đồ án kỹ thuật điện điện tử Thiết kế hệ truyền động cho xe buýt chạy điện

Đồ án môn học
Tổng hợp hệ điện cơ
(Đề số 6)
Thầy giáo hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Dũng.
Tên đề tài : Thiết kế hệ truyền động cho xe buýt chạy điện .
Các thông số kĩ thuật :
-Điện áp nguồn U
N
: 600 600 [V] một chiều
-Trọng lượng xe G
0
:4.10 4.10
3
[kg]
-Tải định mức G
đm
:3.10 3.10
3
[kg]
-Tốc độ lớn nhất V
max
:60 60 [km/h]
-Đường kớnh bánh xe D:600 600 [mm]
-Đường kớnh trục d :80 : 80 [mm]
-Hệ số bám đường f:0,02 0,02
-Hệ số ma sát lăn ổ trục :0,05 0,05
Yêu cầu nội dung :
-Nêu các yêu cầu về công nghệ và truyền động.
-Chọn phương án truyền động .Tớnh chọn công suất cho động cơ
và

mạch lực .
-Xõy dựng cấu trúc tổng hợp của hệ .
-Thiết kế mạch điều khiển .
-Mô phỏng hệ thống sử dụng phần mềm MatLab/Simulink.
Phương án thiết kế :
-Hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp băm xung
áp.
Tài liệu tham khảo :
-Điện tử công suất
-Truyền động điện .
-Tự động điều chỉnh truyền động điện .
-Lý thuyết ôtô máy kéo.
-Các đặc tớnh cơ của động cơ trong truyền động điện .
LỜI NÓI ĐẦU
Trong đà phát triển của khoa học kỹ thuật ,nhiều thành tựu mới (kỹ
thuật điện tử ,kỹ thuật xung ,kỹ thuật số ,kỹ thuật tin học …) đã được áp
dụng vào lĩnh vực công nghiệp .Các dõy chuyền sản xuất nhờ đó được cải
tiến ,nõng cao hoặc cải tiến với chế độ tự động hoá cao,hiện đại đã sản
xuất ra nhiều sản phẩm có chất lượng .Trong đó ,truyền động điện đóng
vai trò quan trọng với nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của
một công nghệ sản xuất .Với việc ứng dụng những thành tựu kể trên ,các
hệ truyền động điện ngày nay được quan tõm nghiên cứu nõng cao chất
lượng để đáp ứng các yêu cầu công nghệ sản xuất mới với mức độ tự
động hoá cao được đặt lên hàng đầu .Nhờ vậy ,hệ truyền động điện giờ
đõy không những đáp ứng được độ tác động nhanh , độ chớnh xác cao mà
cũn góp phần làm giảm kích thước và hạ giá thành của hệ .
Do yêu cầu công nghiệp hoá ,hiện đại hoá nền kinh tế ở nước ta ,ngày
nay càng nhiều dõy chuyền sản xuất mới có mức độ tự động hoá cao với
hệ truyền động điện hiện đại .Tuy nhiên chúng ta hoàn toàn có thể áp
dụng những hệ truyền động điện hiện đại có tớnh tối ưu trong vận hành

để đưa vào ứng dụng trong nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hoá của
nhõn dõn mà ở đõy là vận tải hành khách công cộng bằng xe buýt điện .
Do yêu cầu của môn học và nhằm giúp sinh viên làm quen với thiết kế
hệ thống truyền động ,góp phần hoàn thiện và củng cố kiến thức của môn
học em đã nhận được đề tài “Thiết kế hệ truyền động cho xe buýt chạy
điện “.Nội dung của đồ án được chia thành các chương cụ thể sau:
Chương I : Tổng quan về công nghệ .Nội dung của chương này đề
cập tới những nét cơ bản nhất của công nghệ truyền động xe buýt chạy
điện .
Chương II : Chọn phương án truyền động .Nội dung của chương
này trình bày các phương án truyền động cho loại động cơ , đưa ra các
phương án khả thi rồi cuối cùng so sánh giữa các phương án khả thi để đề
ra phương án phù hợp nhất .
Chương III : Chọn các thiết bị trong sơ đồ truyền động .Nội dung
của chương này sẽ tớnh chọn công suất động cơ truyền động điện .
Chương IV : Thiết kế mạch lực .Nội dung của chương này sẽ thiết kế
mạch lực để điều khiển các van thyristor.
Chương V : Thiết kế mạch điều khiển .Nội dung của chương này sẽ
thiết kế mạch điều khiển để điều khiển các van thyristor.
Chương VI : Tổng hợp mạch điều khiển và mô phỏng bằng Matlap-
Simulink.
Mặc dù em đã cố gắng trong việc thiết kế ,nhưng cũng không tránh
khỏi những hạn chế nhất định ,sự chỉ bảo tận tình của thầy cô là những
kiến thức quý bỏu cho em khi cũn ngồi trên ghế nhà trường cũng như
công việc thực tế sau này.Em mong các thầy ,cô đóng góp ý kiến để đồ án
được hoàn thiện hơn.
H Hà Nội ,ngày tháng năm 2006.
Sinh viên thực hiện .
Nguyễn Văn Dũng
MỤC LỤCTrang Trang

