NGHIÊN cứu KHẢO sát hệ TRUYỀN ĐỘNG QUAY DI CHYỂN của máy xúc íấã 8ố

Trờng đại học bách khoa hà nội
Khoa điện
Bộ môn tự động hóa XNCN
============

Đồ án Tốt nghiệp
Đề tài: nghiên cứu khảo sát hệ truyền động
Quay - Di chyển của máy xúc - 8
Chủ nhiệm bộ môn
Giáo viên hớng dẫn
Sinh viên thực hiện
Lớp
Mã số SV

: ts. nguyễn mạnh tiến
: ts. nguyễn mạnh tiến
: Nguyễn Chí Dũng
: tđh-k8-cp
: CP01 - 013

Hà nội 5-2006


Chơng1
Đặc điểm công nghệ và trang bị điện máy xúc
Máy xúc đợc sử dụng rộng rãi trên các công trờng xây
dựng,trên các công trình thuỷ lợi, xây dựng cầu đờng để san
gạt mặt bằng.Đặc biệt trong ngành công nghiệp khai thác mỏ
theo phơng pháp lộ thiên nhất là khai thác than. Máy xúc đóng
vai trò cực kỳ quan trọng không thể thiếu
1.1.Phân loaị : Máy xúc rất đa dạng nhng có thể phân

loại theo các chỉ tiêu sau:
1.1.1:Phân loại theo đặc tính sử dụng
+ Máy xúc xây dựng chạy bánh lốp, bánh xích dùng
trong nghành xây dựng có thể tích gầu xúc
V= 0.25 ữ 2m3
+Máy xúc chạy bằng bánh xích dùng trong công
nghiệp khai thác mỏ lộ thiên (máy xúc ) có thể tích
gầu xúc
V= 4.6 ữ 8m3
+ Máy xúc bốc đất đá có thể tích gầu xúc
V= 4 ữ
3
35m
+ Máy xúc gầu ngoạm dùng để xúc những vật liệu thể
hạt có thể tích gầu xúc
V= 4 ữ 80m 3
1.1.2 : Phân loại theo cơ cấu bốc xúc


+ Máy xúc có cơ cấu bốc xúc là gầu thuận : Gầu xúc
di chuyển vào đất đá theo hớng từ máy xúc ra phía trớc
dới tác dụng của hai lực kết hợp của cơ cấu nâng và cơ
cấu đẩy tay gầu
+ Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gầu cào di chuyển
theo hớng từ tay gầu vào máy xúc theo mặt phẳng nằm
ngang.
+ Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gầu treo trên dây :
Gầu di chuyển theo hớng từ phía ngoài vào máy xúc dới
tác dụng của lực kết hợp hai cơ cấu: cơ cấu keo và cơ
cấu nâng

+ Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gầu ngoạm : quá
trình bốc xúc đất đá đợc thực hiện bằng cách khép kín
dần hai nửa thành gầu ngoạm dới tác dụng lực kéo của
cơ cấu kéo :
+ Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu gầu quay : Gầu
quay là một bánh xe ,gầu xúc đợc gá lên bánh xe theo
chu vi.
+ Máy xúc có cơ cấu bốc xúc kiểu máng cào nhiều gầu
xúc.
1.1.3. Phân loạ theo thể tích gầu xúc.
+ Máy xúc công suất nhỏ có thể tích gầu xúc
V=
3
0.25 ữ 2m
+ Máy xúc công suất trung bình có thể tích gầu xúc
V= 2 ữ 6m 3 .
+ Máy xúc công suất lớn có thể tích gầu xúc
V=
3
6 ữ 80m .
1.1.4. Phân loại theo cơ cấu truỳên lực.
+ Máy xúc có cơ cấu truyền lực là động cơ đốt
trong (Điêzen)
+ Máy xúc có cơ cấu truyền lực là động cơ điện.
1.1.5. Phân loại theo cấu tạo của cơ cấu di chuyển.
+ Máy xúc di chuyển bằng bánh lốp.
+ Máy xúc di chuyển bằng xích.
+ Máy xúc di chuyển bằng bánh sắt chạy trên ray.
1.2. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động điện các cơ cấu của máy xúc.
Từ những đặc điểm của máy xúc các yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động

điện, truyền động các cơ cấu chính của máy xúc bao gồm.
1.2.1.Đờng Đặc tính cơ . Hệ truyền động điện của các cơ cấu chính của máy
xúc (Cơ cấu nâng- hạ ; ra - vào của tay gầu và quay máy ) phải đợc bảo vệ một cách
tin cậy khi quá tải,có nghĩa là hệ truyền động phải tạo ra ((đặc tính máy xúc)) .
Đờng đặc tính cơ hệ truyền động phải đảm bảo hai yêu cầu sau
Trong phạm vi :
+0 < I < Ing
Ing=(2.25 ữ 2.5)Iđm
ơ


Thì độ sụt tốc độ 10% Để đảm bảo năng xuất của máy xúcvà sự làm
việc ổn định của động cơ
Khi dòng điện động cơ I > I ng . Tốc độ động cơ giảm nhanh về 0 , để đảm
bảo động cơ không bị quá tải có nghĩa là hệ truyền động phải tạo ra đặc tính cơ đặc
trng có tên gọi ((đặc tính máy xúc )) (Hình 1-1)



