Thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van-Động cơ một chiều không đảo chiều quay

Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

Lời Nói Đầu.
Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nớc ta đang bớc vào thời kỳ công
nghiệp hoá - hiện đại hoá với những thành tựu đã đạt đợc củng nh những khó
khăn thách thức đang đặt ra . Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ nói chung và
những kỹ s Nghành tự động hoá - cung cấp điện nói riêng nhiệm vụ hết
sức quan trọng. Đất nớc đang cần một đội ngũ lao động có trí thức cũng nh
lòng nhiệt huyết để phục vụ và phát triển đất nớc .
Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói
chung và trong lĩnh vực điện - điện tử nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội
thay đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng đợc những điều kiện
thực tiễn của sản xuất đòi hỏi những ngời kĩ s điện tơng lai phải đợc trang bị
những kiến thức chuyên nghành một cách sâu rộng.
Em đã đợc giao cho làm đồ án môn học với nội dung đề tài Thiết kế
hệ thống truyền động điện BBĐ van-Động cơ một chiều không đảo chiều
quay
Bản đồ án này gồm 5 phần:
* Phần I: Phân tích lựa chọn phơng án TĐĐ và xây dựng hệ thống.
* Phần II: Tổng hợp hệ thống.
* Phần III: Tính chọn thiết bị.
* Phần IV: Thiết kế sơ đồ nguyên lý.
* Phần V: Khảo sát chất lợng hệ thống.
Với sự lỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Võ
Quang Vinh ,đến nay đồ án của em đã đợc hoàn thành. Do kiến thức chuyên
môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn, nên đồ án của em không
tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong đợc sự chỉ bảo, góp ý của các thầy,
cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.

GVHD: Võ Quang Vinh

1

SVTK:Bùi Văn Tùng.


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

Phần I
Phân tích lựa chọn phơng án TĐ Đ
và xây dựng hệ thống.

A. Chọn phơng án truyền động
*) Đặt vấn đề
Khi thiết kế một hệ thống truyền động điện thì ngời thiết kế phải đa ra nhiều
phơng án để giải quyết .
Nhiệm vụ của ngời thiết kế là phải tìm ra đợc phơng án tối u nhất phù hợp
với yêu cầu đặt ra .Trớc hết là yêu cầu về kỷ thuật sau đó là yêu cầu về kinh
tế .Việc lựa chọn phơng án truyền động có ý nghĩa hết sức quan trọng trong
thiết kế nó ảnh hởng trực tiếp đến dây chuyền sản xuất chất lợng sản phẩm
và hiệu quả kinh tế .
I) Phân tích chọn động cơ truyền động
Để thiết kế hệ truyền động phù hợp với yêu cầu ngời ta đa ra nhiều phơng án
khác nhau, rồi sau đó sánh các phơng án trên phơng diện kinh tế và kỹ thuật
để chọn ra phơng án tối u nhất. Theo yêu cầu của đề tài, em lựa chọn động
cơ truyền động là động cơ một chiều kích từ độc lập.

Trong thực tế đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập
thờng có 3 phơng pháp điều chỉnh tốc độ nh sau .
Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng
Điều chỉnh từ thông kích từ

GVHD: Võ Quang Vinh

2

SVTK:Bùi Văn Tùng.


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

1 . Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
a ). Sơ đồ nguyên lý


+

-

uƯ


tn
rf 1

IƯ

đ
+
ckĐ

rf 2

rf

-

m

0

h2

h3

Giả thiết :

rf 3

U = Uđm = const
= đm = const
R = Var
b ). Phơng trình đặc tính cơ
=

U đm
R + Rf
*M
K đ m (K đ m ) 2

c ). Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta có dạng đặc tính
cơ nh hình (H3)
d ). Nhận xét
Từ phơng trình đặc tính cơ và dạng đặc tính cơ ta thấy khi thay đổi
điện trở phụ mạch phần ứng (tăng Rf) làm cho
Đặc tính cơ mềm đi

Độ sụt tốc độ =
GVHD: Võ Quang Vinh

R + Rf

( K dm )2

.M tăng lên

3

SVTK:Bùi Văn Tùng.


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

( K dm )2
Độ cứng đặc tính cơ =
giảm
R + Rf
Mức độ phù hợp tải

P = U.I = const
M = K .I = const

2 . Thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng
a ). Sơ đồ nguyên lý tổng quát
IƯ
u

đ

bbđ

rƯ

+

IƯ

rb

eb

ckĐ

e

Sơ đồ thay thế
uđk

h5

h4

Trong đó :
BBĐ : là bộ biến đổi dùng để biến đổi điện áp xoay chiều của thành điện
áp một chiều và điều chỉnh sức điện động Eb của nó theo yêu cầu
Rb : là điện trở mạch phần ứng
R : là điện trở trong của bộ biến đổi phụ thuộc vào loại thiết bị
Giả thiết :



U = Var


1
2

= dm = const
R = const
b ). Phơng trình đặc tính cơ
=

ebđm
eb1

3

Eb
R
.M
K dm ( K m ) 2

0

Với R =R+Rb
GVHD: Võ Quang Vinh

tn

eb2
eb3

m

mđm

h6

4

SVTK:Bùi Văn Tùng.

Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

c ). Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi điện áp mạch phần ứng động cơ ta đợc một họ đặc tính cơ
song song với nhau nh hình vẽ (H6).

d ). Nhận xét
Khi thay đổi điện áp mạch phần ứng ta sẽ có các tốc độ không tải lý tỡng

ox =

E bx
khác nhau
K đ m

Độ cứng = const
Mức độ phù hợp tải

P = U.I = var

[Mc] = K đm.Iđm= Mđm = const
Dải điều chỉnh rộng ,điều chỉnh trơn và vô cấp
Sai số tốc độ nhỏ ,dể tự động hoá
Khả năng quá tải lớn và tổn thất năng lợng nhỏ
Phơng pháp điều chỉnh điện áp mạch phần ứng là phơng pháp triệt để kể cả
khi không tải lý tỡng và điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào .

3 . Thay đổi từ thông kích từ
Khi thay đổi từ thông kích từ động cơ một chiều
kích từ độc lập chính là điều chỉnh mô men điện từ

động quay E =K . của động cơ .Do kết cấu
của máy điện nên ta thờng giảm từ thông .

rƯ

đ
ckĐ

bbđ

uđk

u
h7

Giả thiết :
U = Uđm = const
GVHD: Võ Quang Vinh

IƯ
+

của động cơ M =K .I và điều chỉnh sức điện

-

uƯ

+

a ). Sơ đồ nguyên lý (H.7)

5

SVTK:Bùi Văn Tùng.


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

R = const

= Var
b ). Phơng trình đặc tính cơ
=

U dm
R
.M
K ( K ) 2

U đm
= var
K x

Tốc độ không tải lý tỡng :

ox =

Độ cứng đặc tính cơ :

( K x ) 2
=
= var
R

ở đặc tính cơ điện :

Inm =

U đm
= const
R

c ). Dạng đặc tính cơ
Đặc tính cơ H 8
Đặc tính cơ điện H 9


2
1

0

2

2



1 1


1

đm
m

mnm2

mnm1 mnm

đm

I
Inm

h9

h8

GVHD: Võ Quang Vinh

0

2

6

SVTK:Bùi Văn Tùng.


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

d). Nhận xét:
Ta thấy rằng mạch kích từ của động cơ mmột chiều kích từ độc lập là mạch
phi tuyến cho nên hệ điều chỉnh từ thông củng là phi tuyến .Khi giảm từ
thông ở một mức độ nào đó thì tốc độ động cơ tăng lênvà đồng thờiphải
đảm bảo điều kiện chuyển mạch cổ góp.
Nhng nếu giảm từ thông quá nhiều vì khi giảm do quán tính tốc độ
sẽ thay đổi chậm hơn so với từ thông nên E = K. giảm I tăng lên
M = K.I tăng lên.
Mặt khác khi giảm quá nhiều thì I tăng quá lớn gây nên sụt áp trong
mạch phần ứng tăng lên công suất động cơ giảm tốc độ giảm
Nh vậy khi điều chỉnh giảm từ thông thì

( K x ) 2
độ cứng đặc tính cơ giảm =

R
Sai lệch tĩnh tăng lên
Hệ thống có giải điều chỉnh hẹp

Phơng pháp thay đổi từ thông phù hợp với tải
Pc = U.I = const
Mc = var
* Tuy nhiên phơng pháp này lại có chỉ tiêu kinh tế cao ,tổn thất năng lợng nhỏ .

4 . Nhận xét chọn phơng pháp điều chỉnh tốc độ
Qua những phân tích cụ thể 3 phơng pháp điều chỉnh tốc độ trên ta thấy mổi
phơng pháp điều chỉnh đều có những u nhợc điểm riêng phù hợp với từng
yêu cầu công nghệ .Căn cứ công nghệ của đề tài ta thấy phơng pháp thay
GVHD: Võ Quang Vinh

7

SVTK:Bùi Văn Tùng.


