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

§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
lời nói đầu
Trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hóa đất nước với nền công nghiệp
phát triển như hiện nay, nhất là các ngành lĩnh vực công nghiệp mỏ, vấn đề đưa tự
động hoá để điều khiển thiết bị là giải pháp rất cần thiết. Chính vì thế mà Truyền
động điện tự động đang được ứng dụng rộng rãi và nó đóng vai trò quan trọng trong
việc nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, vì vậy các hệ thống truyền động
điện tự động luôn được nghiên cứu và chế tạo ngày một tân tiến để đáp ứng các yêu
cầu công nghệ mới với khả năng tự động hoá ngày càng cao .
Việc nghiên cứu các vấn đề về TĐĐ có ý nghĩa rất to lớn, ngày càng mở rộng
và thu được nhiều kết quả quan trọng, cải thiện sức lao động cho con người và có giá
trị kinh tế cao. Qua thời gian học tập môn Lý thuyết truyền động điện, em rất vinh dự
được giao đề tài tham gia nghiên cứu thiết kế TĐĐ tự động, với nội dung cụ thể là :
“Thiết kế hệ thống truyền động điện cho máy công tác có mô men cản bằng mô men
định mức của động cơ. Biết mô men cản là loại tác dụng. Các số liệu ban đầu của
động cơ như sau : n = 80
Động cơ một chiều kích từ độc lập có :
P
đm
= ( 3 + n ) = 3 + 80= 83 KW;
n
đm
= 1750 vòng / phút;
R
ư
= ( 2,381 – 0,015.n ) = (2,381 – 0,015 . 80) = 1,181 (
Ω
);
L
ư
= (0,028 – 0,0002.n ) = ( 0,028 – 0,0002.80) = 0,012 (H);

R
kt
= ( 281,3 – 1,44. n ) = ( 281,3 – 1,44 .80 ) = 166,1 (
Ω
);
L
kt
= ( 156 – 0,9 . n ) = ( 156 – 0,9 . 80) = 84 (H);
Jđc = 0,022 . n = 0,022 . 80= 1,76Kg/m
2
;
U
đm
= 500 (V).
Yêu cầu :
Phân tích và chọn giải pháp cấp điện cho động cơ;
Xây dựng các giản đồ khởi động, hãm và điều chỉnh tốc độ;
Lựa chọn các thiết bị cần thiết cho hệ thống truyền động như: áptômát, công
tắc tơ, nguồn ….;
Tìm các luật biến thiên của :
ω
= f(t) ; M = f(t) ; i = f(t) và phân tích kết quả
nhận được ;
Các bản vẽ :
- Sơ đồ cấu trúc mô phỏng hệ thống kèm theo các kết quả mô phỏng ;
- Sơ đồ nguyên lý điều khiển của hệ thống truyền động đã thiết kế .
Qua đồ án này em đã tổng hợp được nhiều kiến thức chuyên môn. Song với
những hiểu biết còn hạn chế cùng với kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án của
em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của
thầy giáo và các bạn để đồ án môn học của em được hoàn thiện hơn.

Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo PGS.TS Thái Duy Thức và các bạn trong lớp
đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án môn học này.
Quảng Ninh, tháng 05 năm 2010.
Sinh viên

Nguyễn trung kiên
Chương 1:
Sinh viªn: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ 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

= 83 ( KW);
n
đm
= 1750 (vòng/phút);
R
ư
= 1,181 (
Ω
);
L
ư
= 0,012 (H);
R
kt
= 166,1 (
Ω
);
L
kt
= 84 (H);
Jđc = 1,76;
U
đm
= 500(V).
1.1.2- Tính toán các thông số liên quan :
I
đm
=
500
10.83

3
=
Ρ
dm
dm
u
= 166 (A);
K
=
−
=
Ι−
=Φ
75,183
181,1.166500
.05,1
.
dm
udmdm
dm
n
Ru
1,64;
dm
ω
= 0,105.n
đm
= 0,105.1750 = 183,75 (rad/s);
I
kđ

