thiết kế hệ thống truyền động với yêu cầu máy sản xuất (thuyết minh)

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỆN CƠ
ĐỀ TÀI:
Tính toán thiết kế hệ truyền động với yêu cầu máy sản xuất có:
Mc = const
Chuyển động lên xuống với : υ
đm
= 2 m/phút
Công suất định mức : P
đm
= 9 Kw
Hiệu suất bộ truyền : η = 95%
Tải mang tính : thế năng
Dải điều chỉnh : D = 5 : 1
Sai lệch tĩnh : St% ≤ 10%
Có đảo chiều, có bảo vệ quá tải ( Hãm tái sinh)
PhầnΙ; Thuyết minh:
Chương 1: Phân tích, tính toán quy đổi từ máy sản xuất về
trục động cơ.
Chương 2: Phân tích, chọn loại động cơ truyền động.
Chương 3: Phân tích, chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động
cơ .
Chương 4: Phân tích, chọn BBĐ cấp điện cho động cơ.
Chương 5: Phân tích, chọn tín hiệu phản hồi và mạch tổng hợp khuếch
đại trung gian.
Chương 6: Tính chọn thiết bị.
Chương 7: Xây dựng đặc tính cơ và kiểm tra chất lượng tĩnh.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
1
Chương 8: Thuyết minh nguyên lý làm việc của hệ thống.
Phần II; Bản vẽ:

1; Sơ đồ nguyên lý hệ thống.
2; Đặc tính cơ hệ thống.
3; Giản đồ dòng áp mạch động lực và mạch điều khiển.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
2
Lời nói đầu
Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá hiện nay, ngành tự động
hoá đóng một vai trò hết sức quan trọng. Việc áp dụng các hệ thống truyền động
theo vòng kín nhằm tăng năng suất và tăng hiệu quả kinh tế. Một hệ thống làm
việc ổn định thì sẽ cho ra những sản phẩm đảm bảo chất lợng cao.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành điện tử
công suất. Với việc phát minh ra các linh kiện bán dẫn đã và đang ngày càng đáp
ứng đợc các yêu cầu của các hệ thống truyền động. Ưu điểm của việc sử dụng
các linh kiện bán dẫn mà làm cho hệ thống trở nên gọn nhẹ hơn, giá thành thấp
hơn và có độ chính xác tác động cao hơn. Với nhu cầu sản suất và tiêu dùng nh
hiện nay, thì việc tự động hoá cho xí nghiệp trong đó sử dụng các linh kiện gọn
nhẹ là một nhu cầu hết sức cấp thiết.
Sau gần 4 năm học tập và nghiên cứu ở trờng, em đã đợc làm quen với các
môn học thuộc ngành . Để áp dụng lý thuyết với thực tế trong học kỳ này chúng
em đợc giao đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ với yêu cầu Thiết kế hệ thống
truyền động với yêu cầu máy sản xuất
Với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hớng dẫn
Nguyễn Ngọc Kiên và các thầy giáo trong bộ môn, đến nay đồ án của em đã đ-
ợc hoàn thành.
Bản đồ án của em gồm hai phần chính :
Phần thuyết minh : gồm 8 chơng:
Chng 1: Phõn tớch, tớnh toỏn quy i t mỏy sn xut v trc
ng c.
Chng 2: Phõn tớch, chn loi ng c truyn ng.

Chng 3: Phõn tớch, chn phng phỏp iu chnh tc ng c.
Chng 4: Phõn tớch, chn BB cp in cho ng
Chng 5: Phõn tớch, chn tớn hiu phn hi v mch tng hp khuch
i trung gian.
Chng 6: Tớnh chn thit b.
Chng 7: Xõy dng c tớnh c v kim tra cht lng tnh.
TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP THI NGUYấN LP: K40.TH.03
3
Chng 8: Thuyt minh nguyờn lý lm vic ca h thng.
Phần bản vẽ : gồm 3 bản vẽ khổ A
0
1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống.
2. Giản đồ dòng, điện áp trên mạch động lực và mạch điều khiển.
3. Đặc tính tĩnh hệ thống.
Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn, nên đồ án
của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong đợc sự chỉ bảo, góp ý
của các thầy,cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, cảm ơn thầy
Nguyễn Ngọc Kiên đã giúp đỡ em để bản thiết kế hoàn thành đúng thời hạn.
Thái nguyên ngày Tháng năm 2007
Sinh viên thiết kế
Vũ văn phiên

TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP THI NGUYấN LP: K40.TH.03
4
Chương 1: Phân tích, tính toán quy đổi từ máy sản xuất về
trục động cơ.

