Thiết kế hệ thống truyền động Van- Động cơ một chiều không đảo chiều quay

Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
1 SVTK: Trần Minh Công
Lời nói đầu
Trong công cuộc công nghiệp hoá v hiện đại hoá hiện nay, ngnh tự động
hoá đóng một vai trò hết sức quan trọng. Ngy nay, với sự phát triển mạnh mẽ
của khoa học, đặc biệt l ngnh điện tử công suất. Với việc phát minh ra các linh
kiện bán dẫn đã v đang ngy cng đáp ứng đợc các yêu cầu của các hệ thống
truyền động. Ưu điểm của việc sử dụng các linh kiện bán dẫn m lm cho hệ
thống trở nên gọn nhẹ hơn, giá thnh thấp hơn v có độ chính xác tác động cao
hơn. Với nhu cầu sản suất v tiêu dùng nh hiện nay, thì việc tự động hoá cho xí
nghiệp trong đó sử dụng các linh kiện gọn nhẹ l một nhu cầu hết sức cấp thiết.
Để áp dụng lý thuyết với thực tế trong học kỳ ny chúng em đợc giao đồ án
môn học tổng hợp hệ điện cơ với yêu cầu Thiết kế hệ thống truyền động Van -
Động cơ một chiều không đảo chiều quay.
Với sự nỗ lực của bản thân v sự giúp đỡ tận tình của cô giáo hớng dẫn:
Nguyễn Thị Mai Hơng v các thầy cô giáo trong bộ môn, đến nay đồ án của
em đã đợc hon thnh.
Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các ti 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 hon thiện
hơn. Em xin chân thnh cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt l cô
Nguyễn Thị Mai Hơng đã tận tình giúp đỡ em để bản thiết kế hon thnh đúng
thời hạn.


Sinh viên thiết kế


Trần Minh Công

ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
2 SVTK: TrÇn Minh C«ng
PhÇn I
Ph©n tÝch lùa chän ph−¬ng ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
I. Đặt vấn đề :
Trong sản xuất giá trị, chất lượng và năng suất của sản phẩm phụ thuộc vào
rất nhiều yếu tố. Một trong những yếu tố đó là dây truyền sản xuất, dây truyền
càng hiện đại thì hệ thống càng phức tạp. Bất kỳ một dây truyền sản xuất nào
cũng có các bộ phận truyền động, nó có thể
được tạo ra từ sự phối hợp nhiều
thiết bị khác nhau. Ứng với mỗi một công nghệ yêu cầu có thể đưa ra rất nhiều
phương án truyền động khác nhau. Vì vậy vấn đề đặt ra phải phân tích và lựa
chọn một phương án tối ưu nhất. Một phương án truyền động được gọi là tối ưu
khi sử dụng hợp lý các thiết bị và khai thác tối đ
a khả năng của chúng đáp ứng
được các yêu cầu kỹ thuật ở quá trình xác lập và quá trình quá độ đồng thời phải
đáp ứng được chỉ tiêu về kinh tế (chi phí đầu tư, chất lượng và năng suất sản
phẩm…). Hiện nay hầu hết các công nghệ đều sử dụng các động cơ điện làm
truyền động.
I.1. Chọn động cơ điện
Động cơ
là một phần tử rất quan trọng trong dây truyền truyền sản xuất,
thường xuyên phải làm việc với nhiều trạng thái như là khởi động (quá trình quá
độ), trạng thái quá tải, trạng thái hãm. Hiện nay chia ra làm hai loại động cơ
chính là :
+ Động cơ điện xoay chiều .
+ Động cơ điện 1 chiều .
I.1.1. Động cơ điện xoay chiều
I. Động cơ không đồng bộ
Động cơ không

đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công
suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác. Sở
dĩ như vậy : là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vật
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
3 SVTK: Trần Minh Công
U ~
Đ
Đ
U ~
M
th
M
mm
M
th

0


=
f(
M
)
0
hnh an ton, s dng ngun cp trc tip t li in xoay chiu 3 pha, v v
kinh t giỏ thnh nh hn so vi ng c mt chiu. ng c khụng ng b cú
hai loi chớnh l ng c rụto lng súc v ng c rụ to dõy cun.
(hỡnh 1).
1. S nguyờn lý
Phng trỡnh c tớnh c:

+








+
=
2
nm
2
'
2
11
'
2
2
f
X

s
R
r.s.
R.U3
M

Trong ú :
U
f
: in ỏp pha t vo stato ca ng c
X
nm
: in khỏng ngn mch (X
nm
=X
1
+X
2
)
r
1
,X
1
: in tr v in khỏng mch rụ to .
R
2

,X

2

: in tr v in khỏng rụ to ó quy i v phớa stato.

1
: Tc khụng ng b
P
f2

1
1
=

s :l h s trt
1
1


s

=

: l tc lm vic ca ng c

Hỡnh 1.1:S nguyờn lý v c tớnh c C khụng ng b
Thụng thng ta hay sột phng trỡnh c tớnh c nh hỡnh 1 cú giỏ tr s
th
v
M
th
xỏc nh nh sau:
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
4 SVTK: TrÇn Minh C«ng
ω
3
ω
2
f1
f2
f3
M
th
M
mm
M
th
ω
0
ω
ω
ω =
f(
M
)

0
th
th
th
thth
S.a2
S
S
S
S
)S.a(1M2
M
++
+
=

2
mm
2
1
'
2
th
Xr
R
S
+
=

Trong đó :

'
2
1
R
r
a =

- Độ cứng đặc tính cơ
th1
th
S.ω
M
β −=

2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
a. Phương pháp điều chỉnh tần số nguồn (f
1
)
Với sự ra đời của các bộ biến tần kiểu mới có thể thay đổi tần số điện áp ra 3
pha rất linh hoạt nên hiện nay nhiều công nghệ đã sử dụng phương pháp này để
điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động. Điều này được thực hiện trên nguyên tắc
sau : từ công thức
P
πf2
ω
1
1
−=
vầ
1nm

22
th
fπL8
UP3
M −=

ta thấy khi thay đổi tần số sẽ làm tốc độ từ trường quay thay đổi và mô men
động cơ cũng thay đổi .
Nều f
1
> f
đm
thì tốc độ không đồng bộ tăng còn M
th
giảm khi giữ nguyên điện áp
không đổi .
Nếu f
1
<f
đm
thì tốc độ không đồng bộ giảm còn M
th
tăng nhanh vì M
th
˜f
1
khi
giữ nguyên điện áp không đổi .
Đặc tính cơ thay đổi tần số (hình1. 2)

Hình 1.2 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
5 SVTK: TrÇn Minh C«ng
0
ω =
f(
M
)
ω
ω
0
ω
th
M
M
th
M
dm
U
U
1
2
U
mm

Nhận xét :
Phương pháp điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số khi giữ nguyên điện áp phần ứng
khi điều chỉnh giảm tần số sẽ làm cho mô men khởi động lớn và dòng điện rất
lớn sẽ làm hỏng động cơ khi khởi động vì vậy khi điều chỉnh tần số không
được giữ nguyên điện áp mà phải thay đổi theo một quy luậ
t nhất định. Thật vậy
ta có U
1
=4,44w
1.
K
dq1
.f
1
.Φ =C.f
1
.Φ
Khi điều chỉnh tần số phải giữ cho Φ =const nên sự thay đổi điện áp theo tần số
theo quy luật sau:
=
1
1
f
U
const.
Khi điều chỉnh tốc độ theo phương pháp này cần phải có bộ biến tần do đó làm
tăng giá thành đầu tư công nghệ.
b. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng
)Xr.(rω2
U3

M
2
nm
2
111
1
2
f
th
++
=

2
mm
2
1
'
2
th
Xr
R
S
+
=
=const

khi điện áp lưới suy giảm mô men tới hạn giảm nhanh M
th
˜U
2

còn hệ số trượt
tới han không đổi .
Đặc tính cơ thay đổi điện áp (hình 1.3)







Hình 1.3 Đặc tính cơ không đồng bộ khi thay đổi điện áp
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
6 SVTK: TrÇn Minh C«ng
0
ω =
f(
M
)
ω
ω
0
ω
th
M
mm
M
th
M
p=1
p=2

Nhận xét :
Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không đồng bộ thường có hệ số trượt tới hạn
nhỏ nên không thực hiện điều chỉnh cho động cơ rô to lồng sóc. Còn khi thực
hiện cho động cơ rô to dây quấn cần nối thêm điện trở phụ vào mạch rô to để mở
rộng dải điều chỉnh tốc độ và mô men.
- Đối với phương pháp này c
ần phải thiết kế thêm bộ biến đổi điện áp xoay
chiều thành xoay chiều .
- Khi điện áp đặt vào phần ứng động cơ giảm M
th
giảm trong khi đó giữ nguyên
f
1
=const khi giảm điện áp thì độ cứng β giảm nên độ sụt tốc độ lớn làm tốc độ
động cơ không ổn định khi tăng tải đột ngột đồng thời mô men khởi động và mô
men tới hạn giảm dẫn đến trường hợp không thể khởi động được.
- Phương pháp này có thể được ứng dụng cho các động cơ có công suất lớn khi
yêu cầu dòng điệ
n khởi động nhỏ.
c. Phương pháp thay đổi số đôi cực .(P)
Ta có công thức :
P
f2
1
1
π
=ω
=var và
nm
'

2
th
X
R
S =
const
Vì đối với các công suất lớn thì r <<X nên có
nm
'
2
th
X
R
S =
=const do đó độ cứng
đặc tính cơ β không đổi .
Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực (hình 1.4)








Hình 1.4 .Đặc tính cơ Khi thay đổi số đôi cực P
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
7 SVTK: TrÇn Minh C«ng
0
ω =

f(
M
)
ω
ω
0
ω
th
M
mm
M
th
M
f
R = 0
R
f1
f2
R
§
f1
R
R
f2
Nhận xét :
- Phương pháp này thay đổi số đôi cực bằng cách thay đổi cách đấu dây stato
của động cơ do đó sẽ làm thay đổi một số thông số của động cơ như U
f1
,r
1

,X
1

… làm cho M
th
động cơ thay đổi vì vậy nó thường dùng cho động cơ rô to lồng
sóc -Số cấp tốc độ điều chỉnh theo phương pháp này nhỏ thông thường chỉ chế
tạo hai cấp do đó không thể điều chỉnh trơn tạo ra rung giật khi điều chỉnh tốc
độ.
d.Phương pháp đưa điện trở phụ vào mạch rô to (đối với động cơ rô to dâyquấn)
)Xr.(rω2
U3
M
2
nm
2
111
1
2
f
th
++
=
=const
2
mm
2
1
'
2

th
Xr
R
S
+
=
=var
th1
th
S.ω
M
β −=
=var

khi đưa điện trở vào mạch rô to thì mô men tới hạn không thay đổi còn hệ số
trượt tăng và độ cứng đặc tính cơ β giảm .
Đặc tính cơ điều chỉnh (hình 1.5)








Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý, đặc tính cơ ĐCKĐB rô to dây quấn có R
f
Nhận xét:
- Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ không đồng bộ rô to dây quấn
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

8 SVTK: TrÇn Minh C«ng
0
ω =
f(
M
)
ω
ω
0
ω
th
M
mm
M
th
M
f
R
X
f
- Khi đưa điện trở phụ vào mạch rô to động cơ thì dòng điện và mô men khởi
động giảm và có thể điều chỉnh nhiều cấp tốc độ nhưng vẫn là điều chỉnh có cấp
- Điều chỉnh theo phương pháp này còn có thêm tổn hao công suất trên các điện
trở phụ.
- Dải điều chỉnh phụ thuộc vào mô men tải.Mô men tải càng nhỏ thì dải điề
u
chỉnh càng hẹp.
e. Phương pháp đưa R
f
và X

f
vào mạch stato (Đối với động cơ rô to lồng sóc )
Từ các công thức:
)Xr.(rω2
U3
M
2
nm
2
111
1
2
f
th
++
=
=const
2
mm
2
1
'
2
th
Xr
R
S
+
=
=var

th1
th
S.ω
M
β −=

Khi đưa điện trở phụ và điện kháng phụ vào mạch stato động cơ ta thấy Độ cứng
đặc tính cơ giảm ,M
th
và S
th
đều giảm .
Đặc tính cơ (Hình 1.6)









Hình 1.6 Đặc tính cơ động cơ rô to lồng sóc khi đưa R
f
và X
f
vào mạch stato
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
9 SVTK: TrÇn Minh C«ng
U ~

§
M
max
®m
M
0
ω
ω
M
0
Nhận xét :
- Phương pháp này áp dụng cho động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc có công
xuất trung bình và lớn khi yêu cầu cần giảm dòng điện khở động tuy nhiên sẽ
kéo theo mô men khởi động cũng nhỏ .
- Khi cần tạo ra đặc tính cơ có mô men khởi động là M
nm
thì đặc tính cơ khi đưa
X
f
vào cứng hơn khi đưa R
f
.Điều này chứng tỏ tổn hao năng lượng khi đưa điện
trở vào mạch stato là lớn .
2. Động cơ đồng bộ
Động cơ đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong những truyền động công suất
trung bình và lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao .Động cơ đồng bộ thường dùng
cho máy bơm quạt gió ,hệ truyền động trong nhà máy luyện kim và cũng thường
dùng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát -Động cơ công suất lớn.
- Động cơ đồng bộ có độ ổn định tốc độ cao hệ số cosφ và hiệu suất lớn ,vận
hành tin cậy.

a. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ (hình 1.7)








Hình 1.7 .sơ đồ nguyên lý và đặc tính sơ đồng bộ
Nhận xét :
Khi đóng stato của động cơ đồng b
ộ vào lưới điện xoay chiều có tần số f
1
=const
động cơ sẽ làm việc với tốc độ đồng bộ
P
f2
1
1
π
=ω
không phụ thuộc vào tính chất
của tải .
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
10 SVTK: Trần Minh Công
- Trong phm vi mụ men cho phộp M<M
max
thỡ c tớnh c tuyt i cng
=

cũn khi M >M
max
thỡ ng c s b mt ng b.
- ng c ny l vic ng c tc gp khú khn do ch cú phng phỏp duy
nht l bin tn ngun in. Tuy nhiờn, do s phỏt trin mnh m ca k thut
in t thỡ nhc im ny ó c khc phc bng cỏc b bin tn cụng nghip
ca cỏc hóng sn xu
t thit b in t cụng nghip ni ting trờn th gii nh
SIEMENT( c ), OMRON (Phỏp) v.v... nhng do giỏ thnh cũn cao v hu ht
cỏc cụng ngh hin nay cha cú h thng truyn ng thớch hp vi loi ng c
ny vỡ vy m ng c ng b cha thụng dng nc ta.
I.1.2. ng c mt chiu
ng c mt chiu c ra i rt sm v c
s lý thuyt v loi ng c ny
ó c hon thin ,Hin nay nú chim 70 % trong cỏc h truyn ng t cụng
sut nh n cụng sut ln .Tu thuc vo yờu cu h truyn ng m ng c
mt chiu cú cun kớch t mc ni tip hay song song vi phn ng nờn chia
lm hai loi ng c mt chiu :
+ng c mt chiu kớch t
c lp
+ng c mt chiu kớch t ni tip
+ng c mt chiu hn hp
I. NG C MT CHIU KCH T NI TIP
c im ca ng c mt chiu kớch t ni tip l cun kớch t mc ni tip
vi cun dõy phn ng (hỡnh 1.8), nờn cun kớch t cú tit din ln, i
n tr
nh, s vũng ớt, ch to d dng.
a.S nguyờn lý

