Thiết kếhệ thống truyền động van - động cơ một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước ta đang bước vào thời
kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những thành tựu đã đạt được cũng như
những khó khăn thách thức đang đặt ra . Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ nói chung
và những kỹ sư “Nghành tự động hoá XNCN” nói riêng nhiệm vụ hết sức quan
trọng. Đất nước đang cần một đội ngũ lao động có trí thức cũng như lòng nhiệt
huyết để phục vụ và phát triển đất nước .
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 được những điều kiện thực tiễn
của sản xuất đòi hỏi những người kĩ sư điện tương lai phải được trang bị những
kiến thức chuyên nghành một cách sâu rộng.
Em đã được giao cho làm đồ án môn học với nội dung đề tài “ Thiết kế
hệ thống truyền động van - động cơ một chiều kích từ độc lập không đảo
chiều quay”
Bản đồ án bao gồm 6 phần :
 Phần I : Phân tích lựa chọn phương án TĐĐ và xây dựng hệ thống.
 Phần II : Thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống.
 Phần III : Tổng hợp hệ thống.
 Phần IV : Tính chọn các thiết bị.
 Phần V : Khảo sát chất lượng hệ thống.
 Phần VI: Thuyết minh sơ đồ nguyên lý.
Sau một thời gian liên tục được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng
dẫn và các thầy cô trong bộ môn, sự đoàn kết giúp đỡ của các bạn trong lớp.Đến
nay bản thiết kế của em đã hoàn thành.
Qua đồ án này em gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong bộ môn đã tận tình
hướng dẫn để em hoàn thành bản thiết kế này. Đồng thời em gửi lời cảm ơn sâu

sắc tới thầy giáo TS.Võ Quang Vinh, người đã trực tiếp ra đề tài và hướng dẫn
em trong suốt thời gian qua.
GVHD: TS.Võ Quang Vinh

1

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

Mặc dù được sự chỉ đạo sát sao của thầy giáo hướng dẫn hết sức nỗ lực cố
gắng.Xong vì kiến thức còn hạn chế,điều kiện tiếp xúc thực tế chưa nhiều.Nên
bản thiết kế không tránh khỏi những thiếu sót nhất định.Em mong tiếp tục được
sự chỉ bảo của các quý thầy cô, sự góp ý chân thành của các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên
Hoàng Anh Tuấn

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

2

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

PHẦN I
PHÂN TÍCH LỰACHỌN
PHƯƠNG ÁN TĐĐ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
• Tóm tắt nội dung phần I
- Mục đích:
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,đòi hỏi các
hệ thống TĐĐ phải có độ chính xác cao,do đó chúng ta phải đưa ra các
phương án TĐĐ,sau đó phân tích và lưụ chọn để đưa ra được các
phương án tối ưu nhất và từ các phương án trên ta xây dựng sơ đồ cấu
trúc của hệ thống
- Nội dung chính của phần I
A. Chọn phương án truyền động điện
1. Phân tích lựa chọn động cơ 1 chiều.
2. Chọn phương án điều chỉnh tốc độ.
3. Phân tích chọn phương pháp hãm dừng động cơ.
4. Phân tích chọn bộ biến đổi chỉnh lưu.
5. Mạch phản hồi.
6. Máy phát tốc.
7. Bộ khuếch đại tín hiệu trung gian.( Bộ điều chỉnh )
B. Xây dựng cấu trúc hệ thống
1. Sơ đồ hệ thống điều tốc 2 mạch vòng tốc độ quay và dòng điện.
2. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều chỉnh tốc độ 2 mạch vòng âm tốc
độ và âm dòng điện.
3. Kết luận chung.
Sau đây ta đi phân tích cụ thể như sau.

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

3

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

A.

