Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện(Chính thức)

Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
TỔNG HỢP HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Đề tài
Thiết kế hệ thống truyền động điện điều khiển
tốc độ cho thang máy sử dụng động cơ không
đồng bộ 3 pha.
GVHD
SVTH
MSSV
Lớp
Nhóm

: TS. Giáp Quang Huy
: Lê Công Tuấn Anh
: 105150229
: 15TDH1
: 15.Nh32B

Đà Nẵng, tháng 11 năm 2018
SVTH: Lê Công Tuấn Anh

1

Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

Để trống để
chèn tờ đề tài.

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

2


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

CHƯƠNG 1
ĐỘNG

GVHD: Giáp Quang Huy

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN TRUYỀN
8

1.1 Quy trình công nghệ và yêu cầu công nghệ của thang máy.................................8
1.1.1

Lịch sử về thang máy. .......................................................................................8

1.1.2

Tổng quan về thang máy. .............................................................................. 10

1.1.3

Trang thiết bị của thang máy......................................................................... 11

a)

Thiết bị lắp trong buồng thang máy......................................................... 12

b)

Thiết bị lắp trong giếng thang máy. ......................................................... 12

c)

Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy. ............................................. 13

1.1.4

Các thiết bị chuyên dùng trong thang máy. ................................................. 13

a)

Phanh hãm điện từ:...................................................................................... 13

b)

Phanh bảo hiểm ( phanh dù): ................................................................... 13

c)

Cảm biến vị trí............................................................................................... 14

1.1.5

Đặc tính và thông số của thang máy. ........................................................... 14

1.1.6

Tính chọn công suất động cơ truyền động cho thang máy........................ 15

1.1.7

Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang máy.
15

1.1.8

Dừng chính xác buồng thang. ....................................................................... 16

1.1.9

Các hệ truyền động dùng trong thang máy. ................................................ 17

1.2 Cấu trúc và phân lo ại hệ thống truyền động. ....................................................... 18
1.2.1

Cấu trúc chung của hệ truyền động điện. .................................................... 18

1.2.2

Phân loại hệ thống truyền động điện............................................................ 19

a)

Theo đặc điểm của động cơ điện:.............................................................. 19

b)

Theo tính năng điều chỉnh:......................................................................... 20

c)

Theo thiết bị biến đổi:.................................................................................. 20

d)

Một số cách phân loại khác:....................................................................... 20

1.2.3

Đặc tính cơ của truyền động điện. ................................................................ 20

a)

Đặc tính cơ của máy sản suất..................................................................... 20

b)

Đặc tính cơ của động cơ điện. .................................................................... 21

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

3


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.
1.2.4
xuất.

GVHD: Giáp Quang Huy

Sự phù hợp giữa đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của máy sản
22

CHƯƠNG 2 CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG – TÍNH CHỌN CÔNG
SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC ................................................................................. 24
2.1 Hệ truyền động cơ điện xoay chiều....................................................................... 24
2.1.1

Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Thiristor.............. 24

2.1.2

Điều chỉnh xung điện trở mạch rotor. .......................................................... 25

2.1.3

Điều chỉnh công suất trượt. ........................................................................... 25

2.1.4
số.

Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ biến đổi tần
26

2.2 Tính chọn công suất động cơ truyền động. .......................................................... 27
2.2.1

Xác định phụ tải tĩnh. ..................................................................................... 27

2.2.2

Sơ đồ thay thế của động cơ. .......................................................................... 29

2.2.3

Sơ đồ nguyên lý biến tần nguồn áp. ............................................................. 30

2.3 Tính chọn các van mạch động lực và mạch lọc. .................................................. 31
2.3.1

Tính chọn van chỉnh lưu. ............................................................................... 31

2.3.2

Tính chọn van nghịch lưu. ............................................................................. 31

2.3.3

Tính chọn mạch lọc. ....................................................................................... 32

2.3.4

Đo lường tốc độ và dòng điện....................................................................... 32

a.

Máy phát tốc một chiều............................................................................... 32

b.

Máy đo dòng điện. ........................................................................................ 33

CHƯƠNG 3 ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA VÀ
MÔ HÌ
NH TOÁ N HỌC CỦA NÓ ..................................................................................... 35
3.1 Tổng quan về động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha. ....................... 35
3.1.1

Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha....................................................... 35

3.1.2

Nguyên lý hoạt động. ..................................................................................... 36

3.1.3

Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ ba pha. ............................... 37

3.2 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ............................ 38
3.2.1

Điều khiển điện áp stator. .............................................................................. 38

3.2.2

Điều khiển điện trở roto. ................................................................................ 38

3.2.3

Điều chỉnh công suất trượt. ........................................................................... 39

3.2.4

Điều chỉnh tần số nguồn cấp stator. ............................................................. 39

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

4


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.
3.2.5

GVHD: Giáp Quang Huy

Điều khiển trực tiếp momen.......................................................................... 40

3.3 Mô tả toán học động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha. ..................... 41
3.3.1

Phép biến đổi tuyến tính không gian vector. ............................................... 42

3.3.2

Hệ phương trình cơ bản của động cơ trong không gian vector. ............... 45

a) Phương trình trạng thái tính trên hệ toạ độ cố định  .......................... 46
b) Phương trình trạng thái trên hệ toạ độ tựa theo từ thông roto r dq. .... 50
CHƯƠNG 4

TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN........................... 54

4.1 Tổng quan về nguyên tắc điều khiển tựa theo từ thông rotor. ........................... 54
4.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển theo nguyên tắc tựa theo từ thông rotor............. 54
4.2.1

Điều khiển vectơ gián tiếp ............................................................................. 56

4.2.2

Điều khiển vectơ trực tiếp theo từ thông rôto ............................................. 57

4.3 Mô hình các khối trong hệ thống:.......................................................................... 59
4.3.1

Đổi toạ độ abc sang dq ................................................................................... 59

4.3.2

Đổi hệ toạ độ dq sang αβ ............................................................................... 59

4.3.3

Mô hình từ thông ............................................................................................ 60

CHƯƠNG 5
SIMULINK

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG VỚI MATLAB61

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

5


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống xã
hội, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp sản xuất hiện đạivà trong nhiều lỉnh vực
đời sống không thể thiếu các động cơ điện,vì vậy các loại động cơ điện được chế tạo
ngày càng hoàn thiện hơn, trong đó động cơ điện không đồng bộ 3 pha chiếm tỉ lệ lớn
trong các ngành công nghiệp do động cơ không đồng bộ 3 pha có nhiều ưu điểm như
việc khởi động dể dàng, giá thành rẻ, vận hành êm, kích thước nhỏ gọn, làm việc chắc
chắn, đặc tính làm việc tố, bảo quản đơn giản, chi phí vận hành và bảo trìthấp. Tuy vậy

nó có nhược điểm đặc tính cơ phi tuyến mạnh nên trước đây, với các phương pháp điều
khiển còn đơn giản, loại động cơ này phải nhường chỗ cho động cơ điện một chiều và
không được ứng dụng nhiều. Tuy nhiên với sự phát triển mạnh của ngành khoa học kỉ
thuật ngày nay như ngành kỉ thuật vi xử lý, điện tử công suất cộng các lý thuyết điều
khiển, truyền động thì việc ứng dụng động cơ không đồng bộ 3 pha là được ứng dụng
rộng rải trong hệ thống truyền động điều chỉnh tốc độ của các máy sản xuất, thay thế
dần động cơ một chiều.
Với Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện đề tài: “Thiết kế hệ thống truyền
động điện điều khiển tốc độ cho thang máy sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha”
đã giúp chúng em hiểu rõ hơn về động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha, cũng như
những ứng dụng thực tế của nó trong đời sống hiện nay. Với đề tài này, giúp em thấy
được sự cần thiết của đông cơ điện trong cuộc sống hiện tại, những phương pháp lựa
chọn động cơ, tính toán tải … nhằm xây dựng một hệ thống điều khiển đảm bảo tính tin
cậy, chính xác, đảm bảo các vấn đề kinh tế, kỹ thuật.
Với đề tài trên bài báo cáo của em gồm các phần chính sau:
1. Giới thiệu công nghệ ( Thang máy) và xây dựng phương án truyền động.
2. Mô hình hóa hệ thống truyền động điện.
3. Động cơ điện và mô hình toán học của nó.
4. Tổng hợp hệ thống truyền động điện.
5. Mô phỏng và đánh giá hệ thống với Matlab - Simulink
Do kiến thức có hạn cũng như chưa có kinh nghiệm thực tế nên bản đồ án này của
em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầy cô giáo xem xét và góp ý để em
hoàn thiện đồ án này hơn.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô !

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

6

Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong Khoa
Điện, trong bộ môn Tự động hóa đặc biệt là thầy Giáp Quang Huy – giảng viên bộ môn
Tự động hóa – Khoa Điện – Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng, người đã trực tiếp
giảng dạy và cho chúng em những kiến thức để hoàn thành đồ án môn học này.
Ngoài ra em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô khác
trong Khoa Điện, Khoa Sư phạm kỹ thuật – Trường Đại học Bách Khoa, cũng như các
bạn trong Khoa, trong Trường đã giúp em hoàn thành đồ án môn học này.
Là một kỹ sư điện tương lai chúng em hiểu rõ tầm quan trọng của động cơ trong
quá trình sản xuât đặc biệt là trong công nghiệp, trong đó động cơ xoay chiều không
đồng bộ 3 pha chiếm tỷ trọng rất lớn và cũng như tầm quan trọng của việc điều khiển
động cơ đó.
Rất mong tiếp tục nhận được sự giúp đỡ từ quý thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo!
Đà Nẵng, Ngày tháng 11 năm 2018.
Sinh viên thực hiện
LÊ CÔNG TUẤN ANH

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

7


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

CHƯƠNG 1

GVHD: Giáp Quang Huy

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG
PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

1.1 Quy trình công nghệ và yêu cầu công nghệ của thang máy.
1.1.1 Lịch sử về thang máy.
Trong thời gian vừa qua, cùng với sự tăng trưởng không ngừng của nền kinh tế
quốc dân và sự phát triển của các trung tâm đô thị lớn đã kéo theo nhu cầu về đô thị hóa
cao. Các khu đô thị mới, chung cư, văn phòng, cao ốc… được xây dựng ngày càng
nhiều. Nhu cầu về phương tiện đảm bảo an toàn, hiệu quả trong vận chuyển con người
và hàng hóa là rất cần thiết.
Thang máy buổi sơ khai
Những thang hoặc tời nâng thời thô sơ đã
được sử dụng bắt đầu từ thế kỷ thứ 3 trước Công
nghuyên. Khi đó, do yêu cầu việc xây dựng các
pháo đài, các tòa tháp, các công trình kiến trúc
mà cần có một phương tiện để vận chuyển
nguyên vật liệu lên cao. Thang máy thời này hoạt
động nhờ vào sức người và súc vật: Vật nặng cần
nâng được buộc vào sợi dây vắt qua một ròng rọc,
đầu dây kia có người hoặc súc vật kéo căng sợi
dây làm cho vật nặng di chuyển lên cao. Tuy
nhiên, cách làm này chỉ phù hợp với các công
Hình 1.1. Thang nâng dùng sức người.
trình có độ cao thấp và vật nặng có khối lượng
không quá lớn. Ngoài ra, chúng ta cũng đã bắt
gặp cơ cấu quấn dây và một cái tang quay hoặc trục
quay, biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh

tiến đi lên.
Thang máy đầu tiên
Thang máy đầu tiên được chế tạo dưới thời vua
Louis XV, ở Versailles năm 1743 và chỉ để cho vua
dùng. Thang máy được xây dựng ở ngoài trời, trong
sân nhà để cho nhà vua có thể đi từ phòng ông ở lầu
1 lên lầu 2 để gặp người yêu là bà De Chateauroux.
Kỹ thuật này dựa trên đối trọng nên việc sử dụng đỡ
tốn sức hơn.
Và tiến bộ hơn nữa chính là khi người ta phát
minh ra động cơ hơi nước. Ứng dụng này được đưa
vào trong các thang máy để vận chuyển các vật nặng
hơn mà sức người và sức súc vật không thể thực hiện Hình 1.2: Thang máy sử dụng đôi trọng
SVTH: Lê Công Tuấn Anh

8


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

đươc. Hơi nước bốc lên trong nồi hơi nhờ sự gia nhiệt bởi than đá, củi, gỗ… Chính hơi
nước này tạo ra áp lực đẩy Piston tịnh tiến. Qua cơ cấu cơ khí, chuyển động tịnh tiến
này sẽ biến thành chuyển đông quay để quấn dây nhờ đó cabin sẽ chuyển động lên cao.

Hình 1.3: Bản thiết kế của một thang máy cổ.

Thang máy hiện đại
Cuối thế kỷ 19, với sự phát

minh ra dòng điện, điện năng dần
dần được ứng dụng vào cuộc sống
và sản xuất. Nhà phát minh người
Đức Weren Von Siemens đã tích
hợp động cơ điện vào trong kỹ thuật
thang máy. Động cơ điện được đặt
vào trong cabin, qua cơ cấu bánh
răng để ăn khớp với thanh lắp ráp
trên tường. Sau đó, động cơ điện
được sử dụng làm quay tang và
quấn sợi cáp. Nhưng thực tê ứng
dụng này chỉ sử dụng được ở các
công trình ít tầng.

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

Hình 1.4: Thang máy hiện đại ngày nay.

9


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

Sau đó, người ta sử dụng động cơ điện kết hợp với hộp giảm tốc và sử dụng đối
trọng. Nhờ vậy mà tốc độ cabin được cải thiện, đồng thời có nhiều cấp tốc độ hơn, vận
chuyển được nhanh chóng với khối lượng tải ngày càng lớn có thể tới 30 tấn.
Thế kỷ 21 đánh dấu sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật. Các ứng dụng
về điều khiển tự động cũng được áp dụng vào thiết kế thang máy. Nhờ vậy, thang máy

hoạt động tối ưu hơn. Hệ thống cửa tầng, cửa cabin được thiết kế hiện đại. Hệ thống
được đảm bảo an toàn bởi vô số các thiết bị: khóa an toàn, phanh điện từ … và thang
máy đã trở thành một phương tiện hiện đại không thể thiếu được tại các cao ốc, khách
sạn, nhà hàng, bệnh viện…
Và với khát vọng của con người, một ngày
nào đó thang máy có thể vận chuyển được hàng hóa,
con người ở cấp độ vũ trụ đi tới các hành tinh khác.

1.1.2 Tổng quan về thang máy.
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để vận
chuyển hàng hóa và con người theo phương thẳng
đứng. Hình 1.5 là hình dáng tổng thể của thang máy
chở khách.
Thang máy được lắp đặt trong các nhà ở cao
tầng, trong khách sạn, siêu thị, công sở, bệnh viện
v.v…
Phụ tải của thang máy thay đổi trong một
phạm vi rất rộng, nó phụ thuộc vào lượng hành
khách đi lại trong một ngày đêm và hướng vận
chuyển hành khách. Ví dụ như thang máy lắp đặt
trong nhà hành chính: Buổi sáng đầu giờ làm việc
hành khách đi lên nhiều, còn buổi chiều cuối giờ
làm việc lượng hành khách đi theo chiều xuống là
lớn nhất. Bởi vậy khi thiết kế thang máy, phải tính
cho phụ tải “ xung” cực đại.
Lưu lượng khách đi thang máy trong thời
điểm cao nhất được tính trong thời gian 5 phút,
được tính như sau:
𝑄5′ =

𝐴 (𝑁−𝑎 )𝑖
100.𝑁

(1-1)

Trong đó:
A:
Tổng số người làm việc trong ngôi
nhà.
N:
Số tầng của ngôi nhà.
a:
Số tầng mà người làm việc không sử
dụng ( thường lấy a = 2).
SVTH: Lê Công Tuấn Anh

Hình 1.5: Hình dáng tổng thể của thang
máy.

10


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.
𝑖

GVHD: Giáp Quang Huy

Chỉ số cường độ vận chuyển hành,
đặc trưng co số lượng hành khách đi
lên hoặc đi xuống trong thời gian 5

phút.
Đại lượng 𝑄5′ phụ thuộc vào tính chất mà ngôi nhà phục vụ: Nhà chung cư ( 4 –
6 )%, khách sạn ( 7 – 10 )% …
Năng suất của thang máy chính là số lượng hành khách mà thang máy vận chuyển
theo một hướng trên một đơn vị thời gian và được tính theo biểu thức:
100

:

𝑃=

3600𝐸
𝛾𝐻
+∑ 𝑡𝑛
𝑉

(1 – 2)

Trong đó:
P:
Năng suất của thang máy tính trong 1 giờ.
E:
Trọng tải định mức của thang máy ( số lượng người đi được một lần
vận chuyển của thang máy).
γ:
Hệ số lấp đầy phụ tải của máy.
H:
Chiều cao nâng (Hạ) (m).
v:
Vận tốc di chuyển của buồng thang ( m/s).

∑ 𝑡𝑛: Tổng thời gian khi thang máy dừng ở mỗi tầng ( Bao gồm thời gian
đóng, mở cửa buồng thang, đóng mở cửa tầng, thời gian và ra của hành
khách).
Theo công thức (1 – 2) ta thấy năng suất
của thang máy tỷ lệ thuận với trọng tải của
buồng thang E và tỷ lệ nghịch với tổng thời
gian khi thang máy dừng ở mỗi tầng ∑ 𝑡𝑛, đặc
biệt là đối với thang máy có tải trọng lớn.
Còn hệ số lấp đầy γ phụ thuộc chủ yếu
vào cường độ vận chuyển hành khách, thường
lấy bằng: γ=(0,6 – 0,8).

Hình 1.6: Đồ thị xác định số lần dừng.

1.1.3 Trang thiết bị của thang máy.
Tất cả các thiết bị của thang máy được bố trí trong giếng buồng thang ( khoảng
không gian từ trần của tầng cao nhất đến mức sâu nhất của tầng 1), trong buồng máy (
trên trần của tầng cao nhấ) và hố buồng thang ( dưới mức sàn tầng). Bố trícác thiết bị
của một thang máy được biểu diễn trên hình 1.7.
Các thiết bị thang máy gồm: 1. động cơ điện; 2. Puli; 3. Cáp treo; 4. Bộ phận hạn
chế tốc độ; 5. Buồng thang; 6. Thanh dẫn hướng; 7. Hệ thống đối trọng; 8. Trụ cố định;
SVTH: Lê Công Tuấn Anh

11


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

9. Puli dẫn hướng; 10. Cáp liên động; 11. Cáp cấp
điện; 12. Động cơ đóng, mở cửa buồng thang.
a) Thiết bị lắp trong buồng thang máy.
 Cơ cấu nâng.
Trong buồng máy lắp hệ thống tời nâng - hạ
buồng thang 1 (cơ cấu nâng) tạo ra lực kéo chuyển
động buồng thang và đối trọng.
Cơ cấu nâng gồm có các bộ phận: bộ phận kéo
cáp (puli hoặc tang quấn cáp), hộp giảm tốc,
phanh hãm điện từ và động cơ truyền động. Tất
cả các bộ phận trên được lắp trên tấm đế bằng
thép. Trong thang máy thường dùng hai cơ cấu
( Hình 1.7)
- Cơ cấu nâng có hộp tốc độ (Hình 1.8a)
- Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ (Hình
1.8b) Cơ cấu nâng không có hộp tốc độ thường
được sử dụng trong các thang máy tốc độ cao.
 Tủ điện.
Trong tủ điện lắp ráp các cầu dao tổng, cầu
chì, contactor, relay, …
 Puli dẫn hướng.
 Bộ phận hạn chế tốc độ 4 làm việc phối hợp
với phanh bả hiểu bằng cáp liên động 10 để
hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang.

Hình 1.7: Bố trícác thiết bị của
thang máy

Hình 1.8: Cơ cấu nâng ( 1. Động cơ truyền động; 2. Phanh hãm điện từ; 3. Hộp tốc độ; 4. Bộ phận
kéo cáp).

b) Thiết bị lắp trong giếng thang máy.

Buồng thang: trong quá trình làm việc, buồng thang 5 (Hình 1.7) di
chuyển trong giếng thang máy dọc theo các thanh dẫn hướng 6. Trên nóc buồng
thang có lắp đặt thanh bảo hiểm, động cơ truyền động đóng - mở cửa buồng
SVTH: Lê Công Tuấn Anh

12


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

thang 12. Trong buồng thang lắp đặt hệ thống nút bấm điều khiển, hệ thống đèn
báo, đèn chiếu sáng buồng thang, công tắc liên động với sàn của buồng thang
và điện thoại liên lạc với bên ngoài trong trường hợp thang mất điện. Cung cấp
điện cho buồng thang bằng dây cáp mềm 11.

Hệ thống cáp treo 3 (Hình 1.7) là hệ thống cáp hai nhánh một đầu nối
với buồng thang và đầu còn lại nối với đối trọng 7 cùng với puli dẫn hướng 9.

Trong giếng của thang máy còn lắp đặt các bộ cảm biến vị trí dùng để
chuyển đổi tốc độ động cơ, dừng buồng thang ở mỗi tầng và hạn chế hành trình
nâng - hạ của thang máy.
c) Thiết bị lắp đặt trong hố giếng thang máy.
Trong hố giếng thang máy lắp đặt hệ thống giảm xóc là hệ thống giảm xóc và
giảm xóc thuỷ lực tránh sự va đập của buồng thang và đối trọng xuống sàn
của giếng thang máy trong trường hợp công tắc hành trình hạn chế hành trình

xuống bị sự cố (không hoạt động).
1.1.4 Các thiết bị chuyên dùng trong thang máy.
a) Phanh hãm điện từ:
Về kết cấu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động giống như phanh hãm điện từ dùng
trong các cơ cấu của cầu trục.
b) Phanh bảo hiểm ( phanh dù):
Có nhiệm vụ là hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang vượt quá giới hạn
cho phép và giữ chặt buồng thang tại chỗ bằng cách ép vào hai thanh dẫn hướng
trong trường hợp bị đứt cáp treo. Về kết cấu và cấu tạo, phanh bảo hiểm có ba
loại:
 Phanh bảo hiểm kiểu nêm dùng để hãm khẩn cấp.
 Phanh bảo hiểm kiểu kìm (h. 9-5) dùng để hãm êm.
 Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm dùng để hãm khẩn cấp.

Hình 1.9: Phanh bảo hiểm kiểu kìm.
1. Thanh dẫn hướng; 2. Gọng kìm; 3. Dây cáp liên động cơ với bộ hạn chế tốc độ;
4. Tang- bánh vít; 5. Nêm

Phanh bảo hiểm lắp đặt trên nóc của buồng thang, hai gọng kìm 2 trượt dọc
theo hai thanh dẫn hướng 1.Nằm giữa hai cánh tay đầu của gọng kìm có nêm 5
gắn chặt với hệ truyền lực trục vít và tang - bánh vít 4. Hệ truyền lực bánh vít SVTH: Lê Công Tuấn Anh

13


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

trục vít có hai dạng ren: bên phải là ren phải, còn phần bên trái là ren trái. Khi

tốc độ của buồng thang thấp hơn trị số giới hạn tối đa cho phép, nêm 5 ở hai
đầu của trục vít ở vị tríxa nhất so với tang - bánh vít 4, làm cho hai gọng kìm 2
trượt bình thường dọc theo thanh dẫn hướng 1. Trong trường hợp tốc độ của
buồng thang vượt quá giới hạn cho phép, tang - bánh vít 4 sẽ quay theo chiều để
kéo dài hai đầu nêm 5 về phía mình, làm cho hai gọng kìm 2 ép chặt vào
thanh dẫn hướng, kết quả sẽ hạn chế được tốc độ di chuyển của buồng thang
và trong trường hợp bị đứt cáp treo, sẽ giữ chặt buồng thang vào hai thanh dẫn
hướng.
c) Cảm biến vị trí
Trong máy nâng và thang máy, các bộ cảm biến vị trídùng để:
 Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng.
 Chuyển đổi tốc độ động cơ truyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp khi
buồng thang đến gần tầng cần dừng, để nâng cao độ dừng chính xác.

1.1.5 Đặc tính và thông số của thang máy.
Tùy thuộc vào tính chất và chức năng của thang máy có thể phân thành các nhóm
chính sau:
 Thng máy chở khách kèm theo hành lý hoặc chuyên chở các vật gia đụng
trong các nhà cao tầng, công sở, siêu thị và trong các trường học.
 Thang máy dùng trong bệnh viện, dùng trong chuyên chở bệnh nhân trên băng
ca có nhân viên y tế đi kèm.
Trọng tải của thang máy được thết kế theo các trị số cố định mức sau:
 Thang máy chở khách: 350; 500 và 1000kg.
 Thang máy dùng trong các bệnh viện: 500kg
Tốc độ của thang máy tuỳ thuộc vào vị trí và mục đích sử dụng được thiết kế
trong khoảng v = (0,1 ÷ 5)m/s.
Trị số tốc độ di chuyển của buồng thang (của thang máy) phụ thuộc vào từng
nhóm, được thiết kế theo các trị số định mức sau:
 Thang máy chở khách: 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5; 3,5 và 5m/s.
 Thang máy dùng trong các bệnh viện: 0,5m/s.

Thang máy tuỳ thuộc vào tốc độ di chuyển của buồng thang được phân ra các
loại sau:
 Thang máy tốc độ thấp: v ≤ 0,5m/s.
 Thang máy tốc độ trung bình: 0,75 < v < 1,5m/s thường dùng cho các nhà
có số tầng từ (6 ÷ 12) tầng.
 Thang máy tốc độ cao: 2,5 < v < 3,5m/s thường dùng cho các nhà có số tầng
mt > 16.
 Thang máy có tốc độ rất cao (siêu cao) v = 5m/s thường dùng cho các toà
tháp cao tầng.

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

14


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

1.1.6 Tính chọn công suất động cơ truyền động cho thang máy.
Để xác định được công suất động cơ truyền động di chuyển buồng thang cần phải
có các điều kiện và thông số sau:
 Sơ đồ động học của cơ cấu nâng của thang máy.
 Trị số tốc độ và gia tốc giới hạn cho phép.
 Trọng tải của thang máy.
 Khối lượng của buổng thang và đối trọng (nếu có)
 Chế độ làm việc của thang máy.
Tính chọn công suất động cơ thực hiện theo các bước sau:
 Chọn sơ bộ công suất động cơ dựa trên công suất cản tĩnh.
 Xây dựng biểu đồ phụ tải toàn phần có tính đến phụ tải trong chế độ quá độ.

 Kiểm tra công suất động cơ đã chọn theo điều kiện phát nhiệt (theo
phương pháp dòng điện đẳng trị hoặc momen đẳng tri).

1.1.7 Ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ giật đối với hệ truyền động thang
máy.
Một trong những yêu cầu cơ bản đối
với hệ truyền động thang máy là phải đảm
bảo cho buồng thang di chuyển êm. Buồng
thang di chuyển êm hay không phụ thuộc
chủ yếu vào trị số gia tốc tốc của buồng
thang khi mở máy và hãm dừng. Những
tham số chính đăc trưng cho chế đô làm việc
của thang máy là: tốc độ di chuyển buồng
2
thang v [m/s], gia tốc a [m/s ] và độ dật ρ
3
[m/s ].
Hình 1.10: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của quảng
Trên hình 1.10 biểu diễn các đường đường, tốc độ, gia tốc và độ giật theo thời gian.
cong: quãng đường đi của thang máy s, tốc
độ v, gia tốc a và độ giật theo hàm thời gian t. Ta có tốc độ di chuyển buồng thang
quyết định năng suất của thang máy . Tốc độ di chuyển đặc biệt có ý nghĩa quan trọng
đối với thang máy trong các nhà cao tầng. Những thang máy tốc độ cao (v = 3,5m/s)
phù hợp với chiều cao nâng lớn, số lần dừng ít. Trong trường hợp này thời gian khi
tăng tốc và giảm tốc rất nhỏ so với thời gian di chuyển của buồng thang với tốc độ cao,
trị số tốc độ trung bình của thang máy gần đạt bằng tốc độ định mức cuả thang máy.
Mặt khác, trị số tốc độ di chuyển của buồng thang tỉ lệ thuận với giá thàng của
thang máy. Nếu tăng tốc độ của thang máy từ v = 0,75m/s → 3,5m/s, giá thành của
thang máy tăng lên (4 ÷ 5) lần. Bởi vậy tuỳ thuộc vào độ cao của nhà mà thang máy
phục vụ để chọn trị số di chuyển của thang máy phù hợp với tốc độ tối ưu, đáp ứng đầy

đủ các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật.
Trị số tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời
gian tăng tốc và giảm tốc của hệ truyền đông thang máy, có nghĩa là tăng gia tốc. Nhưng
SVTH: Lê Công Tuấn Anh

15


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

khi buồng thang di chuyển với gia tốc quá lớn sẽ gây ra cảm giác khó chụi cho hành
khách (chóng mặt, cảm giác sợ hãi và nghẹt thở v.v…) Bởi vậy, trị số gia tốc được chọn
tối ưu là a ≤ 2 m/s 2. Một đại lượng khác quyết định sự di chuyển êm của buồng thang
là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm của gia tốc khi hãm. Nói cách
khác đó là độ giật ρ ( đạo hàm bậc nhất của gia tốc) khi gia tốc a < 2 m/s 2 , trị số độ
giật tốc độ tối ưu là ρ < 20 m/s 3 .
Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy với tốc độ trung bình và tốc độ cao được
biểu diễn trên hình 1.10. Biểu đồ này có thể phân thành 5 giai đoạn theo tính chất thay
đổi tốc độ di chuyển buồng thang: tăng tốc, di chuyển với tốc độ ổn định, hãm xuống
tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng.
Biểu đồ tối ưu sẽ đạt được nếu dùng hệ truyền động một chiều hoặc dùng hệ
biến tần - động cơ xoay chiều. Nếu dùng hệ truyền động xoay chiều với động cơ
không đồng bộ roto lồng sóc hai cấp tốc độ, biểu đồ làm việc đạt gần với biểu đồ tối
ưu như hình 1.10.
Đối với thang máy tốc độ chậm, biểu đồ làm việc chỉ có giai đoạn: Thời gian
tăng tốc (mở máy), di chuyển với tốc độ ổn định và hãm dừng.

1.1.8 Dừng chính xác buồng thang.

Buồng thang của thang máy
cần phải dừng chính xác so với mặt
bằng của sàn tầng cần đến khi hãm
dừng.
Nếu buồng thang dừng không
chính xác sẽ gây ra các hiện tượng
bất lợi sau:
 Đối với thang máy chở
khách, làm cho khách ra vào
buồng thang khó khăn hơn,
tăng thời gian ra, vào dẫn
đến giảm năng suất của
thang máy.
 Đối với thang máy chở
hàng gây khó khăn trong
việc bốc xếp và dỡ hàng
hoá. Trong một số trường
hợp không thực hiện được
việc bốc xếp, dỡ hàng hoá.

Hình 1.11:
a) sơ đồ chính xác khi dừng buồng thang; b) sự phụ thuộc của
độ dừng chính xác ∆s của buồng thang vào trị số tốc độ và gia
tốc.
2
Đường 1 - amax = 1m/s ; đường 2 - amax = 2m/s 2 đường 3
ama x = 3m/s 2

Đối với thang máy, độ không chính xác khi dừng buồng thang cho phép là
∆Smax≤± 20mm.

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

16


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

1.1.9 Các hệ truyền động dùng trong thang máy.
Khi thiết kế, tính chọn hệ truyền động cho thang máy phải dựa trên các yêu cầu chính
sau:
 Độ dừng chính xác của buồng thang.
 Tốc độ di chuyển của buồng thang.
 Trị số gia tốc lớn nhất cho phép.
 Phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu.
Hệ truyền đông xoay chiều với động cơ không đồng bộ (roto lồng sóc hoặc roto
dây quấn) được sử dung để truyền động các loại thang máy và máy nâng có tốc độ thấp
và trung bình.
Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc thường dùng
trong thang máy tốc độ thấp và máy nâng có trọng tải nhỏ.
Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto dây quấn thường dùng
cho các loại máy nâng trọng tải lớn, cho phép nâng cao chất lượng của hệ thống truyền
động khi tăng tốc và giảm tốc, nâng cao độ chính xác khi dừng.
Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc hai cấp tốc
độ (có hai bộ dây quấn stator độc lập nối theo sơ đồ hình sao) thường dùng trong các
thang máy tốc độ trung bình. Số đôi cực của dây quấn stator động cơ thường chọn là:
2p= 6 → 2p = 24 hoặc 2p = 4 → 2p = 20 tương đương với tốc độ đồng bộ của động cơ
bằng: n = 1000/250 vòng/phút hoặc 1500/300 vòng/phút.

Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc được cấp
nguồn từ bộ biến tần thường dùng trong các thang máy tốc độ cao (khi v > 1,5m/s), cho
phép hạn chế được gia tốc và độ giật trong giới hạn cho phép và đạt độ chính xác khi
dừng rất cao (∆S ≤ ± 5mm).
Hệ truyền động xoay chiều với động cơ đồng bộ thường được dùng trong các máy
nâng tải trọng lớn (công suất động cơ truyền động lớn P > 300kW) trong ngành khai
thác mỏ.
Hệ truyền động một chiều thường dùng cho các thang máy tốc độ cao (v ≥ 1,5m/s).
Thường dùng hai hệ truyền động sau:
 Hệ F-Đ có khuếch đại trung gian làm nguồn cấp cho cuộn kích từ của máy phát
(khuếch đại trung gian có thể là máy điện khuếch đại hoặc khuếch đại từ)
 Hệ T-Đ, máy phát một chiều được thay thế bằng bộ chỉnh lưu dùng thyristor.
Khi chọn đông cơ truyền động thang máy phải dựa trên sơ đồ động học của cơ
cấu nâng. Đối với thang máy khi dùng cơ cấu có hộp tốc độ, thường dùng loại động cơ
xoay chiều kiểu A2, AO2; động cơ không đồng bộ có hệ số trượt cao kiều AC, AOC;
động cơ 2 cấp tốc độ và động cơ roto dây quấn kiểu AK.
Đối với thang máy tốc độ cao (v > 1,5m/s), khi dùng cơ cấu nâng không có hộp
giảm tốc thường chọn loại động cơ tốc độ chậm. Các nhà máy chế tạo điện cơ đã chế

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

17


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

tạo loại động cơ chuyên dụng cho thang máy với cấp công suất P = (28 ÷ 40)kW và tốc
độ quay định mức n = 83 vòng/phút.

1.2 Cấu trúc và phân loại hệ thống truyền động.
1.2.1 Cấu trúc chung của hệ truyền động điện.
Truyền động cho một máy,
một dây chuyền sản xuất mà dùng
năng lượng điện thì gọi là truyền
động điện.
Hệ truyền động điện là một tập
hợp các thiết bị điện như: Thiết bị
điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử,
cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến
đổi điện năng thành cơ năng cung
cấp cho cơ cấu chấp hành trên máy
sản xuất, đồng thời có thể điều khiển
Hình 1.12: Cấu trúc hệ thống truyền động điện.
dòng năng lượng đó theo yêu cầu
công nghệ của máy sản xuất.
Về cấu trúc, một hệ thống truyền động điện nói chung bao gồm các khâu:
BBD: Bộ biến đổi, dùng để biến đổi loại dòng điện ( xoay chiều thành một chiều
hoặc ngược lại), biến đổi loại nguồn ( nguồn áp thành nguồn dòng hoặc ngược lại), biến
đổi mức điện áp ( hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số …
Các biến đổi điện thường dùng là máy phát điện, hệ máy phát – động cơ, các chỉnh
lưu không điều khiển và có điều khiển, các bộ biến tần …
Đ: Động cơ điện, dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành
điện năng ( khi hãm điện0.
Các động cơ điện thường dùng là: Động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha
rotor lồng sóc hay dây quấn; Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, song song hay
hỗn hợp hoặc kích từ bằng nam châm vĩnh cữu; Động cơ xoay chiều đồng bộ …
TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động cơ điện đến cơ cấu sản xuất hoặc
dùng để biến đổi dạng chuyển động ( quay thành tịnh tiến hay lắc) hoặc làm phù hợp

về tốc độ, momen, lực.
Để truyền lực, có thể dùng các bánh răng, thanh răng, trục vít, đai truyền, các bộ
ly hợp cơ hoặc điện từ …
CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cơ cấu làm việc, thực hiện các thao tác sản xuất và
công nghệ ( gia công chi tiết, nâng – hạ tải trọng, dịch chuyển …).
ĐK: Khối điều khiển là các thiết bị dùng để điều khiển bộ biến đổi, động cơ điện,
cơ cấu truyền lực.

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

18


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

Khối điều khiển bao gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công
nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt có tiếp điểm ( relay, contactor) hay không
có tiếp điệm ( điện tử, bán dẫn). Một số hệ truyền động điện tự động khác có cả mạch
ghép nối với các thiết bị tự động khác như máy tính điều khiển, các bộ vi xử lý, PLC…
các thiết bị đo lường, cảm biến dùng để lấy các tín hiệu phản hồi có thể là các loại
đồng hồ đo, các cảm biến từ, cơ, quang…
Một hệ thống TDD không nhất thiết phải có đầy đủ các khâu nêu trên. Tuy nhiên,
một hệ thống TDD bất kỳ luôn bao gồm hai phần chính:
 Phần lực: Bao gồm bộ biến đổi và động cơ điện.
 Phần điều khiển.
Một hệ thống truyền động điện được gọi là hệ hở khi không có phản hồi và được
gọi là hệ kín khi có phản hồi. Nghĩa là giá trị của đại lượng đầu ra được đưa trở lại đầu
vào dưới dạng một tín hiệu nào đó để điều chỉnh lại việc điều khiển sao cho đại lượng

đầu ra đạt giá trị mong muốn.

1.2.2 Phân loại hệ thống truyền động điện.
Người ta phân loại các hệ truyền động điện theo nhiều cách khác nhau tùy theo
đặc điểm của động cơ điện sử dụng trong hệ thống, theo mức độ tự động hóa, theo đặc
điểm hoặc chủng loại của thiết bị của bộ biến đổi… Từ cách phân loại sẽ hình thành tên
gọi của hệ.
a) Theo đặc điểm của động cơ điện:

Truyền động điện môt chiều: Dùng động cơ điện một chiều. Truyền
động điện một chiều sử dụng cho các máy có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ và
momen, có chất lượng điều chỉnh tốt. Tuy nhiên, động cơ điện một chiều có cấu
tạo phức tạp và giá thành cao, hơn nữa nó đòi hỏi phải có bộ nguồn một chiều, do
đó những trược hợp không có yêu cầu cao về điều chỉnh, người ta thường dùng
động cơ không đồng bộ để thay thế.

Truyền động điện không đồng bộ: Dùng động cơ điện xoay chiều không
đồng bộ. Động cơ KĐB ba pha có ưu điểm là có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận
hành an toàn, sử dụng nguồn cấo trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha. Tuy
nhiên, trước đây các hệ truyền động động cơ KĐB lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ do việc
điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB có khó khăn hơn động cơ điện một chiều. Trong
những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo các thiết bị
bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, truyền động không đồng bộ phát
trển mạnh mẽ và được khai thác các ưu điểm của mình, đặc biệt là các hệ có điều
khiển tần số. Những hệ này đã đạt được chất lượng điều chỉnh cao, tương đương
với hệ truyền động một chiều.

Truyền động điện đồng bộ: Dùng động cơ điện xoay chiều đồng bộ ba
pha. Động cơ điện đồng bộ ba pha trước dây thường dùng cho loại truyền động

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

19


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

không điều chỉnh tốc độ, công suất lớn hàng trăm KW đến hàng MW ( các máy
nén khí, quạt gió, bơm nước, máy nghiền.v.v..)
Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, động cơ đồng
bộ được nghien cứu, ứng dụng nhiều trong công nghiệp, ở mọi loại giải công suất
từ vài trăm W ( cho cơ cấu cắt gọt kim loại, cơ cấu chuyển động của tay máy,
người máy) đến hàng MW ( cho các truyền động máy cán, kéo tàu tốc độ cao…).
b) Theo tính năng điều chỉnh:

Truyền động không điều chỉnh: Động cơ chỉ quay máy sản xuất với một
tốc độ nhất định.

Truyền động có điều chỉnh: Trong loại này, tùy thuộc yêu cầu công nghệ
mà ta có truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền đồng điều chỉnh momen, lực kéo
và truyền động điều chỉnh vị trí.
c) Theo thiết bị biến đổi:

Hệ máy phát – động cơ ( F – Đ ): Động cơ điện một chiều được cấp điện
từ một máy phát điện một chiều ( bộ biến đổi máy điện).
Thuộc hệ này có hệ máy điện khuếch đại – động cơ ( MĐKĐ – Đ), đó là hệ
có BBĐ là máy điện khuếch đại từ trường ngang.


Hệ chỉnh lưu – động cơ ( CL – Đ): Động cơ một chiều được cấp điện từ
một bộ chỉnh lưu. Chỉnh lưu có thể không điều khiển hay có điều khiển hoặc bán
điều khiển.
d) Một số cách phân loại khác:
Ngoài các cách phân loại trên, còn có một số cách phân loại khác như truyền
động đảo chiều và không đảo chiều, truyền động đơn ( chỉ dùng một động cơ) và
truyền động nhiều động cơ ( nếu dùng nhiều động cơ để phối hợp truyền động cho
cơ cấu công tác), truyền động quay và truyền động thẳng, …

1.2.3 Đặc tính cơ của truyền động điện.
a) Đặc tính cơ của máy sản suất.
Đặc tính cơ biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ quay và momen quay:
ω = f(M) hoặc n = F(M)
Trong đó:
ω: Tốc độ góc (rad/s).
n: Tốc độ quay (vg/ph)
M: Momen (N.m)
Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và momen cản của
máy sản xuất: Mc = f(ω).
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng được biểu
diễn dưới dạng công thức tổng quát:
ω q
)
Mc = Mco + (Mđm − Mco ) (
ωđm

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

20

Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

Trong đó:
Mc: Momen cản của cơ cấu sản xuất ứng với tốc độ ω.
Mco: Momen cản của cơ cấu sản xuất ứng với tốc độ ω = 0.
Ta có các trường hợp số mũ q ứng với các trường hợp tải:

Hình 1.13: Đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất ứng với các
trường hợp máy sản xuất khác nhau.

q

Mc

P
( Công suất)

Loại tải

Ứng với trường hơp đặc tính cơ của cơ cấu máy
quấn dây, cuốn giấy, cơ cấu truyền động chính của
-1
Const
~
𝜔
các máy cắt gọt kim loại như máy tiện.
Các cơ cấu nâng hạ, băng bải, máy nâng vận

0
Const
~𝜔
chuyển, truyền động ăn dao máy gia công kim loại.
2
Máy phát điện một chiều với tải thuần trở.
1
~𝜔
~𝜔
Đặc tính cơ của các máy thủy khí: Bơm, quạt,
2
~𝜔2
~𝜔3
chân vịt tầu thủy …
b) Đặc tính cơ của động cơ điện.
Đặc tính cơ của động cơ điện là mối quan hệ giữa tốc độ quay và momen của
động cơ: ω = f(M).
Đặc tính cơ của động cơ điện chia ra đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân
tạo. Dạng đặc tính cơ của mỗi loại động cơ khác nhau thì khác nhau.
Đặc tính cơ tự nhiên: Đó là mối quan hệ ω = f(M) của động cơ điện khi các
thông số như điện áp, dòng điện, … của động cơ là định mức theo thông số đã được
thiết kế chế tạo và mạch điện của động cơ không nối tiếp thêm điện trở, điện kháng …
Đặc tính cơ nhân tạo: Đó là mối quan hệ ω = f(M) của động cơ điện khi các
thông số điện không đúng định mức hoặc khi mạch điện có nối thêm điện trở, điện
kháng …
Trong hệ truyền động điện bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện –
cơ. Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của động cơ điện.
Người ta định nghĩa như sau: Dòng công suất điện P điện có giá trị dương nếu như nó
1

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

21


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

có chuyền truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành
công suất cơ P cơ=M.ω cấp cho máy sản xuất ( sau khi đã có tổn thất ΔP).
Công suất cơ P cơ có giá trị dương nếu momen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc
độ quay, có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và momen động cơ
sinh ra ngược chiều tốc độ quay.
Công suất điện P điện có giá trị âm nếu nó có chuyền từ động cơ về nguồn.
Tùy thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc của
động cơ gồm: Trạng thái động cơ và trạng thái hãm. Trạng thái hãm và trạng trái động
cơ được phân bố trên đặc tính cơ ω(M) ở bốn góc phần tư như sau:
 Ở góc phần tư I, III: Trạng thái động cơ.
 Ở góc phần tư II, IV: Trạng thái hãm.