Phng trỡnh c tớnh in:
Hỡnh 1.8 .a.S nguyờn lý ng
c mt chiu KT ni tip
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
11 SVTK: Trần Minh Công
I
K
RR
K
U
fuu

+


=


Hỡnh 1.8.b) c tớnh tớnh t hoỏ ca ng c mt chiu kớch t ni tip.
c) c tớnh c ca mt ng c in mt chiu kớch t ni tip.
trong cụng thc t thụng ph thuc vo dũng in kớch t chớnh l dũng in
phn ng (I
kt
=I

) quan h gia t thụng v dũng in l quan h phi tuyn theo
ng cong t hoỏ do ú n gin cho vic tớnh toỏn ta tuyn tớnh hoỏ on
ng cong =f(I

kt
) l quan h tuyn tớnh khi ú = C.I m ta cú :
M=KI =KCI
2

KC
M
I =
thay vo phng trỡnh c tớnh c in ta cú phng
trỡnh c tớnh c :
B
M
A
C.K
RR
M.C.K
U

2
fu
=
+
=

Nhn Xột :
- Do cun dõy kớch t ni tip vi cun dõy phn ng nờn I
kt
=I

t thụng cun

kớch t ph thuc trc tip vo ti .
- ng c cú kh nng quỏ ti ln v mụ men khi cú cựng mt h s quỏ ti
dũng in nh nhau thỡ mụ men ng c kớch t ni tip ln hn mụ men ng
c kớch t c lp.
- Mụ men ng c kớch t ni tip khụng ph thuc vo st ỏp trờn ng dõy .
- Nh cú dng c tớnh c hybecbol nờn
ng c cú kh nng t iu chnh tc
khi ph ti thay i cho cụng sut c gn nh khụng i nh ú khi nh
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
12 SVTK: TrÇn Minh C«ng
tải động cơ sẽ quay nhanh hẳn để tăng năng suất máy ngược lại khi tải lớn động
cơ sẽ quay với tốc độ chậm.
II. Động cơ một chiều kích từ độc lập.
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ mắc vào nguồn một
chiều độc lập (hình 1.9) (đối nguồn có công suất không đủ lớ
n) và cũng có thể
cuộn kích từ mắc song song với mạch phần ứng (đối nguồn một chiều có công
suất vô cùng lớn).
1. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Đặc tính cơ của một động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Đặc điểm : Đối với động cơ loại này cuộn kích từ mắc độc lập với phần ứng
động cơ nên tiết diện dây nhỏ ,điện trở lớ
n ,dòng kích từ không phụ thuộc vào
tính chất của tải .
Phương trình đặc tính cơ :
M
)K(

RR
K
U
2
dm
fu
dm
u
φ
+
−
φ
=ω

Nhận xét:
- Với nguồn một chiều công suất vô cùng lớn thì cuộn dây kích từ mắc song
song với phần ứng động cơ có thể được xem là không ảnh hưởng tới điện áp đặt
vào phần ứng của động cơ .
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
13 SVTK: TrÇn Minh C«ng
- Từ thông sinh ra trong động cơ không phụ thuộc vào tính chất của tải mà chỉ
phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ Vì vậy có thể thay đổi từ thông
để điều chỉnh tốc độ .
- §ường đặc tính cơ là đường thẳng và động cơ làm việc ổn định khi tốc độ
không đổi thì mô men điện từ bằng mô men trên trục động cơ ,đ
iểm làm việc
trên đặc tính tương ứng giao điểm đặc tính tải với đặc tính cơ tự nhiên.
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ bền cơ khí kết
cấu cơ của máy, khả năng chuyển mạch cổ góp,độ duy trì tốc độ dặt khi có sự
dao động của phụ tải tĩnh .

- Có đặ
c tính cơ cứng mô men khởi động lớn có thể điều chỉnh được mô men
dùng các phương pháp cưỡng bức như đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần
ứng.
2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
a. Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng
Khi thay đổi điện áp phần ứng U
ư
=var ,R
ư
=const ,Φ
kt
=const
Tốc độ không tải lý tưởng:
ω
φ
ox
x
dm
U
K
==
var