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động cơ có nhiều u
điểm nổi bật phù hợp với yêu cầu truyền động ăn dao máy doa nh
Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng
Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp
Sai lệch tĩnh nhỏ , =const trong toàn dải điều chỉnh
Dể thực hiện tự động hoá
Mức độ phù hợp tải
Mc = const
Pc = var
Do đó ta chọn phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp

mạch phần ứng động cơ .
II. Phân tích chọn bộ biến đổi chỉnh lu
Từ những phân tích ta đã chọn phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay
đổi điện áp mạch phần ứng .Phơng pháp này là phải dùng bộ biến đổi (BBĐ)
.BBĐ là một khâu quan trọng của hệ thống truyền động điện là một trong
những yếu tố quyết định đến chất lợng của hệ thống . Sau đây ta đa ra 3 phơng án để lập hệ điều áp nh sau.
Phơng án I : Hệ thống van - động cơ (T - Đ)
Phơng án II : Hệ thống máy phát- động cơ (F- Đ)
Phơng án III: Hệ thống xung áp - động cơ (ĐAX - Đ)

5 . Hệ thống van động cơ (T-Đ)
a ). Sơ đồ khối

rb

rck

rƯ

IƯ
uv

IƯ
+

v

đ

u

GVHD: Võ Quang Vinh

uđk

h 10

ckĐ

- 8

e

eb = ebm.cos

SVTK:Bùi Văn Tùng.
Sơ đồ thay thế hệ T-Đ
h 11


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

b ). Nguyên lý làm việc
Bộ biến đổi biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều .Khi thay
đổi giá trị điện áp Uđk ta thay đổi đợc góc điều khiển nhờ đó thay đổi đợc
sức điện động của bộ biến đổi Eb = Ebm.cos thay đổi đợc điện áp đặt
vào mạch phần ứng động cơ Ud = f() thay đổi đợc tốc độ động cơ.
c ). Phơng trình đặc tính cơ

E . cos - U V R b + R ư + R ck
= bm
*M
2
K dm
( K dm )



Khi bỏ qua sụt áp thuận trên 1 van UV = 0


1
2

E . cos R b + R ư + R ck
= bm
*M
2
K dm
(K dm )
Trong đó :
E b = E bm . cos : Sức điện động của bộ biến đổi

m

0

ng
đn

Rb, R , Rck : Điện trở của bộ biến đổi ,phần ứng động
cơ ,cuộn kháng

ts
h 12

d ). Dạng đặc tính cơ

GVHD: Võ Quang Vinh

9

SVTK:Bùi Văn Tùng.


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

Khi thay đổi giá trị góc điều khiển =0ữ1800 thì Eb =-Ebmữ Ebm khi đó ta
nhận đợc một họ đờng thẳng song song với nhau bố trí trên nửa mặt phẳng
bên phải của hệ trục (M ,) nh hình vẽ bên (H .12).
e)Nhận xét u nhợc điểm của BBĐ van-động cơ
Ưu điểm :
Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp
Dể dàng điều chỉnh ,tác động nhanh
Phạm vi điều chỉnh rộng
BBĐ gọn nhẹ ,chắc chắn không cần nền móng
Dể tự động hoá và van có hệ số công suất cao

Nhợc điểm :
Kém linh hoạt chuyển đổi
Điều khiển kém độ nhạy khi tín hiệu điều khiển lớn
Đảo chiều gặp khó khăn
Đặc tính mềm hơn hệ F-Đ

6 . Hệ thống máy phát động cơ (F-Đ)
a ). Sơ đồ nguyên lý
Trong đó :
Đ : Động cơ đợc điều chỉnh
BBĐ bao gồm :
ĐS : Động cơ sơ cấp
F : Máy phát

u

IƯ

uđkĐ
uđkF
* CKĐ , CKF : Cuộn kích từ cho máy động cơ và cho máy phát .
Đs
eF
GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.
ckf

u

eĐ

10

u

SVTK:Bùi Văn
ckđ

h 13


Trờng ĐH KTCNTN

b ).

Đồ án môn học THĐC

Nguyên lý làm việc

Động cơ sơ cấp ĐS biến đổi năng lợng điện xoay chiều của lới thành cơ
năng trên trục của nó rồi truyền sang trục của máy phát F.
Máy phát F biến đổi cơ năng đó thành điện năng một chiều để cung cấp cho
động cơ một chiều kích từ độc lập Đ .Máy phát F còn làm chức năng điều
khiển ,khi thay đổi dòng kích từ máy phát F ta thay đổi đợc Sđđ EF của máy
phát thay đổi đợc điện áp đặt lên phần ứng động cơ thay đổi đợc tốc
độ động cơ.
c ).



Phơng trình đặc tính cơ

R + Rưđ
E
= F - ưđ
*M
2
K đ ( K đ )

đn

Khi thay đổi dòng kích từ máy phát F thì

0 =

độ

không

tn

đc

d ). Dạng đặc tính cơ
tốc



ts

tải

lý

tởng

EF
k .
= f f * I kf
K đ
K đ

11

m
ng
Đn

ts

đc

thay đổi còn độ cứng đặc tính cơ

GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.

