Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Lời nói đầu
Truyền động điện là công đoạn cuối cùng của một công nghệ sản xuất. Trong dây truyền
sản xuất tự động hiện đại, truyền động đóng góp vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng
suất và chất lợng sản phẩm. Ngày nay, cùng với những tiến bộ của kỹ thuật điện tử công suất
và tin học, các hệ truyền động cũng ngày càng phát triển và có nhiều thay đổi đáng kể nhờ việc
áp dụng những tiến bộ trên. Cụ thể là các hệ truyền động hiện đại không những đáp ứng đợc độ
tác động nhanh, độ chính xác điều chỉnh cao mà còn có giá thành hạ hơn nhiều thế hệ cũ, đặc
điểm này rất quan trọng trong việc đa những kết quả nghiên cứu trong kỹ thuật vào thực tế sản
xuất.
Sau thời gian nghiên cứu học tập môn Tự động điều chỉnh truyển động điện em đợc
giao đề tài thiết kế môn học với nội dung:
I. Thiết kế hệ truyền động cơ cấu nâng hạ cầu trục
Đợc sự hớng dẫn trực tiếp và tận tình của GS TS. Bùi Quốc Khánh , em đã hoàn
thành đồ án đợc giao.
Nội dung của đồ án chia làm 6 chơng, cụ thể nh sau:
Chơng I: Tổng quan về công nghệ. Nội dung cơ bản của chơng này đề cập tới những
nét cơ bản nhất của công nghệ truyền động nâng hạ cầu trục và có sự khảo sát kỹ đặc tính phụ
tải. Tất cả những thiết kế sau này đểu bám sát những đặc điểm này.
Chơng II: Chọn động cơ truyền động. Nội dung cơ bản của chơng này sẽ trình bày
cách chọn công suất động cơ truyền động, loại động cơ.
Chơng III: Chọn phơng án truyền động. Nội dung của chơng này trình bày các phơng
án truyền động cho loại động cơ đã chọn ở chơng II, đa ra các phơng án khả thi rồi cuối cùng
có so sánh giữa các phơng án khả thi đề chọn ra phơng án phù hợp nhất. Tất cả đều có sự phân
tích cụ thể khi quyết định chọn phơng án tốt nhất.
Chơng IV: Thiết kế mạch lực. Nội dung của chơng này đi khảo sát những nét cơ bản
của các bộ biến đổi công suất sử dụng trong phơng án truyền động và tính chọn các phần tử sử
dụng trong sơ đồ.
Chơng V: Tổng hợp hệ thống. Nội dung của chơng này sẽ đi tổng hợp cấu trúc cũng
nh các tham số của các bộ điều chỉnh theo luật điều chỉnh đã chọn.

trục.
Thứ nhất, về loại phụ tải: Đặc điểm của các động cơ truyền động trong cơ cấu cần
trục nói chung là đều làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có số lần (tần số) đóng điện
lớn.
Thứ hai, về yêu cầu đảo chiều quay: Động cơ truyền động cần trục, nhất là cơ cấu
nâng hạ, phải có khả năng đảo chuyền quay, có mômen thay đổi theo tải trọng rất rõ
rệt. Theo khảo sát từ thực tế thì khi không có tải trọng (không tải) mômen động cơ
không vợt quá (15 ữ 20)%M
đm
; đối với cơ cấu nâng của cần trục ngoặm đạt tới 50%
M
đm

Thứ ba, yêu cầu về khởi động và hãm: Trong các hệ truyền động các cơ cấu của máy
nâng, yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc phải êm, đặc biệt đối với thang máy và
thang chuyên chở khách. Bởi vậy, mômen động trong quá trình hạn chế quá độ phải
đợc hạn chế theo yêu cầu của kỹ thuật an toàn. ở các máy nâng tải trọng, gia tốc cho
phép thờng đợc quy định theo khả năng chịu đựng phụ tải động của các cơ cấu. Đối
với cơ cấu nâng hạ cần trục, máy xúc gia tốc phải nhỏ hơn khoảng 0,2 m/s
2
để không
giật đứt dây cáp. Ngoài ra, động cơ truyền động trong cơ cấu này phải có phạm vi
điều chỉnh đủ rộng và có các đờng đặc tính cơ thoả mãn yêu cầu công nghệ. Đó là
các yêu cầu về dừng máy chính xác, nên đòi hỏi các đờng đặc tính cơ thấp, có nhiều
đờng đặc tính trung gian để mở hãm máy êm.
Thứ t, phạm vi điều chỉnh không lớn, ở các cần trục thông thờng D 3:1;ở các cần
trục lắp ráp (D= 10 ữ 1) hoặc lớn hơn. Độ chính xác điều chỉnh không yêu cầu cao,
thờng trong khoảng 5%.
Thứ năm, yêu cầu về bảo vệ an toàn khi có sự cố: Các bộ phận chuyển động phải có
phanh hãm điện từ, để giữ chặt các trục khi mất điện, bảo đảm an toàn cho ngời vận