Độ cứng đặc tính cơ:
const
R
)K(
u
2

dm
=
φ
=β


Hình 1.10.Đặc tính cơ khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
14 SVTK: Trần Minh Công
Nhn xột:
Nh vy khi thay i in ỏp t vo phn ng ng c ta c mt h c tớnh
song song vi c tớnh c t nhiờn (=const) (Hình1.10), khi thay i in ỏp :
mụ men ngn mch ca ng c gim, cng = const,tc ng c thay
i. Mt khỏc ta thy in ỏp t vo phn ng ng l cú th iu ch
nh c
tu ý. Do vy ta cú th iu chnh v n nh tc mi di iu chnh.
- Khi thay i in ỏp phn ng ng c phi gi cho t thụng kớch t khụng i
v nh mc .
- ng vi mt ti thỡ st tc trong ton di iu chnh l nh nhau .Sai
lch tc t
ng i trờn ng c tớnh thp nht s ln nht.
- Di iu chnh rng v iu chnh tc di tc c bn.
- Phng phỏp ny cn cú b ngun thay i in ỏp.
b. Phng phỏp thay i t thụng
S nguyờn lý v c tớnh c :
Khi iu chnh t thụng ta gi cho in ỏp t vo phn
ng ng c khụng i
v nh mc. U
m
=const ,R

=const ,
kt
=var
Tc khụng ti lý tng:


ox
dm
x
U
K
==
var

cng c tớnh c:

Hỡnh 1.11 .c tớnh c khi iu chnh t thụng
Nhn xột:
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
15 SVTK: TrÇn Minh C«ng
Do cấu tạo động cơ, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông
giảm thì ω
ox
tăng, còn β sẽ giảm. Ta có đặc tính cơ với ω
ox
tăng dần và độ cứng
của đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông (hình 1.11).
- Khi thay đổi giảm từ thông ta thu được họ đặc tính cơ có tốc độ ω >ω
0

và độ
dốc càng tăng khi từ thông càng giảm nhỏ. Khi từ thông giảm đến một giá trị
nào đó thì có thể làm cho khả năng chuyển mạch của cổ góp bị xấu đi, gây hồ
quang
- Dải điều chỉnh nhỏ và thường điều chỉnh trên tốc độ cơ bản.
- Khi tốc độ tăng làm cho truyền động mất ổn định.
- Giảm mô men khởi động, ít t
ổn hao do điều chỉnh, kinh tế
Như vậy điều chỉnh từ thông chỉ phù hợp với loại truyền động khi cần tăng tốc
độ lớn hơn tốc độ định mức. Vì vậy ta cũng loại bỏ phương pháp này.
c. Phương pháp đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ .
Muốn thay đổi điện trở mạch ph
ần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào mạch
phần ứng.(Uđm =const ,Φ
kt
định mức ,R=var)
Tốc độ không tải lý tưởng:
ω
φ
0
=
U
K
dm
dm

Độ cứng đặc tính cơ:
β

φ
=
+
=
()
var
K
RR
dm
uf
2


Hình 1.12 Đặc tính cơ khi đưa thêm điện phụ


Nhận xét:
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
16 SVTK: Trần Minh Công
E
+
_
Ư
I
kt
I
o

M

0
R =0
f
f1
R
R
f2
Khi thờm in tr ph vo mch mch phn ng thỡ cng c tớnh c
gim i. Vi mt ph ti M
c
no ú, nu R
f
cng ln thỡ tc ng c gim,
ng thi dũng in ngn mch v mụmen ngn mch cng gim (hỡnh 1.12).
- Phng phỏp ny cú st tc ln khi iu chnh hay iu chnh cú cp,
trn iu chnh ln.
- Mụ men khi ng v dũng khi ng gim nh. Khi in tr ph a vo
cng ln thỡ c tớnh c
cng mm .
- Phng phỏp ny cho phộp iu chnh tc di tc c bn .
- Phng phỏp ny gõy tn hao ln vờ mt nng lng, lm gim hiu sut bin
i nng lng ca h .
- Phng Phỏp ny d dng thc hin khi h thng khụng yờu cu cao v iu
chnh tc .
III. ng c mt chiu kớch t hn hp
Loi ng c ny cú 2 cun dõy kớch t mt cun mc song song ,mt mc ni
tip vi phn ng ng c vỡ vy nú tn dng c cỏc u im ca ng c
mt chiu kớch t ni tip v kớch t c lp.
1. S nguyờn lý:

2. c tớnh c (Hỡnh 1.13)






Hỡnh 1.13 c tớnh c ng c m
t chiu kớch t hn hp
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
17 SVTK: TrÇn Minh C«ng
Nhận xét:
- Đặc tính cơ có dạng trung gian đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ độc lập
và đặc tính cơ kích từ nối tiếp .
- Từ thông chính của động cơ phụ thuộc vào tính chất của tải .
- Đường đặc tính cơ mềm có thể chạy ở tốc độ không tải .
- Loại động cơ này có cấu tạo phức tạp và giá thành cao nên ít được sử dụng
trong th
ực tế.
I.1.3 Nhận xét chung
1. Động cơ không đồng bộ :
a. Ưu Điểm :
Có cấu tạo đơn giản đặc biệt là động cơ rô to lồng sóc, có kích thước nhỏ làm
việc tin cậy trọng lượng nhỏ dễ sử dụng,Vận hành sửa chữa, làm việc trực tiếp
với lưới điện 3 pha, giá thành đầu tư dẻ.
b. Nhược điểm :
Hệ số

