ĐỒ án Truyền động điện Hệ thống cầu trục

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
*****

ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
ĐỀ TÀI:
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TRUYỀN ĐỘNG
CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC

GVHD : ThS Lưu Văn Quang

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018


LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin cảm ơn thầy Lưu Văn Quang là người trực tiếp hướng
dẫn,giúp đỡ và chỉ bảo chúng em trong đồ án môn học điều khiển lập trình
này. Thầy đã giúp chúng em giải quyết các vấn để nảy sinh trong quá trình
làm đồ án và hoàn thành đề tài đúng thời gian định hướng ban đầu. Đặc biệt
là học hỏi được những kinh nghiệm và thái độ làm việc của thầy để chúng em
áp dụng sau này.
Chúng em xin gửi lời cám ơn đến các thầy cô khoa Điện -Điện tử của
trường ĐH Sư Phạm Kĩ Thuật TP Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy truyền
đạt cho chúng em những kiến thức về chuyên ngành nói chung và bộ môn
điều khiển lập trình nói riêng. Đó là những kiến thức và kinh nghiệm quý báu
mà chúng em đã học được trong suốt thời gian qua
Kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe.
Nhóm sinh viên thực hiện đồ án:

LỜI MỞ ĐẦU
Thế kỉ XXI – thế kỉ của công nghệ thông tin, của khoa học kĩ thuật và công nghệ
tự động. Nhằm đáp ứng nhu cầu của sự phát triển, nâng cao năng suất và chất lượng
sản phẩm. Truyền động điện ra đời là một trong những yếu tố quan trọng:Truyền động
điện có nhiệm vụ thực hiện các công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất.
Truyền động điện là một hệ thống máy móc được thiết kế với nhiệm vụ biến đổi cơ
năng thành điện năng. Hệ thống truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không
đổi hoặc thay đổi. Một trong những khâu truyền động phổ biến là nâng hạ cầu trục.
Nâng hạ cầu trục là khâu truyền động cơ bản của nền công ngiệp nước ta hiện nay.
Được sử dụng rộng rải từ các hải cảng, khu công nghiệp đến các nhà máy xí nghiệp và
các công trường xây dựng. Giúp con người hạn chế lao động bằng chân tay.Đồng thời
góp phần đẩy nhanh quá trình vận chuyển và đảm bảo an toàn cho người lao động
Với những vai trò trên nên nhóm em đa chọn đề tài: “TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
TRUYỀN ĐỘNG CHO CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC” để làm đồ án môn học
truyền động điện.
Nội dung đồ án gồm các phần chính sau:
Phần A: Tính toán và thiết kế cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng động cơ điện một chiều
kích từ song song
Chương 1:Đặc tính cơ của động cơ điện kích từ song song
Chương 2: Tính toán hệ thống cầu trục nâng hạ tải dùng động cơ dc kích từ song song
Phần B: Tính toán và thiết kế cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng đcđ kđb xoay chiều ba
pha dây quấn
Chương 3:Đặc tính cơ của động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha
Chương 4:Tính toán cơ cấu nâng hạ trục dùng động cơ điện xoay chiều không đồng
bộ ba pha.
Vì kiến thức và thời gian có hạn, kinh nghiệm thực tế không nhiều, nên tập đồ án
này không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy
cô và bạn bè.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.......................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
Ngày . . . tháng . . . năm 2017
Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.......................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
...........................................................
Ngày . . . tháng . . . năm 2017
Giáo viên phản biện

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Nội dung đồ án :
Hãy tính toán và thiết kế truyền động điện cho một cơ cấu nâng cầu trục dùng
động cơ điện là :
Động cơ DC dùng kích từ song song.
Động cơ AC không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn
Có các số liệu như sau:
Bảng số liệu
Động cơ điện một chiều kích từ song song :
Pđm(kw)
95