Xuất phát từ những yêu cầu của đề tài, cho các thông số của máy sản xuất.
Để dễ dàng cho việc nghiên cứu và tính toán, người ta thường tính quy đổi tất cả

các đại lượng về trục động cơ.Nguyên tắc của tính toán quy đổi là đảm bảo năng
lượng của hệ trước và sau khi quy đổi không thay đổi.

υ,
F
G
Jt,
ω
t
,
Mt
i,
η
Jqd,Mqd
Jd,
ω,
Md
4
3
2
1
H1.1: Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ hàng.
(1)động cơ điện, (2) hộp tốc độ, (3) tang quay, (4) tải trọng.

Trong đó:
-Jđ, ωđ, Mđ : mômen quán tính, tốc độ quay, mômen của động cơ.
-Jqđ, Mqđ : mômen quán tính và mômen quy đổi.
- i, η : tỉ số và hiệu suất của bộ truyền.
- Jt, ωt, Mt : mômen quán tính, tốc độ quay, mômen của tang quay.
- υ, F : là vận tốc dài và lực cản.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
5
Theo đề tài ta có:
-Mc = const, υ
đm
= 2 m/phút, P
đm
= 9 Kw, η = 95%.
Ta có : n
đm
=
60
2 R
v
dm
π

-Với R : là bán kính tang quay.
Ta chọn bán kính tang quay: R = 0.2m
⇒ n
đm
=
60
2.0*14.3*2
2
= 96 (v/phút)
-Ở đây n
đm
: là tốc độ định mức của tang quay.
a) Xác định tỉ số của bộ truyền:

Ta có : i =
dm
dc
n
n
Trong đó :
- n
đc
= 1500 v/phút : tốc độ quay của động cơ.
- n
đm
= 1.6 v/phút : tốc độ quay của tang quay.
⇒ i =
96
1500
= 15.625
b) Quy đổi công suất tải về trục động cơ:
Ta có : P
đc
=
η
dm
P

- Với : P
đm
= 9 Kw, η = 95%
⇒ P
đc
=

95.0
9
= 9.5 Kw
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
6
Chương 2: Phân tích chọn loại động cơ truyền động:
Trong chương này ta sẽ đưa ra một số loại động cơ có thể được sử dụng để
truyền động cho hệ thống.Ta có các loại động cơ:
1: Động cơ xoay chiều .
a: Động cơ không đồng bộ :
Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ
công suất nhỏ, công suất trung bình và công suất lớn và chiếm tỉ lệ rất lớn trong
công nghiệp.
Ưu điểm: nổi bật của loại động cơ này là: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động
cơ rôto lồng sóc; so với động cơ một chiều động cơ không đồng bộ có giá thành
hạ; vận hành tin cậy, chắc chắn. Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp
lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi
kèm theo.
Nhược điểm: của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và không chế
các quá trình quá độ khó khăn; riêng với động cơ rôto lồng sóc có các chỉ tiêu
khởi động xấu hơn.
Xét về mặt cấu tạo, người ta chia động cơ không đồng bộ làm hai loại: Động
cơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc (còn gọi là động cơ rôto ngắn mạch).
H2.1: Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
7
a.1; Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:
M =
sX

s
R
R
RU
nm
f
])[(
3
22
'
2
11
'
2
2
1
++
ω
Trong đó :
- R
1
,X
1
: điện trở, điện kháng mạch stato.
-
'
2
R
,
'

2
X
: điện trở, điện kháng mạch rôto quy đổi về stato.
- X
nm
= X
1
+
'
2
X
: điện kháng ngắn mạch.
- ω
1
=
p
f
1
2
π
: tốc độ của từ trường quay, còn gọi là tốc độ đồng bộ.
- f
1
: tần số của điện áp nguồn đặt vào stato.
- p : số đôi cực từ động cơ.
- ω : tốc độ góc của động cơ.
- s =
1
1
ω