B
D

A

1
2

M

0

Mng

C (Md )

Trong đó đờng đặc tính cơ 1 là đờng đặc tính cơ lý tHình 1.1: Đặc tính máy
ởng = 0 Trị số mômen
xúc ngắt bằng mô men dừng.
Trong thực tế không sử dụng đờng đặc tính cơ lý tởng nh đờng 1 mà thờng sử
dụng đờng đặc tính cơ mềm hơn (đờng 2 ). Độ cứng của đờng đặc tính cơ ở vùng
phụ tải định mức giảm xuống 85ữ90 %. Nếu độ cứng đờng đặc tính cơ quá lớn ngời
vận hành máy xúc khó cảm nhận đợc khi cơ cấu bị quá tải, không kịp giảm lớp cắt
dẫn đến cơ cấu dừng làm giảm năng xuất của máy xúc. Và đặc biệt dẫn đến tuổi thọ
động cơ bị giảm nhanh. Trên thực tế ngời ta dùng đờng đặc tính cơ thực
0
Mng< Md
Để đánh giá năng xuất của một máy xúc ngời ta đa ra một hệ số đặc trng đợc
gọi là hệ số lấp đầy K
K=

S ADCO
m.S
. <1
=
S ABCO 0 .M d

(1.1)

Trong đó :
S=SAD CO . diện tích hợp thành bởi hệ trục tọa độ và đờng đặc tính cơ lý tởng
SAB CO là diện tích tạo bởi hệ trục tọa độ và đờng đặc tính cơ lý tởng

o - tốc độ không tải lý tởng của động cơ
Md -mô men dừng
m - hệ số tỷ lệ về diện tích
Đối với hệ truyền động hệ số lấp đầy của máy xúc có thể đạt tới 0.8 ữ 0.9


1.2.2. Động cơ truyền động. Các cơ cấu máy xúc phải chắc chắn , khả năng chịu
quá tải lớn . Độ cách điện của động cơ phải đảm bảo chịu quá nhiệt , độ ẩm cao,
động cơ phải đảm bảo chịu tần số đóng cắt lớn (400ữ600) lần / h
1.2.3. Động cơ truyền động các cơ cấu chính của máy xúc phải có mô men quán
tính đủ nhỏ để giảm thời gian quá độ khi mở máy và hãm. Nên chọn động cơ có
phần ứng dài, đờng kính nhỏ.
1.2.4. Các thiết bị điều khiển dùng trong máy xúc phải đảm bảo làm việc tin cậy
trong điều kiện nặng nề nhất (Độ rung động , chao lắc lớn , phụ tải đột biến và tần
số đóng cắt lớn )
1.2.5. Hệ thống điều khiển hệ truyền động.
+ Các cơ cấu của máy xúc phải đơn giản, chắc chắn, mức độ tự động hóa cao
+ Các cơ cấu truyền động máy xúc trong quá trình làm việc thờng bị qúa tải cho
nên việc hạn chế mô men nhỏ hơn trị số cho phép ở chế độ tĩnh và động là yêu cầu
quan trọng bậc nhất. để máy xúc có năng xuất cao nhất đồng thời bảo vệ đợc các
thiết bị không bị hỏng hóc khi quá tải cần thực hiện hai yêu cầu
%

100

4
2

75
1

50
25

3
M
%

O
50
100 150
200
250 các đờng đặc tính cơ của các hệ truyền động khác
Trên (hình 1.2) biểu diễn
nhau dùng trong máy xúc.Hình
Họ đặc
củacơ
cáccủa
hệ các
đó cho
phép đánh giá và tính
1.2.tính
Đặccơtính
hệ truyền
chọn hệ truyền động một động
cách hợp lý đối với từng loại máy xúc cụ thể. Hệ truyền
động xoay chiều dùng động cơ không đồng bộ ba pha (đờng 1) đợc sử dụng rộng rãi
cho các loại máy xúc có thể tích gầu tới 1m 3. Nếu dùng động cơ truyền động là
động cơ xoay chiều có hệ số trợt lớn cho phép hạn chế dòng điện trong phạm vi cần
thiết để giảm độ cứng của đờng đặc tính cơ trong vùng mômen phụ tải bằng mômen
định mức của động cơ, có thể thực hiện đợc bằng cách đấu thêm điện trở phụ vào

mạch rôto của động cơ:
Rf = (10 ữ15)% R
(R là điện trở của dây quấn rôto động cơ)
Nếu trong mạch rôto của động cơ có đấu cuộn kháng bão hòa hoặc khuyếch
đại từ, ta sẽ nhận đợc đờng đặc tính cơ tối u với hệ truyền động xoay chiều.
[[


Hệ truyền động máy phát - động cơ với đờng đặc tính cơ 3 đợc áp dụng rộng rãi
cho các loại máy xúc từ 2 ữ5m3. Hệ này có đờng đặc tính cơ gần với đờng đặc tính
cơ tối u cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động trong một phạm vi khá
rộng.
Hệ truyền động máy phát - động cơ có khuyếch đại trung gian (khuyếch đại máy
điện KĐMĐ, khuyếch đại từ KĐT, khuyếch đại bán dẫn KĐBD) sẽ tạo ra đờng đặc
tính cơ 4, đáp ứng hoàn toàn với yêu cầu của máy xúc. Hệ này đợc sử dụng rộng rãi
trong các loại máy xúc có công suất lớn có thể tích gầu từ 10 ữ 80m3.
ơ

