Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ với các yêu cầu cho trước sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu có điều khiển cầu 3 pha

Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 1 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống truyền động
Van - Động cơ với các yêu cầu cho
trước sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu có
điều khiển cầu 3 pha”

Footer Page 1 of 126.

-1Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 2 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương

`MỤC LỤC
STT

NỘI DUNG

TRANG

1

Lời nói đầu

2

2

Phần I : Phân tích hệ truyền động với

4

các mạch vòng phản hồi
3

Phần II : Phân tích lựa chọn phương

12

án truyền động điện
4

Phần III : Tính chọn một số thiết bị

76

5

Phần IV : Xây dựng đặc tính tĩnh và

93

kiểm tra chất lượng tĩnh

Footer Page 2 of 126.

6

Phần V : Thuyết minh sơ đồ nguyên lý

101

7

Tài liệu tham khảo

104

-2Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 3 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương

LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá hiện nay, ngành tự
động hoá đóng một vai trò hết sức quan trọng. Việc áp dụng các hệ thống
truyền động theo vòng kín nhằm tăng năng suất và tăng hiệu quả kinh tế.
Một hệ thống làm việc ổn định thì sẽ cho ra những sản phẩm đảm bảo chất
lượng cao.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành
điện tử công suất. Với việc phát minh ra các linh kiện bán dẫn đã và đang
ngày càng đáp ứng được các yêu cầu của các hệ thống truyền động. Ưu
điểm của việc sử dụng các linh kiện bán dẫn mà làm cho hệ thống trở nên
gọn nhẹ hơn, giá thành thấp hơn và có độ chính xác tác động cao hơn. Với
nhu cầu sản suất và tiêu dùng như hiện nay, thì việc tự động hoá cho xí
nghiệp trong đó sử dụng các linh kiện gọn nhẹ là một nhu cầu hết sức cấp
thiết.
Sau gần 4 năm học tập và nghiên cứu ở trường, em đã được làm
quen với các môn học thuộc ngành . Để áp dụng lý thuyết với thực tế trong
học kỳ này chúng em được giao đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ với
yêu cầu “ Thiết kế hệ thống truyền động Van - Động cơ với các yêu cầu
cho trước sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu có điều khiển cầu 3 pha” .

Footer Page 3 of 126.

-3Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 4 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
Với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo
hướng dẫn Đỗ Trung Hải và các thầy giáo trong bộ môn, đến nay đồ án
của em đã được hoàn thành.
Bản đồ án của em gồm hai phần chính :
Phần thuyết minh : gồm 5 phần :
1. Phân tích hệ truyền động với các mạch vòng phản hồi .
2. Phân tích và lựa chọn phương án truyền động điện.
3. Tính chọn một số thiết bị .
4. Xây dựng đặc tính tĩnh và kiểm tra chất lượng tĩnh
5. Thuyết minh sơ đồ nguyên lý .
Phần bản vẽ : gồm 3 bản vẽ khổ A0
1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống.
2. Giản đồ dòng, điện áp trên mạch động lực và mạch điều khiển.
3. Đặc tính tĩnh hệ thống.
Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có
hạn, nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong
được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy,cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của

em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, cảm ơn thầy Đỗ
Trung Hải đã giúp đỡ em để bản thiết kế hoàn thành đúng thời hạn.
Thái nguyên ngày

Tháng

Sinh viên thiết kế
Phan Anh Hải

Footer Page 4 of 126.

-4Trường đại học kỹ thuật công nghiệp

năm 2007


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 5 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương

PHẦN I : PHÂN TÍCH HỆ TRUYỀN ĐỘNG VỚI CÁC
MẠCH VÒNG PHẢN HỒI
Như chúng ta đã biết với những hệ điều tốc điều khiển mạch vòng hở

