Báo cáo đồ án môn học Tổng hợp hệ thống điện cơ

Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

Mục lục
Muc
̣ luc
̣ .....................................................................................................................1
Lơì noí đâu
̀ ...............................................................................................................4
ĐỀBAÌ........................................................................................................................5
1.Tổng hợp các bộ điều chỉnh cho hệ TĐĐ tự động 1 chiều với các
thông số....................................................................................................................5
Chương I....................................................................................................................6
CƠ SỞ LÝTHUYÊT
́ ....................................................................................................6
1. TIM
̀ HIÊU
̉ CHUNG VỀHỆ THÔNG
́ ĐIÊN
̣ CƠ:........................................................6
1.1 TÔNG
̉
HỢP CAC
́ BỘ ĐIÊU
̀ CHINH
̉
CHO HỆ TĐ TỰ ĐÔNG
̣ ...............................7
MÔT
̣ CHIÊU:

̀ ................................................................................................................7

1.1.1. Hệ thống điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng kín tốc độ quay và dòng điện cùng
với đặc tính của nó. 7
1.1. GIƠÍ THIÊU
̣ ĐÔNG
̣
CƠ MÔT
̣ CHIÊU:
̀ ..................................................9
1.1.2. Phần tĩnh:.................................................................................................................9
1.1.3. Phần quay:.............................................................................................................11
1.2. Đông
̣ cơ điên
̣ môṭ chiêu
̀ kich
́ từđôc
̣ lâp:
̣ ...................................12
Sơ đồ nguyên lý: ..................................................................................12
1.1.4. Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:.......................................................................12
1.1.5. Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:........................................................................13
1.1.6. Ảnh hưởng của từ thông:.......................................................................................13
1.3. Xây dựng sơ đồcâu
́ truc
́ cua
̉ hê:̣ ..................................................15
1.1.7. Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tự động truyền động điên:......................................15
1.1.8. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống:.................................................................................15
1.4. Xac

́ đinh
̣
câu
́ truc
́ vàtham sốbộ điêu
̀ chinh
̉
dong
̀ điên
̣ theo
tiêu chuân
̉ modul tôí ưu:...............................................................................16
1.5. Xac
́ đinh
̣
câu
́ truc
́ vàtham sốbộ điêu
̀ chinh
̉
tôc
́ độ theo tiêu
chuân
̉ modul đôí xưng:
́ ................................................................................18
Chương II.................................................................................................................22
THIÊT
́ KẾMACH
̣
LỰC VÀMACH

̣
ĐIÊU
̀ KHIÊN
̉ .....................................................22
2. THIÊT
́ KẾMACH
̣
LỰC HỆ THÔNG:
́ ......................................................................22

1
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

1.6. Thiêt́ bị mach
̣ đông
̣ lực:.................................................................22
1.7. TINH
́ CHON
̣ THIÊT
́ BỊ MACH
̣
ĐÔNG
̣

LỰC:......................................24
1.1.9. Tính chọn động cơ:................................................................................................24
1.1.10. Tính chọn công suất MBA động lực:..................................................................24
1.1.11. Tính chọn các thyristor trong mạch chỉnh lưu:...................................................25
1.1.12. Tính chọn các cuộn kháng cân bằng:..................................................................25
1.1.13. Tính chọn các thiết bị mạch lực:.........................................................................26
1.1.14. Tính chọn điện trở hãm:......................................................................................26
Chương III................................................................................................................27
THIÊT
́ KẾMACH
̣
ĐIÊU
̀ KHIÊN
̉ ................................................................................27

2. THIÊT
́ KẾMACH
̣
PHAT
́ XUNG ĐIÊU
̀ KHIÊN:
̉ ......................................27
2.1. Lựa chon
̣ phương phap
́ phat́ xung:...............................................27
1.1.15. Sơ đồ khối mạch điều khiển theo pha đứng:.......................................................28
2.2. Thiêt́ bị mach
̣ điêu
̀ khiên:
̉ ..............................................................28

1.1.16. Mạch điều khiển thyristor:..................................................................................28
1.1.17. Chọn máy phát tốc:.............................................................................................29
1.1.18. Chọn biến áp xung:.............................................................................................30
1.1.19. Chọn khâu điện áp đồng bộ:...............................................................................31
1.1.20. Chọn mạch điện áp răng cưa:..............................................................................31
1.1.21. Khâu khuếch đại xung:........................................................................................32
1.1.22. Khâu tổng hợp tín hiệu:.......................................................................................32
1.1.23. Xác định hệ số khuếch đại của bộ biến đổi:........................................................32
2.3. SƠ ĐỒNGUYÊN LÝMACH
̣
ĐIÊU
̀ KHIÊN:
̉ .......................................33
Chương IV................................................................................................................34
THUYÊT
́ MINH SƠ ĐỒNGUYÊN LY.......................................................................34
́

