Tính chọn công suất và thiết kế hệ thống truyền động điện cho truyền động chính của máy bào giường

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………..
Hưng Yên, ngày… tháng … năm2005
Giáo viên hướng dẫn
LỜI NÓI ĐẦU
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
Trong những năm gần đây, ngành trang bị điện- điện tử cho máy gia
công kim loại ở nước ta đang ngày càng được trú trọng và đầu tư phát triển.
Sự phát triển đó được đánh dấu bằng việc cho ra đời và đổi mới hàng loạt

phương thức vận hành và điều khiển cho máy gia công kim loại dùng trong
công nghiệp, không ngoài mục đích tăng năng suất lao động cho việc gia công
cắt gọt kim loại trong các nhà máy xí nghiệp, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao
của người thợ.
Với lòng say mê tìm hiểu và ham học hỏi em đã cố gắng tận dụng tất cả
những kiến thức đã thu lượm được từ thầy cô bạn bè, mong hoàn thành đề tài
này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện - Điện tử,
đặc biệt là cô Lê Thị Minh Tâm đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành được đề
tài : Tính chọn công suất và thiết kế hệ thống truyền động điện cho truyền
động chính của máy bào giường
Quyển thuyết minh của em trình bày những chương sau:
 Chương 1: Đặc điểm trang bị điện cho máy bào giường
 Chương 2: Tính chọn công suất động cơ truyền động điện
 Chương 3: Phân tích và lựa chọn phương án truyền động.
 Chương 4: Thiết kế hệ thống truyền động điện
 Chương 5: Tính chọn các thiết bị
 Chương 6: Biểu diễn trên matlab & simulink.
Với quyển thuyết minh này, hi vọng có thể trở thành tài liệu tham khảo
cho học sinh, sinh viên ngành kỹ thuật điện.
Hưng Yên, ngày 07 tháng 06 năm 2006
Sinh viên thực hiện:
Chương 1
ĐẶC ĐIỂM TRANG BỊ ĐIỆN CHO MÁY
Trang 2

2
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
BÀO GIƯỜNG
1. Chức năng và công dụng của máy bào giường.

Máy bào giường thuộc nhóm máy cắt gọt kim loại. Máy bào giường có
thể gia công các chi tiết có dạng mặt phẳng lớn, khối lượng và kích thước lớn.
Chiền dài cực đại của chi tiết gia công tới 12m. Sản phẩm sau khi gia công
đạt được yêu cầu có độ chính xác và độ bóng nhẵn cao. Máy bào giường cũng
có thể gia công các rãnh định hình với vật liệu là kim loại đen, màu và một số
dạng nhựa hoá học.
2. Đặc điểm công nghệ của máy bào giường.
2.1. Hình dạng bên ngoài.
Hình 1 mô tả hình dạng bên ngoài của máy bào giường.
Chi tiết gia công được kẹp chặt trên bàn máy. Dao cắt được gá lắp trên
bàn dao 5, bàn dao được gá lắp trên xà ngang 4 cố định khi gia công.
Trang 3

3
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
2.2. Quy trình công nghệ của máy bào giường.
Trong quá trình làm việc, bàn di chuyển theo chu kỳ lặp đi lặp lại, mỗi
chu kỳ gồm 2 hành trình: hành trình thuận và hành trình ngược. Trong hành
trình thuận, thực hiện gia công chi tiết nên gọi là hành trình cắt gọt. Trong
hành trình ngược, bàn máy lùi về vị trí ban đầu không thực hiện cắt gọt nên
gọi là hành trình không tải.
Sau khi kết thúc hành trình ngược, bàn dao lại di chuyển theo chiều
ngang của bàn một khoảng gọi là lượng ăn dao s (mm/hành trình kép). Dịch
chuyển của bàn dao sau mỗi hành trình kép là chuyển động ăn dao.
Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà, bàn dao nâng đầu dao
trong hành trình ngược, nân hạ xà ngang, nới siết xà ngang trên trụ v.v…
Tốc độ cắt gọt (tốc độ hành trình thuận của bàn máy) được xác định tuỳ
thuộc vào vật liệu của chi tiết gia công và tính chất của dao. Tốc độ lùi bàn
(hành trình ngược của bàn máy) lớn hơn nhiều so với tốc độ cắt gọt để tăng

năng suất của máy. Chuyển động mang tính chất chu kỳ.
Đồ thị tốc độ và dòng điện của bàn máy bào giường được mô tả như
hình 2. Đây là dạng đồ thị thường gặp, trong thực tế còn có nhiều dạng khác
đơn giản hoặc phức tạp hơn.
.
Hình 2. Đồ thị tốc độ và dòng điện của bàn máy bào giường.
Trang 4

t
0
t
1 2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
t
8
t
10
t
11
t
12

t
13
t
14
tt
9
,I

ng
I
q®

th
I
ng
th
I
4
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
Giả thiết bàn máy đang ở đầu hành trình thuận và tăng tốc độ đến tốc
độ V
0
=5÷15(m/phút) - tốc độ vào dao-trong khoảng thời gian t
1
.
+Sau khi chạy ổn định với tốc độ V
0
trong khoảng thời gian t
2

thì dao
cắt vào chi tiết (dao cắt vào chi tiết ở tốc độ thấp để tránh sứt dao hoặc chi
tiết).
+Bàn máy tiếp tục chạy với tốc độ ổn định V
0
cho đến hết thời gian t
3
.
+t
4
tăng tốc độ từ V
0
÷V
th
(tốc độ cắt gọt).
+t
5
: bàn máy chuyển động với tốc độ V
th
và thực hiện gia công chi tiết.
+t
6
: bàn máy sơ bộ giảm tốc độ đến V
0
.
+t
7
: bàn máy làm việc ổn định với tốc độ của bàn máy là V
0
.

