Tìm hiểu về WIMAX, nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu trong WIMAX

đề ti thiết kế đồ án môn học
truyền động điện



Ngời thiết kế: lê thành đồng.
Lớp K33IC
Giáo viên hớng dẫn: nguyễn ngọc kiên.
Nội dung đề tài: Thiết kế hệ thống truyền động val động cơ không đảo
chiều, phụ tải M
C
=const với các chỉ tiêu kỹ thuật nh sau:
- Dùng sơ đồ cầu ba pha
- Công suất động cơ: 1,5 kW
- Dải điều chỉnh công suất: 50/1
- Sai lệch tĩnh: S
t
5%.
- số lợng bản vẽ: 3 bản A
0

+Sơ đồ nguyên lý hệ thống
+Giản đồ điện áp
+Đặc tính tĩnh

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2001.
Giáo viên hớng dẫn



Nguyễn ngọc kiên








trờng đại học kỹ thuật công nghiệp
khoa điện
bộ môn tự động hoá xí nghiệp công nghiệp
=====****======







đồ án môn học
truyền động điện

Họ và tên :
lê thành đồng

Lớp : K33IA
Gv hớng dẫn :nguyễn ngọc kiên
Ngày hoàn thành: 10 tháng 8 năm 2001












1
Phần 1
giới thiệu chung

Ngày nay, nền khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng,với sự yêu cầu
ngày càng cao của sản xuất tự động hoá, đơn giản, thuận tiện trong quá trình thao
tác, vận hành và mong muốn giảm đợc sức lao động của ngời sản xuất, và chi phí
ở mức thấp nhất. Nhng yêu cầu về mặt chất lợng sản phẩm không ngừng nâng
cao.

Chính, vì những yêu cầu ấy mà có nhiều hệ thống truyền động đợc đa vào ứng
dụng nh:
- Hệ thống truyền động máy phát động cơ
- Hệ thống truyền động máy điện khuyếch đại động cơ
- Hệ thống truyền động xung áp động cơ
- Hệ thống truyền động chỉnh lu tiristor động cơ
Trong phạm vi đề tài thì ta xét hệ thống truyền động van động cơ


Chơng 1
giới thiệu mạch động lực

Ta thấy, ngành vật liệu mới không ngừng phát triển, đặc biệt là vật liệu bán
dẫn đang đợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành. Với mong muốn tạo ra đợc
những linh kiện có khả năng làm việc với độ chính xác cao nhất, đem lại lợi ích
kinh tế nhất, trong hệ thống truyền động van động cơ bộ biến đổi là các van mạch
chỉnh lu điều khiển có suất điện động E
d
hoàn toàn phụ thuộc vào giá trị của pha
xung điều khiển.
Hơn nữa, bộ chỉnh lu có thể làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc
dòng điện kích t của động cơ. Xong tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà
có thể dùng các sơ đồ chỉnh lu cho phù hợp.Có thể phân biệt theo số pha
- Số pha: 1 pha, 3 pha, 6 pha, 12 pha ...
- Sơ đồ: hình tia, hình cầu...
- Số nhịp:Số xung áp đập mạch trong thời gian một chu kỳ điện áp nguồn
Hơn nữa, bộ chỉnh lu có thể dùng làm nguồn chỉnh điện áp phần ứng hoặc
dòng điện kích từ của động cơ. Xong tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà
có thể dùng các sơ đồ chỉnh lu cho phù hợp. Có thể phân biệt theo số pha.
- Số pha: 1 pha, 3 pha, 6 pha ...

- Sơ đồ : hình tia, hình cầu ...
- Số nhịp : Số xung áp đập mạch trong thời gian một chu kỳ điện áp nguồn.
- Khoảng điều chỉnh: Là vị trí của đặc tính ngoài trên mặt phẳng toạ độ [U
d
,
I
d
]
- Chế độ năng lợng : Chỉnh lu, nghịch lu.
- Tính chất dòng : Liên tục, gián đoạn ...

