NGHIÊN cứu hệ THỐNG điều KHIỂN cân BĂNG DOSIMAT

Trờng đại học bách khoa Hà Nội
KHOA điện
bộ môn tự động hóa xncn

------------o0o----------

đồ án tốt nghiệp
đề tài: nghiên cứu hệ thống điều khiển
cân băng dosimat

Chủ nhiệm bộ môn
Giáo viên hớng dẫn
Sinh viên thực hiện
Lớp
Mssv

:
:
:
:
:


Hà Nội - 2004

Chơng I
Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng
Tại nhà máy xi măng Hoàng Thạch
1.1. Tổng quan về dây truyền sản xuất của nhà máy xi măng Hoàng
Thạch.
Nhà máy xi măng Hoàng Thạch đợc xây dựng năm 1976 do Vơng quốc

Đan Mạch tài trợ. Đây là nhà máy xi măng hiện đại, sản xuất theo phơng
pháp khô do hãng FLSMIT đảm nhiệm. Nhà máy có dây truyền sản xuất với
công suất thiết kế là 1,1 triệu tấn xi măng/năm. Dây truyền công nghệ của
nhà máy đợc điều khiển từ phòng trung tâm qua hệ thống tự động hóa bao
gồm các máy tính và phân tích thành phần hóa học bằng tia X quang, sản
xuất của nhà máy xi măng là xi măng mang nhãn hiệu P300, P400, P500.
1.2. Công nghệ sản xuất xi măng.
1.2.1. Công nghệ sản xuất và yêu cầu kỹ thuật.
a) Nguyên liệu: Gồm hai thành phần chính đá vôi và đá sét.
*. Đá sét.
Đợc khai thác từ mỏ bằng phơng pháp khoan nổ mìn, cắt theo tầng, đây là
phơng pháp khai thác an toàn và năng suất cao. Kích thớc tối đa của đá khai
thác là 800 mm thể tích khoảng 0,5 m3. Đá đợc xúc lên ô tô vận chuyển về
nơi chế biến, tại đây đá đợc đổ vào máy búa đập nhỏ kích thớc xuống còn 75
x 75 mm.
Máy đập búa có ký hiệu là C1M01.


Công suất 110 KW, Năng suất 210 t/h.
Thời gian làm việc 35ữ42h/tuần
Sau đó đá sét với kích thớc 75 x75 đợc đa đến máy cán, cán nhỏ xuống còn
kích thớc 25 x 25 mm.
Máy cán có ký hiệu là C1M02.
Công suất 250kW, năng suất 210 t/h.
Sau khi đá sét đợc làm nhỏ xuống 25 x 25 mm đợc đa lên bằng tích cao su,
đợc vận chuyển đến kho đồng nhất sơ bộ theo nguyên tắc nguyên liệu dải
theo luống dọc kho thành 15 lớp và 29 luống sau đó đợc gầu xúc, xúc tất cả
các lớp nguyên liệu theo chiều ngang kho và đổ lên băng tải và đổ vào cân
định lợng sau đó đa vào máy nghiền.
*. Đá vôi.

Đợc khai thác từ mỏ bằng phơng pháp khoan và nổ mìn, cắt theo tầng.
Kích thớc tối đa của đá khai thác là 2000 mm, thể tích khoảng 1,5m 3. Đá đợc
xúc lên ô tô vận chuyển về nơi chế biến, sau đó đợc máy đập búa đập nhỏ
kích thớc xuống 25 x 25.
Máy đập búa có ký hiệu là A1M01.
Công suất động cơ:

1200kW.

Năng suất

775 t/h.

Thời gian làm việc:

35 h/tuần.

Đá vôi sau khi kích thớc nhỏ còn 25 x 25 đợc đa vào băng tải cao su và đợc vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ. Tại đây đá đợc cầu dải, dải thành 15
lớp và 29 luống. Sau khi cầu dải dải song thành đống, thì cầu xúc, xúc tất cả
lên băng tải đổ vào cân định lợng rồi đa đến máy nghiền.
*. Kho đồng nhất sơ bộ.


Đồng nhất sơ bộ theo nguyên tắc nguyên liệu đợc dải theo luống dọc kho
và đợc gầu xúc, xúc tất cả lớp nguyên liệu theo chiều ngang kho.
Dung tích.
Đá vôi 2 đống:

15.000 t/đống.

Đá sét 2 đống:

6.600 t/đống.