Chơng 3
Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
3.1. Khái niệm chung
Về phơng diện điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có nhiều u việt hơn so
với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng
mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời đạt chất lợng điều
chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng .
Thực tế có hai phơng pháp cơ bản để điều chỉnh động cơ điện một chiều.
- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ
-

điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

Cấu trúc phần lực của hệ truyền động chỉnh lu tốc độ động cơ điện một chiều
bao giờ cũng cần có bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động
cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Cho đến nay trong công nghiệp sử dụng bốn loại bộ
biến đổi chính.
- Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ điện sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc
máy điện khuyếch đại (KĐM)
- Bộ biến đổi điện từ. Khuyếch đại từ (KĐT)
- Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn. chỉnh lu Tiristo(CLT)
- Bộ biến đổi xung áp một chiều. Tiristo hoặc Tranzito (BBĐXA)
+ Tơng ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động nh:
- Hệ truyền động máy phát - động cơ (F-Đ)
- Hệ truyền động máy điện khuyếch đại - động cơ (MĐKĐ - Đ)
- Hệ truyền động khuyếch đại từ - động cơ (KĐT - Đ)
- Hệ truyền động chỉnh lu Tiristo - động cơ (T-Đ)
- Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA-Đ)
Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động, điều chỉnh tốc độ động cơ
một chiều có loại điều khiển mạch kín ( ta có hệ truyền động điều chỉnh tự
động) và loại điều khiển mạch hở ( Hệ truyền động điều khiển hở). Hệ điều chỉnh
tự động truyền động điện có cấu trúc phức tạp nhng chất lợng điều chỉnh cao và dải
điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động hở.
Ngoài ra các hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều còn đợc
phân loại theo truyền động có đảo chiều quay và không đảo chiều quay. Đồng thời


tùy thuộc vào các phơng pháp hãm, đảo chiều mà ta có truyền động làm việc ở góc
phần t, hai góc phần t và bốn góc phần t.

+. Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn nh
máy phát một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lu điều khiển... Các thiết bị nguồn

này có chức năng biến năng lợng điện xoay chiều thành năng lợng điện một chiều
có sức điện động Eb điều chỉnh đợc nhờ tín hiệu điều khiển UĐK. Vì là nguồn có
công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và
điện cảm Lb khác không.

Rb

I

Rđ

LK
UĐK

BBĐ

Eb (uđk)

Đ

U

Hình
a) 3.1. Sơ đồ khối, và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập
b)sau:
Ơ chế độ xác lập có thể viết phơng trình đặc tính của hệ thống nh
E b E = I ( Rb + R đ )

=

Eb
R + Rud
b
.I u
K . dm
K . dm

=o (Udk )

(3.1)

M



Vì từ thông của động cơ đợc giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng
không đổi, còn tốc độ không tải lý tởng thì tùy thuộc vào giá trị điện áp điều khiển
UĐk của hệ thống, do đó có thể nói phơng pháp điều chỉnh này là triệt để.
Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống
bị chặn bởi đặc tính cơ 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 đợc giới
hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mô men khởi động. khi mô men tải là định
mức thì giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

max = o max

M dm


(3.2)

min = o min

M dm


Để thỏa mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có
mô men ngắn mạch là.
Mnmmin = Mcmax = KM . Mđm
trong đó KM là hệ số quá tải về mômen. Vì họ đặc tính cơ là các đờng thẳng song
song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết
1 M
min = ( M mn min M dm ) = dm ( K M 1)



omax D=

max .

M dm



( K M 1) M dm /

=

M dm

K M 1

(3.3)


omax
max

đk1
đki

omi
min

n

M,I

0

Mđm

Mnm min

Hình 3.2. Xác định phạm vi điều chỉnh

Với một cơ cấu máy cụ thể thì giá trị omax, Mđm , KM là xác định, vì vậy phạm vi
điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng . Khi điều chỉnh điện áp
phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch phần
ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính sơ bộ đợc:

omax. /Mđm 10


Vì thế với tải có đặc tính mômen không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc độ
cũng không đợc vợt quá 10. Đối với các máy có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và
độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống hở nh trên là
không thỏa mãn đợc.
Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền động
một chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng
các đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là nh nhau, do đó độ sụt tốc tơng đối sẽ đạt
giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh. Hay nói cách khác, nếu tại
đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vợt quá giá trị sai số
cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép
trong toàn bộ dải điều chỉnh. Sai số tơng đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:

S =

o min min

=
o min
o min

S =

M dm
S cp
.o min

Vì giá trị omin, Mđm , Scp , là xác định nên có thể tính đợc giá trị tối thiểu của độ

cứng đặc tính cơ sao cho sai số sai số không vợt quá giá trị cho phép . Để làm việc
này, trong đa số các trờng hợp cần xây dựng các hệ truyền động điện kiểu vòng kín.
Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ đợc giữ
nguyên, do đó mômen tải cho phép của hệ sẽ là không đổi
Mc.cp = Kđm . Iđm = Mđm

(3.4)

Phạm vi điều chỉnh tốc độ và mômen nằm trong hình chữ nhật bao bởi các đờng
thẳng =đm, M = Mđm và các trục tọa độ. Tổn hao năng lợng chính là tổn hao
trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ.