Đề bài 1 1
Lời nói đầu 2
Chương I : Những khái niệm chung về ụtụ và
đặc điểm của xe buýt chạy điện .5 5
Chương II : Chọn phương án truyền động.8 8
Chương III : Tính chọn công suất động cơ.22 22
Chương IV : Thiết kế mạch lực .25 25
Chương V : Thiết kế bộ điều khiển .30 30
Chương VI : Tổng hợp hệ thống điều khiển tự động
và mô phỏng bằng Matlab-Simulink36 36
Tài liệu tham khảo: 44 44
CHƯƠNG I
Những khái niệm chung về ụtụ và
đặc điểm của xe buýt điện
1.Khái niệm chung về ôtô.
Thời xưa khi di chuyển hàng hoá cha ông ta đã nghĩ ra được rất nhiều
hình thức cũng như các phương tiện vận chuyển mà nhờ đó bớt được rất
nhiều hình thức cũng như các phương tiện vận chuyển gỗ nhờ con lăn
,súc vật kéo và dòng chảy sông suối .Sau đó các hình thức võnj chuyển
ngày càng được cải tạo ra nhiều ưu thế để phát triển kinh tế .Sự bùng nổ
của phương tiện vận chuyển diễn ra sau khi máy hơi nước được phát
minh .Từ đõy ôtô ,tàu chạy bằng hơi nước với dáng vẻ cồng kềnh được
sáng chế .Kích thước cũng như vận tốc và các tớnh năng của chúng ngày
càng hoàn thiện ,linh hoạt với sự thay đổi của động cơ đốt trong , động cơ
điện …Ngày nay các công ty sản xuất liên tục thay đổi mẫu mã ,sao cho
phù hợp với từng ngành cũng như mục đích sử dụng ví dụ như ôtô đua ,
ôtô tải ,xe buýt ,tàu điện ,tàu chở khách ,tàu chở hàng…Riêng trong
ngành vận tải , ôtô tỏ ra chiếm ưu thế và ngày càng phát huy tớnh năng
của nó trong việc phát triển kinh tế của mỗi nước .Sự phát triển kinh tế
của mỗi nước phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới hoá và tự động hóa

quá trình sản xuất .Trong quá trình sản xuất ,vận tải đóng vai trò khá quan
trọng ,vận tải là cầu nối giữa các hạng mục công trình sản xuất riêng
biệt ,giữa các phân xưởng của một nhà máy . Ở đó với ưu điểm của
mình , ôtô đang chiếm lĩnh các hạng mục vận tải quan trọng .Khác với tàu
biển ,,tàu đường bộ ,máy bay , ôtô có khả năng đi trên mọi địa hình như
đồng bằng ,trung du và miền núi .Mặt khác ôtô có thể chở một lượng
hàng hoá mà nếu dùng các phương tiện vận tải trên thì không có tớnh
kinh tế vì chúng đòi hỏi một số lượng lớn .Tuy nhiên một đóng góp cực
kỳ quan trọng cho nền kinh tế cũng như hoạt động xã hội của một thành
phố một quốc gia là phương tiện vận chuyển hành khách công cộng đặc
biệt là xe buýt .
Hiện nay trên thế giới có khá nhiều loại hình phục vụ cho mục đích
vận chuyển hành khách công cộng như tàu điện ngầm ,cáp treo …song
không phải bất cứ quốc gia nào cũng có thể phát triển được bởi nó phụ
thuộc vào địa hình và cơ cấu đất .Như vậy việc phát triển xe buýt để phục
vụ cho mục đích này rất cần được ưu tiên đầu tư.
2. Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ truyền động điện
xe
buýt.
Về hình dạng , ôtô chạy điện và ôtô chạy bằng động cơ đốt trong hoàn
toàn như nhau .Nhưng ôtô chạy điện một chiều sử dụng động cơ điện một
chiều được cung cấp điện thông qua hai càng tiếp xúc với lưới điện phớa
trên thay thế cho động cơ đốt trong .Xe buýt có kết cấu phức tạp bao gồm
các cơ cấu bánh răng ,hộp số cơ cấu ly hợp ,cầu dẫn hướng ,hệ thống
lái ,hệ thống báo hiệu …và các hệ thống điện cơ khác .
Hệ thống điện cơ của xe buýt có kết cấu cũng khá phức tạp .Về phần
điện hệ thống bao gồm từ nhận năng lượng điện từ một nguồn cố định
,biến đổi năng lượng thật phù hợp để đưa vào động cơ truyền động ,bêb
cạnh đó là hệ thống điều khiển nguồn năng lượng đó để phù hợp với yêu
cầu về thõy đổi tốc độ của động cơ .Các hệ thống tự động điều chỉnh để