ωω
−
: độ trượt của động cơ.
Các điểm cực trị của đường cong được xác định bằng cách giải:
ds
dM
= 0 ta
được:
- s
th
= ±
)(
22
1
'
2
nm
XR
R
+
- M
th
= ±
)((2
3
22
111
2
1
nm

f
XRR
U
+±
ω
Trong đó: dấu (+) ứng với chế độ động cơ và dấu (-) ứng với chế độ máy phát.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
8
A
M
Mdm
ω
S
ω1
Sth
0
Rf 0
TN(Rf = 0)
2
1
Mth
H2.2: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ω = f(M) trong
chế độ động cơ

a.2; Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ:
Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ
động cơ không đồng bộ:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ.
- Điều chỉnh công suất trượt Ps.
- Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ.

⇒ Tuy nhiên: do nhược điểm của loại động cơ này là điều chỉnh tốc độ và
khống chế các quá trình quá độ gặp khó khăn, mômen khởi động nhỏ, dòng khởi
động lớn. Mặt khác do dạng đặc tính cơ có dạng đường cong (h2.2) nên việc ổn
định tốc độ gặp khó khăn. Nếu tuyến tình hoá đoạn đặc tính làm việc thì chỉ có
thể ổn định tốc độ ở điểm làm việc từ ω
0
đến điểm A trên hình vẽ còn đoạn đặc
tính còn lại động cơ làm việc trong chế độ không ổn định. Ngoài ra do các thông
số của máy điện không đồng bộ dễ bị thay đổi do ảnh hưởng của nhiệt độ, tần
số… lên việc khảo sát và tính toán các quá trình quá độ của động cơ không đồng
bộ gặp rất nhiều khó khăn.
Trong thời gian gần đây do sự phát triển của công nghiệp chế tạo bán dẫn
công suất và kĩ thuật điện tử - tin học động cơ không đồng bộ đã khai thác được
các ưu điểm của nó và trở thành hệ truyền động có khả năng hiệu quả với hệ
truyền động Tiristo – Động cơ một chiều. Tuy nhiên việc ứng dụng các kỹ thuật
mới này còn rất hạn chế ở nước ta do giá thành còn cao.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
9
b: Động cơ đồng bộ:
Động cơ đồng bộ được sử dụng khá rộng rãi trong những truyền động công
suất trung bình và lớn, yêu cầu ổn định tốc độ cao. Động cơ đồng bộ thường
dùng cho các máy bơm, quạt gió, các hệ truyền động của nhà máy luyện kim và
cũng thường được sử dụng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát - động cơ
công suất lớn.
b.1: Sơ đồ nguyên lý và phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:
p
f
1
1
2

π
ω
=
Trong đó :
- ω
1
: là tốc độ đồng bộ.
- f
1
: tần số của lưới xoay chiều.
- p: số đôi cực từ.
U
+
-
ω1
Mmax
M
0
ω
h2.3: Sơ đồ nguyên lý động h2.4: Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ.
cơ đồng bộ.
Ưu điểm: của động cơ đồng bộ là có độ ổn định tốc độ cao, hệ số cosϕ và
hiệu suất lớn, vận hành có độ tin cậy cao.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
10
Nhược điểm: Động cơ này có nhược điểm là điều chỉnh tốc độ gặp khó khăn
do chỉ có phương pháp điều chỉnh duy nhất là biến tần nguồn điện. Tuy nhiên do
sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử thì nhược điểm này đã được khắc
phục bằng các bộ biến tần công nghiệp của các hãng sản xuất thiết bị điện tử
công nghiệp nổi tiếng thế giới như : SIEMENT(ĐỨC), OMRON(PHÁP)….