= ( 2
÷
2,5 ). I
đm
= 2 . 166=332 (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: NguyÔn Trung Kiªn 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: NguyÔn Trung Kiªn 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: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ K53
•
•
•
•
•
•
••
• •
•
F
FK
XĐ
Đ

R
1
R
2
R
3
T
T
U∼
L
L
•
•
n Đế
m chạ
i u đ ề
khi nể
KTFK
KTF
KT
Đ
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: NguyÔn Trung Kiªn 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
= 83kW 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: NguyÔn Trung Kiªn 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: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ K53
Đ
Đ
1
Đ
2
T
1
T
2
CK
U
kt
kđ
U
B
I
kt
9
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc

cực số 2 và tiếp điểm T để trở về (-) nguồn. Tương tự, với trường hợp muốn động cơ
quay theo chiều ngược lại, các tiếp điểm N - N được đóng lại; các tiếp điểm T - T mở
ra, dòng điện qua phần ứng sẽ đảo chiều, động cơ quay theo chiều ngược lại.
Nhược điểm của phương pháp là kích thước cồng kềnh; các tiếp điểm thường
xuyên phải đóng - mở, vì vậy với các động cơ công suất lớn dòng điện làm việc có
giá trị lớn, làm cho các tiếp điểm nhanh bị phá hỏng; đặc biệt là khó đảm bảo an
toàn với các môi trường có tính chất dễ cháy nổ như: dầu khí hay khai thác mỏ hầm
lò.
1.4.2. Đảo chiều cực tính điện áp đấu vào phần ứng động cơ, bằng cách sử dụng hai
bộ biến đổi
Sơ đồ gồm hai bộ biến đổi B
1
và B
2
, đấu song song với nhau thông qua các
cuộn kháng cân bằng L
1
và L
2
( hình vẽ_1.7). Từng bộ biến đổi có thể làm việc ở chế
độ chỉnh lưu hoặc nghịch lưu. Hai bộ biến đổi B
1
và B
2
làm việc độc lập, khi bộ biến
đổi này được cấp xung điều khiển để làm việc ở chế độ chỉnh lưu, thì bộ kia làm việc
ở chế độ nghịch lưu đợi.
Nếu gọi α
1
là góc mở đối với bộ B

1
; α
2
là góc mở đối với bộ B
2
, thì sự phối
hợp giá trị α
1
và α
2
phải thực hiện theo quan hệ:
α
1
+ α
2
= 180
0
.
Sự phối hợp này gọi là sự phối hợp tuyến tính.
Giả sử cần động cơ quay thuận, ta cho B
1
làm việc ở chế độ chỉnh lưu, nghĩa
là α
1
= 0
÷
90
0
, U
d1

> 0; còn α
2
> 90
0
, B
2
làm việc ở chế độ nghịch lưu U
d.2
< 0. Trị
số cho phép (khoảng cho phép điều chỉnh) của góc mở α
1
và α
2
, được tính toán cụ
thể ở phần sau:
U
d.1
= U
0
. Cosα
1
> 0;
U
d.2
= U
0
. Cosα
2
< 0.
Cả hai điện áp đều đặt lên phần ứng của động cơ Đ, động cơ sẽ quay theo

chiều thuận (chiều tác dụng của S.đ.đ U
d.1
), vì các Tiristor ở bộ B
2
không thể cho
dòng chạy từ Katốt về Anốt.
§
B
1
2
B
1
L
L
2
Hình 1.7
Khi α
1
= α
2
= 90
0
thì U
d.1
= U
d.2
= 0, động cơ ở trạng thái dừng, nếu tại thời
điểm này có kết hợp với phanh cơ khí thì động cơ dừng chắc chắn, do đó có thể áp
dụng để dừng tải tại một vị trí bất kỳ trong quá trình nâng - hạ.
Nếu cho điện áp điều khiển U

đk
< 0 , thì B
2
sẽ làm việc ở chế độ chỉnh lưu còn
B
1
sẽ làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc, động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại,
để thực hiện đảo chiều.
Sinh viªn: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ 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: NguyÔn Trung Kiªn 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: NguyÔn Trung Kiªn 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: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ K53
13
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
+ Từ (
π
/6 +
α
) <
θ
< ( 3
π
/6 +
α
)
→
các Thyritor T
1
, T