0

ng

h 14

SVTK:Bùi Văn


Trờng ĐH KTCNTN

f đ

Đồ án môn học THĐC

( k đ đ )2 thì giữ nguyên .Do đó các đặc tính cơ điều chỉnh sẽ là
=
R

một họ đờng thắng song song nh trên hình vẽ (H.14) .
e ). Nhận xét u nhợc điểm của hệ F-Đ
Ưu điểm
Linh hoạt chuyển đổi làm việc cả 4 góc phần t
Đặc tính động tốt
Hệ số quá tải lớn
Việc điều chỉnh tốc độ điều chỉnh trên mạch kích từ nên tổn hao nhỏ
Nếu sử dụng 2 mạch vòng điều chỉnh tốc độ thì dải điều chỉnh đạt khoảng D
= 10 ữ 30
Nhợc điểm
Sử dụng nhiều máy điện quay nên hiệu suất thấp =đs. F. Đ
Cồng kềnh chiếm diện tích lắp đặt ,gây ồn ,nền móng phức tạp
Công suất lắp đặt lớn = (4ữ5)lần công suất động cơ
Vốn đầu t lớn ,chỉ tiêu kinh tế thấp

7 . Hệ thống xung áp động cơ (ĐXA-Đ)
a ). Sơ đồ nguyên lý của hệ ĐAX-Đ khi dùng khoá Tiristor

rb

đ

IƯ

ckĐ

c
t1

rƯ

t2

ebđ = U

l

e=k

vo

+

h 15

GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.

-

Sơ đồ thay thế hệ ĐAX-Đ

12

h 16

SVTK:Bùi Văn


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

Trong đó :
Đ : Động cơ một chiều
T1 : Tiristo có chức năng nh một khoá đóng mở
T2 : Tiristo có chức năng ngắt T1
C : Tụ dùng để tạo điện áp khoác T1
L ,Vo :Dùng để nạp cho tụ C vào đầu mổi chu kỳ thông của T1
: Độ rổng của xung áp
Ebđ : Sức điện động của bộ biến đổi xung
Rb ,R : Điện trở của BBĐ và của phần ứng động cơ.
b ). Nguyên lý làm việc

u,i

Từ sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế của hệ

U

ĐAX-Đ khi dùng khoá Tiristo ta thấy .
Tiristo T1 làm nhiệm vụ nh khoá đóng
mở .Nó đợc mở theo chu kỳ đóng cắt của
khoá.Tiristo T2 làm nhiệm vụ ngắt T1.Thời

imax

0

điểm mở của nó quyết định độ rổng xung
.ở trạng thái dòng liên tục Sức điện động

i1

i2
iƯ

t1

t

t2
Tck
h 17

của BBĐ xung sẽ đợc thay thế bằng một nguồn đẳng trị có giá trị trung bình
t

1 1
t1
Eb =
U
.
dt
=
U = U

Tck 0
Tck
t1 :Thời gian khoá ở trạng thái đóng
t2 : thời gian cắt
: Độ rổng xung áp
Tck: Thời gian một chu kỳ đóng cắt
GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.

13

SVTK:Bùi Văn


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

Có thể điều chỉnh Eb = U nhờ thay đổi thời gian khoá ở trạng thái đóng t 1
nhờ đó thay đổi đợc giá trị điện áp một chiều đặt lên phần ứng động cơ
thay đổi đợc tốc độ động cơ .
c ). Phơng trình đặc tính cơ
Từ sơ đồ thay thế ta viết đợc phơng trình đặc tính cơ của hệ nh sau.
=

U R ư + R b
*M
K (K)2



d ). Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi giá trị độ rổng ta đợc một họ
đờng thẳng song song với nhau với tốc độ
không tải lý tởng o và độ cứng là .

'o =
=

U R ư + R b
*M
K ( K ) 2



1 =1

'1

'2

2
3
4

0

2

( K )
Rư + Rb

m

iƯ

h 18

5 =0

e ). Nhận xét u nhợc điểm của hệ ĐAX-Đ
Ưu điểm :
Bộ biến đổi xung áp động cơ sử dụng ít van điều khiển nên vốn đầu t ít, hệ
thống làm việc chắc chắn.
Khi nguồn có công suất lớn hơn nhiếuo với động cơ thì xem R b=0

( K ) 2
=
= TN

Rư

GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.

14

SVTK:Bùi Văn


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

Có khả năng thiết lập hệ tự động vòng kín với chỉ tiêu cao về đặc tính tĩnh
và động.
Nhợc điểm :
Điện áp dạng xung nên gây tổn thất khá lớn trong động cơ do thành phần
xoay chiều bậc cao .
Hệ thống thích hợp với công suất nhỏ
Hệ thống đơn giản thì khả năng hãm điện đảo chiều khó khăn, muốn đảo
chiều phải thiết lập những sơ đồ phức tạp.

8 . Đánh giá chọn Bộ biến đổi:
Từ những phân tích cụ thể u nhợc điểm của từng hệ thống ta thấy mổi hệ
thống đều có những u nhợc điểm riêng phù hợp với từng công nghệ cụ thể
từng hệ thống truyền động.Qua phân tích trên ta thấy hệ thống truyền động
T-Đ có nhiều u điểm nổi bật phù hợp với yêu cầu công nghệ .
III.Phân tích chọn phơng pháp hãm dừng động cơ
Hãm là tạng thái động cơ sinh ra mô men quay ngợc chiều với tốc độ quay

của rô to .Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ
máy phát .Nh ở phần trớc ta đã chọn cơ một chiều kích từ độc lập đối với
lọai động cơ này có 3 trạng thái hãm là :
- Hãm tái sinh
- Hãm ngợc
- Hãm động năng
Sau đây ta lần lợt phân tích từng trạng thái hãm.

1.Hãm tái sinh
Hãm tái sinh là trạng thái máy phát mà động cơ biến cơ năng đã tích luỹ đợc thành điện năng trả lới điện .

GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.

15

SVTK:Bùi Văn


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

Hãm tái sinh xẩy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ không tải lý tởng (
> o).Khi hãm tái sinh E > U động cơ làm việc nh một máy phát nối song
song với lới.So với chế độ động cơ ở chế độ hãm tái sinh dòng điện và mô
men đổi chiều đợc xác định theo biểu thức sau.
Ih =

U l E K o K

=
<0
R
R

Mh=kIh < 0
Phơng trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái sinh là:
= o +

R
R
I h = o +
Mh
2
k
( k)

Ul

Ih

ở trạng thái hãm tái sinh I h < 0 đổi chiều


e

xl
Ul

và công suất đợc trả về lới là P = (U-

IƯ
e

E).I ,đây là phơng pháp hãm hữu ích về
kinh tế vì động cơ sinh ra điện năng hữu
ích
cơ (T-Đ) chỉ dẫn dòng theo một chiều

mc
h 19

nhất định nên khi động cơ sinh ra năng lợng trả về lới thì các van không cho phép dẩn




ngợc .Nên phơng pháp hãm này không phù
hợp với yêu cầu công nghệ .

m

0

Tuy nhiên hệ thống truyền động van động

a

Ul

TN

Ih

2. Hãm ngợc

e

0

c mc2
d

GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.

16

0

mc1

xl

h 20

-SVTK:Bùi
Văn

m

Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

Hãm ngợc là trạng thái máy phát của động cơ khi rôto quay ngợc chiều
với chiều quay tơng ứng của từ trờng do điện áp nguồn gây ra.
Mặt khác phụ tải mang tính chất phản kháng nên ta chỉ xét trờng hợp đảo
chiều điện áp phần ứng khi động cơ đang quay.
Giả sử động cơ đang làm việc xác lập tại điểm a trên đặc tính tự nhiên với
phụ tải Mc1 .Ta đổi chiều điện áp phần ứng và đa thêm điên trở phụ Rf vào
mạch phần ứng động cơ sẽ chuyển sang làm việc ở điểm b trên đặc tính
biến trở chiều quay ngợc.Tại b do quán tính nên rôto vẩn quay theo chiều
củ còn mô men đã đổi chiều chống lại chiều quay nên tốc độ giảm nhanh
theo đoạn bc .Tại c tốc độ bằng không nếu cắt phần ứng khỏi lới động cơ
sẽ dừng lại.Còn nếu vẩn tiếp tục đóng phần ứng vào lới và nếu tại c
mô men của động cơ lớn hơn mô men cản Mc2 thì động cơ sẽ quay ngợc
cuối cùng làm việc tại điểm d .Trên đoạn hãm ngợc bc vì điện áp đổi cực
tính nên
Ih =

Ul E
(U + E )
= l
<0
Rư + Rf
Rư + Rf

dấu biểu thị dòng điện ngợc chiều với trạng thái củ

Mh = k.Ih < 0
Ta thấy hãm ngợc thờng đa thêm điện trở phụ Rf vào để hạn chế dòng
điện hãm .Do đó trạng thái hãm này thờng gây tổn thất lớn làm giảm đáng
kể tuổi thọ động cơ và không khắc phục đợc sự cố nh mất điện .