Trường ĐHKT Công Nghiệp

CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

* Đặt vấn đề
- Khi thiết kế một hệ thống truyền động điện thì người thiết kế phải đưa ra nhiều
phương án để giải quyết .
Nhiệm vụ của người thiết kế là phải tìm ra được phương án tối ưu nhất phù hợp
với yêu cầu đặt ra .Trước hết là yêu cầu về kỹ thuật sau đó là yêu cầu về kinh tế.
- Việc lựa chọn phương án truyền động có ý nghĩa hết sức quan trọng trong thiết
kế nó ảnh hưởng trực tiếp đến dây chuyền sản xuất chất lượng sản phẩm và hiệu
quả kinh tế .
- Ở phần này ta lựa chọn các phương án truyền động điện sau:
Động cơ điện 1 chiều
Lựa chọn BBĐ chỉnh lưu
Bộ khuếch đại trung gian
Các tín hiệu phản hồi
Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ thống
……..
I) PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU

Để thiết kế hệ truyền động phù hợp với yêu cầu người ta đưa ra nhiều
phương án khác nhau, rồi sau đó so sánh các phương án trên phương diện kinh
tế và kỹ thuật để chọn ra phương án tối ưu.
Đây là động cơ sử dụng năng lượng điện 1 chiều.Gồm động cơ điện 1 chiều
kích từ độc lập,kích từ nối tiếp và kích từ hỗn hợp.
Với động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp là lọai động cơ có kết cấu phức tạp,giá
thành cao nên ta loại bỏ vì không phù hợp chỉ tiêu kinh tế.
ω

1.1 Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp
Sơ đồ nguyên lý

TN

_

+

N. Tạo

CKT

0
GVHD: TS.Võ Quang Vinh

4

Đặc tính cơ

M

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

Ta thấy loại này có cuộn kích từ nối tiếp với phần ứng động cơ nên dòng
kích từ chính là dòng phần ứng động cơ .
Do vậy khi Iư biến đổi thì từ thông Φ cũng biến đổi sẽ gây ra hiện tượng
từ dư (tổn thất phụ) lớn.
Φdư = (2 ÷ 10).Φđm
Mà động cơ một chiều kích từ nối tiếp có đặc tính cơ ở dạng phi tuyến
(hypecbol ), nên đặc tính cơ mềm và độ cứng lại thay đổi theo phụ tải.
Mặt khác, từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng nên khả
năng chịu tải của động cơ bị ảnh hưởng rất lớn của điện áp lưới. Điều này gây
khó khăn trong quá trình điều chỉnh và ổn định tốc độ, quá trình này chỉ có hiệu
quả ở tốc độ rất thấp và hiệu quả không cao, ở tốc độ cao đạt được điều này là
rất khó khăn.
Do vậy, động cơ này không phù hợp với yêu cầu.
1.2 Động cơ 1 chiều kích từ độc lập
Do mạch kích từ nằm độc lập với mạch phần ứng nên từ thông kích từ
Φ = const khi tải thay đổi.
Phương trình đặc tính cơ:
ω=

U
R
U

R. M
−
Iu =
−
.
2
KΦ KΦ
KΦ ( KΦ )

Vì Φ = const nên quan hệ ω(M) là quan hệ đường thẳng. Độ cứng đặc tính
cơ:

( KΦ )
β=−
R

2

= const .

ω
ω0

Ð
CKÐ

M

0

Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
GVHD: TS.Võ Quang Vinh

5

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

Nhận xét: Loại động cơ này cho phép quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và
dễ điều chỉnh. Từ phương trình đặc tính cơ cho thấy loại động cơ này có thể điều
chỉnh tốc độ tới 3 cách là điêù chỉnh Uư, Rf, và ik.
1.3. Nhận xét chọn động cơ 1 chiều.
Từ những phân tích trên cho thấy rằng để đáp ứng các chỉ tiêu: S, ϕ, D,
Mc, ∆n% mà yêu cầu của hệ thống đã đặt ra, ta chọn loại động cơ một chiều kích
từ độc lập làm động cơ truyền động cho hệ thống.
II. CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
Trong thực tế đối với động cơ điện một chiều kích từ độc lập thường có 3
phương pháp điều chỉnh tốc độ như sau .
 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng
 Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng
 Điều chỉnh từ thông kích từ

2.1 Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng

ω

a ). Sơ đồ nguyên lý

+

ωο

-

u¦

tn
rf 1

I¦

®
+
ck§

-

rf

rf 2
m

0

h2

h3

rf 3

Giả thiết :
U = Uđm = const ; ΦΦ = Φđm = const ; R = Var
b ). Phương trình đặc tính cơ
ω=

U ®m
R + Rf
*M
KΦ ® m (KΦ ® m ) 2

c ). Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ta có dạng đặc tính cơ như hình (H3)
GVHD: TS.Võ Quang Vinh

6

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

d ). Nhận xét
Từ phương 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 ∆ω =

