đồ án ký thuật điện điện tử Phân tích yêu cầu của máy sản xuât và quy đổi về hệ truyền động điện

Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
PHẦN I
Phân tích yêu cầu của máy sản xuõt và quy đổi về hệ truyền động điện
I/ Yêu cầu của máy sản xuất
Máy sản xuất nói chung là cơ cấu thực hiện các chức năng thao tác
của sản xuất và công nghệ ( gia công chi tiết, nõng hạ tại trọng ) vì thế nó
có những yêu cầu riêng tuỳ theo yêu cầu sử dụng nhất định. Trong hệ thống
truyền động điện động cơ điện có nhiệm vụ cung cấp động lực cho máy san
xuất. Máy sản xuất lại có rất nhiều loại, nhiều kiểu với tớnh năng, đặc điểm
riêng.
Với các động cơ điện một chiều và động cơ xoay chiều thì chế độ làm
việc tối ưu thường là chế độ định mức của động cơ. Để một hệ thống TDD
làm việc tốt, có hiệu quả thì giữa động cơ điện và cơ cấu sản xuất phải đảm
bảo một sự phù hợp tương ứng nào đó. Việc lựa chọn hệ TĐĐ và chọn
động cơ điện đáp ứng đúng các yêu cầu của cơ cấu sản xuất có ý nghĩa lớn
không chỉ về mặt kĩ thuật mà cả về mặt kinh tế.
Do vậy thiết kế hệ thống TDD người ta thường chọn hệ truyền động
cũng như phương pháp điều chỉnh tốc độ sao cho đường đặc tớnh cơ của
động cơ càng gần với đường đặc tớnh của cơ cấu sản xuất càng tốt. Nếu
đảm bảo được điều kiện này thì động cơ sẽ đáp ứng tốt đòi hỏi của cơ cấu
sản xuất, khi mô men cản thay đổi và tổn thất trong qua trình điều chỉnh là
nhỏ nhất.
- Chọn động cơ truyền động cho máy sản xuất phải phù hợp, đảm bảo yêu
cầu về kĩ thuật cũng như kinh tế , để chọn động cơ ta dựa vào các chỉ tiêu
sau :
1
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
+ Khả năng làm việc của động cơ yêu cầu công nghệ để chọn
động cơ phù hợp
+Dải điều chỉnh càng lớn thì hệ càng có chất lượng cao
+Tổn hao năng lượng càng nhỏ càng tốt

+Công suất của động cơ phải phù hợp với tải
+Tốc độ của động cơ phải thoả món yêu cầu của máy sản xuất
+Điều chỉnh tốc độ, khởi động hóm dừng nhanh chóng
+
II/ Quy đổi về hệ thống truyền động điện
Ta có số liệu của máy sản xuất như sau:
- Phụ tải Mc = hằng số và mang tớnh chất phản kháng
- Công suất tải Pđm =15 Kw , Tốc độ tải nđm = 300 v/p
- Hiệu suất n = 0,85
- Sai lệch tớnh [St%] =3 % , Phạm vi điều chỉnh 50 : 1
- Thời gian quá độ t
p
= 2,0 s
1, Quy đổi mô men Mc về trục động cơ
Ta chọn tỉ số truyền i = 5
Và
85,0
=
η
Ta có : Mô men cản Mc quy đổi về trục động cơ là
2
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
i
M
M
M
M
t
cqd
tt

cqd
ηη
ω
ω
=⇔=×
Từ đó ta có
)(64,17
85,0
15
kw
p
Mp
t
cqddc
====
η
ω
Vậy công suõt đinh mức của động cơ ta chọn phai có Pđm > P
dc
= 17,64
(kw)
Do tải có nđm = 300 v/p , tỉ số truyền ta chọn bằng 5 => động có phải có tốc
độ định mức là
)/(15005300 pvn
dmdc
=×=
Vậy ta có điều kiện để chọn động cơ truyền động cho máy sản xuất là
Pdm > 17,64 kw
Nđm = 1500 (v/p)
3

Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
PHẦN II
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐỘNG LỰC
I. Lựa chọn phương án truyền động điện
Trong sản xuất giá trị, chất lượng và năng suất của sản phẩm phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố. Một trong những yếu tố đó là dây truyền sản xuất ,dây truyền càng
hiện đại thì hệ thống càng phức tạp. Bất kỳ một dây truyền sản xuất nào cũng cú
cỏc bộ phận truyền động, nó có thể được tạo ra từ sự phối hợp nhiều thiết bị
khác nhau.Ứng với mỗi một công nghệ yêu cầu có thể đưa ra rất nhiều phương
án truyền động khác nhau. Vì vậy vấn đề đặt ra phải phân tích và lựa chọn một
phương án tối ưu nhất. Một phương án truyền động được gọi là tối ưu khi sử
dụng hợp lý các thiết bị và khai thác tối đa khả năng của chúng đáp ứng được
các yêu cầu kỹ thuật ở quá trình xác lập và quá trình quá độ đồng thời phải đáp
ứng được chỉ tiêu về kinh tế (chi phí đầu tư, chất lượng và năng suất sản
phẩm…). Hiện nay hầu hết các công nghệ đều sử dụng các động cơ điện làm
truyền động.
I.1. Chọn động cơ điện
Động cơ là một phần tử rất quan trọng trong dây truyền truyền sản xuất,
thường xuyên phải làm việc với nhiều trạng thái như là khởi động (quá trình quá
độ), trạng thái quá tải, trạng thái hãm. Hiện nay chia ra làm hai loại động cơ
chính là :
+ Động cơ điện xoay chiều .
+ Động cơ điện 1 chiều .
I.1.1. Động cơ điện xoay chiều
I. Động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công
suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác. Sở
dĩ như vậy : là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vật
hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha, và về
4