Eb = E + (Rb +Rđ )
I Eb = I E +I2 (Rb +Rđ )
Nếu đặt Rb + Rđ = R . thì hiệu suất biến đổi năng lợng của hệ sẽ là:

u =

I u Eu


I u Eu + I u2 R + MR
( K dm ) 2

*

u = *
+M * R *
Khi làm việc ở chế độ xác lập ta có mômen do động cơ sinh ra đúng bằng
mômen tải trên trục: M* = Mc* và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là

Mc = (*)x thì


*
u = *
+ R* .( * ) x 1


(3.5)



đm

1
X=0
X=-1


Mđm
1
Hình 3-2. Quan hệ giữa hiệu suất truyền động và tốc độ với các loại tải khác
nhau
Hình 3-2 mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các trờng hợp
đặc tính tải khác nhau. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là
rất thích hợp trong trờng hợp mômen tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh. Cũng
tháy rằng không nên nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng vì nh vậy sẽ làm
giảm đáng kể hiệu suất của hệ.

3 . 2.. Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều ( F - Đ )

3.2.1. Cấu trúc hệ F - Đ và các đặc tính cơ bản
Hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ) là hệ truyền động điện mà bộ biến đổi
điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập. Máy phát này thờng do một động
cơ điện sơ cấp không đồng bộ ba pha ĐK quay và coi tốc độ quay của máy phát là
không đổi.
Tính chất của máy phát điện đợc xác định bởi hai đặc tính: đặc tính từ
hóa là sự phụ thuộc giữa sức điện động máy phát vào dòng điện kích từ và đặc
tính tải là sự phụ thuộc của điện áp trên hai cực của máy phát vào dòng điện tải. Các
đặc tính này nói chung là phi tuyến do tính chất của lõi sắt, do các phản ứng của
dòng điện phần ứng... Trong tính toán gần đúng có thể tuyến tính hóa các đặc tính
này:
EF = KF . F . F = KF . F . C.iKF
(3.6)
Trong đó:
KF là hệ số kết cấu của máy phát
C = F/ikF là hệ số góc của đặc tính từ hóa
Nếu dây quấn kích thích của máy phát đợc cấp bởi nguồn áp lý tởng UKF thì

U
iKF = KF
rKF
ơ


Sức điện động của máy phát trong trờng hợp này sẽ tỷ lệ với điện áp kích thích
bởi hệ số hằng KF nh vậy có thể coi gần đúng máy phát điện một chiều kích từ độc
lập là một bộ khuyếch đại tuyến tính
EF = KF . UKF

(3.7)

UKĐ

ĐK
iKF
Uđku

F

UF=UĐ

UKF

Đ

M

UKĐ
IKĐ


MS

a)

EF

UF

iKF

0

0

b)

I


Hình 3.3. Hệ thống máy phát động cơ.
a - Sơ đồ nguyên lý.
b - Các đặc tính từ hóa và đặc tính tải
Nếu đặt R = RF + RĐ thì có thể viết đợc phơng trình các đặc tính của hệ F - Đ nh
sau:

=

=

KF
RI
.U KF
K
K

KF
RI
.U KF
M
K

( K ) 2

= o(U KF ,U KD )

(3.8)

M
(U KD )

Các biểu thức ( 3.8 ) chứng tỏ rằng, khi điều chỉnh dòng điện kích thích của máy
phát thì điều chỉnh đợc tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ thì
giữ nguyên. Cũng có thể điều chỉnh kích từ của động cơ để có dải điều chỉnh tốc độ
rộng hơn.
3.2.2. Các chế độ làm việc của hệ F - Đ
Trong mạch lực của hệ F - Đ không có phần tử phi tuyến nào nên hệ có những
đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc. Với sơ đồ cơ
bản nh H 3-3a động cơ chấp hành Đ có thể làm việc ở chế độ điều chỉnh đ ợc ở cả
hai phía: kích thích máy phát F và kích thích động cơ Đ , đảo chiều quay bằng cách
đảo chiều dòng kích thích máy phát, hãm động năng khi dòng kích thích máy phát
bằng không, hãm tái sinh khi giảm tốc độ hoặc khi đảo chiều dòng kích từ, hãm ngợc ở cuối giai đoạn hãm tái sinh khi đảo chiều hoặc khi làm việc ổn định với mômen
tải có tính chất thế năng...
Hệ F - Đ có đặc tính cơ điền đầy cả bốn góc phần t của mặt phẳng tọa độ [, M]
ở góc phần t thứ I và thứ III tốc độ quay và mômen quay của động cơ luôn
cùng chiều nhau, sức điện động máy phát và động cơ có chiều xung đối nhau
và

EF

>

E

,

c

>



.

