Thiết kế hệ thống truyền động điện cho máy công tác có mô men cản bằng mô men định mức của động cơ nguyễn thanh tùng

Đồ án môn: TĐĐ tự động GVHD: PGS.TS Thái Duy Thức
li núi u
Trong quỏ trỡnh cụng nghip hoỏ, hin i húa t nc vi nn cụng nghip
phỏt trin nh hin nay, nht l cỏc ngnh lnh vc cụng nghip m, vn a t
ng hoỏ iu khin thit b l gii phỏp rt cn thit. Chớnh vỡ th m Truyn
ng in t ng ang c ng dng rng rói v nú úng vai trũ quan trng trong
vic nõng cao nng sut v cht lng sn phm, vỡ vy cỏc h thng truyn ng
in t ng luụn c nghiờn cu v ch to ngy mt tõn tin ỏp ng cỏc yờu
cu cụng ngh mi vi kh nng t ng hoỏ ngy cng cao .
Vic nghiờn cu cỏc vn v T cú ý ngha rt to ln, ngy cng m rng
v thu c nhiu kt qu quan trng, ci thin sc lao ng cho con ngi v cú giỏ
tr kinh t cao. Qua thi gian hc tp mụn Lý thuyt truyn ng in, em rt vinh d
c giao ti tham gia nghiờn cu thit k T t ng, vi ni dung c th l :
Thit k h thng truyn ng in cho mỏy cụng tỏc cú mụ men cn bng mụ men
nh mc ca ng c. Bit mụ men cn l loi tỏc dng. Cỏc s liu ban u ca
ng c nh sau : n = 66
ng c mt chiu kớch t c lp cú :
P
m
= ( 3 + n ) = 3 + 66= 69 KW;
n
m
= 1750 vũng / phỳt;
R

= ( 2,381 0,015.n ) = (2,381 0,015 . 66) = 1,391 (

);
L

= (0,028 0,0002.n ) = ( 0,028 0,0002.66) = 0,015 (H);

R
kt
= ( 281,3 1,44. n ) = ( 281,3 1,44 .66 ) = 186,26 (

);
L
kt
= ( 156 0,9 . n ) = ( 156 0,9 . 66) = 96,6 (H);
Jc = 0,022 . n = 0,022 . 66 = 1,452 Kg/m
2
;
U
m
= 500 (V).
Yờu cu :
Phõn tớch v chn gii phỏp cp in cho ng c;
Xõy dng cỏc gin khi ng, hóm v iu chnh tc ;
La chn cỏc thit b cn thit cho h thng truyn ng nh: ỏptụmỏt, cụng
tc t, ngun .;
Tỡm cỏc lut bin thiờn ca :

= f(t) ; M = f(t) ; i = f(t) v phõn tớch kt qu
nhn c ;
Cỏc bn v :
- S cu trỳc mụ phng h thng kốm theo cỏc kt qu mụ phng ;
- S nguyờn lý iu khin ca h thng truyn ng ó thit k .
Qua ỏn ny em ó tng hp c nhiu kin thc chuyờn mụn. Song vi
nhng hiu bit cũn hn ch cựng vi kinh nghim thc t cha nhiu nờn ỏn ca
em khụng trỏnh khi nhng thiu sút. Em rt mong c s úng gúp ý kin ca
thy giỏo v cỏc bn ỏn mụn hc ca em c hon thin hn.

Em xin trõn trng cm n thy giỏo PGS.TS Thỏi Duy Thc v cỏc bn trong lp
ó tn tỡnh hng dn v giỳp em hon thnh bn ỏn mụn hc ny.
Qung Ninh, thỏng 05 nm 2010.
Sinh viờn

NGUYN THANH TựNG
Chng 1:
Sinh viên: Nguễn Thanh Tùng Lớp: LTCĐ K53
3
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Chọn phương án cấp điện cho động cơ
Trong một hệ thống Truyền động điện tự động, thì động cơ điện là phần tử có
vai trò rất quan trọng, nó làm nhiệm vụ truyền động cho cả hệ thống TĐĐ. Do đó,
đòi hỏi người thiết kế TĐĐ tự động, phải chọn được một phương án cung cấp điện
phù hợp nhất với động cơ điện của hệ thống, nhằm đảm bảo được các yêu cầu:
Cung cấp điện cho động cơ làm việc tin cậy mà vẫn đảm bảo được hiệu quả cao trên
cả hai phương diện kinh tế và kỹ thuật.
Mặt khác, như ta đã biết Hệ thống cung cấp điện cho một xí nghiệp sản xuất
nói chung, được quyết định bởi công suất tiêu thụ của các phụ tải; đặc điểm của xí
nghiệp và hướng phát triển cung cấp điện nói chung. Nói cách khác, trong một
phạm vi hẹp hơn là một hệ thống TĐĐ tự động, thì việc chọn phương án cung cấp
điện phải căn cứ vào trị số công suất của động cơ điện; đặc điểm làm việc của động
cơ trong hệ thống. Vì vậy, trong chương 1 này sẽ giới thiệu về cách chọn phương án
cấp điện cho động cơ điện một chiều, đáp ứng được các yêu cầu như đề tài đã nêu
trên:”Thiết kế bộ điều khiển tốc độ cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập”.
1.1. Tính toán và lựa chọn các thông số kỹ thuật của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập :
1.1.1. Theo đề tài đã cho, ta có :
P
đm

= 69 ( KW);
n
đm
= 1750 (vòng/phút);
R
ư
= 1,391 (
Ω
);
L
ư
= 0,015 (H);
R
kt
= 186,26 (
Ω
);
L
kt
= 96,6 (H);
Jđc = 1,452 ;
U
đm
= 500(V).
1.1.2- Tính toán các thông số liên quan :
I
đm
=
500
10.69

3
=
Ρ
dm
dm
u
= 138 (A);
K
=
−
=
Ι−
=Φ
75,183
391,1.138500
.05,1
.
dm
udmdm
dm
n
Ru
1,67;
dm
ω
= 0,105.n
đm
= 0,105.1750 = 183,75 (rad/s);
I
kđ

= ( 2
÷
2,5 ). I
đm
= 2 . 138=276 (A)
1.2. Các phương pháp cấp điện cho động cơ
Về lý thuyết để cấp điện một chiều (DC) cho động cơ, thì ta có thể dùng mạch
chỉnh lưu 1 pha hoặc 3 pha, có điều khiển hoặc không có điều khiển. Tuy nhiên, một
yêu cầu khác của đề tài đặt ra là phải điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ.
Việc điều khiển tốc độ quay của động cơ có thể được thực hiện theo các phương
pháp sau:
1.2.1. Cấp điện cho động cơ bằng nguồn một chiều có sẵn
a) Sơ đồ cấu tạo
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
4
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
- R
f1
; R
f2
; R
f3
: Các điện trở phụ được đấu nối tiếp với phần ứng động cơ để
hạn chế dòng điện khi khởi động.
- 1K
1
, 2K
1
, 3K
1

: Các tiếp điểm của công tắc tơ để loại dần các điện trở trong
quá trình khởi động.
- Ư: Phần ứng động cơ.
- KTĐL: Cuộn dây kích từ độc lập động cơ.
- R: Điện trở phụ để điều chỉnh dòng điện trong cuộn dây kích từ.
b) Nguyên lý làm việc
- Cung cấp điện cho cuộn dây kích từ độc lập và phần ứng động cơ, lúc này
các cuộn dây công tắc tơ 1K, 2K, 3K

chưa có điện, các tiếp điểm 1K
1
, 2K
1
, 3K
1
vẫn
mở, toàn bộ điện trở phụ R
f1
, R
f2
, R
f3
được đấu nối tiếp với phần ứng động cơ. Động
cơ khởi động với dòng điện khởi động I
kđ
= (2 ÷ 2,5).I
đm
. Sau đó các tiếp điểm 1K
1
,