2
Mà chế độ làm việc của chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và
các tính chất của tải. Trong truyền động điện tải của chỉnh lu thờng là cuộn kích
từ (L - R) hoặc là mạch tần ứng động cơ (L - R - E).
1- Bộ biến đổi và suất điện động của nó.
a- Máy biến áp chỉnh lu (thờng là máy biến áp động lực)
- Dùng để biến điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều phù hợp với
cấp điện áp của động cơ.
- Tạo số pha theo yêu cầu, tạo ra điểm trung tính khi cần thiết.
- Các cuộn dây máy biến áp có tác dụng nh cuộn kháng để hạn chế dòng
ngắn mạch khi bộ biến đổi val làm việc do đó làm tăng tuổi thọ của val,
trong trờng hợp không dùng máy biến áp thì ngời ta chế tạo cuộn kháng
ở đầu vào của máy biến áp.
- Nhờ có máy biến áp mà hệ thống đợc cách ly với lới điện.
b- Các tổ van: Có nhiệm vụ dùng để chỉnh lu dòng xoay chiều thành
dòng một chiều và điểu chỉnh điện áp ra của bộ biến đổi.
c- Cuộn kháng : CK gọi là cuộn kháng lọc dùng để cải thiện hình
dáng dòng điện một chiều bằng phẳng.
2- Phân tích chế độ làm việc hệ truyền động (V - Đ)

Bộ biến đổi val động cơ có thể làm việc ở 3 chế độ:
- chế độ dòng liên tục.
- chế độ dòng gián đoạn.
- chế độ dòng biên liên tục.
Các chế độ làm việc của bộ biến đổi phụ thuộc vào phơng thức điều khiển
và tính chất của tải. Để tìm hiểu truyền động (V- Đ). Ta xet sơ đồ chỉnh lu hình tia
3 pha (hinh a):
Sơ đồ thay thế : ở trạng thái tức thời xây dựng.












Hình b
Hình a

Vì hệ 3 pha đối xứng nên khi nghiên cứu ta tách riêng mỗi pha để nghiên
cứu, từ sơ đồ nguyên lý ta có sơ đồ thay thế (hình b):
+
-
TTT
C BA
Đ

CK
BA
~
e
V
U
v
R
L
E
i

3
e
2
: Suất điện động thứ cấp máy biến áp.
e
2
= E
2m
. sint.
V: Ký hiệu dùng để chỉ chiều dòng điện
U
v
: Sụt áp rơi thuận trên val.(Có thể bỏ qua vì nó rất nhỏ < 2V).
R: Điện trở phần ứng động cơ và điện trở cuộn dây máy biến áp.
L: Điện kháng phần ứng động cơ và điện kháng máy biến áp cộng điện kháng
cuộn lọc.
E: suất điện động của động cơ điện : E= K
Từ sơ đồ thay thế ta viết đợc phơng trình cân bằng điện áp. Giả thiết ta mở

val với góc mở :
áp dụng Kiếchốp 2 ta có:
dt
di
LiREtSinE
m
++=+ )(
02


Giải ra ta đợc: i(t) =
Giả thiết các val dẫn dòng trong khoảng và p : là số lần đập mạch.
Trong đó : p= 2m khi m lẻ và p = m khi m chẵn.
=>








+==

0
02)(
]
22
sin
2
1
.
2
sin[
2
)(
2
EE
p
tdi
p
I
mt

Vậy tuỳ thuộc vào mà bộ biến đổi val có thể làm việc ở các chế độ khác
nhau .
a - Chế độ dòng liên tục : Khi một val nào đó đang dẫn dòng mà dòng điện
qua val đó giảm dần nhng cha giảm về 0 thì val kế tiếp sau đợc mở gọi là chế độ
dòng liên tục (đồ thị dòng và áp hình bên ).
Trong đó ta thấy suất điện động chỉnh lu là những đoạn hình sin nối tiếp
nhau, giá trị trung bình của suất điện động chỉnh lu đợc tính nh sau:


+

==
p
bmmb
EtdtE
P
E





2
2
cos)()sin(
2

Với :
mbm
E
p
p
E
p
2
0
.sin.
)
2
(

=
=

(E
bm
: biên độ lớn nhất suất điện động ra tơng ứng với =0)
E
2m
: suất điện động lớn nhất của thứ cấp máy biến áp.

Sơ đồ thay thế của hệ thống truyền động val khi nó làm việc ở chế độ dòng
liên tục. Đây là chế độ làm việc cơ bản của hệ thống truyền động van động cơ.