U ~
§
§
U ~
M
th
M
mm
M
th
ω
0
ω
ω
ω =
f(
M
)
0
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
kinh tế giá thành nhỏ hơn so với động cơ một chiều. Động cơ không đồng bộ có
hai loại chính là động cơ rụto lồng sóc và động cơ rô to dây cuốn.
(hình 1).
1. Sơ đồ nguyên lý
Phương trình đặc tính cơ:









+








+
=
2
nm
2
'
2
11
'
2
2
f
X
s
R
r.s.ω
R.U3
M

Trong đó :
U
f
: Điện áp pha đặt vào stato của động cơ
X
nm
: Điện kháng ngắn mạch (X
nm
=X
1
+X’
2
)
r
1
,X
1
: Điện trở và điện kháng mạch rô to .
R
2
’
,X
’
2
: Điện trở và điện khỏng rụ to đã quy đổi về phía stato.
ω
1
: Tốc độ không đồng bộ
P
πf2

ω
1
1
=
s :là hệ số trượt
1
1
ω
ωω
s
−
=
ω : là tốc độ làm việc của động cơ

Hình 1.1:Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ ĐC không đồng bộ
Thông thường ta hay sét phương trình đặc tính cơ như hình 1 có giá trị s
th
và
M
th
xác định như sau:
5
ω
3
ω
2
f1
f2
f3
M

th
M
mm
M
th
ω
0
ω
ω
ω =
f(
M
)
0
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
th
th
th
thth
S.a2
S
S
S
S
)S.a(1M2
M
++
+
=
2

mm
2
1
'
2
th
Xr
R
S
+
=
Trong đó :
'
2
1
R
r
a
=
-Độ cứng đặc tính cơ
th1
th
S.ω
M
β
−=
2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
a. Phương pháp điều chỉnh tần số nguồn (f
1
)

Với sự ra đời của các bộ biến tần kiểu mới có thể thay đổi tần số điện áp ra 3
pha rất linh hoạt nên hiện nay nhiều công nghệ đã sử dụng phương pháp này để
điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động .Điều này được thực hiện trên nguyên tắc
sau : từ công thức
P
πf2
ω
1
1
−=
vầ
1nm
22
th
fπL8
UP3
M
−=
ta thấy khi thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trường quay thay đổi và mô men
động cơ cũng thay đổi .
Nều f
1
> f
đm
thì tốc độ không đồng bộ tăng còn M
th
giảm khi giữ nguyên điện áp
không đổi .
Nếu f
1

<f
đm
thì tốc độ không đồng bộ giảm còn M
th
tăng nhanh vì M
th
˜f
1
khi giữ
nguyên điện áp không đổi .
Đặc tính cơ thay đổi tần số (hình1. 2)
6
0
ω =
f(
M
)
ω
ω
0
ω
th
M
M
th
M
dm
U
U
1

2
U
mm
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
Hình 1.2 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số
Nhận xét :
Phương pháp điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số khi giữ nguyên điện áp phần ứng
khi điều chỉnh giảm tần số sẽ làm cho mô men khởi động lớn và dòng điện rất
lớn sẽ làm hỏng động cơ khi khởi động vì vậy khi điều chỉnh tần số không
được giữ nguyên điện áp mà phải thay đổi theo một quy luật nhất định .Thật vậy
ta có U
1
=4,44w
1.
K
dq1
.f
1
.Φ =C.f
1
.Φ
Khi điều chỉnh tần số phải giữ cho Φ =const nên sự thay đổi điện áp theo tần số
theo quy luật sau:
=
1
1
f
U
const.
Khi điều chỉnh tốc độ theo phương pháp này cần phải có bộ biến tần do đó làm

tăng giá thành đầu tư công nghệ.
b. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng
)Xr.(rω2
U3
M
2
nm
2
111
1
2
f
th
++
=
2
mm
2
1
'
2
th
Xr
R
S
+
=
=const

khi điện áp lưới suy giảm mô men tới hạn giảm nhanh M

th
˜U
2
còn hệ số trượt
tới han không đổi .
Đặc tính cơ thay đổi điện áp

Hình 1.3 Đặc tính cơ không đồng bộ khi thay đổi điện áp
7
0
ω =
f(
M
)
ω
ω
0
ω
th
M
mm
M
th
M
p=1
p=2
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
Nhận xét :
Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không đồng bộ thường có hệ số trượt tới hạn
nhỏ nên không thực hiện điều chỉnh cho động cơ rô to lồng súc .Cũn khi thực

