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

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

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 này 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 em đã hoàn thành đồ án với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo :TS
VÕ QUANG VINH .Với kiến thức có hạn nên bản đồ án còn nhiều sai sót mong
các thầy cô chỉ bảo em để em hoàn thiện hơn nữa bản đồ án này. Em xin chân
thành cảm ơn.
Sinh viên
PHẠM VĂN TỨ
GVHD:TS VÕ QUANG VINH

1

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

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.
• Kết luận chung.
Sau đây ta đi phân tích cụ thể như sau.

GVHD:TS VÕ QUANG VINH

2

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

A.

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 kỷ 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 sánh các phương án trên phương diện kinh tế và kỹ thuật
để chọn ra phương án tối ưu nhất.
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,kích từ hỗn hợp.
Với động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp là lọai đông cơ có kết cấu phức tạp,giá
thành cao nên ta loại bỏ vì không phù hợp chỉ tiêu kinh tế.
1.1 Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp

ω

_

+

TN

CKT

N. Tạo

Sơ đồ nguyên lý
GVHD:TS VÕ QUANG VINH

0

3

Đặc tính cơ

M

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

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:

β=−

( KΦ )
R



2

= const .

0

0

M

Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

GVHD:TS VÕ QUANG VINH

4

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

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 chung:
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

ω

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

ωο

+

-

u¦

tn
rf 1

I¦

®
+
ck§

-

Giả thiết :

rf 2

rf

m

0
h3

h2

rf 3

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)

d ). Nhận xét
GVHD:TS VÕ QUANG VINH

5

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

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
e ). Sơ đồ nguyên lý tổng quát
I¦
u

®

bb®

r¦

+

I¦

rb

eb

ck§

e

S¬ ®å thay thÕ
u®k

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
Rư : là điện trở trong của bộ biến đổi phụ

ω

thuộc vào loại thiết bị

ωο
ωο1
ωο2

Giả thiết :
U = Var

Φ = Φ dm = const
GVHD:TS VÕ QUANG VINH

6

ωο3
0

tn
eb®m
eb1
eb2

SVTH:PHẠM VĂN TỨ
eb3

m®m

h6

m


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

R = const

f ). Phương trình đặc tính cơ
ω=

Eb
RΣ
.M
KΦ dm ( KΦ m ) 2

Với RΣ =Rư+Rb

g ). 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 (H6).

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

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 ,dể 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 tưỡng và điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào .

2.3 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

GVHD:TS VÕ QUANG VINH

7

I¦

r¦

®
+

từ của động cơ M =K Φ .Iư và điều chỉnh sức

-

u¦

+

i ). Sơ đồ nguyên lý (H.7)

ck§

-

u®k
SVTH:PHẠM
bb® VĂN TỨ
u
h7


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

điện động quay E =K Φ .ω của động cơ .Do kết cấu của máy điện nên ta thường
giảm từ thông Φ .
Giả thiết :
U = Uđm = const
R = const

Φ = Var
j ). Phương trình đặc tính cơ
ω=

U dm
R
.M
KΦ ( KΦ ) 2

U ®m

= var
KΦ x

Tốc độ không tải lý tưỡng :

ωox =

Độ cứng đặc tính cơ :

( KΦ x ) 2
β=
= var
R

Ở đặc tính cơ điện :

Inm =

U ®m
= const
R

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

ω
ωο2
ωο1
ωο

ωο 2

φ2
φ1

ωο 1 φ 1
ωο

φ®m

0 VÕ QUANG VINH
GVHD:TS
mnm2

mnm1 mnm

h8

ω

m

8

0

φ2
φ®m

SVTH:PHẠM VĂN TỨI
Inm

h9


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

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 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.
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
 độ cứng đặc tính cơ giảm β =

( KΦ x ) 2
↓↓
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
GVHD:TS VÕ QUANG VINH
SVTH:PHẠM VĂN TỨ
9


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng
Điều chỉnh trơn và điều chỉnh vô cấp
Sai lệch tĩnh nhỏ , β=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 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 tạng thái động cơ sinh ra mô men quay ngược 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
.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 trã 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
GVHD:TS VÕ QUANG VINH

10

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

Phương trình đặc tính cơ ở đoạn hãm tái sinh là:
ω = ωo +

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 hửu ích
Tuy nhiên hệ thống truyền động van động cơ
(T-Đ) chỉ dẩn 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 dẩn 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

m

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 điên 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 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 lưới động cơ sẽ dừng lại.Còn nếu vẩn tiếp tục đóng
phần ứng vào lưới và nếu tại c

GVHD:TS VÕ QUANG VINH

mô men của động cơ lớn hơn mô men cản M c2
11

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

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
Ih =

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

dấu ‘ – ‘ biểu thị dòng điện ngược chiều với trạng thái củ
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 vẩn giử nguyên φ =const .
Tại thời điểm cắt phần ứng khỏi lưới điện do động năng tích luỷ được ở quá trình
làm việc trước đó nên rôto vẩn quay theo chiều củ với tốc độ ban đầu

E bđ =

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 .