3. NGUYÊN LÝLAM
̀ VIÊC:
̣ .......................................................................34
3.1. Nguyên lýlam
̀ viêc
̣ cua
̉ mach
̣ đông
̣ lực:......................................34
3.2. Nguyên lýlam
̀ viêc
̣ cua

̉ mach
̣ điêu
̀ khiên:
̉ ...................................34
3.3. Nguyên lýôn
̉ đinh
̣ tôc
́ đô:̣ .............................................................34
3.4. Quátrinh
̀ đao
̉ chiêu
̀ đông
̣
cơ:......................................................35

2
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

3.5. Ham
̃ dưng:
̀ ........................................................................................35
Chương V.................................................................................................................36
XÂY DỰNG ĐĂC

̣ TINH
́ ĐÔNG
̣
XET
́ TINH
́ ÔN
̉ ĐINH
̣
VÀHIÊU
̣ CHINH
̉
HỆ THÔNG
́
.....................................................................................................................................36

4.1. MUC
̣ ĐICH
́ VÀÝNGHIA:
̃ .................................................................36
4.2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒCÂU
́ TRUC
́ HỆ THÔNG:
́ ..................................36
4.3. KHAO
̉ SAT
́ CHẾĐỘ ĐÔNG
̣
CUA
̉ HỆ THÔNG:
́ .................................39

1.1.24. Tính toán hằng số thời gian và hệ số khuếch đại (theo góc tốc độ ω):...............40
1.1.25. Xây dựng hàm truyền của hệ thống:...................................................................41
4.4. XET
́ ÔN
̉ ĐINH:
̣
..................................................................................43
4.5. HIÊU
̣ CHINH
̉
HỆ THÔNG:
́ ...................................................................43
1.1.26. Hàm truyền BBĐ của hệ thống:..........................................................................43
1.1.27. Hàm truyền của động cơ điện một chiều:...........................................................44
1.1.28. Tổng hợp mạch vòng dòng điện khi bỏ qua sức điện động và mômen cản Mc
động cơ: 45
1.1.29. Tổng hợp hệ mạch vòng tốc độ:..........................................................................50
Chương VI................................................................................................................54
ƯNG
́ DUNG
̣
MATLAB TRONG MÔ PHONG
̉ ............................................................54
5. ƯNG
́ DUNG
̣
MATLAB TIÊN
́ HANH
̀ MÔ PHONG,
̉

KIÊM
̉ CHƯNG
́ KÊT
́ QUA:̉ ......54

5.1. Giơí thiêu
̣ vềSimulink trong Matlab :............................................54
5.2. Mô phong
̉ hệ thông:
́ .........................................................................55
KÊT
́ LUÂN:
̣ ................................................................................................................59
CAC
́ TAÌ LIÊU
̣ THAM KHAO:
̉ ...................................................................................60

3
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

Lời nói đầu
Trong công cuộc xây dựng và đổi mới đất nước thì việc phát triển khoa học

kỹ thuật đã được ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp. Ở nước ta đã nhập khá
nhiều loại máy móc, thiết bị rất hiện đại, do vậy đòi hỏi quá trình giảng dạy cho
học sinh, sinh viên phải trang bị những kiến thức cơ bản về nguyên lý và hoạt
động cũng như nguyên tắc vận hành hệ thống điều chỉnh tự động nhằm nắm bắt
kịp thời với thực tế của xã hội trong hiện tại và trong những năm tới.
Đối với sinh viên khoa điện, những kĩ sư tương lai sẽ trực tiếp tham gia vào
các hệ thống điện. Được làm đồ án môn học Tổng hợp hệ thống điện cơ là một
sự tập duyệt,vận dụng những lí thuyết đã học vào thiết kế các hệ thống truyền
động như một cách làm quen với với công việc sau này. Tính toán truyền động
là một việc làm tương đối khó, trong thời gian làm và học tập vừa qua, với sự
cố gắng nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy
giáo Th.s Nguyễn Hữu Hải, em đã hoàn thành xong môn học và đồ án này.
Trong quá trình thiết kế đồ án môn học, với kiến thức còn hạn chế nên bản đồ
án chắc khó tránh khỏi các khiếm khuyết. Em rất mong được sự nhận xét góp ý
của các thầy cô giáo và các bạn để bản thiết kế của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