đảm bảo làm việc ổn định ,an toàn và dài hạn cho động cơ…Về phần cơ
bao gồm cơ cấu bánh răng ,xích truyền ,hộp số …để truyền chuyển động
từ động cơ truyền động đến bánh xe ,hệ thống tăng giảm tốc độ , đảo
chiều chuyển động ,hệ thống phanh hóm …Và cũn rất nhiều các hệ thống
điện cơ khác mà ta không xét trong phạm vi của đồ án này.
Xe buýt điện dùng hệ truyền động một chiều với nguồn điện một
chiều 600 V.Nó thường được sử dụng ở ngoài trời do vậy môi trường làm
việc là nặng nề với ảnh hưởng của thời tiết ,bụi bặm .
Xe buýt điện phải được bảo đảm an toàn tuyệt đối trong mọi điều kiện
của môi trường bởi nó là loại hình vận tải đặc biệt đó là vận chuyển con
người .Các khí cụ điện ,thiết bị điện trong hệ thống truyền động và trang
bị điện của xe buýt điện phải làm việc tin cậy bởi nếu không sẽ ảnh
hưởng đến tớnh mạng ,tài sản , nền kinh tế và hoạt động xã hội của một
thành phố ,một quốc gia.
Trong quá trình hoạt động của xe yêu cầu khi tăng tốc và giảm tốc
phải êm .Do đó mômen động trong quá trình quá độ phải được hạn chế
theo yêu cầu kỹ thuật an toàn . Điều kiện làm việc của xe là thường phải
chịu tải từ 60% đến 70% tải định mức và hay phải chịu quá tải nên yêu
cầu về độ bền cơ khí cao ,khả năng chịu quá tải lớn.
Xe buýt phải làm việc dài hạn do đó nên dùng các khí cụ không tiếp
điểm thay cho các khí cụ có tiếp điểm .Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động và
hệ điều khiển tự động phải đơn giản ,các phần tử cấu thành phải có độ tin
cậy cao , đơn giản ,thay thế dễ dàng.
Năng suất của xe buýt điện được quyết định bởi hai yếu tố tải trọng
hành khách và số chu kì vận chuyển trong một giờ .Số lượng hành khách
lên xuống trong một giờ chu kì là không như nhau và thường nhỏ hơn tải
định mức.
Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quóng đường s , vận tốc v
và gia tốc a theo thời gian.
Më m¸y

æ ®Þnh
s
0
V
b
a
0
H·m dõng
t(s)
CHƯƠNG II
Chọn phương án truyền động
I.Động cơ điện một chiều.
1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
Khi nguồn điện một chiều có công suất lớn và điện áp không đổi thì
mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng ,lúc này động cơ
là động cơ kích từ song song.
Khi nguồn điện có công suất không đủ lớn ,thì mạch điện phần ứng và
mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập , động cơ một chiều
kích từ độc lập .
Nhận xét:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập hay song song đều sử dụng
nhiều kim loại màu để chế tạo nên có giá thành cao .
Tiếp xúc chổi than ,vành góp làm cho tuổi thọ của chúng không được
cao ,khó bảo trì bảo dưỡng và hay gõy ra nhiễu cho các thiết bị điện tử .
Có ưu điểm lớn trong điều chỉnh tốc độ động cơ điện . Điều chỉnh tốc
độ động cơ điện được dễ dàng ,cấu trúc mạch lực ,mạch điều khiển đơn
giản , đạt chất lượng điều chỉnh cao ,dải điều chỉnh tốc độ rộng .
Có khả năng điều chỉnh sõu tốc độ .
Dễ dàng trong việc ổn định tốc độ .
2.Phương trình đặc tớnh cơ.