Khảo sát cơ cấu nâng hạ ngời ta thấy rằng: Momen cản của cơ cấu sản xuất luôn không
đổi cả về độ lớn và chiều bất kể chiều quay của động cơ có thay đổi thế nào. Nói cách khác
momen cản của cơ cấu nâng hạ thuộc loại momen cản thế năng có đặc tính M
c
=const và không
phụ thuộc vào chiều quay. Điều này có thể giải thích dễ dàng là momen của cơ cấu do trọng
lực của tải trọng gây ra. Khi tăng dự trữ thế năng (nâng tải) momen thế năng có tác dụng cản
trở chuyển động; tức là hớng ngợc chiều quay động cơ. Khi giảm thế năng (hạ tải), momen thế
năng lại là momen gây ra chuyển động, nghĩa là nó hớng theo chiều quay động cơ.
Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ nh sau:
Từ đặc tính cơ của cơ cấu phụ tải ta có một số nhận xét sau:
+ Khi hạ tải ứng với trạng thái máy phát của động cơ thì M
đ
là mômen hãm, M
c
là mô
men gây chuyển động.
+ Khi cần trục hạ tải dụng lực: cả hai mômen đều gây chuyển động.
Nh vậy, trong mỗi giai đoạn nâng, hạ tải thì động cơ cần phải đợc điều khiển để làm việc
đúng với các trạng thái làm việc ở chế độ máy phát hay động cơ sao cho phù hợp với đặc tính
tải. Phụ tải của cần trục có thể biến đổi từ 0 (khi hạ hoặc nâng móc câu không tải) đến những
giá trị rất lớn. Phức tạp lớn hơn cả là các điều kiện hạ tải. Khi hạ không tải, trọng lợng của móc
câu không đủ để bù lại các lực ma sát trong truyền động, nên động cơ phải sinh ra một momen
nhỏ theo chiều hạ. Khi hạ những tải trọng lớn, không những các lực ma sát đợc khắc phục hết
mà động cơ còn bị tải trọng kéo quay theo chiều tác dụng của nó. Khi đó, muốn hạn chế và
điều chỉnh tốc độ, ta phải sử dụng các phơng tiện nhất định.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
3

M

= T
1
= T
2
= =
u
GG )(
0
+

Thực tế, do có các lực cản phụ, lực căng trong các nhánh dây cuốn lên tang nên:
pp
u
G
T
T

.
'
0
0
==
Momen do vật nâng gây ra trên tang:
p
t
p
v
u
RGG
u

3
+
==
(
t
: là hiệu suất của tang, hệ số này tính đến do việc: muốn nâng vật lên ta phải đặt vào
trục III (trục tang) một momen lớn hơn momen M
n
trên tang , vì còn phải thắng lực cản trên
tang do độ cứng của dây và do ma sát trong ổ trục).
Tơng tự, momen trên trục II sẽ là;
22
0
22
3
2

).(
.

tp
t
iu
RGG
i
M
M
+
==
và momem trên trục I:

+
=
Ta đặt:
i=i
1
i
2
i
n
: là tỷ số truyền chung của bộ truyển.
=
1

2

n
: là hiệu suất chung của bộ truyền

c
=
P

t
là hiêu suất chung của cơ cấu.
c
t
iu
RGG
M



.102.60
).(
1000
.
0
+
==
(kW) (2)
Trong các công thức (1), (2) thì:
G - trọng lợng của tải trọng (kg).
G
0
trọng lợng bản thân cơ cấu nâng (kg).
R
t
bán kính tang nâng (m).

c
hiệu suất của cơ cấu nâng.
u bội số của ròng rọc (palăng)
i Tỉ số truyển chung của cơ cấu truyền trung gian.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
5
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
n
t
vu
nR

.
0
0
=
(4)
b. Phụ tải tĩnh khi hạ tải.
Có thể có hai trạng thái hạ tải.
+ Hạ động lực
+ Hạ hãm.
Hạ động lực đợc dùng khi hạ những tải trọng nhỏ. Khi đó momen do tải trọng sinh ra
không đủ để thắng lực ma sát trong cơ cấu. Máy điện làm việc ở chế độ động cơ.
Hạ hãm đợc dùng khi hạ những tải trọng lớn. Khi đó momen do tải trọng sinh ra lớn hơn
mô men ma sát nên gây ra chuyển động của hệ thống. Máy điện phải làm việc ở chế độ hãm để
giữ cho tải trọng rơi với vận tốc ổn định (tức là chuyển động không có gia tốc).
Gọi momen trên trục động cơ do tải trọng sinh ra khi không có mất mát là momen tải
trọng:
iu
RGG
M
t
t
.
).(
0
+
=
Khi hạ tải, năng lợng đợc truyền từ phía tải trọng về phía cơ cấu truyền và động cơ, nên:
htth
MMMM


.
).(
)
1
2.()1
1
(
0
c
t
c
t
c
tth
iu
RGG
MMMM


+
===
(6)
So sánh (5) và (6)
c
h


1
2 =
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh

cn
c
t
h
M
iu
RG
M


(7)
Từ đó tính đợc công suất trên trục động cơ khi hạ tải:
1000
.
hh
h
M
P

=
(kW) (9)
1000
.
0
hho
h
M
P

=

M
P

=
(kW).
Giai đoạn nâng có tải:
c
t
n
iu
RGG
M


).(
0
+
=
(N.m);
c
n
n
vGG
P

.6120
).(
0
+
=

t
n
iu
RG
M


.
0
0
=
(N.m)
c
n
n
vG
P

.6210
.
0
0
=
(kW)
Chơng II
tính công suất động cơ truyền động
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
7
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43

pt
.
Muốn xác định đợc công suất động cơ, cũng tức là tìm đợc M
Đ
, cần phải có điều kiện
ban đầu. Đó là các điều kiện:
+ Phải có biểu đồ phụ tải tĩnh của cơ cấu sản xuất mà động cơ sẽ phục vụ dới dạng:
I
C
=f(t), M
C
=f(t) hoặc P
C
=f(t) đã tính quy đổi về trục động cơ.
+ Phải có biểu đồ phụ tải biến thiên tốc độ trong quá trình làm việc.
Vì vậy, trớc hết ta đi tiến hành xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.
1. Xây dựng biểu đồ phụ tải tĩnh.
Theo kết quả phân tích ở trên, chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng-hạ thờng gồm: hạ
không tải, nâng tải, hạ tải và nâng không tải. Dựa vào các công thức đã thiết lập ở phần
trên ta tiến hành các bớc tính toán.
Khi tải trọng nâng là định mức G
đm
=20T.
+ Mô men động cơ khi nâng tải:
Nm
cui
RGG
M
t
n

).(
0
==
+
=
+
=

Khi không tải, tức là động cơ khi đó chỉ nâng một lợng tải trọng là của chính bản
thân cơ cấu.
Ta có:
b
K
a
c
++
=
3
1
1
0

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
8
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
trong đó:
0477,0
120
1



258,0
088,0
0477,0
133,0
1
1
0
=
++
=
c


mN
i
RG
M
c
t
n
.202
258,0.75
81,9.1000.4,0.1
.
.
0
0
0

+ Vận tốc nâng: v
n
= 18 m/phút = 0,3 m/s.
+ Chiều cao nâng: H=12m.
Trong giai đoạn tính toán sơ bộ để chọn động cơ ta bỏ qua thời gian mở và hãm
máy. Mặt khác nếu coi tốc độ làm việc của cả 4 giai đoạn trên là nh nhau thì:
+ Tổng thời gian làm việc trong chu kỳ đợc tính nh sau:

==== phs
v
H
t
n
lv
3,36,19860.
5,14
12
.460 4
+ Hệ số đóng điện tơng đối:
%33
10
3,3
% ===

ck
lv
T
t

+ Momen đẳng trị:

4,0.2
5,14.75
.2

===

Công suất của động cơ khi hệ số đóng điện tơng đối là: =33%.
kW
nM
P
dmdtr
dc
3,36
9550
435.801
9550
.
===
Từ kết quả tính toán ở trên ta lựa chọn sơ bộ loại động cơ xoay chiều rô to dây
quấn, làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có thời gian đóng điện tơng đối tiêu chuẩn
= 40%. Do đó, công suất quy đổi tơng ứng:
kWPP
tc
pt
dcqd
6,32
%40
%33
.3,36
%

.
2
2
11
2
2
1








+






+
=

Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
10
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
Nh vậy, ở một tần số nhất định, mô-men của động cơ KĐB tỷ lệ với bình phơng điện áp

Lý thuyết chứng minh là đối với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (M
c
=const) thì
tổn thất sẽ rất lớn khi điều chỉnh. Vì vậy, việc xem xét phơng án truyền động dùng phơng
pháp điều chỉnh điện áp stato đối với hệ truyền động nâng-hạ cần trục là không có ý nghĩa;
điều đó có nghĩa là phơng án dùng điều chỉnh điện áp bị loại bỏ trong đồ án này.
2. Hệ điều chỉnh công suất trợt động cơ.
a. Nguyên lý điều chỉnh:
Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện lấy ra từ mạch roto,
đợc gọi là công suất trợt, tỷ lệ với độ trợt s. Theo cách tính tổn thất khi điều chỉnh thì công
suất này bằng:
sPsMMP
dtccs
).(
11
===


dt
s
P
P
s

=
Nh vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đa và mạch stato là không
đổi, thì công suất điện từ P
đt
cũng không đổi. Khi đó bằng cách nào đó ta thay đổi đợc tổn
hao công suất trong mạch roto thì ta sẽ thay đổi đợc độ trợt s; tức là ta điều chỉnh đợc tốc độ

với công suất lớn (thờng cỡ trên 500kW), vì khi đó công suất trợt đa về mới là đáng kể và
việc đầu t cho các bộ biến đổi mới thoả đáng, không lãng phí.
+ Việc tái sử dụng công suất trợt rõ ràng làm tăng hiệu suất của hệ thống lên; việc điều
chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh lợng công suất đa về có thể đạt đợc những chỉ tiêu điều
chỉnh tốt nh êm,dải điều chỉnh khá rộng; tuy có hạn chế là mô-men tới hạn có suy giảm so
với tự nhiên, mô-men của động cơ bị giảm khi tốc độ thấp.
+ Một vấn đề nữa là đối với các hệ thống công suất lớn vấn đề quan trọng là khởi động
động cơ, thờng dùng điện trở phụ kiểu chất lỏng để khởi động động cơ đến vùng tốc độ làm
việc sau đó mới chuyển sang chế độ điều chỉnh công suất trợt. Vì vậy mà việc sử dụng hệ
thống này chỉ phù hợp với các hệ truyền động có số lần khởi động, dừng máy và đảo chiều
ít hoặc tốt nhất là không có đảo chiều.
Từ những đánh giá trên, đối chiếu với đặc điểm của hệ truyền động nâng hạ cần trục nêu
ở chơng đầu cùng với kết quả tính công suất động cơ ở chơng hai ta loại bỏ việc sử dụng ph-
ơng án này cho hệ truyền động của ta. Cụ thể là có hai lý do cơ bản sau:
+ Hệ truyền động của ta làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, có đảo chiêu quay
+ Công suất động cơ tính ra thuộc loại không lớn nên vấn đề đầu t cả hệ nối tầng là
không hiệu quả về mặt kinh tế.
3. Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto.
a. Nguyên lý điều chỉnh:
Trớc hết cần phải nói rằng việc điều chỉnh điện trở roto chỉ áp dụng đợc với động cơ roto
dây quấn chứ không sử dụng đợc cho động cơ roto lồng sóc.
Nh đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi đợc độ cứng của đờng đặc tính
cơ bằng cách đa điện trở phụ vào mạch roto động cơ. Thực chất của phơng pháp này là điều
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
12
ĐC
MBA
CL điot
NL phụ thuộc
H3.2: Sơ đồ nguyên lý nối tầng van

R
R
ss
R
R
s
s
s
s
rd
rdth
th
===

trong đó: s
0
_ là độ trợt tới hạn khi điện trở roto là R
2
(tức điện trở tự nhiên ở mạch roto);
còn s _ là độ trợt khi điện trở roto là R
rd
=R
2
+R
f
.
Theo biểu thức mô-men thì:
01
2
2

++
=
Nh vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng roto I
2
không đổi thì mo-men không đổi
và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ. Vì vậy, phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng
cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ truyền động có mô-men tải không đổi (x=0).
Thực tế, việc thay đổi điện trở roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất
thấp, độ trơn điều chỉnh kém, đặc tính điều chỉ lại dốc. Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto
dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo đợc đặc tính điều chỉnh cứng và đủ
rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh.
Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto nh sau:
Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tơng tự nh mạch điều chỉnh xung áp một chiều:
+ Khi S đóng: R
0
bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
13
R
td
t

M
H3.2: Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính điều
chỉnh bằng ph ơng pháp xung điện trở roto.
f
đm
H3.3: Đặc tính cơ của động cơ KĐB
khi điều chỉnh tần số.
M

pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất. Kết quả tính quy đổi đợc:
2

2
1
0
R
RR
tdf

==
Nh vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi đợc và từ đó thay đổi đợc R
f
.
Cho =0 ữ 1, ta dựng đợc họ các đặc tính cơ tơng ứng quét gần nh mặt phẳng giới hạn bởi
đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ R
f
=R
0
/2.
b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng:
Có thể nói việc sử dụng phơng pháp xung điện trở roto trong điều chỉnh truyền động, về
mặt lý thuyết, là một phơng pháp đơn giản nhất, dễ thực hiện và vận hành; mạch điều chỉnh
cũng rất đơn giản là gồm hai mạch vòng điều chỉnh (tốc độ và dòng điện).
+ Phơng pháp này nh đã phân tích ở trên cũng rất phù hợp với phụ tải có mô-men không
đổi nh cơ cấu nâng-hạ cần trục. Cụ thể là nó cho phép điều chỉnh để động cơ có mô-men
khởi động lớn khi nâng bằng cách thêm một cách hợp lý điện trở và mạch roto trong giai
đoạn khởi động; cho phép điều chỉnh trơn và dải điều chỉnh rộng nếu ta tăng điện trở R
0
kết

đm
), thì mô-men tới hạn lại giảm (với điện
áp giữ không đổi), cụ thể là:
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
14
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
2
1
1
f
M
th

+ Trong trờng hợp tần số giảm, nếu giữ nguyên điện áp thì dòng điện động cơ tăng (do f
giảm X=2fL cũng giảm I tăng), gây ảnh hởng xấu đến các chỉ tiêu của động cơ. Vì
vậy để bảo đảm một số chỉ tiêu mà không làm động cơ bị quá dòng cần phải điều chỉnh cả
điện áp động cơ, cụ thể là giảm điện áp cùng với việc giảm tần số theo quy luật nhất định.
b. Đánh giá và phạm vi ứng dụng
+ Từ đặc tính cơ của động cơ khi điều chỉnh nguồn ta có nhận xét là: Nếu đảm bảo đợc
luật điều chỉnh điện áp tần số thì ta có mọi đờng đặc tính cơ mong muốn khi giảm tần số.
Nghĩa là phơng pháp điều chỉnh tần số nguồn cung cấp kết hợp với việc điều chỉnh điện áp
stato mở ra khả năng áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động.
+ Do có khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh cả tốc độ không tải lý tởng và tốc độ tr-
ợt tới hạn; cụ thể là khi tốc độ trợt giảm thì tốc độ không tải cũng giảm với tỷ lệ tơng ứng
nên phơng pháp này cho phép tổn thất điều chỉnh nhỏ nhất.
+ Vì việc điều chỉnh tần số yêu cầu phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm ra quy luật
điều chỉnh và trang bị thiết bị điều chỉnh , biến đổi công suất phức tạp ; nói chung giá thành
các bộ biến tần có đắt hơn giá thành của các bộ biến đổi trang bị cho các phơng pháp điều
chỉnh khác.

biến đổi nên khả năng tự động hoá điều chỉnh cao hơn.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
15
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
3. Về tính kinh tế của phơng pháp truyền động.
Phơng án dùng bộ biến tần để điều chỉnh động cơ roto lồng sóc thực tế là phơng án
truyền động kinh tế. Mặc dù giá thành các bộ biến đổi tần số có đắt hơn so với giá đầu t
cho bộ điều chỉnh xung; nhng bù lạ động cơ kéo tải lại dùng động cơ roto lồng sóc với
tín đơn giản về kết cấu, vận hành tin cậy giá thành hạ hơn so với động cơ roto dây quấn
sử dụng với bộ điều chỉnh xung. Với môi trờng làm việc nặng nề của động cơ truyền
động cần trục thì việc xem xét khả năng sử dụng động cơ roto lồng sóc là hợp lý.
4. Về lĩnh vực ứng dụng, tính tin cậy trong vận hành.
Do khả năng điều chỉnh tần số đa đến khả năng có mọi đặc tính cơ mong muốn nên
thực tế phơng pháp điều chỉnh tần số có thể áp dụng cho mọi yêu cầu truyền động. Điều
đó có nghĩa là việc sử dụng nó cho truyền động cần trục là điều hiển nhiên.
Xét về mặt lý thuyết thì phơng pháp điều chỉnh xung điện trở dùng ít thiết bị hơn
trong bộ biến đổi nên có tính tin cậy hơn. Nhng thực tế các van sử dụng trong bộ xung áp
phải làm việc với tần số đóng mở lớn, lại chịu dòng roto thực tế không bằng phẳng nên
luôn làm việc ở chế độ quá độ do vậy mà khả năng hỏng là tăng lên độ an toàn tin cậy
kém.
Phơng án dùng biến tần không chỉ cho phép vận hành tin cậy nhờ sử dụng động cơ
roto dây quấn mà ngay bản thân bộ biến tần nhờ những tiến bộ đột phá của thiết bị công
suất hiện nay dẫn đến khả năng làm việc tin cậy hơn. Hơn nữa giá thành của các bộ biến
tần hiện nay đã rẻ đi rất nhiều so với thời kỳ đầu, chúng lại cho hiệu suất điều chỉnh cao
vận hành tin cậy do đã có nhiều luật điều chỉnh phù hợp.
KL: Từ những so sánh trên cùng với việc xem xét khả năng thực tế hiện nay
có thể quyết định chọn phơng án truyền động dùng các bộ biến tần với việc sử
dụng động cơ roto lồng sóc.
I. Chọn động cơ truyền động.

=57A r
1
=0,119 x
1
=0,222 I
2
=63A
r
2
=0,19 x
2
=0,16 J=4,25 kgm
2
G=860kg k
r
=k
e
2
=0,15.10
4
.
6,3=
dm
th
M
M
3,3=
dm
kd
M

=
Trớc hết ta xác định mômen quán tính của chuyển động thẳng quy đổi sang trục động
cơ:
2
2
23
2
2
2
.1,2
577
3,0.10.21.365 365
mkg
n
vG
GD
n
===
Mô-men quán tính của mỗi cặp bánh xe khía phân bố trên trục của động cơ là 3kGm
2
.
Vì gia tốc lớn nhất của cơ cấu nâng không đợc quá 0,2 m/s
2
, do đó thời gian mở máy
nhỏ nhất tơng ứng là:
t
mm
=v
n
/a = 5.v

Mô-men d khi nâng không tải: M
d.n0
= 148,4 20,6 = 127,8 kG.m
Thời gian mở máy khi hạ không tải:
)(12,0
4,138375
577)31,225,4.(2,1
0
st
h
=
ì
ì++
=
và thời gian mở máy khi nâng không tải:
)(14,0
8,127375
577)31,225,4(2,1
0
st
n
=
ì
ì++
=
Từ kết quả trên ta xây dựng đồ thị phụ tải toàn phần nh hình H3.4.
Từ biểu đồ phụ tải dựng đợc ta có nhận xét rằng: Các thời gian quá độ trong chu kỳ
làm việc của cơ cấu không đáng kể so với thời gian động cơ làm việc ổn định. Cụ thể là
tổng thời gian quá độ t
qd

dm
dm
dm
.515
705
389550
9550
=
ì
=
ì
=
+ Mô-men lớn nhất của động cơ là:
mNM
D
.45,1251351581,0
max
=ìì=
Giá trị mô-men này lớn lơn giá trị mô-men cản lớn nhất khi nâng tải định mức là
1454N.m
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
18
M, P
t

t
H3.4. Biểu đồ phụ tải M(t), P(t) và

(t)
Sv

cao, nhng vẫn ít sử dụng vì lý do kinh tế. Thực tế thờng dùng cho truyền động có công
suất lớn.
+ Biến tần gián tiếp nguồn áp: Đặc điểm của loại biến tần này là nguồn cấp cho BBĐ
là nguồn sức điện động với nội trở nhỏ. Các bộ nghịch lu điện áp a dùng tranzito thay vì
tiristor vì lý do tổn hao chuyển mạch bé và có khả năng điều khiển khoá van mà không
cần bất cứ thiết bị chuyển mạch phụ trợ nào. Hiện nay với phơng pháp PWM (biến điệu
độ rộng xung) áp dụng cho các bộ nghịch lu điện áp, cho phép các dạng sóng gần sin
hơn và vì vậy nâng cao đợc chất lợng điều chỉnh. Những đặc điểm đó đa đến khả năng
ứng dụng bộ biến tần nguồn áp trong truyền động yêu cầu cao về độ chính xác điều
chỉnh, chiếm u thế trong truyền động công suất nhỏ và truyền động nhiều động cơ hoạt
động chính xác và đồng bộ.
+ Biến tần gián tiếp nguồn dòng: Trong TH này, nguồn cung cấp là nguồn dòng tức
là dòng một chiều vào bộ nghịch lu không phụ thuộc vào tổng trở tải. Điều này dẫn đến
dạng sóng của dòng điện các pha sau bộ nghịch lu có dạng chữ nhật nếu bỏ qua giai
đoạn chuyển mạch, điện áp ra có dạng sin nhng mang các đỉnh nhọn ở thời điểm chuyển
mạch. Khác với bộ nghịch lu nguồn áp, ở bộ nghịch lu dòng liên lạc điện áp một chiều
phải qua cuộn dây. Cuộn dây liên lạc một chiều ngăn các biến thiên đột ngột của dòng
điện nên truyền động này rất thích hợp đối với những nơi cần tránh biến thiên đột ngột
của mô-men trên trục động cơ. Hơn nữa, ở bộ nghịch lu nguồn dòng khi ngắn mạch đầu
cực động cơ không gây h hỏng nghịch lu vì dòng điện luôn có xu hớng giữ không đổi.
Một điểm quan trọng là ở biến tần nguồn dòng ta có thể thực hiện hãm tái sinh động cơ
chỉ với mạch lực đơn giản. Bộ biến tần nguồn dòng làm tăng đợc công suất đơn vị động
cơ nên thích hợp cho truyền động có đảo chiều, công suất động cơ truyền động lớn.
Từ những đặc điểm đặc trng của mỗi loại biến tần, tham chiếu tới yêu cầu truyền
động cầu trục và kết quả tính công suất động cơ ta chọn bộ biến đổi là bộ biến tần
nguồn dòng, vì những lý do quan trọng sau:
Biến tần nguồn dòng thích ứng tốt với truyền động có mômen biến thiên đột ngột
nh trờng hợp cầu trục lúc khởi động và thờng xuyên làm việc ngắn hạn.
So với biến tần nguồn áp, ở biến tần nguồn dòng dùng các tiristor thông thờng với
các chuyển mạch đơn giản chỉ có tụ điện.

: thực hiện việc tạo tín hiệu xoay chiều trên tải.
+ Các diode D
1
ữ D
6
: hỗ trợ cho các thyristor nhằm cách ly giữa các tụ điện chuyển
mạch và dây quấn các pha của động cơ để chúng không tạo thành mạch cộng hởng làm
ảnh hởng đến quá trình chuyển mạch.
+ Các tụ C
1
ữ C
6
: phục vụ cho việc chuyển mạch giữa các Thyristor .
+ Tải 3 pha là động cơ xoay chiều KĐB rotor lồng sóc.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
20
CL NL
Lọc
Ld
Ua
Ub
Uc
H4.1: Sơ đồ nguyên lý của NLĐLND
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
b. Nguyên lý hoạt động:
Do tải có tính chất điện cảm mà dòng điện chậm sau điện áp một góc. Đối với sơ đồ
này ở mọi thời điểm chỉ có hai Thyristor dẫn dòng. Lúc mở T
3
, tụ điện chung C