Uđm(v)
205

Iđm(A)
525

IKTđm(A)
6

nđm(v/p)
600

Động cơ AC không đồng bộ 3 pha
Pđm (KW)
55
m1
3

U1 đm (v)
400
m1
3

2p
10
R1(Ω)
0,25

N1(vòng) N2(vòng) Kdq1
70
35
0,955
R2(Ω)
0,06

X1(Ω)
0,65

X2(Ω)
0,055

Kdq2
0,955
M

2,25

cos  đm

0,855

ŋ
0,85

Yêu cầu tính toán và thiết kế như sau:
1. Động cơ mở máy qua 3 cấp điện trở phụ, tính các điện trở phụ mở máy bằng
phương pháp đồ thị phụ tải
2. . Tính toán điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để nâng tải lên với tốc độ
lần lượt là:
a. n =1/2 nđm
b. n = 1/4 nđm
3. Tính toán điện trở phụ cần thiết đóng vào rotor khi hạ tải xuống với tốc độ lần lượt
là:
a. n=1/2nđm
b.n=1/3nđm,
c.n=3/2nđm
4. Thiết kế sơ đồ nguyên lý điều khiển để mở máy nâng hạ tải : sơ đổ mạch động lực.


MỤC LỤC
Phần A: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC DÙNG
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG........................................1
Chương I:ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KÍCH TỪ SONG SONG................1
1.Xây dựng phương trình đặc tính tốc độ :..................................................................1
2. Phương trình đặc tính cơ :...................................................................................2
3. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ:.........................................................3
a.Ảnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp trên mạch phần ứng :..................................3
b.Ảnh hưởng của điện áp đặt lên phần ứng :...........................................................4
c.Ảnh hưởng của từ thông :.....................................................................................5

4.Đặc tính khi đảo chiều quay động cơ:......................................................................7
a. Đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng :..............................................................7
b. Đảo chiều dòng điện qua cuộn kích từ ( đảo từ thông )....................................8
5. Mở máy và tính điện trở mở máy..........................................................................10
a.Mở máy :............................................................................................................10
b. Xây dựng đường đặc tính mở máy và xác định trị số điện trở phụ mở máy bằng
phương pháp đồ thị...............................................................................................10
6. Hảm máy............................................................................................................... 12
a. Hãm tái sinh :....................................................................................................13
b. Hãm ngược :......................................................................................................15
c.Hãm động năng :................................................................................................16
7.Hãm động năng kích từ độc lập :...........................................................................17
Chương 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẦU TRỤC NÂNG HẠ TẢI DÙNG ĐỘNG CƠ
DC KÍCH TỪ SONG SONG........................................................................................20
1. Tính Rp bằng phương pháp đồ thị:........................................................................20
2.Tính toán điện trở phụ cần đóng vào mạch rotor khi nâng tải:...............................22
a.Với n1= 1/2nđm :..................................................................................................22
b.Với n2= 1/4nđm :..................................................................................................22
3. Tính toán điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch khi hạ tải:...................................23
a.Với n1= 1/2nđm :..................................................................................................23
b. Với n2 = 1/3 nđm :.............................................................................................24
c. Với n3 =3/2 nđm:.................................................................................................24
4. Sơ đổ động lực điều khiển động cơ mở máy qua ba cấp điện trở và nâng hạ tải với
nhiều cấp tốc độ:.......................................................................................................26
Phần B: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC DÙNG ĐCĐ
KĐB XOAY CHIỀU BA PHA DÂY QUẤN................................................................27
Chương 3:ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀUKHÔNG ĐỒNG BỘ BA
PHA.............................................................................................................................. 27
1.
Phương trình đặc tính tốc độ:...........................................................................27

2.
Phương trình đặc tính cơ:................................................................................29
3. Ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ:........................................................33


a.Ảnh hưởng của điện áp :....................................................................................33
b . Ảnh hưởng của điện trở phụ hay điện kháng phụ nối tiếp trên mạch Stator :...34
c . Ảnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp vào dây quấn Rotor :..............................35
d. Ảnh hưởng của số đôi cực từ P :.......................................................................36
e . Ảnh hưởng của tần số :.....................................................................................38
3. Mở máy và tính điện trở mở máy:.........................................................................39
4.Hãm:...................................................................................................................... 41
a . Hãm tái sinh :...................................................................................................41
b . Hãm ngược :.....................................................................................................42
c . Hãm động năng :..............................................................................................44
Chương 4:TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ TRỤC DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN
XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA..........................................................48
1 .Tính tốn điện trở máy qua 3 cấp điện trở phụ biết rằng động cơ kéo tải định mức :
.................................................................................................................................. 48
2. Tính toán các điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để nâng tải lên với các
tốc độ lần lượt là