2K
1
, 3K
1
lần lượt được đóng lại đảm bảo trong suốt quá trình khởi động động cơ
làm việc với dòng điện:
(1,1 ÷ 1,2).I
t
≤ I
kđ
≤ (2 ÷ 2,5).I
đm
Trong đó I
t
: Dòng điện tải
Khi khởi động xong các điện trở phụ R
f1
, R
f2
, R
f3
được loại ra khỏi phần ứng
động cơ. Động cơ làm việc ổn định với dòng điện I
ư
= I
t
.
- Việc khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ có thể sử dụng các phương pháp:
+ Đấu thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng (như đã trình bày ở trên).
+ Thay đổi từ thông cuộn kích từ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào hai đầu

cuộn dây kích từ nhờ điện trở đệm hoặc thiết bị điều chỉnh áp một chiều.
+ Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ bằng phương pháp điều chỉnh
áp một chiều nhờ thiết bị điều chỉnh áp một chiều.
- Việc đảo chiều quay động cơ có thể sử dụng các phương pháp : Đảo chiều
dòng điện mạch phần ứng hoặc dòng điện mạch kích từ bằng cách dùng cặp công
tắc tơ đảo chiều.
c) ưu, nhược điểm:
- Ưu điểm:
+ ít thiết bị trung gian đi kèm.
- Nhược điểm:
+ Nguồn một chiều có sẵn thường không có nên không ứng dụng rộng rãi
được.
+ Thích hợp cho mỏ hầm lò có sẵn trạm chỉnh lưu nhưng với động cơ công
suất lớn tiết diện dây lớn dẫn đến tốn kém.
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
•
•
+
_
R
f1
R
f2
R
f3
3K
1
2K
1
1K

1
R
•
••
• •
• •
•
_
+
KT LĐ
Ư
Hình 1.1
5
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
1.1.2. Cấp điện cho động cơ bằng máy phát điện một chiều (Hệ thống máy phát -
động cơ)
a) Sơ đồ cấu tạo
- ĐX: Động cơ xoay chiều truyền chuyển động quay cho máy phát F và máy
phát kích thích FK.
- FK: Máy phát tự kích thích cung cấp điện cho kích từ độc lập động cơ Đ,
kích từ độc lập máy phát F và mạch điều khiển.
- F: Máy phát cung cấp nguồn một chiều cho động cơ Đ.
- Đ: Động cơ một chiều.
- KTFK, KTF, KTĐ: Các cuộn dây kích từ của các máy phát và động cơ.
- R
1
, R
2
, R
3

: Điện trở điều chỉnh điện áp đặt vào hai đầu cuộn kích từ.
- T, L: Các cặp tiếp điểm đảo chiều dòng điện trong cuộn kích từ máy phát F
b) Nguyên lý làm việc
Đóng điện cho động cơ ĐX, động cơ quay lai máy phát F và máy phát FK
quay. Máy phát FK phát điện cung cấp điện cho mạch điều khiển và cuộn dây kích
từ độc lập động cơ KTĐ. Lúc này cuộn dây kích từ máy phát KTF chưa có điện
nên máy phát F chưa phát điện.
Điều khiển đóng các cặp tiếp điểm T hoặc L cuộn dây kích từ máy phát F có điện,
máy phát F phát điện cung cấp điện cho động cơ Đ. Động cơ Đ quay, truyền chuyển
động cho máy công tác.
- Việc khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt
vào phần ứng động cơ nhờ thay đổi điện áp đặt vào hai đầu cuộn kích từ độc lập
máy phát F.
- Việc đảo chiều quay động cơ bằng cách đảo chiều điện áp phát ra của máy
phát F nhờ đảo chiều dòng điện kích từ độc lập máy phát thông qua các cặp tiếp
điểm T và L.
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
•
•
•
•
•
•
••
• •
•
F
FK
XĐ
Đ

R
1
R
2
R
3
T
T
U∼
L
L
•
•
n m chĐế ạ
i u khi nđề ể
KTFK
KTF
KTĐ
Hình 1.2
6
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
- Việc hãm động cơ thường sử dụng phương pháp hãm tái sinh, hãm ngược
và phanh cơ.
c) Ưu, nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Dễ điều khiển, điều chỉnh tốc độ và đảo chiều quay.
+ Khả năng chịu quá tải lớn.
- Nhược điểm:
+ Kết cấu cồng kềnh, làm việc tồn tổn hao công suất lớn do có nhiều thiết bị
trung gian.

+ Quy trình sửa chữa bảo dưỡng phức tạp, thích hợp cho động cơ có công
suất lớn và tải thay đổi phức tạp.
1.2.3. Cấp điện cho động cơ bằng chỉnh lưu có điều khiển
a) Sơ đồ cấu tạo (như hình vẽ 1.3)
- Đ: Động cơ một chiều kích từ độc lập.
- KTĐL: Cuộn dây kích từ độc lập động cơ.
- R: Điện trở điều chỉnh điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây kích từ.
- T
1
, T
2
, T
3
, T
4
, T
5
, T
6
: Các thyristor được mắc theo sơ đồ cầu để chỉnh lưu
nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ.
- D
1
, D
2
, D
3
, D
4
: Các điốt được mắc theo sơ đồ cầu để chỉnh lưu nguồn xoay

chiều thành nguồn một chiều cung cấp cho kích từ độc lập động cơ.
b) Nguyên lý làm việc
- Đóng điện cho bộ chỉnh lưu dùng điốt, kích từ độc lập của động cơ có điện.
- Đóng điện cho bộ chỉnh lưu dùng thyristor lúc này các thyristor chưa mở
phần ứng động cơ chưa có điện nên động cơ chưa làm việc.
- Phát chùm xung điều khiển vào chân điều khiển của các thyristor, các
thyristor sẽ được mở hoặc đóng theo quy luật phụ thuộc vào quy luật phát xung.
Xuất hiện dòng một chiều chạy trong phần ứng động cơ làm động cơ quay.
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
Đ
R
•
T
1
T
3
T
5
T
4
T
6
T
2
D
1
D
2
D
4

D
3
KT LĐ
•
•
•
•
•
•
•
•
• •
• • •
• •
Hình 1.3
U
2
∼
7
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
- Việc khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt
vào phần ứng động cơ nhờ thay đổi góc phát xung α.
- Việc đảo chiều quay động cơ thường sử dụng các phương pháp :
+ Dùng hai bộ chỉnh lưu cấp điện cho phần ứng động cơ hoặc cấp điện cho
kích từ độc lập động cơ.
+ Đảo chiều dòng điện phần ứng hoặc đảo chiều dòng điện kích từ độc lập
nhờ các cặp tiếp điểm công tắc tơ.
+ Việc hãm động cơ thường sử dụng phanh cơ, hãm động năng, hãm đấu
ngược, hàm tái sinh với bộ chỉnh lưu có khả năng làm việc ở chế độ nghịch lưu.
c) Ưu, nhược điểm

- Ưu điểm:
+ Là phương pháp ưu việt nhất, dễ ứng dụng vào nhiều vị trí sản xuất và ứng
dụng cho nhiều động cơ có công suất, điện áp khác nhau.
+ Kết cấu gọn nhẹ, tổn hao công suất nhỏ, dễ điều khiển và điều chỉnh tốc độ.
- Nhược điểm:
+ Giá thành đắt, đặc biệt đối với động cơ có công suất lớn.
+ Đòi hỏi người công nhân vận hành, sửa chữa phải có tay nghề cao.
Tóm lại: Với công suất động cơ mà đề tài yêu cầu thiết kế là P
đm
= 69kW thì
chọn phương án cung cấp điện dùng chỉnh lưu có điều khiển là hợp lý nhất, sơ đồ
tổng quát như hình 1.4:
MSX
§
U
®k
kt
U
M
C
I
kt
B
ω
Hình 1.4
1.3. Cung cấp dòng một chiều cho cuộn kích từ
Nếu dùng chỉnh lưu cho cuộn kích từ thì tải của nó là (L - R), để thuận tiện
cho việc điều khiển; chi phí đầu tư ban đầu thấp, ta sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 2 pha
bán điều khiển, có sơ đồ như hình vẽ 1.5:

Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
8
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Hình 1.5
Với cách bố trí như trên, thì ta có thể điều chỉnh được tốc độ quay của động
cơ Đ, bằng cách thay đổi điện áp một chiều (U
DC
) cấp vào cuộn kích từ, nghĩa là có
thể điều chỉnh tốc độ quay của động cơ khác so với tốc độ cơ sở (tốc độ nằm trên
đường đặc tính tự nhiên). Vì vậy, nếu điều chỉnh hợp lý điện áp cấp vào phần ứng
và điện áp cấp vào cuộn kích từ, thì hệ thống có thể điều chỉnh tốc độ theo cả hai
hướng (hướng trên và hướng dưới so với tốc độ cơ sở, với các tải biến đổi theo quy
luật hypebol). Đây là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng mà một hệ thống TĐĐ tự
động cần đạt được.
1.4. phương pháp Đổi chiều quay động cơ
Để đảo chiều quay của động cơ trong hệ thống CL - Đ, người ta có thể dùng
một trong các phương án sau:
1.4.1. Đảo chiều cực tính điện áp đấu vào phần ứng của động cơ, bằng cách sử dụng
cầu tiếp điểm
Người ta sử dụng hai Công-tắc-tor, để điều khiển cho động cơ quay thuận (T)
và quay ngược (N), sơ đồ nguyên lý như hình vẽ 1.6:
§
T
N
T
N
1
2
B
BA

®k
U
Hình 1.6
Hai cặp tiếp điểm T - T và N - N làm việc ngược nhau: Nếu hai tiếp điểm này
đóng; thì hai tiếp điểm kia sẽ mở ra. Giả sử khi muốn cho động cơ quay thuận, điều
khiển cho Công tăc tor quay thuận đóng các tiếp điểm T - T , dòng điện chạy từ (+)
nguồn, qua một tiếp điểm T đến cực số 1 của động cơ, qua dây quấn phần ứng, qua
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
Đ
Đ
1
Đ
2
T
1
T
2
CK
U
kt
kđ
U
B
I
kt
9
Đồ án môn: TĐĐ tự động GVHD: PGS.TS Thái Duy Thức
cc s 2 v tip im T tr v (-) ngun. Tng t, vi trng hp mun ng c
quay theo chiu ngc li, cỏc tip im N - N c úng li; cỏc tip im T - T m
ra, dũng in qua phn ng s o chiu, ng c quay theo chiu ngc li.

Nhc im ca phng phỏp l kớch thc cng knh; cỏc tip im thng
xuyờn phi úng - m, vỡ vy vi cỏc ng c cụng sut ln dũng in lm vic cú
giỏ tr ln, lm cho cỏc tip im nhanh b phỏ hng; c bit l khú m bo an
ton vi cỏc mụi trng cú tớnh cht d chỏy n nh: du khớ hay khai thỏc m hm
lũ.
1.4.2. o chiu cc tớnh in ỏp u vo phn ng ng c, bng cỏch s dng hai
b bin i
S gm hai b bin i B
1
v B
2
, u song song vi nhau thụng qua cỏc
cun khỏng cõn bng L
1
v L
2
( hỡnh v_1.7). Tng b bin i cú th lm vic ch
chnh lu hoc nghch lu. Hai b bin i B
1
v B
2
lm vic c lp, khi b bin
i ny c cp xung iu khin lm vic ch chnh lu, thỡ b kia lm vic
ch nghch lu i.
Nu gi
1
l gúc m i vi b B
1
;
2

l gúc m i vi b B
2
, thỡ s phi
hp giỏ tr
1
v
2
phi thc hin theo quan h:

1
+
2
= 180
0
.
S phi hp ny gi l s phi hp tuyn tớnh.
Gi s cn ng c quay thun, ta cho B
1
lm vic ch chnh lu, ngha
l
1
= 0
ữ
90
0
, U
d1
> 0; cũn
2
> 90

0
, B
2
lm vic ch nghch lu U
d.2
< 0. Tr
s cho phộp (khong cho phộp iu chnh) ca gúc m
1
v
2
, c tớnh toỏn c
th phn sau:
U
d.1
= U
0
. Cos
1
> 0;
U
d.2
= U
0
. Cos
2
< 0.
C hai in ỏp u t lờn phn ng ca ng c , ng c s quay theo
chiu thun (chiu tỏc dng ca S.. U
d.1
), vỡ cỏc Tiristor b B

2
khụng th cho
dũng chy t Katt v Ant.
Đ
B
1
2
B
1
L
L
2
Hỡnh 1.7
Khi
1
=
2
= 90
0
thỡ U
d.1
= U
d.2
= 0, ng c trng thỏi dng, nu ti thi
im ny cú kt hp vi phanh c khớ thỡ ng c dng chc chn, do ú cú th ỏp
dng dng ti ti mt v trớ bt k trong quỏ trỡnh nõng - h.
Nu cho in ỏp iu khin U
k
< 0 , thỡ B
2

s lm vic ch chnh lu cũn
B
1
s lm vic ch nghch lu ph thuc, ng c s quay theo chiu ngc li,
thc hin o chiu.
Sinh viên: Nguễn Thanh Tùng Lớp: LTCĐ K53
10
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Đặc điểm của chế độ đảo dòng như đã trình bày trên là: làm xuất hiện một
dòng điện lúc thì chạy từ B
1
sang B
2
, lúc thì chạy từ B
2
vào B
1
mà không qua mạch
động cơ. Người ta gọi nó là “dòng điện tuần hoàn”
Dòng điện tuần hoàn làm cho máy biến áp và các Tiristor làm việc nặng nề
hơn. Vì vậy, để hạn chế dòng điện tuần hoàn người ta dùng các điện cảm L
1
và L
2
,
như trên hình vẽ _1.7.
Nhược điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư cao nhưng ngược lại nó
có ưu điểm đó là: làm việc tin cậy, kích thước nhỏ gọn, thời gian đảo chiều ngắn,
không phát sinh tia lửa trong quá trình điều khiển nên an toàn với các môi trường
dễ cháy nổ như dầu khí hoặc khai thác mỏ hầm lò.

1.4.3. Đảo chiều cực tính điện áp đấu vào cuộn kích từ bằng cách sử dụng hai bộ
biến đổi
Sơ đồ nguyên lý của phương án này như hình 1.8.
Ưu điểm của phương pháp đổi chiều quay này là trị số dòng điện qua các bộ
CL nhỏ vì nó chỉ là dòng kích từ nên việc lựa chọn các linh kiện bán dẫn cũng dễ
dàng và giá thành hạ hơn. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của phương pháp là với
các tải có quán tính lớn, thì thời gian đảo chiều dài (thời gian trễ lớn), mặt khác ta
phải sử dụng 3 bộ chỉnh lưu có điều khiển nên sẽ phức tạp trong đấu nối và sửa
chữa.
§
1
B
B
2
Hình 1.8
Tóm lại: Qua việc phân tích ưu - nhược điểm của từng sơ đồ, trong các
phương án trên ta thấy: áp dụng phương án 1.3.2 cho đề tài là hợp lý hơn cả, thoả
mãn được các yêu cầu đặt ra là: điều chỉnh tốc độ theo cả hai hướng trên - dưới, đảo
chiều quay của động cơ với thời gian đảo chiều ngắn, có thể thực hiện hãm tái sinh
để trả năng lượng về nguồn khi động cơ làm việc ở chế độ hãm và chế độ điều chỉnh
giảm tốc độ, chi phí đầu tư cho lắp đặt và vận hành thấp, đặc biệt là có thể làm việc
an toàn trong các môi trường dễ cháy nổ, vì không phát sinh tia lửa trong qua trình
điều khiển.
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
11
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Chương 2
phương án Khởi động, hãm và điều chỉnh tốc độ động cơ
2.1. phương pháp khởi động động cơ
Từ phương trình cân bằng áp U = E + I

ư
.R , ta dễ dàng suy ra được dòng
làm việc của động cơ, khi làm việc ở chế độ động cơ là:
I
ư
=
uu
R
KU
R
EU
ωφ
−
=
−
,A.
Tại thời điểm khởi động ω = 0, do đó dòng điện khởi động khi đó là:
I
ư
= I
n.m
=
u
R
U
,A.
ở những động cơ có công suất trung bình và lớn thì R
ư
có gí trị rất nhỏ nên
dòng khởi động ban đầu sẽ rất lớn, thường vào khoảng 2

÷
2,5 lần dòng định mức.
Với giá trị dòng lớn như vậy sẽ phá hỏng động cơ cũng như gây sụt áp rất lớn ở lưới
điện.
Để giảm dòng khởi động ta có hai biện pháp: Thứ nhất là tăng điện trở mạnh
phần ứng khi khởi động (dùng các điện trở phụ đấu nối tiếp với mạch phần ứng);
Thứ hai là giảm điện áp đấu vào cực động cơ khi khởi động (ta dùng bộ biến đổi
tĩnh).
2.1.1. Khởi động động cơ dùng các điện trở phụ.