Công suất điện từ của máy phát và động cơ là:
PF = EF . I >0
PĐ = E . I >0
Pcơ = M.. I >0

(3.9)




IKFđm ; iKĐmin

I

IKFđm ; iKĐđm

E

EF

M
R



IKFđm ; iKĐđm

M

I

M




E

EF

IKFđm ; iKĐmin

R




I

M

E

EF
R





M

I
Hình 3.4: Đặc tính cơ hệ F-Đ. a) Chế độ động cơ. b) Chế độ hãm tái sinh


E
EF
Các biểu thức này nói lên rằng
năng lợng đợc vận chuyển thuận chiều từ
M đến tải
nguồn đến máy phát đến động cơ
R ở góc phần t thứ II và thứ IV, lúc này
Vùng hãm tái sinh nằm
Do

> o nên

E

>

EF

, mặc dầu E, EF mắc xung đối nhng dòng

phần ứng lại chảy ngợc từ động cơ về máy phát làm cho mômen ngợc chiều tốc độ
quay. Công suất điện từ của máy phát, công suất điện từ và công suất cơ học của
động cơ là:
PF = EF . I < 0
PĐ = E . I > 0
Pcơ = M. < 0

(3 -10)


Chỉ do dòng điện đổi chiều mà các bât đẳng thức (3 -10) ngợc với các bất đẳng
thức tơng ứng (3 - 9)
I
M

EF



E
R

M

I


EF trong chế độ hãm
E ngợc

Hình 3.5: Đặc tính cơ hệ F-Đ

M

Năng lợng đợc vận chuyển theo chiều từ tải - động cơ - máy
R phát -nguồn.
Máy phát F và động cơ Đ đổi chức năng cho nhau, hãm tái sinh trong hệ F - Đ đợc
khai thác triệt để khi giảm tốc độ, khi hãm để đảo chiều quay và khi làm việc ổn
định với tải có tính chất thế năng.
Vùng hãm ngợc của động cơ trong hệ F - Đ đợc giới hạn bởi đặc tính hãm
động năng và trục mômen. Sức điện động E của động cơ trở lên cùng chiều sức điện
động máy phát hoặc do rôto bị kéo quay ngợc bởi ngoại lực của tải thế năng, hoặc
do chính sức điện động máy phát đảo dấu.
Biểu thức tính công suất sẽ là:
[

PF = EF . I > 0
PĐ = E . I > 0
Pcơ = M . < 0

Hai nguồn sức điện động E và EF cùng chiều và cùng cung cấp cho điện trở mạch
phần ứng tạo nhiệt năng tiêu tán trên đó.
3.2.3. Đặc điểm của hệ F - Đ
Các chỉ tiêu chất lợng của hệ F - Đ về cơ bản tơng tự chỉ tiêu của hệ điều áp
dùng bộ biến đổi nói chung nh đã nêu. Ưu điểm nổi bật của hệ F - Đ là sự chuyển
đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng quá tải lớn. Do vậy thờng sử dụng hệ
F - Đ ở các máy khai thác trong công nghiệp mỏ.
Nhợc điểm quan trọng nhất của hệ F- Đ là dùng nhiều máy điện quay, trong đó ít
nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần
công suất động cơ chấp hành. Ngoài ra các máy phát một chiều có từ d, đặc tính từ
hóa có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ.
3 . 3 . Truyền động Tiristo - động cơ một chiều T- Đ có đảo chiều quay


Do chỉnh lu tiristo dẫn động theo một chiều và chỉ điều khiển đợc khi mở, còn
khóa theo điện áp lới cho nên truyên động van đảo chiều thực hiện khó khăn và phức
tạp hơn truyền động hệ F - Đ. Cấu trúc mạch lực cũng nh mạch điều khiển hệ T-Đ
đảo chiều có yêu cầu an toàn cao và có lôgic điều khiển chặt chẽ.
Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động ( T - Đ) đảo chiều.
+ Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ.
+ Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng.
* Trong thực tế, các sơ đồ truyền động T - Đ đảo chiều có nhiều song đều thực
hiện theo một trong hai nguyên tắc trên và đợc phân ra năm loại sơ đồ chính.
1 Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay
bằng đảo chiều dòng kích từ.

Đ
Hình 3-6:Bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ

2 Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay

bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng (từ thông giữ không đổi).

_

T
N
Đ
N

+

Hình 3-7:Bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc tơ

T

3 Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng.

Đ
+

_


H×nh 3-8:Hai bé biÕn ®æi cÊp ch phÇn øng ®iÒu khiÓn riªng

4 - TruyÒn ®éng dïng hai bé biÕn ®æi nèi song song ngîc ®iÒu khiÓn chung.

_
§
+

H×nh 3-9:Hai bé biÕn ®æi nèi song song ngîc ®iÒu khiÓn chung

5 - TruyÒn ®éng dïng hai bé biÕn ®æi nèi theo s¬ ®å chÐo ®iÒu khiÓn chung.

