Tài liệu ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ pptx

•
ĐỒ ÁN MÔN
HỌC TỔNG
HỢP HỆ
ĐIỆN CƠ


MC LC
a . Cấu trúc hệ F-Đ..............................................................................11
b . Đặc điểm của hệ F-Đ......................................................................12
a . Hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ)........................................13
b . Đặc tính cơ của hệ T-Đ.....................................................................13
c . Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động cơ...................................14
Điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ..................................................21
Bảo vệ cắt khẩn cấp trên mạch động lực: Nh ngắn mạch ở bộ biến đổi
hệ thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quá
điện áp phần ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một
số vòng dây của máy biến áp nguồn... Mạch bảo vệ thực hện cắt khẩn
cấp bằng các thiết bị đóng cắt truyền thống nh cầu chì, áptômát, rơle..
kết hợp với bảo vệ ở mạch điều khiển nh khoá thyristor, cắt nguồn nuôi,
khoá các bộ điều chỉnh...........................................................................29
Bảo vệ cắt có thời gian: Quá tải , cách điện giảm , quá nhiệt v.v . Mạch
bảo vệ phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo trong lúc đó mạch điều chỉnh
sẽ tự động thay đổi tham số điều khiển để thoát khỏi sự cố hoặc ngời
vận hành trực tiếp điều chỉnh . Nếu sau một thời gian quy định mạch bảo
vệ sẽ tác động cắt hệ thống , ngừng làm việc để giải quyết sự cố ........29
Trong các hệ truyền động hiện đại điều khiển số dùng vi xử lý hay vi tính
có trang bị chơng trình kiểm tra trạng thái của hệ để phát tín hiệu cảnh
báo hoặc dự báo sự cố xảy ra cắt kịp thời để tránh gây h hỏng ............30
b . Bảo vệ trong bộ biến đổi...................................................................30
Bảo vệ quá nhiệt : Khi thyristor đợc điều khiển mở cho dòng chảy qua

van, công suất tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép
là nơi bị đốt nóng lớn nhất. Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng
gây ra tổn thất điện năng. Do các thiết bị bán dẫn nói chung rất nhạy
cảm với nhiệt độ, mọi sự quá nhiệt độ trên van dù chỉ diễn ra trong thời
gian ngắn cũng có thể phá hỏng van, nên để bảo vệ quá nhiệt trên van,
ta sử dụng các biện pháp làm mát cỡng bức. Biện pháp làm mát thông
dụng nhất là quạt không khí xung quanh cánh tản nhiệt (làm mát bằng
gió). Đối với thiết bị bán dẫn công suất lớn hơn, ta có thể cho nớc trực
tiếp chảy qua cánh tản nhiệt (làm mát bằng nớc) hoặc ngâm cả thiết bị
bán dẫn vào dầu biến thế........................................................................30
3. Các mạch đo lờng và các mạch điều khiển phụ trợ trong các mạch điều
khiển.................................................................................................................43
1 . Điều khiển TIRISTO ...................................................................................48


Đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
Tên đề tài : Thiết kế hệ thống truyền động cho cân băng định lợng

F
Phễu
Vật liệu
Cơ cấu cân định lượng
Puli chủ động
Hộp số

Động cơ không đồng bộ 3 pha
Số liệu :
+ Lực kéo 600N
+ Tốc độ cực đại 1,5 m/s
+ Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s

+ Đờng kính trục 300 mm
+ Hộp số i = 10 ; = 80%
- Yêu cầu :
+ Nêu yêu cầu công nghệ của truyền động
+ Tính chọn công suất động cơ
+ Chọn phơng án truyền động
+ Xây dựng sơ đồ điều khiển
+ Tổng hợp hệ
Chơng I
Mô tả quá trình công nghệ và yêu cầu đối với hệ truyền
động cân băng định l ợng
1 . Mô tả quá trình công nghệ của cân băng định
lợng

Động cơ

Cân băng định lợng là cơ cấu tác động liên tục thuộc nhóm máy
nâng vận chuyển. Là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng dạng
hạt, cục ( cát, đá dăm, than, thóc gạo ...) hoặc các vật liệu thể rắn ( gỗ ,
hòm , thép thỏi ) theo phơng nằm ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng ( góc
nghiêng không lớn hơn 30
o
). Nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình
sản xuất, là cầu nối giữa các hạng mục, công trình sản xuất riêng biệt giữa
các phân xởng trong một nhà máy, giữa các máy sản xuất trong một dây
chuyền sản xuất.
Hệ truyền động cân băng định lợng gồm có:
+ Động cơ
+ Hộp số
+ Puli chủ động

+ Băng tải
+ Phễu
+ Cơ cấu cân định lợng
Động cơ quay tang chủ động thông qua hộp số và Puli chủ động , nhờ
ma sát mà băng tải chuyển động . Tang bị động tự do quay do ma sát với
băng . Để khắc phục độ võng của băng ngời ta đặt các con lăn và chúng
cũng tự do quay do ma sát với băng . Vật liệu từ phễu nhờ băng tải đợc
chuyển đến đổ ở máng phối liệu. Khối lợng của vật liệu đợc cơ cấu cân
định lợng cân chính xác theo lợng đặt ban đầu.
Năng suất của băng tải đợc tính theo biểu thức:
vQ .
=
[ kg/s ]
hay:

v
v
Q ..6,3
1000
..3600
=

=
[ tấn/h ]
trong đó:
: khối lợng tải theo cjiều dài [kg/m ]
v : tốc độ di chuyển của băng [m/s]
Khối lợng của băng tải theo chiều dài đợc tính theo công thức:

3

10..