R + Rf

( KΦ dm )2

.M tăng lên

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

P = U.I = const
M = K Φ .Iư = const

2.2 Thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng
a) Sơ đồ nguyên lý tổng quát
I¦
u

®

bb®

r¦

+

I¦

rb

ck§

eb

e

S¬ ®å thay thÕ
u®k

h5

h4

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

Φ = Φ dm = const
R = const
GVHD: TS.Võ Quang Vinh

7

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

b) Phương trình đặc tính cơ
ω=

Eb
RΣ
.M
KΦ dm ( KΦ m ) 2

Với RΣ =Rư+Rb
c) Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi điện áp mạch phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song
song với nhau như hình vẽ

ω
ωο
ωο1
ωο2

tn
eb®m
eb1

ωο3

eb2
eb3

0

m

m®m

h6

d) Nhận xét

Khi thay đổi điện áp mạch phần ứng ta sẽ có các tốc độ không tải lý tưởng

ωox =

E bx
khác nhau
KΦ ® m

Độ cứng β = const
Mức độ phù hợp tải

P = U.I = var

[Mc] = K Φ đm.Iđm= Mđm = const

Dải điều chỉnh rộng ,điều chỉnh trơn và vô cấp
Sai số tốc độ nhỏ ,để tự động hoá
Khả năng quá tải lớn và tổn thất năng lượng nhỏ
Phương pháp điều chỉnh điện áp mạch phần ứng là phương pháp triệt để kể cả
khi không tải lý tưởng và điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào .

2.3 Thay đổi từ thông kích từ
a) Sơ đồ nguyên lý (H.7)
GVHD: TS.Võ Quang Vinh

8

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

Khi thay đổi từ thông kích từ động cơ một chiều kích từ độc lập chính là điều
chỉnh mô men điện từ của động cơ M =K Φ .Iư và điều chỉnh sức điện động

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

I¦

U = Uđm = const

r¦

®

R = const

+

Φ = Var
b) Phương trình đặc tính cơ
ω=

-

u¦

+

Giả thiết :

ck§

u®k

bb®

U dm
R
.M
KΦ ( KΦ ) 2

u
h7

U ®m
= var
KΦ x

Tốc độ không tải lý tưởng :

ωox =

Độ cứng đặc tính cơ :

( KΦ x ) 2
β=
= var
R

Ở đặc tính cơ điện :

Inm =

U ®m
= const
R

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

ω
ωο2
ωο1
ωο
0

ωο 2

φ2

ω

ωο 1 φ 1
ωο

φ1

φ®m
m

mnm2

0

mnm1 mnm

φ®m

I
Inm

h9

h8

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

φ2

9

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

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

( KΦ x ) 2
 độ cứng đặc tính cơ giảm β =
↓↓
R
 Sai lệch tĩnh tăng lên
 Hệ thống có giải điều chỉnh hẹp
 Phương pháp thay đổi từ thông phù hợp với tải
Pc = U.I = const
Mc = var
* Tuy nhiên phương pháp này lại có chỉ tiêu kinh tế cao ,tổn thất năng
lượng nhỏ .

2.4 Nhận xét chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ
Qua những phân tích cụ thể 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ trên ta thấy mỗi
phương pháp điều chỉnh đều có những ưu nhược điểm riêng phù hợp với từng
yêu cầu công nghệ .Căn cứ công nghệ của đề tài ta thấy phương pháp thay đổi
tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp mạch phần ứng động cơ có nhiều ưu điểm
như
Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng
Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp
GVHD: TS.Võ Quang Vinh

10

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

Sai lệch tĩnh nhỏ , β=const trong toàn dải điều chỉnh
Để thực hiện tự động hoá
Mức độ phù hợp tải
Mc = const
Pc = var
Do đó ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
mạch phần ứng động cơ .
III. PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG PHÁP HÃM DỪNG ĐỘNG CƠ
Hãm là trạng thái động cơ sinh ra mô men quay ngược chiều với tốc độ quay
của rôto .Trong tất cả các trạng thái hãm động cơ đều làm việc ở chế độ máy
phát .Như ở phần trước 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 ngược
- Hãm động năng
Sau đây ta lần lượt phân tích từng trạng thái hãm.
3.1.Hãm tái sinh
Hãm tái sinh là trạng thái máy phát mà động cơ biến cơ năng đã tích luỹ được
thành điện năng trả về lưới điện .
Hãm tái sinh xẩy ra khi tốc độ của rôto lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng ( ω >
ωo).Khi hãm tái sinh Eư > Uư động cơ làm việc như một máy phát nối song
song với lưới.So với chế độ động cơ ở chế độ hãm tái sinh dòng điện và mô
men đổi chiều được xác định theo biểu thức sau.
Ih =