GVHD:TS VÕ QUANG VINH

12

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

I hbd = −

E bd
k.Φ.ω bd
=−
<0
R + Rh
R + Rh

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

R + Rh
R + Rh
.I h = .M h
2
kΦ
( kΦ)

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

chúng được biểu diển như trên hình (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

ω
ωο

b

a

Rh

I hbđ ≤

(2÷2.5)Iđm.

m (I)
Mhd (Ihd)

Khi hãm động năng kích từ độc lập tiêu

0

Mc

h 22

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 hương 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 củng đơn giản hơn .Do
đó ta chọn phương pháp hãm động năng để hãm dừng động cơ.
SVTH:PHẠM VĂN TỨ
13

GVHD:TS VÕ QUANG VINH


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

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 đông cơ
(T-Đ)
4.1 Hệ thống van động cơ (T-Đ)

l ). Sơ đồ khối

rb

rck

r¦

I¦
uv

I¦
+

®

u

ck§

u®k

e

v
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.
b)Phương trình đặc tính cơ
E . cos α - ΔU V R b + R + R ck
ω = bm
*M
KΦ dm
( KΦ dm ) 2
Khi bỏ qua sụt áp thuận trên 1 van →∆UV = 0
E . cos α R b + R + R ck
ω = bm
*M
KΦ dm
(KΦ dm )2
GVHD:TS VÕ QUANG VINH

ω
ωο
ωο1
ωο2
m

0
14

ng

SVTH:PHẠM VĂN TỨ

®n

ts
h 12


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

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
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
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
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

GVHD:TS VÕ QUANG VINH

15

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

- 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
thống 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

R1

-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 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 dung phản hồi âm dòng điện là có thể nhận được quá trình dòng điện gần
như không đổi.
A

BD

B

BD

C

BD

-

D1

i
R

D6

D3

D4

D5

D2

VI. MÁY PHÁT TỐC
-Nguyên lý làm việc
GVHD:TS VÕ QUANG VINH

16

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

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 fát tốc sao cho khi động cơ quay với tốc độ ổn định
thì Sđđ ở đầu ra =0.
VII. BỘ KHUẾCH ĐẠI TÍN HIỆU TRUNG GIAN
Để đáp ứng yêu cầu về độ cứng 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 năng cao được độ bền của các thiết bị
khống chế rơ le, công tắc tơ.
VIII. XÂY DỰNG HỆ THỐNG
1. 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:
GVHD:TS VÕ QUANG VINH

17

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

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
Đ:là động cơ một chiều kích từ độc lập.
2. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều chỉnh tốc độ 2 mạch vòng âm tốc độ và âm
dòng điện

Id
KI
Rd
Ucd

Uv
(-)

γn

Rω

(-)

RI

Udk

KBBÐ

Eb

(-) Rd.Id
ED

KD

n

Kω

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 đọng cơ
* 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 nhất để phù hợp với yêu cầu của đề tài.
1.Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập.
GVHD:TS VÕ QUANG VINH

18

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

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 phàn hồi âm dòng điện.
Kết quả của phần I được sử dụng ở phần II,III,IV,V tiếp theo

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 ngyên 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
Chương I. Thiết kế sơ đồ mạch động lực
I. Phân tích sơ đồ BBĐ chỉnh lưu
II.Sơ đồ mạch lực
Chương II. 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.
GVHD:TS VÕ QUANG VINH

19

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

3. Khối tạo xung.
4. Tổng hợp 1 kênh tạo xung

5. Khối tổng hợp và khuếch đại trung gian.
6. Mạch tạo nguồn nuôi và tín hiệu điều khiển.
I : THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐÔNG LỰC
1. PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ BỘ BIẾN ĐỔI CHỈNH LƯU
Theo yêu cầu đề tài ta sử dụng bộ biến đổi sơ đồ hình cầu 3 pha