§
+

_


Hình 3-10: Hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung

Mỗi loại đều có u nhợc điểm riêng và thích hợp vớ từng loại tải và yêu cầu công
nghệ.
Loại 1: Dùng cho công suất lớn rất ít đảo chiều
Loại 2: Dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp
Loại 3: Dùng cho mọi dải công suất có tần số đảo chiều lớn.
Loại 4 - 5: Dùng cho dải công suất vừa và lớn có tần số đảo chiều cao, so với ba
loại trên thì nó thực hiên đảo chiều êm hơn, nhng lại có kích thớc cồng kềnh, vốn
đầu t và tổn thất lớn hơn.
Về nguyên tắc xây dựng mạch điều khiển, có thể chia làm hai loại chính: điều
khiển riêng và điều khiển chung. Hình( 1-2-3 )có nguyên tắc điều khiển gần giống
nhau là phải khóa các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng, sau đó tiến hành
chuyển mạch, nh vậy khi điều khiển tồn tại một thời gian gián đoạn. Hình (5-6 )
dùng nguyên tắc điều khiển liên tục.
3.3.1 Truyền động T - Đ đảo chiều điều khiển riêng
Khi điều khiển riêng hai bộ biến đổi làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm
chỉ phát xung điều khiển vào một bộ biến đổi còn bộ kia bị khóa do không có xung
điều khiển. Hệ có hai bộ biến đổi là BĐ 1 và BĐ2 với các mạch điều khiển phát xung

điều khiển tơng ứng là FX1 và FX2, Trật tự hoạt động của các bộ phát xung này đợc
quy định bởi các tín hiệu logic b1 và b2. Quá
trình hãm và đảo chiều đợc mô tả bằng đồ thị thời gian. Trong khoảng thời gian
từ 0 ữ t1 , BĐ1 làm việc ở chế độ chỉnh lu với góc 1 < /2 còn BĐ2 khóa. Tại T1 phát
lệnh đảo chiều bởi iLđ , góc điều khiển 1 tăng đột biến lớn hơn /2, dòng phần ứng
giảm dần về không, lúc này cắt xung điều khiển để khóa BĐ 1, thời điểm t2 đợc xác
định bởi cảm ứng dòng điện không SI1.
Trong khoảng thời gian trễ = t3-t2 ,
BĐ1 bị khóa hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu. Tại t 3 sđđ động cơ E vẫn
còn dơng, tín hiệu logíc b2 kích cho FX2 mở BĐ2 với2 >/2 và sao cho dòng điện
phần ứng không vợt quá giá trị cho phép, động cơ đợc hãm tái sinh, nếu nhịp điệu
giảm 2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện
khởi động ngợc không đổi, điều này đợc thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự
động dòng điện của hệ thống. Trên sơ đồ của khối lôgic LOG, i Lđ, iL1, iL2, là các tín
hiệu đầu vào; b1, b2 là các tín hiệu logíc đầu ra để khóa các bộ phát xung điều khiển.


iLđ
= 1 Phát xung điều khiển mở BĐ1
iLđ
= 0 Phát xung điều khiển mở BĐ2
i1L(i2L) = 1 có dòng điện chảy qua BĐ1(BĐ2)
b1(b2) = 1 khóa bộ phát xung FX1 (FX2).
Trên hình3.11 : cho một ví dụ mạch logic điều khiển quá trình đảo chiều

-1
I1L

-1

&

b1
1

1

b1


I2L

-1

&

1

b2

iLđ
Hình 3.11: Sơ đồ mạch logic LOG

1

b2



Hệ truyền động van đảo chiều điều khiển riêng có u điểm là làm việc an toàn,

không có dòng điện cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi, song cần khoảng thời gian
1
trễ trong đó có dòng điện động cơ bằng không.
Nhận xét chung:
+ Ưu điểm nổi bật của hệ T- Đ là độ tác động nhanh, cao, không gây ồn và dễ
tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất cao, điều đó rất
thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất
lợng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống.
+ Nhợc điểm chủ yếu của hệ T- Đ là do các van bán dẫn có tính phi tuyến, dạng
điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao gây tổn thất phụ trong máy điện, và ở
các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của nguồn và lới xoay
chiều.Hệ số công suất cos của hệ nói chung là thấp.
Chơng 4
Hệ thống điều khiển hệ truyền động quay
4.1 Hệ truyền động điện máy phát động cơ cơ cấu quay
4.1.1.Mạch lực


UA-S
R5S
R3S
GSP

KV1S
116

V
PV1S

+

165

M

KM3S

KVP

MP2

KV1S

GSP

GSP

XA

M1S

A

PA2S

A

PA1S

R4S

M2S

KV2S

Hình 4.1: Sơ đồ mạch lực

GSP : máy phát một chiều cơ cấu quay có kích từ độc lập ,có công suất tới 250
Kw, cung cấp nguồn động lực cho cơ cấu quay - di chuyển
1MS; 2MS : động cơ truyền động cơ cấu quay máy , có công suất tới 100 Kw
M2P : động cơ truyền động cơ cấu di chuyển xích phải , công suất tới 54 Kw
KV1S : Rơle điện áp loại PE 14, 110v . Cùng với KTC , KTS khống chế không
cho chuyển mạch sang chế độ di chuyển , hoặc ngợc lại khi máy phát đang phát
điện
KV2S: Rơle dòng điện loại PE 12-1, 0,6A . rơ le dòng điện cực đại ở chế độ
quay di chuyển . nó cắt điện cuộn dây KM2S (công tắc tơ cấp nguồn kích thích máy
phát quay di chuyển ) và toàn bộ hệ thống diều khiển chế độ này .
KVP :tiếp điểm rơ le trung gian điều khiển chế độ quay - di chuyển
GSP : cuộn dây cực từ phụ của máy phát
MS : cuộn dây cực phụ của động cơ truyền động cơ cấu quay
M2P :cuộn dây cực phụ của động cơ di chuyển số hai
XA :vành nhận điện hạ thế
UA-S : thiết bi lấy tín hiệu phản hồi dòng điện
RSS : điện trở sun dùng để lấy tín hiệu báo dòng điện cấp cho đồng hồ đo
PA1S ; PA2S
4.1.2. Mạch Kích từ
4.1.2a Kích từ máy phát

M1S
XA

207
(H4)

QFS

GSP
(H1)
209

KM1S
R1S

KA1S
TVS

TVS

R2S

RU4S

KM2S
108
A

B

C

N

Hình 4.2 : Sơ đồ kích từ máy phát

Để cấp nguồn cho kích thích máy phát quay - di chuyển , ngời ta sử dụng
áptômát QFS 40A, thông qua biến áp TVS 380/220 v Y/ Y 0, tới hai bộ chỉnh lu
có điều khiển hình tia 3 pha đấu song song ngợc , nằm trong khối
2-22M để cấp nguồn cho cuộn kích từ máy phát GSP .
KM2S Công tắc tơ làm nhiệm vụ đóng cho cuộn dây kích vào mạch để làm
việc
KA1S rơle dòng điện cực đại ( khống chế quá dòng điện trong mạch kích thích
máy phát )
PA3S cơ cấu đo dòng điện kích thích máy phát
Khi bộ blốc đợc đấu để làm nhiệm vụ cấp điện kích thích máy phát quay- di
chuyển. Vì yêu cầu của kích thích là có điều chỉnh và đảo chiều quay , do đó ngời ta
đã nối hai đầu N1 và N2 thành N , chuyển sơ đồ chỉnh lu cầu thành hai sơ đồ chỉnh
lu tia song song ngợc và đợc điều khiển theo nguyên tắc điều khiển riêng. Nghĩa là
khi điều khiển các tiristor phía anốt chung làm việc thì không điều khiển đợc các
tiristor phía catốt chung và ngợc lại

4.1.2b Kích từ động cơ


262

+15 M -15

N2

A
255

UA

R6S

C

KA3S

256

KA2S

261

254

PA3S

RS2S

251

VD36

B
KM3P

A
QFS

252

N1

XA

KM1S

M2P

M1P

XA

VD37
255

235
KM4S

M1S

M2S

Hình 4.3 : Sơ đồ kích từ động cơ
Kích từ động cơ cũng đợc lấy từ một bộ blốc 2-22M , nhng đấu
theo kiểu sơ đồ cầu ba pha đối xứng. đây là một nguồn dòng ổn định .

4.1.3.Các tín hiệu phản hồi
Các tín hiệu phản hồi dòng và áp đợc lấy từ các thiết bị chuyên dùng
UA - S , UV- S. các thiết bị này có nguyên tắc làm việc nh kiểu một khối khếch
đại từ một pha. Khi Icđ có chiều từ A đến B sức từ hóa của khối sẽ làm cho Iw1
tăng dần, dẫn đến UM âm dần và ngợc lại. khi Icđ=0 dẫn đến UM=0
110

UV -S
R4.1 - R4.7

169

R3

R13-R14

Khâu tạo tín hiệu phản hồi điện áp

M

G

110

UA-S
118
K1

R2

R11

R1

Khâu tạo tín hiệu phản hồi dòng điện

4.2 Cấu trúc hệ thống điều chỉnh
Sơ đồ khối

16B


~
??

K/K

U?

P? ?

Up?H

PH

U?H
(-)

UpH
(+)

U?m
(-)

PT

BT

OBG

Uy
G

R

M

??

Uom
UoH
RM

??

Uc?m
RH

Hình 4.4: Sơ đồ khối chức năng cơ cấu quay máy xúc

Mạch điều khiển của cả ba chế độ nâng - hạ , ra - vào, quay đều có một nguyên
tắc chung nhng ở chế độ nâng ngời ta lấy thêm tín hiệu phản hồi dơng dòng điện. ở
chế độ quay lấy thêm tín hiệu phản hồi dơng điện áp còn chế độ ra vào chỉ lấy tín
hiệu phản hồi âm dòng và âm áp.
K/K là khâu tạo tín hiệu đầu vào điều khiển
P: Khâu tạo gia tốc điều khiển
PH : Khâu khống chế điiện áp
PT : Khâu khống chế dòng điện
TB : Bộ biến đổi cung cấp nguồn cho kích từ máy phát
G : Phần ứng máy phát quay - di chuyển
M : Phần ứng động cơ
T : Bộ cảm biến dòng
H: Bộ cảm biến điện áp
4.2.2 Mạch vòng điều chỉnh dòng điện
Mạch vòng này sử dụng khếch đại thuật toán đảo DA4.1 loại
KP1401Y2 trong mạch chế độ cộng đảo , kiểu PI . Để điều chỉnh dòng cực
đại ta điều chỉnh trên điện trở R2.
Khi chuyển sang chế độ quay tiếp điểm K1 đóng -> R11 và R1đợc mắc
song song , dẫn đến tín hiệu ở đầu ra của phản hồi dòng điện mạch này nhỏ . Khi
chuyển mạch sang chế độ di chuyển -> K1 mở ra dẫn đến tín hiệu ở đầu ra phản
hồi dòng điện mạch này tăng lên , để phục vụ cho chế độ di chuyển .
Đầu ra của mạch vòng dòng điện đợc đa tới khâu so sánh điều chế xung để
điều khiển bộ chỉnh lu cung cấp nguồn cho kích thích máy phát .( C)