, nếu không yêu cầu cao đối với chất lượng tĩnh và động thì nó cũng có thể
thực hiện điều tốc vô cấp trong một phạm vi nhất định. Tuy nhiên ngày nay
người ta thường ít sử dụng hệ hở bởi những nhược điểm của chúng là rất
lớn không thể đáp ứng được yêu cầu công nghệ , yêu cầu về chất lượng sản
phẩm . Để khắc phục điều đó người ta sử dụng hệ kín .
Theo lý thuyết điều khiển tự động , hệ thống điều tốc mạch vòng kín điều
khiển phản hồi là dựa vào độ chênh lệch của đại lượng bị điều khiển thực
hiện hệ thống điều khiển . Chỉ cần lượng điều khiển bị xuất hiện độ chênh
lệch là nó sẽ tự động tạo ra chức năng để cải chính độ chênh lệch . Lượng
giảm tốc độ quay chính là độ chênh lệch tốc độ quay do phụ tải gây ra.
Hiển nhiên hệ thống điều tốc mạch vòng kín càng có khả năng giảm mạnh
độ giảm vận tốc .
Sau đây ta sẽ xét đến cấu tạo của hệ thống điều tốc mạch vòng kín và
đặc tính tĩnh của nó.

Footer Page 5 of 126.

-5Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 6 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
Trên trục động cơ lắp đặt một sensin TG từ đó dẫn ra một điện áp phản hồi

Un tỉ lệ thuận với đại lượng đo tốc độ quay , sau khi so sanh với điện áp
U*n ứng với tốc độ quay cho trước sẽ tồn tại chênh lệch điện áp ∆Un , qua
bộ khuếch đại A sinh ra điện áp điều khiển Uet của bộ phát xung GT dùng
để điều khiển tốc độ quay của động cơ . nhờ thế mà tạo nên hệ thống điều
tốc mạch vòng kín có phản hồi .
Sau đây sẽ phân tích trạng thái ổn định của hệ thống điều tốc mạch vòng
kín này. để làm rõ vấn đề này trước tiên ta phải đưa ra một số giả thiết .
- Bỏ qua quan hệ phi tuyến giả thiết các quan hệ vào – ra là tuyến tính
- Bỏ qua điện trở trong của nguồn điện một chiều và triết áp.

id
un*

∆ un

a

uet

gt

bb® ud

m

un

tg

Như vậy quan hệ của các bộ phận cấu thành hệ thống điều tốc mạch vòng

kín có phản hồi âm tốc độ được thể hiện như sau :
- Khâu so sánh điện áp : ∆Un = U *n − Un
- Bộ khuếch đại : Uet = Kp.∆Un
- Bộ chỉnh lưu và bộ phát xung : Udo = Ks.Uet

Footer Page 6 of 126.

-6Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 7 of 126.

Svtk: Phạm



Đức Dương
- Đặc tính cơ vòng hở của hệ thống. n =

Udo − Id .R
Ce

- Sensin : Un = α .n
Trong đó : Kp : hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại .
Ks : hệ số khuếch đại của bộ biến đổi .
α : Hệ số phản hồi đo tốc độ .
Từ các phương trình trên ta tìm được phương trình đặc tính cơ của hệ kín
như sau :

Kp.Ks.U *n − Id .R
Kp.Ks.U *n
Id .R
n=
=
−
Ce.(1 + Kp.Ks.α / Ce ) Ce(1 + K ) Ce.(1 + K )

Trong đó : K = Kp.Ks.α/Ce : Hệ số khuếch đại vòng hở của hệ thống mạch
vòng kín.

id.r
∆u n
u n*

kp

ks

1/ce

n

∆un
un*

kp

ks

1/ce

n

(-)

(-)
un

un

α

α
-id.r

e

n

1/ce

(-)
un

kp

ks

α

So sánh đặc tính cơ hệ thống hở và kín ta thấy :
- Đặc tính cơ của hệ thống mạch vòng kín cứng hơn nhiều so với hệ
thống hở.

Footer Page 7 of 126.

-7Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 8 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
- Nếu so sánh giữa hai hệ thống mạch vòng kín và mạch vòng hở có

cùng một giá trị n0 thì sai số trượt tĩnh của mạch vòng kín sẽ nhỏ hơn
rất nhiều . sk =

sh
1+ K

- Lúc hệ số trượt tĩnh yêu cầu cố định thì hệ thống mạch vòng kín có
thể mở rất rộng phạm vi điều tốc .
 Muốn rút ra ba điều ưu việt nói trên thì hệ thống mạch vòng kín phải

được bố trí bộ khuếch đại .