Nhưng do giá thành còn cao cũng như công nghệ truyền thông của nó khá phức
tạp nên chúng chưa được sử dụng rộng rãi ở nước ta.
2 : Động cơ điện một chiều.
a. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp là cuộn dây kích từ mắc nối
tiếp cuộn dây phần ứng, nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng
ít, chế tạo dễ dàng.
a.1; Sơ đồ nguyên lý:
Iu
Ckt
Rf
-
Uu
+
E
h2.5: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ nối tiếp.
a.2; Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp:
ω =
B
M
KCA
−
1
=
B
M
A
−
2
Trong đó:

-A
1
=
CK
U
u
.
-B =
CK
R
u
.
-U
ư
: điện áp phần ứng (v).
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
11
-R
ư
: điện trở mạch phần ứng(Ω).
-K =
a
pN
π
2
: hệ số cấu tạo động cơ.
-C : là hệ số tỉ lệ của mạch kích từ.
a.3: Đặc tính cơ:
0
NT

Rf
TN
Rf=0
0
M
h2.6: Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp.
Nhận xét: Ta thấy đặc tính cơ có dạng hyperbol và mềm ở phạm vi dòng điện
có giá trị nhỏ hơn định mức. Ở vùng dòng điện lớn, do mạch từ bão hòa nên từ
thông hầu như không đổi và đặc tính có dạng gần tuyến tính.
Ngoài ra nhìn vào đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp và cấu
tạo của nó ta có nhận xét sau:
- Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp mềm và độ cứng thay đổi
theo phụ tải. Do đó thông qua tốc độ của động cơ ta có thể biết được sự thay đổi
của phụ tải. Tuy nhiên không nên sử dụng động cơ này cho những truyền động
có yêu cầu ổn định cao.
- Động cơ kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mômen. Nhờ cuộn kích
từ nối tiếp nên ở vùng dòng điện phần ứng lớn hơn định mức thì từ thông động
cơ lớn hơn định mức, do đó mômen của nó tăng nhanh hơn so với sự tăng của
dòng điện. Như vậy với mức độ quá dòng điện như nhau thì động cơ một chiều
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
12
kích từ nối tiếp có khả năng quá tải về mômen và khả năng khởi động tốt hơn
động cơ một chiều kích từ độc lập. Nhờ ưu điểm đó mà động cơ kích từ nối tiếp
rất thích hợp cho những truyền động làm việc bình thường có quá tải lớn và yêu
cầu mômen khởi động lớn như máy nâng vận chuyển, máy cán thép …
- Vì từ thông của động cơ chỉ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng nên khả năng
chịu tải của động cơ không bị ảnh hưởng bởi sự sụt áp của lưới điện. Loại động
cơ này thích hợp cho những truyền động dùng trong ngành giao thông có đường
dây cung cấp điện dài.
b. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ độc lập là cuộn kích từ được cấp
nguồn từ một nguồn riêng biệt, do đó khi tải thay đổi thì ít không ảnh hưởng tới
kích từ của động cơ. Ta có thể điều chỉnh tốc độ động cơ ở cả mạch phần ứng và
mạch kích từ.
b.1; Sơ đồ nguyên lý:
I
Rf
-
Uu
+
E
Ikt
Rkt
Ckt
-
Ukt
+
h2.8: Sơ đồ nguyên lý của động cơ một chiều kích từ độc lập
b1.2; Phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập :
ω =
φ
K
U
u
-
M
K
RR
fu
2

)(
φ
+
Trong đó:
- ω : tốc độ góc,rad/s.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
13
- U
ư
: điện áp phần ứng, V.
- K =
a
pN
π
2
: hệ số cấu tạo động cơ.
- p : số đôi cực từ chính.
- N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
- φ : từ thông kích từ dưới một cực từ, W
b
.
- R
ư
= r
ư
+ r
cf
+ r
b
+ r

ct
: điện trở của mạch phần ứng, Ω.
+ 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 điện.
- R
f
: điện trở phụ trong mạch phần ứng, Ω.
- M = M
đt
= KΦI
ư
: mômen điện từ.
- I
ư
: dòng điện mạch phần ứng, A.
ω
0
ω
M
M

nm
Mdm
h2.9: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông φ = const, thì phương trình
đặc tính cơ là tuyến tính. Đồ thì đặc tính cơ được biểu diễn trên h2.9 là đường
thẳng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
14
Theo đồ thị trên, khi M = 0 ta có :
ω =
φ
K
U
u
= ω
o
ω
o
: được coi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ.