1
1
nđm ; nđm :...............................................................................53
2
4

a . Nâng tải với tốc độ n=1/2ndm:...........................................................................54
b . Khi nâng tải với tốc độ :n=1/4ndm.....................................................................55

3. Tính toán điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để thay đổi tốc độ khi hạ tải
với tốc độ lần lượt là n=0,5 ndm ,n=1/3 ndm , n=3/2 ndm..............................................56
a. hạ tải với tốc độ n=1/2 ndm.................................................................................56
b . hạ tải với tốc độ n=1/3 ndm................................................................................57
c . Hạ tải với tốc độ n=3/2 ndm...............................................................................58
4 .Sơ đồ động lực dùng động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha rotor dây quấn
mở máy qua 3 cấp điện trở và nâng hạ cầu trục với nhiều cấp tốc độ:......................59
5.
Chương trình điều khiển bằng PLC.............................................................61
a) Bảng I/O......................................................................................................61
b. Sơ đồ kết nối PLC CP21M- 2C0CDR-A.......................................................62
b) Viết chương trình điều khiển bằng phần mềm CX-PROGRAM................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................65


Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

Phần A: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU
TRỤC DÙNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ
SONG SONG
Chương I:ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN KÍCH TỪ
SONG SONG
1.Xây dựng phương trình đặc tính tốc độ :
Uđm
+

I

Ckt

Ikt

Iư

Eư

-

Rkp

Rp

Hình 1.1.ĐCĐ một chiều kích từ song song
Ta có : pt cân bằng điện áp của động cơ điện một chiều
Uđm = Eư + RưIư
 Eư = Uđm - RưIư
với Eư = KEđmn
 KEđmn = Uđm - RưIư
 n

U ñm
R öI ö

: ( phương trình đặc tốc độ tự nhiên của động điện kích từ
K E Φ ñm K E Φ ñm

song song)
Trong đó:

n : tốc độ quay của động cơ
Uđm : điện áp định mức của ĐCĐ một chiều
KE 

PN
: hệ số điện động của động cơ
60a

Φ ñm :từ thông kích từ dưới 1 cực từ

Rư : điện trở của mạch phần ứng
Iư : dòng điện mạch phần ứng
RP :điện trở phụ trong mạch phần ứng

1


Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

Nếu thêm điện trở phụ Rp vào phần ứng thì ta được phương trình đặc tính tốc độ
nhân tạo :

 R ö  R p I ö
U ñm

K E  ñm
K E  ñm

U ñm
Khi Iư = 0 :n = n0 
:là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ.
K E Φ ñm
Rö
aTN 
: là hệ số gốc hay độ dốc của đường đặc tính tốc độ tự nhiên
K E Φ ñm
RöI ö
ΔnTN aIö 
:là độ sụt tốc độ trên đường đặc tính tự nhiên
K E Φ ñm
n

1-3 = n0 : tốc độ không tải lý tuởng
2-3 = nA : tốc độ làm việc của đường đtc TN
1-2 = nTN : độ sụt tốc độ
Nếu Ic = Iđm thì nA = nđm
2. Phương trình đặc tính cơ :
Ta có :
n =f(Mđ)
Moment điện từ của động cơ được xác định bởi công thức:
Mđt = KM Φ ñm Iư
 Iö 

M
K M Φ ñm

Thay Iư vào phương trình đặc tính tốc độ ta được :
n

U ñm
RöM

: (phương trình đặc tính cơ tự nhiên của
K E Φ ñm K E K M Φ 2ñm

ĐCĐ một chiều kích từ song song )
Trong đó : M :là moment điện từ của động cơ
KE 
KM