Trên đây ta chỉ phân tích hệ thống kín với một mạch vòng phản hồi . Ngày
nay hệ thống trang bị đòi hỏi chất lượng rất cao vì vậy người ta không chỉ
dừng lại ở hệ kín với một mạch vòng phản hồi mà sử dụng nhiều mạch
vòng phản hồi .
Điều khiển nhiều mạch vòng là điều khiển hệ thống có từ hai mạch vòng

trở lên, vòng này đan xen lồng vào vòng kia tạo nên, tương đương hệ thống
nối cực trong quá trình điều khiển.
Phổ biến hiện nay là sử dụng hệ thống phản hồi với hai mạch vòng
phản hồi là âm tốc độ và âm dòng. Để khởi động nhanh nhất trong điều
kiện cho phép , mấu chốt là ở chỗ cần phải nhận được một quá trình có
dòng điện không đổi cực đại Iđm . Theo quy luật điều khiển phản hồi , dùng
phản hồi âm một đại lượng vật lý nào đó là có thể giữ cho đại lượng ấy cơ
bản bất biến , thế thì dùng phản hồi âm dòng điện thì có thể nhận được quá
trình dòng điện gần như không đổi . Vấn đề là yêu cầu trong quá trình khởi
động yêu cầu chỉ có phản hồi âm dòng điện mà không thể đồng thời có

thêm phản hồi âm tốc độ. Sau khi đạt tới tốc độ quay trạng thái ổn định, lúc
này yêu cầu lại chỉ có phản hồi âm tốc độ quay mà không có phản hồi âm
dòng điện. Làm sao có thể thực hiện được tác dụng của hai loại phản hồi
vừa cả âm tốc độ quay và cả âm dòng điện , lại vừa có thể làm cho chúng

Footer Page 8 of 126.

-8Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 9 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
chỉ gây tác dụng riêng biệt trong những giai đoạn khác nhau ? Hệ thống
điều khiển tốc độ hai mạch vòng kín chính là dùng để giải quyết vấn đề

này.
Có thể xây dựng trên hai sơ đồ cấu trúc :
+ Có hai mạch vòng phản hồi nhưng chỉ có một bộ điều chỉnh .
+ Có hai mạch vòng phản hồi và có hai bộ điều chỉnh độc lập .
* Có hai mạch vòng phản hồi nhưng chỉ có một bộ điều chỉnh .
u

uc®

Kk®

−γn

®

Kbb®

−βn

rs

ft

U v = U cd − γn − β I .1( ∆I )

Khi I<Ing => U v = U cd − γn
Khi I>Ing => U v = U cd − γn − β I .

Khi khởi động : Dòng lớn khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia vào
hạn chế dòng điện khởi động Eđc không lớn lắm sinh ra dòng điện chạy
trong động cơ (Id) sau đó tốc độ tăng lên dòng có xu hướng giảm .
Khi Iưtham gia U v = U cd − γn đặc tính cơ cứng => I = Iđm động cơ làm việc xác
định .

Footer Page 9 of 126.

-9Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 10 of 126.

Svtk: Phạm



Đức Dương

n

γn≠0
γn,βI≠0

I®m

Ing

Id

I

Điều chỉnh tốc độ : Điều chỉnh tốc độ bằng cách tăng hoặc giảm

Ucđ.
+ Tăng tốc : Tăng Ucđ => Uv tăng
Nếu tăng Ucđ một lượng nhỏ đảm bảo Itham gia
Nêu tăng Ucđ một lượng lớn mà I>Ing thì phản hồi âm dòng điện sẽ tham
gia .
+ Giảm tốc : Giảm Ucđ
Nếu giảm ở mức độ nhỏ động cơ làm việc ở góc phần tư thứ nhất ,
Nếu giảm ở mức độ lớn : Nếu bộ biến đổi không có khả năng dẫn dòng
theo hai chiều => hãm tự do . Nếu bộ biến đổi có khả năng dẫn dòng theo
hai chiều động cơ hãm cưỡng bức.
Khi thay đổi phụ tải cũng xảy ra tương tự
+ Tải tăng nhưng I+ Tải tăng đến I>Ing khâu phản hồi âm dòng có tác dụng lớn giảm độ cứng
đặc tính . đến khi I = Id thì tốc độ bằng không (đặt rơ le nhiệt để cắt hệ

thống).