M

G

210

UA-S
210

UV - S
R4.1 - R4.7

269

218

R3
K1

R2

R11
R1

R33

R13-R14

R28
R36

? 10

8A

16B

15A

15A

R21

19A 12B 15B

R23

R22
R20

VD14 2

1

3
DA4.1

hình 4.5 : Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện
4.2.3. Mạch vòng điều chỉnh điện áp
UV - S
R4.1 - R4.7

R3
R29

R13-R14

VD14

8B

13A

7A 18A

9B

R25
R26
R27

6

VD15

7

5

Hình 4.6: Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh điện áp
Mạch vòng điều chỉnh điện áp đợc sử dụng khuếch đại thuật toán đảo DA4.2
loại KP1401Y2 trong mạch chế độ cộng đảo tín hiệu chủ đạo và phản hồi Tơng
tự mạch phản hồi dòng ,để điều chỉnh điện áp cực đại ta cần điều chỉnh điện trở
R3 .Điện trở R30 sẽ không tham gia vào mạch khi chuyển sang chế độ di
chuyển,thông qua K5 và VD14

4.2.4 . Khâu tạo gia tốc ( )


C4

5A

7B

R8
R19

R7

VD6

DA3.4
12

14

R13

DA3.1
VD10

2
3

13

R12
R11

H×nh 4.7a :kh©u t¹o gia tèc
DA3.1: M¹ch tÝch ph©n ®¶o h¹n chÕ tèc ®é t¨ng gia tèc cã tÝn hiÖu
Ura = −

1
Uvdt +Uc(0)
RC ∫

DA3.4: M¹ch céng kh«ng ®¶o t¹o gia tèc cã tÝn hiÖu
Ura = (U1+U2).(R1+Rht) / 2R1
Trong ®ã: U1 lµ tÝn hiÖu tõ bé ®iÒu khiÓn
U2 lµ tÝn hiÖu sau bé h¹n chÕ tèc ®é t¨ng gia tèc
R1 lµ R11
Rht lµ R12

4.3.M¹ch ®iÒu khiÓn
¬[¬

1


4.3.1 Phân tích mạch điều khiển

14
17

VD6
VD3
5

R16

R15
R18

C6
C5
R17

C7

98

TV5

A8

281
BCS

3

C8
16

k 2KV1

4

13
10

1

282

C9
15

484

284

283

285

2
485

97
286

Hình 4.8 : Mạch điều khiển
BCS: Tay điều khiển chế độ quay
Bộ BBC làm việc nh một biến thế vi sai ,cuộn sơ cấp đợc phân bố đều trên mạch
từ , còn 2 cuộn thứ cấp có cấu tạo hoàn toàn giống nhau và đợc phân bố đều về hai

nửa của mạch từ. mạch cũng đợc chia làm hai nửa , phần tĩnh và phần động.
Khi sơ cấp nối với U xoay chiều và điện áp cảm ứng lên hai cuộn thứ cấp . Giá
trị U1, U2 phụ thuộc vào vị trí của lõi phe rít(Lõi tôn silich ) khi lõi phe rít ở vị trí
trung gian
--> U 1 = U2 => Ur = 0
nếu dịch chuyển lên trên => U1 > U2 =>Ur = U1 U2
nếu dịch chuyển xuống dới => U1 < U2 => Ur = U2 U1
Do cách quấn của hai cuộn thứ cấp là ngợc nhau
Khi mắc VD6 ; VD7 vào mạch , hai đi ốt chỉnh lu này làm cho điện thế ở U2 ,U1
luôn dơng . Nếu U1 dơng hơn U2 => tín hiệu điều khiển sẽ là dơng (so với điểm đất
tơng đối ) ,nếu U2 dơng hơn U1 => tín hiệu điều khiển sẽ âm hơn ( so với điểm đất
tơng đối ) ,khi U1 = U2 thì tín hiệu điều khiển sẽ bằng không
Các tụ C6 đến C9 là các tụ lọc ổn định tín hiệu , điện trở R16 ,R17 là các điện
trở phân áp , đi ốt ổn áp VD5 làm nhiệm vụ khống chế tín hiệu quá cao , tụ điện C5
tạo sự chênh lệch điện áp với đất của điện áp điều khiển.
TV5: Biến thế nguồn điều khiển 220/44V
4.3.2. Điều khiển truyền động quay máy