PN
: hệ số điện động của động cơ
60a
PN

: hệ số cấu tạo của động cơ
2Πa

Hay
2


Đồ án truyền động điện
n

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

U ñm

RöM

K E Φ ñm 9,55K2E Φ 2ñm

với KM =9.55KE
Khi Iư =0  Mđt =0
U ñm
:là tốc độ không tải lý tưởng
K E Φ ñm
Rö
aTN 
:hệ số góc hay độ dốc của đặc tính cơ tự nhiên
9,55K2E Φ 2ñm
RöM
ΔnTN aTN M 
: độ sụt tốc độ của đường đặc tính cơ tự nhiên
9,55K2E Φ 2ñm

 n n0 

3. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ:
Ta có phương trình đặc tính cơ nhân tạo:
(R ö  R p )M
U

K E  9,55K2E  2
U ñm
n  n0 
:là tốc độ không tải lý tưởng
K E Φ ñm

Rö
aTN 
:hệ số góc hay độ dốc của đặc tính cơ tự nhiên
9,55K2E Φ 2ñm
RöM
ΔnTN aTN M 
độ sụt tốc độ của đường đặc tính cơ tự nhiên
9,55K2E Φ 2ñm
n

Đặt:

a.Ảnh hưởng của điện trở phụ nối tiếp trên mạch phần ứng :

Sơ đồ nguyên lý khi thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.
Giả sử Uư = Uđm = const
Φ Φ ñm =const
Rp thay đổi
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R p vào mạch phần
ứng.
Phương trình đặc tính cơ :
n

 R ö  R p M
U ñm

K E Φ ñm 9,55KE 2Φ ñm2

3

Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

Khi điện trở phụ Rp thay đổi thì:
U ñm
= const
K E Φ ñm



n0 



hệ số góc nhân tạo: aNT 



độ dốc nhân tạo:

Rö  Rp
2

> aTN

9,55 K E Φ ñm
ΔnNT aNT M
> nTN .

Kết luận: họ các đặc tính cơ là chùm đường thẳng xuất phát từ n 0

b.Ảnh hưởng của điện áp đặt lên phần ứng :

Giả sử: IKT = IKTđm = const
Φ Φ ñm =const
Rp =0.
- Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với Uđm ta có :
n

RöM
U

K E Φ ñm K E K M Φ ñm2

- Khi giảm điện áp thì:
 tốc độ n giảm theo.
aNT = aTN = const

nNT = nTN =const

Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ
song song với đặc tính cơ tự nhiên.
4


Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

- Khi giảm điện áp thì moment ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm
và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định. Do đó, phương pháp này
cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động.
n
Uđm(TN)

n0

Với U2 < U1
n0
1

n
n02
03

U1
U2
M

0

Mc
Hình 1.6: Họ các đặc tính cơ khi thay đổi
điện áp đặt lên phần ứng

c.Ảnh hưởng của từ thông :

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý khi thêm điện trở phụ kích từ.
- Khi thêm RPKT nối tiếp với cuộn kích từ thì:
IKT giảm xuống < IKTđm
  giảm xuống < đm
Rp =0
U=Uđm
Đối với đặc tính tốc độ:
Xét phương trình đặc tính tốc độ :
n

U ñm R ö I ö

K EΦ K EΦ

+ Khi mở máy :

5


Đồ án truyền động điện
n 0 

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

U ñm R ö I ömm

K E
K E

 0 = Uđm – Rư .Iưđm

U
 Iưmm = ñm = const.
Rö

+ Khi động cơ không tải:
U ñm
K EΦ x
Khi  x giảm  n0x tăng và Iưmm = const.
n0x 

Họ các đặc tính tốc độ khi thay đổi từ thông  .
Đối với đường đặc tính cơ:
- Xét phương trình đặc tính cơ :
n