hiện cho động cơ rô to dây quấn cần nối thêm điện trở phụ vào mạch rô to để mở
rộng dải điều chỉnh tốc độ và mô men.
- Đối với phương pháp này cần phải thiết kế thêm bộ biến đổi điện áp xoay
chiều thành xoay chiều .
- Khi điện áp đặt vào phần ứng động cơ giảm M
th
giảm trong khi đó giữ nguyên
f
1
=const khi giảm điện áp thì độ cứng β giảm nên độ sụt tốc độ lớn làm tốc độ
động cơ không ổn định khi tăng tải đột ngột đồng thời mô men khởi động và mô
men tới hạn giảm dẫn đến trường hợp không thể khởi động được.
- Phương pháp này có thể được ứng dụng cho các động cơ có công suất lớn khi
yêu cầu dòng điện khởi động nhỏ .
c. Phương pháp thay đổi số đôi cực .(P)
Ta có công thức :
P
f2
1
1
π
=ω
=var và
nm
'
2
th
X
R
S

=
const
Vì đối với các công suất lớn thì r <<X nờn cú
nm
'
2
th
X
R
S
=
=const do đó độ cứng
đặc tính cơ β không đổi .
Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực
8
0
ω =
f(
M
)
ω
ω
0
ω
th
M
mm
M
th
M

f
R = 0
R
f1
f2
R
§
f1
R
R
f2
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
Hình 1.4 .Đặc tính cơ Khi thay đổi số đôi cực P
Nhận xét :
- Phương pháp này thay đổi số đôi cực bằng cách thay đổi cách đấu dây stato
của động cơ do đó sẽ làm thay đổi một số thông số của động cơ như U
f1
,r
1
,X
1
… làm cho M
th
động cơ thay đổi vì vậy nó thường dùng cho động cơ rô to lồng
sóc -Số cấp tốc độ điều chỉnh theo phương pháp này nhỏ thông thường chỉ chế
tạo hai cấp do đó không thể điều chỉnh trơn tạo ra rung giật khi điều chỉnh tốc
độ.
d.Phương pháp đưa điện trở phụ vào mạch rô to (đối với động cơ rô to dõyquấn)
)Xr.(rω2
U3

M
2
nm
2
111
1
2
f
th
++
=
=const
2
mm
2
1
'
2
th
Xr
R
S
+
=
=var
th1
th
S.ω
M
β

−=
=var
khi đưa điện trở vào mạch rô to thì mô men tới hạn không thay đổi còn hệ số
trượt tăng và độ cứng đặc tính cơ β giảm .
Đặc tính cơ điều chỉnh
Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý ,đặc tính cơ ĐCKĐB rô to dây quấn có
R
f
9
0
ω =
f(
M
)
ω
ω
0
ω
th
M
mm
M
th
M
f
R
X
f
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
Nhận xét :

- Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ không đồng bộ rô to dây quấn
- Khi đưa điện trở phụ vào mạch rô to động cơ thì dòng điện và mô men khởi
động giảm và có thể điều chỉnh nhiều cấp tốc độ nhưng vẫn là điều chỉnh có cấp
- Điều chỉnh theo phương pháp này cũn cú thờm tổn hao công suất trờn cỏc điện
trở phụ .
- Dải điều chỉnh phụ thuộc vào mô men tải.Mụ men tải càng nhỏ thì dải điều
chỉnh càng hẹp.
e. Phương pháp đưa R
f
và X
f
vào mạch stato (Đối với động cơ rô to lồng sóc )
Từ các công thức :
)Xr.(rω2
U3
M
2
nm
2
111
1
2
f
th
++
=
=const
2
mm
2

1
'
2
th
Xr
R
S
+
=
=var
th1
th
S.ω
M
β
−=
Khi đưa điện trở phụ và điện kháng phụ vào mạch stato động cơ ta thấy Độ cứng
đặc tính cơ giảm ,M
th
và S
th
đều giảm .
Đặc tính cơ
Hình 1.6 Đặc tính cơ động cơ rô to lồng sóc khi đưa R
f
và X
f
vào mạch stato
10
U ~

§
M
max
®m
M
0
ω
ω
M
0
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
Nhận xét :
- Phương pháp này áp dụng cho động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc có công
xuất trung bình và lớn khi yêu cầu cần giảm dòng điện khở động tuy nhiên sẽ
kéo theo mô men khởi động cũng nhỏ .
- Khi cần tạo ra đặc tính cơ có mô men khởi động là M
nm
thì đặc tính cơ khi đưa
X
f
vào cứng hơn khi đưa R
f
.Điều này chứng tỏ tổn hao năng lượng khi đưa điện
trở vào mạch stato là lớn .
2. Động cơ đồng bộ
Động cơ đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong những truyền động công suất
trung bình và lớn ,có yêu cầu ổn định tốc độ cao .Động cơ đồng bộ thường dùng
cho máy bơm quạt gió ,hệ truyền động trong nhà máy luyện kim và cũng thường
dùng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát -Động cơ công suất lớn.
- Động cơ đồng bộ có độ ổn định tốc độ cao hệ số cosφ và hiệu suất lớn ,vận

hành tin cậy.
a. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ
Hình 1.7 .sơ đồ nguyên lý và đặc tính sơ đồng bộ
Nhận xét :
Khi đóng stato của động cơ đồng bộ vào lưới điện xoay chiều có tần số f
1
=const
11
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
động cơ sẽ làm việc với tốc độ đồng bộ
P
f2
1
1
π
=ω
không phụ thuộc vào tính chất
của tải .
- Trong phạm vi mô men cho phép M<M
max
thì đặc tính cơ tuyệt đối cứng
∞=β

còn khi M >M
max
thì động cơ sẽ bị mất đồng bộ.
- Động cơ này là việc động cơ tốc độ gặp khó khăn do chỉ có phương pháp 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 cỏc hóng sản xuất thiết bị điện tử công nghiệp nổi tiếng trên thế giới như

SIEMENT( Đức ), OMRON (Pháp) v.v nhưng do giá thành còn cao và hầu hết
các công nghệ hiện nay chưa có hệ thống truyền động thích hợp với loại động cơ
này vì vậy mà động cơ đồng bộ chưa thông dụng ở nước ta.
I.1.2. Động cơ một chiều
Động cơ một chiều được ra đời rất sớm và cơ sở lý thuyết về loại động cơ này
đã được hoàn thiện ,Hiện nay nó chiếm 70 % trong các hệ truyền động từ công
suất nhỏ đến công suất lớn .Tuỳ thuộc vào yêu cầu hệ truyền động mà động cơ
một chiều có cuộn kích từ mắc nối tiếp hay song song với phần ứng nên chia
làm hai loại động cơ một chiều :
+Động cơ một chiều kích từ độc lập
+Động cơ một chiều kích từ nối tiếp
+Động cơ một chiều hỗn hợp
I. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp là cuộn kích từ mắc nối tiếp
với cuộn dây phần ứng (hình 1.8) , nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở
nhỏ , số vũng ớt, chế tạo dễ dàng.
a.Sơ đồ nguyên lý
12
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
Phương trình đặc tính điện:
I
K
RR
K
U
fuu
φ
+
−
φ

=ω
Hình 1.8.b) Đặc tính tính từ hoá của động cơ một chiều kích từ nối tiếp.
c) Đặc tính cơ của một động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
trong công thức từ thông phụ thuộc vào dòng điện kích từ chính là dòng điện
phần ứng (I
kt
=I
ư
) quan hệ giữa từ thông và dòng điện là quan hệ phi tuyến theo
đường cong từ hoá do đó để đơn giản cho việc tính toán ta tuyến tính hoá đoạn
đường cong để Φ =f(I
kt
) là quan hệ tuyến tính khi đó Φ = C.I mà ta có :
M=KΦI =KCI
2
→
KC
M
I
=
thay vào phương trình đặc tính cơ điện ta có phương
trình đặc tính cơ :
B
M
A
C.K
RR
M.C.K
U
ω

2fu
−=
+
−=
Nhận Xét :
- Do cuộn dây kích từ nối tiếp với cuộn dây phần ứng nên I
kt
=I
ư
từ thông cuộn
kích từ phụ thuộc trực tiếp vào tải .
13
Hình 1.8 .a.Sơ đồ nguyên lý động
cơ một chiều KT nối tiếp
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
- Động cơ có khả năng quá tải lớn về mô men khi có cùng một hệ số quá tải
dòng điện như nhau thì mô men động cơ kích từ nối tiếp lớn hơn mô men động
cơ kích từ độc lập.
- Mô men động cơ kích từ nối tiếp không phụ thuộc vào sụt ỏp trờn đường dây .
- Nhờ có dạng đặc tính cơ hybecbol nên động cơ có khả năng tự điều chỉnh tốc
độ khi phụ tải thay đổi để cho công suất cơ gần như không đổi nhờ đó khi nhẹ
tải động cơ sẽ quay nhanh hẳn để tăng năng suất máy ngược lại khi tải lớn động
cơ sẽ quay với tốc độ chậm.
II. Động cơ một chiều kích từ độc lập.
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ mắc vào nguồn một
chiều độc lập (hình 1.9) (đối nguồn có công suất không đủ lớn) và cũng có thể
cuộn kích từ mắc song song với mạch phần ứng (đối nguồn một chiều có công
suất vô cùng lớn).
1. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ
Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Đặc tính cơ của một động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Đặc điểm : Đối với động cơ loại này cuộn kích từ mắc độc lập với phần ứng
động cơ nên tiết diện dây nhỏ ,điện trở lớn ,dũng kớch từ không phụ thuộc vào
tính chất của tải .
Phương trình đặc tính cơ :
14
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
M
)K(
RR
K
U
2
dm
fu
dm
u
φ
+
−
φ
=ω
Nhận xét:
- Với nguồn một chiều công suất vô cùng lớn thì cuộn dây kích từ mắc song
song với phần ứng động cơ có thể được xem là không ảnh hưởng tới điện áp đặt
vào phần ứng của động cơ .
- Từ thông sinh ra trong động cơ không phụ thuộc vào tính chất của tải mà chỉ
phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ Vì vậy có thể thay đổi từ thông
để điều chỉnh tốc độ .
- Đường đặc tính cơ là đường thẳng và động cơ làm việc ổn định khi tốc độ

không đổi thì mô men điện từ bằng mô men trên trục động cơ ,điểm làm việc
trên đặc tính tương ứng giao điểm đặc tính tải với đặc tính cơ tự nhiên.
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ bền cơ khí kết
cấu cơ của máy, khả năng chuyển mạch cổ gúp,độ duy trì tốc độ dặt khi có sự
dao động của phụ tải tĩnh .
- Có đặc tính cơ cứng mô men khởi động lớn có thể điều chỉnh được mô men
dựng cỏc phương pháp cưỡng bức như đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần
ứng.
2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
a. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng
Khi thay đổi điện áp phần ứng U
ư
=var ,R
ư
=const ,Φ
kt
=const
Tốc độ không tải lý tưởng:
ω
φ
ox
x
dm
U
K
= =
var
Độ cứng đặc tính cơ:
const
R

)K(
u
2
dm
=
φ
=β
15
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
Hình 1.10.Đặc tính cơ khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ
Nhận xét:
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính
song song với đặc tính cơ tự nhiên (β=const) (Hình1.10), khi thay đổi điện áp :
mô men ngắn mạch của động cơ giảm, độ cứng β= const,tốc độ động cơ thay
đổi. Mặt khác ta thấy điện áp đặt vào phần ứng động là có thể điều chỉnh được
tuỳ ý. Do vậy ta có thể điều chỉnh và ổn định tốc độ ở mọi dải điều chỉnh.
- Khi thay đổi điện áp phần ứng động cơ phải giữ cho từ thông kích từ không đổi
và định mức .
- Ứng với một tải thì độ sụt tốc độ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau .Sai
lệch tốc độ tương đối trên đường đặc tính thấp nhất sẽ lớn nhất.
- Dải điều chỉnh rộng và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản.
- Phương pháp này cần có bộ nguồn để thay đổi điện áp.
b. Phương pháp thay đổi từ thông
Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ :
Khi điều chỉnh từ thông ta giữ cho điện áp đặt vào phần ứng động cơ không đổi
và định mức. U
đm
=const ,R
ư
=const ,Φ

kt
=var
Tốc độ không tải lý tưởng:
ω
φ
ox
dm
x
U
K
= =
var
Độ cứng đặc tính cơ:
16
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
Hình 1.11 .Đặc tính cơ khi điều chỉnh từ thông
Nhận xét:
Do cấu tạo động cơ, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông
giảm thì ω
ox
tăng, còn β sẽ giảm. Ta có đặc tính cơ với ω
ox
tăng dần và độ cứng
của đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông (hình 1.11).
- Khi thay đổi giảm từ thông ta thu được họ đặc tính cơ có tốc độ ω >ω
0
và độ
dốc càng tăng khi từ thông càng giảm nhỏ. Khi từ thông giảm đến một giá trị
nào đó thì có thể làm cho khả năng chuyển mạch của cổ góp bị xấu đi, gây hồ
quang

- Dải điều chỉnh nhỏ và thường điều chỉnh trên tốc độ cơ bản.
- Khi tốc độ tăng làm cho truyền động mất ổn định.
- Giảm mô men khởi động, ít tổn hao do điều chỉnh, kinh tế
Như vậy điều chỉnh từ thông chỉ phù hợp với loại truyền động khi cần tăng tốc
độ lớn hơn tốc độ định mức. Vì vậy ta cũng loại bỏ phương pháp này.
c. Phương pháp đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ .
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào mạch
phần ứng.(Uđm =const ,Φ
kt
định mức ,R=var)
Tốc độ không tải lý tưởng:
ω
φ
0
=
U
K
dm
dm
Độ cứng đặc tính cơ:
β
φ
=
+
=
( )
var
K

R R
dm
u f
2
17
E
+
_
¦
I
kt
I
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
Hình 1.12 Đặc tính cơ khi đưa thêm điện phụ
Nhận xét:
Khi thêm điện trở phụ vào mạch mạch phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ β
giảm đi. Với một phụ tải M
c
nào đó, nếu R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ giảm,
đồng thời dòng điện ngắn mạch và mụmen ngắn mạch cũng giảm (hình 1.12).
- Phương pháp này có độ sụt tốc độ lớn khi điều chỉnh hay điều chỉnh có cấp ,độ
trơn điều chỉnh lớn .
- Mô men khởi động và dòng khởi động giảm nhỏ. Khi điện trở phụ đưa vào
càng lớn thì đặc tính cơ càng mềm .
- Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản .
- Phương pháp này gây tổn hao lớn vê mặt năng lượng, làm giảm hiệu suất biến
đổi năng lượng của hệ .
- Phương Pháp này dễ dàng thực hiện khi hệ thống không yêu cầu cao về điều

chỉnh tốc độ.
III. Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp
Loại động cơ này có 2 cuộn dây kích từ một cuộn mắc song song ,một mắc nối
tiếp với phần ứng động cơ vì vậy nó tận dụng được các ưu điểm của động cơ
một chiều kích từ nối tiếp và kích từ độc lập.
1. Sơ đồ nguyên lý
18
o
ω
M
ω
0
R =0
f
f1
R
R
f2
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
2.Đặc tính cơ
Hình 1.13 Đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ hỗn hợp
Nhận xét:
- Đặc tính cơ có dạng trung gian đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ độc lập
và đặc tính cơ kích từ nối tiếp .
- Từ thụng chính của động cơ phụ thuộc vào tính chất của tải .
- Đường đặc tính cơ mềm có thể chạy ở tốc độ không tải .
- Loại động cơ này có cấu tạo phức tạp và giá thành cao nờn ớt được sử dụng
trong thực tế.
I.1.3 Nhận Xét chung
1. Động cơ không đồng bộ :

a. Ưu Điểm :
Có cấu tạo đơn giản đặc biệt là động cơ rô to lồng sóc, có kích thước nhỏ làm
việc tin cậy trọng lượng nhỏ dễ sử dụng,Vận hành sửa chữa, làm việc trực tiếp
với lưới điện 3 pha, giá thành đầu tư dẻ.
b. Nhược điểm :
Hệ số cosφ và hiệu suất không cao ,dải điều chỉnh hẹp, độ sụt tốc độ lớn khi
điều chỉnh.
2. Động cơ đồng bộ
a. Ưu điểm :
Dùng cho các hệ truyền động yếu cầu có công suất trung bình và lớn ,yêu cầu độ
ổn định tốc độ cao, hiệu suất và hệ số cosφ cao .
19
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
b. Nhược điểm:
Trong các hệ truyền động công suất nhỏ chế tạo rất khó khăn.
3. Động cơ điện một chiều
a.Ưu điểm :
Dải điều chỉnh rộng ,điều chỉnh thuận lợi dễ dàng khi thay đổi một trong các
thông số vật lý của động cơ, có thể điều chỉnh trơn điều chỉnh vô cấp, mô men
khởi động lớn, quá trình khởi động êm, thời gian khởi động nhỏ hệ số quá tải
lớn.
b. Nhược điểm :
Có cấu tạo phức tạp giá thành cao gặp khó khăn trong vận hành, sửa chữa, bảo
dưỡng, phải có bộ biến đổi kèm theo làm tăng chi phí đầu tư.
I.1.4. Kết luận chọn động cơ truyền động
a. Chọn động cơ
Qua phân tích và các nhận xét về các loại động cơ ta thấy mỗi loại động cơ có
những ưu điểm riêng cho từng loại phụ tải giá thành và môi trường làm việc
.Căn cứ vào yêu cầu thiết kế của đề tài thấy động cơ một chiều có nhiều ưu điểm
hơn động cơ xoay chiều.Vì vậy em chọn động cơ một chiều làm động cơ

truyền động .
b. Chọn kích từ cho động cơ :
Qua phân tích về 3 loại kích từ của động cơ điện một chiều ta thấy loại động cơ
điện một chiều kích từ hỗn hợp có kết cấu phức tạp giá thành cao nờn ớt được sử
dụng. Kích từ nối tiếp thì cho đặc tính cơ mềm, từ thông phụ thuộc vào dòng
điện tải, tiết diện dây lớn, độ ổn định tốc độ kém thay đổi nhanh khi tải thay đổi.
Kích từ độc lập thì từ thông chính không phụ thuộc vào tải, tiết diện dõy kớch từ
nhỏ, có thể điều chỉnh tăng giảm từ thông theo mong muốn, dải điều chỉnh tốc
độ cao, có thể điều chỉnh trơn. Từ sự so sánh tương quan trên em chọn loại
kích từ độc lập.
I.1.5. Chọn Phương pháp điều chỉnh tốc độ
Hiện nay trong các nhà máy đều cú cỏc hệ truyền động điện để đáp ứng yêu cầu
công nghệ từ yêu cầu đơn giản đến phức tạp để nâng cao chất lượng sản phẩm,
20
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
năng suất lao động chẳng hạn như hệ truyền động máy tiện khi bắt đầu gia công
chi tiết thì yêu cầu tốc độ giảm để tránh mẻ dao, khi ra dao yêu cầu di chuyển
nhanh để tăng độ nhẵn bề mặt chi tiết và nâng cao năng suất. Như đã phân tích
có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ :
+Thay đổi điện áp phần ứng
+Thay đổi từ thông chính
+Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ
Mỗi phương pháp điều chỉnh có những ưu điểm riêng phụ thuộc vào yêu cầu
công nghệ mà chọn phương pháp thích hợp .Em quyết định chọn phương án
điều tốc độ dưới tốc độ cơ bản bằng cách thay đổi điện áp phần ứng đặt vào
động cơ.
I.2. Chọn Bộ biến đổi điện áp
Bộ biến đổi điện áp có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một
chiều cấp cho phần ứng của động cơ. Hiện nay người ta thường sử dụng các bộ
biến đổi sau:

- Hệ thống máy phát - động cơ (F-Đ),
- Hệ thống xung áp,
- Bộ biến đổi van - động cơ….
* Nhận xét:
- Ưu điểm nổi bật của hệ F - Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh
hoạt, khả năng qỳa tải lớn. Do vậy thường sử dụng hệ truyền động F-Đ ở cỏc
mỏy khai thác trong hầm mỏ.
Nhược điểm lớn nhất của hệ F - Đ là dùng nhiều máy điện quay trong đó ít nhất
là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp 3 lần
công suất động cơ chấp hành. Ngoài ra các máy phát một chiều có từ dư, đặc
tính từ hoỏ cú trễ nên khó khăn điều chỉnh sâu tốc độ.
- Bộ biến đổi van động cơ có nhiều ưu điểm như: Các van đều làm từ
những linh kiện bán dẫn điện tử đơn giản nên sơ đồ đơn giản, gọn nhẹ, khụng
gõy ồn, chi phí thấp, hiệu suất cao, dễ thực hiện tự động hoá, tác động nhanh,
21
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, điều chỉnh trơn và phù hợp với nhiều loại phụ
tải. Bên cạnh đú cũn cú những nhược điểm nhỏ như khả năng chịu quá tải kộm
nờn cần phải có bảo vệ, điện áp ra đập mạch nên cần phải có mạch lọc.
Từ nhận xét trên và theo yêu cầu của đề tài em quyết định chọn BBĐ van -
động cơ làm hệ truyền động.
II. Chọn và phõn tích mạch động lực
Mạch động lực trong hệ thống truyền động điện là mạch cung cấp điện năng cho
động cơ điện biến điện năng thành cơ năng trên trục động cơ. Tải ở đây có thể là
các máy công cụ trong công nghiệp, hoặc các hệ thống nâng hạ, cẩu Điện năng
cung cấp ở đây có thể là dòng 1 chiều hay xoay chiều.
Mạch động lực của hệ thống truyền động điện đã cho theo đề tài là hệ thống
van-động cơ bao gồm động cơ điện, bộ biến đổi và các thiết bị phụ khác.
Động cơ điện theo đề tài là động cơ điện một chiều, kích từ độc lập, không đảo
chiều, phạm vi điều chỉnh tốc độ 10/1 với sai lệch tĩnh [St]%=5%

Phương pháp điều chỉnh tốc độ ta lựa chọn là phương pháp thay đổi điện áp đặt
vào phần ứng động cơ. Với phương pháp này ta có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ,
độ bằng phẳng của tốc độ bằng 1, độ dốc đặc tính bằng const, dải điều chỉnh
rộng, chỉ tiêu năng lượng được đánh giá tốt, bảo đảm ổn định tốc độ động cơ tốt
hơn nhiều so với các phương pháp khác. Như vậy vấn đề đặt ra là ta phải chọn
sơ đồ bộ biến đổi và một số thiết bị phụ cho mạch động lực, mà chủ yếu là bộ
biến đổi.
II. 1. Chọn bộ biến đổi
Với điện áp nguồn cung cấp là xoay chiều hình sin và yêu cầu đầu ra của bộ
biến đổi là điện áp một chiều điều chỉnh được. Ta có thể sử dụng sơ đồ chỉnh
lưu có điều khiển hoặc một sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển kết hợp với một
bộ biến đổi một chiều- một chiều. Trong đề tài này ta chọn sơ đồ chỉnh lưu có
điều khiẻn cho gọn nhất, đơn giản nhất, còn phương án dùng một sơ đồ chỉnh
lưu không điều khiển kết hợp với bộ biến đổi một chiều - một chiều không sử
dụng vì nó cồng kềnh, kích thước lớn, tốn nhiều van và giá thành lại cao.
22
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
Với yêu cầu cụ thể của phụ tải đã cho thì các sơ đồ chỉnh lưu sau có thể đáp ứng
được:
- Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 2 pha
- Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha
- Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 1 pha
- Sơ đồ chỉnh lưu hình cầu 3 pha
Ta xét một số bộ biến đổi:
* Hình tia ba pha:
Giả thiết Ld=∞, cho sơ đồ làm việc với một góc điều khiển bằng α và cũng giả
thiết là sơ đồ đã làm việc xác lập trước thời điểm bắt đầu xét (ωt=0).
* Ta tạm giả thiết rằng : trước thời điểm ωt=ν
1
=α thì trong sơ đồ van T

3
đang
dẫn dòng và các van khác còn ở trạng thái khoá, khi đó trên van T
1
sẽ có điện áp
thuận (vì u
T1
= u
a
- u
c
= u
ac
, và tại ωt =ν
1
=α thì u
ac
>0 nên u
T1
>0 ).
* Tại ωt =ν
1
=α thì T
1
có tín hiệu điều khiển, T
1
có đủ hai điều kiện để mở nên
T
1
mở và u

T1
giảm về bằng không. Do u
T1
=0 nên u
d
=u
a
, và từ sơ đồ ta xác định
được điện áp trên T
3
là : u
T3
=u
c
- u
a
= u
ac
, tại ν
1
thì u
ac
<0, tức là T
3
bị đặt điện áp
23
CK§
CK
§C
D

0
T
1
T
2
T
3
MBA
H
R
H
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
ngược nên khoá lại, van T
2
thì vẫn khoá, do vậy trong khoảng tiếp sau ν
1
trong
sơ đồ chỉ có van T
1
dẫn dòng, khi T
1
dẫn dòng :
u
d
= u
a
; i
T1
= i
a

= I
d
; i
T2
=0 ; i
T1
=0 ; u
T2
= u
ba
; u
T2
=u
ca .
* Đến ωt = 5π/6 thì u
a
=u
b
, đây là thời điểm mở tự nhiên đối với T
2
, nhưng T
2
chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển,do u
a
vẫn dương kết hợp với tác dụng
cùng chiều của s.đ.đ tự cảm trong L
d
mà T
1
vẫn tiếp tục dẫn dòng.