E
kt
I
1
G
2
G
3
G
4
G
R
f1
f2
R
R
f3
R
f4
u

R
I
kt
M
ω
Ι
Ι
Μ
ο
c
2
1
1
2
3
4
5
6 7
8
9
F
, Ι
Μ
Hình _2.1
Quá trình khởi động diễn ra như sau:
Khi bắt đầu khởi động, tiếp điểm các Công tắc tơ gia tốc 1G, 2G, 3G, 4G
được mở . Người vận hành ấn nút khởi động trên mạch điều khiển, tiếp điểm M
được đóng lại, động cơ khởi động với toàn bộ các cấp điện trở phụ:
(R
f

= R
ư
+R
f1
+ R
f2
+ R
f3
+ R
f4
).
Dòng khởi động ban đầu là:
I
1
=
fu
dm
RR
U
+
< (2
÷
2,5) . I
đm
Động cơ bắt đầu khởi động tại điểm 1, tốc độ tăng dần đến điểm 2 có dòng
điện là I
2
, tại thời điểm đó tiếp điểm 1G đóng lại sẽ loại cấp điện trở phụ thứ nhất
ra. Động cơ chuyển sang khởi động trên đường đặc tính mới tại điểm 3 và dòng là
I1; điện trở lúc này còn lại là : R

ư
+ R
f2
+ R
f3
+ R
f4
. Quá trình tương tự như vậy cho
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
12
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
đến khi cấp điện trở phụ cuối cùng được loại ra, động cơ chuyển sang khởi động
trên đường đặc tính tự nhiên tại điểm 9. Sau đó tiếp tục tăng tốc về làm việc cân
bằng tại điểm F, quá trình khởi động kết thúc.
Trên thực tế, trước đây phương pháp này được dùng nhiều, nhưng hiện nay
với sự phát triển vô cùng mạnh mẽ của điện tử công suất, thì phương pháp này lại ít
được sử dụng. Vì nó gây ra tổn hao năng lượng trong quá trình điều chỉnh, kích
thước thiết bị cồng kềnh, các tiếp điểm điện thường xuyên đóng - mở nên tuổi thọ
không cao.
2.1.2. Khởi động động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp nguồn
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển, như trên
hình vẽ 2.2:
T
1
T
3
5
T
T
4

T
6
T
2
d
U
BA
A
B
C
T¶i
t¶i
I
θ
2
1
θ
d
U
0
θ
T
2
T
1
6
TT
5
T
4

T
32
T
1
T
6
T
T
2
T
6
T
4
T
2
T
6
T
1
T
5
T
3
T
1
T
5
θ
θ
αααααααα

2Π
u
2c
u
2b2a
u
®k
i
d
2
α
Π
u
θ
u
0
0
0
Hình 2.2
BA : là máy biến áp;
T
1
, T
2
T
6
: Là các Thyritor (Thy), trong đó các Thyritor T
1
, T
3

, T
5
là nhóm
mắc chung Katốt; còn nhóm T
2
, T
4
, T
6
là nhóm mắc chung Anốt. Điều kiện mở của
các Thy là: ở nhóm chung Katốt, thì Anốt của Thy nào dương nhất và có xung điều
khiển; ở nhóm chung Anốt, thì thế ở Katốt của Thy nào âm nhất và có xung điều
khiển.
Nguyên lý làm việc của chỉnh lưu như sau: Giả sử cấp xung điều khiển lệch
một góc α so với điểm mở tự nhiên, nên tại thời điểm θ
1
= (π/6 + α), ta cấp xung
điều khiển cho T
1
( Anốt của T
1
có thế dương nhất), nên T
1
mở, dòng điện từ pha A
→
T
1

→
Tải

→
T
6

→
về pha B, quá trình này kéo dài đến θ
2
, với lý luận tương tự
dựa vào sơ đồ ta có:
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
13
Đồ án môn: TĐĐ tự động GVHD: PGS.TS Thái Duy Thức
+ T (

/6 +

) <

< ( 3

/6 +

)

cỏc Thyritor T
1
, T
6
dn dũng;
+ T ( 3

/6 +

) <

< ( 5

/6 +

)

cỏc Thyritor T
1
, T
2
dn dũng;
+ T ( 5

/6 +

) <

< ( 7

/6 +

)

cỏc Thyritor T
3

, T
2
dn dũng;
+ T ( 7

/6 +

) <

< ( 9

/6 +

)

cỏc Thyritor T
3
, T
4
dn dũng;
+ T ( 9

/6 +

) <

< ( 11

/6 +

)

cỏc Thyritor T
5
, T
4
dn dũng;
+ T ( 11

/6 +

) <

< ( 13

/6 +

)

cỏc Thyritor T
5
, T
6
dn dũng.
* Biu thc tớnh toỏn:
Trong h CL - , chnh lu cú iu khin lm nhim v bin i in ỏp xoay
chiu thnh S.. mt chiu U
d
. Tr s ca U
d

ph thuc vo nhiu tham s nh gúc
iu khin

, s chnh lu. Nhng vi cỏch chn s nh trờn, ta coi S.. mt
chiu ch ph thuc vo gúc iu chnh

. m bo in ỏp chnh lu, cp vo
phn ng ca ng c U
d
< U
m
, thỡ ta phi chn khong gii hn gúc iu khin

nh sau:
+ in ỏp trung bỡnh:
U
d
= U
d.K
- U
d A
= 1,17 . U
2
. cos - (- 1,17 . U
2
. cos)
= 2,34. U
2
. cos ,V
- m bo cho in ỏp chnh lu trung bỡnh U

d


U
m
= 500 V, thỡ gúc m

min
phi tho món: 2,34 . U
2
. cos
min
= 500



min
= 13,77
0
.
- Mt khỏc giỏ tr in ỏp cung cp cho ng c, phi m bo: U
k
< U
m
v
I
k
< (2
ữ
2,5) . I

m
, nu coi mch phn ng ch cú R

thỡ Ta cú:
dm
u
kd
I
R
U
.2=


U
k
= 2 . I
m
. R

= 2 . 138 . 1,391 = 383.91 (V).
U
k
= 2,34 . U
2
. cos

max
= 383,91

max
= 41,77
0
. Vy khong gii hn
gúc iu chnh l:

= ( 13,77
0

ữ
41,77
0
)
2.2. phng phỏp hóm in ca ng c
Hóm in ca ng c l trng thỏi m ng c sinh ra mụmen quay ngc
li vi chiu tc gúc. Trong tt c cỏc ch hóm, ng c u lm vic ch
hóm. Vi ng c mt chiu kớch t c lp cú ba trng thớa hóm: Hóm tỏi sinh,
hóm u ngc v hóm ng nng.
2.2.1. Hóm u ngc
Hóm u ngc xy ra khi ng c c u quay theo mt chiu nht
nh, nhng trờn thc t (trong quỏ trỡnh lm vic) ng c quay theo chiu ngc
li, do tỏc dng ca quỏn tớnh hoc do tỏc dng mụmen cn ca cỏc ti cú tớnh cht
th nng.
Vi ti cú tớnh cht th nng, hóm
u ngc cú th xy ra trong trng hp
u in tr ph ln vo mch phn
ng ca ng c.
Gi s ng c ang lm vic n
nh ti im A trng thỏi nõng ti (Hỡnh

2.3), nu a in tr ph ln vo mch
phn ng, sao cho M
n.m
< M
C
, ng c s
chuyn sang lm vic ti im B trờn c
tớnh bin tr. Ti B, do mụmen ng c
Sinh viên: Nguễn Thanh Tùng Lớp: LTCĐ K53
0


C


0
C



C
D
dm

=
(Nâng tải)
(Hạ tải)
Hỡnh 2.3
14
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc

sinh ra nhỏ hơn mômen cản nên tốc độ động cơ giảm dần theo đoạn đặc tính BC; tại
C động cơ dừng lại (
0=
c
ω
). Nhưng do tác dụng của mômen cản có tính chất thế
năng và có trị số lớn hơn mômen động cơ sinh ra nên động cơ sẽ quay theo chiều
ngược lại, tăng tốc và làm việc ổn định tại điểm D (tại đây mômen M
đc
= M
C
).
ở trường hợp này động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện, biến
điện năng nhận từ lưới và cơ năng trên trục động cơ thành nhiệt năng đốt nóng điện
trở hãm và mạch phần ứng, làm cho điện trở hãm và động cơ bị nóng lên. Với các
động cơ có công suất lớn, thường xuyên phải thực hiện quá trình hãm, thì lượng
nhiệt toả ra là rất lớn, làm già hoá cách điện của dây quấn động cơ; làm quá nhiệt
điện trở hãm, gây nguy hiểm với các môi trường dễ cháy nổ (như dầu khí hoặc khai
thác mở hầm lò).
2.2.2. Hãm động năng
Hãm động năng được thực hiện bằng cách cắt phần ứng của động cơ ra khỏi
lưới điện và đấu vào điện trở hãm. Trong khi đó động cơ vẫn quay do quán tính
hoặc do tải. Động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học trên trục
động cơ được chuyển thành năng lượng điện năng tiêu tán trong mạch hãm dưới
dạng nhiệt. Hãm động năng có thể thực hiện theo hai phương pháp: hãm động năng
kích từ độc lập hoặc hãm động năng kích từ tự kích.
+) Hãm động năng kích từ độc lập: phương pháp hãm này được thực hiện
bằng cách cắt phần ứng của động cơ ra khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở
hãm; còn mạch kích từ vẫn được nối vào nguồn như cũ. Sơ đồ và đặc tính như hình
vẽ _ 2.4.

Độ cứng của các đường dặc tính phụ thuộc vào trị số R
h
, nếu R
h
càng nhỏ thì
đặc tính càng cứng, mômen hãm càng lớn, hãm càng nhanh. Tuy nhiên phải chọn R
h
sao cho dòng điện hãm ban đầu nằm trong phạm vi cho phép của máy điện có thể
chịu nổi: I
hđ
= (2
÷
2,5).I
đm
. Trên hình _2.4 vẽ hai đặc tính ứng với hai giá trị khác
nhau của điện trở hãm là R
h1
và R
h2
(với R
h1
> R
h2
).
Quá trình hãm xảy ra như sau: Giả sử trước đó động cơ đang làm việc ổn
định tại điểm A, ở chế độ động cơ. Khi thực hiện hãm động năng kích từ độc lập
thì điểm làm việc của động cơ sẽ chuyển rời đến điểm B hoặc C trên đường đặc tính
hãm (điểm làm việc có thể là điểm B hoặc C còn tuỳ thuộc vào giá trị của điện trở
hãm). Sau đó động cơ sẽ chuyển động chậm dần, theo đặc tính hãm B0 hoặc C0 và
dừng lại tại điểm 0 nếu tải có tính chất phản kháng. Nếu tải có tính chất tác dụng

mà muốn dừng tại 0 thì phải kết hợp với phanh cơ khí, nếu không động cơ sẽ quay
theo chiều ngược lại và làm việc ổn định tại B’ hoặc C’.
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
15
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
I
kt
I
h
R
h·m
E
=
Μ
dm
B
Β
Α
0
ω
Μ
C
Μ
ω
0
B
Μ
ω
D
Μ

C
C
'
'
C
R
h
1
h
2
R
Hình 2.4
+) Hãm động năng kích từ tự kích: Như ta đã thấy ở trên, nếu mất điện lưới
thì không thể thực hiện hãm động năng kích từ tự kích được. Để khắc phục nhược
điểm này người ta sử dụnghãm động năng kích từ tự kích. Hãm động năng kích từ
tự kích xảy ra khi cắt cả mạch phần ứng và mạch kích từ ra khỏi lưới điện, sau đó
đóng cả vào một điện trở hãm. Nhưng quá trình thao tác trên phải giữ cho chiều
dòng kích từ không đổi.
2.2.3. Hãm tái sinh (hãm trả năng lượng về nguồn)
Xét động cơ một chiều truyền động cho một cơ cấu nâng hạ (hình 2.5) . Giả
sử động cơ đang làm việc ổn định tại điểm A, trên đặc tính cơ tự nhiên, mômen cản
tác dụng lên trục động cơ chính là tải trọng nhân với bán kính tang quấn cáp.
§
ω
G
U
kt
I
Μ
I

u
A'
Β
Α
ω
A
'
0
A
ω
ω
'
Μ
C
Μ
C
Μ
ω
0
Hình 2.5
Khi giảm M
C
trên trục động cơ, tốc độ động cơ tăng lên. Khi giảm M
C
= 0 thì
khi đó tốc độ động cơ bằng tốc độ không tải lý tưởng
ω
=
ω
0

=
φ
.k
U
, khi đó sức điện
động do động cơ sinh ra bằng với điện áp nguồn cung cấp:
E = U = k.φ. ω
0
, điểm làm việc tại B.
Tại thời điểm ω = ω
0
mà đổi chiều tác dụng của mômen cản M
C
, thì động cơ
tiếp tục tăng tốc và làm việc ổn định tại điểm A’ , S.đ.đ khi đó là:
E = k.φ. ω
B
> U
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
16
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Nên: I
ư
= I
h
=
φ
.k
EU −
< 0, nghĩa là dòng đi từ động cơ trả về nguồn. Khi đó

mômen M
C
= k.
φ
. I
h
< 0 sẽ đổi dấu, chiều tác dụng sẽ ngược với chiều quay của
động cơ. Mônmen động cơ đổi chiều thành mômen hãm.
Hãm tái sinh là chế độ hãm kinh tế vì nó trả năng lượng về nguồn, điều kiện để có
hãm tái sinh là ω > ω
0
. Trong thực tế hãm tái sinh xảy ra trong hai trường hợp :
+) Chuyển tốc độ từ cao sang
thấp của phương pháp điều chỉnh điện
áp: điểm làm việc A sẽ chuyển sang
điểm làm việc tại B
1
, nếu M
C
không
đổi thì động cơ giảm dần tốc độ và làm
việc ổn định tại điểm A’. Tại B động
cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh. Vậy
ở chế độ hãm tái sinh thì ngay cả khi
điều chỉnh tốc độ (bằng cách thay đổi
điện áp) cũng thực hiện được quá
trình hãm trả nănng lượng về nguồn.
Để thực hiện hãm dừng tải trong quá
trình nâng - hạ, ta điều chỉnh giảm
điện áp cấp vào phần ứng của động

cơ, sao cho đường đặc tính như đoạn B
n
D. Tại điểm D tốc độ động cơ ω = 0, muốn
dừng lại phải kết hợp với phanh cơ khí.
+) Chế độ thả tải ở các cơ cấu nâng hạ, các trục tải cỡ lớn, cơ cấu ra vào và di
chuyển ở các máy xúc điện có sử dụng TĐĐ một chiều.
2.3. điều chỉnh tốc độ động cơ
Để thay đổi tốc độ động cơ, ta có thể thay
đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc thay đổi
điện áp đặt vào cuộn kích từ, để thay đổi từ
thông chính. Việc điều chỉnh điện áp hoặc điều
chỉnh từ thông, đều phải đảm bảo: U
đc
< U
đm
và
φ
đc
< φ
đm
để đảm bảo cho động cơ không phá
hỏng. Tuy nhiên, việc thay đổi trị số dòng điện
kích từ để thay đổi tốc độ có thời gian trễ điều
khiển lớn, đặc biệt là với tải có quán tính lớn.
Vì vậy, phần này trình bày việc điều khiển tốc
độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng.
Giá trị trung bình của S.đ.đ chỉnh lưu (E
d
) là:
Hình 2.7

E
d
= E
do
.cos
α
trong đó: E
do
: S.đ.đ của chỉnh lưu khi góc mở
α = 0.
E
do
=
m
m
E
m
m
E
π
π
π
π
sin.
.2
sin.
2
max2
=
trong đó:

- E
2,
E
2max
: là giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của điện áp sơ cấp máy BA;
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
0
ω
Μ
C
Μ
ω
0
01
ω
Α
A'
Β
1
0n
ω
Β
n
D
Hình 2.6
17
U
®k
E
T

1
T
3
5
T
T
4
T
6
T
2
d
E
BA
A
B
C
I
kt
u
I
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
- m : là số xung áp đập mạch trong một chu kỳ, với chỉnh lưu cầu 3 pha m
≈
6, nên ta có:
E
do
=
6
sin

6
.2
.3
2
π
π
E
= 2,34 .E
2
Vậy giá trị trung bình của S.đ.đ chỉnh lưu có thể viết là:
E
d
= E
do
.cos
α
= 2,34. E
2
.cos
α
Giả thiết φ = φ
đm
= const; R
ư
= const, ta tiến hành điều chỉnh góc
α
, để thay
đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Về mặt kỹ thuật chỉ cho phép điều chỉnh theo
hướng giảm so với U
đm

, vì nếu điều khiển theo hướng tăng thì động cơ sẽ bị phá
hỏng. Do đó góc điều chỉnh
α
phải thảo mãn:
α
= (
α
min

÷
α
max
) = (13,77
0

÷
41,77
0
)
Vậy khi điều chỉnh góc mở
α
= (
α
min

÷

α
max
), thì ta có dải điện áp điều chỉnh

trong khoảng U
d
= (383,91
÷
500), V.
Mặt khác như ta biết có tốc độ không tải lý tưởng và điện áp đặt vào động cơ có mối
quan hệ:
var
.
==
dm
x
ox
K
U
φ
ω
Nhưng độ cứng của đặc tính cơ không đổi, vì nó phụ thuộc vào sự thay đổi
của điện áp mà chỉ phụ thuộc vào sự thay đổi của R
ư
và φ:
const
R
K
u
dm
==
2
.
φ

β
Như vậy, khi tiến hành thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ ta
được một họ các đặc tính nhân tạo, nằm phía dưới và song song với đặc tính cơ tự
nhiên (Hình 2.8). Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp theo hướng giảm, thì mômen
ngắn mạch, dòng ngắn mạch và tốc độ động cơ giảm . Vì vậy phương pháp này
được dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ.
Μ
(Ι)
ο
ω
Μ
C
ω
0
ω
1
ω
2
U
®m
1
U
2
U
∆ω
∆ω
∆ω
Hình 2.8
Chương3
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53

18
Đồ án môn: TĐĐ tự động GVHD: PGS.TS Thái Duy Thức
S nguyờn lý h iu khin t ng
3.1. Nguyờn tc chung v s nguyờn lý v s lp rỏp
3.1.1. Nguyờn tc v s nguyờn lý
cỏc s iu khin t ng, trng thỏi ca cỏc thit b, cỏc b phn khụng
c nh m thay i theo cỏc tớn hiu iu khin. ng thi vi s thay i v trng
thỏi ú, cng dón n s thay i v ng i ca dũng in trong mch. Vỡ vy,
d dng tỡm hiu nguyờn lý lm vic ca h thng iu khin t ng, ngi ta
dựng s nguyờn lý (hay s khai trin). v c s nguyờn lý, trc ú ta
phi tin hnh thit k s nguyờn lý. Vic thit k phi da vo cỏc quỏ trỡnh
cụng ngh ca mỏy, mc t ng hoỏ v yờu cu c bn ca h thng iu khin
t ng.
Nguyờn tc v s nguyờn lý nh sau:
+ V trớ ca nhng chi tit, b phn quan trng khụng c b trớ ging nh
v trớ thc t;
+ Tt c cỏc chi tit ca cựng mt b phn c ký hiu bng mt ch cỏi,
nu b phn ú cú nhiu chi tit tng t nhau thỡ phõn bit chỳng bng cỏc ch s
1, 2, 3, 4, 5.
+ Mch lc v bng nột lin m; mch iu khin v bng nột lin mnh;
+ Trng thỏi ca cỏc chi tit, b phn u c v trng thỏi cha cú in
v khụng cú s tỏc ng ca ngoi lc;
+ ỏnh s cỏc u ni dõy c d dng v khi lp rỏp trỏnh nhm ln.
3.1.2. Nguyờn tc v s lp rỏp
+ Cỏc thit b cú trờn s nguyờn lý phi cú trờn s lp rỏp.
+ Phi m bo c cỏc yờu cu c bn ca h thng iu khin.
+ B trớ s lo rỏp phi m bo tin li trong s dng, tit kim vt liu
tớnh, m thut (gn nh cõn i).
+ V dng c thit b cn tỡm hiu k cu to, nguyờn lý lm vic trc khi
v. bờn cnh thit b cn ghi rừ tờn thit b theo nhim v trờn s v tờn do nh

ch to quy nh tin cho vic s cha v thay th.
Mch lc phi v bng nột lin m, mch iu khin v bng nột lin mnh,
trỏnh cú nhiu ch gp khỳc.
3.2. Cỏc yờu cu c bn ca h thng iu khin t ng truyn ng in
3.2.1. n gin
+ S lng ca thit b tham gia trong s l ớt nht (nu cú th c).
+ S dngthit b cựng loi.
+ S lng tip im, cun dõy l ớt nht.
3.2.2. An ton
+ Thit k s nguyờn lý mt cỏch hp lý.
+ S dng mỏy múc cú bn cao, chớnh xỏc cao, nu l Rle thỡ s ln
úng m tip im phi ln
+ Trong s phi b trớ cỏc bo v cn thit.
+ Nờn s dng cỏc c cu liờn ng C - in, m bo an ton cho ngi
vn hnh v cho thit b.
3.2.3. Linh hot, thun tin
+ S iu khin phi linh hot: nhanh chúng v d dng chuyn t ch
iu khin ny sang ch iu khin khỏc; chuyn t iu khin c cu ny sang
Sinh viên: Nguễn Thanh Tùng Lớp: LTCĐ K53
19
Đồ án môn: TĐĐ tự động GVHD: PGS.TS Thái Duy Thức
iu khin c cu khỏc; chuyn t vic iu khin quỏ trỡnh sn xut ny ny sang
ch iu khin khỏc quỏ trỡnh lm vic khỏc.
S iu khin phi thun tin: cỏc thit b phi c b trớ sao cho cụng
nhõn thao tỏc d dng, tn ớt sc lc, t mt v trớ cú th iu khin c nhiu i
tng hoc mi i tng cú th c iu khin nhiu ch.
3.2.4. Thng xuyờn kim tra tỡnh trng mch in v d dng phỏt hin ch h
hng
Dựng tớn hiu hoỏ ch tỡnh trng lm vic ca cỏc thit b, mỏy múc, tỡnh
trng tt xu ca mch in; trong s phc tp phi chia nh thnh nhiu nhúm