Thời gian làm việc: 35 ữ 42h/tuần (đầu vào kho là cần dải).
140 h/tuần (đầu ra là cần xúc).
Hai cần xúc đá vôi và đá sét đổ cùng vào băng tải cao su qua cân định lợng
Dosimat để khống chế lợng liệu đổ vào máy nghiền theo tỷ lệ phần trăm đặt
trớc.
*. Phụ gia (Quặng sắt + cát silic).
Quặng sắt hoặc cát silic đợc chứa trong kho 26 đợc đổ vào phiễu qua cấp
liệu dung D1J01 sau đó đa vào băng tải cao su đến 2 silô.
- Silô cát silic.
- Silô quặng sắt.
Kích thớc 2 silô V = 160 m3/1 silô, h = 12 m.
Hai silô này có thiết bị silôpilot để đo mức liệu. Từ hai silô, silic, quặng sắt
sẽ đợc sút và đổ vào băng tải cao su và đợc vận chuyển đến máy nghiền và đổ
cùng vào băng tải cao su có chứa đá vôi và đá sét để đa vào máy nghiền.
Cát silic và quặng sắt cũng đợc qua cần băng điện tử.
b) Nghiền nguyên liệu.
Tất cả các nguyên liệu nh đá sét, đá vôi, phụ gia đợc đa vào máy nghiền
sấy liên hợp đổ nghiền thành bột mịn.
Máy nghiền bi kiển Tiraxunidan
Kích thớc máy nghiền: 5,6 x 7 x 3,6


Công suất:

248 t/h.

Công suất động cơ:

3920 kW.

Thời gian làm việc:

140 h/ tuần.

Máy nghiền bi có cấu tạo 2 ngăn (ngăn bi cầu và ngăn bi đạn). Ngăn thứ
nhất chứa bi cầu dùng để đập nguyên liệu đa vào tơng đối nhỏ. Phần nguyên
liệu nhỏ lọt qua sàng sang phần bi đạn là ngăn thứ 2, ở đây bi đạn có nhiệm
vụ làm nhỏ phần nguyên liệu đợc lọt sang để đạt tới độ mịn cần thiết.
Bột liệu sau khi đợc nghiền xong thì lấy mẫu đa về phân tích Rơnghen
máy tính để điều chỉnh tỷ lệ các nguyên liệu sau đó bột liệu đợc đổ vào 2 silô
đồng nhất.
Đồng nhất bột liệu: Bột liệu đợc đa vào 2 silô ở đây bột liệu đợc sục lên
bằng máy nén khí và đợc tháo ra đa vào lò nung bằng nhiều cửa van để đồng
nhất phối liệu lần 2.
c) Nghiền than và hâm sấy dầu.
*. Than.
Đợc vận chuyển vào kho và chia thành 2 đống mỗi đống 5.500 tấn than đợc đa vào máy nghiền bi TIRAX: 32x 4,4 x 2,5.
Công suất: 25ữ30 t/h.
Than đợc đập mịn và đa vào két chứa, sau đó vào vít tải đến vòi phun vào
lò nung.
*. Dầu MFO (dầu nặng).
Đợc vận chuyển từ cảng lên và đa vào buồng chứa vì độ nhớt ban đầu lớn
lên trớc khi đốt phải đợc xấy, đa nhiệt độ từ 90 ữ 1000C sau đó đợc vòi phun
phun vào lò dới dạng xơng mù.
d) Lò nung.

Lò quay bằng phơng pháp khô 4 tầng Syclo trao đổi nhiệt có hệ thống làm
lạnh Umax (lò con).
Lò quay kích thớc 5,5 x 89 m. Bột liệu đợc cấp vào lò nhờ hệ thống cân
cấp liệu tự động và các bơm Fullex. Bột liệu đi từ các đỉnh Siclo trao đổi
nhiệt đến tầng cuối cùng, bột liệu nâng nhiệt độ lên đến 700 0C sau đó đợc
bơm phun vào lò.
Vòi phun hỗn hợp than, dầu là nhiên liệu cấp vào lò để trao đổi nhiệt với
bột liệu, bột liệu đợc cấp từ đầu vào của lò nung còn than và dầu đợc cấp ngợc lại (từ đầu ra). ở đây bột liệu đợc đo ngợc với nhiệt độ của lò ( bột liệu đi
ngợc với than và dầu). Nhiệt độ trong lò đợc nâng lên 12000C, tất cả bột liệu
đợc hoá lỏng cho đến khi nhiệt độ đợc điều chỉnh từ 1400ữ15000C. ở đây tất
cả các phản ứng hoá lỏng kết thúc, dòng bột liệu đợc chảy vào lò con để làm
nguội tại đây ngời ta làm nguội bằng nớc và gió, sau khi bột liệu đợc làm
nguội và vê thành viên và đợc chảy ra từ các lò con ngời ta gọi là Clinke đợc
đa vào máy nghiền và nghiền ra xi măng.
e) Nghiền xi măng và phụ gia.
Xi măng đợc nghiền từ Ckinke, thạch cao, phụ gia không tích cục (phụ gia
lới).
Máy nghiền xi măng là máy nghiên bi liên hợp loại TIRAXUNIDAN.
- Kích thớc:
- Công suất:

5,6 x 7 x 3,6.
248 t/h.

- Công suất động cơ:
- Thời gian làm việc:

3920kW.
140 h/ tuần.

Máy nghiền xi măng sử dụng máy nghiền chu trình kín có 4 phân li trung
gian và có hệ thống làm mát bằng nớc ở đầu vào. Sau khi nghiền song, xi
măng đợc đa qua phân ly nhờ cầu tải. Tại đây máy phân ly có nhiệm vụ tách


bột xi măng làm 2 loại. Loại nhỏ đúng theo yêu cầu đa thẳng vào các silô để
đóng bao, loại to đợc đa quay trở về máy nghiền để nghiền lại.
f) Đóng bao và xuất xi măng.
Xi măng đợc lấy từ các silô chứa và đa vào kít chứa của máy đóng bao. Có
6 máy đóng bao mỗi máy 8 vòi, công suất của mỗi máy là 40 t/h. ở đây ngời
ta dùng máy đóng bao loại quay, để đóng đợc một bao xi măng phải có 3
Đá vôi

Máy đập

Kho

Cầu xúc

Cân định lượng

Kho
ĐXSB

Cầu xúc

Cân định lượng

điều kiện thì máy đóng bao mới

nhả bao ra.
ĐNSB
- Bao phải đủ 50 kg.
Đá sét

Đập, cán

- Phải đúng cửa tháo.

- Băng tải đằng trớc cửa tháo phải chạy.

Phụ gia

Kho chứa

Két chứa

Cân định lượng

Sau khi bao đợc đóng song đa lên băng tải và vận chuyển đến ô tô hoặc tầu
hỏa hay đa ra cảng để xuất cho tầu thủy.
Than

Dầu

Máy nghiền, sấy

1.2.2: Sơ đồ dây truyền công nghệ: hình 1.1.

Nghiền, sấy than

Hâm, sấy dầu

Thiết bị đồng nhất

Lò nung (lò quay)

Thạch cao

Thiết bị làm lạnh

Máy đập Clinker

Máy nghiền

Silô chứa Clinker

Silô chứa xi măng

Máy đóng bao

Xuất xi măng rời

Xuất xi măng bao

Máy đập

Phụ gia

Hình 1.1: Sơ đồ dây truyền nhà máy xi măng Hoàng Thạch

1.3: Hệ thống điều khiển tự động hóa nhà máy xi măng Hoàng Thạch
1.3.1. Hệ thống SDR
Hệ thống giám sát- đối thoại báo cáo.
+ Giám sát.
Các số liệu ở các điểm đo ở từng công đoạn sản xuất đợc tập hợp xử lý và
đa lên máy tính để tạo ra các bản số liệu của từng công đoạn.
- Công đoạn đá vôi, đá sét.


- Công đoạn nghiền liệu.
- Công đoạn nghiền phụ gia.
- Công đoạn nghiền than, sấy dầu.
- Công đoạn lò nung.
- Công đoạn nghiền xo.
- Công đoạn đóng bao.
Các số liệu gồm: Trị số của các quá trình sản xuất, số liệu về các động cơ
chính.
+ Đối thoại.
Là sự trao đổi giữa ngời vận hành ở phòng điều khiển trung tâm với các
công đoạn sản xuất đợc thực hiện thông qua các máy tính và các thiết bị
ngoại vi của nó.
+ Báo cáo.
Các số liệu cần thiết nhất của các thiết bị cần đợc lu trữ trong máy tính
chúng đợc dùng để lập các bản báo cáo.
- Báo cáo của nhà máy thể hiện các số liệu theo từng giờ. Để chuẩn bị
cho việc bảo dỡng các thiết bị theo từng kỳ.
- Nắm bắt đợc tình trạng thiết bị để kịp thời bảo dỡng hoặc thay thế.
- Báo cáo về báo động của từng công đoạn để công nhân nắm bắt đợc trớc khi sự cố.