cosφ và hiệu suất không cao, dải điều chỉnh hẹp, độ sụt tốc độ lớn khi
điều chỉnh.
2. Động cơ đồng bộ
a. Ưu điểm:
Dùng cho các hệ truyền động yếu cầu có công suất trung bình và lớn, yêu cầu độ
ổn định tốc độ cao, hiệu suất và hệ số cosφ cao.
b. Nhược điểm:
Trong các hệ truyền động công suấ
t nhỏ chế tạo rất khó khăn.
3. Động cơ điện một chiều
a.Ưu điểm:
Dải điều chỉnh rộng, điều chỉnh thuận lợi dễ dàng khi thay đổi một trong các
thông số vật lý của động cơ, có thể điều chỉnh trơn điều chỉnh vô cấp, mô men
khởi động lớn, quá trình khởi động êm, thời gian khở
i động nhỏ hệ số quá tải
lớn.
b. Nhược điểm:
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
18 SVTK: TrÇn Minh C«ng
Có cấu tạo phức tạp giá thành cao gặp khó khăn trong vận hành, sửa chữa, bảo
dưỡng, phải có bộ biến đổi kèm theo làm tăng chi phí đầu tư.
I.1.4. Kết luận chọn động cơ truyền động
a. Chọn động cơ
Qua phân tích và các nhận xét về các loại động cơ ta thấy mỗi loại động cơ có
những ưu điểm riêng cho từng loại phụ tải giá thành và môi trường làm việ
c.
Căn cứ vào yêu cầu thiết kế của đề tài thấy động cơ một chiều có nhiều ưu điểm
hơn động cơ xoay chiều. Vì vậy em chọn động cơ một chiều làm động cơ truyền
động.
b. Chọn kích từ cho động cơ:

Qua phân tích về 3 loại kích từ của động cơ điện một chiều ta thấy loại động cơ
điện một chiều kích từ hỗn hợp có kết cấu phức tạp giá thành cao nên ít được sử
dụng. Kích từ nối tiếp thì cho đặc tính cơ mềm, từ thông phụ thuộc vào dòng
điện tải, tiết diện dây lớn, độ ổn định tốc độ kém thay đổi nhanh khi tải thay đổi.
Kích từ độc lập thì từ thông chính không phụ thuộc vào tải, tiết diện dây kích từ
nhỏ, có thể
điều chỉnh tăng giảm từ thông theo mong muốn, dải điều chỉnh tốc
độ cao, có thể điều chỉnh trơn. Từ sự so sánh tương quan trên em chọn loại kích
từ độc lập.
I.1.5. Chọn Phương pháp điều chỉnh tốc độ
Hiện nay trong các nhà máy đều có các hệ truyền động điện để đáp ứng yêu cầu
công nghệ từ yêu cầu đơn giả
n đến phức tạp để nâng cao chất lượng sản phẩm,
năng suất lao động chẳng hạn như hệ truyền động máy tiện khi bắt đầu gia công
chi tiết thì yêu cầu tốc độ giảm để tránh mẻ dao, khi ra dao yêu cầu di chuyển
nhanh để tăng độ nhẵn bề mặt chi tiết và nâng cao năng suất. Như đã phân tích
có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ:
+ Thay đổi đ
iện áp phần ứng
+ Thay đổi từ thông chính
+ Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ
Mỗi phương pháp điều chỉnh có những ưu điểm riêng phụ thuộc vào yêu cầu
công nghệ mà chọn phương pháp thích hợp. Em quyết định chọn phương án
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
19 SVTK: Trần Minh Công
iu tc di tc c bn bng cỏch thay i in ỏp phn ng t vo
ng c.
I.2. Chn B bin i in ỏp
B bin i in ỏp cú chc nng bin i in ỏp xoay chiu thnh in ỏp mt
chiu cp cho phn ng ca ng c. Hin nay ngi ta thng s

dng cỏc b
bin i sau:
- H thng mỏy phỏt - ng c (F-),
- H thng xung ỏp,
- B bin i van - ng c.
* Nhn xột:
- u im ni bt ca h F - l s chuyn i trng thỏi lm vic rt linh
hot, kh nng quỏ ti ln. Do vy thng s dng h truyn ng F- cỏc
mỏy khai thỏc trong h
m m.
Nhc im ln nht ca h F - l dựng nhiu mỏy in quay trong ú ớt nht
l hai mỏy in mt chiu, gõy n ln, cụng sut lp t mỏy ớt nht gp 3 ln
cụng sut ng c chp hnh. Ngoi ra cỏc mỏy phỏt mt chiu cú t d, c
tớnh t hoỏ cú tr nờn khú khn iu chnh sõu tc .
- B bin i van ng c
cú nhiu u im nh: Cỏc van u lm t
nhng linh kin bỏn dn in t n gin nờn s n gin, gn nh, khụng
gõy n, chi phớ thp, hiu sut cao, d thc hin t ng hoỏ, tỏc ng nhanh,
phm vi iu chnh tc rng, iu chnh trn v phự hp vi nhiu loi ph
t
i. Bờn cnh ú cũn cú nhng nhc im nh nh kh nng chu quỏ ti kộm
nờn cn phi cú bo v, in ỏp ra p mch nờn cn phi cú mch lc.
T nhn xột trờn v theo yờu cu ca ti em quyt nh chn BB van -
ng c lm h truyn ng.
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
20 SVTK: Trần Minh Công
Phần II