+t
8
: dao được ra khỏi chi tiết khi tốc độ của bàn máy là V
0
.
+t
9
, t
10
: đảo chiều từ hành trình thuận sang hành trình ngược đến tốc độ
V
ng
.
+t
11
: bàn máy chạy theo hành trình ngược với tốc độ V
ng.
+t
12
: thời gian giảm tốc đến V
0
, ở hành trình ngược để chuẩn bị đảo
chiều.
+t
13
: bàn máy chạy ổn định ở vận tốc thấp V
0
để chuẩn bị đảo chiều.
+t
14

: đảo chiều sang hành trình thuận để bắt đầu thực hiện một chu kỳ
khác.
Bàn dao được di chuyển bắt đầu từ thời điểm bàn máy đảo chiều từ
hành trình ngược sang hành trình thuận và kết thúc di chuyển trước khi dao
cắt vào chi tiết.
3. Các yêu cầu đối với hệ thống truyền động điện và trang bị điện máy
bào giường.
3.1. Truyền động chính.
Là chuyển động tịnh tiến qua lại của bàn máy.
Hệ truyền động chính của máy bào giường phải có đảo chiều vì có 2
hành trình thuận và ngược. Đồng thời cũng phải có điều chỉnh tốc độ trong cả
2 hành trình vì hành trình thuận là hành trình cắt gọt có tải tốc độ nhỏ hơn
hành trình ngược là hành trình không tải nhằm mục đích giảm thời gian chết
không tảI lâu.
Trang 5

5
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
Phạm vi điều chỉnh tốc độ truyền động chính là tỷ số giữa tốc độ lớn
nhất của bàn máy (tốc độ lớn nhất trong hành trình ngược) và tốc độ nhỏ nhất
của bàn máy (tốc độ thấp nhất trong hành trình thuận)
D =
min
max
min
max
th
ng
V

V
V
V
=
Trong đó:
- V
ng max
: tốc độ lớn nhất của bàn máy ở hành trình ngược,
thường V
ng max
= 75
÷
120 m/ph.
- V
th min
: tốc độ nhỏ nhất của bàn máy trong hành trình thuận,
Thường V
th min
= 4
÷
6 m/ph.
Như vậy:
D = (12,5 ÷ 30) / 1
Thông thường, hệ thống truyền động điện sử dụng động cơ điện một chiều
được cấp nguồn tự bộ biến đổi.
Theo yêu cầu của đồ thị phụ tải (hình 3), điều chỉnh tốc độ được thực hiện
theo hai vùng:
+Thay đổi điện áp phần ứng trong phạm vi (5 ÷ 6)/1 với mô men trên trục
động cơ là hằng số ứng với tốc độ bàn thay đổi từ V
min

=(4÷6) m/phút đến
V
gh
= (20÷25) m/phút, khi đó lực kéo không đổi.
Trang 6

.
k
F
gh
V v0
Hình 3-Đồ thị phụ tải truyền động chính MBG
6
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
+Giảm từ thông động cơ trong phạm vi (4.÷5)/1 khi thay đổi tốc độ từ V
gh
đến V
max
=(75÷120) m/phút, khi đó công suất kéo gần như không đổi.
Nhưng sử dụng phương pháp điều chỉnh từ thông thì làm giảm năng suất
của máy, vì thời gian quá trình quá độ tăng do hằng số thời gian mạch kích từ
động cơ lớn. Vì vậy thực tế người ta thường mở rộng phạm vi điều chỉnh
điện áp, giảm phạm vi điều chỉnh từ thông, hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ
trong cả dải bằng thay đổi điện áp phần ứng. Trong trường hợp này công suất
động cơ phải tăng V
max
/V
gh
lần.

Ở chế độ xác lập, độ ổn định tốc độ không lớn hơn 5% khi phụ tải thay đổi
từ không đến định mức.
Quá trình quá độ khởi động, hãm yêu cầu xảy ra êm, tránh va đập trong bộ
truyền với tốc độ tác động cực đại.
Đối với những máy bào giường:
- Cỡ nhỏ (L
b
< 3m; F
K
= 30 ÷ 50 kN; D = (3 ÷ 4)/1): hệ thống truyền
động chính thường là động cơ không đồng bộ-khớp li hợp; động cơ không
đồng bộ rôto dây quấn hoặc động cơ một chiều kích từ độc lập và hộp tốc độ.
- Cỡ trung bình (L
b
= 3 ÷ 5m; F
K
= 50 ÷ 70 kN; D = (6 ÷ 8)/1): hệ thống
truyền động là F-Đ (máy phát một chiều-động cơ điện một chiều).
- Cỡ nặng (L
b
> 5m; F
K
> 70 kN; D = (8 ÷ 25)/1): hệ thống truyền động là F-
Đ có bộ khuyếch đại trung gian; hoặc hệ chỉnh lưu dùng Tiristor-động cơ một
chiều.
3.2. Truyền động ăn dao.
Là chuyển động tịnh tiến theo phương vuông góc với chuyển động
chính, có tính rời rạc, xảy ra vào cuối hành trình thuận, đầu hành trình ngược.
Truyền động ăn dao làm việc có tính chất chu kỳ, trong mỗi hành trình
kép làm việc một lần (từ thời điểm đảo chiều từ hành trình ngược sang hành

trình thuận và kết thúc trước khi dao cắt vào chi tiết).
Phạm vi điều chỉnh lượng ăn dao là : D =(100
÷
200)/1. Lượng ăn dao
cực đại có thể đạt tới (80
÷
100)mm/hành trình kép.
Trang 7