U ñm
RöM

K E Φ 9,55KE 2Φ 2

- Moment khi mở máy :
Mmm = KM  Iưmm
với KM , Iưmm: const.
Khi  giảm thì : n0 

U ñm
tăng và Mmm giảm.
K EΦ

Thông thường để đảm bảo tuổi thọ động cơ thì :

MC < Mđm
  giảm  n tăng n(vòng /phút)

6


Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

n01
n02

1
2

B1
B2

A1
0
M(N.m)

MC2

vôùi
1   2

A2

Mđm

MC1 Mmm1

Mmm2

Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thông .
4.Đặc tính khi đảo chiều quay động cơ:
a. Đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng :

-

+

Uđ

m

N

Iư nghị
ch

N

Eư

A

B

Iư thu

T
N

ận

Ck
t

Sơ đồ nguyên lý khi đảo cực tính
điện áp đặt lên phần ứng.
Việc đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng nhờ các tiếp điểm T, N của các công tắc tơ
Khi T hoạt động (n > 0):
 E ö K E  ñmn  0
U  E ö K E . ñm(n0  n)
 I ö  ñm

0
Rö
Rö
 M K M Φ ñmI ö  0

Ta có phương trình đặc tính cơ :
n

U ñm
RöM


K E Φ ñm K E K M Φ 2ñm

Khi N hoạt động, cực tính điện áp được đảo ta có : n < 0
 E ö K E Φ ñmn  0

7


Đồ án truyền động điện
 Iö 
 Iö 

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

( U ñm)  E ö K E . ñm( n0  n)

0
Rö
Rö
K E . ñm( n0  n )
Rö

0

Khi tiến hành đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng thì dòng điện qua phần ứng là I ư <
0 nên moment điện từ của phần ứng đảo chiều
 M K M Φ ñmI ö  0

- Phương trình đặc tính cơ :
U ñm

Rö

M
K E Φ ñm K E K M Φ 2ñm
Rö
 n0 
M
K E K M  2ñm

n 

- Đường biểu diễn đặc tính cơ :

n
n

n0

MĐ

+Uđm đường đặc tính cơ khi
động cơ quay thuận chiều
-MC

0

MC

M

-Uđm------------n0
MĐ
n
đường đặc tính cơ khi động
cơ quay ngược chiều
Đặc tính cơ khi đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng.
b. Đảo chiều dòng điện qua cuộn kích từ ( đảo từ thông )

8


Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang
Sơ đồ nguyên lý khi đảo chiều
dòng điện qua cuộn kích từ.

Việc đảo chiều dòng điện qua cuộn kích từ được thực hiện nhờ tiếp điểm T, N của các
công tắc tơ
Khi T hoạt động : n>0,đm
 E ö K E  ñmn  0
U  E ö K E . ñm(n0  n)
 I ö  ñm

0
Rö
Rö
 M K M Φ ñmI ö  0

- Phương trình đặc tính cơ:

U ñm
Rö

M
K E  ñm K E K M  2 ñm
Khi N hoạt động: từ thông Φ ñm được đảo cực (chiều dòng điện qua cuộn kích từ được
n

đảo) : n<0, (-đm)
 E ö K E (  ñm)n  0
U  E ö K E (  ñm)( n0  n)
 I ö  ñm

0
Rö
Rö

- Moment điện tư:

M Ñ K M   Φ ñm I ö  0

- Phương trình đặc tính cơ :
U ñm
Rö

M
K E ( Φ ñm) K E K M Φ 2ñm
U ñm
Rö


M 0
 n 
K E Φ ñm K E K M Φ 2ñm
n

- Đường biểu diễn đặc tính cơ cũng có dạng như khi ta đảo chiều bằng cách
đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng:

9


Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

5. Mở máy và tính điện trở mở máy
a.Mở máy :
- Ta có :Dòng điện phần ứng:
Iö 

U ñm  K E Φ ñmn
Rö

- Khi mở máy n = 0  Eư =0  dòng điện khi mở máy I mm 

U ñm
.
Rö

Vì điện áp phần ứng Eư lúc mở máy Eư <<1

 Rư = (0,04  0,05)