3. Hãm động năng
Ta xét trờng hợp hãm động năng kích từ độc lập
a). Sơ đồ nguyên lý (H.21)
iƯ

e

17 ckĐ

GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.
+

ul
h 21

rh

r fk

SVTK:Bùi Văn

-

Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

b). Nguyên lý làm việc.
Hãm động năng kích từ độc lập xẩy ra khi động cơ đang quay ta cắt phần
ứngđộng cơ ra khỏi lới điện một chiều rồi đóng kín qua một điện trở hãm
Rh còn mạch kích từ vẩn giử nguyên =const .
Tại thời điểm cắt phần ứng khỏi lới điện do động năng tích luỷ đợc ở quá
trình làm việc trớc đó nên rôto vẩn quay theo chiều củ với tốc độ ban đầu
Ebđ = k..bđ
Vì phần ứng đợc khép mạch qua điện trở hãm Rh nên sức điện động ban đầu
sinh ra dòng điện hãm ban đầu đợc xác định .
I hbd =

E bd
k.. bd
=
<0
Rư + Rh
Rư + Rh

Mhbđ =k..bđ < 0 .Mô men ngợc chiều với tốc độ .Mặt khác điện áp lúc
đầu đặt vào phần ứng động cơ lúc hãm bằng không nên ta có phơng trình
đặc tính cơ khi hãm là .
R + Rh
R + Rh
=- ư
.I h = - ư
.M h

k
( k) 2
Với Ih ,Mh< 0 .Đây là phơng trình đờng




b

a

thẳng đi qua gốc toạ độ dạng của chúng đợc
Rh

biểu diển nh trên hình (H.22).
( k.) 2
Ta có : =
Rư + Rh
GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.

m (I)
Mhd (Ihd)

18

0

Mc

h 22
SVTK:Bùi
Văn


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

Độ cứng phụ thuộc vào Rh khi Rh càng nhỏ thì đặc tính cơ càng cứng ,mô
men hãm càng lớn hãm càng nhanh.Tuy nhiên phải chọn R h sao cho
Ihbđ (2ữ2.5)Iđm.
Khi hãm động năng kích từ độc lập tiêu thụ ít năng lợng từ lới .Năng lợng
chủ yếu đợc tạo ra do động năng của động cơ tích đợc trong quá trình làm
việc .Trong quá trình hãm động cơ chỉ tiêu thụ công suất kích từ rất nhỏ
Pkt=(1ữ5)%Pđm .

4. Đánh giá chọn phơng pháp hãm dừng động cơ
Từ những phân tích cụ thể của từng phơng pháp hãm ta thấy
Phơng pháp hãm ngợc hãm nhanh có hiệu quả tuy nhiên tổn thất năng lợng
lớn làm phát nóng động cơ ảnh hơng đến tuổi thọ thiết bị .Còn phơng pháp
hãm động năng có hiệu quả kém hơn phơng pháp hãm ngợc khi có cùng tốc
độ ban đầu và mô men cản M c .Tuy nhiên hãm động năng lại u việt hơn về
mặt năng lợng tiêu thụ rất ít năng lợng từ lới và mạch điều khiển củng đơn
giản hơn .Do đó ta chọn phơng pháp hãm động năng để hãm dừng động cơ.
Mạch phản hồi
B. Thiết kế sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ ngyên lý hệ thống truyền động điện bao gồm 2 phần
Mạch động lực
Mạch điều khiển

Mạch động lực : là khâu trực tiếpthực hiện các quá trình biến đổi năng lợng
theo yêu cầu công nghệ.
Mạch điều khiển : là khâu có chức năng điều khiển khống chế mạch động
lực thực hiện các quá trình biến đổi đó .
Chơng I : thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực
GVHD: Võ Quang Vinh
19
Tùng.

SVTK:Bùi Văn


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

phân tích sơ đồ bộ biến đổi chỉnh lu
Theo yêu cầu đề tài ta sử dụng bộ biến đổi sơ đồ hình cầu 1pha 4 tiristor.

1 . Sơ đồ nguyên lý.
iT1
i1

BA

u1

i2

T1

iT3

Rd

T3
ud

u2

Ed

iT2

iT4
T4

Ld

T2

id

Giới thiệu sơ đồ :
BAL : Là biến áp cung cấp,với sơ đồ cầu 1 pha thì có thể dùng hoặc không
dùng máy biến áp.
T1ữT4: Là Các van điều khiển dùng để biến điện áp xoay chiều thành một
chiều,4 van này đợc phân làm hai nhóm: nhóm katôt chung gồm T1 Và T3
,nhóm anôt chung gồm T2 Và T4
E d , R d , Ld

:

Là các phần tử phụ tải.

U 1 , U 2 : Là điện áp trên cuộn sơ cấp(điện áp lới) và dòng điện cuộn thứ cấp.
i1 , i 2 : Là dòng điện cuộn sơ cấp (dòng điện lới) và dòng điện cuộn thứ cấp.

2 . Nguyên lý làm việc
Giả thiết là trong khoảng lân cận phía tr ớc thời điểm t= 1 = thì
trong sơ đồ hai van T 3 và T 4 đang dẫn dòng. Tại t= 1 = thì 2
van T 1 và T 2 đồng thời có tín hiệu điều khiển, lúc đó điện áp trên
2 van này đều thuận(u T 1 =u T 2 =u 2 ) do vậycả 2 van cùng mở. Hai van
GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.