4

b - Chế độ dòng gián đoạn :
Đó là hiện tợng khi dòng qua một van nào đó giảm dần về 0, khi dòng bằng
0 thì val kế tiếp sau cha mở. Dẫn đến tồn tại một thời gian dòng qua động cơ bằng
0. vậy bộ biến đổi van động cơ cung cấp xung dòng điện vào phần ứng động cơ.
Lúc này động cơ điện đợc làm việc giống nh đợc đóng cắt vào nguồn điện một
cách xen kẽ dẫn đến :
Tốc độ động cơ không ổn định vì vậy mà trong thực tế ngời ta không sử
dụng .
Nguyên nhân :
- Do tải hoặc dòng điện phần ứng không đủ lớn nó làm cho năng lợng tích

luỹ vào trong điện cảm không đủ lớn.



u
a
u
b
u
c


i
a
i
b
i
c
p


2
=

i

u

t
t

I
E
R
u
E
b
R
b
V

5
- Do điện cảm của mạch không đủ lớn
Khắc phục nguyên nhân trên bằng phơng pháp sau:
- Hạn chế làm việc ở vùng tải nhỏ.
- Tăng điện cảm trong mạch phần ứng lên.
- Tăng số lần đập mạch.
- Dùng điốt D
0
.
Vậy ở chế độ dòng gián đoạn thì tốc độ động cơ trong hệ thống không ổn
định nên ngời ta không dùng chế độ này.

c - Chế độ dòng biên liên tục.
Đó là chế độ dòng qua val nào đó vừa giảm về 0 thì val kế tiếp sau đợc mở.
Kiểu dòng biên liên tục cũng sẽ không tốt cho động cơ vì nó có xung dòng điện. Để
khắc phục chế độ này ta tăng điện kháng trong mạch hoặc tăng số lần đập mạch của
sơ đồ hoặc nối song song điốt D
0
.
3- Đặc tính cơ bản của hệ thống truyền động val động cơ.
Ta xét ở chế độ dòng liên tục:
Ta thấy, dòng điện chỉnh lu chính là dòng phần ứng động cơ điện. Dựa vào
sơ đồ thay thế ta có thể viết đợc phơng trình đặc tính.
Trong đó :
E
b
= E
Bm
. cos(V)
E= k.. (V)
Phơng trình cân bằng suất điện động:

e
2a
e
2b
e
2c


i
a
i
b
i
c
p


2
=

i

u

t
t
R

b
R

E
cb
E

I


6
I
K
RR
K
E
IRKRIE
IRERIE
ubBm
ubBm
ubBm
.
cos
.cos
.cos

+
=
+=
+=



Mặt khác M= K..I => Phơng trình đặc tính cơ của động cơ.

M
K
RR
K
E
ubBm
.
)(
cos
2




+
=

Khi thay đổi góc mở từ ( 0 ữ 180
0
) thì E
b

biến thiên từ (E
Bm
ữ -E
Bm
) và ta
đợc một họ đờng đặc tính song song lằm ở bên phải mặt phẳng toạ độ ( ,I). Do
các val không cho dòng điện phần ừng đổi chiều

















* Nhận xét :
Từ đặc tính cơ của hệ truyền dộng val động cơ ta thấy vùng ngoài đờng
cong elip làm việc ở chế độ dòng liên tục. Vùng phía trong đờng cong Elip và dới
thuộc chế độ dòng gián đoạn có đặc tính cơ cong, dốc suy ra động cơ làm việc kém
ổn định, ta có thể dùng biện pháp tăng điện kháng, tăng số lần đập mạch hoặc mắc
D

o
song song với tải để nhằm hạn chế vùng làm việc gián đoạn này.
Nguyên nhân: Do năng lợng tích luỹ trong động cơ đủ lớn dẫn đến khi dòng
điện giảm không duy trì đợc dòng trên tải. Vì vậy không nên cho động cơ làm việc
ở chế độ non tải hoặc không tải, những điểm làm viềc thuộc cung Elip thì bộ biến
đổi làm việc ở chế độ biên liên tục.
0

I (M)
/2
Giới hạn

max
Biên liên tục

= 0
TN

7
Phân tích chế độ làm việc trên của bộ biến đổi khi điều chỉnh
+ Để cho động cơ quay thuận : Ta mở val với góc mở < 90
0
bộ biến đổi
làm việc ở chế độ chỉnh lu suất điện động E
b
= E
bm
.cos > 0, nó cung cấp năng
lợng cho động cơ dẫn đến máy điện làm việc ở chế độ động cơ ta có sơ đồ thay thế

ub
Bm
RR
EE
I
+

=

cos








Vậy đây là chế độ làm việc cơ bản của hệ thống truyền động val động cơ. Ta
có thể điều chỉnh vô cấp bằng cách thay đổi .
+ Khi động cơ quay thuận ta điều khiển > 90
0
thì suất điện động :
E
b
= E
Bm
cos < 0.