U l − E KΦω o − KΦω
=
<0
R

R

Mh=kφIh < 0
Phương trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái sinh là:

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

11

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

ω = ωo +

Trường ĐHKT Công Nghiệp

R
R
I h = ωo +
Mh
2
kΦ
( kΦ)
Ul

Ở trạng thái hãm tái sinh Ih < 0 đổi chiều và

Ih

ω
e

công suất được trả về lưới là P = (U-E).I ,đây là
phương pháp hãm hữu ích về kinh tế vì động cơ

ωxl
ωο Ul

I¦
e

sinh ra điện năng hữu ích
Tuy nhiên hệ thống truyền động van động cơ
(T-Đ) chỉ dẫn dòng theo một chiều nhất định
nên khi động cơ sinh ra năng lượng trả về lưới

m

0
mc

thì các van không cho phép dẫn ngược .Nên

h 19

phương pháp hãm này không phù hợp với yêu cầu công nghệ .

ω

ωο

3.2. Hãm ngược
Hãm ngược là trạng thái máy phát của
động cơ khi rôto quay ngược chiều với chiều

e

gây ra.

0

kháng nên ta chỉ xét trường hợp đảo chiều điện
áp phần ứng khi động cơ đang quay.

TN

Ih

quay tương ứng của từ trường do điện áp nguồn
Mặt khác phụ tải mang tính chất phản

a

Ul

c mc2
d

- ωο

0

mc1

ωxl
h 20

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 đưa thêm điện trở phụ R f vào
mạch phần ứng động cơ sẽ chuyển sang làm việc ở điểm b trên đặc tính biến trở
chiều quay ngược.Tại b do quán tính nên rôto vẫn quay theo chiều cũ 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 lưới động cơ sẽ dừng lại.Còn nếu
vẫn tiếp tục đóng phần ứng vào lưới và nếu tại c mô men của động cơ lớn hơn
mô men cản Mc2 thì động cơ sẽ quay ngược cuối cùng làm việc tại điểm d .Trên
đoạn hãm ngược bc vì điện áp đổi cực tính nên
GVHD: TS.Võ Quang Vinh

12

SVTK: Hoàng anh Tuấn

m


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

Ih =

− Ul − E
(U + E )
=− l
<0
R + Rf
R + Rf

dấu ‘ – ‘ biểu thị dòng điện ngược chiều với trạng thái cũ
Mh = kφ.Ih < 0
Ta thấy hãm ngược thường đưa thêm điện trở phụ R f vào để hạn chế dòng
điện hãm .Do đó trạng thái hãm này thường gây tổn thất lớn làm giảm đáng kể
tuổi thọ động cơ và không khắc phục được sự cố như mất điện .
3.3. Hãm động năng
Ta xét trường hợp hãm động năng kích từ độc lập
a). Sơ đồ nguyên lý (H.21)
i¦

e

ck§

+

ul
h 21

rh

r fk

-

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 lưới điện một chiều rồi đóng kín qua một điện trở hãm R h
còn mạch kích từ vẫn giữ nguyên φ =const .
Tại thời điểm cắt phần ứng khỏi lưới điện do động năng tích lũy được ở quá
trình làm việc trước đó nên rôto vẫn quay theo chiều cũ với tốc độ ban đầu
Ebđ = k.φ.ωbđ
Vì phần ứng được khép mạch qua điện trở hãm R h nên sức điện động ban đầu
sinh ra dòng điện hãm ban đầu được xác định .
I hbd = −

E bd
k.Φ.ω bd
=−
<0
R + Rh
R + Rh

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

13

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

Mhbđ =k.φ.ωbđ < 0 .Mô men ngược chiều với tốc độ .Mặt khác điện áp lúc đầu
đặt vào phần ứng động cơ lúc hãm bằng

ω
ωο

không nên ta có phương trình đặc tính cơ
khi hãm là .
ω=-

b

R + Rh
R + Rh
.I h = .M h
2
kΦ
( kΦ)

a

Rh

Với Ih ,Mh< 0 .Đây là phương trình
đường thẳng đi qua gốc toạ độ dạng của

m (I)