S
=
trong đó:
: khối lợng riêng của vật liệu [ tấn/m
3
]
S : tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m
2
]
2 . Các thông số kỹ thuật, đặc điểm công nghệ và
yêu cầu đối với hệ truyền động băng tải phối liệu
2.1 . Các thông số kỹ thuật
Hệ truyền động sử dụng động cơ điện một chiều.
Lực kéo 600 N
Tốc độ cực đại 1,5 m/s
Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s
Đờng kính trục 300 mm
Hộp số i = 10 ; = 80%


2.2.Đặc điểm công nghệ và yêu cầu đối với hệ
truyền động
a . Loại phụ tải
Đặc tính cơ của máy sản xuất thờng có dạng
( )

+=
dm
codmcoc
w
w
MMMM
trong đó: M
co
- Mômen ứng với tốc độ = 0
Mđm - Mômen ứng với tốc độ w
đm

Mc - Mômen ứng với tốc độ
Với băng tải = 0. Do đó ta có M
c
= M
đm
= const . Ta thấy rằng tải
của hệ truyền động băng tải phối liệu hầu nh ít thay đổi trong quá trình làm
việc. Hệ truyền động này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn.
Ta có đồ thị công suất và momen cản tĩnh của truyền động điều
chỉnh tốc độ với M
c
= const nh sau:

w

w
max
P
c

M
c

w
min



P
max
M
c
,P
c

b . Chiều quay của băng
Băng tải nhận vật liệu từ phễu và vận chuyển đến nơi phối liệu nên
chuyển động của nó là theo một chiều bắt buộc và không có đảo chiều
quay. Nếu đảo chiều quay của băng tải thì do quán tính nguyên vật liệu sẽ
rơi vãi, không bảo đảm đợc yêu cầu phối liệu. Ngoài ra khi đảo chiều thì có
một số phần của vật liệu không chuyển qua đợc thiết bị cảm biến để cân
chính xác.

c . Giản đồ phụ tải
Các thông số chính của hệ truyền động
Vận tốc lớn nhất, nhỏ nhất
v
min
= 0,075 ( m/s )
v
max
= 1,5 ( m/s )
Vận tốc của trục quay



)/(10
15,0
5,1
'
)/(5,0
15,0
075,0
'
max
max
min
min
srad
R
v
w
srad

R
v
w
===
===
Vận tốc của trục quay qui đổi với i = 10

)/(510.5,0.'
)/(10010.10.'
minmin
maxmax
sradiww
sradiww
===
===
Từ phơng trình động học của truyền động điện

dt
dw
JMM
c
+=
ta có giản đồ phụ tải
+ Đoạn 01 là đoạn băng tải đợc khởi động. Vì băng tải làm việc ở
chế độ dài hạn, số lần đóng cắt ít. Các yêu cầu về khởi động động cơ
là không nặng nề. Ta có thể cho băng tải khởi động đến tốc độ làm
việc và ổn định ở tốc độ đó rồi mới cho nguyên vật liệu rơi xuống
băng từ phễu.
+ Đoạn 12 là đoạn băng tải làm việc với tải M
c

không đổi. Biến
thiên dw/dt chỉ có trong giai đoạn tốc độ biến thiên tức đoạn 01 và
23.
+ Đoạn 23 là đoạn giảm tốc và dừng băng tải. Ta cũng có thể cho
băng tải dừng tự do, hoặc dừng tự do có dùng thêm phanh hãm.
d . Các yêu cầu về khởi động và hãm
Hệ truyền động băng tải phối liệu khi khởi động với gia tốc lớn sẽ
làm tăng lực đàn hồi gây biến dạng băng và làm đứt băng. Để hạn chế điều
này ta phải sử dụng khâu giảm tốc khi khởi động.
Để động cơ có thể khởi động đợc sau khi mất điện trong quá trình
làm việc thì chọn động cơ có mômen khởi động đủ lớn.
Khi dừng thì không yêu cầu dừng chính xác, nhng cũng tránh cho hệ
dừng với gia tốc lớn gây h hỏng, đứt băng. Hệ truyền động băng tải thờng
làm việc liên tục ít khi phải dừng nên không cân fthiết kế bộ giảm tốc.
Cũng không cần thiết kế phanh hãm vì khi kết thúc công việc ta sẽ để cho
băng dừng tự do.

0
1
2
3
M
C
t

e . Sơ đồ động học
Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lợng có dạng đơn
giản nh sau :
Trong đó:
1- Động cơ điện

2- Hộp tốc độ
3- Trục chính để lắp vào máy quay băng tải
g . Hệ truyền động nhiều động cơ
Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi
phải đồng bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên
động cần thiết bảo đảm thứ tự tác động. Khi đó tốc độ động cơ phải bằng
nhau trong mọi trờng hợp để tránh các lực đàn hồi trên băng.
h . Độ chính xác
Độ chính xác về tốc độ là yêu cầu quan trọng , đợc đánh giá bởi sai lệch
tĩnh:

%100%100
%
d
td
dm
w
ww
w
w

=

=
i . Dải điều chỉnh

1:20075,0:5,1:
minmax
===
wwD

Chơng II
tính chọn công suất động cơ
1 . Xác định các thông số cần thiết
Tốc độ lớn nhất và nhỏ nhất