Còn khi ω = 0 ta có :
I
ư
=
fu
RR
U
+
= I

nm
,
Và M
nm
= KφI
nm
I
nm
, M
nm
được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch.
Trên thực tế, đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song
song hầu như giống nhau, nhưng khi cần công suất lớn người ta thường dùng
động cơ điện kích thích độc lập để điều chỉnh dòng kích thích nối tiếp, động cơ
điện kích thích độc lập để điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận lợi và
kinh tế hơn, mặc dù loại động cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên
ngoài.
Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập ta có các
phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ.
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.
Nhận xét: So với động cơ một chiều kích từ nối tiếp thì ta thấy động cơ một
chiều kích từ độc lập có từ thông không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào
điện áp và điện trở mạch kích từ nên khả năng ổn định tốc độ của động cơ một
chiều kích từ độc lập là cao hơn. Mặt khác do đặc tính cơ của nó là đường thẳng
do đó có thể ổn định ở mọi cấp tốc độ. Động cơ có dải điều chỉnh tốc độ rộng,
phương pháp điều chỉnh đơn giản.
Kết luận: Từ những phân tích đánh giá ở trên ta thấy động cơ một chiều kích
từ độc lập có nhiều ưu điểm và có khả năng đáp ứng được yêu cầu công nghệ

của tải mà ta cần truyền động.Do đó ta chọn động cơ một chiều kích từ độc lập
làm động cơ truyền động cho máy sản xuất của đề tài.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
15
Chương 3: Phân tích, chọn phương pháp điều chỉnh tốc
độ động cơ.
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt
hơn so với các loại đông cơ khác, không những nó có khả năngđiều chỉnh tốc độ
dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lạo đạt
chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh rộng.
Có ba phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:
- Điều chỉnh điện trở phụ phần ứng động cơ.
- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ.
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
1.Điều chỉnh tốc độ bằng cách đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng động
cơ:
Giả thiết : U
ư
= U
đm
= const và Φ = Φ
đm
= const.
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào mạch
phần ứng.
Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:
ω =
dm

dm
K
U
φ
= const
Độ cứng của đặc tính cơ:
β =
ω
∆
∆
M
=
fu
RR
K
+
−
2
)(
φ
= var.
Khi R
f
càng lớn, β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với
R
f
= 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên:
β
TN
=

u
R
K
2
)(
φ
−
β
TN
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.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
16
0
Mc
M
Rf4
Rf3
Rf2
Rf1
TN(Rf = 0)
ω
ω0
H3.10: các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện trở
phụ mạch phần ứng.
Như vậy khi thay đổi điện trở phụ R
f
ta có được một họ đặc tính biến trở có
dạng như h2.10. Ứng với một phụ tải M
c

nào đó, nếu R
f
càng lớn thì tốc độ động
cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen 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 dưới tốc độ cơ bản.
Nhược điểm của phương pháp này là:
- Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản bằng
cách giảm độ cứng đặc tính cơ. Nó là phương pháp điều chỉnh không triệt để dải
điều chỉnh phụ thuộc giá trị của mômen cản, độ chính xác duy trì tốc độ không
cao, độ tính chỉnh kém.
- Khi điều chỉnh tốc độ xuống thấp sai số tốc độ càng lớn và mômen ngắn mạch
càng nhỏ, nghĩa là khả năng duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém, ngoài ra số
cấp điện trở có giới hạn và việc điều chỉnh không trơn. Tất cả nhưng nguyên
nhân đó đều hạn chế dải điều chỉnh.
- Do sử dụng điện trở phụ mắc vào mạch phần ứng động cơ dẫn đến tổn thất về
năng lượng làm giảm hiệu suất của hệ thống.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
17
2. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp mạch kích từ:
Giả thiết điện áp phần ứng U
ư
= U
đm
= const. Điện trở phụ R
f
= 0 ( R
ư
= cost).
Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ I