U ñm
I mm

 Imm = (20  25)Iđm

Tác hại của dòng mở máy khi dòng mở máy lớn :
+ Cháy cách điện dây quấn.
+ Gây sụt áp lớn trên lưới điện
+ Lực điện động lớn có thể gây biến dạng kết cấu cơ khí của rãnh.
b. Xây dựng đường đặc tính mở máy và xác định trị số điện trở phụ mở máy bằng
phương pháp đồ thị

10


Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý ĐC khi mở máy
bằng điện trở phụ.
Dựa vào các thông số động cơ và đặc tính vạn năng vẽ ra được đặc tính cơ điện tự
nhiên.
Chọn dòng điện giới hạn I1 =(1,8  2,5)Iđm và tính điện trở tổng của mạch phần
ứng khi khởi động. R 

U ñm
I1

Chọn dòng điện chuyển khi khởi động :
I2 =(1,1  1,3)Iđm nếu Iđm > IC
I2 =(1,1  1,3)IC nếu IC > Iđm
Gióng I2 lên đặc tính cơ tự nhiên có giá trị n TN2(h) từ đó xác định giảm (b) trên đặc
tính khởi động với giá trị dòng I2.
nNT 2  nTN 2

U dm  I 2R
U dm  I Ì R ö

Kẻ đường thẳng qua ab.Trên đặc tính tự nhiên kẽ đường thẳng qua gh. Hai đường
này cắt nhau tại n0.
Từ n0 dựng đường đặc tính khởi động hình tia thoả mản điều kiện :
Bảo đảm đúng số cấp khởi động yêu cầu.
Từ điểm f kẻ đường song song với trục hoành và phải cắt đặc tính tự nhiên đúng ở
điểm g.
Nếu không thoả mãn điều kiện trên ta phải chọn lại giá trị I 1,I2 để xây dựng lại đặc
tính khởi động.

11


Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

Hình 1.17: Đặc tính cơ của ĐC DC
kích từ song song khi mở máy.
Tính điện trở khởi động :

- Gọi điện trở phụ mắc vào mạch phần ứng khi khởi động là Rp.
- Ta có :Rp = R – Rư
- Điện trở khởi động trong từng cấp là:
 je  jg 
 eg
 R ö  
R pI R ö 
 jg 
 jg 
 jc  jg 
 cg
 R ö  
R pII R ö 
 jg 
 jg 
 ja  jg 
 ag
 R ö  
R pIII R ö 
 jg 
 jg 
R p1 R pI

R p2 R pII  R PI
R p3 R pIII  R P II

6. Hảm máy
Trạng thái động cơ quay thuận:
n>0  E ö K E  ñmn  0
IKTđm >0  đm >0

Iö 

Uñm  E ö K E ñm(n0  n)

Rö
Rö

Vì n0 >n  Iư >0
M K M  ñmI ö  0

- Phương trình đặc tính cơ:
12


Đồ án truyền động điện
n n0 

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang
Rö

K E K M  2ñm

M 0

P U ñmI öñm>0  nhận năng lượng(tiêu thụ năng lượng điện)

Sơ đồ nguyên lý ĐC quay thuận.
Trạng thái hãm máy: là trạng thái mà tốc độ n và moment MH ngược chiều.
Trạng thái hãm máy được sử dụng trong các trường hợp sau :
+ Cần dừng nhẢnh động cơ.

+ Giữ cho tải thế năng được hạ xuống với tốc độ không đổi.
+ Giữ cho một tải trọng đứng yên trên cao khi nó có khuynh hướng rơi xuống đất.
a. Hãm tái sinh :
-Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay n và moment quay MH ngược chiều và n > n0
- Có hai phương pháp hãm tái sinh :
+ Hãm bằng phương pháp giảm tốc độ điện áp.
+ Hạ tải thế năng bằng phương pháp đảo cực tính điện áp phần ứng đặt lên phần
ứng.
Giảm tốc độ bằng phương pháp giảm điện áp:

Đặc tính cơ khi giảm tốc độ
bằng phương pháp giảm điện áp.
Xét điểm B:
Do quán tính nB >0( động cơ quay theo chiều cũ)
E öB K E  ñmnB  0

13


Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

U 1  E öB K E  ñm ( n 01  n B )

0
Rö
Rö
K M  ñmI öB  0

I öB 
M ÑB

B là điểm bắt đầu quá trình hãm tái sinh.
Đoạn Bn01: n giảm xuống nhưng vẫn lớn hơn 0.
Eö K E  ñm n01  0
U  E ö K E  ñm(n01  n)
Iö  1

0
Rö
Rö
M Ñ K M  ñmI ö  0

- Ta có: n > n01 > 0 và MĐ <0
 Bn01 là đoạn đặc tính hãm tái sinh
- Khi n giảm tốc  I ö giảm  M Ñ giảm
P U 1I ö < 0: phát toả năng lượng về nguồn

- Phương trình đặc tính cơ:
n

RöM
U1

K E  ñm 9,55KE 2 ñm2

Hãm tái sinh được gọi là:Hãm máy phát.
Tại n01: n = n01
U 1  E ö K E  ñm(n01  n)


0
Rö
Rö
M Ñ 0

Iö 

Tại n01C: n01>n>0
U 1  E ö K E  ñm(n01  n)

0
Rö
Rö
M Ñ K M  ñmI ö  0
Iö 

Đoạn n01C: là đoạn đặc tính động cơ quay thuận giảm tốc độ
Vì MĐ < MC nên hệ thống giảm tốc
- Khi n giảm  I ö tăng  MĐ tăng. Tăng đến C thì cân bằng với M tải (hệ thống
làm việc ổn định).
Hệ thống đang làm việc nâng tải tại điểm A. Người ta tiến hành giảm điện áp
xuống còn U1, lúc này do quán tính tốc độ vẫn quay theo chiều cũ, nhưng dòng điện và
môment đã đảo chiều. Quá trình hãm tái sinh diễn ra ở góc phần tư thứ 2, làm giảm
nhẢnh tốc độ động cơ về n01. Đến n01, MĐ =0. Trên trục động cơ còn môment cản MC
ngược chiều với n nên nó tiếp tục làm cho động cơ giảm tốc, đồng thời MĐ tăng dần
cho đến C thì cân bằng MĐ = MC. Hệ thống sẽ làm việc ổn định ở tốc độ thấp.
Khi hạ tải thế năng bằng phương pháp đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng:
- Khi muốn hạ tải ta phải đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Lúc này
nếu moment do trong tải gây ra lớn hơn moment ma sát trong các bộ phận chuyễn động

của cơ cấu, động cơ sẽ làm việc ở trang thái hãm tái sinh trên hình trên. Khi hạ tải, để
hạn chế dòng khởi động ta đóng thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Tốc độ động cơ
tăng lên dần. Khi tốc độ gần đạt tới giá trị n 0 ta cắt điện trở phụ, động cơ tăng tốc độ
trên đường đặc tính tự nhiên. Khi tốc độ vượt quá n > n 0 , moment điện từ của động cơ
14


Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

đổi dấu trở thành moment hãm đến điểm A moment MH = MC, tải trọng được hạ với tốc
độ ổn định n0đ, trong trạng thái hãm tái sinh.
b. Hãm ngược :
Định nghĩa: Hãm ngược là trạng thái hãm xảy ra khi Roto của động cơ do động
năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển động hoặc do tải thế năng mà quay ngược chiều
với moment điện từ của động cơ.
Có hai cách để thực hiện hãm ngược :
Hãm ngược bằng cách đảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng :
- Phương trình đặc tính cơ của đường số (1):
n

(-Uñm)
Rö

M
K E  ñm K E K M  2ñm

- Phương trình đặc tính cơ của đường số (2):
n

U ñm
Rö  RP

M
K E  ñm K E K M  2ñm

Đặc tính cơ khi hãm ngược bằng cáchđảo cực tính điện áp đặt lên phần ứng.
Giả sử hệ thống đang làm việc ổn định tại điểm A, để hạ tải người ta tiến hành đảo
cực tính điện áp đặt lên phần ứng của động cơ (kết hợp đóng thêm điện trở phụ để hạn
chế cho dòng điện hãm ban đầu không vượt quá 2,5I đm), điểm làm việc chuyển từ A
sang B1 . Lúc này do quán tính tốc độ n vẫn quay theo chiều cũ nhưng I ư và MĐ đã đảo
chiều. Quá trình hãm ngược diễn ra làm giảm nhẢnh tốc độ động cơ về 0, đoạn B 1C1
gọi là đoạn đặc tính động cơ hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp đặt lên phần ứng.
- Tại C1, n=0 nhưng do MĐ và MC cùng chiều chúng sẽ kéo roto quay ngược, theo
chiều của chúng, động cơ bắt đầu quá trình mở máy theo chiều ngược lại và tăng tốc do
có sự hỗ trợ của MĐ và MC , đoạn C1(-n0) gọi là đoạn đặc tính động cơ quay ngược.
- Tại (-n0) , moment động cơ MĐ =0, MC cùng chiều với n nên hệ thống tiếp tục tăng
tốc vượt khỏi (-n0) , khi đó MĐ đảo chiều quá trình hãm tái sinh diễn ra trên đoạn (-n 0)

15


Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

E1, MĐ lớn dần cho đến điểm E1 thì cân bằng MĐ và MC , tải thế năng được hạ xuống với
tốc độ không đổi là (-nE1).
Để hạn chế dòng điện hãm ngược lúc bắt đầu không vượt quá 2,5I đm thì người ta

đóng thêm điện trở phụ khi đảo cực điện áp. Do đó điểm làm việc sẽ chuyển từ A sang
B2 để rồi cuối cùng hạ tải với tốc độ nE2 và nE2 > nE1 .
Hãm ngược bằng cách đóng điện trở phụ :
Giả sử động cơ đang nâng tải tại điểm A người ta thực hiện hạ tải bằng cách đóng
vào mạch phần ứng một điện trở phụ đủ lớn(lớn hơn điện trở phụ mở máy). Lúc này
điểm làm việc chuyễn sang điểm B.
Tại B3 : MĐ < MC , hệ thống giảm tốc từ B đến C.
Lúc này Iư và MĐ tăng dần trị số
Iö 

K E Φ ñm n  n0 
Rö  Rp

Tại điểm C3: tốc độ bằng 0 nhưng trên trục động cơ tồn tại moment ngược chiều
nhau là MĐ và MC, nhưng vì MC có trị số lớn hơn nên nó sẽ làm Roto quay theo chiều
ngược lại để hạ tải xuống.
Lúc này do sự hỗ trợ của moment cản thế năng, động cơ tăng tốc từ C 3 đến E3 đồng thời
Iư và MĐ tăng dần và có giá trị dương.
Iö 

K E Φ ñm(n0  ( n0 )) K E Φ ñm(n0  n )

0
Rö  Rp
Rö  Rp

MĐ = KE Φ ñmI ö  0
- Trạng thái hãm ngược diễn ra cho đến E3 thì MĐ = MC tải được hạ xuống với tốc độ
không đổi là (-nD). Nếu ta thay đổi trị số điện trở phụ R p thì ta sẽ thay đổi được tốc độ
khi hạ tải.

c.Hãm động năng :
16


Đồ án truyền động điện

GVHD: Thạc sĩ Lưu Văn Quang

Định nghĩa: Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà
năng lượng cơ học của 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.
7.Hãm động năng kích từ độc lập :
+

Ckt

Ikt

n

A

Iư

Eư

B

RHĐN

Sơ đồ nguyên lý của ĐC khi hãm động năng kích từ độc lập.

Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập.
- Giả sử hệ thống đang làm việc tại điểm A (động cơ đang nâng tải). Dể hạ tải
người ta ngắt phần ưng ra khỏi lưới điện và đóng qua điện trở hãm R HĐN , cuộn kích từ
17