Thiết kế mạch động lực
* Đặt vấn đề:

Mạch động lực trong hệ thống truyền động điện l mạch cung cấp điện
năng cho động cơ điện biến điện năng thnh cơ năng trên trục động cơ. Tải ở đây
có thể l các máy công cụ trong công nghiệp, hoặc các hệ thống nâng hạ, cẩu...
Điện năng cung cấp ở đây có thể l dòng 1 chiều hay xoay chiều.
Mạch động lực của hệ thống truyền động điện đã cho theo đề ti l hệ thống van-
động cơ bao gồm động cơ điện, bộ biến đổi v các thiết bị phụ khác.
Động cơ điện theo đề ti l động cơ điện một chiều, kích từ độc lập, không
đảo chiều, phạm vi điều chỉnh tốc độ 400/1 với sai lệch tĩnh [St]% = 5%
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ ta lựa chọn l phơng pháp thay đổi điện áp đặt
vo phần ứng động cơ. Với phơng pháp ny ta có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ,
độ bằng phẳng của tốc độ bằng 1, độ dốc đặc tính bằng const, dải điều chỉnh
rộng, chỉ tiêu năng lợng đợc đánh giá tốt, bảo đảm ổn định tốc độ động cơ tốt
hơn nhiều so với các phơng pháp khác. Nh vậy vấn đề đặt ra l ta phải chọn sơ
đồ bộ biến đổi v một số thiết bị phụ cho mạch động lực, m chủ yếu l bộ biến
đổi.
A. chọn bộ biến đổi
Với điện áp nguồn cung cấp l xoay chiều hình sin v yêu cầu đầu ra của bộ
biến đổi l điện áp một chiều điều chỉnh đợc. Ta có thể sử dụng sơ đồ chỉnh lu
có điều khiển hoặc một sơ đồ chỉnh lu không điều khiển kết hợp với một bộ
biến đổi một chiều- một chiều. Trong đề ti ny ta chọn sơ đồ chỉnh lu có điều
khiẻn cho gọn nhất, đơn giản nhất, còn phơng án dùng một sơ đồ chỉnh lu
không điều khiển kết hợp với bộ biến đổi một chiều - một chiều không sử dụng
vì nó cồng kềnh, kích thớc lớn, tốn nhiều van v giá th
nh lại cao.
Với yêu cầu cụ thể của phụ tải đã cho thì các sơ đồ chỉnh lu sau có thể đáp
ứng đợc:
1). Sơ đồ chỉnh lu hình tia 2 pha
2). Sơ đồ chỉnh lu hình tia 3 pha
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
21 SVTK: Trần Minh Công

3). Sơ đồ chỉnh lu hình cầu 1 pha bán điều khiển
Ta xét một số bộ biến đổi:
a. Sơ đồ chỉnh lu hình tia hai pha có D
0

*
*
BA
U
1~
*
0
u
d
r
d
Ld
E
d
W
1
W
21
W
22
D
0
T
2
i

D0
i
T1
i
T2
u
21
u
22
i
1

* Nguyên lý hoạt động:
Khi t = 0 đến t = = v
1
thì D
0
dẫn dòng nhờ SĐĐ tự cảm trong L
d
do
vậy u
T1
= u
22
tức l u
T1
> 0, u
T2
<0.
Tại t = = v

1
ngời ta truyền tín hiệu điều khiển đến T1, van T1 mở nên
u
T1
= 0; u
d
= u
21
> 0. D
0
bị đặt điện áp ngợc nên khoá u
D0
= - u
d
. Van T2 vẫn
đang ở trạng thái khoá:
u
d
= u
21
; u
T1
= 0; u
T2
= u
22
- u
21
= 2u
22

; i
T1
= i
d
=I
d
; i
T2
= 0; i
D0
= 0
Đến t = thì u
21
= 0 v bắt đầu chuyển sang âm còn u
22
= 0 v bắt đầu
chuyển sang dơng. Từ thời điểm ny điện áp nguồn tác động ngợc chiều dẫn
dòng của T
1
v đặt điện áp thuận lên T
2
nhng T
2
cha mở vì cha có tín hiệu
điều khiển. D
0
mở u
D0
= 0; u
T1

= u
21
v bắt đầu chuyển sang âm, T1 khoá lại m
T2 vẫn khoá nên lúc ny trong sơ đồ chỉ có van D
0
dẫn dòng v ta có:
u
d
= 0; u
T1
= u
21
; u
T2
= u
22
; i
T1
= 0; i
T2
= 0; i
D0
= i
d
= I
d

Tại t =2=+ thì T2 có tín hiệu điều khiển v đợc đặt điện áp thuận nên
T2 mở u
T2

= 0, u
D0
= u
22
>0 v u
D0
= -u
d
= u
22
< 0 nên D
0
khoá. Trong giai đoạn
ny chỉ có van T2 dẫn dòng nên:
u
d
= u
22
; u
T2
= 0; u
T1
= u
21
- u
22
= 2u
21
; i
T2