Wc
Pc
Mc
Wd
i
n
puli chủ động kéo
máy sản xuất
max
max
max max
min min
. (1,5/ 0,015) * 10 100( / )
( * )/ 5( / )
v
i rad s
R
v v rad s
w
w w
= = =
= =

Mô men cản qui đổi về trục động cơ:

2 .Tính công suất động cơ
Để tính chọn công suất động cơ trong trờng hợp truyền động có điều
chỉnh tốc độ, ta cần xác định các yêu cầu cơ bản sau:
Đặc tính phụ tải truyền động P
c
(), M
c
(): Phụ tải truyền động yêu
cầu điều chỉnh tốc độ với M = const. Khi đó, công suất yêu cầu cực đại P
max
= M
đm
.
max
M
c
0

min

max

M
c
= const
Đặc tính phụ tải
Phạm vi điều chỉnh tốc độ
max
và
min

Dải điều chỉnh tốc độ: D =
max
/
min
= 20 : 1
Phơng pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động
Dự dịnh dùng phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụng
chỉnh lu cầu ba pha có điều khiển (thyristor).
Loại động cơ truyền động
Yêu cầu dùng động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha roto lồng
sóc

. 600.0,15
11,25( )
. 10.0,8
cqd
F R
M Nm
i h
= = =

Đặc điểm của truyền động băng tải là giữ M = const trong phạm vi
điều chỉnh tốc độ. Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đạI:
Ta chọn loại động cơ H-68 của Nga với các thông số sau
Thông số Giá trị
Công suất định mức P
đm
2,2kW
Số đôi cực 2.p
c

4
Dòng từ hoá i
sd
5A
Từ thông định mức
đm
0,25Wb
Điện trở stato R
s
1,26
Điện trở roto R
r
0,2
Điện cảm từ hoá L
m
50mH
Mômen quán tính J 0,017 kgm
2
Điện cảm rò phía stato L
s

4,7mH
Điện cảm rò phía roto L
r

4,7mH
Xác định các thông số động cơ
Điện cảm phần ứng
L =
220

. 5,6. 0,0345( ) 34,5( )
. . 8,5.2.2100
dm
L
dm dm
U
k H mH
I pn
= = =
Trong đó k
L
là hệ số lấy giá trị 5,5 ữ 5,7 đối với máy không bù và
k
L
= 1,4 ữ 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực.
k
đm
=
-
219, 9
d
. .
220 8,5.2,49
0,9
dm dm
m
U I R
w
-
= =

Mômen quán tính phần ứng : J = 0,125(kg.m
2
)
Hằng số thời gian cơ học T
c
=


2 2
.
(2,49 0,182).0,125
0,412( )
( ) (0,9)
dm
R J
s
k
+
= =

Hằng số thời gian mạch phần ứng T =
ư
0,0345
0,014( )
2,49
L
s
R
= =
Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

max max
max
* 11,25* 100 1125( )
1,25* 1125* 1,25 1400( ) 1,4( )
cqd
dm
P M w
P P w kw
w= = =
ị = = = =

ư
2
244,4 3,07
( )
U R
M M
k k
w= - = -
F F
Chơng III
Chọn phơng án truyền động
Chọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết
quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động
có thể thoả mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu
kinh tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta
có thể lựa chọn đợc một vài phơng án hoặc một phơng án duy nhất để thiết
kế.
Lựa chọn phơng án truyền động tức là phải xác định đợc loại động cơ

truyền động một chiều hay xoay chiều, phơng pháp điều chỉnh tốc độ phù
hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.
Từ những phân tích về đặc điểm công nghệ, yêu cầu truyền động của
băng tảI và nhiệm vụ thiết kế (dùng động cơ đIện một chiều), để điều chỉnh
tốc độ động cơ quay puli chủ động, ta phải điều chỉnh điện áp phần ứng
động cơ, giữ từ thông không đổi.
Với phơng án điều chỉnh tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng và giữ từ
thông động cơ không đổi thì ta có các phơng án truyền động sau:
Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (Hệ F-Đ).
Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển thyristor- động cơ một
chiều ( Hệ T-Đ).
Hệ thống điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều ( Hệ XA-Đ).
1 . Hệ thống truyền động máy phát - động cơ một chiều (F-Đ)
a . Cấu trúc hệ F-Đ
Hệ thống máy phát - động cơ (hệ F-Đ hay Ward-Léonard) là hệ
truyền động điện mà bộ biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ
độc lập. Máy phát điện này thờng do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha
ĐK quay và coi tốc độ quay của máy phát là không đổi.


U
kF
U
đku
~
i
KF
F
ĐK
F

M
Đ
U
kĐ
U
đk
~
i
KĐ

M
I
Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ
Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ đợc thể hiện trên hình vẽ. Động cơ Đ
truyền động quay chi tiết của máy mài M đợc cấp điện từ máy phát F.
Động cơ sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ điện không
đồng bộ ĐK. Khi điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát i
KF
thì điều chỉnh
đợc tốc độ không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ đợc giữ nguyên.
b . Đặc điểm của hệ F-Đ
Các chỉ tiêu chất lợng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tơng tự nh
các chỉ tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung. Ưu điểm nổi
bật nhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả
năng quá tải lớn. Do vậy thờng sử dụng hệ F-Đ ở các máy khai thác trong
công nghiệp mỏ.
Nhợc điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện
quay, trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp
(không quá 75%), công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động

cơ chấp hành. Ngoài ra, do các máy phát một chiều có từ d, đặc tính từ hoá
có trễ nên khó điều chỉnh sâu tốc độ. Với những hệ truyền động điện đòi
hỏi dải điều chỉnh rộng hơn và cần điều chỉnh sâu hơn, ổn định tốc độ tốt
hơn thì phải thay máy phát F bằng các nguồn áp máy điện khác nh các máy
điện khuếch đại (MKĐ) và có các phản hồi nâng cao chất lợng.
Các đặc điểm khác
Phạm vi điều chỉnh tốc độ đợc nâng lên (cỡ 30:1). Điều chỉnh tốc độ
bằng phẳng trong phạm vi điều chỉnh. Việc điều chỉnh tiến hành trên mạch
kích từ máy phát nên tổn hao nhỏ. Hệ điều chỉnh đơn giản, có thể thực hiện
hãm điện dễ dàng.
Vốn đầu t ban đầu và diện tích lắp đặt lớn.
2.Hệ thống truyền động chỉnh lu điều khiển - động cơ một chiều
Tốc độ động cơ điện một chiều có thể đợc điều chỉnh trong phạm vi rộng
và bằng phẳng nhờ hệ chỉnh lu - động cơ (hay hệ truyền động van một
chiều) trong đó các bộ chỉnh lu là điều khiển đợc. Các van điều khiển có


thể là đèn thyraton, đèn thuỷ ngân, thyristor. Hiện nay, do công nghệ chế
tạo bán dẫn công suất phát triển nên các thyristor đợc sử dụng rộng rãi để
tạo ra các bộ chỉnh lu có điều khiển bởi những tính chất u việt: gọn nhẹ, tổn
hao ít, quán tính nhỏ, tác động nhanh, công suất khống chế nhỏ... Trong hệ
thống truyền động chỉnh lu điều khiển - động cơ một chiều (CL-Đ), bộ biến
đổi có sức điện động E
đ
phụ thuộc giá trị của pha xung điều khiển (góc điều
khiển ). Chỉnh lu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng
hoặc dòng kích từ động cơ. Tùy theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có
thể dùng các sơ đồ chỉnh lu thích hợp (chỉnh lu cầu, chỉnh lu tia ...). Các bộ
chỉnh lu thyristor dùng trong truyền động điện một chiều tạo thành hệ
thống truyền động Thyristor - Động cơ (hệ T-Đ).

a . Hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ)
Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích
từ độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào
phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông
qua các bộ biến đổi chỉnh lu dùng thyristor.
M
Đ
U
đk
~
i
KĐ

M
~
U
đk
Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ
b . Đặc tính cơ của hệ T-Đ
Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lu
thyristor. Dòng điện chỉnh lu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ.
Chế độ làm việc của chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và các
tính chất của tải. Trong truyền động điện, tải của chỉnh lu thờng là cuộn
kích từ (L-R) hoặc mạch phần ứng động cơ (L-R-E).
Phơng trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lu liên
tục:
2
cos
( )
do

dm dm
E
R
M
k k
a
w= -
F F


Độ cứng của đặc tính cơ là
2
dm
k
R
b
ổ ử
F
ữ
ỗ
=
ữ
ỗ
ữ
ữ
ỗ
ố ứ
trong đó R là tổng trở toàn
mạch phần ứng động cơ (gồm điện trở phần ứng động cơ R và điện trở các
phần tử trong mạch nối tiếp với phần ứng động cơ).

Tốc độ không tải lý tởng phụ thuộc
vào góc điều khiển :
cos
do
o
dm
E
k
a
w =
F
.
Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tởng
này chỉ là giao điểm của trục tung với đoạn
thẳng của đặc tính cơ kéo dài. Thực tế, do
có vùng dòng điện gián đoạn, tốc độ không
tải lý tởng của đặc tính là lớn hơn.
Họ đặc tính cơ của hệ thống trong
trờng hợp này nh trên hình 4-3 khi điều
chỉnh ở vùng dới tốc độ định mức. Các đặc
tính cơ của hệ truyền động T-Đ mềm hơn hệ F-Đ vì có sụt áp do hiện tợng
chuyển mạch giữa các thyristor. Góc điều khiển càng lớn thì điện áp đặt
vào phần ứng động cơ càng nhỏ. Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một
mômen cản M
c
, tốc độ động cơ sẽ giảm.
Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính
cơ có độ dốc lớn (phần nằm trong vùng gạch chéo). Đó là vùng dòng điện
gián đoạn. Góc điều khiển càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện
gián đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn.

Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng
dòng điện gián đoạn, là đờng phân cách giữa hai vùng dòng điện liên tục và
gián đoạn. Biên giới giữa vùng dòng điện gián đoạn và liên tục có dạng đ-
ờng ellipse với các trục là các trục toạ độ của đặc tính cơ:
2 2
2 2
( ) ( ) 1
sin sin cos
e
m m
E IL
p
U U
p p p
w
p p p
p
+ =
-
Dễ dàng nhận thấy độ rộng của vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm
nếu ta tăng giá trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh lu p. Song khi tăng số
xung p thì mạch lực chỉnh lu cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển
cũng phức tạp hơn. Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình qúa
độ (tăng thời gian quá độ) và làm tăng trọng lợng, kích thớc của hệ thống.
Biên giới này đợc mô tả bởi đờng cong nét đứt trên hình 4-3.
c . Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động cơ
Ưu điểm nổi bật nhất 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 khuếch đại công suất
rất cao. Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều
chỉnh nhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và các đặc tính

Đặc tính cơ hệ T-Đ.

M
0

động của hệ thống. Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi
điều chỉnh rộng. Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn.
Nhợc điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi
tuyến, dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ
trong máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng
điện áp của nguồn và lới xoay chiều. Hệ số công suất cos của hệ nói
chung là thấp nhất là khi điều chỉnh sâu.
3 . Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp
động cơ một chiều (XA-Đ)
Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ) sử
dụng bộ điều chỉnh xung áp một chiều, trong đó các bộ khoá điện tử đóng
vai trò cơ bản. Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều đợc sử dụng khi có
sẵn nguồn một chiều cố định mà cần phải điều chỉnh đợc điện áp ra tải.
Các bộ băm xung một chiều hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt
nguồn với tải một cách chu kỳ theo một số luật khác nhau. Phần tử thực
hiện nhiệm vụ đó là các van bán dẫn. Song do chúng làm việc trong mạch
một chiều nên khi dùng loại thyristor thông thờng nó không đợc khoá lại
một cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp nguồn nh khi làm việc với
nguồn xoay chiều. Do đó, buộc phải có một mạch chuyên dụng để khoá
thyristor gọi là "mạch khoá cỡng bức", gây nhiều khó khăn trong thực tế.
Vì vậy, hiện nay ta cố gắng sử dụng các loại van điều khiển cả đóng và
ngắt nh transistor bipolar, MOSFET và IGBT ở những dải công suất mà các
van này chịu đợc. Riêng với mạch công suất lớn vẫn phải dùng thyristor.
Trong hệ truyền động điện, các bộ điều chỉnh xung áp một chiều chủ

yếu áp dụng cho các động cơ điện một chiều có phụ tải dạng kéo (tàu điện,
xe điện...).
Đ
Điều khiển
U
ng
U
đk
Sơ đồ nguyên lý một hệ truyền động XA-Đ


Nguyên tắc của các hệ truyền động XA-Đ là thay đổi tốc độ động cơ
qua điện áp đặt vào phần ứng động cơ một chiều. Điện áp này là một điện
áp ra của bộ XA tính theo giá trị trung bình : U

= U
ng
, trong đó: U là điện
áp phần ứng động cơ,U
ng
là điện áp một chiều cần băm , là hệ số lấp đầy
xung:
kt
tt
tt
t
T
t
+
==

với t
t
, t
k
là thời gian thông và khoá của bộ khoá điện tử.
Do đó, khi điều chỉnh tốc độ động cơ qua điều chỉnh điện áp đặt vào phần
ứng động cơ, cần thay đổi hệ số của bộ XA. Hệ số này có thể thay đổi
bằng 3 phơng pháp: thay đổi t
t
, T hoặc cả hai.
4. Hệ Truyền Động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ.
Hệ truyền động này dùng động cơ không đồng bộ 3 pha. Loại động
cơ này đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, chiếm tỉ lệ rất lớn so với
động cơ khác. Ngày nay do sự phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công
suất và kỹ thuật điện tử - tin học động cơ không đồng bộ mới khai thác đợc
hết các u điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu
quả với hệ truyền động chỉnh lu - triristo.
Không giống nh động cơ một chiều, động cơ KĐB có cấu tạo phần
cảm và phần ứng không tách biệt. Từ thông động cơ cũng nh mô men động
cơ sinh ra phụ thuộc nhiều vào tham số.
Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động diện động cơ không đồng
bộ là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh .
Trong công nghiệp thờng sử dụng bốn hệ điều chỉnh tốc độ :
a. Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi Tiristo
Nguyên tắc của phơng pháp này là mô men của động cơ KĐB tỷ lệ
với bình phơng điện áp stato.
Do đó có thể điều chỉnh đợc mô men và tốc độ của động cơ bằng
cách điều chỉnh giá trị điện áp stato trong khi giữ nguyên tần số
b. Điều chỉnh điện trở mạch rô to
Phơng pháp này đợc thực hiện theo nguyên tắc điều chỉnh trơn điện trở rô

to bằng các van bán dẫn.
Ưu điểm của phơng pháp này là dễ tự động hoá việc điều chỉnh.
Điện trở trong mạch rô to của động cơ KĐB :
R
r
= R
rd
+ R
f
Trong đó : R
rd
: điện trở dây quấn rô to
R
f
: điện trở ngoài mắc thêm vào mạch stato
Khi điều chỉnh giá trị điện trở mạch rô to thì mô men tới hạn của động cơ
không thay đổi và độ trợt tới hạn tỉ lệ bậc nhất với điện trở
Mô men
i
rd
2
r
S
RI3
M

=
S
i
: Độ trợt khi điện trở mạch rô to là R

rd
Nếu giữ cho I
r
= const thì M = const và không phụ thuộc tốc độ động cơ .
Vì thế mà có thể ứng dụng phơng pháp điều chỉnh điện trở mạch rô to cho
truyền động có mô men tải không đổi .
Phơng pháp điều chỉnh trơn điện trở mạch rô to bằng phơng pháp xung :



==
+
=
.R
T
t
R
tt
t
RR
0
d
0
nd
d
0e

R
e
là điện trở tơng đơng trong mạch rô to đợc tính theo thời gian đóng t

d
và
thời gian ngắt t
n
của một khoá bán dẫn cho phép một điện trở R
0
vào mạch
hay không .
c. Phơng pháp điều chỉnh công suất trợt
Đối với các hệ truyền động công suất lớn, tổn hao P
s
là lớn. Vì vậy
để diều chỉnh đợc tốc độ vừa tận dụng đợc công suất trợt ngời ta dùng các
sơ đồ điều chỉnh công suất trợt.

( )
dt
s
dt1c1cs
P
P
s
sPsM.MP

=
===
5. Hệ truyền động điện động cơ KĐB dùng ph ơng pháp điều chỉnh tần
số
Động cơ không đồng bộ ba pha (KĐB) đợc sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so

với các động khác. Trong thời gian gần đây, do sự phát triển cao của công
nghệ chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử - tin học, động cơ KĐB
mới khai thác các u điểm của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh
tranh có hiệu quả với hệ truyền động T-Đ.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần số nguồn
cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công
nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ và nâng cao tính chất
động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và
động cơ KĐB nói riêng, có thể ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc
độ nhiều động cơ cùng một lúc nh các truyền động của nhóm máy dệt,
băng tải, bánh lăn ... hoặc cho cả các thiết bị đơn lẻ nhất là những cơ cấu có
yêu cầu tốc độ cao nh máy ly tâm, máy mài... Đặc biệt là hệ thống điều

ĐK
Biến tần
~3
ĐK
~
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý hệ TĐĐ-ĐK điều chỉnh tần số.

chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn cung cấp sử dụng cho động
cơ không đồng bộ rotor lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản vững chắc, giá
thành hạ và có thể làm việc trong nhiều môi trờng. Nhợc điểm cơ bản của
hệ thống này là sơ đồ mạch điều khiển rất phức tạp. Đối với hệ thống này,
động cơ không nhận điện từ lới chung mà từ một bộ biến tần. Bộ biến tần
này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách độc lập với nhau.
Thờng sử dụng hai loại biến tần trong việc điều chỉnh tốc độ là biến tần trực
tiếp và biến tần gián tiếp (có sử dụng khâu trung gian một chiều). Hệ truyền
động điện có thể sử dụng bộ biến tần trực tiếp hoặc gián tiếp ba pha, cũng
có thể dùng bộ biến đổi một chiều-xoay chiều thay đổi tần số một pha hay

ba pha.
3.1 Biến tần trực tiếp (cycloconverter)
Có sơ đồ cấu trúc đơn giản hình 2.5 a. Điện áp vào xoay chiều u
1
(tần số
f
1
) chỉ cần qua một mạch van là chuyển ngay ra tải với tần số khác. Vì vậy,
loại biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lợng cao do chỉ có một lần biến
đổi điện năng và cho phép thực hiện hãm tái sinh năng lợng mà không cần
có mạch điện phụ. Đồng thời, cũng có thể dễ dàng thực hiện điều chỉnh
điện áp và tần số đầu ra của biến tần trực tiếp với dạng sóng điện áp gần
hình sin. Tuy nhiên, sơ đồ mạch van khá phức tạp, số lợng van lớn đối với
mạch ba pha. Việc thay đổi tần số ra f
2
khó khăn và phụ thuộc vào tần số
vào f
1
, số pha đầu vào của nguồn và số khoảng dẫn của các van ở mỗi nhóm
van.
Vì thế, hiện nay chủ yếu sử dụng loại biến tần này với phạm vi điều
chỉnh tần số f
2
f
1
. Mặc dù về nguyên tắc, có thể tạo biến tần với f
2
f
1
nh-

ng mức
độ phức tạp sẽ tăng lên rất nhiều. Biến tần trực tiếp hay đợc dùng cho
truyền động điện công suất lớn, tốc độ làm việc thấp, thí dụ để cung cấp
cho các động cơ rotor lồng sóc, các động cơ rotor dây quấn cấp bởi hai
nguồn, các động cơ đồng bộ...
U
1
, f
1

~
Mạch van
~
U
2
, f
2
a)
b)
U
1
, f
1

~
Chỉnh
lưu
Lọc
Nghịch lưu
độc lập

~
U
2
, f
2
U
=
U
=


Hình 2. 5. Cấu trúc biến tần trực tiếp (a) và Biến tần gián tiếp(b)
3.2. Biến tần gián tiếp (có khâu trung gian ) nghịch lu độc lập
Sơ đồ cấu trúc đợc trình bày trên hình 2.5b. Trong loại biến tần này,
điện áp xoay chiều đầu tiên đợc chuyển thành điện áp một chiều nhờ bộ
chỉnh lu, sau đó đi qua bộ lọc rồi mới trả về điện áp xoay chiều với tần số
f
2
. Việc biến đổi năng lợng hai lần làm giảm hiệu suất biến tần. Song, loại
biến tần này cho phép thay đổi dễ dãng tần số ra f
2
không phụ thuộc vào tần
số vào f
1
trong một dải rộng cả trên và dới f
1
vì tần số ra chỉ phụ thuộc vào
mạch điều khiển. Hơn nữa, với sự ứng dụng hệ điều khiển số nhờ kỹ thuật
vi xử lý và dùng van lực là các loại transistor đã cho phép phát huy tối đa
các u điểm của loại biến tần này. Vì vậy, đa số các biến tần hiện nay là biến

tần nghịch lu độc lập với nguồn cung cấp là nguồn dòng hoặc nguồn áp.
Tuy nhiên, nếu sử dụng van thyristor vẫn còn một số khó khăn nhất định
khi giải quyết vấn đề khoá van.
Biến tần nguồn dòng: Trong các hệ truyền động điện điều chỉnh
động cơ xoay chiều, nguồn dòng thờng đợc sử dụng cho các hệ thống công
suất lớn và có sơ đồ cầu ba pha, trong đó các van bán dẫn là các van điều
khiển hoàn toàn. Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đợc sử dụng rộng rãi để
điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha rotor lồng sóc.Biến tần nguồn
dòng có u điểm là tăng đợc công suất đơn vị máy, mạch lực đơn giản mà
vẫn thực hiện hãm tái sinh động cơ. Khi làm việc với tải là động cơ xoay
chiều thì điện áp tải có xuất hiện các xung nhọn tại các thời điểm chuyển
mạch dòng điện chuyển mạch giữa các pha. Trong thực tế, thờng sử dụng
các van điều khiển không hoàn toàn, vì vậy cần có các mạch khoá cỡng bức
các van đang dẫn, bảo đảm chuyển mạch dòng điện giữa các pha một cách
chắc chắn trong phạm vi điều chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng.
Biến tần nguồn áp: Nghịch lu điện áp có đặc điểm dạng điện áp ra
tải đợc định hình sẵn còn dạng dòng điện ra tải lại phụ thuộc vào tính chất
tải. Nguồn áp đợc tạo ra bằng một bộ chỉnh lu với đầu ra đợc nối song song


với một tụ điện có giá trị đủ lớn để đảm bảo điện áp nguồn ít bị thay đổi và
để trao đổi công suất phản kháng với điện cảm tải của động cơ. Điện áp ra
của nghịch lu điện áp không có dạng hình sin mà đa số là dạng xung chữ
nhật. Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải đợc thực hiện dễ dàng bằng
điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lu. Phơng pháp điều khiển này
thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lới điện.
Đặc điểm của phơng pháp điều khiển động cơ KĐB roto lồng sóc
bằng thiết bị biến tần nguồn áp
Với điện áp không đổi ,khi điều chỉnh tần số từ thông trong máy sẽ thay
đổi theo .Cụ thể là khi tăng tần số thì từ thông trong máy sẽ giảm ,khi đố

muốn giũ mômen không đổi thì phải tăng dòng điện lên,làm cho động cơ
quá tải về dòng.Ngợc lại hi giảm tần số thì từ thông trong trong máy tăng
len và mạch từ bị bão hoà,điều đó dẫn đến tăng dòng từ hoá ,tăng tổn hao
sắt từ và đốt nóng máy điện.
Vì vạy khi điều chỉnh tần số cần phải điều chỉn cả điện apsddawtj vào dây
quấn stato để đạt đợc chế độ làm việc tối u.Đối với hệ thống biến tần ngồn
áp thờng có yeu cầu giữ cho khả năng quá tải về momen là không đổi:

th
M
M
l = =
conts
Với đặc tính cơ can máy sản xuất là:
0
0
c
dm
dm
w
M M
w
ổ ử
ữ
ỗ
ữ
=
ỗ
ữ
ỗ

ữ
ữ
ỗ
ố ứ
Ta có luật điều chỉn điện áp:

1 / 2
1 1
1
X
dm dm
U f
U f
+
ổ ử
ữ
ỗ
ữ
=
ỗ
ữ
ỗ
ữ
ữ
ỗ
ố ứ
muốn xác định đợc luật điều chỉnh nayfta phái xác định đợc đặc tính cơ can
máy sản xuất .Việc đó thờng khó và không chính xác.

Phơng pháp điều khiển véc tơ mà ta chọn làm phơng án thiết kế sẽ đáp úng
đợc mọi điều kiện vơi chế độ làm việc tối u nhất
Kết luận :
Trong hệ thống truyền động điện điều khiển tần số, phơng pháp
điều khiển theo từ thông rôto có thể tạo ra cho động cơ các đặc tính
tĩnh và động tốt. Các hệ thống điều khiển điện áp/ tần số và dòng điện/
tần số trợt đã đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệ
Để truyền động cho hệ thống cân băng định lợng ta sử dụng phơng pháp
điều chỉnh tần số cho động cơ điện KĐB roto lồng sóc bằng thiết bị biến
tần nguồn áp
Điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ
Một số hệ thống yêu cầu chất lợng điều chỉnh động cao thì các ph-
ơng pháp điều khiển kinh điển khó đáp ứng đợc. Hệ thống điều khiển
định hớng theo từ trờng còn gọi là điều khiển vectơ, có thể đáp ứng các
yêu cầu điều chỉnh trong chế độ tĩnh và động.Nguyên lý điều khiển
vectơ dựa trên ý tởng điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ tơng tự
nh điều khiển động cơ một chiều. Phơng pháp này đáp ứng đợc yêu
cầu điều chỉnh của hệ thống trong quá trình quá độ cũng nh chất lợng
điều khiển tối u mômen. Việc điều khiển vectơ dựa trên định hớng
vectơ từ thông rôto có thể cho phép điều khiển tách rời hai thành phần
dòng stator, từ đó có thể điều khiển độc lập từ thông và mômen động
cơ. Kênh điều khiển mômen thờng gồm một mạch vòng điều chỉnh tốc
độ và một mạch vòng điều chỉnh thành phần dòng điện sinh mômen.
Kênh điều khiển từ thông thờng gồm một mạch vòng điều chỉnh dòng
điện sinh từ thông. Do đó hệ thống truyền động điện động cơ không
đồng bộ có thể tạo đợc các đặc tính tĩnh và động cao, có thể so sánh
đợc với động cơ một chiều.
Nguyên lý điều khiển vectơ:
Dựa trên ý tởng điều khiển động cơ không đồng bộ tơng tự nh điều khiển
động cơ một chiều. Động cơ một chiều có thể điều khiển độc lập dòng điện

kích từ và dòng phần ứng để đạt đợc mômen tối u theo công thức tính
mômen :
M=KI = KI
kt
I