Mhd (Ihd)

chúng được biểu diển như trên hình

0

Mc

h 22

(H.22).
( k.Φ) 2
Ta có : β = −
R + Rh
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 Rh sao cho
Ihbđ ≤ (2÷2.5)Iđm.
Khi hãm động năng kích từ độc lập tiêu thụ ít năng lượng từ lưới .Năng
lượng chủ yếu được tạo ra do động năng của động cơ tích được trong quá trình
làm việc .Trong quá trình hãm động cơ chỉ tiêu thụ công suất kích từ rất nhỏ
Pkt=(1÷5)%Pđm .
3.4. Đánh giá chọn phương pháp hãm dừng động cơ
Từ những phân tích cụ thể của từng phương pháp hãm ta thấy
Phương pháp hãm ngược hãm nhanh có hiệu quả tuy nhiên tổn thất năng lượng
lớn làm phát nóng động cơ ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị .Còn phương pháp
hãm động năng có hiệu quả kém hơn phương pháp hãm ngược khi có cùng tốc
độ ban đầu và mô men cản Mc .Tuy nhiên hãm động năng lại ưu việt hơn về
mặt năng lượng tiêu thụ rất ít năng lượng từ lưới và mạch điều khiển cũng đơn
giản hơn .Do đó ta chọn phương pháp hãm động năng để hãm dừng động cơ.

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

14

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

IV. PHÂN TÍCH CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU
Từ những phân tích ta đã chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách
thay đổi điện áp mạch phần ứng .Phương 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 lượng của hệ thống .
Theo yêu cầu của đề tài ở đây ta lựa chọn BBĐ chỉnh lưu là hệ thống van động
cơ (T-Đ)
4.1 Hệ thống van động cơ (T-Đ)
1.Sơ đồ khối

rb

uv

+

®

e

v

ck§

u®k

r¦

I¦

I¦
u

rck

eb = ebm.cosα

h 10

S¬ ®å thay thÕ hÖ T-§
h 11

a)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 được góc điều khiển α nhờ đó thay đổi được
sức điện động của bộ biến đổi Eb =
Ebm.cosα → thay đổi được điện áp đặt
vào mạch phần ứng động cơ Ud = f(α)

→ thay đổi được tốc độ động cơ.

ω
ωο
ωο1
ωο2
m

0

ng
®n
ts
h 12

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

15

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

b)Phương trình đặc tính cơ
E . cos α - ΔU V R b + R + R ck
ω = bm
*M

2
KΦ dm
( KΦ dm )
Khi bỏ qua sụt áp thuận trên 1 van →∆UV = 0
E . cos α R b + R + R ck
ω = bm
*M
2
KΦ dm
(KΦ dm )
Trong đó :
E b = E bm . cos α : Sức điện động của bộ biến đổi
Rb, Rư , Rck : Điện trở của bộ biến đổi, phần ứng động cơ, cuộn kháng.
c)Dạng đặc tính cơ
Khi thay đổi giá trị góc điều khiển α=0÷1800 thì Eb =-Ebm÷ Ebm khi đó ta
nhận được một họ đường thẳng song song với nhau bố trí trên nửa mặt phẳng
bên phải của hệ trục (M ,ω) như hình vẽ bên (H .12).
d)Nhận xét ưu nhược điểm của BBĐ van-động cơ
Ưu điểm :
Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp
Để dàng điều chỉnh, tác động nhanh
Phạm vi điều chỉnh rộng
BBĐ gọn nhẹ ,chắc chắn không cần nền móng
Dễ tự động hoá và van có hệ số công suất cao
Nhược 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