3
, D
3
và T
2
, D
2
đang cùng dẫn. Dòng đi theo chiều:
Dơng nguồn T
3
, D
3
b c D
2
, T
2
âm nguồn.
Do D
2
thông nên tụ C
6
nạp điện làm phân cực thuận T
4
. Nên nếu lúc này ta phát xung
vào T
4
thì T
4
sẽ thông, dẫn dòng i
a

thông qua T6, D6 đặt vào K thế Ku
b
. Mà u
a
> u
b
u
V
=u
AK
=u
ab
.
+ Từ /3 ữ 2/3: T1, D1 và T2, D2 dẫn nên u
v
= u
ac
.
Phân tích tơng tự ta vẽ đợc phần còn lại của u
V
.
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
21
H4.2: Giản đồ xung và biểu đồ trạng thái pha dòng điện tải NL
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
c. Xét sự chuyển mạch giữa các van.
Nhận xét: Từ biểu đồ trên ta có nhận xét sau:
+ Tại /3: T
6

, D
4
.
+ Tại 4/3: có sự chuyển mạch dòng từ T
3
, D
6
sang T
5
, D
5
.
+ Tại 5/3: có sự chuyển mạch dòng từ T
4
, D
4
sang T
6
, D
6
.
+ Tại 2: có sự chuyển mạch dòng từ T
5
,

D
6
sang T
1
, D

Trong đó k
f
là hệ số hạn chế dòng qua Thyristor theo tần số, nó thay đổi k
f
=0,85 ữ
0,98 khi f=5Hz ữ 50 Hz. Vì ta chỉ điều chỉnh tần số theo chiều giảm để điều chỉnh tốc độ
nâng nên f
max
=50 Hz. Vậy :
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
22
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
AII
DT
33,35
6
.9,0.
98,0
90
.
3
1
=







_ tỷ số truyền của MBA, ở đây ta không sử dụng MBA nên K
ba
=1.
K
u
=1,3 ữ 1,4. Ta chọn K
u
=1,4 để an toàn bảo đảm chuyển mạch chắc chắn.
U
f+
_ là điện áp pha động cơ của động cơ khi f
max
=50Hz (U
f
=220V).
Do đó:
kVVU
v
2,11293220.6).14,1( ==+=
Vậy ta chọn van có
kV
U
U
thucv
ng
7,1
7,0
2,1
7,0
.

th
(A) T
cp
(
0
C)
130EPS16S 130 1800 1,1 100 40 150
b. Chọn tụ chuyển mạch:
Ta có thể chọn giá trị tụ từ kết quả xét quá trình chuyển mạch dòng điện.
2
mn
m
maxm
1m
max
L
If
U
202,0L
fU
fI
91,0666,0C









max
10.6,14
50.5,63
380
202,010.6,14
100.380
50.5,63
91,0666,0C






+=

=212
à
F
Chọn C = 200
à
F (giá trị chuẩn).
c. Chọn cuộn kháng san bằng:
+ Trị hiệu dụng dòng vào bộ nghịch lu:
AII
dmstd
1105,190
2
3
.


+ Giá trị của cuộn kháng san bằng đợc tính bằng công thức:
d
d
d
I
U
L

=
.
.
3
.134,0


Trong đó: I
d
= (0,05 ữ 0,1) I
d
=11A
=2.n
đm
/60 (rad/s)
Do đó:
HL
d
08,0
11.577
60

405
7,0
max.
==
Thiết kế môn học Truyền Động Điện GVHD: Bùi Quốc Khánh
24
Sv
: Trần Bình Dơng TĐH3 K43
+ Trị trung bình lớn nhất của dòng qua van:
A
I
I
d
vantb
67,36
3
110
3
max
===
Vậy cần chọn van có trị trung bình dòng lớn nhất thoả mãn:
AA
I
I
tb
vantb
67,9133,73
)5,04,0(
.
ữ=

2
. Mạch điều chỉnh từ thông trực tiếp nhờ các
bộ đo lờng gắn vào stato động cơ có nhiều nhợc điểm nên thực tế thờng sử dụng các phơng
pháp gián tiếp.
Đối với hệ biến tần nguồn dòng thì tốt nhất là áp dụng phơng pháp điều khiển tần số
dòng điện. Bản chất của phơng pháp này là thông qua việc điều chỉnh quan hệ giữa tần số trợt
f
2
và dòng điện stato I
1
để giữ cho từ thông của máy điện không đổi.
Từ kết quả thu đợc từ lý thuyết ta có đợc quan hệ giữa dòng stato và từ thông rôto:
2
sr
m
rdm
s
).T(1
L
I +

=

trong đó: T
r

=L
r

/R