1.3.2. Hệ thống FLS-COM.
Đây là hệ thống thông tin xí nghiệp bao gồm các hệ thống truyền hình
công nghiệp.
+ Chức năng.
Giúp cho ngời vận hành ở Trung tâm biết và có thể quan sát bằng mắt ở
các điểm hay các vị trí quan trọng.


+ Hệ thống truyền hình công nghiệp.
Nhà máy đợc trang bị hệ thống camera đặt ở các nơi, các vị trí quan trọng
trong dây chuyền. Tơng ứng với các mẫu hình đợc đặt ở trong phòng điều
hành trung tâm của nhà máy.
+ Hệ thống thông tin nội bộ:
Bao gồm các hệ thống điện thoại tự động và các bộ đàm dùng để liên lạc,
giúp cho ngời vận hành trung tâm liên lạc trực tiếp một cách nhanh nhất đến
ngời vận hành tại chỗ để thông báo hoặc chỉ đạo ngời vận hành làm theo
những yêu cầu cần thiết khi chạy máy hoặc sự cố.
1.3.3. Hệ thống FLS QCX.
Đây là hệ thống kiểm tra chất lợng bằng máy tính điện tử và phân tích
quang phổ gồm có:
+ Phân tích mẫu nh xi măng, clinke, đá sét, đá vôi
- Để biết đợc chất lợng của các mẫu đó, để kịp thời điều chỉnh phụ gia bổ
sung vào hay bớt đi để cho ra một sản phẩm tốt nhất.
- Để tính toán điều chỉnh đơn phối liệu in, báo cáo và phân tích của thiết
bị trong hệ thống QCX.
+ Máy phân tích Rơnghen:
Đây là máy phân tích nhanh dùng để phân tích các mẫu bột liệu trong thời
gian ngắn nhất để kịp thời điều chỉnh các nguyên liệu vào máy nghiền.
+ Máy tính điện tử: dùng để tính toán các số liệu mà máy phân tích
Rơnghen hoặc phân tích mẫu đa sang để kịp thời điều chỉnh trọng lợng của

các vật liệu đa vào máy nghiền hoặc lò nung clinke.
+ Cân băng và bộ PID là bộ cân băng định lợng dùng để cân chính xác
trọng lợng vật liệu vào máy nghiền, nhờ bộ PID đa tín hiệu về phòng trung
tâm.
1.3.4. Hệ thống xử lý báo động.


+ Chức năng: Thông tin quá trình vận hành cho phòng điều khiển trung
tâm về tình trạng vận hành của nhà máy. Hệ thống này là hệ thống bổ sung
cho hệ thống điều khiển động cơ và thờng làm việc với hệ thống logic tĩnh.
Trong hệ thống này có 2 báo động.
- Báo động về thiết bị.
- Báo động về quá trình sản xuất.
1.3.5. Hệ thống xử lý đo lờng.
Chức năng tập hợp xử lý và phân bố các tín hiệu đo lờng. Các tín hiệu đo lờng dẫn từ các bộ chuyển đổi đặt tại các điểm đo đợc tập hợp về hệ thống xử
lý đo lờng, các tín hiệu này đợc qua bộ khuyếch đại. Mặt khác do yêu cầu
công nghệ chế tạo, các bộ chuyển đổi tín hiệu có thể là:
U = 0 ữ 10 V
I = 0 ữ 20 mA
I = 4 ữ 20 mA.
Đồng nhất hóa các tín hiệu ra là điện áp một chiều ( 0 ữ 10).
1.3.6. Hệ thống tự động điều chỉnh, duy trì tự động các thông số kỹ thuật.
Các thông số kỹ thuật gồm: t0, P, F, Q.
+ Các thông số kỹ thuật trên đợc cố định theo yêu cầu công nghệ với độ
chính xác nhất định.
+ Toàn bộ hệ thống tự động điều chỉnh của nhà máy bao gồm nhiều mạch
vòng điều chỉnh.
+ Thông thờng một mạch vòng điều chỉnh có một bộ chuyển đổi có nhiệm
vụ biến đổi các đại lợng điện thành không điện bằng các tín hiệu điện tỷ lệ.
1.3.7. Hệ thống điều khiển logic.