V. MẠCH PHẢN HỒI
GVHD: TS.Võ Quang Vinh

16

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

Trong thực tế nhiều máy sản xuất ngoài yêu cầu điều chỉnh tốc độ vô
cấp,còn có yêu cầu cao với sai lệch tĩnh.Điều này đối với hệ thống hở không
thể thực hiện được, nó chỉ thực hiện điều chỉnh trong 1 phạm vi nhất định.Vậy
để giải quyết vấn đề này ta sử dụng hệ thống điều khiển mạch vòng kín có phản
hồi
Với những yêu cầu mà đề tài đã đưa ra,ở đây ta sử dụng mạch phản hồi âm tốc
độ và phản hồi âm dòng điện
5.1 Phản hồi âm tốc độ
- Trong sơ đồ dùng phản hồi âm tốc độ bằng máy phát tốc, ưu điểm điểm
của nó là lượng vào và lượng ra có quan hệ tuyến tính, không gây nhiễu loạn,
làm việc êm, kích thước và trọng lượng nhỏ. Dùng phản hồi này có tác dụng làm
tăng hệ số khuếch đại của hệ thồng, làm tăng độ cứng của đặc tính cơ, tức là làm
tăng độ ổn định của tốc độ động cơ.
Sơ đồ nguyên lý khâu phản hồi âm tốc độ dùng máy phát tốc như hình vẽ

Ft

WR4

-ϒn

5.2 Phản hồi âm dòng điện
Trong quá trình quá độ phải luôn giữ được dòng điện (hoặc momen điện từ) ở
giá trị tối đa cho phép,làm cho hệ thống truyền động điện đạt được gia tốc tối
đa cho phép khi khởi động,sau khi tốc độ đạt tới trạng thái ổn định,lại làm cho
dòng điện lập tức giảm xuống để momen cân bằng với phụ tải.Muốn đạt được
như vậy ở đây ta dùng phản hồi âm dòng điện là có thể nhận được quá trình
dòng điện gần như không đổi.

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

17

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ
A

BD

Trường ĐHKT Công Nghiệp
B

BD

C

BD

-

D1

i
R

D6

D3

D4

D5

D2

VI. MÁY PHÁT TỐC
* Vai trò của máy phát tốc.
Máy phát tốc làm nhiệm vụ đo tốc độ của động cơ để lấy tín hiệu áp đầu ra
để khống chế tín hiệu vào giữ cho động cơ luôn quay với tốc độ ổn định.nguyên
lý làm việc đơn giản như máy phát điện một chiều .Trục của động cơ nối cứng
với máy trục của máy fát tốc khi động cơ quay kéo trục của máy fát tốc fát ra ở
đầu ra sức điện động .Phải chọn máy phát tốc sao cho khi động cơ quay với tốc
độ ổn định thì Sđđ ở đầu ra bằng không.
VII. BỘ KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU TRUNG GIAN ( BỘ ĐIỀU CHỈNH )
Để đáp ứng yêu cầu về độ cứng đặc tính cơ, phạm vi điều chỉnh tốc độ, độ
nhạy, độ tác động nhanh của hệ thống và tăng hiệu quả hệ thống, ta dùng khâu

khuếch đại trung gian
Bộ khuếch đại có ưu điểm là:
- Nâng cao khả năng khuếch đại của hệ thống để đạt được hệ số khuếch đại
yêu cầu.
- Có khả năng khống chế các rơ le, các công tắc tơ và khống chế các mạch
đầu vào của bộ khuếch đại . Kết quả là để nâng cao được độ bền của các thiết bị
khống chế rơ le, công tắc tơ.

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

18

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

B. XÂY DỰNG HỆ THỐNG
I. Sơ đồ hệ thống điều tốc 2 mạch vòng tốc độ quay và dòng điện

CL

CK

CBD

+

Ucd

Uv
(-)

γn

Rω

β i (-)

BBÐ

RI
FX

CKD

Ð

-

R

FT

Với:
Rω : bộ điều chỉnh tốc độ quay ;
RI: bộ điều chỉnh dòng điện
FT: máy phát tốc

Fx: mạch phát xung điều khiển các T của BBĐ
CBD:cảm biến dòng điện
Ucđ : điện áp chủ đạo
γn: phản hồi tốc độ
βI:phản hồi dòng điện

Id
KI

Đ:là động cơ một chiều kích từ độc lập.
Rd
U

(-) R .I

U

n

(-)
d d
Eb
v
II. cdSơ đồUcấu
điều dk
chỉnh
Rωtrúc của hệ thống
RI
KBBÐ tốc độ 2 mạch vòng
KD âm tốc độ và

(-) γ nđiện
âm dòng

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

ED

SVTK: Hoàng anh Tuấn

19
Kω


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

Kω: hệ số phản hồi tốc độ
KI: hệ số phản hồi dòng điện
KBBĐ: là hệ số khuếch đại của BBĐ
KD:hệ số khuếch đại của động cơ
C. KẾT LUẬN CHUNG
Qua phân tích các ưu, nhược điểm của các phương án ở trên em đã chọn ra
được phương án tối ưu để phù hợp với yêu cầu của đề tài.
1.Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
2.Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cấp cho mạch phần ứng động cơ.
3.Hãm động năng để hãm dừng động cơ.
4.Mạch phản hồi dùng phản hồi âm tốc độ và phản hồi âm dòng điện.
Kết quả của phần I được sử dụng ở phần II,III,IV,V tiếp theo

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

20

SVTK: Hoàng anh Tuấn


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

PHẦN II
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
* Đặt vấn đề
- Căn cứ vào kết quả ở phần I và sơ đồ cấu trúc của hệ thống.Ở phần 2 này ta
thiết kế sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động điện bao gồm 2 phần chính:
Thiết kế mạch động lực.
Thiết kế mạch điều khiển.
+Mạch động lực : là khâu trực tiếp thực hiện các quá trình biến đổi năng lượng
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
-Nội dung chính của phần II này gồm
A . Thiết kế sơ đồ mạch động lực
I. Phân tích sơ đồ BBĐ chỉnh lưu
II.Sơ đồ mạch lực
B. Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển
I.Giới thiệu chung
II Thiết kế mạch điều khiển

1. Khối đồng bộ hoá và phát sóng răng cưa.
2. Khối so sánh.
3. Khối tạo xung.
4. Mạch khuếch đại và truyền xung.
5. Khối tổng hợp và khuếch đại trung gian.
6. Mạch tạo nguồn nuôi và tín hiệu điều khiển.
* ) Kết luận :

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

21

SVTK: Hoàng anh Tuấn


ỏn tng hp h in c

Trng HKT Cụng Nghip

A. THIT K S MCH NG LC
I. Phõn tớch s b bin i chnh lu
Theo yờu cu ti ta s dng b bin i s hỡnh tia 2 pha khụng cú Do

S nguyờn lý

BA

I.1. S tia 2 pha không có diot D 0

*

*

- Nguyên lý làm việc

*

Ta chỉ xét trờng hợp với các giả thiết:
L d = và cũng cho sơ đồ làm việc với
một góc điều khiển là , sơ đồ đã làm

r

r

ck

c

c

+

việc xác lập trớc thời điểm bắt đầu xét
( t=0), tại t=0 thì u 2 1 =0 và bắt đầu chuyển
sang dơng:

h

đ

h

Ta tạm thời giả thiết giai đoạn t=0

ckđ

-

ữ t= = thì D đang dẫn dòng nhờ s.đ.đ. tự
1
0
cảm trong L d , và nh vậy thì u T 1 =u 2 1 và u T 2 =u 2 2 tức là u T 1 >0 còn u T 2
<0 .Tại t= 1 = ngời ta truyền tín hiệu điều khiển đến T 1 , van T 1 đủ
2 điều kiện để mở nên nó sẽ mở.Van T 1 mở thì điện áp trên T 1 giảm
về bằng không, do vậy ta có u d =u 2 1 >0, dẫn đến D 0 bị đặt điện áp
ngợc (u D o =-u d ) và khoá lại, van T 2 còn ở trạng thái khoá nên trong sơ
đồ từ thời điểm t= 1 chỉ có mình van T 1 dẫn dòng . Trong khoảng
T 1 dẫn dòng ta có:
u d =u 2 1 ; u T 1 =0 ; u T 2 =u 2 2 - u 2 1 =2u 2 2 ; i T 1 =i d =I d ; i T 2 =0 ; i D o =0 ;
Đến t = thì u 2 1 =0 và bắt đầu chuyển sang âm, còn u 2 2 = 0 và
bắt đầu chuyển sang dơng. Từ thời điểm này điện áp nguồn tác động
ngợc chiều dẫn dòng của T 1 và đặt điện áp thuận lên T 2 nhng T 2 cha
GVHD: TS.Vừ Quang Vinh

22

SVTK: Hong anh Tun


ỏn tng hp h in c

Trng HKT Cụng Nghip

mở vì cha có tín hiệu điều khiển.Với tr ờng hợp sơ đồ không có D 0
nh đã xét thì giai đoạn tiếp van T 1 vẫn dẫn dòng do tác dụng của
s.đ.đ. tự cảm sinh ra trong L d và u d <0, nhng trong sơ đồ có D 0 thì
u D o =-u d nên u d <0 thì D 0 sẽ đợc đặt điện áp thuận và D 0 sẽ mở. Do giả
thiết bỏ qua sụt điện áp trên điôt dẫn dòng nên ngay tại thời điểm
u D o = 0 và có xu hớng chuyển sang dơng thì D 0 đã mở, tức là D 0 bắt
đầu mở tại t= . Khi D 0 mở thì điện áp trên nó giảm về bằng không
nên u d =-u D o =0, do vậy u T 1 =u 2 1 và bắt đầu chuyển sang âm, T 1 khoá
lại mà T 2 vẫn khoá nên lúc này trong sơ đồ chỉ có van D 0 dẫn dòng
và ta có:
u d =0 ; u T 1 = u 2 1 ; u T 2 =u 2 2 ; i T 1 =0 ; i T 2 =0 ; i D o = i d =I d ;
Tại t= 2 = + thì T 2 có tín hiệu điều khiển và do đang có điện
áp thuận nên T 2 mở.Van T 2 mở thì sụt áp trên nó giảm về bằng
không, do vậy u d =u 2 2 >0 và u D o =-u d =-u 2 2 <0, tức là điôt không bị đặt
điện áp ngợc nên D 0 khoá lại. Trong giai đoạn tiếp từ t= 2 = + thì
trong sơ đồ chỉ có van T 2 dẫn dòng và ta có :
u d =u 2 2 ; u T 1 = u 2 1 - u 2 2 =2u 2 1 ; u T 2 =0 ; i T 1 =0 ; i T 2 = i d =I d ; i D o =0 ;

GVHD: TS.Vừ Quang Vinh

23

SVTK: Hong anh Tun


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Trường ĐHKT Công Nghiệp

u21

u

a

0

ud (nÐt
®Ëm)

u22

ν3

ν2=

ν1=

2π

π
iT1 α

b

0

c

iT2
0
iDo

d

0

e

i1
0

=

α

α
ν1

ωt

ν2

Id

=

=

Id

ν3

ωt

=

ωt
ωt

Id

ωt

Id/kba
uT1(nÐt ®Ëm)

uT1

2u21
u21

g

0

ν1

=

GVHD: TS.Võ Quang Vinh

ν3

ν2
π

=

24

2π

ωt

=

SVTK: Hoàng anh Tuấn


ỏn tng hp h in c

Trng HKT Cụng Nghip

Từ t=2 đến t= 3 =2 + cũng tơng tự nh giai đoạn t= đến
t= = + , van D làm việc dới tác dụng của s.đ.đ. tự cảm sinh ra
2
0

trong L d , các biểu thức cũng giống nh đã nêu.
Tại t= 3 =2 + van T 1 lại có tín hiệu điều khiển, T 1 lại mở , sơ
đồ lặp lại trạng thái làm việc giống nh từ t= 1 . Giai đoạn từ t=0
đến t= 1 có thể suy ra từ giai đoạn từ t=2 đến t= 3 =2 + ,
van D 0 dẫn (hoàn toàn phù hợp với giả thiết ban đầu ).
Đồ thị điện áp, dòng điện minh hoạ nguyên lý làm việc của sơ đồ
biểu diễn trên hình 1-18.
c-Một số biểu thức:
U d =U d o (1+cos )/2

-

I T t b =I d ( - )/2 ; I T =I d ( - )/2

-

UTthmax=

2. U 2 ; U T n g m a x =2. 2 .U 2

-

IDotb = Id(/)

-

U D o n g m a x = 2 .U 2

; IDo = Id /

Kt Lun :
Nh vy ta thy ỏp ng yờu cu cụng ngh bin i in ỏp xoay chiu 3
pha thnh in ỏp mt chiu cú th thay i giỏ tr cp in cho phn ng ng
c thỡ cỏc s trờn u ỏp ng c .Nhng khi so sỏnh tng quan v yờu
cu ti thit k khụng o chiu quay ng c vi cụng sut khụng ln
lm,chất lợng yêu cầu không cao thỡ s tia 2 pha cú Do l ti u nht vỡ v
mt s v kờnh iu khin n gin hn s cu ,v giỏ thnh u t l nh
nht.
Ta cú s mch lc:
GVHD: TS.Vừ Quang Vinh

25

SVTK: Hong anh Tun