6
dẫn dòng;
+ Từ ( 3
π
/6 +
α
) <
θ
< ( 5
π
/6 +
α
)
→
các Thyritor T
1
, T
2
dẫn dòng;
+ Từ ( 5
π
/6 +
α
) <
θ
< ( 7
π
/6 +
α
)

→
các Thyritor T
3
, T
2
dẫn dòng;
+ Từ ( 7
π
/6 +
α
) <
θ
< ( 9
π
/6 +
α
)
→
các Thyritor T
3
, T
4
dẫn dòng;
+ Từ ( 9
π
/6 +
α
) <
θ
< ( 11

π
/6 +
α
)
→
các Thyritor T
5
, T
4
dẫn dòng;
+ Từ ( 11
π
/6 +
α
) <
θ
< ( 13
π
/6 +
α
)
→
các Thyritor T
5
, T
6
dẫn dòng.
* Biểu thức tính toán:
Trong hệ CL - Đ, chỉnh lưu có điều khiển làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay
chiều thành S.đ.đ một chiều U

d
. Trị số của U
d
phụ thuộc vào nhiều tham số như góc
điều khiển
α
, sơ đồ chỉnh lưu. Nhưng với cách chọn sơ đồ như trên, ta coi S.đ.đ một
chiều chỉ phụ thuộc vào góc điều chỉnh
α
. Để đảm bảo điện áp chỉnh lưu, cấp vào
phần ứng của động cơ U
d
< U
đm
, thì ta phải chọn khoảng giới hạn góc điều khiển
α
như sau:
+ Điện áp trung bình:
U
d
= U
d.K
- U
d A
= 1,17 . U
2
. cosα - (- 1,17 . U
2
. cosα)
= 2,34. U

2
. cosα ,V
- Để đảm bảo cho điện áp chỉnh lưu trung bình U
d

≤
U
đm
= 500 V, thì góc mở
α
min
phải thoả mãn: 2,34 . U
2
. cosα
min
= 500
→

α
min
= 13,77
0
.
- Mặt khác giá trị điện áp cung cấp cho động cơ, phải đảm bảo: U
kđ
< U
đm
và
I
kđ

< (2
÷
2,5) . I
đm
, nếu coi mạch phần ứng chỉ có R
ư
thì Ta có:
dm
u
kd
I
R
U
.2=

→
U
kđ
= 2 . I
đm
. R
ư
= 2 . 166 . 1,181 = 396,8(V).
⇒ U
kđ
= 2,34 . U
2
. cos
α
max

= 396,8
→

α
max
= 39,57
0
. Vậy khoảng giới hạn góc
điều chỉnh là:
α
= ( 13,77
0

÷
39,57
0
)
2.2. phương pháp hãm điện của động cơ
Hãm điện của động cơ là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược
lại với chiều tốc độ góc. Trong tất cả các chế độ hãm, động cơ đều làm việc ở chế độ
hãm. Với động cơ một chiều kích từ độc lập có ba trạng thía hãm: Hãm tái sinh,
hãm đấu ngược và hãm động năng.
2.2.1. Hãm đấu ngược
Hãm đấu ngược xảy ra khi động cơ được đấu để quay theo một chiều nhất
định, nhưng trên thực tế (trong quá trình làm việc) động cơ quay theo chiều ngược
lại, do tác dụng của quán tính hoặc do tác dụng mômen cản của các tải có tính chất
thế năng.
Với tải có tính chất thế năng, hãm đấu ngược có thể xảy ra trong trường hợp
đấu điện trở phụ đủ lớn vào mạch phần ứng của động cơ.
Sinh viªn: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ K53

14
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Giả sử động cơ đang làm việc ổn
định tại điểm A ở trạng thái nâng tải (Hình
2.3), nếu đưa điện trở phụ đủ lớn vào mạch
phần ứng, sao cho M
n.m
< M
C
, động cơ sẽ
chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc
tính biến trở. Tại B, do mômen động cơ
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: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ K53
0
ω
Μ
C
Μ
ω
0
C
ω
Α
Β