Đây là hệ thống điều khiển logic chơng trình hóa, dùng để điều khiển trình
tự hoạt động hay không một cách liên động giữa các động cơ của các máy


trong một công đoạn. Thông thờng các động cơ khởi động dừng một cách
liên động có thể thực hiện bằng 3 thế hệ thiết bị.
+ Hệ thống Rơle điện từ.
+ Hệ thống logic tĩnh.
+ Hệ thống máy tính.
*. Chức năng của hệ thống.
+ Thông tin về vận hành (tình trạng thiết bị).
+ Trình tự khởi động và dừng.
+ Liên động vận hành.
+ Liên động bảo vệ.
+ Lựa chọn chế độ vận hành.
*. Mức điều khiển ( có 4 mức).
+ Mức điều khiển của ngời vận hành.
+ Mức điều khiển chính.
+ Mức điều khiển đơn vị.
+ Mức điều khiển quá trình sản xuất.
*. Trang bị:
+ Hệ thống các bảm nút bấm phần C của bàn điều khiển Trung tâm.
+Hệ thống các máy tính cho các công đoạn chịu sự chi phối của phòng
điều hành Trung tâm.
+ Hệ thống các tủ điều khiển đơn vị (tại công đoạn).
+ Hệ thống các tủ chuyển tiếp nối giữa các tủ điều khiển đơn vị U = 24 v
DC và mạch động lực.


Chơng II:

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
2-1 : Đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều (ĐM)
2-1-1 :Phơng trình đặc tính cơ:
UƯ
RƯ
E
I

Rf
CKĐ
Rkt

Ikt
Ukt

+

Hình 2-1: Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

CKĐ : cuộn dây kích từ ().
U : dòng điện đa vào động cơ (V).
I : dòng điện phần ứng (A).
E

:S.đ.đ

(V).

R : điện trở dây quấn phần ứng ().
Rf : điện trở phụ:

().

Theo sơ đồ hình 2-1 ta viết đợc phơng trình cân bằng điện áp phần ứng có
dạng:
U = E +I ( R + Rf).
Sức điện động E của phần ứng của động cơ đợc xác định theo biểu thức:
E =

PN
= K .
2a

Trong đó: P : là số đôi cực từ chính.
N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.


a : số đối mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng.
: từ thông dới một cực từ.

: tốc độ góc Rad/s.
K=

PN
2a

hệ số cấu tạo của động cơ.

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng / phút).
Ta có: E = Ke n.

=

n
2n
= 9,55
60

vì vậy E =

PN
n.
60a

Trong đó Ke =
Ke =

PN
: hệ số sức điện động của động cơ:
60a

K
0,105 K.
9,55

Từ phơng trình cân bằng điện áp phần ứng động cơ ta kết hợp với biểu
thức xác định. Sức điện động EƯ của phần ứng động cơ ta đợc phơng trình
đặc tính cơ của động cơ một chiều nh sau:
Uu

= K -

Ru + Rf
.I
K

Đây cũng là phơng trình quan hệ giữa tốc độ () và dòng điện. Phần ứng
của động cơ (I) hay là phơng trình tốc độ.
Mặt khác mô men điện từ Mđt gồm mômen cơ học và mô men ma sát:
Mđt = K I.
Mđt = M + M
Trong đó: M là lực ma sát.
Giả thiết nếu bỏ qua M 0 thì M= Mđt.
Suy ra: I =

M
K

Thay I vào phơng trình đặc tính cơ điện ta đợc phơng trình đặc tính cơ nh
sau:


Uu

Ru + Rf

= K - ( K ) 2 .M
Giả thiết phản ứng phần ứng đợc bù đử, từ thông = const thì phơng trình
đặc tính cơ điện và phơng trình đặc tính cơ là phơng trình tuyến tính. Hình 22 và hình 2-3 là đặc tính của chúng.

0

0

đm

đm
Im

Hình2-2: đặc

Iđm

n

tính cơ của động cơ

Mmn

I

Mđm

I

Hình2-3: đặc tính cơ của

điện một chiều kích từ độc lập.

động cơ điện kích từ độc lập.

Theo đồ thị trên thì khi I = 0 hoặc M = 0 ta có :
Uu =
0
K

0 đợc gọi là tốc độ không tải lý tởng khi = 0 ta có:
I=

U
= Imn
Ru + Rf

M= K Imn = Mmn
Imn, Mmn đợc gọi là dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch.
2-1-2: Xét ảnh hởng của các tham số đến đặc tính cơ điện một chiều.
a) ảnh hởng của điện trở phần ứng.
Giả sử : U = Uđm = const và = đ = const muốn thay đổi điện trở phần
ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng.
Tốc độ không tải lý tởng là.


U dm

0 = K = const
dm
độ tính đặc tính cơ.

=

K dm
M
=
=var
Ru + Rf


Khi Rf càng lớn, càng nhỏ nghĩa là đờng đặc tính cơ càng dốc. ứng với
Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên.
TN =- (

Kdm 2
)
Ru

0

TN

Hình 2-4 các đặc tính cơ của
động cơ 1 chiều kích từ

Rf1
Rf2

độc lập khi thay đổi
điện trở phụ mạch phần ứng.

MC

M

Rf3

(Rf3 > Rf2 > Rf1)

Nh vậy khi thay đổi điện trở phụ Rf ta đợc một họ đặc tính cơ biến trở. ứng
với một phụ tải Mc nào đó, nếu Mc càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm.
Ngời ta thờng sử dụng phơng pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh
tốc độ động cơ phía dới tốc độ cơ bản.
b) ảnh hởng của điện áp phần ứng.
Giả sử khi từ thông = đm = const.
Khi thay đổi điện áp theo hớng giảm so với Uđm ta có tốc độ không tải lý tU

ởng: 0 = Kdm = var
Độ cứng của đặc tính cơ:

( K ) 2
= const
Ru

Nh vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta đợc một họ đờng
đặc tính cơ song song với đờng đặc tính cơ tự nhiên. Nh hình vẽ 2-5 ta thấy
rằng:
0 2 3
1

0

TN

1
2

Uđm
U1

3

U2
MC

U3

M

Hình 2-5: các đặc tính cơ của động cơ 1 chiều kích từ độc lập
khi giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ (U3
Khi thay đổi điện áp (giảm áp ) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn
mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với phụ tải nhất
định. Dó đó phơng pháp này cũng đợc sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ
và hạn chế dòng điện khi khởi động.
c) ảnh hởng của từ thông:
Giả sử U = Uđm = const.
Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt của động cơ.
Tốc độ không tải lý tởng:

0 =

U dm
K

Độ cứng đặc tính cơ:
=

( K ) 2
=var
Ru

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thờng điều chỉnh giảm từ thông nên
khi từ thông giảm thì 0 sẽ tăng, còn sẽ giảm ta có một họ đờng đặc tính

cơ ở hình vẽ 2-6 với 0 tăng dần và độ cứng của đặc tính cơ giảm dần khi
02
giảmtừ thông.
02
2
01
01
2
1
0 1
0
đm
TN
đm

Inm
a)

Mnm Mnm1 Mnm

I
b)

M


Hình 2-6: đặc tính cơ điện (a), đặt tính cơ (b) của động cơ
một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông.

Ta thấy rằng khi thay đổi từ thông thì:
Dòng điện ngắn mạch: Imn =

U dm
= const.
Ru

Mô men ngắn mạch: Mmn = K .I mn = var .
Với dạng mô men phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ
khi giảm từ thông thì tốc độ động cơ tăng lên ( Hình 2-6b).
2-2 : Phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ.
~

IƯ

Rb

RƯ

Lk
Uđk

BBĐ

Đ

U

Eb

EƯ

a)

b)

Hình 2-7: Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập

Eb : là S . đ. đ của bộ biến đổi.
Rb : điện trở bộ biến đổi.
0max
R : điện trở động cơ.
max
E : S .đ .đ của
động cơ.

Ebđm
Để điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng của động
E
cơ thì từ thông = dm nên độ cứng đặc tính cơ cũngb1không đổi, còn tốc độ
0min
Eb2
min
Mnm min
M,I
Mđm

Eb3


không tải lý tởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển U đk của hệ thống
do đó có thể nói phơng pháp này là triệt để.

Hình 2-8 Xác định phạm vi điều chỉnh.

Để xác định phạm vi điều chỉnh tốc độ ta thấy rằng tốc độ lớn nhất của hệ
thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định
mức và từ thông cũng đợc giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải
điều chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mô men khởi động khi
mô men tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất là:
M dm

max =0max-

M dm

min =0min-

Phơng pháp này gọi là phơng pháp điều chỉnh dới cơ bản hay dới định mức
(điều chỉnh từ dới 0min đến Mđm).
+ Sai số tốc độ:
Khi điều chỉnh tốc độ động cơ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ
cứng đặc tính cơ toàn dải điều chỉnh là nh nhau, do đó độ sụt tơng đối sẽ đạt
giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh.
S% =

0 min min

.100% = .100%
0 min
0 min


+ Tính mô men cho phép Mcf:
Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ đợc
giữ nguyên không đổ do đó mô men tải cho phép của hệ sẽ là không đổi.
Mcf = K dm .I dm = M dm = hằng số không phụ thuộc vào .
Vậy

Mcf () = const.

