Do an Kich tu doc lap phan hoi am toc do

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ
*******************

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Giảng viên hướng dẫn : Dương Quốc Tuấn
Sinh viên thực hiện

: Phạm Ngọc Hạnh

Lớp : Tự Động Hoá DS-DTD5

HẢI PHÒNG 09 / 2007

LỜI NÓI ĐẦU
1


Ngày nay, khoa học kỹ thuật đang phát triển rất mạnh mẽ trong tất cả các lĩnh vực
của các ngành kinh tế quốc dân; đặc biệt là trong lĩnh vực công nghiệp. Từ lâu con
người đã sử dụng các hệ thống máy móc và các hệ thống tự động hiện đại trong sản
xuất, nó góp phần làm giảm đáng kể sức lao động của con người và làm tăng năng
suất lao động lên gấp nhiều lần.
Việc điều khiển các động cơ điện truyền lực cho các máy công cụ là một công
việc chủ yếu trong các hệ thống điều khiển, và nó chiếm tới 50% tổng khối lượng
công việc. Ngày nay con người đã tạo ra được các hệ thống điều khiển tự động

hoàn toàn không cần đến sự điều khiển của con người, với sự trợ giúp của máy tính
và các hệ thống lập trình sẵn do con người tạo ra. Chúng ta muốn có nhiều sản
phẩm có chất lượng cao thì cũng có nghĩa là chúng ta phải tạo ra được các hệ thống
điều khiển tự động chất lượng cao, và nhất là điều khiển động cơ điện. Vì vậy công
việc thiết kế một hệ thống điều khiển động cơ điện cho một hệ thống truyền động là
hết sức cần thiết, nhất là khi nước ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hoá và
hiện đại hoá.
Trong quá trình học tập, em được giao nhiệm vụ: “thiết kế hệ thống truyền động
BBĐ van - Động cơ một chiều kích từ độc lập không đảo chiều quay có phản hồi
âm tốc độ và phản hồi âm dòng có ngắt”.
Trong quá trình tìm hiểu và thiết kế, nội dung trong đồ án được xây dựng trên cơ sở
tính toán logic, các số liệu được tra cứu chính xác từ những bảng tra trong các tài
liệu tham khảo. Dưới sự giúp đỡ tận tình của thầy Dương Quốc Tuấn, đến nay đồ
án của em đã được hoàn thành. Tuy nhiên, do còn thiếu kinh nghiệm và thời gian
có hạn nên đồ án của em không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong được sự giúp đỡ,
chỉ bảo của các thầy, cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên thiết kế

Phạm Ngọc Hạnh

PHẦN I
2


PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG:
Hệ thống truyền động điện là một tập hợp các thiết bị như các thiết bị điện,
thiết bị điện tử, thiết bị điện từ, phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện - cơ
cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng

lượng đó.
Khi biến đổi năng lượng điện - cơ hay gia công chi tiết khác nhau đòi hỏi
phải có tốc độ khác nhau, việc điều chỉnh tốc độ hay đảm bảo tốc độ của máy sẽ
đảm bảo chất lượng sản phẩm, an toàn trong sản xuất và năng suất cao. Vì vậy, việc
lựa chọn phương án truyền động điện phù hợp là vô cùng cần thiết.
Một phương án truyền động điện phù hợp là luôn đảm bảo các mặt sau:
+ Vốn đầu tư thấp nhất.
+ Chi phí vận hành nhỏ.
+ Làm việc an toàn, tin cậy.
+ Đảm bảo yêu cầu công nghệ của máy sản xuất.
+ Chất lượng sản phẩm cao.
+ Giá thành hạ.
+ Khi hỏng hóc có thể sửa chữa, thay thế dễ dàng với các linh kiện dự trữ sẵn
có, dễ kiếm, dễ mua.
1.2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ.
1.2.1. Giới thiệu về động cơ một chiều kích từ độc lập.
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập thường có cuộn kích từ mắc vào
nguồn một chiều độc lập (hình 1.a) (đối nguồn có công suất không đủ lớn) và cũng
có thể cuộn kích từ mắc song song với mạch phần ứng (đối nguồn một chiều có
công suất vô cùng lớn).

3


Hình 1.a) Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
b) Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Phương trình đặc tính cơ:


Uu

Ru

M
K ( K) 2

Ta thấy, đặc điểm của loại động cơ này có cuộn kích từ được được mắc vào
nguồn độc lập với nguồn cung cấp cho phần ứng động cơ nên từ thông  không phụ
thuộc vào điện áp và điện trở của mạch kích từ nên đường đặc tính là đường thẳng.
Vì vậy có thể ổn định ở mọi tốc độ với dải điều chỉnh rộng do M = K. .I mà  =
const, M const đồng thời động cơ này có mô men mở máy lớn nên dễ khởi động.
1.2.2. lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ cho động cơ một chiều kích từ độc
lập.
Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập:
n=

M (ru  r f )
U

Ce Ce . C M .  2

ta thấy có 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ :
+ Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động
cơ.
+ Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi từ thông.
+ Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
a. Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần
ứng.
Tốc độ không tải lý tưởng:

0 

U dm
Kdm

0
Rf =
0
Rf1
Rf3

4

0

Rf2
Mc

M


Hình 2. Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện
trở phụ mạch phần ứng
Độ cứng đặc tính cơ:



( Kdm ) 2
 var
Ru  Rf

Nhận xét:
Khi thêm điện trở phụ vào mạch phần
ứng thì độ cứng đặc tính cơ  giảm đi.
Với một phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng
lớn thì tốc độ động cơ giảm, đồng thời
dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn
mạch cũng giảm (hình 2). Như vậy
phương pháp này không thể ổn định tốc
độ cho toàn dải điều chỉnh.
b. Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi từ thông
Khi điều chỉnh từ thông:
U

dm
Tốc độ không tải lý tưởng:  ox  K var
x

Hình 3
Hình 8. Đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông
5


Độ cứng đặc tính cơ:  

( Kx ) 2
var
Ru

Nhận xét:

Do cấu tạo động cơ, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ thông
giảm thì ox tăng, còn  sẽ giảm. Ta có đặc tính cơ với ox tăng dần và độ cứng của
đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông (hình 3).
Như vậy điều chỉnh từ thông chỉ phù hợp với loại truyền động khi cần tăng tốc độ
lớn hơn tốc độ định mức. Vì vậy ta cũng loại bỏ phương pháp này.
c. Điều chỉnh bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ
Khi thay đổi điện áp ta có:
U

x
Tốc độ không tải lý tưởng:  ox  K var
dm

Hình 4. Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi
điện áp đặt vào phần ứng động cơ
Độ cứng đặc tính cơ:  

( Kdm ) 2
const
Ru

Nhận xét:
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính
song song với đặc tính cơ tự nhiên (=const) (hình 4), khi thay đổi điện áp : mô
men ngắn mạch của động cơ giảm, độ cứng = const,tốc độ động cơ thay đổi. Mặt
khác ta thấy điện áp đặt vào phần ứng động là có thể điều chỉnh được tuỳ ý. Do vậy
ta có thể điều chỉnh và ổn định tốc độ ở mọi dải điều chỉnh.
Kết luận: Để phù hợp ta chọn động cơ 1 chiều kích từ độc lập và chọn phương
6

pháp điều áp đặt vào phần ứng động cơ.
1.3. LỰA CHỌN LOẠI BỘ BIẾN ĐỔI.

Về phương diện điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều có nhiều ưu điểm 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 lại đạt tốc độ
điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng.
Để cung cấp năng lượng cho động cơ một chiều cần có nguồn như máy phát
điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển.
Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng xoay chiều thành năng lượng
điện một chiều có sức điện động điều chỉnh Eb điều chỉnh nhờ tín hiệu Uđk . Vì là
nguồn có công suất hữu hạn so với các động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở
trong Rb và điện cảm Lb 0.
Thực tế có hai phương pháp điều chỉnh tốc độ 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.
Trong công nghiệp sử dụng bốn loại bộ biến đổi chính:
+ Bội biến đổi máy điện (KĐM)
+ Bộ biến đổi điện từ (KĐT)
+ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn (CLT)
+ Bộ biến đổi xung áp một chiều (BBĐXA)
Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động
sau:
+ Hệ truyền động Máy phát - Động cơ (F - Đ).
+ Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ - Đ )
+ Hệ truyền động khuếch đại từ - Động cơ (KĐT - Đ)
+ Hệ truyền động chỉnh lưu Tiristo - Động cơ (T - Đ)
+ Hệ truyền động xung áp - động cơ (XA - Đ)s
Theo yêu cầu của đề tài thiết kế, trong đồ án này em chỉ xét truyền động là: Hệ

truyền động T - Đ.
1.3.1. Giới thiệu hệ truyền động CL - Đ.
7


Trong hệ truyền động chỉnh lưu điều khiển động cơ một chiều (CL-Đ), bộ
biến đổi là các mạch chỉnh lưu điều khiển có suất điện động Eđ phụ thuộc vào giá
trị của pha xung điều khiển (góc điều khiển). Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn
chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng điện kích thích động cơ. Tuỳ theo yêu cầu cụ
thể của truyền động mà có thể sử dụng sơ đồ chỉnh lưu thích hợp. Sơ đồ nguyên lý
và đặc tính cơ của hệ như hình vẽ 5, 6.

Hình 5: Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động chỉnh lưu động cơ

Hình 6: Đặc tính cơ của hệ CL-Đ

8


Chế độ làm việc của chỉnh lưu phụ thuộc vào phương thức điều khiển và vào
tính chất của tải, trong truyền động tải của chỉnh lưu là cuộn kích từ (L - R) hoặc là
mạch phần ứng động cơ.
Ưu điểm nổi bật của hệ T-Đ là độ tác động nhanh cao, không gây ồn và dễ tự
động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuyêch đại công suất rất cao, điều đó rất
thuận lợi cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh nhiều vòng để nâng cao
chất lượng các các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của hệ thống.
Nhược điểm chủ yếu của hệ thống T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi
tuyến mạnh, dạng điện áp chỉnh lưu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ
trong máy điện, và các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện áp của
nguồn và lưới xoay chiều. Hệ số công suất cos của hệ nói chung là thấp.

1.3.2. Giới thiệu bộ biến đổi
Qua những phân tích về hệ thống truyền động điện ta thấy, mỗi hệ thống đều có ưu
nhược điểm riêng phù hợp với từng yêu cầu công nghệ riêng. Song để phù hợp với
yêu cầu đặt ra của đề tài ta chọn phương án truyền động điện chỉnh lưu T - Đ với
bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn dùng sơ đồ hình cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn dùng
4 Thiristor có D0 .
Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn dùng sơ đồ hình cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn
dùng 4 Thiristor có và 1 Diôt D0 với sơ đồ như sau :



T4

T11

T3

T2

D0
Ud
Ed

Ld

Rd

id
9

Trong đó:
T1 T4 là các van điều khiển dùng để biến điện áp xoay chiều thành điện áp một
chiều, 4 van này được phân làm hai nhóm: nhóm Anôt và nhóm Katôt.
Ed; Ld; Rd là các phần tử phụ tải.

PHẦN II
CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH ĐỘNG LỰC
2.1. GIỚI THIỆU VÀ CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC:

Phần I ta đã lựa chọn phương án truyền động điện chỉnh lưu Thiristor - Động
cơ với bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn dùng sơ đồ hình cầu 1 pha điều khiển hoàn
toàn sử dụng 4 Thiristor có diot D0.
Để thiết kế hệ thống truyền động điện BBĐ van - động cơ một chiều không
đảo chiều quay ta sử dụng nguồn cung cấp là biến đổi van xoay chiều thành một
chiều có điều khiển.
Sơ đồ khối được miêu tả như sau:

U1

BA
HTĐK
F
T

10

U2
Đ

BBĐ1
BBĐ2


Uph

Trong đó:
 BA là biến áp cung cấp nguồn cho bộ biến đổi
 BBĐ1 là bộ biến đổi nguồn xoay chiều thành một chiều cung cấp cho động
cơ
 BBĐ2: là bộ chỉnh lưu cung cấp nguồn kích từ cho động cơ
 Đ: là động cơ điện một chiều
 FT: là máy phát tốc kết hợp với các phần tử khác của mạch điều khiển tạo ra
mạch phản hồi âm tốc độ ổn định tốc độ động cơ và đảm bảo chỉ tiêu chất
lượng tĩnh.
 HTĐK (Hệ thống điều khiển) là hệ thống có nhiệm vụ tạo ra xung điều khiển
các Thiristor để từ đó điều khiển được tốc độ động cơ.
2.1.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động
Là hệ thống làm việc van - động cơ một chiều với hệ thống khống chế vòng kín
(phản hồi âm tốc độ). Việc điều chỉnh tốc độ của hệ thống được thực hiện bằng
phương pháp điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ như thay đổi thời điểm
11


đưa xung vào cực điều khiển của các Thiritor thực hiện điều chỉnh này nhờ việc
điều chỉnh điện áp chủ đạo.
Họ đường đặc tính cơ của hệ thống như sau:

Hình 2.1: Họ đường đặc tính cơ của hệ

Trong hệ thống có sử dụng máy phát tốc nên khi tốc độ của động cơ thay đổi thì
lượng điện áp đưa vào mạch khống chế cũng cao thay đổi theo, cuối cùng làm thay
đổi thời điểm tạo xung dẫn đến điện áp bộ biến đổi là U.d = Uư cũng thay đổi theo
hướng chống lại sự thay đổi tốc độ ban đầu. Vì vậy duy trì được điểm làm việc đã
chọn .
2.1.2. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn dùng sơ
đồ hình cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn dùng 4 Thiristor có diot D0.
a. Sơ đồ nguyên lý:
i1

U1

BA

U2
T4

i2
T1

iT4
12
Đ

iT1


T2

T3

iT2
CK

D0

iT3
ID0

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn dùng sơ đồ hình
cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn dùng 4 Thiristor có diot D0.

b. Nguyên lý làm việc:
Giả thiết phụ tải có Ld=  và xem sơ đồ đã làm việc xác lập trước thời điểm ta bắt
đầu xét (t = 0) . Với đồ thị điện áp nguồn và giá trị góc điều khiển  thì nguyên lý
làm việc của sơ đồ như sau:
Giả thiết là trong khoảng lân cận phía trước thời điểm t = v1= thì trong sơ đồ hai
van T3 và T4 đang dẫn dòng.
Tại t = v1= thì 2 van T1 và T2 đồng thời có tín hiệu điều khiển, lúc đó điện áp
trên hai van này đều thuận (uT1=uT2=u2) nên cả hai van cùng mở. Do van T1, T2 mở
nên sụt điện áp trên chúng giảm về bằng không và ta có: ud=u2; uT3=uT4=-u2 và tại
t = v1= (u2>0), tức là T1,T4 bị đặt điện áp ngược và khoá lại. Từ thời điểm này
(t = v1) trong sơ đồ chỉ có 2 van T1,T2 dẫn dòng. Khi hai van T1, T2 làm việc thì:
ud=u2; uT1=uT2=0; uT3=uT4=-u2; iT1=iT2=id=Id; iT3=iT4=iD0 = 0 .

13


Tại t= thì u2=0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm nên nó tác động ngược
với chiều dòng qua T1 và T2, đồng thời trên T3 và T4 lúc này có điện áp thuận
nhưng T3 và T4 chưa mở vì chưa có tín hiệu điều khiển.Vì vậy mà UD0 =-Ud ,nếu

Ud <0 thì D0 sẽ đặt được điện áp thuận và D0 sẽ mở .
Do giả thiết bỏ qua sụt áp trên diôt dẫn dòng nên ngay tại thời điểm U D0 = 0 và có
xu hướng chuyển sang dương thì D0 mở (tức là D0bắt đầu mở tại (t = ) .
Khi D0 mở thì điện áp trên nó giảm dẫn về 0 nên UD0 =Ud = 0,do vậy UT1 = U21 và
bắt đầu chuyển sang âm. T2 và T1 khoá lại mà T3 và T4 vẫn khoá nên lúc này trong
sơ đồ chỉ có diôt D0 dẫn dòng .
Ta có :
Ud = 0 ; UT1 = UT2 = U2 ; UT3 = UT4
iT1= iT2= 0 ; iT3= iT4 = 0 ; iD0 = id= Id
Tại t=v2=+ thì T3 và T4 đồng thời có tín hiệu điều khiển, trên 2 van đang có
điện áp thuận nên T3 và T4 cùng mở. Hai van T3 và T4 mở nên sụt điện áp trên
chúng giảm về bằng 0 và ta có: Ud=-U2; UD0 = -Ud = -U2 ; UT1=UT2=U2 nên D0 bị đặt
điện áp ngược và nó bị khoá . Lúc này chỉ có T3 và T4 dẫn dòng .
và t=v2=+ thì u2<0, tức là T1, T2 bị đặt điện áp ngược và khoá lại. Từ thời điểm
này (t=v2) trong sơ đồ chỉ có 2 van T3 và T4 dẫn dòng. Khi hai van T3 và T4 cùng
làm việc thì: ud=-u2; uT1=uT2=u2; uT3=uT4=0; iT1=iT2=0; iT3=iT4=id=Id
Tại t=2 thì U2=0 cũng tương tự như ở thời điểm t=2 diôt D0 làm việc dưới
tác dụng của sức điện động cảm ứng sinh ra trong Ld, các biểu thức tính toán cũng
hoàn toàn tương tự .
Tại t=v3=2+ thì sơ đồ lặp lại trạng thái làm việc như từ t=v1

14


Ud

0







2

t

iT1=i
0

t

iT3=iT
0

t

T2

ĐỒ THỊ ĐIỆN ÁP VÀ DÒNG ĐIỆN MINH HOẠ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA SƠ ĐỒ TRÊN

4

ID0
i1

0

t

0

t

t

0


2
15


 Các biểu thức tính toán cơ bản :
1  cos  

2




Ud = U d0 .

   

 2 

ITtb = I d .
ITtbmax =

Id
2

IT = Id


2

U Tth max U Tng max  2 .U 2

16


U Tng max U Tng max  2 .U 2

   

 2 

ID0tb = I d .
ID0tb = Id

Với U2 là giá trị hiệu dụng của điện áp bên thứ cấp BA
2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP HÃM DỪNG ĐỘNG CƠ .

Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều tốc độ quay. Với
động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm: Hãm tái sinh, hãm
ngược và hãm động năng. Việc chọn phương pháp hãm phù hợp với công nghệ là
điều rất quan trọng.

Với yêu cầu không cần chhính xác, chỉ cần hãm dừng nhanh để tăng năng suất
đảm bảo yêu cầu đặt ra là không đảo chiều quay.Sau đây ta xét các chế độ hãm của
động cơ điện một chiều kich từ độc lập để chọn ra một chế độ hãm thích hợp:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có ba trạng thái hãm:
-Hãm tái sinh
-Hãm ngược
-Hãm động năng

2.2.1.Hãm tái sinh
Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải. Khi
hãm tái sinh Eư > Uư động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới.
So với chế độ động cơ, dòng và mô men hãm đã đổi chiều và được xác định theo
biểu thức:
U  E u K o  K o
Ih  u

0
R
R
Mh=KIn<0
Phương trình đặc tính cơ :


Uu
Ru

.M
K ( K) 2
17

Trong trạng thái hãm tái sinh, dòng điện đổi chiều và công suất được đưa trả về
lưới có giá trị P=(E-U)I. Đây là phương pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh ra
điện năng hữu ích.
Nhưng với bộ biến đổi Tiristo-động cơ thì cácTiristo không cho phép dẫn dòng
ngược (mà ở chế độ hãm ngược dòng điện đưa lên lưới bị đảo chiều xem hình 1.1)
nên dòng Ih không thể chạy ngược qua bộ biến đổi để trả năng lượng về lưới. Do
đó hệ truyền động đã nêu trên không thực hiện hãm tái sinh.

Hình 2.3: Đặc tính hãm tái sinh của động cơ kích từ độc lập

2.2.2.Hãm ngược
Trạng thái hãm ngược của động cơ xảy ra khi phần ứng dưới tác dụng của động
năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động hoặc do momen thế năng quay ngược
chiều với momen điện từ của động cơ. Mômen sinh ra bởi động cơ khi đó chống
lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất.
Có 2 trường hợp hãm ngược:

a.Thêm điện trở phụ mạch phần ứng
Đưa thêm điện trở phụ có trị số đủ lớn vào mạch phần ứng của động cơ sao cho
momen ngắn mạch của đặc tính biến trở nhỏ hơn mômen cản. Trường hợp này chỉ
18


gặp khi tải thế năng. Các đặc tính được biểu diễn trên hình -Đoạn đặc tính hãm
ngược là đoạn cd.
Trong đoạn hãm ngược cd vì tốc độ đổi chiều, suất điện động E đổi dấu nên:
Dòng điện hãm:
Ih 

U u  E u K o  K o

Ru + Rf
Ru + Rf

M = KIh
Như vậy ở đặc tính hãm ngược sức điện động tác dụng cùng chiều với điện áp lưới.
Động cơ làm việc như một máy phát nối tiếp với lưới điện biến điện năng nhận từ
lưới và cơ năng trên trục thành nhiệt năng đốt nóng điện trở tổng của mạch phần
ứng vì vậy tổn thất năng lượng lớn.
Vì sơ đồ nối dây của động cơ không thay đổi, nên phương trình đặc tính cơ là
phương trình đặc tính biến trở.


U dm
R  Rf
 u
.M
K dm ( Kdm ) 2

Nhận xét:
Khi hãm ngược ta vẫn sử dụng điện lưới do đó không thực hiện được khi sự cố mất
điện.

Hình 2.4. Đặc tính hãm ngược khi đưa Rf vào mạch phần ứng động cơ kích từ độc lập

b. Đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ
Qua đồ thị đặc tính cơ (hình 25) ta có nhận xét : với kiểu hãm này với nhược điểm
giống như trường hợp hãm trên nó còn có thêm nhược điểm nữa là phải thêm thiết
bị cắt điện vào đúng thời điểm tốc độ động cơ bằng không (=0) nếu không động

cơ (Mđc>Mc) sẽ quay ngược lại.
19


Hình 2.5. Đặc tính hãm ngược khi đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng của động cơ.

2.2.3. Hãm động năng
Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ
học các động cơ đã tích luỹ được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện
năng tiêu tán trong mạch hãm dưới dạng nhiệt.

a. Hãm động năng kích từ độc lập
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 điển trở hãm nhưng còn mạch
kích từ vẫn nối với nguồn như cũ (hình 26).
Nhận xét: Khi hãm động năng kích từ độc lập, năng lượng chủ yếu được tạo ra do
động năng của động cơ tích luỹ nân năng lượng tiêu tốn chỉ nằm trong mạch kích
từ nhưng phương pháp hãm này có nhược điểm là mất điện lưới thì không thực
hiện được quá trình hãm và động cơ quay và dừng tự do.

Hình 2.6. Sơ đồ hãm động năng kích tự độc lập

b. Hãm động năng kích tự kích
20


Nó khắc phục nhược điểm của hãm động năng tự kích độc lập. Thật vậy hãm động
năng tự kích xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích thích ra
khỏi lưới điện để đóng vào một điện trở hãm (hình 2.7).
Theo sơ đồ nguyên lý ta có:

Iư=In+Ikt
E
R kt . R n
Ru +
R kt + R n
R .R
R u  kt h
R kt  R h
 
.M
( K) 2
I u 

Hình 2.7. Sơ đồ hãm động năng tự kích của động cơ một chiều kích từ độc lập.
a) Sơ đồ nguyên lý b) Đặc tính hãm

* Nhận xét:
Trong 3 trạng thái hãm trên, xét về mặt năng lượng thì hãm tái sinh là kinh tế hơn
cả. Nhưng theo đề tài đã cho yêu cầu không đảo chiều quay nên ta không dùng
phương pháp hãm tái sinh.
Hai phương pháp hãm còn lại là hãm ngược và hãm động năng. So với phương
pháp hãm ngược, hãm động năng có hiệu quả kém hơn khi chúng có cùng tốc độ
ban đầu và cùng mômen cản. Tuy nhiên hãm động năng ưu việt hơn về mặt năng
lượng đặc biệt là hãm động năng tự kích ví không tiêu thụ năng lượng từ lưới nên
phương pháp hãm này có khả năng hãm khi có sự cố mất điện lưới.
21


Vì vậy trong hệ thống này ta chọn phương pháp hãm động năng tự kích.

2.3. PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA MẠCH ĐỘNG LỰC

2.3.1. Sơ đồ mạch động lực hệ thống truyền động .

AT

BAĐL

T4

T1
22

R11

C8


R10

C7

T2

R12

R11

C8

R13

C10

T3

C9
D0

Rh

K

CK
Đ

CKĐ

+
 AT : Aptomat dùng để bảo vệ và đóng cắt mạch điện.
 BAĐL : máy biến áp động lực có các nhiệm vụ sau:
Cung cấp điện áp phù hợp cho bộ chỉnh lưu.
Cách li về mặt điện giữa nguồn xoay chiều với mạch động lực bộ chỉnh lưu.
Nhờ có điện cảm nên có thể hạn chế tốc độ tăng dòng điện qua các van.
Hạn chế dòng ngắn mạch qua các van.
Giảm ảnh hưởng của bộ biến đổi đến lưới điện xoay chiều.
 Các van T1, T2, T3, T4 : các van dùng để biến đổi điện áp xoay chiều thành
một chiều có thể điều khiển được để cung cấp cho động cơ.
23

 D0 là diôt .
R,C : các điện trở và điện dung dùng để bảo vệ quá tốc độ tăng áp qua các van.
 CK : cuộn kháng san bằng được mắc nối tiếp với mạch động lực để san bằng
dòng điện qua phụ tải.
 Đ : động cơ điện một chiều, là đối tượng điều chỉnh của hệ thống.
RH : điện trở dùng để hãm động năng, làm giảm thời gian hãm và dòng điện hãm
cho động cơ.
2.3.2. Nguyên lý làm việc của sơ đồ chỉnh lưu .
2.3.3. Nguyên lý làm việc của mạch hãm .

PHẦN III
CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG

Với hệ thống truyền động có sơ đồ mạch động lực như đã chọn ở phần trước ta thấy
rằng trước tiên muốn cho động cơ làm việc thì bộ chỉnh lưu phải làm việc để cấp điện áp cho
động cơ. Bộ chỉnh lưu ở đây là bộ chỉnh lưu có điều khiển nên muốn bộ chỉnh lưu làm việc
được thì các van có điều khiển (thyristor) phải được cung cấp các tín hiệu điều khiển đủ yêu
cầu và theo quy luật xác định. Vì vậy ta phải có mạch phát tín hiệu điều khiển cho các van mà
người ta thường gọi là mạch phát xung điều khiển.
24


Mặt khác để cho hệ thống có thể đáp ứng được các yêu cầu như phạm vi điều chỉnh, độ
sụt tốc độ, v.v... thì ta phải sử dụng các tín hiệu phản hồi và hệ thống cũng phải có hệ số khuếch
đại đủ yêu cầu, nên ta phải có mạch lấy tín hiệu phản hồi, bộ phận tổng hợp các tín hiệu, mạch
khuếch đại. Và để cung cấp nguồn một chiều cho mạch phát xung, mạch khuếch đại, mạch tạo
điện áp chủ đạo v.v... ta cũng phải có các phần mạch riêng. Toàn bộ các mạch điện để thực hiện
các nhiệm vụ trên được gọi là mạch điều khiển của hệ thống truyền động. Tóm lại mạch điều

khiển hệ thống truyền động gồm :
- Mạch phát xung điều khiển các van chỉnh lưu.
- Mạch tổng hợp và khuếch đại các tín hiệu điều khiển.
- Các mạch khác.
3.2. CHỌN MẠCH PHÁT XUNG ĐIỀU KHIỂN CHO CÁC VAN CHỈNH LƯU

3.2.1. Chọn phương pháp phát xung:
Theo tài liệu Kỹ thuật biến đổi thì hiện nay người ta thường sử dụng một số
phương pháp phát xung điều khiển cho sơ đồ chỉnh lưu theo các phương pháp sau:
* Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc pha đứng.
Phương pháp này có mạch phát xung phức tạp nhưng đáp ứng được các yêu cầu chỉ
tiêu chất lượng:
+ Độ rộng xung các yêu cầu làm việc.
+ Tổng hợp tín hiệu dễ dàng
+ Góc mở  của Tiristor có thể thay đổi được trong khoảng rộng.
+ Độ dốc sườn trước của xung đảm bảo có hệ số khuếch đại phù hợp, làm việc tin
cậy độ chính xác cao.
+ Có thể điều khiển được hệ thống có công suất lớn.
* Hệ thống điều khiển chỉnh lưu theo nguyên tắc pha ngang.
Phương pháp này có ưu điểm là có mạch phát xung điều khiển đơn giản, nhưng có
một số nhược điểm là phạm vi điều khiển góc mở  không rộng, rất nhạy với sự
thay đổi của điện áp nguồn và khó tổng hợp được tín hiệu điều khiển. Do những
nhược điểm này mà hệ phát xung điều khiển theo nguyên tắc pha ngang không phù
hợp với yêu cầu công nghệ.
* Hệ thống điều khiển chỉnh lưu dùng điốt 2 cực gốc ( tranzitor một tiếp giáp ).
Mạch phát xung của phương pháp này đơn giản nhưng nó có nhược điểm là chỉ phù
hợp với công suất nhỏ, đảo chiều gặp khó khăn.
25