2 . Sơ đồ nguyên lý
A

iA
*

a

ia
*

B

iB
*

b

ib
*

iC
*

c
BAL

C

ic
*

iT1

iT3

iT5

T1

T3

T5

ck

ud
iT4

iT6

iT2

T4

T6

T2

®

+
ck§

Giới thiệu sơ đồ :
BAL : Máy biến áp 3 pha dùng để cung cấp điện cho sơ đồ chỉnh lưu
T1÷T6 : Các van chỉnh lưu có điều khiển dùng để biến đổi điện áp xoay chiều 3
pha bên phía thứ cấp BAL là ua ,ub ,uc thành điện áp một chiều đặt lên phần ứng
động cơ .
CK : tác dụng làm nhỏ thành phần xoay chiều của điện áp đầu ra BBĐ

3 . Nguyên lý làm việc
Ở đây ta xét trường hợp điện cảm phụ tải là vô cùng lớn và trong trường hợp dòng
tải là liên tục .Nguyên lý làm việc của sơ đồ được tóm tắt như sau .
Từ ωt = 0 ÷ ωt =ν0 và từ ωt = ν5 ÷ ωt =ν6 hai van T4 và T5 cùng dẩn dòng ud =uc
- ua= uca
GVHD:TS VÕ QUANG VINH

20

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

iT1= 0 , iT2= 0 , iT3= 0 , iT4 = iT5= id= Id, iT6= 0
uT1 = uac , uT2 = uac , uT3 = ubc , uT4 = 0 , uT5 = 0 , uT6 = uab
Từ ωt =ν0÷ ωt =ν1 và từ ωt = ν6 ÷ ωt =ν7 hai van T5 và T6 cùng dẩn dòng ud =uc
– ub= ucb
iT1= 0 , iT2= 0 , iT3= 0 , iT4= 0 , iT5 = iT6= id= Id,
uT1 = uac , uT2 = ubc , uT3 = ubc , uT4 = uba , uT5 = 0 , uT6 = 0
Từ ωt =ν1÷ ωt =ν2 và sau ωt =ν7 hai van T6 và T1 cùng dẩn dòng

ud =ua – ub=

uab
iT1= iT6= id= Id , iT3= 0 , iT4= 0 , iT5 = 0 , iT2= 0
uT1 = 0 , uT2 = ubc , uT3 = uba , uT4 = uba , uT5 = uca , uT6 = 0
Từ ωt =ν2÷ ωt =ν3 hai van T1 và T2 cùng dẩn dòng ud =ua – uc= uac
iT1= iT2= id= Id , iT3= 0 , iT4= 0 , iT5 = iT6= 0
uT1 = 0 , uT2 = 0 , uT3 = uba , uT4 = uca , uT5 = uca , uT6 = uca
Từ ωt =ν3÷ ωt =ν4 hai van T2 và T3 cùng dẩn dòng

ud =ub – uc= ubc

iT1= 0 , iT2= iT3 =id= Id , iT4= 0 , iT5 = 0 , iT6= 0
uT1 = uab , uT2 = 0 , uT3 = 0 , uT4 = uca , uT5 = ucb , uT6 = ucb
Từ ωt =ν4÷ ωt =ν5 hai van T3 và T4 cùng dẩn dòng ud =ub – ua= uba
iT1= 0 , iT2= 0, iT3 = iT4= id= Id , iT5 = 0 , iT6= 0
uT1 = uab , uT2 = uac , uT3 = 0 , uT4 = 0 , uT5 = ucb , uT6 = uab
Từ ωt =ν7 thì sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc giống như từ ωt =ν1

4 . Một số biểu thức tính toán
- Điện áp chỉnh lưu trung bình trên tải

GVHD:TS VÕ QUANG VINH

21

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

Ud =

q π+ α
. ∫ U sinωinωt = Uocosα
2π α m

với q là số đập mạch trong một chu kì của điện áp sau khi chỉnh lưu. Ở đây với sơ
đồ cầu 1 pha thì q = 6.
U0 =

3 6
U2
π

(U2 là điện áp hiệu dụng trên thứ cấp của BA)

- Điện áp thuận và ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:
U T thmax = U Tngmax = 6 U 2

- Dòng điện trung bình và dòng điện trung bình cực đại qua một Thyristor:

ITtb = ITtbmax = Id/3
- Dòng điện hiệu dụng cuộn day sơ cấp và thứ cấp máy biến áp khi tổ dây
nối Y/Y
I2 = IT = Id .
I1 =

2
;
3

Id
2
.
;
k ba 3

Xác định công suất tính toán máy biến áp :
π
S 2 = 3.U 2 .I 2 = U d .I d . 
3
π
S1 = 3.U 1 .I1 = U d .I d . 
3
S ttBA =

(S 2 + S 2 )
π
= S1 = S 2 = U d .I d .  ≈ 1.05.U d .I d
2
3

Đồ thị điện áp chỉnh lưu ,dòng điện các van ,dòng các pha nguồn xoay chiều khi
máy biến áp nối Υ/Υ như trên hình vẽ .

GVHD:TS VÕ QUANG VINH

22

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

u
0

α

νο

ua
ν1

α

ν2 π
α

ub
ν3

α

ν4
α

uc
ν5

2π ν6
α

ud

ϕK(nÐt ®Ëm)

α

ν7

ωτ

ϕA (nÐt ®Ëm)

0

ωτ

iT1
0

Id

iT2
0

iT3
0

iT4
0

iT5
0

iT6
0

iA
0

π

2π

π

2π

π

2π

π

2π

π

2π

π

2π

π

2π

π

2π

π

2π

ωτ
ωτ
ωτ

ωτ

ωτ
ωτ
ωτ

iB
0

iC
0

GVHD:TS VÕ QUANG VINH

H.23
23

Id

ωτ

kba
ωτ

SVTH:PHẠM VĂN TỨ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

* Sơ đồ mạch động lực :

atm

mba

k
t1

t4

r

r

c

t3

t6

r

r

c

t5
r

c

c

t2
r

c

k

c

rh

ck

®
ck®

* Các thiết bị trong sơ đồ:
ATM : là attomat có nhiệm vụ đóng cắt lới cho mạch động lực đồng thời bảo vệ
cho mạch động lực khi gặp sự cố ngắn mạch
BA : Máy biến áp 3 pha , cung cấp điện áp 3 pha phù hợp cho bộ chỉnh l u ngoài
ra nó còn có nhiệm vụ cách ly giữa lới điện và mạch động lực và bảo vệ Ti . Trong
sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha thì cũng không cần sử dụng biến áp nếu nguồn cung cấp
có điện áp phù hợp với yêu cầu sơ đồ và không yêu cầu cách ly giữa mạch động
lực bộ chỉnh lu với nguồn điện xoay chiều .
T1 đến T6 : Các thyristor có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành 1 chiều
Mạch R- C đợc mắc song song với các thyristor để bảo vệ quá áp cho các
GVHD:TS VÕ QUANG VINH

SVTH:PHẠM VĂN TỨ
24


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THHĐC

thyristor .
CK: cuộn kháng
K: tiếp điểm của công tắc tơ.
Rh: điện trở hãm.

CHƯƠNG II
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I. Đặt vấn đề:
Để cho các van của hai bộ biến đổi mở tại những thời điểm mong muốn thì ngoài
điều kiện tại thời điểm đó trên van phải có điện áp thuận thì trên cực điều khiển
phải có một điện áp điều khiển (còn gọi là tín hiệu điều khiển hay xung điều
khiển) .Để có hệ thống các xung điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu mở van
thì ta cần phải có một mạch điện để tạo ra xung điều khiển đó .Mạch điện tạo ra
hệ thống xung điều khiển đó gọi là mạch điều khiển .
Hệ thống tạo xung điều khiển có nhiệm vụ tạo ra
3 kênh điều khiển
Góc điều khiển thay đổi rộng
Thông số xung các kênh phải như nhau
Xung điều khiển phải thoả mản các yêu cầu cơ bản như công suất ,biên độ cũng
như thời gian tồn tại xung để mở chắc chắn các van đối với mọi loại phụ tải
.Thông thường độ dài xung nằm trong khoảng (200÷600)µs là đảm bảo mở chắc
chắn các van .
Hiện nay thường sử dụng 3 hệ thống tạo xung cơ bản sau
Hệ thống điều khiển pha đứng

Hệ thống điều khiển pha ngang
Hệ thống điều khiển dùng điôt 2 cực gốc



Hệ thống điều khiển pha đứng

GVHD:TS VÕ QUANG VINH

25

SVTH:PHẠM VĂN TỨ