Phạm Xuân Dương

4
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

ĐỀ BÀI

1.Tổng hợp các bộ điều chỉnh cho hệ TĐĐ tự động 1 chiều với các thông số
 Pđm=75(KW); Uđm=440(V)
 Iđm=204(A); nđm=1000(vòng\phút)
 Lư=0,00432(H); ŋđm=0,833
 Kd=20; Ki=0,02; Kw=0,01
 Tc=0,0544s; Tư=0,05s
2.Nếu bộ biến đổi là chỉnh lưu cầu 3 pha, xen xơ dòng điện là biến dòng xoay
chiều 3 pha, xen xơ dòng điện là máy phát tốc 1 chiều. Hãy vẽ sơ đồ nguyên lí
thể hiện chi tiết cả mạch điều khiển và mạch động lực.
3.Tính toán các thiết bị liên quan trong mạch điều khiển và mạch động lực.
4.Tiến hành mô phỏng kiểm chứng kết quả tính toán.
 Tổng hợp Ri theo tiêu chuẩn tối ưu module
 Tổng hợp Rω theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng

5
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

Chương I
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. TÌM HIỂU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN CƠ:
 Hệ điện cơ là các hệ thống dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng và

khống chế tự động cơ năng đó.
 Phần cơ bản của hệ điện cơ là hệ thống điều chỉnh tự động truyền động
điện (ĐCTĐTĐĐ).
 Mục đích tiêu cơ bản của ĐCTĐTĐĐ là phải đảm bảo giá trị yêu cầu
của các đại lượng điều chỉnh mà không phụ thuộc vào các đại lượng nhiễu
lên hệ điều chỉnh

Hình 1.1 : Cấu trúc chung của hệ ĐCTĐTĐĐ
 Phân loại hệ điện cơ : việc phân loại hệ thống điều chỉnh tự động truyền
động điện thường có nhiều cách ,tùy thuộc vào mục đích mà ta có thể phân
loại.
 Phân loại theo động cơ truyền động :
- Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ một chiều.
- Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ.
- Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ xoay chiều đồng bộ.
- Hệ ĐCTĐTĐĐ dùng động cơ bước.
 Phân loại theo hệ điều chỉnh và tín hiệu vào bộ điều chỉnh.
- Bộ ĐCTĐTĐĐ có bộ điều chỉnh tương tự (analog).
- Bộ ĐCTĐTĐĐ có bộ điều chỉnh số (digital).
- Bộ ĐCTĐTĐĐ có bộ điều chỉnh tương tự - số (analog – digital)
6
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

 Phân loại theo cấu trúc hoặc thuật toán điều khiển.
- Hệ ĐCTĐTĐĐ có điều khiển thích nghi.
- Hệ ĐCTĐTĐĐ có điều khiển mờ.
 Phân loại theo nhiệm vụ chung :
- Hệ ĐCTĐTĐĐ duy trì đại lượng điều chỉnh theo lượng đặt trước
-

không đổi.
Hệ ĐCTĐTĐĐ tùy động : là hệ điều khiển vị trí yêu cầu điều khiển tự
động lượng ra theo lượng đặt biến thiên tùy ý.các hệ này thường gặp ở

-

các hệ truyền động quay angten, ra đa, …
Hệ ĐCTĐTĐĐ điều khiển chương trình, là hệ điều khiển vị trí nhưng
đại lượng điều chỉnh được điều khiển tự động tuân theo lương đặt biến
thiên theo một chương trình định trước .

 Các tiêu chuẩn của hệ điện cơ : để đánh giá các hệ điều chỉnh tự động
ruyền động điện người ta thường dựa vào các chỉ tiêu sau :
nmax
 Đặc tính phụ tải D =
.
nmin
ni +1
 Phạm vi điều chỉnh tốc độ ϕ =
.
ni
 Độ trơn (độ bằng phẳng) điều chỉnh St =
 Sai lệch tĩnh St % =

n0i − ni
.
n0i

n0i − ni
.100% .
n0i

1.1 TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH CHO HỆ TĐ TỰ ĐỘNG
MỘT CHIỀU:
1.1.1.

Hệ thống điều chỉnh tốc độ với hai mạch vòng kín tốc độ quay và
dòng điện cùng với đặc tính của nó.

Trong hệ thống điều chỉnh tốc độ mạch vòng kín dùng phản hồi âm tốc độ
và bộ điều chỉnh PI có thể trong điều kiện bảo đảm hệ thống ở trạng thái ổn định
.nếu đối với chất lượng động của hệ thống yêu cầu khá cao thì hệ thống một
mạch vòng kín đơn khó thỏa mãn yêu cầu. điều này chủ yếu do hệ thống mạch
vòng kín đơn không thể hoàn toàn dựa theo yêu cầu để khống chế dao động và
mô men của quá trình động.
7
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải
SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

Trong hệ thống điều chỉnh mạch vòng kín đơn ,chỉ có khâu phản hồi âm ngắt
dòng điện là dành riêng để khống chế dòng điện ,nhưng nó chỉ sau khi vượt quá
dòng điện tới hạn,dựa vào phản hồi âm mạnh đẻ hạn chế sự xung kích của dòng
điện nhưng không thể không chế thật tốt đồ thị trạng thái động của dòng điện
.sau khi dòng điện từ giá trị cực đại giảm xuống ,mô men quay của động cơ
cũng theo đó giảm xuống ,vì vậy quá trình tăng tốc sẽ phải kéo dài.Đối với hệ
thống điều chỉnh tốc độ thường phải vận hành theo đảo chiều như máy bào
giường ,máy cán đảo chiều ,việc rút ngắn thời gian quá trình. thời gian khởi
động là nhân tố quan trọng nâng cao hiệu suất .Vì vậy ở điều kiện dòng điện của
động cơ bị hạn chế ,muốn lợi dụng tối đa năng lực quá tải cho phép của động cơ
thì trong quá trình quá độ luôn luôn giữ được dòng điện ở giá trị tối đa cho
phép,làm cho hệ thống truyền động điện tận dụng gia tốc tối đa để khởi động
,sau khi vận hành tốc độ đạt tới trạng thái ổn định ,lại cho dòng điện lập tức
giảm xuống ,làm cho mô men cân bằng ngay với phụ tải. Để khởi động nhanh
nhất trong điều kiện cho phép thì cần phải nhận được một quá trình có dòng điện
cực đại không đổi .theo luật điều khiển phản hồi âm dòng điện là có thể nhận
được quá trinh dòng điện gần như không đổi .
Với yêu cầu là trong quá trình khởi động chỉ có phản hồi âm dòng điện mà
không thể đồng thời có thêm phản hồi âm tốc độ quay đưa tín hiệu cùng một
đầu vào của bộ điều chỉnh .sau khi đạt tới tốc độ quay trạng thai ổn định ,lúc này
lại yêu cầu chỉ cần có phản hồi âm tốc độ quay mà không cần phản hồi âm dòng
điện.
Do vậy ta dùng hệ thống điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín –nó có thể
thực hiện được tác dụng của hai loại phản hồi âm dòng điện và âm tốc độ quay
lại có thể làm cho chúng chỉ gây tác dụng riêng biệt trong nhưng giai đoạn khác
nhau. Này ghép nối tiếp nhau tức là lấy đầu ra của một bộ điều chỉnh tốc độ
quay làm đầu vào của bộ điều chỉnh dòng điện ,sau đó đầu ra của bộ điều chỉnh
dòng điện đi khống chế thiết bị phát xung của bộ chỉnh lưu bán dẫn thyrsisto.
CL

CBD

∆uv
-

un

-

Rω
n

C
K

I

ui

BD

=

RI

B
Đ

Ud

Đ

CK
ĐC

KĐ

FX

F
X

n
8

GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

Hình 1-2: Hệ thống điều chỉnh tốc độ hai mạch vòng kín tốc độ quay
và dòng điện
Trong đó :
R ω : Là bộ điều chỉnh tốc độ quay
RI : Là bộ điều chỉnh dong điện
FX :Thiết bị phát xung

Nhận được chất lượng tĩnh và động ,hai bộ điều chỉnh của hệ thống điều
chỉnh tốc độ và mạch vòng kín có sơ đồ như hình1.3.

Hình 1.3: Sơ đồ khối của hệ thống điều chỉnh tốc độ.

1.1.GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU:
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh và phần
động.
1.1.2. Phần tĩnh:

Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:
Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn
kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật
điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện
nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông.
Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều
được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các
cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với
nhau.
9
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện

đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực
từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ
được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy
điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm
vỏ máy.
Các bộ phận khác:
Náp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp
máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường
làm bằng gang.
Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than
bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ góp.
Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi
than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều
chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.

10
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

1.1.3. Phần quay:

Bao gồm những bộ phận chính sau :
Lõi sắt: Là phần ứng dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật
điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao
do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại
thì dặt dây quấn vào.
Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió
để khi ép lạ thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.
Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn
nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió. Khi máy làm
việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào
trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto
có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện
động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng
có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng
dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ
nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè
chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit.
Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp
gồm nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4
đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp
hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi
vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các
phiến góp được dễ dàng.
Các bộ phận khác:
Cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường
chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên
trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua

vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy.
Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy
thường làm bằng thép cacbon tốt.

11
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

1.2.Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:
Sơ đồ nguyên lý:
+

-

u

u

Rf

u

u

I

u

Rkt

u

I

kt

u

+

kt

-

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ độc lập
Từ phương trình ta có :
Uu

Ω = Kφ .

−

Ru + Rf
(Kφ )2

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có ba thông số ảnh hưởng đến đặc tính
cơ đó là:
 Từ thông động cơ (ϕ)
 Điện áp phần ứng (Uư)
 Điện trở phần ứng.
 Điện trở phần ứng.
1.1.4. Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:

Giả thiết Uư =Uđm=const
Φ= ϕđm=const
Khi ta đổi điện trở mạch phần ứng ta có tốc độ không tải lý tưởng :
= const
Độ cứng đặc tính cơ:
= var
Khi Rf càng lớn , càng nhỏ nghĩa là đặc tính càng dốc .ứng với R f =0 ta
có đặc tính cơ tự nhiên:
12
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả các
đường đặc tính có điện trở phụ .Như vậy khi thay đổi điện trở phụ R f ta được
một họ đặc tính biến trở như hình 1.4.

tn

1.1.5. Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:

Φ = Φdm = const
Rư = const
Khi thay đổi điện áp phần ứng : UưGiả thiết :

U

x
Tốc độ không tải lý tưởng : ω 0 x = KΦ = Var
dm

( KΦ ) 2
Độ cứng đặc tính cơ : βox = R = Const
u

Như vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ
đặc tính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.5). Ta thấy khi thay đổi điện
áp (giảm áp) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm
ứng với phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng có thể sử dụng để điều
chỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khởi động.

Hình 1.5: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập
khi giảm áp đặt vào phần ứng động cơ
1.1.6. Ảnh hưởng của từ thông:

Giả thiết :

Uư = Uđm = const
Rư = const
Khi ta thay đổi từ thông tức là ta thay đổi dòng kích từ (Ikt) động cơ.
U

dm
Tốc độ không tải lý tưởng: ω 0 x = KΦ = var
x
13
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

( Kφ x ) 2
= var
Độ cứng đặc tính cơ: β = −
Ru

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên
khi từ thông giảm thì ω0 x tăng, còn β sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với ω0 x
tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.

Hình1.6: Đặc tính cơ điện (a)và đặc tính cơ (b)khi thay đổi từ thông
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:

U

dm
Dòng điện ngắn mạch: I nm = R = Const
U
Mô men ngắn mạch: Mnm = KΦxInm = var
Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu
diễn trên hình 1.6.
Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì
khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên (Hình 1.6. b)

14
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

1.3.Xây dựng sơ đồ cấu trúc của hệ:
1.1.7. Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh tự động truyền động điên:

Cấu trúc được trình của hệ thống điều chỉnh tự động truyền động điện ở trên
gồm: Động cơ 1 chiều M quay máy sản xuất và bộ biến đổi năng lượng (được
gọi là phần lực). Các thiết bị đo lường và các bộ điều chỉnh R ( được gọi là
phần điều khiển). Tín hiệu điều khiển hệ thống là các tín hiệu đặt .
Tín hiệu điều khiển được lấy ra từ bộ điều chỉnh R . Các bộ điều chỉnh R
nhận tín hiệu sai lệch về trạng thái làm việc của truyền động thông qua so sánh

giữa tín hiệu đặt và tín hiệu đo lường các đại lượng truyền động. Sự biến thiên
của các tín hiệu đặt gây ra các sai lệch không tránh được trong quá trình quá độ
và cũng có thể gây sai lệch trong chế độ xác lập. Trên cơ sở phân tích các sai
lệch điều chỉnh, ta có thể chọn được các bộ điều chỉnh, các mạch bù thích hợp
để nâng cao chính xác của hệ thống.

1.1.8. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống:

Hệ truyền động điện sử dụng các mạch vòng dòng điện và tốc độ. FX là thiết
bị phát xung điều khiển bộ biến đổi BĐ. Phần tử phi tuyến HCD là phần tử hạn
chế dòng điện trong quá trình quá độ. Các sensor S i, S ω đóng vai trò các khâu
phản hồi dòng điện và tốc độ.

15
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC
U

TH§

R ω

Ri

HCD

FX

B§

M

kt

§

c

ω

Si

Sω

Hình 1.7: sơ đồ cấu trúc của hệ thống.
1.4.Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh dòng điện theo tiêu
chuẩn modul tối ưu:
Mạch vòng dòng điện là mạch vòng cơ bản của hệ thống,nó xác định mô
men kéo của động cơ và thực hiện các chức năng bảo vệ, điều chỉnh gia tốc…
Ta thấy hằng số thời gian cơ học Tc rất lớn so với hằng số thời gian điện từ của
mạch phần ứng Tư nên ta có thể coi sức điện động của động cơ không ảnh hưởng
đến quá trình điều chỉnh của mạch vòng dòng điện.
Sơ đồ khối của mạch vòng điều chỉnh dòng điện:

Uiđ
-Ui

1
1 + Tf

-E

BBĐ

F
R

Ui

1
(1 + pTdk )(1 + pTv0 )

Ki
1 + pTi

∂U d
∂α

1/R ­
1 + pT­

Si

Hình 1.8: Sơ đồ khối của mạch vòng dòng

điện
Trong Ri là bộ điều chỉnh dòng điện, BBĐ là bộ biến đổi, Si là sensor dòng

16
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương

I


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

điện. Tđk, Tvo Tư, Ti là các hằng số thời gian của mạch điều khiển chỉnh lưu,
sự chuyển mạch chỉnh lưu, phần ứng và sensor dòng.
Rư

- điện trở mạch phần ứng.

∂U d
∂α

- hệ số khuếch đại của chỉnh lưu.

Khi hằng số thời gian cơ học lớn hơn nhiều so với hằng số thời gian của
mạch phần ứng thì có thể bỏ qua mạch vòng sđđ ( ∆E=0).
Hàm truyền mạch vòng dòng điện:
S0i =

Trong đó:
Tđk , Tv0 , Ti << Tư
Đặt Ts=Tđk + Tv0 + Ti
Như vậy ta có:
S oi (p ) =

K CL .K i / R ­
(1 + pTs )(1 + pT­ )

Lúc này hàm truyền hệ thống có dạng:

Uid

S oi ( p)

-Ui

Hàm truyền hệ kín:

F ( p) =

I

Ri ( p ) S 0i ( p )
1 + Ri ( p ) S 0i ( p)
17

GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương

Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

Áp dụng tiêu chuẩn modul tối ưu ta có F(p) = FMC(p)
Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn modul tối ưu có dạng:

FMC ( p) =
Khi đó:
F ( p) =

=>

Ri ( p) =

1
1 + 2τ σ p + 2τ 2 σ p 2

Ri ( p) S 0i ( p )
= FMC ( p)
1 + Ri ( p ) S 0i ( p)

FMC ( p)
S 0i ( p)[1 − FMC ( p)]

Thay hàm truyền Soi(p) và FMC(p) vào ta có:
R i (p) =

1
S 0 i(p).2.τ σ p(1 + τ σ p)

=

(1 + T p)(1 + T p)
s
­
K .K
cl i .2.T .p.(1 + T . p )
σ
σ
R
­

Vì Ts là hằng số thời gian nhỏ nên ta chọn τσ = Ts, do đó ta có bộ điều chỉnh
có cấu trúc của bộ PI (tỷ lệ - Tích phân)
R i (p) =

1 +T­ p
K cl .K i
.2.T .p
s
R­

1.5.Xác định cấu trúc và tham số bộ điều chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn
modul đối xứng:
Hàm truyền hệ kín của mạch vòng dòng điện là:
Fi(p) =

=

Với :
18
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

Ri(p) =
W(p) =
Đặt Ts= Tvo + Tdk + Ti , sau khi thay và rút gọn ta được :
Fi(p) = =
Từ kết quả tổng hợp mạch vòng dòng điện ở phần trên bỏ qua ảnh hưởng
của sức điện động ta có sơ đồ khối mạch vòng bộ điều chỉnh tốc độ như sau:

Hằng số thời gian cơ học:

Tc =

R ­ .J

( Kφ ) 2

=>

Kφ .

R­
1
=
J . p Kφ .Tc . p

Do thành phần 2.Ts2.p2 nhỏ nên ta có thể bỏ qua trong biểu thức hàm truyền
mạch vòng dòng điện. Khi đó ta có sơ đồ cấu trúc sau:

19
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

Sơ đồ cấu trúc thu gọn
Trong đó S ω là khâu xensơ tốc độ có hàm truyền là khâu quán tính với hệ
số hàm truyền là K ω và hằng số thời gian lọc T ω
Khi mạch không có nhiễu loạn thì U ωđ ≠ 0 và Mc = 0
Khi đó hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh là:
S oω ( p ) =

R ­ .Kω

1

K i .Kφ .T p(1 + p.T )(1 + 2. p.T )
c
ω
s
.

Vậy sơ đồ cấu trúc của mạch vòng tốc độ có dạng:
Uid

S oω ( p )

U

I

Hàm truyền hệ kín:
F ( p) =

Rω ( p) S 0ω ( p)
1 + Rω ( p) S 0ω ( p )

Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn modul đối xứng có dạng:

20
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

1 + 4.τ σ
FĐX(p) =
1 + 4.τ σ p + 8.τ σ2 . p 2 + 8.τ σ3 . p 3

Áp dụng tiêu chuẩn modul đối xứng ta có:
F(p) = FĐX(p)
⇒

⇒

Rω ( p) S 0ω ( p)
=
1 + Rω ( p ) S 0ω ( p)
Rω ( p) =

FĐX(p)

FĐX ( p)
S Oω ( p ).(1 − FĐC ( p))

Thay F(p) và FĐX(p) ở trên ta có

Rω ( p) =

K i .Kφ .TC 1
1
.

.(
1
+
)
R ­ .K ω 4.Ts'
8.Ts' . p

'
Với Ts = Ts + 0,5Tω

21
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

Chương II
THIẾT KẾ MẠCH LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN
2.

THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ THỐNG:
1.6.Thiết bị mạch động lực:

Mạch động lực bao gồm các phần tử: sơ đồ chỉnh lưu, cuộn kháng, máy biến
áp động lực, các phần tử R-C. Theo đề ra thì động cơ là động cơ một chiều kích
từ độc lập có:

Công suất truyền động: 75 kw
Tốc độ cực đại và phạm vi điều chỉnh 1000 v/p.
Như vậy, việc thiết kế sơ đồ mạch động lực chỉ còn là lựa chọn các phần tử
khác cho phù hợp.

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lí mạch lực
Trong đó:
BAN : Biến áp nguồn lấy điện từ lưới cấp cho động cơ.
Uvo

: Điện áp dây hiệu dụng thứ cấp biến áp nguồn BAN.
22

GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

Lck

: Cuộn kháng san bằng.

T

: 6 Thysistor của mạch chỉnh lưu.

Lư, Rư : Cảm kháng, điện trở phần ứng động cơ.
T1

T5

T3

θ

T6

T2

T4

T6

IG1
θ
θ
θ
θ
θ

IG2
IG3
IG4
IG5
IG6
α

1

α

2

α

3

α

4

α

5

α

6

α

1

Ud

θ

Hình 2.2: Sơ đồ (a), đồ thị (b) chỉnh lưu Tiristor hình cầu 3 pha
Khi phát xung mở van cho mạch hoạt động cũng phải đồng thời cho hai
tiristor cần dẫn. Trên đồ thị ở hình 1.2b thể hiện điều này ở chỗ mỗi tiristor được
phát hai xung: xung đầu tiên xác định góc α , xung thứ 2 đảm bảo thông mạch
tải.
Ở đây vẫn phải đảm bảo góc điều khiển các van phải bằng nhau:
α 1 = α 2 = ... = α 6 = α . Theo đồ thị Ud ( θ ) ta thấy góc giới hạn θ th giữa dòng
liên tục và dòng gián đoạn bằng 600. Vậy:
Nếu α ≤ 60 0 ta sẽ có qui luật dễ nhớ là:

U dα = U d 0 cos α = 2,34U 2 cos α

Nếu α >600 thì dòng điện sẽ gián đoạn. Điện áp chỉnh lưu nhận được (xem
đồ thị Ud với giai đoạn T1T6 dẫn khi Ud = Uab) là:
π

U dα

3
3 6 1 + cos(α + 60 0 )
=
2 3U 2 sin θdθ =
U2
π α +∫600
π
2

23
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương


Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện
= U d0

Đồ án môn học: THHTĐC

1 + cos(α + 60 0 )
2

1.7.TÍNH CHỌN THIẾT BỊ MẠCH ĐỘNG LỰC:
1.1.9. Tính chọn động cơ:

Động cơ được chọn là động cơ 1 chiều kích từ độc lập có:
Uđm =220 V, nđm =1500v/p, P =20kW
Các thông số cơ bản còn lại của động cơ
P
20000
I udm =
=
= 114( A)
ηU dm 0,8.220
U2a,U2b,U2c sức điện động thứ cấp máy biến áp nguồn
E : sức điện động của động cơ
R, L :điện trở, điện cảm trong mạch
R = 2.Rba + Ru + Rk + Rdt
L = 2.Lab + Lu + Lk
Rba, Lba: điện trở, điện cảm của MBA qui đổi về thứ cấp.

Rk, Lk: điện trở và điện cảm cuộn kháng lọc
Rdt: điện trở mạch phần ứng động cơ được tính :

Ru = 0,5.(1 − η ).

U udm
(Ω) = 0.5(1-0.8). 220 = 0.193 ( Ω )
114
I udm

Lư : điện cảm mạch phần ứng động cơ được tính theo công thức:
U dm .60
220.60
Lu = γ .
= 0,25.
= 0,00154 (H)=1,54(mH)
2π . p.ndm .I dm
2π .2.1500.114
Trong đó :
Lấy γ = 0,25 là hệ số lấy cho động cơ điện một chiều có cuộn bù.
Kiểu

Pdm (kW )

U dm (V )

I dm ( A)

ndm (vg / ph)

20

220

114

1500

1.1.10.Tính chọn công suất MBA động lực:

Biến áp động lực được đấu theo kiểu ∆ / Y . Điện áp lưới UL = 380 (V)
U1
380
=
Tỉ số biến áp: kBAN = U V0 = 389 1,69
3
3

Dòng điện hiệu dụng thứ cấp biến áp nguồn BAN

2
I2 = 3 Id =

2
3 .204 ≈ 166,7(A)
24

GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương

Trường ĐHCN Hà Nội_Khoa Điện

Đồ án môn học: THHTĐC

=> Dòng điện hiệu dụng cung cấp cho biến áp nguồn BAN

1

1

I1 = K
I2 =
1,69 166,7= 98,55(A)
BAN
Công suất định mức biến áp BAN:
SBAN = 1,05Ud0Iđm = 1,05.525.204 = 112,5kVA)
Dựa vào các số liệu đã tính được ở trên ta chọn máy biến áp có các số liệu sau:
UL
(V)
380

Ud0
(V)
525

SBAN
(KVA)
112,5

I1
(A)
98,55

I2
(A)
166,7

1.1.11.Tính chọn các thyristor trong mạch chỉnh lưu:

Thông số của mạch chỉnh lưu cầu 3 pha.
Dòng trung bình qua mỗi thysistor:

1
1
IT = 3 Iđm = 3 .204= 68(A).
Dòng cực đại qua mỗi thysistor:

1
1
ITM = 3 Idmax = 3 .408= 136(A).

Điện áp ngược cực đại mà mỗi thysistor phải chịu:
Ungmax = 2 Uv0 = 2 .389 =550 (V).
Chọn hệ số dự trữ điện áp và dòng điện các thysistor là:
Ku = 1,6 và Ki = 1,5
Khi đó Thysistor phải chịu điện áp ngược cực đại :
1,6. 550 = 880 (V)
Dòng trung bình khi dẫn = 1,5. 68 = 102 (A)

Dòng cực đại khi dẫn = 1,5. 136 = 204(A)
1.1.12.Tính chọn các cuộn kháng cân bằng:

Khi hệ thống làm việc sẽ có những thời điểm hai van của hai bộ biến đổi ở
hai pha cùng mở. Lúc đó dòng cân bằng sẽ chạy từ pha có điện áp tức thời lớn
hơn sang pha kia; dòng cân bằng này khiến cho bộ biến đổi phải làm việc nặng
25
GVHD: ThS Nguyễn Hữu Hải

SVTH: Phạm Xuân Dương