Từ phương trình cõn bằng điện áp :
Uư

= Eư + ( Rư + R
f
).Iư
Trong đó :
Uư : điện áp phần ứng (V).
Eư : sức điện động phần ứng động cơ (V).
Rư : điện trở phần ứng ( )
R
f
: điện trở phụ trong mạch phần ứng ( )
Iư : dòng điện mạch phần ứng (A).
Eư

= . = K
Mặt khác mômen điện từ của động cơ :
M
đt
= K Iư
Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục
động cơ bằng mômen điện từ : M
cơ
= M
đt
= M
Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ ,từ thông = const thì ta
được phương trình đặc tớnh cơ là tuyến tớnh.
= -

3. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp .
Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp là cuộn dõy kích từ
mắc nối tiếp với cuộn dõy phần ứng .Cuộn kích từ có tiết diện lớn , điện
trở nhỏ ,số vòng dõy ít ,chế tạo dễ dàng , đơn giản.
Phương trình đặc tớnh cơ :
+Phương trình cõn bằng điện áp phần ứng :
Uư

= Eư + Iư.Rư = K + Iư.Rư
+Phương trình đặc tớnh cơ ,cơ điện của động cơ điện một chiều .
+Giả thiết từ thông phụ thuộc tuyến tính với dòng kích từ
và được bù đủ:
Thì phương trình đặc tính cơ, cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc
lập.

+Đặc tính có dạng hypebol và mềm ở phạm vi dòng điện có giá trị nhỏ
hơn giá trị định mức. ở vùng dòng điện lớn, do mạch từ bão hoà nên tè
thông hầu nh không đổi và đặc tính cơ có dạng gần tuyến tính.
Nhận xét:
Giả thiết động cơ điện không tải thì tốc độ động cơ sẽ rất lớn .Nhưng
thực tế động cơ có ma sát ,có tổn thất phụ , động cơ có từ dư nên khi
không tải động cơ vẫn có giá trị t.Tuy nhiên dư nhỏ nên t vẫn rất
lớn từ (5-6) ,vì vậy không để động cơ hoạt động không tải .
Đặc tớnh cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp mềm và có
độ cứng thay đổi theo phụ tải . Động cơ điện không ổn định cao được tốc
độ.
Đặc tớnh cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có dạng gần
giống với đặc tớnh phụ tải của xe buýt nên hiệu suất điều chỉnh ,tổn thất
công suất điều chỉnh thấp .
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về

mômen ,có khả năng khởi động tốt hơn động cơ điện một chiều kích từ
độc lập . Ưu điểm : động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp thích hợp với
truyền động làm việc thường có quá tải lớn và yêu cầu về mômen khởi
động lớn .
II. Động cơ không đồng bộ .
Có hai loại động cơ chớnh là động cơ rôto dõy quấn và rôto lồng sóc .
Có cấu tạo đơn giản đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc .
Giả thiết :
-Ba pha của động cơ đối xứng .
-Các thông số của động cơ không đổi .
-Tổng dẫn mạch từ hoá không đổi .
-Bỏ qua tổn thất ma sát ,tổn thất trong lừi thép .
-Điện áp lưới hoàn toàn sin và đối xứng ba pha.
-U
f1
: Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato.
-I ,I
1
, I
2
’
là các dòng điện từ hoá ,stato ,và dòng điện rôto đã quy
đổi về stato.
-X ,X , điện kháng mạch từ hoá , điện kháng tản stato , điện
kháng tản rôto đã quy đổi về stato.
-s độ trượt của động cơ : s =
- tốc độ góc của từ trường quay ,tốc độ đồng bộ
=
-f
1

tần số điện áp đặt vào stato .
-p số đôi cực của động cơ.
Ta có sơ đồ thay thế một pha của động cơ không đồng bộ :
Từ đó ta tớnh được :
,
Ta xác định được phương trình đặc tớnh cơ theo các giá trị tới hạn
; ;
Nhận xét :
Động cơ không đồng bộ được sử dụng rất rộng rói trong thực tế . Ưu
điểm nổi bật của động cơ loại này là có 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 .
Nhược điểm của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và
khống chế cả quá trình quá độ khó khăn ,riêng đối với động cơ rôto lồng
sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu hơn .
Do không tách biệt được các thành phần dòng điện , tốc độ và điện áp
nên việc điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ khó khăn hơn
nhiều so với động cơ một chiều .
Quá trình khởi động khó khăn hơn do đặc tớnh tại = 0 có mômen M
là nhỏ nên nếu nhỏ hơn mômen cản M
c
thì rừ ràng là không thể khởi động
được . Để khởi động cần tăng mômen lên để thắng được M
c
.
III. Điều chỉnh tốc độ động cơ.
1.Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ .
Do nguồn điện cấp trên xe buýt là nguồn điện một chiều của một ắc
qui nên để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ thì ta dùng nghịch
lưu điện áp ba pha.

Đôi lúc người ta dùng ba cầu một pha đấu thành mạch ba pha. Các quá
trình điện từ nghịch lưu điện áp phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau
như đặc tính tải, kiểu đấu biến áp ra, nguyên tắc điều khiển.
Thường dùng nhất là điều khiển cho góc dẫn của van λ=180
O
. Lóc đó
van sẽ mở thứ tự từ T1 đến T6 với góc lệchpha giữa 2 van là 60
O
.
Ta thấy biên độ sóng hài bậc thấp khá lớn so với sóng hài cơ bản. Vì
vậy cần loại trừ các sóng hài bậc thấp bằng cách tăng số lần chuyển mạch
trong mét chu kỳ. Phương pháp này các van điều khiển được đóng cắt
nhiều lần trong mét chu kỳ. Dạng điện áp ra có thể là một cực tính hoặc
hai cực tính.
0
0
0
0
0
0
0
0
I
A
U
A
E
N
/3
2E

N
/3
t
t
t
t
t
t
t
t
Z
C
Z
B
Z
A
O
Z
C
Z
B
Z
A
§
2
§
5
§
6
§

3
§
4
§
1
T
2
T
5
T
6
T
3
T
4
T
1
E
N
Bằng chỉ số, số lần chuyển mạch và góc pha chuyển mạch ta có thể
triệt tiêu được sóng hài bậc cao.
So với xung hai cực tính, xung một cực tính có số chuyển mạch trong
mét chu kỳ là 2p, song luật điều khiển các van khác đi, T
1
mở cả nửa chu
kỳ, van còn lại khoá suốt nửa chu kỳ còn lại.
Bằng cách này ta đã điều chỉnh được điện áp cấp cho mạch động cơ,
và sin hoá được điện áp đặt vào động cơ.
Ngoài phương pháp điều chỉnh trên ta còn có thể dùng phương pháp
biến điệu bề rộng xung (PWM).

Góc chuyển mạch được xác định bằng cách so sánh giữa tín hiệu hình
sin mẫu e(t) với tín hiệu tựa thường có dạng răng cưa u(t), tần số tựa càng
lớn hơn tần số sin chuẩn thì điện áp ra tải càng gần sin hơn.
Khi dùng tiristo thì tăng số chuyển mạch quá p=2 không phù hợp khi
dùng tiristo do nó không làm việc được ở tần số cao.
a.Ảnh hưởng của suy giảm điện áp lưới đến động cơ.
Khi điện áp lưới suy giảm ,mômen tới hạn sẽ giảm theo bình phương
lần độ suy giảm của điện áp .Trong khi đó tốc độ đồng bộ giữ nguyên ,
độ trượt tới hạn s
th
không thay đổi ,ta có dạng đặc tớnh cơ điện như hình
vẽ .
Có thể dùng phương pháp tăng dần điện áp để hạn chế dòng khởi động
với phụ tải thích hợp .
b. Ảnh hưởng của thay đổi tần số lưới điện f
1
cấp cho động cơ.
Từ biểu thức = ,khi thay đổi tần số f
1
sẽ làm thay đổi tốc độ
từ trường quay và làm tốc độ động cơ thay đổi .
Khi f
1
> f
1đm
thì : M
th
= , khi tần số tăng thì M
th
giảm đi , M

th

tỷ lệ nghịch với bình phương tần số f
1
.
Trường hợp khi giảm f
1
< f
1đm
: Nếu giữ nguyên điện áp U
1
thì dòng
điện động cơ sẽ tăng rất lớn (do tổng trở của động cơ giảm theo tần
số ).Nên khi giảm tần số cần phải giảm điện áp theo qui luật sao cho động
cơ sinh ra được mômen như trong chế độ định mức .
Để đảm bảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm cho động cơ bị
quá dòng thì cần phải điều chỉnh cả điện áp . Đối với hệ thống biến tần
nguồn áp thì thường có yêu cầu giữ khả năng quá tải về mômen không
đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ .
Điều kiện để giữ không đổi là :
, .
c.Luật điều chỉnh từ thông không đổi .
Từ các quan hệ về mômen, nếu giữ từ thông máy ψ, hoặc từ thông
stato ψ
s
không đổi thì mômen sẽ không phụ thuộc vào tần số, và mômen
tới hạn sẽ không đổi trong toàn dải điều chỉnh. Nếu coi R
s
=0 (ở tần số
cao f lớn) thì:

.
Tuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp, sụt áp trên điện trở stato có thể
so sánh được với sụt áp trên điện cảm tản mạch stato, từ thông giảm làm
cho mômen tới hạn cũng giảm.
Khi thiết lập được ψ
r
= const thì: p.|ψ
r
| = 0, p.|ψ
rx
| = 0, p.|ψ
ry
| = 0.
Phương trình cân bằng mạch stato:
;
.
.
Véctơ từ thông rôto luôn vuông pha với véctơ dòng điện rôto do đó
mômen điện từ của động cơ hoàn toàn tỷ lệ với biên độ dòng điện rôto.
2. Điều chỉnh xung áp một chiều .
Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều được sử dụng khi có sẵn nguồn
một chiều cố định cần phải điều chỉnh được điện áp ra tải .Các điều áp
một chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn với tải một cách
chu kỳ theo luật .
Điều chỉnh xung áp mạch đơn : Từ phương trình cơ bản trong chế độ
làm việc liên tục :
U
D
+ U
L

+ U
R
+ E = 0
+ .i =
I
max
= . -
I
min
= . -
Với :
a = , b =
Tư

= L/R : là hằng số thời gian của mạch phần ứng.
` t
đ
: là thời gian dẫn của khoá T
T : là chu kỳ làm việc của khoá T
Với trường hợp T thông liên tục t
đ
= T thì dòng trong mạch phần ứng
sẽ không đổi và bằng :
I = I
max
= I
min
=
Trường hợp tới biên giới liên tục và gián đoạn :
I

max
=
I
min
= 0 .
Thời điểm biên liên tục và gián đoạn :
Khả năng đóng ngắt của van bán dẫn này cũng hạn chế ,tần số không
được cao : 200 – 300Hz .Van bán dẫn có thể dùng loại Thyristor .Lúc đó
cần yêu cầu thêm bộ khoá cưỡng bức cho van do van không thể cắt được
như khi hoạt động ở nguồn xoay chiều .
Đặc tớnh cơ :
Để xõy dựng đặc tớnh cơ cần tỡm giá trị trung bình của điện áp và
dòng điện của động cơ .
U
D
= . = [ + ] = .[U
N
t
đ
+ (t-t
x
).E]
Trong chế độ dòng điện liên tục vì t
x
= T nên :
U
D
= .U
N
= .U

N

= - .I
Như vậy muốn điều chỉnh được điện áp cấp cho động cơ ta chỉ cần
điều chỉnh ,góc mở , đóng van bán dẫn làm thay đổi U
Đ
.
Ta có đặc tớnh cơ như hình vẽ:
Hai vùng liên tục và gián đoạn ngăn cách bởi vùng biên giới liên tục
như hình vẽ .Ta thấy trong chế độ làm việc bình thường động cơ hầu như
không hoạt động ở vùng gián đoạn .Vì ngay từ lúc khởi động ban đầu thì
động cơ đã hoạt động mở máy ở vùng có M
nm
lớn và thấp tức là sõu
trong vùng liên tục , đến khi hoạt động ổn định thì vẫn làm việc ở vùng
liên tục .
Chỉ khi nào thực hiện hóm có trả năng lượng về lưới (hóm tái sinh )thì
đặc tớnh mới qua vùng gián đoạn .
Để động cơ có thể thực hiện được chế độ hóm ta dùng sơ đồ sau :
Dòng điện phần ứng có thể đảo dấu ,sức điện động động cơ chỉ có
chiều dương .Khi T
1
mở ,công suất điện từ của động cơ : P
đt
= I.E < 0 ,
động cơ làm việc ở chế độ động cơ .Lúc này chỉ có T
1
,D
0
hoạt động .

Để đảo chiều dòng điện ,cho T
2
hoạt động làm việc ở chế độ máy
phát ,công suất được tích vào điện cảm L,T
2
đóng , U
L
> 0 cùng chiều
với sức điện động E
N
, U
L
+ E > U
N
thì D
1
dẫn dòng và trả lại nguồn
phần năng lượng tích luỹ.
Đặc điểm của bộ băm xung áp loại này là do dòng điện phần ứng có
phần õm nên giá trị trung bình của nó có thể nhỏ bất kỳ ,thậm chí bằng
không và truyền động không có chế độ dòng gián đoạn .
Động cơ có đặc tớnh ở hai vùng góc phần tư thứ I (chế độ động cơ )
và góc phần tư thứ II (chế độ hóm).
t
Imin
Imax
IN
0
i
®k2

t
0
0
0
0
i
Imax
Imin
U§
UN
t
t
t
t
®
T
i
®k1
i
®k1
T
t
®
t
t
t
UN
U§
Imin
Imax

i
0
0
0
0
t
i
®k2
3.Nhận xét chung.
Qua các phõn tích trên ta thấy rằng động cơ một chiều dù rất đắt tiền
hơn so với các động cơ không đồng bộ rôto dõy quấn và rôto lồng sóc
.Nhưng động cơ một chiều lại có ưu điểm trong khả năng điều chỉnh :
-Điều chỉnh tốc độ với dải rộng
-Ổn định tốc độ có chất lượng tốt
-Có khả năng điều chỉnh sõu được tốc độ .
-Bộ điều khiển đơn giản .
-Có đường đặc tớnh cơ tốt ,có thể điều chỉnh tôt với đồ thị phụ tải .
Cũn về động cơ không đồng bộ mặc dù về giá có thể rẻ hơn song bộ
điều khiển khá phức tạp .Nếu như không dùng phương pháp PWM,dùng
Tiristor với các điều chỉnh công suất lớn thì số lượng chuyển mạch cũng
nhỏ do khả năng đóng cắt ,tần số của Tiristor là thấp .
Ngoài ra ta thấy rằng đặc tớnh cơ của động cơ không đồng bộ dùng
biến tần là rất phù hợp với phụ tải bơm ,quạt gió.Nên để điều chỉnh với
phụ tải xe buýt thì sẽ gặp nhiều khó khăn .
Vậy ta chọn phương án truyền động cho truyền động của xe buýt chạy
điện là dùng hệ truyền động động cơ điện một chiều dùng phương pháp
băm xung áp.
CHƯƠNG III
Tính chọn công suất động cơ
Công suất động cơ được chọn sao cho đủ lớn nhằm sinh ra mômen với

điều kiện thắng được các lực cản và hơn thế nữa phải đảm bảo hệ truyền
động hoạt động theo đúng yêu cầu công nghệ đặt ra .
Ngoài việc tớnh chọn công suất động cơ ta phải chọn loại động cơ sao
cho thích hợp với yêu cầu truyền động mà cụ thể ở đõy là truyền động
kéo .
Đối với truyền động xe buýt có các lực cản tác động tới hệ là:
1.Lực cản lăn :
F
1
= f.G .cos
Trong đó :
+f: Hệ số cản lăn (hệ số bám đường).
+G : Trọng tải tổng của ôtô và bằng G
0
+ G.
+G
0
: Trọng tải tĩnh của xe.
+G : Trọng lượng của tải.
+ : Góc dốc mặt đường .
Xét xe buýt chuyển động trên mặt phẳng ngang khi đó = 0 .
Ta có :
F
1
= f .G .1 = 0,02.(4.10
3
+ 3.10
3
).10 = 1400 (N)
2.Lực cản không khí .

F
kk
= K.S.v
0
2
= K.S.(v + v
g
)
2
Trong đó :
+K : Hệ số cản không khí [Ns
2
/m
4
]; thường lấy K = (0,25 0,4).
+S : Diện tích cản chớnh diện .
+v
0
: Vận tốc tương đối giữa xe buýt và không khí .
+v : Vận tốc của xe buýt .
+v
g
: Vận tốc của gió.
Xe buýt chuyển động với tốc độ lớn nhất là 60 [km/h] = 16,67 (m/s).
Chọn vận tốc của gió là 2 m/s .Lực cản của gió lớn nhất khi xe buýt
chuyển động với tốc độ lớn nhất .
Với S= 4 m
2
và chọn K = 0,35 ta có :
F

kk
= K.S.(v + v
g
)
2
= 0,35.4.(16,67 + 2)
2
= 487,8 (N).
3.Lực ma sát tại các ổ trục .
Để tiện cho việc tớnh tổng mômen (lực ) cản , điểm đặt của mômen
(lực ) được tớnh tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường .Tổng hợp
lực trên cả 4 bánh là :
F
ms
= .(G
0
+ G
đm
).
Trong đó :
: Hệ số ma sát lăn ổ trục
d : Đường kớnh trục .
D : Đường kớnh bánh xe.
Vậy ta tớnh được :
F
ms
= 0,05.(4.10
3
+ 3.10
3

).10. = 467 (N).
4.Tớnh công suất động cơ.
Thực nghiệm cho ta biết hiệu suất của hệ thống truyền lực của ôtô
khách là = 0,85
Vậy ứng với tải trọng lớn nhất ,công suất động cơ cần có là :
P = = = 46182 (W)
P = 46,2(kW).
Do ôtô luôn chạy khả năng quá tải nên chọn hệ số an toàn cho động cơ
là k = 1,3
Công suất động cơ được chọn là :
P
đc
= 1,3.P = 60,06 (kW).
5.Chọn động cơ.
Do yêu cầu công nghệ đặt ra là thiết kế cho xe buýt chạy điện dùng
động cơ điện một chiều . Đõy là hệ truyền động kéo vì thế ta chọn loại
động cơ là động cơ một chiều kích từ song song .
Các động cơ kích từ song song nối với nguồn điện áp một chiều
thường được ứng dụng để làm việc dài hạn khi cần thiết phải điều chỉnh
tốc độ trong phạm vi rộng . Động cơ kích từ song song được dùng nhiều
trong các hệ thống F-Đ và trong các truyền động mới thay thế cho F-Đ:
Bộ biến đổi T-Đ.
Dựa vào công suất và loại động cơ ta chọn được động cơ _111 của
Nga có các thông số sau :
P
đm
= 75 kw
n
đm
= 750 vòng/phút

I
đm
= 387 A
I
kđm
= 5,61 A
U
đm
= 220 V
R
cks
= 28
R
ư
+ R
cp
=0,0236
N = 210 ;Số đôi mạch nhánh song song
2a = 2 ; số nhánh song song của phần ứng
W
cks
= 850 ; là số vòng dõy một cực của cuộn song song
= 39,1 mVb ; từ thông hữu ích của một cực
n
max
= 1500 vòng /phút ;Tốc độ quay cực đại cho phép
J = 20,4 kgm
2
;mômen quán tớnh của phần ứng.
P = 2 ;số đôi cực .

6.Tớnh toán các thông số của động cơ.
K = = = 66,88
K = 66,88.39,1.10
-3
= 2,6
Một cách gần đúng có thể xác định được điện cảm của dõy quấn phần
ứng động cơ như sau :
L
ư
=
Đối với động cơ có bù thì k = 1,4 1,9 .Trong trường hợp này chọn
k =1,8
L
ư
= = 0,7.10
-3
(H).
7.Xác định dải điều chỉnh điện áp.
Điều chỉnh tốc độ từ 60 km/h đến 5 km/h thì tương ứng với tốc độ
động cơ từ tới
min
.
= (rad/s).

đm
= = 55,55 (rad/s)
min
= = 4,63 (rad/s)
đm
tương ứng với U = U

đm
= 220 V
min
tương ứng với U
min
U
min
= K
min
+ R
ư
.I
đm
= 2,6.4,63 + 0,0236.387 = 21,2 V
Dải điều chỉnh điện áp
= = 10 : 1
CHƯƠNG IV
Thiết kế mạch lực
Với phương pháp xung áp một chiều ta có sơ đồ mạch lực sau :
_
C
+
V
0
L
Nguyên lý hoạt động :
Sơ đồ gồm hai Tiristor : T
C
–tiristor chớnh ,T
F

– tiristor phụ làm nhiệm
vụ ngắt T
c
,cuộn cảm L ,van V
0
dùng để nạp điện cho tụ C có cực tớnh
như trên hình trong thời gian T
c
thông . D
0
là điốt hoàn năng lượng .
Ban đầu cho T
2
mở ,tụ C được nạp từ nguồn qua tải đến cực tớnh xác
định trên sơ đồ . Đõy là giai đoạn chuẩn bị trước khi mạch chạy .Khi chạy
cho T
1
mở tải được cấp điện . Đồng thời tụ C bắt đầu phóng theo mạch
vòng C ,T
c
, L ,V
0
, đõy là mạch vòng dao động L,C,nên sau một nửa chu
kỳ dao động điện áp trên cực C đảo cực tớnh so với ban đầu .Lúc này tụ
C đã sẵn sàng để khoá tiristor T
c
.Khi cần khoá T
c
(thời điểm t
0

) phát
xung mở T
F
.Khi đó C đặt điện áp ngược lên tiristor T
c
.Dòng phóng của
tụ C đủ lớn để triệt tiêu dòng tải qua T
c
và khoá T
c
lại ngay .Sau đó tụ C
lại được nạp từ nguồn qua tải ,qua T
F
như giai đoạn chuẩn bị .Thời gian
để điện áp trên tụ giảm từ giá trị ban đầu về tới không chớnh là khoảng
thời gian T
c
chịu điện áp õm ,tương ứng đõy là thời gian phục hồi cho van
.
Bộ băm điện áp đóng và mở ở tần số cao cho phép điều chỉnh được
giá trị trung bình của điện áp tải.
Trong khoảng thời gian 0 t
0
cho van T
1
mở ,toàn bộ điện áp nguồn
được đưa ra tải .Khoảng thời gian cũn lại t
0
T cho van T
2

khoá ,cắt
nguồn ra khỏi tải .Giá trị điện áp trung bình của điện áp ra tải là :
U
N
= = = .U = .U
1.Xét quá trình dòng tải liên tục : (là giai đoạn T
1
được mở )
Theo phương pháp Laplace ta có :
+
-
T
c
T
F
D
0