Hình 1.14 Các trạng thái làm việc của động cơ điện.

1.2.4 Sự phùhợp giữa đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của máy
sản xuất.
Trong hệ thống TDD, đọng cơ điện có nhiệm vụ cung cấp động lực cho cơ cấu
sản suất. Các cơ cấu sản xuất của mỗi loại máy có các yêu cầu công nghệ và đặc điểm
riêng. Máy sản xuất lại có rất nhiều loại, nhiều kiểu với kết cấu rất khác biệt. Động cơ
điện cũng vậy, có nhiều loại, nhiều kiểu với các tính năng, đặc điểm riêng.
Với các động cơ điện một chiều và xoay chiều thìchế độ làm việc tối ưu thường

là chế độ định mức của động cơ. Để một hệ thống TDD làm việc tốt, có hiệu quả thì
giữa động cơ điện và cơ cấu sản xuất phải đảm bảo có một sự phù hợp tương ứng nào
đó. Việc lựa chọn hệ TDD và chọn động cơ điện đáp ứng đúng các yêu cầu của cơ cấu
sản xuất có ý nghĩa lớn không chỉ về mặt kỹ thuật mà cả về mặt kinh tế.
Do vậy, khi thiết kế hệ thống TDD, người ta thường chọn hệ truyền động cũng
như phương pháp điều chỉnh tốc độ sao cho đường đặc tính cơ của động cơ càng gần

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

22


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

với đường đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất càng tốt. Nếu đảm bảo được điều khiện này,
thì động cơ sẽ đáp ứng tốt đòi hỏi của cơ cấu sản xuất khi momen cản thay đổi và tổn
thất trong quá trình điều chỉnh là nhỏ nhất.

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

23


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

CHƯƠNG 2 CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG – TÍNH

CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC
Hệ truyền động được thiết kế phải có độ tin cậy làm việc cao , sơ đồ điều khiển hệ
truyền động đó phải hoạt động rất khoát , phân minh. Các phân tử cầu thành trong hệ
thống trang bị điện có kết cấu gọn nhẹ , chắc chăn , dễ dàng trong công tác sửa chữa
thay thế.
Đối với hệ truyền động thang máy thìtốc độ di chuyên của buồng thang quyết
định năng suất của thang máy tức là tốc độ càng cao thìnắng suất càng tăng. Nhưng cái
chính là điều chỉnh tốc độ như thế nào để buồng thang dừng đúngvị trítầng cần đến và
không làm ảnh hưởng tới gia tốc và độ giật.
Để truyền động cho thang máy ta dùng động cơ kéo puli. Truyền động thang máy
làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại có đảo chiều quay , động cơ truyền động ở đâyta
chọn động cơ điện xoay chiều .Do đó ta dùng:
Hệ truyền động động. cơ xoay chiều

2.1 Hệ truyền động cơ điện xoay chiều.
2.1.1 Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Thiristor.
Khi điều chỉnh điện áp cấp cho động cơthì các thong số còn lại không thay đôi
và tốc độ trượt s = const. Ta có phương trình đặctính cơ:
2 ′
3U1f
R2
ω0 − ω
M=
,
s
=
2
R′
ω0
Sω [(R 1 + 2 ) + X 2nm]

s
2Mth (1 + aSth )
R′ 2
R1
M=
, Sth =
,
a
=
S
S
R2
√R21 + X 2nm
+ th + 2aSth
Sth
S
2
3U1f
Mth =
2ω0 [R 1 + √R21 + X 2nm ]
Từ phương trình đặc tính cơ, ta nhận thấy rằng M tỷ lệ với bình phương điện áp
và với hệ số tỷ lệ KM, S = const.
⇒ Mu = KM(s).U12 và Mth = K’M.U12
Trong đó có một giá trị điện áp định mức Uđm
2
⇒ Mtn = KM(s).Uđm
Từ đó ta có:
⇒ Mu = Mth.(

U1

Uđm

2

) ⇒ Mu = Mth .(U* 1)2

Phạm vi điều chỉnh hẹp, tốc độ hẹp, tổn hao nặng.
Để tăng phạm vi điều chỉnh thìphải tăng Sth, mà để tăng Sth thìphải tăng điện trở
R2 ( nhưng điều này chỉ áp dụng cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn).

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

24


Đồ án Tổng hợp hệ thống truyền động điện.

GVHD: Giáp Quang Huy

2.1.2 Điều chỉnh xung điện trở mạch rotor.
Từ hình vẽ ta có:
𝑇1
𝑅𝑒 = 𝑅0 .
𝑇
 Nếu điều chỉnh T1 và
T = const, thì bị hạn
chế bởi 0mà dải điều chỉnh hẹp.
 Nếu điều chỉnh T và
T1 = const, thìbị hạn

chế bởi T1<gián đoạn dòng
Hình 2.1: Sơ đồ điều chỉnh xung điện trở Rotor.
điện.
Do vậy mà ta phải tính tho phương pháp điều chỉnh số gia, từ sơ đồ trên ta có:
ΔP 2=3I22 (R2+Rf) = Id2(2R2+Re)
⇒R f =

K2 (2R2−Re )
3

− R 2 với Id=KI2

Đặc điểm:
 Phương pháp điều chỉnh xung điện trở rotor có kết cấu mạch lực và mạch điều
khiển đơn giản và dễ thực hiện.
 Độ chính xác thường không cao do mô hình động cơ chưa xây dựng một cách
hoàn thiện.
 Hiệu suất thấp.

2.1.3 Điều chỉnh công suất trượt.
Trong các trường hợp điều chỉnh tốc độ động cơ
KĐB bằng cách làm mèm đặc tính và để nguyên tốc độ
không tải ly tưởng thìcông suất trượt được tiêu tán trên
điện trở mạch rotor:
ΔP 2 = P đt - P cơ
ΔP 2 = Mđt ω1 – Mω
Nếu Mđt = M thì ΔP 2 = sP đt
Tuy nhiên khi công suất lớn thìphần tốn hao này là
đáng kể, do vậy trong trường hợp này để tận dụng công

suất tốn hao người ta đưa ra các sơ đồ đề đưa công suất
này trả về lưới điện. Phương pháp này gọi là phương pháp
công suất trượt. Khi điều chỉnh công suất trượt thì độ lớn
của dòng điện phụ thuộc hoàn toàn vào tải của động cơ
chứ không phụ thuộc vào góc điều khiển của bộ nghịch
lưu.

SVTH: Lê Công Tuấn Anh

Hình 2.2: Tổn hao công suất.

25