Dẫn đến bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lu.
Sơ đồ thay thế :Do val V không cho dòng qua theo chiều ngợc => I = 0 và
động cơ làm việc ở chế độ hăm tự do. Đối với tải là thế năng khi E
b
< 0 => I = 0 =
0 => E < 0 . Cho đến khi | E | > | E
b
| thì xuất hiện dòng điện, đây chính là dòng
điện hãm

)(A
RR
EE
I
ub
b
h
+

=
=> Hãm tái sinh.
Sơ đồ thay thế :

I
E
R
u
E
b
>0
R
b
V
M

I=0
E
R
u
E
b
<0
R
b
V
I
E
R
u

E
b
<0
R
b

V
M

|E| > |E
b
|

8

Hãm tái sinh
Khi động cơ đang làm việc bình thờng : Ta điều chỉnh góc mở = 90
0
=>
E
b
=0 => M = 0 => hãm tự do .
Nếu hệ thống làm việc với tải thế năng => < 0 => E < 0 => Trong động cơ
có dòng điện hãm I
h
khác 0 => động cơ làm việc ở chế độ hãm động năng.

4-
Đánh giá các u nhợc điểm của phơng án
.
* Ưu điểm : Hệ thống truyền động van động cơ đơn giản, tác động nhanh,
không gây ồn, dễ tự động hoá do các val bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất cao
thích hợp với hệ truyền động có công suất trung bình và lớn, thuận tiện cho việc
thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh
và đặc tính động của hệ thống.
* Nhợc điểm: các val có tính phi tuyến, dạng điện áp chỉnh lu ra có biên
độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ trong mạch điện và ở các truyền động có công
suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lới xoay chiều. Hệ số công suất
cos của hệ thống nói chung là thấp.


Chơng 2

Giới thiệu mạch điều khiển

Nh ta đã biết, để các val của bộ chỉnh lu có thể mở tại thời điểm mong
muốn, thì ngoài điều khiển tại thời điểm đó trên val phải có điện áp thuận thì trên
điện cực điều khiển và Catốt của val phải có một điện áp điều khiển (gọi là tín hiệu

điều khiển). Để có hệ thống tín hiệu điều khiển suất hiện đúng theo yêu cầu mở val
đã nêu ngời ta phải sử dụng một mạch điện tạo ra tín hiệu đó. Mạch điện tạo ra tín
hiệu điều khiển gọi là mạch điều khiển hay còn gọi là hệ thống điều khiển bộ chỉnh
lu. Điện áp điều khiển các Tiristo phải đáp ứng các yêu cầu thiết kế về công suất,
biên độ cũng nh thời gian tồn tại. Các thông số cần thiết của tín hiệu điều khiển
đợc cho sẵn. Do đặc điểm của Tiristo là khi val đã mở thì còn tín hiệu điều khiển
I
E
R
u
R
b

V
M

E
R
u
R
b
V
Hãm động năng Hãm tự do

9
nữa hay không, không ảnh hởng đến dòng qua val. Vì vậy, để hạn chế công suất
của mạch phát tín hiệu điều khiển và giảm tổn thất trên vùng điện cực điều khiển
ngời ta thờng tạo ra các tín hiệu điều khiển Tiristo có dạng xung, do đó mạch
điều khiển còn gọi là mạch phát xung điều khiển. Các xung điều khiển đợc tính
toán về độ dài xung sao cho đủ thời gian cần thiết (với độ dự trữ nhất định) để mở

val với một phụ tải có thể có khi sơ đồ làm việc. Thông thờng độ dài xung nằm
trong giới hạn 200 => 600 s.
Các hệ thống phát xung điều khiển bộ chỉnh lu hiện nay sử dụng có thể
phân thành 2 nhóm :
- Nhóm các hệ thống điều khiển đồng bộ : Đây là nhóm các hệ thống điều
khiển mà các xung điều khiển xuất hiện trên điện cực của Tiristo đúng thời điểm
cần mở val và lặp đi lặp lại mang tính chu kỳ, thờng gần bằng chu kỳ nguồn xoay
chiều. Hệ thống này đợc sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.
- Nhóm các hệ thống điều khiển không đồng bộ: Các hệ thống điều khiển
thuộc nhóm này tạo ra các xung điều khiển không tuân theo giá trị góc điều khiển.
Vậy ta chỉ xét đến nhóm hệ thống điều khiển đồng bộ. Mà ở đây là điều khiển
chỉnh lu theo nguyên tắc khống chế pha đứng:
1- Sơ đồ khối:







Gồm 3 khối:
+ Khối1 : Khối đồng bộ hoá và phát điện áp răng ca.
+ Khối 2 : Khối so sánh.
Trong đó :
- U
1
là điện áp lới ( nguồn) xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lu.
- U
nc
là điện áp tựa thờng có rạng hình răng ca lấy từ đầu khối ra ĐBH-

FSRC.
- U
đk
là điện áp điều khiển, đây là điện áp một chiều đợc đa từ ngoài vào
dùng để điều khiển giá trị góc .
- U
đkt
là điện áp điều khiển Tiristo là chuỗi các xung điều khiển lấy từ đầu
ra hệ thống điều khiẻn (cũng là đầu ra của khối tạo xung) và đợc truyền
trên điện cực điều khiển (G) và katốt (K) của các Tiristo.
Nguyên lý cơ bản của hệ thống điều khiển theo nguyên tắc pha đứng, có thể
đợc tóm tắt nh sau: Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch động lực bộ chỉnh lu
đợc đa đến mạch đồng bộ hoá của khối 1 và trên đầu ra của mach đồng bộ ta có
điện áp thờng có dạng hình sin với tần số bằng tần số nguồn cung cấp cho sơ đồ
chỉnh lu và trùng pha hoặc lệch pha 1 góc xác định so với điện áp nguồn , điện áp
này đợc gọi là điện áp đồng bộ và ký hiệu U
đb
. Các điện áp đồng bộ đợc đa vào
ĐBH
FSRC
SS TX
c
d
e
U
1
U
đk
U
nc

U
đk

10
mạch phát điện áp răng ca để khống chế sự làm việc của mạch này, kết quả là đầu
ra của mạch phát điện áp răng ca ta có hệ thống điện áp dạng hình răng ca đồng
bộ về tần số và góc pha với các điện áp đồng bộ. Các điện áp này gọi là điện áp
răng ca U
rc
. Các điện áp răng ca đợc đa vào đầu vào khối so sánh và ở đó còn
có một tín hiệu điện áp khác nữa là điện áp điều khiển 1 chiều điều chỉnh đợc và
đợc đa từ ngoài vào, hai tín hiệu này đợc mắc với cực tính sao cho tác động của
chúng nén mạch và khối so sánh là ngợc chiều nhau. Khối so sánh làm nhiệm vụ
so sánh hai tín hiệu này và tại những thời điểm hai tín hiệu này có giá trị tuyệt đối
bằng nhau thì đầu ra khối so sánh sẽ thay đổi trạng thái. Nh vậy, khối so sánh là
một mạch điện hoạt động theo nguyên tắc biến đổi tơng tự số do tín hiệu ra của
mạch so sánh là dạng tín hiệu số nên chỉ có 2 giá trị có hoặc không. tín hiệu trên
đầu ra khối so sánh là các xung xuất hiện với chu kỳ bằng chu kỳ của U
rc
. Nếu thời
điểm bắt đầu xuất hiện của môt xung nằm trong vùng sờn xung nào của U
rc
đợc
sử dụng, điều đó có nghĩa là tại thới điểm |U
rc
| = |U
đk
| ở phần sờn sử dụng trong
một chu kỳ của điện áp răng ca thì trên đầu ra của khối so sánh sẽ bắt đầu xuất
hiẹn một xung điện áp. Từ đó ta thấy có thể thay đổi thời điểm xuất hiện xung đầu

ra khối so sánh bằng cách thay đồi giá trị của U
đk
khi giữ nguyên U
rc
. Trong một
số trờng hợp thì xung ra từ khối so sánh đợc đa đến cựa điều khiển của Tiristo,
nhng trong đa số các trờng hợp thì tín hiệu ra khối so sánh cha đủ các yêu cầu
cần thiết đối với tín hiệu điều khiển Tiristo. Để cod tín hiệu đủ yêu cầu ngời ta
thực hiện khuếch đại thay đổi hình dáng của xung. Các nhiệm vụ này đợc thực
hiện bởi một mạch gọ là mạch tạo xung.
Trong sơ đồ chỉnh lu cầu hoặc sơ đồ hình tia nhiều pha ta có nhiều Tiristo
để tạo ra tín hiêu điều khiển cho nhiều val trong hệ thống điều khiển có 2 phơng
pháp.
- Sử dụng nhiều mạch phát xung giống hệt nhau, trong mỗi mạch đều có
các khối giống nhau và chúng chỉ khác nhau tín hiệu điện áp lới (khác
pha) đặt vào mạch đồng bộ. Mỗi mạch phát xung đợc dùng để tạo xung
điều khiển cho một val hoặc một số val mắc nối tiếp hoặc song song.
mạch điều khiển loại này gọi là mạch nhiều kênh phát xung cho một val
gọi là một kênh điều khiển.
- Ngời ta sử dụng chung một mạch đồng bộ, một mạch tạo điện áp răng
ca, một khối so sánh. Nh vậy xung đầu ra của khối so sánh thờng có
tần số gấp n lần tần số nguồn (n=q) lúc đó để có n (hay q) kênh xung khác
nhau có tần số bằng tần số nguồn thì trong khối tạo xung phải có thêm
một mạch điện làm nhiệm vụ phân chia xung đièu khiển loại này gọi là
mạch điều khiển một kênh.