= i
d
=I
d
; i
T1
= 0; i
D0
= 0
Trong các chu kỳ tiếp theo sơ đồ lại lặp lại trạng thái lm việc nh chu kỳ
thứ nhất.
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
22 SVTK: TrÇn Minh C«ng
0
0
0
0
0
0
u
L
ω
t
ω
t
ω
t
ω
t
ω

t
ω
t
u
21
u
22
π
2
π
3
π
α
I
d
i
T1
i
T2
i
D0
i
1
u
T1
I
d
/
k
ba

v
1
v
3
v
2
v
4

Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
23 SVTK: Trần Minh Công
* Một số biểu thức:
2/)cos1(

+=
dod
UU


)/2-(I I
d Ttb
=
;

)/2-(I I
d T
=

2max
.2 UU

Tth
=
;
2max
.22 UU
Tng
=

)/(I I
dD0tb

=
;
)/(I I
dD0

=

2max0
.2 UU
ngD
=

b. Sơ đồ chình lu hình cầu một pha bán điều khiển
U
l
-
+
r
h

đc
H
ck
r
KT
C
KT
U
KT
T1
T2
D1
D2
C
C
C
C
R
R
R
R
BA
*
*

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của hệ thống
Hoạt động của sơ đồ:
Khi t= cho xung điều khiển mở T
1
trong khoảng thời gian 1ữ tiristor

T
1
v điôt D
2
cho dòng chảy qua. Khi U
2
bắt đầu đổi dấu D
1
mở ngay, T
1
tự nhiên
khoá lại, dòng i
d
=I
d
chuyển từ T
1
sang D
1
(lúc ny D
2
vẫn cho dòng chảy qua do
sức điện động tự cảm trong L
d
tạo ra).
D
1
v D
2
cùng cho dòng chảy qua, U

d
=0
Khi t =2=+ cho xung mở T
2
. Dòng tải i
d
=I
d
chảy qua D
1
v T
2
. Điốt D
2

bị khoá lại. Khi U
2
bắt đầu đổi dấu D
2
mở ngay, T
2
tự nhiên khoá lại, dòng i
d
=I
d

chuyển từ T
2
sang D
2

(lúc ny D
1
vẫn cho dòng chảy qua do sức điện động tự
cảm trong L
d
tạo ra).
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
24 SVTK: Trần Minh Công
Khi t =3=2+ cho xung mở T
1
quá trình hoạt động của các van tơng tự nh
chu kỳ trớc đó.
u
T1
i
D2
i
D1
i
T2
i
T1
I
d

3

2

t

t

t

t

t

t
u
D
0
0
0
0
0
0

Đồ thị điện áp và dòng điện của mạch chỉnh lu cầu bán điều khiển

Trong sơ đồ ny, góc dẫn dòng của Tiristor v của điôt không bằng nhau.
Góc dẫn dòng của điốt l
D
=+, còn góc dẫn dòng của tiristor l
T
=-.
Giá trị trung bình của điện áp tải:

Ud U Sin d
U
==+

1
2
2
1
2
2






.(cos)

Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
25 SVTK: Trần Minh Công
của dòng tải

=
R
U
I
d
d

của dòng trong tiristor

=

=



2
).(I
d.I
2
1
I
d
dT

của dòng trong điốt


=

=

+

2
).(I
d.I
2

1
I
d
dT


Giá trị hiệu dụng của dòng chảy trong cuộn dây thứ cấp máy biến áp


=

=



1IdI
1
I
d
2
d2

Kết luận:
Sơ đồ chỉnh lu tia 3 pha l một sơ đồ hon chỉnh, chất lợng điện áp ra tốt
hơn sơ đồ hình tia 2 pha, nhng số van nhiều hơn v mạch điều khiển phức tạp
hơn sơ đồ hình tia 2 pha, do đó ta không sử dụng sơ đồ ny cho đề ti.
Sơ đồ chỉnh lu hình cầu 3 pha l một sơ đồ chỉnh lu tốt. Cho phép sử dụng ở
hệ thống truyền động công suất lớn, chất lợng điện áp ra tốt, điện áp đặt trên
van nhỏ hơn một nửa so với điện áp đặt trên mỗi van của sơ đồ chỉnh lu hình tia
2 pha v 3pha do đó dễ chọn van trong tính toán thiết kế, nhng nhợc điển của

nó l mạch động lực phức tạp, mạch điều khiển phức tạp, số lợng van nhiều, giá
thnh cao, trong khi yêu cầu của phụ tải m đề tải cho không cần chất lợng điện
áp ra quá tốt.
Sơ đồ chỉnh lu hình tia hai pha có D
0
l sơ đồ đơn giản hơn so với sơ đồ chỉnh
lu hình cầu v hình tia 3 pha. Để đáp ứng đợc yêu cầu của phụ tải m đề ti đã
cho v bảo đảm đợc tính kinh tế ta chọn sơ đồ chỉnh lu hình tia 2 pha có D
0
l
mạch động lực của hệ thống truyền động điện.
B. Chọn phơng pháp hm.
Để hãm một hệ TĐĐ có thể: