Thiết kế hệ truyền động điện cho cầu trục 2 dầm kiểu hộp

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Số : Đề 2
Giáo viên hướng dẫn:
Họ và tên SV : Nguyễn Đình Chiến
Mã sinh viên :
Lớp:
Khoá :
Khoa:

Điện
NỘI DUNG

Nghiên cứu thiết kế hệ truyền động điện cho cầu trục 2 dầm kiểu hộp có số liệu :
Tải trọng nâng

: G = 1250 kg

Vận tốc nâng

: vn

Vận tốc di chuyển xe lăn
Tầm rộng

= 12 m/phút

: vxe = 40m/phút
: L = 40 m

Chế độ làm việc trung bình : TĐ = 25%
Đường kính puli

: D = 0,35 m

Hiệu suất cơ cấu

: η

T

= 0,75

Tên bản vẽ

Khổ giấy

Số lượng

T
1
2
PHẦN THUYẾT MINH
1.

Khái quát chung về hệ thống cầu trục và lựa chọn phương án truyền động

2.
3.
4.

Tính chọn công suất động cơ truyền động và các thiết bị liên quan.

Thiết kế mạch điều khiển và mạch lực cho hệ truyền động điện.
Phân tích hoạt động của mạch điều khiển.

điện.

Ngày giao đề :
BỘ MÔN

Ngày hoàn thành :
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

1


Mục Lục
Mục Lục..........................................................................................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................................3
CHƯƠNG I.....................................................................................................................................4
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG CẦU TRỤC VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN..................................................................................................................4
CHƯƠNG II..................................................................................................................................13
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CƠ VÀ THIẾT BỊ LIÊN
QUAN...........................................................................................................................................13
2.1. Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều......................................................................13
2.2 Lựa chọn phương án truyền động........................................................................................19
CHƯƠNG 3...................................................................................................................................21
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH LỰC CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG.....................21
1.Thiết kế mạch điều khiển.......................................................................................................21
2. Mạch động lực của hệ truyền động.......................................................................................27
PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN...........................................................30

1. Khởi động..............................................................................................................................30
2, Nguyên lý hãm dừng động cơ...............................................................................................30
3, Nguyên lý đảo chiều quay.....................................................................................................31

2


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, các công nghệ tiên tiến, các dây chuyền và thiết bị hiện đại đang
từng ngày, từng giờ được ứng dụng vào sản xuất. Với chính sách mở cửa của Đảng
và Nhà nước ta, chắc chắn các công nghệ tiên tiến và hiện đại của thế giới sẽ ngày
càng được áp dụng hiệu quả vào Việt Nam với quy mô, số lượng, chất lượng một
cách nhanh chóng. Tác dụng của các công nghệ mới và dây chuyền sản xuất hiện
đại đã góp phần thúc đẩy sự nghiệp Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước.
Với vai trò là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, lĩnh vực tự động hoá đang phát
triển với tốc độ ngày càng cao.Trong quá trình sản xuất, việc tự động hoá một dây
chuyền sản xuất đóng vai trò rất quan trọng.Nó là cầu nối giữa các hạng mục sản
xuất, giữa các phân xưởng trong nhà máy, giữa các máy công tác trong một dây
chuyền.Việc điều khiển hoạt động của các dây chuyền hiện đại, tiên tiến cũng
ngày càng đa dạng và phức tạp.
Một trong những hoạt động không thể thiếu của một nhà máy công nghiệp
hiện đại là hệ thống cần trục rải liệu. Cần trục là một thiết bị vận chuyển và nâng
hạ trong nhà máy, năng suất của cần trục ảnh hưởng rất lớn đến đến năng suất
chung của nhà máy. Vì vậy, các thiết bị điện và hệ thống điều khiển của cần trục
phải đảm bảo việc tiện lợi, có năng suất cao, vận hành an toàn và thao tác đơn
giản, cũng như đáp ứng đầy đủ các đặc điểm, yêu cầu công nghệ của hệ thống.
Đồ án “Nghiên cứu thiết kế hệ truyền động điện cho cầu trục 2 dầm kiểu
hộp”, nhắm mục đích cho sinh viên tiếp xúc làm quen với các hệ thống cần trục rải
liệu. Sử dụng những phương pháp tổng hợp hệ thống đã học vào thực nghiệm, làm
quen với các thiết bị điều khiển truyền động, ghép nối mạch điều khiển. Trang bị

cho chúng ta những kiến thức cơ bản trước khi ra trường.
Trong quá trình thiết kế, với sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn
và ý kiến của các bạn, em đã hoàn thành được bản đồ án này. Nhưng do thời gian
tương đối ngắn và kinh nghiệm còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi thiếu
sót. Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn.

3


CHƯƠNG I
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG CẦU TRỤC VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1.

Giới thiệu về công nghệ và chức năng của cầu trục

Cầu trục là thiết bị dùng để nâng bốc vận chuyển hàng hoá thiết bị dùng trên
công trường xây dựng, trong nhà máy công nghiệp luyện kim, cơ khí lắp ráp, trong
hải cảng... Theo chức năng, cần trục được chia ra làm hai loại:
- Cầu trục vận chuyển được dùng rộng rãi với yêu cầu chính xác không cao.
- Cầu trục lắp ráp dùng nhiều trong các nhà máy cơ khí để lắp ghép các chi
tiết máy móc với yêu cầu chính xác cao.
- Cầu trục trong bài được xếp vào loại cầu trục vận chuyển. Nó có thể di
chuyển phụ tải theo hai phương: phương nằm ngang và phương thẳng đứng nhờ
vào hệ thống truyền động đặt trên cần trục.
- Chế độ làm việc của các cơ cấu cầu trục được xác định từ các yêu cầu của
quá trình công nghệ, chức năng của cầu trục trong dây truyền sản xuất. Nhìn
chung, các thiết bị điện cầu trục làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại, dễ bị quá
tải nhiều, tần số đóng cắt lớn, chế độ quá độ xảy ra nhanh khi mở máy, hãm và đảo
chiều...

Từ những đặc điểm của hệ thống cầu trục nói chung, có thể đưa ra các yêu
cầu công nghệ cơ bản của hệ thống cầu trục:
- Sơ đồ cấu trúc của hệ điều khiển tự động phải đơn giản. Các phần tử cấu
thành có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo và thay thế dễ dàng. Cầu trục phải
được bảo vệ chống quá tải và chống ngắn mạch bằng cầu chì trong mạch động lực
- Quá trình mở máy diễn ra theo một luật đã được định sẵn. Sơ đồ điều khiển
chung cho cả hai động cơ.
- Đảm bảo ở tốc độ thấp và dừng chính xác.
- Để bảo vệ an toàn cho người và thiết bị khi vận hành, trong sơ đồ điều khiển
nhất thiết phải dùng các công tắc hành trình để hạn chế sự chuyển động của cơ cấu
khi chúng vượt quá giới hạn cho phép.
4


- Khi có sự cố, phải có khả năng điều chỉnh hệ thống về vị trí ban đầu để
chuẩn bị tiến hành một chu trình làm việc mới.
- Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và điều khiển phải làm
việc tin cậy trong các điều kiện của môi trường nhằm nâng cao năng suất, an toàn
trong vận hành.
Sơ đồ công nghệ của hệ thống cầu trục

2.

Lựa chọn công nghệ

- Nguồn cung cấp: 400 một chiều với mạch lực và 220v xoay chiều với mạch
điều khiển
- Bộ truyền động: Toàn bộ chuyển động do hai động cơ một chiều kớch từ
song song. Một động cơ cho phép chuyển động theo phương nằm ngang: sang phải
hoặc sang trái. Động cơ còn lại cho phép chuyển động theo phương thẳng đứng:

xuống dưới và lên trên.
- Bộ công tắc hành trình dạng xung: các công tắc hành trình tự phục hồi A, B,
C.
- Mạch điều khiển: các thiết bị đóng cắt có tiếp điểm.
3.

Chọn phương án truyền động

- Cơ cấu thiết kế được dùng tời và móc.
- Tời nâng gồm có động cơ điện, hộp giảm tốc, tang và cáp nâng.
- Động cơ điện có hai loại động cơ điện một chiều và động cơ xoay chiều.
Động cơ xoay chiều 3 pha được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp với công
5


suất, tính bền cao, momen khởi động lớn, dễ đảo chiều. Bên cạnh đó ta có động cơ
một chiều : là loại động cơ điện có khả năng điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng ,
khi làm việc đảm bảo khởi động êm, hãm và đảo chiều dễ dàng , giá thành cao, khi
lắp đặt cần thêm bộ chỉnh lưu khá phức tạp. Trên những ưu khuyết điểm của hai
động cơ điện xoay chiều và động cơ điện 1 chiều ta thấy được động cơ điện xoay
chiều tuy tích chất thay đổi tốc độ không bằng động cơ điện một chiều nhưng với
tính thông dụng, bền và kinh tế hơn thì những khuyết điểm của động cơ này vẫn
chấp nhận được. Vậy khi thiết kế cầu trục hai dầm này ta dùng động cơ điện một
chiều phù hợp .
a, Động cơ điện 1 chiều
Khái niệm
Là máy điện 1 chiều hoạt động theo chế độ động cơ khi E < U. Động cơ
điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, giao thông vận tải và
nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm
vi rộng (máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện…).

Phân loại
Động cơ điện một chiều được phân loại theo phương pháp kích từ,
gồmcó bốn loại :
- Động cơ điện kích từ độc lập
- Động cơ điện kích từ song song
- Động cơ điện kích từ nối tiếp
- Động cở điện kích từ hỗn hợp.
Cấu tạo
Những phần chính của động cơ điện một chiều gồm stato với cực từ, roto
với dây quấn và cổ góp với chổi than

6


- Stato (phần cảm): gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa làm mạch từ vừa là vỏ
máy. Các dây quấn kích từ.
- Roto(phần ứng): Roto của máy điện một chiều gọi là phần ứng, gồm
lõithép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ, làm bằng cọc lõi thép kỹ thuật
điện ghép lại với nhau.Các lá thép được dập có lỗ thông gió và rãnh để đặt dây
quấn phần ứng.Mỗi phần tử của dây quấn, phần ứng có chiều vòng dây, hai đầu
với hai phiến góp, hai cạnh tác dụng của phần tử dây quấn đặt trong hai rãnh
dưới hai cực khác tên.
- Cổ góp và chổi than :
Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình
trụ, gắn ở đầu trục roto.Các đầu dây của phần tử nối với phiến góp.
Chổi than (chổi điện) làm bằng than graphit.Cọc chổi than tì chặt lên cổ
góp nhờ lò xo và giỏ chổi điện gắn trên nắp máy.
Nguyên lý làm việc động cơ điện 1 chiều
Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trong dây quấn
phần ứng có dòng điện I ư . Cọc thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ

trường, sẽ chịu lực F đt tác dụng làm cho roto quay, chiều lực xác định theo quay
tắc bàn tay trái.

7


Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí cọc thanh dẫn ab, cd đổi chỗ cho
nhau, do có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không
đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi.
Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động
Eư. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ một
chiều sức điện động E ư ngược chiều với dòng điện Iư nên E ư cũn gọi là sức phản
điện.
Phương trình điện áp là : U = E ư + Rư.Iư
Mở máy động cơ điện một chiều
Phương trình điện áp ở mạch phần ứng là :
U = Eư + Rư.Iư
Từ đó rút ra :

Iư =

Vỏ điện trở R ư nhỏ, nên dòng điện phần ứng lúc mở máy rất lớn khoảng (20
÷ 30)Iđm, làm hỏng cổ gúp và chổi than. Dòng điện phần ứng lớn kéo theo dòng
điện

mở

máy

I mở lớn,

làm

ảnh

8

hưởng

tới

lưới

điện.


Để giảm dòng điện mở máy, đạt I mở = (1,5

2) Iđm, ta dùng có biện pháp sau

:
- Dựng biến trở mở máy : mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng. Lúc
đầu để điện trở mở máy R mở lớn nhất, trong quá trình mở máy, tốc độ tăng lên,
sức điện động E ư tăng và điện trở mở máy giảm dần đến 0, máy làm việc đúng
điện áp định mức.
- Giảm điện áp đặt vào phần ứng : Phương pháp này được sử dụng khi có
một chiều có thể điều chỉnh điện áp, ví dụ trong máy phát động cơ, hoặc nguồn
một chiều chỉnh lưu.
Cần chỳ ý rằng momen mở máy lớn, lỳc mở máy phải có từ thông lớn nhất,
vì thế các thông số mạch kích từ phải điều chỉnh sao cho dòng điện kích từ lúc

mở máy lớn nhất.
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt
hơn so với loại động cơ khác, không những nó có khả năng thay đổi tốc độ một
cách dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại
đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
Từ phương trình tính tốc độ:
ω=

U u I u .R u
−
(1)
k .Φ
k .Φ

Suy ra : để điều chỉnh w có thể:
-

Điều chỉnh Uư .
Điều chỉnh Rư bằng cách thêm Rp vào mạch phần ứng.
Điều chỉnh từ thông F
Điều chỉnh tốc độ bằng Rp
Mắc nối tiếp R vào phần ứng, từ (1) suy ra Rư tăng lên, suy ra w giảm, độ

dốc của đường đặc tính giảm. Các đường 1,2 là đường đặc tính sau khi tăng Rư,
đường TN là đường đặc tính tự nhiên của động cơ ban đầu.
9


Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, tốc độ điều chỉnh liên tục,

nhưng do thêm Rp nên tổn hao tăng, không kinh tế.
• Điều khiển từ thông:
Điều chỉnh từ thông kích thước của động cơ điện một chiều là điều chỉnh
moment điện từ của động cơ M = K Φ I u và sức điện động quay của động cơ
Eu = K Φ ω . Khi từ thông giảm thì tốc độ quay của động cơ tăng lên trong phạm vi

giới hạn của việc thay đổi từ thông. Nhưng theo công thức trên khi F thay đổi thì
mômen, dòng điện I cũng thay đổi nên khó tính được chính xác dòng điều khiển
và mômen tải => phương pháp này cũng ít dùng.
• Điều khiển điện áp phần ứng:
Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ điện một
chiều bằng điện áp:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ.
Trong đó thông thường người ta sử dụng cách điều chỉnh điện áp phần ứng.
10


Khi thay đổi điện áp phần ứng thì tốc độ động cơ điện thay đổi theo phương
trình sau:
ω=

U u I u .R u
−
k .Φ
k .Φ

Vì từ thông của động cơ không đổi nên độ dốc đặc tính cơ cũng không đổi,
còn tốc độ không tải lý tưởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uu của hệ
thống, do đó có thể nói phương pháp điều khiển này là triệt để.

Đặc tính thu được khi điều khiển là 1 họ đường song song :

Để Mở Máy dựng biến trở RMở , để điều chỉnh tốc độ thường điều chỉnh Rđc .
Đường đặc tính cơ n = fi(M)
n = (U - RưIư)/ kEfi (1)
Mặt khác: Mđt = kM Iư fi (2)
Từ (1) và (2) ta có:
n= U/ kEfi - RưM/ (kM kEfi2)
Thêm điện trở Rp vào Mạch phần ứng thì ta có:
n= U/ kEfi - (Rư +Rp )M/ (kM kEfi2)

11


Động cơ điện kích từ song song có đặc tính cơ cứng, và tốc độ hầu như không
đổi khi công suất trên trục P2 thay đổi, chúng được dùng nhiều trong máy cắt kim
loại, máy dụng cụ.

12


CHƯƠNG II
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO TRUYỀN ĐỘNG CƠ VÀ
THIẾT BỊ LIÊN QUAN

2.1. Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều
2.1.1. Khái quát về động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều là động cơ hoạt động với dòng điện một chiều.
Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu

momen mở máy lớn và điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng.
Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính: stato và roto.
Stato của động cơ thường là nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện. Roto có
các cuộn dây quấn và được nối với nguồn một chiều. Một bộ phận quan trọng của
động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu. Nó có nhiệm vụ đổi chiều dòng
điện trong khi chuyển động quay của roto là liên tục. Thông thường bộ phận này
gồm 1 cổ góp và 1 chổi than tiếp xúc với cổ góp.
+ Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều:
Khi đặt lên dây quấn kích từ một điện áp Uk nào đó, trong dây quấn kích từ
sẽ xuất hiện dòng điện kích từ Ik. Dòng kích từ này sẽ sinh ra từ thông Φ chạy
trong mạch từ của động cơ. Nếu ta đặt lên mạch phần ứng của động cơ một điện
áp U thông qua hệ thống chổi than và cổ góp thì trong dây quấn phần ứng sẽ có
dòng điện I chạy qua. Tương tác giữa dòng điện phần ứng I và từ thông kích từ
Φ sẽ sinh ra một momen điện từ. Giá trị của momen điện từ được tính như sau:

Với K là hệ số kết cấu của động cơ.
Momen điện từ này kéo phần ứng của động cơ quay quanh trục.
Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều
13


phiến góp khác nhau trên cổ góp. Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên
tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của roto
+ Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều:

Hình 2.1. Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập
+ Từ sơ đồ thay thế của động cơ ( Hình 3.1 ), ta có phương trình cân bằng
điện áp:
Uư = Eư + ( Rư + Rf )Iư

[3 – 1]

Trong đó:
Uư

-

điện áp phần ứng

Eư

-

suất điện động phần ứng

Rư

-

điện trở phần ứng

Rf

-

điện trở phụ mạch phần ứng

Với

Rư = rư + rcf + ri + rcl

rư

-

điện trở cuộn dây phần ứng

rcf

-

điện trở cuộn cực từ phụ

ri

-

điện trở cuộn bù

rcl

-

điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp

+ Sức điện động Eư của động cơ được xác định theo biểu thức:
Eư = KΦω (3-2)
14

Trong đó:

p

–

số đôi cực từ chính

N

–

số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng

a

–

số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

Φ

–

từ thông kích thích dưới một cực từ

+ Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút )
Eư = Ke. Φ. N
2π n

[3 – 3]

n

Với Ω = 60 . 9,55
Vì vậy : eu =
Ke =

pN
φn
60a

pN
: Hệ số sức điện động của động cơ.
60a

Từ ( 3 – 1 ) và ( 3 – 2) ta có phương trình đặc tính cơ điện:
ω=

U u Ru + R f
−
.I
Kφ
Kφ

+ Mặt khác momen điện từ của động cơ được xác định bởi:
M dt = Kφ Iu
M

dt

Suy ra : I u = Kφ

Thay giá trị Iư vào ( 3 – 4 ) ta được phương trình đặc tính cơ:
ω=

U u Ru + R f
−
.M
Kφ (K φ ) 2

+ Từ các biểu thức trên, ta vẽ được dạng đặc tính cơ của động cơ điện một
chiều:
15


Hình 2.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một
chiều.

2.1.2. Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm
a) Hãm tái sinh:
Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay động cơ lớn hơn tốc độ không tải lí
tưởng. Khi hãm tái sinh, Uư < Eư , động cơ làm việc như một máy phát điện song
song với lưới. Dòng hãm và momen hãm đã đổi chiều và có giá trị :

Trị số hãm lớn dần cho đến khi cân bằng với momen phụ tải của cơ cấu sản
xuất thì hệ thống làm việc ổn định với ωod > ω0 . Đường đặc tính cơ ở chế độ hãm
tái sinh nằm trong góc phần tư thứ II và thứ IV của mặt phẳng tọa độ.

Hình 2.3. Đặc tính hãm tái sinh.
(a) Ứng với tải thế năng. (b) Trong trường hợp cơ cấu nâng – hạ.

b) Hãm ngược:
16


Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy ta khi phần ứng dưới tác dụng của
các bộ phận chuyển động hoặc do momen thế năng quay ngược chiều với momen
của động cơ. Momen của động cơ khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản
xuất.
Có 2 trường hợp hãm ngược:
-

Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng :

Giả sử động cơ đang làm việc nâng tải với tốc độ xác lập ứng với điểm a.
Ta đưa một điện trở đủ lớn vào mạch phần ứng, động cơ sẽ chuyển sang làm việc
tại điểm b trên đặc tính biến trở.
Tại điểm b, momen do động cơ sinh ra nhỏ hơn momen cản nên động cơ
giảm tốc nhưng tải vẫn theo chiều nâng lên. Đến điểm c, tốc độ bằng không
nhưng vì momen động cơ nhỏ hơn momen tải nên dưới tác dụng của tải trọng,
động cơ quay theo chiều ngược lại. Tải trọng được hạ xuống với tốc độ tăng
dần. Đến điểm d, momen động cơ bằng với momen cản nên hệ ổn định với tốc
đôh hạ không đổi. Sức điện động lúc này đổi dấu.
-

Đảo chiều điện áp phần ứng:

Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm a trên đặc tính cơ tự nhiên, ta đảo
chiều điện áp phần ứng và đưa vào một điện trở phụ đủ lớn. Động cơ chuyển sang
làm việc tại điểm b trên đặc tính cơ biến trở. Tại b momen đã đổi chiều, chống lại
chiều quay của động cơ nên tốc độ động cơ giảm theo đoạn bc. Tại c, tốc độ bằng

0. Nếu ta cắt điện áp đặt vào phần ứng động cơ, động cơ sẽ dừng lại, còn nếu vẫn
giữ nguyên điện áp đặt vào động cơ, động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại và
làm việc ổn định tại điểm d. Đoạn bc chính là đặc tính hãm ngược.

17


Hình 2.4. Đặc tính cơ khi hãm ngược
a) Khi đưa Rf vào mạch phần ứng, b)Đảo cực tính điện áp phần ứng.
c) Hãm động năng:
Là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của
động cơ tích lũy trong quá trình làm việc trước đó biến nhiệt năng tiêu tán
dưới dạng nhiệt trong quá trình hãm.
- Hãm động năng kích từ độc lập:
Khi động cơ đang quay, muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập,
ta cắt phần ứng động cơ khỏi lưới điện một chiều và đóng vào một điện trở hãm,
còn mạch kích từ vẫn được nối như cũ.
Khi hãm động năng kích từ độc lập, năng lượng chủ yếu được tạo ra do động
năng của động cơ tích lũy đc nên công suất tiêu tốn chỉ ở trên mạch kích từ.
Đặc tính cơ của trạng thái hãm động năng kích từ độc lập:

Hình 2.5. Đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập
- Hãm động năng kích từ tự kích:
Nhược điểm của hãm động năng kích từ độc lập là mất điện lưới thì không
thực hiện hãm được do cuộn dây kích từ vẫn phải nối với nguồn. Muốn khắc phục
nhược điểm này, người ta sử dụng phương pháp hãm động năng kích từ tự kích.
Hãm động năng kích từ tự kích xảy ra khi động cơ đang quay, ta cắt cả
phần ứng lẫn cuộn kích từ khỏi lưới điện để đóng vào một điện trở hãm.
Trong quá trình hãm, tốc độ giảm dần, dòng kích từ giảm dần, do đó dòng
kích từ cũng giảm dần và là hàm số của tốc độ, vì vậy đặc tính cơ có dạng phi

tuyến.
18


Hình 3.6. Đặc tính cơ hãm động năng kích từ tự kích

2.2 Lựa chọn phương án truyền động
Hệ truyền động Thyristor – Động cơ (T-Đ)
Hệ truyền động T - Đ là hệ truyền động, động cơ điện một chiều kích từ
động lập. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng hoặc
phần cảm động cơ thông qua các bộ biến đổi (BBĐ) chỉnh lưu dòng thyristor.
2.2.1 Sơ đồ hệ thống

Hình 2.13: Hệ truyền động T - Đ
+ Hoạt động của hệ thống:
19


- Bộ biến đổi (BBĐ) biến đổi nguồn điện xoay chiều 3 pha thành nguồn
điện 1 chiều trực tiếp cấp cho phần ứng động cơ Đ.
- Tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ của máy mà BBĐ có thể là 1 bộ hay
nhiều bộ, sử dụng 1 pha hay 3 pha và có thể dùng chỉnh lưu hình tia hay hình cầu.
- Để điều chỉnh tốc độ động cơ, ta đặt tín hiệu điều khiển ĐK lên biến trở R
và đưa vào bộ phát xung (BFX) rồi đưa tín hiệu đến bộ biến đổi.
- Hệ thống sử dụng khâu phản hồi tốc độ, lấy từ máy phát tốc (FT) để
nâng cao tính ổn định tốc độ của động cơ và cả hệ thống.
2.2.2 Đánh giá về hệ thống
a) Ưu điểm :
+ Hệ thống sử dụng các phần tử bán dẫn nên có độ tác động nhanh nhạy,
hệ số khuếch đại lớn, khả năng điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh rộng D = (100

÷1000).
+ Hệ thống làm việc khá ổn định, không gây ồn ào, gọn nhẹ nên có thể
giảm kích thước hình học của máy.
+ Vì hệ thống chủ yếu chỉ sử dụng các linh kiện điện tử nên tiêu tốn công
suất riêng rất nhỏ, giá thành hệ thống thấp.
b) Nhược điểm :
+ Khả năng làm việc ổn định với phụ tải nhỏ khá hạn chế.
+ Hệ số cosϕ nói chung của hệ thống thấp (0,6 ÷ 0,65).
+ Khi hệ thống truyền động có công suất lớn, dòng điện không sin gây ra
tổn hao phụ trong hệ thống và ảnh hưởng đáng kể đến điện áp của lưới.
+ Mạch điều khiển phức tạp.

20


CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH LỰC CHO HỆ TRUYỀN
ĐỘNG
1.
a)

Thiết kế mạch điều khiển.
Mạch đồng bộ hóa

Mạch đồng bộ hóa sử dụng máy biến áp đồng bộ (BAĐ) để tạo ra điện áp
đồng bộ pha với pha nguồn xoay chiều cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu).
Sơ đồ nguyên lý của mạch đồng bộ hóa.

b)

Mạch tạo xung răng cưa

Mạch tạo xung răng cưa của đề tài như sau: Mạch tạo xung răng cưa được sử
dụng đó là mạch gồm: Vi mạch KĐTT(khuếc đại thuật toán) IC1 mắc kết hợp với
các phần tử chức năng (tụ điện, điện trở) theo sơ đồ của mạch tích phân. Mạch tích
phân có sử dụng khóa khống chế là Tranzitor.

21


c, Nguyên lý hoạt động của mạch tạo xung chữ nhật
Mạch tạo xung chữ nhật bao gồm các Trazitor Tr1 ÷ Tr4, phần tử logic "hoặc đảo" và các điện trở R2 ÷ R5 . Tín hiệu điện áp đồng bộ hóa Uđbd được nối vào
cực gốc và cực phát của 2 Tranzitor Tr3 và Tr4 tạo thành mạch liên hợp như hình
3.4. + Để phân tích nguyên lý hoạt động của mạch ta có khái niệm điện áp ngưỡng
đó là trị số điện áp dáng trên nội trở của các linh kiện bản dẫn (kí hiệu Ung). Đối
với các Tranzitor thì Ung = 0,4 ÷ 0,7 (V). Khi điện áp điều khiển (uBE) có trị
sốUBE< Ung thì Tranzitor khóa, còn khiUBE > Ung thì Tranzitor mở nhanh
chóng đến mức bão hòa. Căn cứ vào các khái niệm trên, nguyên lý làm việc của
mạch tạo xung chữ nhật được phân tích như sau: Xét trong một chu kỳ của điện áp
đồng bộ (Uđbd).

e, Khâu so sánh
Để tạo ra một hệ thống các xung xuất hiện một cách chu kỳ với chu kỳ bằng
chu kỳ điện áp răng cưa (cũng là chu kỳ nguồn xoay chiều của mỗi xung, ta sử
dụng các mạch so sánh. Có nhiều mạch khác nhau để thực hiện khâu so sánh phổ
biến rất hiện nay là các sơ đồ so sánh dùng Tranzitor và dùng khuếch đại thuật
toán bằng vi mạch điện tử. Trong các sơ đồ mạch so sánh thường có hai tín hiệu
vào đó là điện áp tựa có dạng răng cưa (Ur), điện áp điều khiển (Uđk) là tín hiệu
điện áp một chiều có thể thay đổi được biên độ. Hai điện áp Ur và Uđk được đưa
22

vào mạch sao cho tác dụng của chúng đối với đầu vào khâu so sánh là ngược chiều
nhau. Có hai mạch nối Ur và Uđk trên đầu vào mạch so sánh như sau:

f, Mạch sửa xung

Khi điện áp vào (Uv) có mức bão hòa dương (tức là tín hiệu điện áp ra của
khâu so sánh có mức bão hòa dương) cùng với sự có mặt của định thiên R12 làm
cho Tranzitor Tr6 mở bão hòa và tụ C2 nạp điện theo đường +Uv (điểm E) → C2
→ R11 → Tr6. Tr6 mở bão hòa dẫn đến điểm F có mức logic “0” (Ura = 0). Mức
logic “0” này của điểm F tồn tại suốt trong quá trình Uv bão hòa dương.
Khi điện áp đầu vào ở mức bão hòa âm (Uv < 0) tụ C2 phóng điện → D1 →
R11→ - C2. Chính dòng phóng của tụ C2 sẽ đặt thế âm lên mạch phát gốc của
Tranzitor Tr6 làm cho Tr6 khóa dẫn đến điểm F có mức logic “1” nghĩa là ở đầu ra
nhận được xung ra. Do điện trở ngược của Tr6 rất lớn nên Ura ≅ Ucc.
Trở ngược của Tr6 rất lớn nên Ura ≅ Ucc. - Khi tụ C2 phóng hết điện tích nó
sẽ được nạp theo chiều ngược lại. Nhờ có R12 mà thế (+) lại đặt lên mạch phát gốc của Tr6 làm đầu ra lại có mức lôgíc “0”. Mặc dù còn xung âm ở đầu vào
nhưng nhờ có R12 mà Tr6 mở bão hoà. Như vậy thời gian tồn tại được xác định
theo biểu thức: tx = R11. C2 . ln2
23


Độ dài của xung ra chỉ phụ thuộc vào giá trị của R11 và C2 do đó các xung ra
luôn có độ rộng không đổi.
g, Mạch chia xung
Trong một chu kỳ điện áp đồng bộ, 1 kênh phát xung điều khiển sẽ tạo ra 2
xung ứng với 2 nửa chu kỳ của điện áp đồng bộ. Hai xung này lệch nhau 1800 độ
điện. Mỗi xung được sử dụng để điều khiển riêng 1 Tiristor trong sơ đồ chỉnh lưu
cầu 3 pha. Như vậy ta cần phải tách riêng 2 xung trong cùng một kênh phát xung

đó ra. Để thực hiện mạch tách đối với mạch phát xung điều khiển đã trình bày ở
trên, ta sử dụng mạch chia xung gồm các phần tử logic "và" (AND). Tín hiệu đầu
ra (Y) của phần tử AND nhận các mức tín hiệu logic theo phần tử trạng thái.
Y = X1.X2

h, Mạch gửi xung
Mạch gửi xung được sử dụng các phần tử diôt làm việc theo phương trình
trạng thái: U
ra = Uv1 + Uv2 với các Uv1 và Uv2 là các tín hiệu đầu vào có các mức logic 0 và
logic 1 (Uv1, Uv2 là các mức logic đầu vào). Đầu ra của mạch gửi xung đưa tới
đầu vào của mạch khuếch đại xung. Với việc thực hiện mạch gửi xung như trên sẽ
đảm bảo có thể khởi động được sơ đồ chỉnh lưu một cách chắc chắn mà không cần
thiết phải kéo dài xung điều khiển.
i, Mạch khuếch đại xung
Để khuếch đại công suất của xung điều khiển, hiện nay phổ biến nhất là các
sơ đồ khuếch đại bằng Tiristor và Tranzitor. Ở đây em sử dụng Tranzitor làm
mạch KĐX vì phổ biến và dễ dàng thực hiện.

24


k, Mạch tạo điện áp chủ đạo
Mạch tạo điện áp chủ đạo chỉ yêu cầu công suất nhỏ nên ta lấy trực tiếp từ
nguồn +15V và -15V. " Đảo chiều điện áp chủ đạo nhờ cặp tiếp điểm T-N ”.

l, Mạch lấy tín hiệu phản hồi dòng điện có ngắt.
Để tránh dòng điện trong động cơ tăng quá mức cho phép khi khởi động,
hãm, đảo chiều hay gặp quá tải. Ta phải sử dụng mạch điện để hạn chế dòng điện
phần ứng. Ở đây ta sử dụng mạch phản hồi âm dòng điện. Để hạn chế dòng điện
một cách tự động, ta dùng khâu phản hồi âm dòng có ngắt. Khâu ngắt có tác dụng

khi có quá dòng phần ứng động cơ tăng quá dòng ngắt khâu ngắt tác dụng để hạn
chế dòng điện. Sơ đồ mạch như hình vẽ:

o, Khâu tổng hợp mạch phản hổi âm tốc độ
25