v mi nhúm cú bo v v tớn hiu riờng.
3.2.5. Tỏc ng dt khoỏt khi bỡnh thng v khi s c
Cn dựng cỏc loi khoỏ liờn ng m bo s lm vic theo mt trỡnh
t thao tỏc hp lý.
3.2.6. Dựng ỳng thit b
õy l mt yờu cu quan trng nhng khỏ phc tp, m bo lm tt
c iu ny cn nm vng iu kin lm vic ca mỏy múc thit b, c tớnh k
thut ca thit b v cụng dng ca nú. Ngoi ra cỏc h thng iu khin t ng
cũn phi m bo cỏc yờu cu: lp rỏp, sa cha, vn hnh d dng v kớch thc
ca h thng phi gn nh
3.2. S nguyờn lý
T cỏc yờu cu cụng ngh ca h thng truyn ng in ó t ra v cn c
vo cỏc nguyờn tc v s nguyờn lý nh ó trỡnh by trờn, sau õy l s
nguyờn lý hon chnh ca h thng (hỡnh v 3.1)
3.3. nguyờn lý lm vic ca h thng
h thng lm vic, trc tiờn úng ỏptomat A, cp in cho h thng. Nu
khụng xy ra s c thỡ mỏy bin ỏp TP cú in, n nỳt khi ng M trờn mch iu
khin, Rle G cú in, cun dõy rle hỳt m thộp úng tip im G
1
duy trỡ chớnh
nú, úng tip im G
2
cho ốn
1
bỏo hiu h thng bt u lm vic, úng tip im
G
3
trờn mch cụng tc t K. Cụng tc t K tỏc ng úng tip im K trờn mch lc
cung cp in cho hai b bin i B
1

v B
2
ca mch phn ng, nu cỏc Tiristor
c cp xung iu khin (theo lut iu khin khi ng) chỳng s lm vic cp
in mt chiu cho ng c , ng c s bt u khi ng cho n khi t c
trng thỏi lm vic nh mc ngha l mụ mem quay do ng c sinh ra ỳng bng
mụ men cn ca ti.
* H thng bo v:
- CC: Cu chỡ bo v ngn mch.
- PM
1
, PM
2
:Rle cng cc i bo v quỏ ti ln, khi xy ra quỏ ti thỡ
mt trong hai rle ny tỏc ng m tip im trờn mch rle trung gian G ng
c ngng lm vic, úng tip im cho ốn
3
bỏo hiu s c.
- PO: Rle bo v t pha (rle so lch dc): Khi xy ra t pha thỡ rle ny
tỏc ng m tip im PO
1
trờn mch rle trung gian G ng c ngng lm vic,
úng tip im PO
2
cho ốn
2
bỏo hiu s c.
- RN: Rle nhit bo v cho ng c khi xy ra s c quỏ ti nh lõu di. Khi
xy ra s c quỏ ti nh lõu di thỡ rle ny tỏc ng m tip im RN
1

trờn mch
rle trung gian G ng c ngng lm vic, úng tip im RN
2
cho ốn
4
bỏo
hiu s c.
Sinh viên: Nguễn Thanh Tùng Lớp: LTCĐ K53
20
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Chương4:
Chọn thiết bị và bảo vệ
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
21
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Để loại trừ sự hư hỏng thiết bị điện và tăng độ bền của chúng khi làm việc ở
những sơ đồ điều khiển tự động với các động cơ có cấp điện áp dưới 1000 V, người
ta dùng các hình thức bảo vệ cho động cơ và hệ thống điều khiển như sau:
- Bảo vệ dòng cực đại.
- Bảo vệ nhiệt.
- Bảo vệ mất điện áp.
- Bảo vệ khỏi mất pha.
4.1. Bảo vệ dòng cực đại
Để bảo vệ khỏi ngắn mạch lực và mạch lực người ta thường dùng các hình
thức bảo vệ như: Cầu chì, rơle cực đại hoặc máy ngắt tự động. Tuy nhiên, với động
cơ mà đề tài yêu cầu thiết kế có công suất lớn P = 69 kW, thì chọn hình thức bảo vệ
ngắn mạch cho mạch lực là dùng Rơle cực đại mắc nối tiếp (hình vẽ nguyên lý là các
rơle PM
1
và PM

2
)
Việc tính toán dòng điện để chọn dòng chỉnh định cho rơle cự đại được tiến
hành theo công thức sau:
I
cđ
= (2
÷
2,25). I
đm

Trong đó I
đm
là dòng điện tổng cộng của số thiết bị làm việc đồng thời lớn
nhất trong sơ đồ điều khiển.
áp dụng trong đề tài thì thiết bị lớn nhất trong sơ đồ là động cơ, dòng định
mức của động cơ là: I
đm
= 138 (A), vậy dòng chỉnh định của rơle cực đại là:
I
cđ
= 1,4. 138 = 193,2 (A).
Còn với các cầu chì bảo vệ mạch chỉnh lưu có điều khiển thì chọn theo công
thức sau: I
dc
= (1
÷
1,25). I
đm

chọn hệ số quá tải của dây chảy là: k = 1,25, vì vậy dòng điện định mức của
dây chảy là:
I
dc
= 1,25 . 138 = 172,5 (A).
4.2. Bảo vệ dòng khỏi cực tiểu
Đây là hình thức để bảo vệ cho động cơ một chiều, hoặc động cơ không đồng
bộ khi đứt mạch kích thích. Hình thức bảo vệ này được thực hiện nhờ một rơle
ngắt từ thông đấu nối tiếp với cuộn kích từ.
Khi mạch kích từ ở trạng thái làm việc bình thường, thì rơle RNT có điện nó
sẽ hút, để đóng tiếp điểm thường mở RNT
1
trên mạch điều khiển, nối liền mạch của
rơle trung gian TG, vì vậy khi ấn nút khởi động M , rơle trung gian TG có điện
cuộn dây rơle sẽ hút, làm cho các tiếp điểm thay đổi trạng thái: Tiếp điểm TG
1
đóng
lại cấp điện cho Côngtắctơ K, côngtắctơ có điện - hút lõi thép đóng tiếp điểm K
1
trên
mạch lực, cấp điện cho phần ứng của động cơ.
Vì một lý do nào đó mà cuộn kích từ bị mất điện, thì rơ le RNT không có
điện, tiếp điểm thường mở RNT
1
trên mạch rơle trung gian TG sẽ mở ra, do đó nếu
có ấn nút mở máy M thì cũng không thể cấp điện vào phần ứng của động cơ, đồng
thời tiếp điểm RNT
2
đóng lại đèn Đ
2

sáng để báo hiệu có sự cố mất mạch kích từ.
4.3. Bảo vệ khỏi quá tải
Quá tải của độngc ơ có thể phát hiện theo giá trị dòng điện, hoặc theo nhiệt
độ của động cơ. Vì khi có quá tải cả hai thông số này đều tăng so với giá trị định
mức.
Để bảo vệ khỏi quá tải có thể dùng rơle cực đại được chỉnh định ở dòng định
mức và có khống chế thời gian để tránh dòng mở máy, nhưng bảo vệ loại này sẽ có
tác động khi có có quá tải khoảnh khắc lớn mà thực tế không cần thiết phải cắt.
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
22
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Mục đích của bảo vệ khỏi quá tải là cắt không cho động cơ làm việc nếu nhiệt độ
của nó tăng tới mức có thể làm cháy cách điện. Với mục đích đó các thiết bị bảo vệ
khỏi quá tải phải ghi nhận hoặc là nhiệt lượng do động cơ sinh ra (I
2
.t), hoặc nhiệt
độ của động cơ (T
0
C). Rơle bảo vệ ghi nhận các thông số này là rơle nhiệt và rơle
nhiệt độ.
Rơle nhiệt làm việc theo nguyên lý sử dụng sự dãn nở hoặc sự thay đổi tính
chất vật lý của một số loại vật liệu đặc biệt khi bị nung nóng bởi dòng điện của động
cơ được bảo vệ. Rơle nhiệt sau khi tác động không tự trở về mà phải có người can
thiệp và cần có một khoảng thời gian nhất định - đó chính là thời gian cần thiết để
cho động cơ kịp nguội đi trước khi làm việc. Rơle nhiệt bảo vệ khởi quá tải cho động
cơ không chắc chắn, vì thông thường nó được đặt trong thiết bị điều khiển từ xa nên
khó có thể đảm bảo cho đặc tính nhiệt của rơle và của động cơ là giống nhau, nghĩa
là rơle có thể không cắt khi động cơ đã quá nóng, hoặc cắt nhầm khi nhiệt độ của
động cơ còn ở giới hạn cho phép.
Rơle nhiệt độ cũng như các thiết bị sử dụng cảm biến bán dẫn, nhiệt điện trở,