7
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
Cơ cấu ăn dao yêu cầu làm việc với tần số lớn, có thể đạt tới
1000lần/giờ.
Hệ thống di chuyển đầu dao cần phảI đảm bảo theo 2 chiều ở cả chế độ
làm việc và di chuyển nhanh.
Truyền động ăn dao thường được thực hiện bằng động cơ không đồng
bộ rô to lồng sóc và hộp tốc độ.
Truyền động ăn dao có thể thực hiện bằng nhiều hệ thống : cơ khí, điện
khí, thuỷ lực khí nén v.v …Thông thường sử dụng rộng rãI động cơ: động cơ
điện và hệ thống truyền động trục vít - êcu hoặc bánh răng - thanh răng
Để thay đổi tốc độ trục làm việc, ta có thể dùng nguyên tắc tốc độ điều
chỉnh tốc độ bản thân động cơ hoặc sử dụng hộp tốc độ nhiều cấp. Nguyên tắc
này tuy phức tạp hơn nguyên tắc trên nhưng có thể giữ được thời gian làm
việc của truyền động như nhau vời các lượng ăn dao khác nhau.
3.3. Truyền động phụ.
Chuyển động phụ là di chuyển nhanh của xà, bàn dao nâng đầu dao
trong hành trình ngược, nân hạ xà ngang, nới siết xà ngang trên trụ v.v…
Truyền động phụ đảm bảo các di chuyển nhanh bàn dao, sàn máy, nâng
đầu ra trong hành trình ngược, được thực hiện bởi đông cơ không đồng bộ và

nam châm điện.
Chương 2
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN
ĐỘNG CHÍNH CỦA MÁY BÀO GIƯỜNG
1. Ý nghĩa của việc tính chọn đúng công suất động cơ.
Việc chọn đúng công suất độn cơ truyền động là hết sức quan trọng. Nếu
chọn công suất động cơ lớn hơn trị số yêu cầu thì vốn đầu tư sẽ tăng, động cơ
sẽ thường xuyên làm việc non tải làm cho hiệu suất và hệ số công suất cos
ϕ
thấp. Ngược lại, nếu chọn động cơ công suất nhỏ hơn trị số yêu cầu, thì máy
Trang 8

8
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
sẽ không đảm bảo năng suất theo thiết kế, động cơ thường xuyên làm việc
quá tải làm giảm tuổi thọ động cơ.
2. Phương pháp chọn công suất động cơ truyền động chính của máy bào
giường
2.1 . Các số liệu ban đầu.
Để tính chọn công suất động cơ, cần phải có các số liệu sau:
a)Các thông số đặc trưng cho chế độ làm việc của máy bao gồm:
- Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt như : tốc độ cắt v , lực
cắt F
z
, công suất cắt P
z
, hiệu suất định mức của cơ cấu
η
, hệ số

ma sát giữa bàn và gờ trượt
µ
, chiều dài hành trình bàn L
b
(m),
thời gian máy(thời gian gia công chi tiết)…
- Khối lượng của chi tiết gia công
- Thời gian làm việc và thời gian nghỉ.
b) Kết cấu cơ khí của máy bao gồm:
- Sơ đồ động học của cơ cấu.
- Khối lượng của các bộ phận chuyển động.
2.2 . Các bước tính chọn công suất động cơ.
Quá trình tính chọn công suất động cơ có thể chia thành hai bước sau:
a) Bước 1: Chọn sơ bộ công suất động cơ truyền động được tiến hành
theo trình tự sau:
- Xác định công suất hoặc mômen tác dụng lên trục làm việc của hộp tốc
độ (P
z
hoặc M
z
).
- Xác định công suất hoặc mômen trên trục động cơ và xây dựng đồ thị
phụ tải tĩnh (P
c
= f(t) hoặc M
c
= f(t)).
- Dựa trên đồ thị phụ tải tĩnh, tiến hành tính chọn sơ bộ công suất động
cơ.
b) Bước 2: Tiến hành kiểm nghiệm động cơ đã chọn theo các điều kiện

sau:
- Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng.
- Kiểm nghiẹm theo điều kiện quá tải.
- Kiểm nghiệm theo điều kiện mở máy.
Trang 9

9
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
2.3 . Công thức tính chọn công suất động cơ cho máy bào .
Công suất động cơ truyền động cơ cấu chính của máy bào được tính
theo biểu thức sau:
P =
η
1000
.. vqF
z
(kW)
Trong đó:
- F
z
: lực cản khi bào.
- q : tiết diện của phoi, m
2
.
- v : vận tốc cắt, m/s.
-
η
: hiệu suất của máy (khi máy làm việc đầy tải, thường lấy bằng 0,65
÷

0,7).
F
z
phụ thuộc vào vật liệu chi tiết gia công.
- F
z
= (294
÷
1180).10
6
N/m
2
– vật liệu là thép.
- F
z
= (118
÷
236).10
6
N/m
2
– vật liệu là gang.
- F
z
= (147
÷
197).10
6
N/m
2

– vật liệu là đồng.
c) Bài toán cụ thể.
a. Yêu cầu đề tài:
Tính chọn công suất động cơ truyền động di chuyển máy bào
giường, biết các thông số cho trước sau:
- Vật liệu chi tiết gia công : thép đúc.
- Tiết diện phoi (2
×
10)mm
2
.
- Tốc độ di chuyển bàn khi cắt gọt U
th
= 10m/phút.
- Lực cản cắt khi bào F
z
= 1800.10
6
N/m
2
.
- Tốc độ di chuyển lùi bàn v
ng
= 2v
th
.
- Hiệu suất của máy :
η
= 0,7.
b. Bài giải:

Tiết diện phoi:
q = (2
×
10)mm
2
= 2.10
-5
m
2
Tính tốc độ di chuyển bàn (phải chọn tốc độ cức đại v
ng
= 2v
th
):
Trang 10

10
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
v = (10
×
2)m/ph =
60
20
m/s =
3
1
m/s.
Tính công suất cản đặt lên trục động cơ :
P =

7,0.1000
3/1.10.2.10.1800
1000
..
56 −
=
η
vqF
z
= 17,142 (kW)
Chọn công suất động cơ trong sổ tay tra cứu: Ta chọn loại động
cơ điện một chiều kích từ độc lập loại
ΠΗ
-290; P
đm
= 19 kW; U
đm
=
220V; n
đm
= 1300vg/ph.
Trang 11

11
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
Chương 3
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
TRUYỀN ĐỘNG
1. Các hệ thống truyền động điện

1.1. Hệ thống truyền động máy phát - động cơ (F - Đ)
Trong hệ truyền động máy phát - động cơ (F - Đ), nguồn cấp cho phần
ứng động cơ là bộ biến đổi máy điện (máy phát điện một chiều kích từ độc
lập).
Sơ đồ nguyên lý một hệ F - Đ như trên hình 4.
Hình 4: Sơ đồ nguyên lý hệ F - Đ
Động cơ Đ truyền động máy sản xuất MSX được cấp điện phần ứng từ
máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ
điện không đồng bộ ĐK. Động cơ ĐK cũng kéo luôn máy phát tự kích từ K
để cấp điện kích từ cho động cơ Đ và máy phát F. Biến trở R
kk
dùng để điều
chỉnh dòng điện kích từ của máy phát tự kích K nghĩa là để điều chỉnh điện áp
phát ra cấp cho các cuộn kích từ máy phát KT
f
và cuộn kích từ động cơ KT
đ
.
Biến trở R
kf
dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy phát F do đó điều
chỉnh điện áp phát ra của máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ. Biến trở
R
kđ
dùng để điều chỉnh dòng kích từ động cơ, do đó thay đổi tốc độ động cơ
nhờ thay đổi từ thông.
Trang 12

12
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
a) Phương trình đặc tính cơ
Từ phương trình của động cơ điện một chiều, ta đã biết:
φφ
ω
k
uD
R
k
U
−=
I
ư
Khi thay: u = E
F
– I
ư
.R
ưF
ta có:
φφ
ω
k
R
k
RI
uduFuF
−
−Ε
=

I
ư
hay :
φφ
ω
k
RR
k
uFud
F
+
−
Ε
=
I
ư
Trong đó:
- U : là điện áp đặtvào phần ứng động cơ, (V).
- R
ưF
, R
ưĐ
: là điện trở phần ứng máy phát và động cơ, (
Ω
).
- I
ư
: là dòng điện phần ứng động cơ, cũng là dòng điện phần ứng máy
phát , (A).
Thay I

ư
=
φ
k
M
vào ta có phương trình đặc tính cơ hệ F - Đ:
M
k
RR
k
uFuD
F
2
)(
φ
φ
ω
+
−
Ε
=
hay :
ωωω
∆−=
0

với :
φ
ω
k

F
Ε
=
0
là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ.
Trang 13

13
φ
φ
φ
M
ω
ω
0
ω
Hình 5: Họ các đường đặc tính cơ của hệ thống F-Đ
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
=∆
ω
M
k
RR
uFud
2
)(
φ
+
là độ sụt tốc độ của động cơ khi mômen

của động cơ là M.
b) Các đặc tính cơ của hệ F - Đ.
Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ là đặc tính ứng với điện áp phần ứng
định mức (U
Đ
= U
Đđm
) và điện áp kích từ định mức (U
KTĐ
= U
KTĐđm
) nghĩa là từ
thông định mức (
φ
Đ
=
φ
Đđm
). Đặc tính cơ tự nhiên của hệ F - Đ là đường nét
đậm trên hình 5.
Để điều chỉnh tốc độ động cơ ở dưới đường đặc tính tự nhiên, ta giữ từ
thông động cơ là định mức và điều chỉnh giảm điện áp đặt vào phần ứng động
cơ (U
Đ
giảm).Trường hợp này, tốc độ
0
ω
thay đổi (giảm) còn độ cứng đặc tính
cơ giữ nguyên. Các đặc tính cơ song song nhau. Thực hiện điều đó nhờ điều
chỉnh tăng điện trở R

KF
ở mạch kích từ của máy phát F, do đó thay đổi (giảm)
s.đ.đ.E
f
của máy phát và điện áp đặt vào động cơ.
Để điều chỉnh tốc độ động cơ ở vùng trên đường đặc tính tự nhiên, ta
không thể tăng điện áp đặt vào phần ứng động cơ cao hơn giá trị định mức
U
Đđm
vì sẽ làm cháy động cơ. Do vậy, lúc này phải giữ nguyên điện áp là định
mức và tiến hành điều chỉnh tăng điện trở R
KĐ
ở mạch kích từ động cơ để thay
đổi giảm từ thông
φ
Đ
của động cơ. Trường hợp này, tốc độ không tải lý tưởng
0
ω
tăng lên còn độ cứng đặc tính cơ giảm đi. Đặc tính cơ có tốc độ
0
ω
càng
lớn thì càng mềm.
Dạng đặc tính cơ vùng dưới đường đặc tính cơ tự nhiên (vùng 1) và
vùng trên đường đặc tính cơ tự nhiên (vùng 2) như trên hình5.
Trang 14

14
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
Khi điều chỉnh tốc độ động cơ từ định mức (
ω
đm
) xuống thấp nhờ giảm
s.đ.đ máy phát E
F
qua việc giảm kích từ máy phát (tăng R
KF
) thì trên thực tế
hệ F - Đ không cho được những tốc độ quá thấp. Lý do là muốn có được tốc
độ nhỏ thì điện áp đặt vào động cơ phải nhỏ nghĩa là điện áp máy phát hay từ
thông kích từ máy phát
φ
F
phải nhỏ. Về nguyên tắc, tăng R
KF
thì dòng điện
kích từ sẽ nhỏ nhưng từ trường
φ
F
không thể yếu hơn từ trường dư của máy
phát được. Ngay cả khi I
KF
= 0 thì s.đ.đ. do từ dư của máy phát tạo ra cũng đã
đạt khoảng (3
÷
6) % trị số s.đ.đ. định mức. Do vậy, giới hạn dưới
ω
min

của
tốc độ hệ F - Đ bị hạn chế.
Ngoài ra, lúc từ thông kích từ
φ
F
yếu, tác dụng của phản ứng phần ứng
sẽ rõ rệt, điện áp rơi ở mặt tiép xúc giữa chổi than và vành góp tăng lên, điện
trở mạch lực trở nên có ý nghĩa nên cũng không thể giảm quá thấp E
F
.
Vì thế, phạm vi điều chỉnh tốc độ theo cách thay đổi điện áp phần ứng
động cơ không quá :
D
U
=
min
dm

ω
ω
= 10 : 1
Trang 15

15
Hình 6: Hệ F-Đ dùng tiristo để kích từ máy phát động cơ
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
Khi điều chỉnh tốc độ động cơ từ định mức (
ω
đm

)lên cao hơn nhờ giảm
từ thông
φ
Đ
từ định mức xuống thấp cũng chỉ giới hạn trong phạm vi :
D
φ
=
dm
max

ω
ω
= 3 : 1
Dải điều chỉnh D
φ
bị hạn chế do điều kiện đảo chiều quay của động cơ
(nếu phương pháp đảo chiều quay của động cơ là nhờ đảo chiều từ trường
kích từ của động cơ …) và do điều kiện về độ bền cơ học của kết cấu rôto.
Kết quả, phạm vi điều chỉnh tốc độ chung của hệ F - Đ thường không
quá:
D =
min
max

ω
ω
= D
U
. D

φ
= 30 : 1
Khi động cơ đảo chiều quay, các đường đặc tính của động cơ sẽ nằm ở
góc phần tư thứ III. Việc đảo chiều quay động cơ Đ trong hệ F - Đ ở hình 4
được thực hiện nhờ đảo chiều (đảo cực tính) điện áp của máy phát F đặt vào
phần ứng động cơ Đ thông qua việc đảo chiều dòng điện kích từ của máy phát
nhờ đóng các tiếp điểm K
1
hoặc K
2
. Cũng có thể dùng cầu dao đảo chiều
quay. Đây là hệ F - Đ có đảo chiều quay. Đối với hệ F - Đ không đảo chiều
quay thì không cần mạch đảo chiều dòng kích từ của máy phát.
Để tiện lợi hơn cho việc cấp điện kích từ có thể dùng các bộ biến đổi
chỉnh lưu có điều khiển như trên hình 6.
c) Nhận xét về hệ F - Đ.
Ưu điểm của TĐĐ dùng hệ F - Đ có thể tóm tắt như sau:
- Phạm vi điều chỉnh tăng lên (cỡ 30 : 1)
- Điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh.
- Việc điều chỉnh tiến hành trên các mạch kích từ nên tổn hao nhỏ.
- Hệ điều chỉnh đơn giản.
- Trạng thái làm việc linh hoạt, khả năng quá tải lớn.
- Có thể thực hiện hãm một cách dễ dàng bằng nhiều cách khác nhau.
Nhược điểm của hệ:
Trang 16

16
Hình 7: Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ có máy điện khuếch đại tự kích từ
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN

- Sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất thấp (không quá 75%),
cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt, gây ồn lớn.
- Công suất đặt máy lớn.
- Vốn đầu tư ban đầu cao.
- Điều chỉnh sâu (tốc độ rất nhỏ) bị hạn chế.
1.2. Các hệ máy phát - động cơ mở rộng.
a) Hê F - Đ có MKĐ tự kích từ.
MKĐ tự kích từ là máy phát điện có nhiều cuộn kích từ (>=2).Mạch
kích từ của máy được chế tạo từ vật liệu có đường từ trễ hẹp, từ dư bé, ít bị
bão hoà.
Hình 7 là sơ đồ nguyên lý một hệ F - Đ (công suất trung bình) mà kích
từ máy phát F được cấp bởi một MKĐ tự kích.
- CK
1
: cuộn chủ đạo hay cuộn điều khiển được cấp điện từ nguồn một
chiều ổn định. Điện áp đặt vào cuộn này thay đổi được nhờ biến trở R
1
. Điện
áp đặt U
đ
sẽ định giá trị s.đ.đ. máy phát E
F
cũng là một trị số tốc độ của động
cơ.
- CK
2
cuộn phản hồi dương dòng điện của động cơ Đ (cũng là dòng điện
của máy phát F).
- CK
3

cuộn phản hồi âm điện áp động cơ (cũng là điện áp máy phát).
Trang 17

17
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
- CK
4
cuộn kích từ của MKĐ.
Sức từ động sinh ra trong các cuộn CK
1
, CK
2
, CK
4
là cùng chiều nhau
còn S.t.đ. của cuộn CK
3
có chiều ngược lại. S.t.đ. tổng kích từ của MKĐ sẽ
là:
4321
FFFFF +−+=
Σ
(….)
Trong đó giá trị chủ yếu do F
1
quyết định.
 Khi S.t.đ. tổng
Σ
F

của MKĐ thay đổi sẽ làm s.đ.đ của nó phát ra thay đổi,
dẫn tới thay đổi dòng kích từ máy phát F do đó s.đ.đ E
F
và tốc độ động cơ
ω
Đ
thay đổi. Sự thay đổi này tuỳ thuộc vào giá trị U
đ
đặt vào cuộn chủ đạo CK
1
.
 Hai cuộn phản hồi dương dòng điện CK
2
và âm điện áp CK
3
có tác dụng nâng
cao độ cứng của đặc tính cơ, do đó nâng cao ổn định tốc độ của hệ thống khi
tải của động cơ biến động.
Giả sử mômen tải (momen cản M
C
) tăng làm tốc độ động cơ tụt thấp thì
dòng điện phần ứng động cơ I
ư
và máy phát I
F
tăng, điện áp máy phát U
F
giảm xuống (U
Đ
giảm). Tương ứng điều đó s.đ.đ F

2
tăng (do phản hồi dương
dòng điện) và F
3
giảm (do phản hồi âm điện áp), dẫn tới s.t.đ. tổng
Σ
F
theo
biểu thức (…)tăng lên. Khi s.t.đ tổng
Σ
F
tăng thì s.đ.đ của MKĐ tăng, kích
từ
F
φ
tăng, U
F
tăng. Điện áp đặt vào phần ứng động cơ tăng lên sẽ kéo tốc độ
động cơ tăng lên lấy lại tốc độ cũ.
Khi phụ tải động cơ giảm thì quá trình diễn biến ngược lại.
Như vậy, muốn tốc độ động cơ ổn định (
ω
Đ
= const), cần phải điều
chỉnh sao cho (F
2
– F
3
) tỉ lệ với
ω

Đ
. Phản hồi dương dòng điện và phản hồi
âm điện áp tương đương với phản hồi âm tốc độ (Hình 8)
 Dùng phản hồi âm tốc độ nhờ một máy phát tốc FT có điện áp phát ra tỷ lệ
với tốc độ quay của nó. Máy phát FT nối cứng đồng trục với trục quay của
Trang 18

18
Hình 8 : Hệ F-Đ có máy điện khuếch đại tự kích từ với khâu phản hồi âm tốc độ
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
động cơ nên điện áp phát ra sẽ tỷ lệ với chính tốc độ động cơ
ω
Đ
. Lượng phản
hồi được quy định bởi vị trí con chạy của chiết áp R
2
.
Quá trình ổn tốc nhờ phản hồi tốc độ động cơ tăng (giảm) sẽ làm s.t.đ.
tổng
Σ
F
giảm (tăng):
Σ
F
= F
1
– F
2
+ F

3
Từ đó điện áp máy phát MKĐ và của máy phát F giảm (tăng) làm cho
điện áp đặt vào động cơ U
Đ
và
ω
Đ
giảm (tăng) về giá trị cũ.
Phản hồi âm tốc độ dùng máy phát tốc cho tốc độ chính xác cao hơn,
nhạy hơn, ít chịu ảnh hưởng của các tham số khác và chỉ tiêu kỹ thuật tốt.
Nhược điểm là cần có thêm máy phát tốc nên giá thành tăng và kết cấu thêm
phức tạp.
 Cuộn kích từ CK
4
đảm bảo cưỡng bức kích từ máy phát MKĐ khi mở máy để
s.đ.đ của nó tăng lên nhanh chóng, do đó tăng nhanh kích từ máy phát F và
s.đ.đ. của máy phát cũng tăng nhanh theo, rút ngắn thời gian quá độ là thời
gian tăng tốc của động cơ.
Quá trình cưỡng bức kích từ của máy phát MKĐ có thể giải thích như
sau: Lúc bắt đầu mở máy, do chưa có điện áp máy phát MKĐ nên U
MKĐ

≅
0,
U
F
= U
Đ

≅

0 và các s.t.đ. F
3

≅
0, F
4

≅
0. Tác dụng áp đảo của s.t.đ. chủ đạo
F
1
làm s.t.đ. tổng
Σ
F
lớn.
Σ
F
lớn còn do I
ư
lúc mở máy lớn, F
2
lớn.