kt
động cơ.
Trong trường hợp này:
- Tốc độ không tải : ω
ox
=
x
dm
K
U
φ
= var.
- Độ cứng đặc tính cơ : β
(
φ
)
=
u
x
R
K
2
)(
φ
−
= var.
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từthông.Nên
khi từ thông giảm thì ω
ox
tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ

thông.
Điều chỉnh điện áp mạch kích từ thực chất là quá trình thay đổi từ thông kích
thích của động cơ hay nói cách khác chính là điều chỉnh mômen điện từ của
động cơ M = KφI
ư
và sức điện động quay của động cơ E
ư
= Kφω. Mạch kích từ
của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi
tuyến:
i
k
=
kb
k
rr
e
+
+ w
k
dt
d
φ
Trong đó :
- r
k
: điện trở dây quấn kích thích.
- r
b
: điện trở của nguồn điện áp kích thích.

- w
k
: số vòng dây của dây quấn kích thích.


Trong chế độ xác lập ta có quan hệ:
i
k
=
kb
k
rr
e
+
; φ = f
[ik]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
18
H3.11: đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập khi giảm từ thông.
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông :
Dòng điện ngắn mạch : I
nm
=
u
dm
R
U
= const.

Mômen ngắn mạch : M
nm
= Kφ
x
I
nm
= var.
Với dạng mômen phụ tải M
c
thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì
khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên.
Do khi điều chỉnh điện áp mạch kích từ thì thường giữ điện áp phần ứng và
điện trở phần ứng là không đổi bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp
nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định
mức, từ thông định mức và được gọi là đặc tính cơ bản ( đôi khi chính là đặc
tính tự nhiên của động cơ ). Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn
chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc
độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị
xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm
dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là mômen cho phép trên trục động cơ
giảm rất nhanh. Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc
tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích:
β
(
φ
)
=
u
x
R

K
2
)(
φ
−
= var.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
19
Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các đông cơ mà từ
thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùng bão hoà của
các đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ
thuộc vào thông số kết cấu của máy điện:
φ = C.i
k
=
k
kb
e
rr
C
+
Ưu điểm :
- Vì công suất mạch kích từ nhỏ nên việc điều chỉnh dễ dàng và tổn hao công
suất ít.
- Khả năng tự động hoá cao.
Nhược điểm :
- Độ cứng đặc tính cơ giảm mạnh khi từ thông giảm và tốc độ không tải lý tưởng
tăng, sai lệch tĩnh tăng.
- Dải điều chỉnh tốc độ khi thay đổi từ thông nói chung là không rộng.
- Khi giảm từ thông để tăng tốc độ thì điều kiện chuyển mạch cổ góp xấu đi vì

vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì đồng thời phải giảm I
ư
⇒ mômen trên trục động cơ giảm rất nhanh.
- Do điện cảm lớn lên hằng số thời gian lớn nên thời gian qua độ dài.
3. Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động
cơ.
Giả thiết từ thông φ = φ
đm
= const, điện trở phụ R
f
= 0( R
ư
= cost). Khi thay
đổi điện áp theo hướng giảm so với U
đm
, ta có:
- Tốc độ không tải: ω
ox
=
x
x
K
U
φ
= var.
- Độ cứng đặc tính cơ: β =
u
x
R
K

2
)(
φ
−
= const.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
20
®c
ckt
n
omax =
n
o
1
n
m
bb®
u
®k
n
omin =
n
o
5

n
o
2

n

o
3

n
o
4
H3.12: Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập khi
điều chỉnh điện áp.
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc
tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên.
Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp ( giảm áp ) thì mômen ngắn mạch, dòng
điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một
phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc
độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động.
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như
máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển v.v… Các
thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều
thành một chiều có sức điện động E
b
điều chỉnh được nhờ tín hiệu diều khiển
U
đk
vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơnên các bộ biến đổi náy có
điện trở trong R
b
và điện cảm L
b
khác không.
Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như
sau:

E
b
– E
ư
= I
ư
(R
b
+ R
ư
)
ω =
dm
b
K
E
φ
-
dm
ub
K
RR
φ
+
.I
ư
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
21
ω = ω
o