Footer Page 10 of 126.

- 10 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 11 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
uc®

Kk®

Ing

n

K®

Kbb®

r¦

rbb®+rs

β
I¦

γ

Từ sơ đồ cấu trúc ta tìm được
+ Khi Iư
U cd .K kd .K BBD .K D
RBBD + RS + Ru
−
I u .K D
1 + γ .K kd .K BBD .K D 1 + γ .K kd .K BBD .K D

+ Khi Iư>Ing thì :
n=

U cd .K kd .K BBD .K D ( RBBD + RS + Ru ) I u + ( βI u − U ng ) K kd .K BBD .K D
−
1 + γ .K kd .K BBD .K D
1 + γ .K kd .K BBD .K D

Nhược điểm của hệ thống sử dụng hai mạch vòng chung bộ điều chỉnh là
tín hiệu phản hồi tốc độ biến thiên chậm gây sự bão hoà cho bộ khuếch đại
.

* Có hai mạch vòng phản hồi và có hai bộ điều chỉnh độc lập.

Với hệ này đặc tính cơ có thể xảy ra ba trường hợp sau :
n

n

γn≠0

γn≠0

γn,βI≠0

γn,βI=0
βI≠0

βI≠0

0

I®m Ing Ibh

Trường hợp 1

Footer Page 11 of 126.

Id

I

0

I®m Ing Ibh

Id

trường hợp 2

- 11 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp

I


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 12 of 126.

Svtk: Phạm



Đức Dương
n

γn≠0
β I≠ 0

0

I®m

Ing

Id

I

Trường hợp 3
Sơ đồ khối của hệ thống như sau :
u

uc®

Kn

®

Kbb®

Ki
−βn

−γn

rs

ft

Trong đa số các hệ truyền động thường sử dụng bộ điều chỉnh như trong
trường hợp 1 vì vừa đảm bảo độ cứng đặc tính cơ trong điều kiện làm việc
bình thường vừa có khả năng làm việc ( nhưng đặc tính cơ mềm hơn ) khi
xảy ra quá tải nhẹ . ta sẽ phân tích theo trường hợp này và cũng chọn bộ

điều chỉnh loại này cho bản đồ án .
Sơ đồ cấu trúc :
uc®

Kn

KI

K®

Kbb®

Ing

r¦

rbb®+rs

β
I¦

γ

+ Khi Iư
Footer Page 12 of 126.

- 12 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp

n


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 13 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
U .K .K .K .K
RBBD + RS + Ru
n = cd n I BBD D −
I u .K D
1 + γ .K n .K I .K BBD .K D 1 + γ .K n .K I .K BBD .K D
+ Khi Ibhn=

U cd .K n .K I .K BBD .K D ( RBBD + RS + Ru ) I u + ( βI u − U ng ) K I .K BBD
−
1 + γ .K n .K I .K BBD .K D
1 + γ .K n .K I .K BBD .K D

+ Khi Id>Iư>Ing thì chỉ có mạch vòng phản hồi âm dòng điện tham gia
n = U bhr ..K I .K BBD [( R BBD + RS + Ru ).I u + ( βI u − U ng ).K I .K BBD ]K D
Kết luận : Khi sử dụng hệ thống kín với các mạch vòng phản hồi thì chất
lượng truyền động được nâng lên rất nhiều cả chất lượng tĩnh và động ,
khắc phục được những nhược điểm của hệ truyền động hở . Vì vậy trong

bản đồ án này ta sử dụng hệ truyền động kín với hai mạch vòng âm tốc độ
và âm dòng có ngắt .