Mcf () = Mc().
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là rất
thích hợp với tải có mô men không đổi trong toàn dải điều chỉnh.
2-3 : Hệ thống truyền động điện chỉnh lu- động cơ.
Trong hệ thống truyền động điện chỉnh lu điều khiển - Động cơ một

chiều(CL - Đ), bộ biến đổi điện là mạch chỉnh lu điều khiển có Sđđ Ed phụ
thuộc vào giá trị pha xung điều khiển (góc điều khiển). chỉnh lu có thể là
nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ.
Chế độ làm việc của chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và vào
các tính chất của tải, trong truyền động điện tải của chỉnh lu thờng là cuộn
kích từ (L-R) hoặc là mạch phần ứng động cơ (L- R- E).
a) Chế độ dòng liên tục: Khi dòng điện chỉnh lu nếu là liên tục thì sức
điện động chỉnh lu là những đoạn hình sin nối tiếp nhau, giá trị trung
bình của sức điện động chỉnh lu sơ đồ chỉnh lu 3 pha đợc tính nh sau:
3
1
Ed = ed t = 2
2 0
2

D4



2U 2 sin tdt

D2

Ed = Ed0. cos = 3 6 U2 cos = 1,17 U2cos.
2

Công thức trên đúng với sơ đồ chỉnh lu hình tia với sơ đồ hình cầu 3 pha
thì điện áp chỉnh lu không tải là Ed0 =

3 6

U2.


Ed = 2,34 U2 . cos.

Với sơ đồ cầu một pha điện áp chỉnh lu không tải đợc tính là:


2 2
Ed0 U2= 0,9U2

b) Chế độ dòng gián đoạn:
Hiện tợng gián đoạn dòng điện chỉnh lu xẩy ra do năng lợng điện từ tích
luỹ trong mạch khi dòng điện không đủ duy trì tính chất liên tục của dòng
điện khi nó giảm. Lúc này góc dẫn của van trở lên nhỏ hơn 2/p dòng
điện này qua van trở về 0 trớc khi van kế tiếp bắt đầu dẫn trong khoảng
dẫn của van thì S.đ.đ chỉnh lu bằng S.đ.đ của động cơ điện.
ed =UL, 0 0+
Khi dòng điện bằng 0 , S.đ.đ chỉnh lu bằng S.đ.đ của động cơ điện.
ed = E, 0+ < 2 / p
c)

Hiện tợng chuyển mach:
Khi phát xung nhằm để mở một hoặc hai van thì điện áp anôt của pha đó

phải dơng hơn điện áp của pha có van trong đang dẫn (điện áp nguồn không
đổi dấu), do đó mà dòng điện của nhóm van đang dẫn giảm dầnvề 0, còn
dòng điện của van kế tiếp sẽ tăng dần lên do có điện cảm trong mạch,
mà quá trình xẩy ra từ từ. Cùng tại một thời điểm có cả các van đều dẫn dòng
và chuyển mạch gia các van (hiện tợng trùng dẫn) do có quá trình chuyển

mạch nên điện áp chỉnh lu nó không đợc đẹp nh trớc nữa mà nó thay đổi
dạng điện áp (bị méo đi) dẫn đến điện áp chỉnh lu bị suy giảm một lợng là
U trị số điện áp trung bình đợc tính cho sơ đồ tia 3 pha:
U =

3
XaId
2

Xa = La = 2 f La
Sơ đồ cầu 3 pha: U =

6
X aI d
2

Sơ đồ cầu 1 pha: U =

2
X aI d
2

Vậy sau khi có hiện tợng chuyển mạch thì điện áp chỉnh lu đợc tính tổng
quát theo công thức:


Ed = Ed0 cos - U
2-4: Sơ đồ chỉnh lu cầu 1 pha.