20

SVTK:Bùi Văn


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

T 1 ,T 2 mở nên sụt điện áp trên chúng giảm về bằng không và ta có:
u d =u 2 ; u T 3 =u T 4 =-u 2 và tại

t= = thì u >0 ,tức là T ,T bị đặt
1

2
3
4

điện áp ngợc và khoá lại . Từ thời điểm này ( t= 1 ) trong sơ đồ
chỉ có 2 van T 1 , T 2 dẫn dòng. Khi 2 van T 1 , T 2 làm việc thì :
ud = u2 ; uT1 = uT2 = 0 ;
u T 3 = u T 4 = -u 2 ;
iT1 = iT2 = id = Id ;
i T 3 = i T 4 =0 ;

Đến t= thì u 2 =0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm nên
nó tác động ngợc với chiều dòng qua T 1 và T 2 , đồng thời trên T 3
và T 4 lúc này có điện áp thuận nh ng T 3 và T 4 cha mở vì cha có tín
hiệu điều khiển , vì vậy mà T 1 và T 2 tiếp tục dẫn dòng bởi s.đ.đ.
tự cảm sinh ra trong L d do dòng tải có xu hớng giảm. Do T 1 và T 2
vẫn mở nên các biểu thức áp và dòng trên các phần tử của sơ đồ
vẫn giữ nguyên nh trên.
Tại t= 2 = + thì T 3 và T 4 đồng thời có tín hiệu điều
khiển,trên 2 van đang có điện áp thuận nên T 3 và T 4 cùng mở. Hai
van T 3 , T 4 mở nên sụt điện áp trên chúng giảm về bằng không và
ta có:
u d = -u 2 ; u T 1 =u T 2 =u 2 và tại t= 2 = + thì u 2 < 0 , tức
là T 1 , T 2 bị đặt điện áp ng ợc và khoá lại. Từ thời điểm này

( t= 2 ) trong sơ đồ chỉ có 2 van T 3 , T 4 dẫn dòng . Khi 2 van T 3 ,
T 4 cùng làm việc thì:
u d = -u 2 ; u T 1 = u T 2 = u 2 ;
u T 3 =u T 4 =0 ;
i T 1 =i T 2 =0;

i T 3 =i T 4 = i d =I d ;

Đến t=2 thì u 2 =0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ d ơng
và nó tác động ngợc với chiều dòng qua T 3 và T 4 , đồng thời trên
T 1 và T 2 lúc này có điện áp thuận nh ng T 1 và T 2 cha mở vì cha có
tín hiệu điều khiển, nên s.đ.đ. tự cảm sinh ra trong L d vẫn làm
cho T 3 và T 4 tiếp tục dẫn dòng.
Đến t= 3 =2 + thì T 1 và T 2 lại đồng thời có tín hiệu điều
khiển và T 1 và T 2 lại cùng làm , T 3 và T 4 bị đặt điện áp ngợc và
GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.

21

SVTK:Bùi Văn


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

khoá lại. Từ thời điểm này sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc nh từ
t= = .
1

Giai đoạn t=0 ữ 1 có thể suy ra từ giai đoạn t=2 ữ 3 do
tính chất lặp đi lặp lại khi sơ đồ làm việc, ta thấy rằng nó hoàn
toàn phù hợp với giả thiết ban đầu là T 3 và T 4 dẫn dòng.
Tóm tắt sự làm việc của sơ đồ trong hơn 1 chu kỳ nh sau:
+ Từ t=0 ữ t= 1 và từ t= 2 ữ t= 3 thì 2 van T 3 và T 4 dẫn

dòng:
u d = -u 2 ; u T 1 = u T 2 = u 2 ;
u T 3 =u T 4 =0 ;
i T 1 =i T 2 =0;
i T 3 =i T 4 = i d =I d ;
+ Từ t= 1 ữ t= 2
thì 2 van T 1 và T 2 dẫn dòng:
u d =u 2 ; u T 1 =u T 2 =0 ;
u T 3 =u T 4 =-u 2 ;
i T 1 =i T 2 =i d =I d ;
i T 3 =i T 4 =0 ;
Dòng điện cuộn dây thứ cấp và sơ cấp đ ợc xác định nh sau:
i 2 =i T 1 -i T 4 =i T 2 -i T 3 ; i 1 = i 2 / k b a .
(nétđ đậm)
-u2sơ uđồ
Đồ thị dòng và áp một
số uphần
tử trong
ợc biểu diễn
d
2
u

nh hình sau:
a

0

1
=

iT1=
1
biT2 0
iT3=
ciT4 0
d

i1
0

uT1=uT2
GVHD: Võ Quang Vinh
0
e
Tùng.

=

1
=

1
=

1
=

3

2
=



2




3
2

=

Id



t

=

t
2
t

Id/kba

2

22
2


=


2

Id

t

=

2 SVTK:Bùi
t Văn

3

=


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

3 . Một số biểu thức tính toán
-

U d =U d 0 cos , U d 0 =(2 2 / ).U 2 0,9.U 2
trong đó U 2 giá trị hiệu dụng của điện áp bên thứ cấp BA.
-

I T t b =I d /2 ; I T =

-

U Tth max = U Tng max

I2 = Id

;

Id

2
= 2U

I1 = Id / kba

iV. Phân tích và lựa chọn phơng án đảo chiều
Để đảo chiều quay của động cơ điện một chiều có hai phơng pháp nh sau
Đảo chiều dòng kích từ
Đảo chiều phần ứng động cơ

1. Đảo chiều dòng kích từ

Khi thực hiện đảo chiều quay động cơ bằng cách đảo chiều dòng kích từ thì
ta phải giảm điện áp đặt vào mạch phần ứng động cơ vì nếu không động cơ
sẽ bị ngắn mạch.Ta có
Iư =

U ư E U ư k
=
Rư
Rư

GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.

23

SVTK:Bùi Văn


Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

Khi =0 với R =(0.04 ữ 0.05) U dm / I dm thì I tăng rất lớnI =(20ữ25)Iđm làm
phá hỏng kết cấu động cơ .Nh vậy khi thực hiện đảo chiều dòng kích từ (mà
vẩn đảm bảo điều kiện trên thì thời gian đảo chiều lớn) làm giảm năng suất
của hệ thống .

2. Đảo chiều dòng phần ứng
Phơng pháp đảo chiều này có thể thực hiện bằng hai cách nh sau
Sử dụng cầu tiếp điểm của khởi động từ

Dùng hai bộ biến đổi mắc song song ngợc
a ). Sử dụng cầu tiếp điểm
Phơng pháp đảo chiều này thì quá trình đảo chiều lâu ,đảo chiều với tần số
thấp vì sử dụng công tắc tơ nên khi đảo chiều sẽ phát sinh ra hồ quang làm
giảm tuổi thọ tiếp điểm và dòng phần ứng lớn .
Iư =

(U ư + E )
>>
Rư

b ). Dùng hai bộ biến đổi mắc song song ngợc
Phơng pháp dảo chiều này sẽ đảm bảo khắc phục đợc những nhợc điểm trên
.Phơng pháp đảo chiều nàycó tần số đảo chiều lớn ,công suất lớn ,thời gian
quá độ nhỏ

c ). Nhận xét chọn phơng pháp đảo chiều
Qua những phân tích trên ta chọn phơng pháp dùng hai bộ biến đổi mắc
song song ngợc để đảo chiều quay động cơ .
V .Lựa chọn phơng pháp điều khiển hai bộ biến đổi
Để điều khiển hai bộ biến đổi làm việc có hai phơng pháp nh sau
Điều khiển độc lập ( điều khiển riêng )
GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.

24

SVTK:Bùi Văn

Trờng ĐH KTCNTN

Đồ án môn học THĐC

Điều khiển phối hợp ( điều khiển chung )

1. Điều khiển độc lập
Khi điều khiển độc lập hai bộ biến đổi làm việc riêng rẻ nhau thì tại một
thời điểm chỉ phát xung đến cho một bộ biến đổi làm việc còn bộ kia không
đợc phát xung và khoá lại .
Phơng pháp điều khiển này không làm xuất hiện dòng cân bằng .tuy nhiên
phơng pháp điều khiển riêng phải đảm bảo nguyên tắc nh sau .Giả sử khi
động cơ quay thuận BBĐ1 làm việc đến 1 thời điểm nào đó (t 1) ta phát lệnh
đảo chiều mạch điều khiển phải làm sao cho 1 >900 và phải làm cho dòng
phần ứng giảm nhanh về không .Lúc này cắt xung điều khiển để khoá BBĐ1
.Đến thời điểm (t2) đợc xác định bởi cảm biến ,dòng điện phần ứng bằng
không thì ta cho trể một khoảng thời gian T=t3-t2 sau đó cho BBĐ2 làm việc
với góc điều khiển 2 >900 sao cho dòng phần ứng không vợt quá giá trị cho
phép để thực hiện hãm tái sinh quá trình hãm kết thúc khi tốc độ = 0. Khi
= 0 thì BBĐ2 làm việc ở chế độ chỉnh lu động cơ đợc khởi động ngợc lại
và làm việc
i
0

t

t3

BBĐ1

t1 t2

T

BBĐ2

h 24

2. Điều khiển phối hợp
Tại một thời điểm đồng thời ta phát xung đến cả hai bộ biến đổi .Trong phơng pháp này lại đợc chia ra :
Điều khiển phối hợp tuyến tính
GVHD: Võ Quang Vinh
Tùng.

25

SVTK:Bùi Văn