* Đến ωt = π thì u
a
=0 và sau đó chuyển sang âm nhưng T
2
còn chưa mở nên
T
1
vẫn tiếp tục làm việc nhờ s.đ.đ tự cảm của L
d
.
* Tại ωt = ν
2
= 5π/6 + α thì T
2
có tín hiệu điều khiển và do đang có điện áp
thuận nên T
2
mở, T
2
mở thì u
T2
giảm về bằng không nên u
d
= u
b
và u
T1
= u
a
- u

b
= u
ab
mà tại ν
2
thì u
ab
<0, tức là T
1
bị đặt điện áp ngược nên khoá lại. Do vậy từ ν
2
trong sơ đồ chỉ có van T
2
dẫn dòng, khi T
2
mở :
u
d
= u
b
u
T1
= 0 i
T3
= 0 i
T2
= i
d
= I
d

u
T1
= u
ba
u
T3
= u
cb
i
T1
= 0
* Suy luận tương tự nh vậy ta có từ ωt=ν
2
đến ωt=ν
3
thì T
3
làm việc và:
u
d
= u
c
u
T1
= 0 i
T2
= 0 i
T3
= i
d

= I
d
u
T1
= u
ac
u
T2
= u
bc
i
T3
=0
* Tại ωt = ν
1
(chậm sau thời điểm mở tự nhiên đối với T
1
1 góc điều khiển α) thì
T
1
có tín hiệu điều khiển lúc này u
T1
thuận (u
T1
= u
ac
tại u
1
>0) dẫn đến T
1

mở suy
ra u
T1
giảm về 0 và u
T3
= u
c
- u
a
= u
ca
.
* Tại ν
1
: u
T3
<0 tức là T
3
bị đặt điện áp ngược còn van T
3
vẫn chưa dẫn dòng.
Nh vậy trong giai đoạn này thì trong sơ đồ chỉ có van T
1
dẫn dòng ta có:
u
d
=u
a
u
T2

=u
ba
i
T1
=

i
d
= Id u
T1
=0 u
T3
=u
ca
i
T2
=0;

i
T3
= 0
* Đến ωt=π thì u
a
=0 và bắt đầu chuyển sang âm, ở trường hợp này ta phải giả sử
góc α > 30
0
thì tại thời điểm này van T2 vẫn chưa có tín hiệu điều khiển u
ng
, u
a

có xu hướng chống lại dòng qua T
1
, nhưng do sức điện động tự cảm trong Ld do
đó van T
1
vẫn tiếp tục dẫn dòng.
* Tại ν
2
: u
T1
<0 tức là T
1
bị đặt điện áp ngược còn van T
1
khoá lại và ta có:
u
d
= u
b
u
T2
=0 i
T3
=0
24
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
i
T2
=i
d

=I
d
u
T1
=u
ba

u
T3
=u
cb
i
T1
=0
* Tại ωt = ν
3
, T
3
có tín hiệu điều khiển U
T3
thuận dẫn đến T
3
mở và u
T3
giảm về
0, u
T2
= u
b
-u

c
.
* Tại ν
3
: u
T2
<0 tức là T
2
bị đặt điện áp ngược còn van T
2
khoá lại và ta có:
u
d
=u
c
u
T2
=u
bc
i
T1
=0 i
T3
=i
d
=I
d
u
T1
=u

ac
u
T3
=0 i
T2
=0
* Tại ν
4
: u
T2
<0 tức là T
2
lại có tín hiệu điều khiển T
1
mở, T
3
bị đặt điện áp
ngược khoá lại. Sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc ban đầu.
25
ωt
ωt
ωt
ωt
ωt
ωt
ωt
i
T1
=i
a

0
π
2
π
ν
4
ν
3
ν
2
ν
1
2
π
b
u
T
1
u
ac
u
ab
0
π
2
π
ν
4
ν
3

ν
2
ν
1
i
i
T3
=i
c
0
π
ν
4
ν
3
ν
2
ν
1
d
2
π
i
A
0
π
2
π
ν
4

ν
3
2I
d
/
(3k
ba
)
ν
1
e
I
d
/
(3k
ba
)
i
B
0
π
2
π
ν
4
ν
3
ν
2
ν

1
i
C
0
π
2
π
ν
4
ν
3
ν
2
ν
1
g
h
i
T2
=i
b
0
π
ν
4
ν
3
ν
2
ν

1
I
d
c
ωt
u
0
π
2
π
α
α
α
u
d
u
c
u
b
u
d

u
a
α
ν
4
ν
3
ν

2
ν
1
a