(U
đk
) -
β
M
Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng
không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều
khiển U
đk
của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để.
Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống
bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức
và từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều
chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động. Khi mômen
tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:
ω
max
= ω
omax
-
β
dm
M
ω
min
= ω
omin
-
β
dm

M
Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải
có mômen ngắn mạch là:
M
nmmin
= M
cmax
= K
M
.M
đm
trong đó K
M
là hệ số quá tải về mômen. Vì họ đặc tính cơ là các đường thẳng
song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:
ω
min
= (M
nmmin
- M
đm
)
β
1
=
β
dm
M
(K
M

– 1)
D =
β
β
ω
dm
M
dm
o
M
K
M
)1(
max
−
−
=
1
1
.
max
−
−
M
dm
o
K
M
βω
Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ω

omax
, M
đm
, K
M
là xác định, vì vậy
phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng β. Khi điều
chỉnh điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở
tổng mạch phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có
thể tính sơ bộ được:
ω
omax
.
dm
M
β
≤ 10
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
22
Vì thế với tải có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc
độ cũng không vượt quá 10. Đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh
và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống “hở” như
trên là không thoả mãn được.
Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền
động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng
thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt
tốc độ tương đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều
chỉnh. Hay nói cách khác, nếu tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai
số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm việc
với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh. Sai số

tương đố của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:
s =
min
minmin
o
o
ω
ωω
−
=
mino
ω
ω
∆
s =
min
.
ωβ
dm
M
≤ s
cp
Vì các giá trị ω
omax
, M
đm
, s
cp
là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu
của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép. Để làm

việc này, trong đa số các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền động điện kiểu
vòng kín.
Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ được
giữ nguyên, do đó mômen tải cho phép của hệ sẽ là không đổi:
M
c.cp
= Kφ
đm
I
đm
= M
đm
Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen nằm trong hình chữ nhật bao bởi các
đường thẳng ω = ω
đm
, M = M
đm
và các trục toạ độ. Tổn hao năng lượng chính là
tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ.
E
b
= E
ư
+ I
ư
(R
b
+ R
ư
)

I
ư
E
b
= I
ư
E
ư
+ I
ư
2
(R
b
+ R
ư
)
Nếu đặt R
b
+ R
ư
= R thì hiệu suất biến đổi năng lượng của hệ sẽ là:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
23

η
ư
=
RI
uu
u

2
u
u
I
I
+Ε
Ε
=
2
)(
dm
K
MR
φ
ω
ω
+
η
ư
=
***
*
MR
+
ω
ω
Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mômen do động cơ sinh ra đúng bằng
mômen tải trên trục M
*
= M

*
c
và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là
M
*
c
= (ω
*
)
x
thì :
η
ư
=
1***
*
)(
−
+
x
R
ωω
ω
H3.13: Quan hệ giữa hiệu suất truyền động và tốc độ với các loại tải khác nhau.
H3.13 mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các trường hợp
đặc tính tải khác nhau. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là
rất thích hợp trong trường hợp mômen tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh.
Cũng thấy rằng không nên nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng vì như vậy
sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của hệ.
Nhận xét:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
24
- Đây là phương pháp được đánh giá tốt, nó là phương án điều chỉnh triệt để,
nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất kì vùng tải nào kể cả khi không tải lý
tưởng, phương pháp này đảm bảo sai số nhỏ, khả năng quá tải lớn, dải điều
chỉnh rộng và tổn thất năng lượng ít.
- Phần tử điều khiển nằm ở mạch điều khiển bộ biến đổi nên có khả năng điều
chỉnh trơn được tốc độ, thao tác nhẹ nhàng và khả năng tự động hoá cao.
- Khi thay đổi điện áp được các đường đặc tính cơ song song nên độ cứng đặc
tính cơ không đổi. Do đó giảm được sai lệch tĩnh.
⇒ Tóm lại: Qua những phân tích đánh giá ở trên ta thấy phương pháp điều
chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động cơ có
nhiều ưu điểm và thực hiện dễ dàng hơn cả. Do đó ở đây ta sử dụng phương
pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điều chỉnh điện áp mạch phần ứng.
Chương 4: Phân tích, chọn BBĐ cấp điện cho động
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
25