Trong đó : I
kt
, I - dòng điện kích từ và dòng điện phần ứng.
- từ thông động cơ .
Hình 1-1: Sự tơng tự giữa điều khiển động cơ một chiều và điều khiển
vectơ
Tơng tự ở điều khiển động cơ không đồng bộ, nếu ta sử dụng công
thức:
M = K
m

r
I
qs
= K
m
I
ds
I
qs

(khi chọn trục d trùng với chiều vectơ từ thông rôto)
Thì có thể điều khiển M bằng cách điều chỉnh độc độc lập các thành

phần dòng điện trên hai trục vuông góc của hệ tọa độ quay đồng bộ
với vectơ từ thông rôto Lúc này vấn đề điều khiển động cơ không đồng
bộ tơng tự điều khiển động cơ điện một chiều. ở đây thành phần dòng
điện I
ds
đóng vai trò tơng tự nh dòng điện kích từ động cơ một chiều (I
kt
)
và thành phần dòng I
qs
tơng tự nh dòng phần ứng động cơ một chiều (I)
. Các thành phần có thể tính đợc nhờ sử dụng khái niệm vectơ không
gian. Với ý tởng định nghĩa vectơ không gian dòng điện của động cơ đ-
ợc mô tả ở hệ tọa độ quay với tốc độ w
s
, các đại lợng dòng điện điện
áp, từ thông sẽ là các đại lợng một chiều.

Mạch
điều khiển
và
nghịch lưu
I
ư
I
ư
U
ư
ĐM
CKT

I
ds
*
I
qs
*
ĐK

Hình 1-2:Điều khiển độc lập hai thành phần dòng điện: mômen và kích
từ
III.Thiết kế mạch lực:
Sơ đồ mạch lực của hệ truyền động nh sau:
Mạch lực bao gồm:
+ Khối chỉnh lu: 6 Điôt.
+ Khối nghịch lu: 6 Transistor, 6 Điôt ngợc


I
ds2
i
s1

r
I
ds1
q
d

s1
i

s2

s2
I
qs
I
qs1
i
s1

r
I
ds
q
d

s1
i
s2

s2
I
qs2

+ Khối lọc: tụ C, cuộn cảm L.
1.Tính chọn van điều khiển:
Dùng kiểu điều khiển khi góc dẫn là 180 độ, tải là động cơ đấu sao.
Đồ thị dẫn của van và dạng dòng, áp ra tải nh sau:
Tải đấu sao, góc dẫn của van là 180 độ, tại bất kỳ thời điểm nào cũng có
ba van dẫn.

Tính toán các giá trị:

2 /3 2 /3
2
2 2
0 0 /3
1 1 2
[2 ( ) ( )
2 2 3 3
3
2 3.220
466,7
3
2 2
N
pha pha N
pha
N
pha N
E
U u d d E d
U
E
U E V




= = +
= = = =

97,0
89,16
38,16
===
R
L
Q


0,97
3 3
0,362
Q
a e e
p p
- -
= = =
Dòng điện cơ sở :

6 0 1 2 0 1 8 0
2 4
0
3 0
0
3 6
0
T 1
T 2

T 3
T 4
T 5
T 6
U a
I a
2 / 3 E n
1 / 3 E n


0
466,7
27,63( )
16,89
N
E
I A
R
= = =
2 2
2 2
3 1 3.0,97 1 0,362
1 1 0,69
2 1 2 1 0,362 0,362
Q a
A
a ap p
- -
= - = - =
- + - +

Trị số hiệu dụng dòng điện pha:

0
2 2
. 27,63.0,69 9( )
3 3
pha
I I A A= = ằ

Dòng điện trung bình tiêu thụ từ nguồn:

2 2
0
0,69
2 2.27,63. 8,77( )
3 3
d
A
I I A= = =
a.Đối với mạch chỉnh lu:
Coi bộ sụt áp trên bộ lọc bằng 0.
Dòng điện đầu ra của bộ chỉnh lu I
d
=8,77 A
Điện áp ra của bộ chỉnh lu: U
d
= E
n
=466,7 V
Do mạch cầu ba pha nên dòng trung bình qua các Thyristor là

I
d
/3=2,92 A
Điện áp ngợc đặt lên Thyristor U
ng
=2,45*U
l
.
Mặt khác ta có: U
d
=2,34*U
l
=> U
l
200 V;
Ung = 490 V
Chọn loại Thyristor C15 do hãng G.E của Mỹ chế tạo có các thông số
sau:
Mã hiệu
tiristor
U
ng
V
I
tb
A
t
off
às
di/dt

A/às
C15
25ữ600
5,1 30 60
b.Đối với nghịch lu:
Ta có dòng điện pha A:
+ = 0 ữ /3
/ 1,03
3
(1 )(2 )
1 9,21 1 2,864
3 1
Q
N
A
E
a a
i e e
R a
q q- -
ộ ự
+ -
ộ ự
= - = -
ờ ỳ
ở ỷ
ờ ỳ
+
ở ỷ
+ = /3 ữ 2/3

2
/ 1,03
3
(1 )
2 9,21(2 1,771 )
3 1
Q
N
A
E
a
i e e
R a
q q- -
ộ ự
+
ờ ỳ
= - = -
ờ ỳ
+
ở ỷ
+ = 2/3 ữ