0
4
0
321
≈
≈

Σ
+−+= FFFFF
Σ
F
lớn dẫn đến E
MKĐ
lớn, kích từ máy phát mạnh và điện áp máy phát
F, điện áp đặt vào động cơ U
Đ
tăng nhanh có tính chất cưỡng bức và động cơ
tăng tốc nhanh. Điện áp U
MKĐ
tăng nhanh cũng do tác dụng (phản hồi dương)
của cuộn kích từ CK
4
, tạo ra s.đ.đ F
4
ngày càng lớn.
Trang 19

19
Hình 9: Nguyên lý cấu tạo của máy điện khuếch đại từ trường ngang
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
Cùng với quá trình tăng tốc, dòng I
ư
làm giảm s.t.đ F
2
giảm và điện áp
U

F
tăng làm s.t.đ. F
3
tăng dẫn đến tính chất cưỡng bức giảm dần vì
Σ
F
giảm
dần. Quá trình cưỡng bức kết thúc nhờ phản hồi âm áp ở một giá trị nào đó
của điện áp U
F
ứng với tốc độ
ω
Đ
đã đặt qua chiết áp R
1
.
b) Hệ máy điện khuếch đại từ trường ngang - động cơ (MKĐN - Đ).
* Máy điện khuếch đại từ trường ngang (MKĐN) về thực chất cũng là một
máy phát điện một chiều nhưng có cấu tạo đặc biệt
- Stato có nhiều cuộn kích từ trong đó có cuộn chủ đạo, các cuộn phản
hồi và luôn có cuộn bù.
- Rôto có 4 chổi than 1 và 2 nối ngắn mạch với nhau gọi là cặp chổi than
ngang trục. Cặp chổi than 3 và 4 là cặp chổi than dọc trục, cấp điện áp
ra của máy điện khuyếch đại từ trường ngang MKĐN.
Về nguyên lý có thể coi MKĐN tương đương với 2 máy phát điện nối
tầng với nhau thành 2 cấp khuếch đại như mạch đẳng trị (hệ số khuếch đại k =
k
1
. k
2

có thể tới hàng vạn). Do có hệ số khuếch đại lớn nên MKĐN được dùng
nhiều trong các hệ truyền động để điều chỉnh tốc đôh động cơ một chiều trong
một phạm vi rộng với độ ổn định tốc độ cao và quán tính điện từ nhỏ.
Trang 20

20
Hình 10: Sơ đồ nguyên lý hệ MKĐN - Đ
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
* Sơ đồ nguyên lý hệ máy điện khuếch đại từ trường ngang - động cơ
(MKĐN - Đ) dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ Đ qua điều chỉnh điện áp
đặt vào phần ứng động cơ (hình vẽ 10)
Kích từ cho MKĐN gồm có 4 cuộn:
- CK
1
: cuộn chủ đạo hay cuộn điều khiển.
- CK
2
: cuộn phản hồi dương dòng điện.
- CK
3
: cuộn phản hồi âm điện áp.
- CK
4
: cuộn phản hồi mềm hay cuộn ổn định.
Sức từ động tổng kích từ MKĐN khi hệ thống làm việc là:
)()(
4321
FFFFF ±+−++=
Σ

 Điện áp phát ra của MKĐN quyết định tốc độ động cơ sẽ được đặt bởi chiết
áp R
1
. nghĩa là bởi trị số s.t.đ. chủ đạo F
1
.
 Cuộn phản hồi âm điện áp CK
3
có tác dụng cưỡng bức kích từ máy phát
MKĐN lúc ban đầu (vì thoạt đầu U
MKĐN
= 0, F
3
=0 nên
Σ
F
lớn) sau đó lại hạn
chế sự cưỡng bức (vì
Σ
F
bị giảm do F
3
tăng theo U
MĐKĐN
) và cuối cùng kết
thúc quá trình cưỡng bức kích từ.
 Cuộn phản hồi âm điện áp CK
3
còn cùng với cuộn phản hồi dương dòng điện
CK

2
để ổn định tốc độ động cơ.
 Cuộn phản hồi mềm hay cuộn ổn định CK
4
liên hệ với điện áp phát ra của
MKĐN (cũng là điện áp đặt vào phần ứng động cơ Đ) qua biến áp ổn định
BA. Nếu điện áp U
MKĐN
ổn định thì máy biến áp không làm việc (vì từ thông
trong lõi từ BA không biến thiên) và s.t.đ. của CK
4
= 0 (F
4
=0 ). Khi điện áp
U
MKĐN
lên xuống thì từ thông trong lõi từ biến áp biến thiên và cuộn thứ cấp
BA có điện áp. Độ lợn của điện áp này phản ánh sự giao động điện áp phát ra
của MKĐN. Từ đó, s.t.đ. cuộn CK
4
sẽ làm giảm
Σ
F
(khi U
MKĐN
tăng) và tăng
Σ
F
(khi U
MKĐN

giảm).
Trang 21

21
Hình 11: Sơ đồ khối hệ T - Đ
Hình 12: Hệ T - Đ đảo chiều quay nhờ đảo chiều điện áp phần ứng
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
 Cuộn ổn định CK
4
còn có tác dụng hạn chế hiện tượng quá điều chỉnh khi có
tín hiệu và tức là hiện tượng do hệ số khuếch đại quá lớn dẫn đến trị số điện
áp ra U
MKĐN
tăng, giảm quá mức.
 Hai khâu phản hồi dương dòng điện và phản hồi âm điện áp có thể thay bằng
khâu phản hồi âm tốc độ.
1.3. Hệ truyền động thyristor - động cơ (T - Đ).
*) Những vấn đề chung.
Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ
độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần
ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần cảm của động cơ thông qua các bộ
BĐ chỉnh lưu dùng Thyristor. Hình11 là sơ đồ khối của một hệ truyền động T
- Đ.
Hệ có thay đổi tốc độ và đảo chiều quay của động cơ. Việc đảo chiều
quay được thực hiện bằng cách đảo chiều dòng điện kích từ I
KT
qua 2 bộ
chỉnh lưu ba pha có điều khiển CL
1

và CL
2
được nối theo sơ đồ hình tia hay
hình cầu. Cũng có thể dùng một bộ chỉnh lưu có điều khiển với các phương
pháp đảo cực tính đầu ra bằng các tiếp điểm của rơle thay cho 2 bộ chỉnh lưu
CL
1
và CL
2
.
Khi công suất kích từ nhỏ, có thể thay các bộ chỉnh lưu 3 pha CL
1
và
CL
2
bằng các bộ chỉnh lưu Thyristor 1 pha.
Phương pháp đảo chiều quay bằng từ thông có một số hạn chế do cuộn
cảm có hệ số tự cảm lớn, làm tăng thời gian đảo chiều…. Khi dùng phương
pháp đảo chiều quay nhở đảo chiều dòng điện phần ứng thì sơ đồ khối như
hình 12.
Trang 22

22
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
Động cơ Đ được điều chỉnh tốc độ qua 2 vùng :
- Vùng dưới tốc độ cơ bản: Nhờ thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động
cơ qua bộ chỉnh lưu 3 pha có điều khiển CL
1
(khi quay thuận) hoặc CL

2
(khi
quay ngược). Điện áp thay đổi luôn nhỏ hơn giá trị định mức U
đm
còn từ
thông là định mức
φ
đm.
- Vùng trên tốc độ cơ bản: Nhờ thay đổi dòng điện kích từ (tức là thay
đổi từ thông) xuống dưới giá trị định mức qua bộ chỉnh lưu có điều khiển
CL
3
.
*) Đặc tính cơ của hệ T - Đ.
Trong hệ T - Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ CL thyristor.
Dòng điện chỉnh lưu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ. Tương tự
như hệ truyền động F - Đ, ta có phương trình đặc tính cơ cho hệ T - Đ ở chế
độ dòng điện liên tục là:
M
k
R
k
D
u
D
2
0
)(
cos
φ

φ
α
ω
Σ
−
Ε
=
Độ cứng của đặc tính cơ là:
u
D
R
k
Σ
=
2
)(
φ
β
Trong đó
Σ
R
ư
là tổng trở toàn mạch phần ứng động cơ (gồm: điện trở
phần ứng động cơ và điện trở các phần tử trong mạch nối tiếp với phần ứng
động cơ).
Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trường hợp này (như trên hình 13)
khi điều chỉnh ở vùng dưới tốc độ cơ bản.
Trang 23

23

ABCMC
2
π
α
Hình 13: Đặc tính cơ hệ T - Đ
C
ω
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
Các đặc tính cơ của hệ thống truyền động T - Đ mềm hơn các đặc tính
cơ của hệ F - Đ vì có sụt áp do hiện tượng chuyển mạch giữa các Thyristor.
Góc mở
α
càng lớn thì điện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ.
Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một mômen cản M
C
nào đó, tốc độ
động cơ giảm (
ω
A
>
ω
B
>
ω
C
).
Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ
có độ dốc lớn (phần nằm trong vùng gạch chéo). Đoa là vùng dòng điện gián
đoạn. Góc

α
càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián đoạn càng
rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn. Vùng dòng điện gián
đoạn có dạng elip.
Sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình tia (p = 3) có vùng gián đoạn rộng hơn so
với sơ đồ chỉnh lưu 3 pha hình cầu (p = 6). Vùng dòng điện gián đoạn càng
thu hẹp khi tăng p và tăng độ tự cảm L của mạch phần ứng. Song, khi tăng số
xung p thì mạch lực chỉnh lưu cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển
Trang 24

24
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN
KHOA:ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TRANG BỊ ĐIỆN
cũng phức tạp hơn. Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình quá độ
(tăng thời gian quá độ) và làm tăng trọng lượng, kích thước của hệ thống.
Tốc độ không tải lý tưởng tuỳ thuộc vào góc điều khiển
α
:
D
k
φ
α
ω
cos
0
0
Ε
=
Tuy nhiên
0

ω
ở đây chỉ là giao điểm của trục tung với đoạn thẳng của
đặc tính cơ kéo dài. Thực tế, do có vùng dòng điện gián đoạn nên tốc độ
không tải lý tưởng của đặc tính là lớn hơn.
*) Nhận xét
Hệ thống T - Đ có khả năng điều chỉnh trơn (
1≈
ϕ
) với phạm vi điều
chỉnh rộng (D
≈
10
2

÷
10
3
). Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ , hiệu suất
lớn không gây ồn.
Nhược điểm của hệ T - Đ là trị số cos
ϕ
thấp, nhất là khi điều chỉnh
sâu. Dòng điện chỉnh lưu có biên độ đập mạch cao, gây ra hao tổn phụ trong
động cơ và có thể làm xấu dạng điện áp nguồn.
Chương 4
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Trang 25

25