zeiristor được đặt trong lòng của động cơ cần bảo vệ (thường được đặt ở chỗ nóng
nhất của động cơ, như phía đối diện với quạt gió làm mát hoặc áp vào vỏ của động
cơ), nhờ thế mà kiểm tra tình trạng nhiệt độ của động cơ chính xác hơn rơle nhiệt.
Rơle nhiệt nhận tín hiệu nhiệt từ hai nguồn:
- Trực tiếp từ dây quấn động cơ.
- Từ phần tử nung nóng trong rơle gồm đĩa kim loại kép, phần tử nung nóng
này nhận được dòng điện tỷ lệ với dòng điện của động cơ.
Việc lựa chọn giá trị dòng bảo vệ cho rơle nhiệt độ, loại điều chỉnh được như
sau:





>>
≥
max
.
.
min
.

K
I
I
K
I
II
dcdm
ndm

dcdm
ndmrdm
Với loại rơle nhiệt độ không điều chỉnh được thì chọn:



==Ι=Ι
Ι≥Ι
.5,172138.25,1.25,1


A
dcdmndm
ndmdm
γ
trong đó:
- I
đm.r
- dòng điện định mức của rơle;
- I
đm.n
- dòng định mức của phần tử đốt nóng;
- I
dm.dc
- dòng định mức của động cơ;
- K
min
, K
max
- giới hạn điều chỉnh nhỏ nhất và lớn nhất của (thông thường với

môt số loại rơle chọn K
min
= 0,75; K
max
= 1,25)
4.4. Bảo vệ mất điện
Bảo vệ mất điện dùng để tự động cắt động cơ ra khỏi lưới, khi lưới bị mất
điện hoặc điện áp giảm xuống quá mức. Để thực hiện hình thức bảo vệ khỏi mất
điện, người ta đấu song song tiếp điểm liên động của Công-tắc-tơ hoặc đấu song
song điện trở với nút mở máy. Còn việc bảo vệ điện áp giảm quá mức, người ta sử
dụng rơle điện áp cực tiểu.
Việc sử dụng điện trở mắc song song với nút mở máy, đòi hỏi phải tính toán
chính xác trị số điện trở cần thiết. Vì việc xác định chính xác trị số điện trở giúp cho
rơle làm việc ổn định, mặt khác trong quá trình sử dụng lâu dài điện trở có thể hư
hỏng, dẫn đến khó khăn cho người sửa chữa, thay thế. Vì vậy, thông thường người
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
23
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
ta hay sử dụng hình thức bảo vệ nhờ tiếp liên động như trong sơ đồ nguyên lý ở
trên.
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
24
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Chương5:
Mô phỏng hệ thống bằng phần mềm simulink MATLAB
5.1. Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ
5.1.1. Phương trình đặc tính cơ
Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát :

( )

2
.
.
.
φ
φ
ω
k
R
M
k
U
u
−=
Trong đó:
Thay các đại lượng định mức :
U
đm
= 500 (V);
I
đm
= 138 (A);
ω
đm
= 0,105.n
đm
= 0,105.1750 = 183,75 (Rad/s);
R
ư
= 1,391 (Ω);

Vào phương trình (1) ta có :
67,1
75,183
391,1.138500
.
=
−
=
Ι−
=ΚΦ
dm
udmdm
dm
Ru
ω
Thay các đại lượng định mức vào phương trình đặc tính cơ tổng quát ta có
phương trình đặc tính cơ tự nhiên của động cơ :
( ) ( )
,.49,04,299
67,1
391,1
.
67,1
500
.
22
Μ−=Μ−=
ΚΦ
Μ−

ΚΦ
=
u
R
U
ω
rad/s.


,.67,1.
uu
Ι=ΙΚΦ=Μ
N.m.
5.1.2. Đồ thị đặc tính cơ tự nhiên của động cơ
Để vẽ đồ thị đặc tính cơ tự nhiên của động cơ ta sử dụng phần mềm Simulink
MATLAD theo sơ đồ mô phỏng sau :
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
ω - t c góc c a ng c , rad/s.ố độ ủ độ ơ
U - i n áp ph n mg ng c , U;Đệ ầ ứ độ ơ
M- Mô men quay c a ng c , N.m;ủ độ ơ
R
ư
- i n tr ph n ng c a ng c , ;Đệ ở ầ ứ ủ độ ơ
k- h s ph thu c kêt c u ng c ;ệ ố ụ ộ ấ độ ơ
- T thông d i m i c c t , Wb.ừ ướ ỗ ự ừ
25
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Hình 5.1
Khối Clock gán : t = I
đm

= 138 A;
Khối Fcn khai :
,.67,1. mN
UU
Ι=ΙΚΦ=Μ
Khối Fcn_ 1 khai :
( ) ( )
./,49,04,299
67,1
391,1
.
67,1
500
.
22
srad
R
M
U
dmdm
Μ−=Μ−=
ΚΦ
−
ΚΦ
=
ω
Ta có đồ thị đặc tính cơ tự nhiên của động cơ:
5.2 Khi động cơ làm việc ở chế độ động cơ
5.2.1. Mô hình toán
- Phương trình cân bằng áp:

e
dt
di
LRIU
u
uuuD
++=

Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
26
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
- Phương trình cân bằng mô men:
dt
d
JMM
c
ω
=−
M
c
= k.Φ
đm
.I
ư đm
M
c
=1,67 .138 = 230,46 ,(Nm)
J = J
đc
+ 0,3.J

đc

= 1,452 + 0,3.1,452 = 1,88 (Kg/m
2
)
M = k.Φ
đm
.I
ư
,Nm
5.2.2 Sơ đồ cấu trúc và mô phỏng bằng MATLAD
Từ mô hình toán và các thông số kỹ thuật của động cơ ta xây dựng sơ đồ mô
phỏng bằng MATLAD theo hệ phương trình sau :
Lựa chọn dòng
khởi động động cơ: I
kđ
= 2.I
đm
= 2 .138 = 276 (A)
Khối bảng khai : 0 ; ω
đm
⇔ 0 ; 183,75
M
đm
;2. M
đm
⇔ 375,5; 751 .
Sinh viªn: NguÔn Thanh Tïng Líp: LTC§ K53
trong ó :đ U
D

: i n áp t v o ph n ng ng c , (V)Đệ đặ à ầ ứ độ ơ
I
ư
: Dòng i n ph n ng ng c , (A)đệ ầ ứ độ ơ
R
ư
: i n tr ph n ng v c c ph ng c : RĐệ ở ầ ứ à ự ụđộ ơ
ư
= 1,391(Ω)
L
ư
: C m kháng ph n ng ng c , (H)ả ầ ứ độ ơ
e : S c i n ng ph n ng c a ng c , (V)ứ đệ độ ầ ứ ủ độ ơ
trong ó :đ M : Mô men do ng c sinh ra, (Nm)độ ơ
M
c
=230,46: Mô men c n c a t i, (Nm)ả ủ ả
J : Mô men quán tính c a h th ng truy n ng, (Kg/mủ ệ ố ề độ
2
)
trong ó :đ J
cđ
: Mô men quán tính ph n ng c a ng c , (Rad/s)ầ ứ ủ độ ơ
I
ư
: Dòng i n ph n ng ng c , (A)đệ ầ ứ độ ơ
27








=−Μ
++Ι=
88,146,230
67,1.015,0.391,1cos.500.34,2
dt
d
dt
di
u
U
ω
ωα