C
D
dm
Μ
=
(N©ng t¶i)
(H¹ t¶i)
Hình 2.3
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: NguyÔn Trung Kiªn 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: NguyÔn Trung Kiªn 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

÷
39,57
0
)
Vậy khi điều chỉnh góc mở
α
= (
α
min

÷

α
max
), thì ta có dải điện áp điều chỉnh
trong khoảng U
d
= (396,8
÷
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: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ K53
18
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Sơ đồ nguyên lý hệ điều khiển tự động
3.1. Nguyên tắc chung vẽ sơ đồ nguyên lý và sơ đồ lắp ráp
3.1.1. Nguyên tắc vẽ sơ đồ nguyên lý
ở các sơ đồ điều khiển tự động, trạng thái của các thiết bị, các bộ phận không
cố định mà thay đổi theo các tín hiệu điều khiển. Đồng thời với sự thay đổi về trạng
thái đó, cũng dãn đến sự thay đổi về đường đi của dòng điện trong mạch. Vì vậy, để
dễ dàng tìm hiểu nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển tự động, người ta
dùng sơ đồ nguyên lý (hay sơ đồ khai triển). Để vẽ được sơ đồ nguyên lý, trước đó ta
phải tiến hành thiết kế sơ đồ nguyên lý. Việc thiết kế phải dựa vào các quá trình
công nghệ của máy, mức độ tự động hoá và yêu cầu cơ bản của hệ thống điều khiển
tự động.
Nguyên tắc để vẽ sơ đồ nguyên lý như sau:
+ Vị trí của những chi tiết, bộ phận quan trọng không được bố trí giống như
vị trí thực tế;
+ Tất cả các chi tiết của cùng một bộ phận được ký hiệu bằng một chữ cái,
nếu bộ phận đó có nhiều chi tiết tương tự nhau thì phân biệt chúng bằng các chỉ số
1, 2, 3, 4, 5.
+ Mạch lực vẽ bừng nét liền đậm; mạch điều khiển vẽ bằng nét liền mảnh;
+ Trạng thái của các chi tiết, bộ phận đều được vẽ ở trạng thái chưa có điện
và không có sự tác động của ngoại lực;
+ Đánh số các đầu nối dây để đọc dễ dàng và khi lắp ráp tránh nhầm lẫn.
3.1.2. Nguyên tắc vẽ sơ đồ lắp ráp
+ Các thiết bị có trên sơ đồ nguyên lý phải có trên sơ đồ lắp ráp.
+ Phải đảm bảo được các yêu cầu cơ bản của hệ thống điều khiển.

+ Bố trí sơ đồ lắo ráp phải đảm bảo tiện lợi trong sử dụng, tiết kiệm vật liệu
tính, mỹ thuật (gọn nhẹ cân đối).
+ Vẽ dụng cụ thiết bị cần tìm hiểu kỹ cấu tạo, nguyên lý làm việc trước khi
vẽ. ở bên cạnh thiết bị cần ghi rõ tên thiết bị theo nhiệm vụ trên sơ đồ và tên do nhà
chế tạo quy định để tiện cho việc sử chữa và thay thế.
Mạch lực phải vẽ bằng nét liền đậm, mạch điều khiển vẽ bằng nét liền mảnh,
tránh có nhiều chỗ gấp khúc.
3.2. Các yêu cầu cơ bản của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện
3.2.1. Đơn giản
+ Số lượng của thiết bị tham gia trong sơ đồ là ít nhất (nếu có thể được).
+ Sử dụngthiết bị cùng loại.
+ Số lượng tiếp điểm, cuộn dây là ít nhất.
3.2.2. An toàn
+ Thiết kế sơ đồ nguyên lý một cách hợp lý.
+ Sử dụng máy móc có độ bền cao, độ chính xác cao, nếu là Rơle thì số lần
đóng mở tiếp điểm phải lớn
+ Trong sơ đồ phải bố trí các bảo vệ cần thiết.
+ Nên sử dụng các cơ cấu liên động Cơ - Điện, để đảm bảo an toàn cho người
vận hành và cho thiết bị.
3.2.3. Linh hoạt, thuận tiện
+ Sơ đồ điều khiển phải linh hoạt: nhanh chóng và dễ dàng chuyển từ chế độ
điều khiển này sang chế độ điều khiển khác; chuyển từ điều khiển cơ cấu này sang
Sinh viªn: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ K53
19
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
điều khiển cơ cấu khác; chuyển từ việc điều khiển quá trình sản xuất này này sang
chế độ điều khiển khác quá trình làm việc khác.
Sơ đồ điều khiển phải thuận tiện: các thiết bị phải được bố trí sao cho công
nhân thao tác dễ dàng, tốn ít sức lực, từ một vị trí có thể điều khiển được nhiều đối
tượng hoặc mỗi đối tượng có thể được điều khiển ở nhiều chỗ.

3.2.4. Thường xuyên kiểm tra tình trạng mạch điện và dễ dàng phát hiện chỗ hư
hỏng
Dùng tín hiệu hoá để chỉ tình trạng làm việc của các thiết bị, máy móc, tình
trạng tốt xấu của mạch điện; trong sơ đồ phức tạp phải chia nhỏ thành nhiều nhóm
và mỗi nhóm có bảo vệ và tín hiệu riêng.
3.2.5. Tác động dứt khoát khi bình thường và khi sự cố
Cần dùng các loại khoá liên động để đảm bảo sơ đồ làm việc theo một trình
tự thao tác hợp lý.
3.2.6. Dùng đúng thiết bị
Đây là một yêu cầu quan trọng nhưng khá phức tạp, để đảm bảo làm tốt
được điều này cần nắm vững điều kiện làm việc của máy móc thiết bị, đặc tính kỹ
thuật của thiết bị và công dụng của nó. Ngoài ra các hệ thống điều khiển tự động
còn phải đảm bảo các yêu cầu: lắp ráp, sửa chữa, vận hành dễ dàng và kích thước
của hệ thống phải gọn nhẹ
3.2. Sơ đồ nguyên lý
Từ các yêu cầu công nghệ của hệ thống truyền động điện đã đặt ra và căn cứ
vào các nguyên tắc vẽ sơ đồ nguyên lý như đã trình bày trên, sau đây là sơ đồ
nguyên lý hoàn chỉnh của hệ thống (hình vẽ 3.1)
3.3. nguyên lý làm việc của hệ thống
Để hệ thống làm việc, trước tiên đóng áptomat A, cấp điện cho hệ thống. Nếu
không xảy ra sự cố thì máy biến áp TP có điện, ấn nút khởi động M trên mạch điều
khiển, Rơle G có điện, cuộn dây rơle hút mỏ thép để đóng tiếp điểm G
1
duy trì chính
nó, đóng tiếp điểm G
2
cho đèn Đ
1
báo hiệu hệ thống bắt đầu làm việc, đóng tiếp điểm
G

3
trên mạch công tắc tơ K. Công tắc tơ K tác động đóng tiếp điểm K trên mạch lực
cung cấp điện cho hai bộ biến đổi B
1
và B
2
của mạch phần ứng, nếu các Tiristor
được cấp xung điều khiển (theo luật điều khiển khởi động) chúng sẽ làm việc để cấp
điện một chiều cho động cơ Đ, động cơ sẽ bắt đầu khởi động cho đến khi đạt được
trạng thái làm việc định mức nghĩa là mô mem quay do động cơ sinh ra đúng bằng
mô men cản của tải.
* Hệ thống bảo vệ:
- CC: Cầu chì bảo vệ ngắn mạch.
- PM
1
, PM
2
:Rơle cường độ cực đại bảo vệ quá tải lớn, khi xảy ra quá tải thì
một trong hai rơle này tác động mở tiếp điểm trên mạch rơle trung gian G để động
cơ ngừng làm việc, đóng tiếp điểm cho đèn Đ
3
báo hiệu sự cố.
- PO: Rơle bảo vệ đứt pha (rơle so lệch dọc): Khi xảy ra đứt pha thì rơle này
tác động mở tiếp điểm PO
1
trên mạch rơle trung gian G để động cơ ngừng làm việc,
đóng tiếp điểm PO
2
cho đèn Đ
2

báo hiệu sự cố.
- RN: Rơle nhiệt bảo vệ cho động cơ khi xảy ra sự cố quá tải nhỏ lâu dài. Khi
xảy ra sự cố quá tải nhỏ lâu dài thì rơle này tác động mở tiếp điểm RN
1
trên mạch
rơle trung gian G để động cơ ngừng làm việc, đóng tiếp điểm RN
2
cho đèn Đ
4
báo
hiệu sự cố.
Sinh viªn: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ 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: NguyÔn Trung Kiªn 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 = 83 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
= 166(A), vậy dòng chỉnh định của rơle cực đại là:
I
cđ
= 1,4. 166 = 232,4 (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 . 166 = 207,5 (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: NguyÔn Trung Kiªn 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:
Với loại rơle nhiệt độ không điều
chỉnh được thì chọn:



==Ι=Ι
Ι≥Ι
.5,207166.25,1.25,1


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: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ K53
23






>>
≥
max
.
.
min
.

K
I
I
K
I
II
dcdm
ndm
dcdm
ndmrdm
§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: NguyÔn Trung Kiªn 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 :

Trong đó:
Thay các đại lượng định mức :
U
đm
= 500 (V);
I
đm
= 166(A);
ω
đm
= 0,105.n
đm
= 0,105.1750 = 183,75 (Rad/s);
R
ư
= 1,181 (Ω);

Vào phương trình (1) ta có :
64,1
75,183
181,1.166500
.
=
−
=
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 :
( ) ( )
,.43,08,304
64,1
181,1
.
64,1
500
.
22
Μ−=Μ−=
ΚΦ
Μ−
ΚΦ
=
u
R
U
ω
rad/s.

,.64,1.
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: NguyÔn Trung Kiªn 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;Đ ệ 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 , ;Đ ệ 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
( )
2
.
.
.
φ
φ
ω
k
R
M
k
U
u
−=
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
Hình 5.1

Khối Clock gán : t = I
đm
= 166 A;
Khối Fcn khai :
,.64,1. mN
UU
Ι=ΙΚΦ=Μ
Khối Fcn_ 1 khai :
( ) ( )
./,43,08,304
64,1
181,1
.
64,1
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:
Sinh viªn: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ K53
26
§å ¸n m«n: T§§ tù ®éng GVHD: PGS.TS Th¸i Duy Thøc
e
dt
di
LRIU
u
uuuD
++=

- Phương trình cân bằng mô men:
dt
d
JMM
c
ω
=−
M
c
= k.Φ
đm
.I
ư đm
M
c
=1,64 .166 = 272,24 (Nm)
J = J

đc
+ 0,3.J
đc

= 1,76 + 0,3.1,76= 2,28(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 .166 = 332(A)
Khối bảng khai : 0 ; ω
đm
⇔ 0 ; 183,75
Sinh viªn: NguyÔn Trung Kiªn Líp: LTC§ K53
trong ó :đ U
D
: i n áp t v o ph n ng ng c , (V)Đ ệ đặ à ầ ứ độ ơ
I
ư

: Dòng i n ph n ng ng c , (A)đ ệ ầ ứ độ ơ
R
ư
: i n tr ph n ng v c c ph ng c : RĐ ệ ở ầ ứ à ự ụ độ ơ
ư
= 1,181(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 đ ệ độ ầ ứ ủ độ ơ
trong ó :đ M : Mô men do ng c sinh ra, (Nm)độ ơ
M
c
=272,24: 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, ủ ệ ố ề độ
(Kg/m
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)đ ệ ầ ứ độ ơ
27








=−Μ
++Ι=
28,224,272
64,1.012,0.181,1cos.500.34,2
dt
d
dt
di
u
U
ω
ωα