PHẦN II : PHÂN TÍCH LỰACHỌN PHƯƠNG ÁN
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
*KHÁI NIỆM CHUNG:

* Nội dung:

Footer Page 13 of 126.

- 13 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 14 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
- Để thiết kế hệ thống truyền động cho một đối tượng truyền động ta
phải căn cứ vào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng
mà đưa ra phương án hợp lý. Với mỗi một đối tượng truyền động có thể
thực hiện bằng các truyền động khác nhau. Mỗi phương án đều có những
ưu nhược điểm của nó, nói chung phương án đưa ra cần đảm bảo các yêu
cầu của đối tượng cần truyền động. Phải đảm bảo được các chỉ tiêu về mặt
kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế, trong đó chỉ tiêu kỹ thuật là quan trọng

hàng đầu. Thông thường một hệ thống tốt hơn về mặt kỹ thuật cũng như
tốn kém hơn về mặt kinh tế. Do vậy tuỳ thuộc yêu cầu chất lượng và độ
chính xác của sản phẩm ta cho chọn hệ thống truyền động điện nhằm đưa
ra một hệ thống đảm bảo yêu cầu mong muốn.

* ý nghĩa:
- Việc lựa chọn phương án truyền động điện có ý nghĩa rất quan
trọng. Nó liên quan đến chất lượng sản phẩm cũng như ảnh hưởng đến hiệu
quả kinh tế của sản xuất. Nếu như lựa chọn đúng thì chúng ta có thể tăng
năng xuất làm việc, hạn chế được những hành trình thừa, chất lượng sản
phẩm sẽ tốt hơn, do đó hiệu quả kinh tế sẽ cao hơn. Kết quả sẽ hoàn toàn
ngược lại nếu ta lựa chọn không đúng và nó còn gây ra tổn thất không ngờ
trước.

* phương án lựa chọn:
- Muốn chọn được hệ thống phù hợp với yêu cầu chúng ta phải đưa
ra các phương án có thể đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật sau đó đánh giá
những ưu nhược điểm mà chọn cho hợp lý.
I. CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN:

Footer Page 14 of 126.

- 14 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 15 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
-Để thiết kế hệ thống truyền động điện người thiết kế phải đưa ra
nhiều phương án khác nhau. Rồi sau đó so sánh các phương án trên hai
phương diện kinh tế và kỹ thuật để chọn ra phương án tối ưu nhất. Phương
án tối ưu nhất là phương án đáp ứng được yêu cầu đề ra đồng thời là
phương án đảm bảo về mặt kỹ thuật và chi phí thấp nhất.
I.1 : PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG VÀ PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH
TỐC ĐỘ

- Động cơ là thiết bị truyền chuyển động chính cho máy sản xuất , là
đối tượng điều khiển của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện
việc chọn động cơ một cách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong
công việc thiết kế hệ thống truyền động điện , động cơ được chọn phải thoả
mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải phụ thuộc tính chất công suất
của tải đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giá thành hạ,
hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa
chữa đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lượt các loại động
cơ :
Trong công nghiệp động cơ dùng trong hệ truyền động điện gồm hai loại :
- Động cơ điện xoay chiều : Chia là hai loại :
+ Động cơ không đồng bộ : bao gồm động động cơ không đồng bộ roto
lồng sóc và động cơ không đồng bộ roto dây quấn .
+ Động cơ đồng bộ .
- Động cơ điện một chiều : Chia làm ba loại :
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập .
+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp .
+ Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp .

Footer Page 15 of 126.

- 15 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 16 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
Sau đây ta sẽ đi nghiên cứu đặc điểm của từng loại cũng như các phương
pháp điều chỉnh tốc độ của chúng .
I.1.1: ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU :
I.1.1.1 : ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

- Được sử dụng rộng rãi trong thực tế, ưu điểm là cấu tạo đơn giản,
đặc biệt là loại rô to lồng sóc. So với máy điện một chiều thì giá thành hạ
vận hành tin cậy trực tiếp dùng điện lưới không cần dùng các thiết bị biến
đổi khác nhược điểm là điều khiển và khống chế các quá trình quá độ khó
khăn, với động cơ lồng sóc thì chỉ tiêu khởi động xấu hơn.

®c

rf

hình 1

i1

r1

x1

x2

n
n1

i2
xµ

rf = 0

iµ

rf # 0

r'2/ s

uf
rµ

mth

hình 2

hình 3

Hình 1 : Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ
Hình 2 : Sơ đồ thay thế
Hình 3 : đặc tính cơ
Footer Page 16 of 126.

- 16 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp

m


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 17 of 126.

Svtk: Phạm



Đức Dương
Người ta đã chứng minh được phương trình đặc tính cơ :

3 U
M

=



  R
 

1

+

R ,2
S

,

R
f

2

s




2

+ X

nm


 S



Trong đó :
Uf : là giá trị hiệu dụng của điện áp pha sta to
R2, ,R1 : là điện trở rô to và stato đã quy đổi
S : hệ số trượt của động cơ
S =

S th =

ω

1

− ω

ω

1

R2
X nm

Hệ số trượt tới hạn

Xnm =X1 + X’2 : là điện kháng ngắn mạch là tổng trở của điện kháng
tản sta to và rô to đã quy đổi
Cũng có thể viết :
M=

2.Mth.(1 + a.Sth)
Sth
S
+
+ 2.a.Sth
S
Sth

Trong đó : Mth =

3.U f

2

2.ω1 .( R1 ± R 21 + X 2 nm)

Với Xnm = X1+X’2 : là điện kháng ngắn mạch
Mth

Footer Page 17 of 126.

: Mô men tới hạn
- 17 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 18 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
a = R1/R2

: Hệ số phụ thuộc sơ đồ nối mạch của động cơ

Sth = R’2/Xnm : hệ số trượt tới hạn

S=

ω1 − ω
: Hệ số trượt .
ω1

Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ
động cơ như sau :
- Thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ .
- Thay đổi điện áp U khi tần số f = const .
- Thay đổi điện trở mạch roto .
- Thay đổi công suất trượt ( thay đổi số đôi cực ) .

a. Thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ .
- Sức điện động của động cơ được cho bởi công thức sau :
U1 = E = 4,44.W1.f1.Kdq1.ễ = C.f1. ễ => ễ = U1/C.f1 (*)
Giả sử f = fcb = 50Hz , U1 = const.
+ Nếu điều chỉnh f > fcb : Từ (*) ta thấy khi f tăng thì ễ giảm ( vì U =
const) muốn giữ cho mômen không đổi ( M = K. ễ.I2.cosử = const ) thì I2
phải tăng lên I2 > I2đm . Như vậy sẽ làm cho mạch từ non tải và dây quấn

roto quá tải .
+ Nếu điều chỉnh cho f < fcb : Từ (*) ta thấy khi f giảm thì ễ tăng dòng từ
hoá Iỡ tăng mạch từ bão hoà , cosử giảm , tổn hao lớn , nhiệt độ tăng quá
nhiệt độ cho phép .
Do vậy khi điều chỉnh tần số ( dùng bộ biến tần ) người ta thường đi kèm
với việc thay đổi điện áp để giữ cho ễ = const điều này rất phức tạp .

b. Thay đổi điện áp U khi f = const .

Footer Page 18 of 126.

- 18 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 19 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương

n
n1

®axc

rf = 0

®c

rf # 0
rf

mth2 mth1 mth

m

-Vì mômen động cơ tỉ lệ bình phương điện áp vì vậy khi thay đổi điện áp
đặt vào stato sẽ thay đổi được mômen và thay đổi được tốc độ . Để điều
chỉnh được điện áp phải có bộ biến đổi điện áp xoay chiều ( ĐAXC ) thông
thường không áp dụng điều chỉnh U cho động cơ roto lồng sóc vì Sth của
đặc tính cơ tự nhiên là nhỏ . Với động cơ roto dây quấn khi điều chỉnh điện
áp cần nối thêm Rf mạch roto để mở rộng phạm vi điều chỉnh
Phương pháp điều chỉnh điện áp mạch roto chỉ thích hợp với những truyền
động mà mômen tải là hàm tăng theo tốc độ như quạt gió , bơm li tâm …

c. Thay đổi tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở mạch
rôto .
n
n1
rf = 0
rf # 0
mth

m

Ta có thể điều chỉnh trơn điện trở mạch roto bằng các van bán dẫn , ưu thế

là dễ tự động hoá việc điều chỉnh . Điện trở trong mạch roto động cơ được
xác định theo biểu thức .

Footer Page 19 of 126.

- 19 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 20 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
Rr = Rrd + Rf .
Trong đó : Rrd : Điện trở mạch dây quấn roto .
Rf : Điện trở ngoài mắc thêm vào mạch roto .
Khi thay đổi điện trở mạch roto thì mômen tới hạn của động cơ không thay
đổi và độ trượt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở .
S = Si.Rr/Rrd
Trong đó : S : Độ trượt khi điện trở mạch roto là Rr .
Si : : Độ trượt khi điện trở mạch roto là Rrd .

3I 2 r.Rr
3I 2 r.Rr
3I 2 Rrd
Mặt khác : M =

=
=
Rr
ω1 .S
ω1 .Si
ω1 .Si.
Rrd
Khi thay đổi điện trở mạch roto thì mômen thay đổi => tốc độ thay đổi .
Thông thường chọn Rf ở chế độ dài hạn , chọn bằng vật liệu có ủ nhỏ .
Phương pháp này làm tăng tổn hao , do đó giảm hiệu suất .
Với máy điện không đồng bộ rô to dây cuốn, ta có thể dùng phương
pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng để thay đổi tốc của nó. Ưu điểm là
kết cấu bộ biến đổi rất đơn giản nhưng nó có nhược điểm là ở vùng tốc độ
thấp do hệ số trượt S lớn nên gây tổn hao nhiều.
∆Ps = Pđt . S

d. Điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh công suất trượt
( thay đổi số đôi cực ) .

Footer Page 20 of 126.

- 20 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 21 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
n
n1

p= 1
p= 2

mth

m

n = n1.(1-s) =f1.(1-s)/p
Khi thay đổi p thì n thay đổi .
Tuy nhiên việc thay đổi p sẽ làm cho tốc độ bị nhảy cấp và việc điều chỉnh
là không trơn.
I.1.1.2: ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ .

- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ như hình vẽ
- Hình 1 : sơ đồ nguyên lý
- Hình 2 : đặc tính cơ

n
n0
®c

+

mth

-

Hình 1

m

Hình2

- Động cơ đồng bộ sử dụng cho hệ truyền động yêu cầu độ ổn định tốc độ
cao . Động cơ đồng bộ thường dùng cho các máy bơm , quạt gió , các hệ
truyền động của nhà máy luyện kim .
- Ưu điểm là có độ ổn định tốc độ cao hệ số cosử và hiệu suất lớn , vận
hành có độ tin cậy cao .
Footer Page 21 of 126.

- 21 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 22 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
- Mạch stato tương tự động cơ không đồng bộ , mạch roto có cuộn kích từ
và cuộn dây khởi động .

- Khi đóng điện động cơ làm việc với tốc độ không đổi và bằng tốc độ đồng
bộ .

ω1 =

2.π . f1
(1)
p

Trong phạm vi mômen cho phép MM>Mmax thì tốc độ động cơ sẽ mất đồng bộ .
Từ (1) ta thấy khi thay đổi f thì sẽ thay đổi được tốc độ do đó cấu trúc của
hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ bao giờ cũng có bộ biến
tần kèm theo .
Với máy đồng bộ thì bộ biến đổi cũng là bộ biến tần, nên hệ thống
cũng phức tạp và đắt tiền như bộ biến đổi của động cơ Rôto lồng sóc. Mặt
khác do công nghệ là yêu cầu có chất lượng cao nếu sử dụng máy điện
đồng bộ thì thời gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian như vậy thì
năng suất lao động không cao.
I.1.2 : ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU .

- Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy,
có mô men lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn máy điện xoay chiều,
nhưng nhược điểm là giá thành đắt .
Động cơ một chiều có 3 loại chính :
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập .
+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp .
+ Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp .
Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp ít dùng vì vậy ta sẽ đi nghiên cứu hai
loại trên .

Footer Page 22 of 126.

- 22 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 23 of 126.

Svtk: Phạm



Đức Dương
I.1.2.1 : ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP .

- Với động cơ một chiều kích từ nối tiếp ta có cuộn dây kích từ được ghép
nối tiếp với phần ứng .
- Phương trình đặc tính cơ điện :

ω=

U
R
−
KC.I KC

Phương trình đặc tính cơ .

ω=

U
R
−
KCM KC

M = KCI 2

Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ điện và đặc tính cơ cho như trên hình
vẽ .

n
u¦

+

-

rf = 0

ckt

rf

rf # 0

®c

m

Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy : có thể điều chỉnh tốc độ động cơ một
chiều kích từ nối tiếp bằng cách thay đổi điện áp phần ứng hoặc thay đổi

điện trở phần ứng bằng cách mắc thêm điện trở phụ .

* Nhận xét :
- Đặc tính cơ có dạng hypebol và mềm ở phạm vi dòng điện có giá trị nhỏ
hơn định mức . ở vùng có dòng điện lớn hơn do mạch từ bão hoà nên từ
thông hầu như không đổi và có dạng gần tuyến tính . Do đó loại động cơ
Footer Page 23 of 126.

- 23 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 24 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
này không nên dùng cho hệ truyền động yêu cầu độ ổn định tốc độ cao mà
sử dụng cho những hệ truyền động có yêu cầu tốc độ thay đổi theo phụ tải .
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mômen (
nhờ cuộn CKT mắc nối tiếp vào mạch phần ứng ) => Có khả năng khởi
động tốt hơn động cơ một chiều kích từ độc lập nên loại động cơ này sử
dụng cho những hệ truyền động yêu cầu quá tải cao và mômen khởi động

lớn .
Vì từ thông phụ thuộc dòng điện nên khả năng chịu tải của động cơ không
chịu ảnh hưởng của sụt áp lưới .
I.1.2.2: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP :

- Phương trình đặc tính cơ điện : ω =

- Phương trình đặc tính cơ : ω =

U
R
−
I
Kφ Kφ

U
R
−
M
Kφ ( Kφ ) 2

Sơ đồ nguyên lý , đồ thị đặc tính cơ và đặc tính cơ điện cho như hình vẽ :
n
+

u¦

-

no

®c
ckt

m

* Nhận xét :
- Đặc tính cơ có dạng đường thẳng và có độ cứng cao . Khi động cơ làm
việc với tốc độ không đổi thì mômen điện từ bằng mômen cản trên trục
động cơ . Điểm làm việc tương ứng với điểm giao giữa đặc tính của động
cơ và đặc tính mômen cản của phụ tải .

Footer Page 24 of 126.

- 24 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp


Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

Header Page 25 of 126.



Svtk: Phạm

Đức Dương
- Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ
như sau :
- Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ .
-

Phương pháp thay đổi từ thông .

-

Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng .

a. Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch
phần ứng .
- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ như hình vẽ

n
u¦

+

-

no
n1
n2

b

a
c

rf = 0
rf # 0

®c

rf # 0

rf
ckt

mdm = Mc

m

- Khi động cơ làm việc định mức Mđm = Mc .
- Muốn thay đổi tốc độ ta đóng các điện trở phụ khi đó Iư giảm đột biến ,
do quán tính cơ nên tốc độ chưa kịp biến đổi . Trên hệ toạ độ (ựM) điểm
làm việc chuyển từ a sang b . Mômen giảm M<Mc => tốc độ giảm làm Iư
lại tăng lên và tiến tới làm việc xác lập tại c với tốc độ ự2< ự1
- Khi thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ thì :
+ ự2 = U/Kệđm = const .
+ õ = -(Kệđm)2/R Phụ thuộc vào R .
R càng tăng thì õ càng giảm và đặc tính cơ càng mềm . Đây là điều
hoàn toàn không mong muốn .

* Nhận xét :
Footer Page 25 of 126.

- 25 Trường đại học kỹ thuật công nghiệp