A

(-)

U2
+

-

B
(+)

T1 G

T2 G

T4 G

T3 G
Ud

Zt

Ld

Hình 2-9: sơ đồ nguyên lý chỉnh lu điều khiển cầu một pha.

a) Nguyên lý làm việc:
ở nửa chu kỳ đầu của điện áp nguồn U 2 xoay chiều thì (+) ở A và ở (-) B,
Thyristơ có điều kiện để dẫn dòng. Tại thời điểm =1 cho xung điều khiển
vào cực G của T1, T3 lúc này T1, T3 dẫn dòng, dòng điện đợc khép kín từ (+)
A T3 Ld Zt T1 (-) B. ở nửa chu kỳ sau thì điện áp nguồn đổi dấu

(+) ở B, (-) ở A Hai Thyristơ này tự nhiên bị khoá lại vì
UL =0 và Thyristơ T2, T4 có thể dẫn. Tại thời điểm =+ ta cho xung điều
khiển mở vào cực G của T 2, T4 dẫn đến T2,T4 mở cho dòng điện chạy qua,
dòng điện đợc đi từ +B T2 Ld Zt T4 -A kỳ sau thì nguyên lý lại
ngợc lại đợc lặp lại nh ban đầu. Tuỳ theo tính chất của tải mà dòng I d có thể
là liên tục hoặc gián đoạn.
b) Tải thuần trở R.


Ud


1


+



id


1

2



iT1,3
iT2,3

1



+
Hình 2-10: Đồ thị điện áp, dòng
điện chỉnh lu cầu 1 pha khi tải là R

Giá trị trung bình của điện áp tải
Ud =

2 2U L
(1+cos)


Giá trị trung bình của dòng tải
Id =

Id
2

Khi = 1 cho xung điều khiển
T1,T3 :Ud = UL hai Tiristơ này sẽ
tự nhiên bị khoá lại khi U L = 0 ,

2

H
E

T
H
O

N
G

H
E

T
H
O

N
G




Khi = + cho xung điều khiển mở T2 và T4 : Ud = UL
Dòng tải Id là dòng gián đoạn vì Id có khoảng thời gian bằng không.
c) Tải trở cảm (R + L)


Dòng tải qua T1 ,T3 ở thời điểm (+) là cha giảm về 0 khi hai van này
khoá lại vì do tính điện cảm của mạch
Nh vậy dòng tải sẽ tiếp tục tồn tạivà chuyển sang hai van vừa mở ra T 2,T4
vì thế ta có chế độ dòng điện liên tục vì với mọi thời điểm đều có Id > 0

Phơng trình mạch tải
2U L sin d = Rid + x
1


+





2U L sin d=

R


did
d

+

id d +



Id

x
did
Id

giá trị trung bình điện áp tải là

Ud =

2 2U 2 . cos


giá trị trung bình của van
ITB =

Id
2

Ta có đồ thị dạng điện áp dòng điện ở hình (2-11)

Ud
2

1




+

id
1
iT1,3

iT2,4

1

1

+ 2

H
E
+
T
H
+
2 O

H
E

T
H
O

N
G

H
EN
G
T
H
O
Hình 2-11: đồ thị điện áp, dòng điện chỉnh
lu cầu 1 pha khi tải là (R - L)
d) Hiện tợng chuyển mạch:
N
giả thiết khi T ,T đang mở cho dòng điện chảy qua , i = I khi =
G
cho xung điều khiển mở T , T vì sự có mặt của L nên dòng T không
1

3

T1,3

2

4

d

d

2

T1,3

thể giảm đột ngột từ Id xuống 0, mà dòng i T2,4 cũng không thể tăng đột
ngột từ 0 đến Is .
Lúc này thì cả 4 Tiristơ cũng mở cho dòng chảy qua gọi là hiện tợng
chuyển mạch (trùng dẫn), phụ tải bị ngắn mạch, U d = 0 nguồn eLcũng bị
sinh ra dòng ngắn mạch ic .
Ta có phơng trình:
2U L sin = Xc

dic
dD

Nếu chuyển góc toạ độ từ 0 sang 2 ta có
2U 2 sin( + ) = Xc
ic =

dic
d

2U 2
[cos cos( + )]
Xc

đặt ic = ic1+ ic2 với ic1= ic2= ic 2
ic1 làm tăng dòng trong T4 và làm giảm dòng trong T3.

ic2 làm tăng dòng trong T2 và làm giảm dòng trong T1.
iT1,3 =Id -

2U L
2 Xc

[cos cos( + )]

do hiện tợng chuyển mạch nên điện áp chỉnh lu bị suy giảm 1 lợng U
U =

2 Xc.Id


khi Ld 0, giá trị trung bình của điện áp tải sẽ là: