trị lớn nhất của năng lượng từ trong BAN (3pha) khi cắt:
W
T3
=
s
m.o.s
I2
I
ω2
S
Trong đó:
I
s.o.m
: là giá trị cực đại của dòng từ hoá quy sang thứ cấp.
I
s
: giá trị hiệu dụng dòng định mức thứ cấp.
I
s
=
3
2
I
d
=
3

2
.8,5 ≈ 6,94(A)
S : Công suất biểu kiến BAN.
ω = 2πf = 314(rad/s).
Ta có I
s.o.m
=
2
I
s.o
=
2
.0,03I
s
⇒ W
T3
=
s
m.o.s
I2
I
ω2
S
= 0,03
3142
10.665,2
3
×
≈ 0,127(W.s)
-Xác định R

2
và C
2
:
C
2
=
sm
2
3T
U
W2
C
*
min
(k)
Trong đó U
sm
là giá trị cực đại điện áp dây thứ cấp BAN:
U
sm
=
2
U
s
=
2
.U
v0
=

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

≤ R
2
≤ R
*
max
(k)
m.o.s

sm
I
U
⇔ 1.
94,603,02
9,312
××
≤ R
2
≤ 2,1.
94,603,02
9,312
××
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
19
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
⇒ 1062,69 ≤ R
2
≤ 2231,66 (Ω).
Vậy ta chọn các giá trị chuẩn: R
2
= 1500(Ω) và C
2
= 2(µF).
CHƯƠNG IV
TỔNG HỢP HỆ TRUYỀN ĐỘNG
1 . MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH TÙ ĐỘNG TRUYỀN
ĐỘNG ĐIỆN
Mục tiêu cơ bản của hệ điều chỉnh tự động truyền động điện là phải đảm bảo
giá trị yêu cầu của các đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào tác động của các

đại lượng nhiễu lên hệ điều chỉnh. Hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện
động cơ truyền động cân băng định lượng có cấu trúc được trình bày ở dưới, gồm :
động cơ truyền động M quay chi tiết máy mài tròn Mx và thiết bị biến đổi năng lượng
- chỉnh lưu cầu ba pha BĐ (được gọi là phần lực), các thiết bị đo lường ĐL và các bộ
điều chỉnh R (được gọi là phần điều khiển). Tín hiệu điều khiển hệ thống được gọi là
tín hiệu đặt THĐ và ngoài ra còn có các tín hiệu nhiễu loạn NL tác động lên hệ thống.
MxR B§ M
§L
TH§
NL
Cấu tróc của hệ điều chỉnh tù động truyền động điện động cơ truyền động cân
băng định lượng .
Động cơ truyền động được sử dụng là động cơ một chiều kích từ độc lập và
được cấp năng lượng từ bộ biến đổi chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển. Bộ biến đổi
có chức năng biến đổi năng lượng điện thích ứng với động cơ truyền động và mang
thông tin điều khiển để điều khiển các tham số đầu ra của bộ biến đổi (như công suất,
điện áp, dòng điện, tần số ). Tín hiệu điều khiển được lấy ra từ bộ điều chỉnh R. Các
bộ điều chỉnh R (regulator) nhận tín hiệu thông báo sai lệch về trạng thái làm việc của
truyền động thông qua so sánh giữa tín hiệu đặt THĐ và tín hiệu đo lường các đại
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
20
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
lượng truyền động. Sự biến thiên của các tín hiệu đặt gây ra các sai lệch không tránh
được trong quá trình quá độ và cũng có thể gây sai lệch trong chế độ xác lập. Trên cơ
sở phân tích các sai lệch điều chỉnh, ta có thể chọn được các bộ điều chỉnh, các mạch
bù thích hợp để nâng cao chính xác của hệ thống.
2 . TỔNG HỢP CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH
Khi tổng hợp hệ truyền động nhiều thông số thường phân hệ thành cấu trúc
nhiều vòng có các bộ điều chỉnh kiểu nối cấp. Cho đến nay, phương pháp chung tổng
hợp các bộ điều chỉnh trong cấu trúc nối cấp chưa thật hoàn thiện, chủ yếu do việc

chọn thông số tối ưu của các bộ điều chỉnh và tính chất phức tạp của hệ thống thực.
Vì thế, việc tính toán tổng hợp gần đúng có giá trị to lớn trong thiết kế định hướng
cũng như trong chỉnh định và vận hành hệ thống.
Như đã trình bày ở trên, để phù hợp với yêu cầu của hệ truyền động, ta chọn
hệ điều chỉnh động cơ một chiều điều chỉnh theo nguyên tắc T - Đ. Qua phân tích cơ
cấu cân băng, ta thấy rằng hệ truyền động này bao gồm ba mạch vòng điều chỉnh, đó
là mạch vòng điều chỉnh dòng điện, mạch vòng điều chỉnh tốc độ và mạch vòng điều
chỉnh năng suất. Sơ đồ nối cấp của hệ điều chỉnh được trình bày như hình vẽ.
Q
đ
+ + + i ω
Q
R
q
(p) R
ω
(p) R
i
(p) S
i
(p) S
ω
(p) S
q
(p)
Năng suất của hệ thống cân băng quyết định tốc độ đặt động cơ truyền động
để đạt được kết quả theo yêu cầu. Qua hệ điều chỉnh tốc độ ta sẽ tạo ra tốc độ điều
khiển động cơ- điều khiển thông qua mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Do các yêu
cầu công nghệ mà hệ thống cần đạt vô sai cấp 1 hoặc vô sai cấp hai. Nhiễu chính của
hệ thống là mômen cản M

c
. Tuỳ theo yêu cầu công nghệ mà bộ điều chỉnh tốc độ R
ω
có thể được tổng hợp theo hai tín hiệu điều khiển hoặc theo nhiễu tải M
c
. Trong
trường hợp chung, hệ thống phải có đặc tính điều chỉnh tốt cả từ phía tín hiệu điều
khiển lẫn phía tín hiệu nhiễu loạn.
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
21
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
2.1 . TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH DÒNG ĐIỆN
Trong các hệ truyền động tự động cũng như các hệ chấp hành thì mạch vòng
điều chỉnh dòng điện là mạch vòng cơ bản. Chức năng cơ bản của mạch vòng dòng
điện là trực tiếp hoặc gián tiếp xác định mô men kéo của động cơ, ngoài ra nó còn có
chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc
Sơ đồ khối của mạch vòng dòng điện có dạng như hình vẽ:

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

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
22
U
I®
U
I
R
I
U
®k
1+T
<
p
K
i
1+τ
fI
p
K
CL
1+τ
CL
p
U
d
I
<
1/R
<

1+T
<
p
1/R
<
1+
τ
fI
p
K
i
U
I®
U
I
1+
τ
CL
p
K
CL
R
I
U
®k
E
K
Φ
I
<

1/Jp
M
c
K
Φ
ω
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Trong đó:
K
CL
: Hệ số khuyếch đại khâu chỉnh lưu dòng điện.
K
CL
=
4,23
10
234
V10
U
dm
==
τ
CL
: Hằng số thời gian của khâu chỉnh lưu. τ
CL
= 3.33 ms
K
i
: Hệ số khuyếch đại của sensor dòng.
K

i
=
176,1
5,8
V10
I
V10
dm
==
τ
fi
: Hằng số thời gian của sensor dòng. τ
fi
= 0.5
÷
1 ms
R
ư
,L
ư
: Điện trở và điện cảm mạch phần ứng.
T
ư
: Hằng số thời gian mạch phần ứng, có giá trị cỡ hàng chục
ms. T
ư
=
)(014,0
49,2
0345,0

-
s
R
L
==
T
V0
=
=
e
.m
ω
π
1,67 ( ms )
Tổng hợp mạch ta có cấu trúc thu gọn:

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

K
VOfI
I
uuCL
CL
++++
ττ
Do các giá trị τ
CL
và τ
fI
là tương đối nhỏ nên ta có thể tổng hợp như sau:
F
S
≈
)1)(1( ppT
K
Iu
S
τ
++
Với K
S
=
u
ICL
R
KK .
= 11,056
T

s
= τ
fI
+ τ
CL
+ T
V0
= 6.10
-3
s
F
S
≈
)1)(1( ppT
K
Iu
S
τ
++
=
25
p10.02,6p0183,01
056,11
)00433,01)(p014,01(
056,11
−
++
=
++

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
23
U
I
U
I®
F
R
I
(1+τ
CL
)(1+T
<
p)(1+τ
fI
p)
K
CL
.1/R
<
.K
I
U
I
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Tổng hợp mạch vòng theo tiêu chuẩn modul tối ưu ta thu được cấu trúc của bộ
điều chỉnh mạch vòng dòng điện có dạng PI:
R
I

(p) =
p.T.K.2
pT1
sS
u
+
=
p957,0
p014,01
p00433.0.056,11.2
p014,01
+
=
+

Sơ đồ bộ PI
LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ
R
1
C =
s
u
ICL
T
R
KK2
= 0,1326
R
3
C = T

ư
= 0,014
Chọn C = 100 µF
Ta tính được R
1
=
s
u
ICL
T
CR
KK2
= 1326 Ω
Chọn R
1
= 1,5 kΩ
R
3
=
C
T
u
= 140 Ω
Chọn R
3
= 150 Ω
Có thể chọn R
2
= R
1

= 1,5 kΩ
Để tạo lọc , thường nối thêm tụ C
k
song song với điện trở R
3
sao cho
R
3
C
k
= T
f
và R
3
( C + C
k
) = T
ư
Từ đó ta tính C
k
=
3
f
R
T
= 42,8 .10
-6
F = 42,8 µF
Chọn C
k

= 50 µF
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
24
-
+
U
i®
U
i
R
1
R
2
R
3
C
C
K
U
§k
LÊ TRỌNG HUY - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Với các giá trị đã cho ta xây dựng được đặc tính quá độ của cấu trúc mạch như
sau:
Đặc tính quá độ của mạch vòng dòng điện
Quá trình quá độ sẽ kết thúc sau thời gian T
qđ
= 0,0363(s) và độ quá điều
chỉnh là 4,23% . Với động cơ trong hệ truyền động T - Đ, do không cần phải đảo
chiều động cơ nên nói chung ta sẽ phát xung cho hệ trong chế độ dòng điện liên tục,
đơn giản và tiện lợi.

2.2 . TỔNG HỢP MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
25