11

12

13

14

Phần 2
thiết kế sơ đồ nguyên lý hệ thống

Sơ đồ khối của toàn hệ thống :











Chơng 1

: Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch động lực

Sơ đồ khối của mạch động lực












I- Chọn động cơ chấp hành của hệ thống
.
A-Động cơ xoay chiều
1-Động cơ không đồng bộ.
Ta thấy, xu thế sử dụng rộng dãi loại động cơ này trong hầu hết các lĩnh vực.
Do cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động cơ rôto lồng sóc, dùng trực tiếp lới điện xoay
chiều mà không cần sử dụng đến bộ biến đổi. Mặt khác giá thành hạ, vận hành tin
cậy, chắc chắn.
Nhng việc điều chỉnh tốc độ, khống chế quá trình là rất khó khăn do mômen
mở máy nhỏ, dòng lớn và tốc độ rất khó ổn định đặc biệt là trờng hợp tải M
c
phản
kháng.
Nh vậy, loại động cơ này là không phù hợp với yêu cầu của đề tài.
2-Động cơ đồng bộ.

Ưu điểm nổi bật của động cơ này là có đặc tính cơ tuyệt đối cứng, nh vậy về
phơng diện nào đó có thể kết luận đợc nó đáp ứng tốt về yêu cầu công nghệ.
Mạch
Điều khiển
Mạch
Động lực
Đại lợng ra cần thiết là
tốc độ () n
BBĐ
Động cơ
chấp hành
Khâu ổn định
tốc độ
Nhng, việc chế tạo rất phức tạp, gặp nhiều khó khăn, thờng chế tạo máy có
công suất trung bình và lớn, giá thành cao. Đặc biệt là quá trình điều chỉnh tốc độ là
rất khó khăn, luôn luôn cần có bộ biến tần đi kèm.
Nh vậy, loại động cơ này có yêu cầu cao về chỉ tiêu kỹ thuật, công nghệ
cũng nh về chỉ tiêu kinh tế nên không phù hợp với yêu cầu của đề tài.
B- Động cơ một chiều .
1- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp.






0
Sơ đồ nguyên lý

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 I

biến đổi thì từ thông cũng biến đổi sẽ gây ra hiện tợng từ d
(tổn thất phụ) lớn.

d
= (2 ữ 10).
đm

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 cứnglại 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 hởng rất lớn của điện áp lới. 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 đợc điều này là rất khó khăn.
Do vậy, động cơ này không phù hợp với yêu cầu.
2-Xét động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Cuộn kích từ hoàn toàn độc lập với phần ứng động cơ và cần phải có 2 nguồn,
nguồn cung cấp cho phần ứng động cơ và nguồn cung cấp cho mạch kích từ.
Ta có phơng trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập là :

(*).
)(
2
M
K
RR
K
U

fu
u

+


=


Giả thiểt rằng phản ứng phần ứng đợc bù đủ = const thì đờng đặc tính cơ
có dạng tuyến tính.
Ta xét các thông số ảnh hởng đến đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ
độc lậ.
a- ảnh hởng của điện trở phần ứng
.
Xuất phát từ phơng trình đặc tính cơ ở trên ta thấy:
Giả thiết U

= U
đm
= const và =
đm
= const

_
+
CKT
M

N. Tạo

TN
Đặc tính cơ










Sơ đồ nguyên lý Đặc tính cơ
M
K
RR
K
U
fu
u
.
)(
2

+


=

.
Ta thay đổi R

tức là đa R
f
ào mạch phần ứng của động cơ với trờng hợp
này thì :
const
K
U
dm
dm
=

=
0


Nhng độ cứng đặc tính cơ lại thay đổi theo biều thức

fu
dm
RR
KM
+

=


=

2
)(




Nh vậy , R
f
càng lớn thì đặc tính càng dốc. và ứng với một phụ tải nào đó thì
R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm đồng thời dòng điện ngẵn mạch và mômen
ngắn mạch cũng giảm theo.












Thay đổi điện áp phần ứng Thay đổi điện trở phụ
R
f3

R

f2
R
f1
R
f
= 0
M

M
c
0




0
0
M,I
M
c

03

02

01

+
I

I
kt
R
kt
-+
R
f
CKT
U
-
M

M
nm



0

đm
M
đm
Nên sự ảnh hởng của thông số này thờng đợc ứng dụng để hạn chế dòng
điện và điều chỉnh tốc độ thấp hơn tốc độ định mức <
đm
.
b- ảnh hởng của điện áp phần ứng
.
Từ phơng trình đặc tính cơ :

M
K
RR
K
U
fu
u
.
)(
2

+


=


Giả thiết =
đm
= const và R

= const ( R
f
= 0 ). Khi đó

=
K
U
u

sẽ thay
đổi nếu U

thay đổi và độ cứng:

const
RR
KM
fu
dm
=
+

=


=
2
)(



Ta dùng phơng pháp này để hạn chế dòng điện khi mở máy và điều chỉnh
tốc độ động cơ dới định mức <
dm
.
c- ảnh hởng của từ thông
.
M
K

RR
K
U
fu
u
.
)(
2

+


=


Giả thiết U

= const , R

= const và = var thì ta có :

var
)(
var
2
0
=

=
=

u
dm
R
K
K
U



Do cấu tạo của động cơ điện, nên thờng điều chỉnh <
đm
. Nên khi
giảm thì ta có
0
tăng lên còn độ cứng đặc tính cơ giảm dần .



Đặc tính cơ khi giảm từ thông









0

M
nm
M

M
2
M
1

1

đm

2

0

01

02


II- Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều và chọn
phơng pháp điều chỉnh tốc độ cho hệ thống
.
Trớc hết, ta thấyđợc về phơng diện điều chỉnh tốc độ thì động cơ 1 chiều
có nhiều u việt hơn so với các loại động cơ khác. Nó không những có khả năng
điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản
hơn đồng thời lại đạt hất lợng điều chỉnh cao , trong giải điều chỉnh tốc độ rộng.
Thực tế có 3 phơng pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ:

1-Đa R
f
và mạch phần ứng động cơ.
2-Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ.
3-Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
Nhng thực tế có phơng pháp 2 và 3 đợc coi là hai phơng pháp cơ bản và
đợc ứng dụng nhiều hơn.
A- Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ.
Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ 1 chiều cần các thiết bị là
nguồn điện 1 chiều nh máy phát , bộ biến đổi... Với bộ biến đổi biến điện áp xoay
chiều thành suất điện động E
b
là một chiều, muốn điều chỉnh đợc phải nhờ vào
U
đk
.
Ta có sơ đồ :









Từ sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập ta có :
E
b
- E

= I

(R
b
+ R
đ
)
Mà : E

= .k.
đm
.
=> E
b
- I

(R
b
+ R
đ
) = .k.
đm
)(
.
0



M

U
I
k
RR
k
E
dk
u
dm
udb
dm
b
=

+


=

Do từ thông của động cơ đợc giữ không đổi nên ta có độ cứng đặc tính cơ
(đặc tính cơ điện) = const. Xong tốc độ không tải lý tởng phụ thuộc vào U
đk
. Do
đó ta chọn phơng pháp điều chỉnh này là hợp lý.
U
đk
+
CKĐ

-

I R
b
R

E

E
b
E
b
CK

BBĐ
U
Sơ đồ khối Sơ đồ thay thế
Mặt khác, để xác định giải điều chỉnh ta có thể thấy rằng
max
bị chặn bởi
đặc tính cơ tự nhiên và
min
bị giới hạn bởi yêu cầu của sai số tốc độ và M
nm
khi
M
c
=M
đm
thì :

dm
dm
M
M
=
=
min0min
max0max

Để thoả mãn dợc khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của giải điều chỉnh
phải có M
nm
là :
M
nmmin
= M
cmax
= K
m
.M
đm

Trong đó :
Dải điều chỉnh :
1
1

))(1(
)1(
1
)(
.max0
max
minmin


=


=
==
m
dm
dm
m
dm
o
m
dm
dmnm
k
M
M
k
M
D
k

M
MM








Nhng với một hệ thống cơ cấu máy cụ thể thì
max
, M
đm
, k
m
là hoàn toàn
xác định, do đó mà D chỉ phụ thuộc tuyến tính vào . Mặt khác, quá trình điều
chỉnh điện áp vào phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì tổng trở
mạch phần ứng gấp khoảng 2 lần điện trở mạch phần ứng động cơ.
Do đó :
10
max0

dm
M


Vì vậy với tải có đặc tính mômen cản M
c

= const thì phạm vi điều chỉnh tốc
độ cũng không vợt quá 10.
Đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác duy trì tốc
độ, thì việc sử dụng các hệ thống hở nh trên là không thoả mãn yêu cầu. Trong
phạm vi phụ tải cho phép có thể có các đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ
độc lập là tuyến tính. Trong quá trình điều chỉnh điện áp, độ cứng của đặc tính =
const. Do đó,sai lệch tĩnh sẽ đạt giá trị cực đại ở đặc tính cơ thấp nhất hay nói khác
ở đặc tính này mà St
min
[St] thì hệ luôn làm việc với S
t
[S
t
] trong toàn bộ giải
điều chỉnh.

[]
][
.
min0
min0min0
min
min0
minmin0
min
t
dm
tt
S
M

SS
=


=

=

=








Mà [S
t
] , M
đm
,
0min
là hoàn toàn xác định.

Ta xác định đợc giá trị xác định của sao cho nó thoả mãn sai số nhỏ hơn
giá trị của sai lệch tĩnh cho phép.
[M
c
] = k
đm
I
đm
= M
đm
= const
Phạm vi điều chỉnh tốc độ ( và M) thuộc phần gạch chéo trong hình chữ
nhật trên.
Tổn hao trong mạch phần ứng :
I

E
b
= [E

+ I

(R
b
+ R
đ
)].I



***
*
2
)(
)(
RM
k
MR
RIE
E
RIEI
EI
dm
uu
b
uuu
bu
+
=

+
=
+
=
+
=







Khi làm việc ở chế độ xác lập, ta có mômen do động cơ sinh ra đúng bằng
mômen tải trên trục M
*
= M
c
*
.
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là hoàn toàn phù hợp
với yêu cầu M
c
= const. Trong toàn giải điều chỉnh và ta cũng thấy đợc không nên

0
M,I

M

nmmin
M
đm

min

0min

max

0max

Đặc tính cơ
0
M

M
đm

0đm
Phạm vi điều chỉnh
nối thêm R
f
vào phần ứng động cơ vì nó sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của cả hệ
thống.
Hơn nữa phơng pháp này có thể điều chỉnh vô cấp một cách dễ dàng mà ít
tốn thất hơn có khả năng tự động hoá dễ dàng hơn.
B- Nguyên lý điều chỉnh từ thông động cơ.
Ta có M = KI

nên ta điều chỉnh từ thông kích thích
kt
chính là điều chỉnh
mômen điện từ của động cơ. Hơn nữa, E

= K nên khi đó cũng chính là điều
chỉnh E

.
Ta thấy rằng mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến nên hệ điều chỉnh
từ thông cũng là hệ phi tuyến:

dt
d
rr
e
i
k
kb
k
k

+
+
=


Trong đó : r
k
: là điện trở dây quấn kích thích.

r
b
: là điện trở của nguồn điện áp kích thích.

k:
:là số vòng của dây quấn kích thích.
Trong chế độ xác lập ta có :
kb
k
k
rr
e
i
+
=
; = f(i
k
)
Mặt khác , khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng U

đợc giữ
nguyên bằng giá trị định mức. Do đó, đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ
thông là đặc tính có điện áp phần ứng U

= U
đm
và có =
đm
gọi là đặc tính cơ tự
nhiên. Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển

mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc độ thì đồng thời đảm bảo điều
kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi. Mà để đảm bảo điều kiện chuyển
mạch bình thờng thì cần giảm dòng phần ứng I

, nhng khi đó mômen trên trục
động cơ giảm rất nhanh: M = KI

.
Ngay cả khi giữ nguyên I

thì độ cứng đặc tính cơ cũng bị giảm nhanh khi giảm
từ thông kích từ:
u
R
K
2
)(
=

00
M
nm
M

M
2
M
1
I

I
nm

đm

1

đm

2

0

01

02

0

01

02


1

2

đm
>
1
>
2
Đặc tính cơ

Đặc tính cơ điện


đm
>
1
>
2