Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học
Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật ,truyền động
điện có vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của xã hội. Truyền động điện
làm tăng năng suất lao động và chất lợng sản phẩm .Để đáp ứng đợc yêu cầu
thực tế các hệ truyền động có khả năng tự động điều khiển và độ chính xác ngày
càng cao đã ra đời .
Với mục đích phục vụ nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hoá trong thành
phố,chống ô nhiễm môi trờng xe BUS chạy điện đã ra đời và ngày phát triển
mạnh ở các nớc phát triển .
Do yêu cầu của môn học và nhằm giúp sinh viên làm quen với việc thiết
hệ thống truyền động ,góp phần hoàn thiện và củng cố kiến thức của môn học
em đợc nhận đề tài Thiết kế hệ thống truyền động cho xe BUS chạy điện
Với các thông số :
+Điện áp nguồn : U
N
= 600VDC.
+Trọng lợng xe : G
0
= 5.10
3
Kg.
+Trọng lợng tải : G
T
= 4.10
3
Kg.
+Tốc độ lớn nhất : v
max
= 60 Km/h.
+Đờng kính bánh xe : D = 700 mm.

dến diều khiển động cơ truyền động ( không có đảo chiều ).
Yêu cầu về an toàn: Trong quá trình hoạt động của xe yêu cầu khi tăng tốc
và giảm tốc phải êm.Do đó mômen động trong quá trình quá độ phải đợc hạn chế
theo yêu cầu kỹ thuật an toàn .Điều kiện làm việc của xe là thờng phải chịu tải từ
60% tới 70% tải định mức và hay phải chịu quá tải nên yêu cầu về độ bền cơ khí
cao,khả năng chịu quá tải lớn
Yêu cầu về điều chỉnh tốc độ: Dải điều chỉnh tốc độ rộng 5km/h tới
69km/h.Điều chỉnh phải trơn.
Yêu cầu về nguồn: Nguồn điện áp chuẩn DC-600V
Yêu cầu về độ tin cậy: Xe BUS phải làm việc dài hạn do đó nên dùng các
khí cụ điện phi tiếp điểm thay cho các khí cụ có tiếp điểm. Sơ đồ cấu trúc hệ
truyền động và hệ điều khiển tự động phải đơn giản, các phần tử cấu thành phải
có độ tin cậy cao,đơn giản,thay thế dễ dàng.
- 2 -
Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học
Phần 2
Tính chọn công suất đông cơ
và chọn phơng án truyền động.
Công suất động cơ đợc chọn sao cho đủ lớn nhằm sinh ra mô men với
điều kiện thắng đợc các lực cản và hơn nữa phải đảm bảo hệ truyền động hoạt
động đợc theo đúng yêu cầu công nghệ đặt ra.
Ngoài việc tính chọn công suất động cơ, ta phải chọn loại động cơ sao cho
thích hợp với yêu cầu truyền động mà cụ thể ở đây là hệ truyền động kéo .
Xét các lực cản tác động tới hệ:
1.Lực cản lăn:
Thành phần của lực cản lăn bao gồm hai thành phần chính đó là:Lực ma
sát lăn trên đờng và lực ma sát ở ổ trục bánh xe (F
1
và F
2

F
1
=f .G

= f.(G
0
+G) =0,02.(5.10
3
+4.10
3
).10=1800N
F2 = G

.
.à.

r/R
b
à: Hệ số ma sát lăn ở ổ trục
r : Bán kính ổ trục
R
b
:Bán kính bánh xe
Từ đó ta có:
- 3 -
Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học
NF 29,541
350
40.05,0.10.9
4

và K=0,4 ta có
F
kk
=K.S(v+v
g
)
2
=0,4.4.(16,67+2)
2
=557,71N
3.Tính công suất động cơ.
Thực nghiệm cho ta biết hiệu suất của hệ thống truyền lực của ôtô khách là

t
=0,93.
Bên cạnh đó khi ôtô chuyển động trên mỗi loại đờng khác nhau thì có độ bám
khác nhau , trong trờng hợp này ta xét xe chuyển động trên đờng nhựa khô với
hệ số bám đờng là =0,75.
Vậy ứng với tải trọng lớn nhất , công suất động cơ cần có là:

Kw64,68
.
v).FFF(
P
t
maxkk21
=

++
=

F (G

=9.10
3
)
(N)
n
b/xe
(vg/phút)

b/xe
(rad/giây)
v
min
(m/s) 1738,8 3110,24 37,91 4
v
max
(m/s) 1843,4 3829,3 455 47,6
Trong đó n
b/xe
là tốc độ quay của bánh xe.
b
xeb
R
v
n
2
/

=

+ P
đm
= 47kw
+ n
đm
= 720 vòng/phút
+ I
đm
= 248 A
+ U
đm
= 220 V
+ r
ckn
= 0.02
+ w
ckn
= 24
w
ckn
là số vòng dây một cực của cuộn nối tiếp
+ =39.6 mVb
là từ thông hữu ích của một cực
+ n
max
=2300vòng/phút
n
max
là tốc độ quay cực đại cho phép
+ j =2 kgm

51,2
I
M
KI.KM
dm
dm
===
.
Vậy ta có:
12,0
248
39,75.51,2220
=

=

=
dm
u
u
I
EU
r
()
Để công việc tính toán đợc dễ dàng nên ta coi hai động cơ khi đợc ghép
cứng vói nhau tạo thành một động cơ có các thông số sau :
U
đm
= 440 V
I

248
10.6,39
I
L
3
dm
kt
==

=

Vì động cơ có hai đôi cực và hai động cơ đợc ghép với nhau nên điện cảm
của cuộn kích từ là
L
kt
= 0.16.p.2 = 0.64mH
Xác định dải mô men cản của tải ( coi xe có 4 số tiến và 1 số lùi )
- 7 -
Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học
Trờng hợp 1:Xe chạy với tốc độ lớn nhất và tải trọng là max.
Tỉ số truyền :
6,1
455
720
/
/
===
xenb
cnd
i

6,7317,900
7,86,47
6,731
7,8


=


M

-8,7 = 0,23.M 168,3 (1)
Khi xe chạy không tải và giả thiết ở số 1 có tốc độ max là 25km/h
Với tốc độ là 25km/h thì tơng ứng tốc độ của bánh xe là
n
bxe
= 190vg/ph .Từ đó ta có tỉ số truyền i = n
đc
/n
bxe
= 720/455 =1,6
Tơng tự ta có bảng quan hệ sau:
v v
min
v
max
M
c
413 70




=
vơi k = 5 nên ta có
II .05,08,87
5
24,0
5
440
==

Phơng trình đặc tính cơ :
Vậy ta có:
M
k
Ru
k
Uu
.
2)(


=
0095,06,87M.
25
24,0
5
440
==
(M)

==


Dải điều chỉnh điện áp:
30
440
U
U
min
max
=
- 9 -
Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học
Phần 3
Chọn phơng án truyền động
Để điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ nối tiếp ta có một số cách sau:
1.Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ ta có bộ chỉnh điện áp
U
đ/c
=U=.U
N
- Hệ số tỷ lệ
ở chế độ xác lập ta có
C.K
R
I.C.K
U
u
=
C.K

đk
)
ta thấy tốc độ lớn nhất bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản ứng =1 .Vậy khi thay
đổi ta có các đờng cong song song

và tốc độ nhỏ nhất giới hạn bởi sai số tốc độ và mômen khởi động.
2. Điều chỉnh từ thông động cơ( cách này ít dùng).
- 10 -

1
<
0

0
I,M

2
<
1

0
=1
Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học
3. Điều chỉnh tốc độ bằng điện trở phụ từ trên thêm điện trở phụ vào
mạch phần ứng

CK

- Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc máy
khuếch đai (KĐM).
- Bộ biến đổi điện từ: khuếch đại từ (KĐT)
- Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn : chỉnh lu Thyristor (CLT)
- Bộ biến đổi xung áp một chiều Thyristor và tranzitor (BBĐKA)
Tơng ứng sử dụng các bộ biến đổi có các hệ truyền động:
- Hệ truyền động máy phát động cơ (F - Đ)
- Hệ truyền động máy khuếch đại - động cơ (MĐKĐ - Đ)
- Hệ truyền động máy phát từ - động cơ ( LĐT - Đ)
- Hệ truyền động chỉnh lu Thyristor - động cơ (T - Đ)
- 11 -
I , M
R
f0
= 0
R
f2
>R
f1
0

R
f1
>R
f0
ĐC
U

R
f

- 12 -
0
I
min
I
max
0 t
đ
T
U

S R L
U
N
D U
đ/c
ĐC
Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học
Với cách truyền động này ta có 2 sơ đồ dùng Thyristor và Tranristor Sơ đồ dùng Thyristor Sơ đồ dùng Tranristor
Do dòng định mức động cơ khá lớn và khi động cơ khởi động thì dòng rất lớn.
Vậy để sử dụng trong trờng hợp này ta sử dụng loại sơ đồ dùng Thyristor.
- 13 -
D L D
0

là Thyristor chính, T
2
là Thyristor
phụ diều khiển đóng mở điện áp của tụ vào các cực của T
1
tạo ra mạch khoá c-
ỡng bức, cuộn dây L cần thiết để đảm bảo đúng cực tính của tụ C. Ngay cả khi
nguồn một chiều đợc nối vào thì vẫn đảm bảo không có bất cứ dòng điện nào
chạy qua cả vì cả 2 Thyristor đều đang khoá. Để mạch làm việc một cách hợp lý
đầu tiên cần nạp cho tụ điện C bằng cách mồi Thyristor T
2
. Khi đó có mạch đơn
giản sau:

Dòng tải giảm theo hàm mũ từ giá trị đầu U
N
/R
Ư
. Sau một khoảng thời
gian lý tởng tụ điện C đợc nạp tới điện áp U
N
của nguồn, nhng trong thực tế khi
dòng điện tải giảm dới mức duy trì của Thyristor thì dòng điện ngừng.
Khi ta nối Thyristor T
1
làm cho nguồn nối với tải ta có sơ đồ tơng đơng:- 14 -
C

1
ta chỉ cần phát xung mở T
2
,Thyristor này sẽ mở điện
áp giữa hai bản cực của tụ C đợc đặt T
1
khiến T
1
bị khoá lại, điện áp trên tải bằng
không.
Đồng thời tụ C đợc nạp vào lại theo đờng từ nguồn qua T
2
và qua tải nh
giai đoạn đầu. Thời gian để điện áp trên tụ giảm đi từ giá trị ban đầu về đến giá
trị 0 chính là khoảng thời gian Thyristor T
1
chịu điện áp ngợc tơng ứng đây cũng
là khoảng thời gian phục hồi cho van.
Xét quá trình dòng tải liên tục: (là giai đoạn T
1
đợc mở ).
theo phơng pháp toán tử Laplaxơ ta có :
Điện áp trên tải :
)1(
)(
)(
0
00
pt
pt


ì

ì
ì

=
1
i
Trong đó : t
0
là thời gian mở Thyristor T
1
.
T thời gian một chu kỳ đóng mở.

u
u
u
R
L
T =

uu
T
t
T
T
ebea
0


+
=
Dòng điện tải:
u
Tt
u
N
u
u
e
a
b
R
U
R
E
ti
/
1
1
2
.
1
1
1
.)(




u
ut
t
R
EU
R
EU
I

=

=


Độ đập mạch dòng điện:
1
11
1
1
minmax
1
).1)(1(
.
a
bab
R
E
III
u
u

- Dòng qua Thyristor:

















=
==


1
1
1
1
0
1
0
1

)1).(1(

1
11
1
1

+


==

u
uu
u
N
TtD
R
E
a
bab
T
T
R
U
III
Chế độ dòng điện gián đoạn:
Chế độ này xuất hiện khi tải của động cơ quá nhỏ hoặc khi giai đoạn dẫn của
Thyristor (t
0

-Giai đoạn 0 t
0
có i
1
(0)=0 nên dới tác động của 2 nguồn E
Ư+
và U
N
ta có:
)1.()(
/
1
u
Tt
u
uN
e
R
EU
ti



=
-Dòng điện cực đại I
max
)1.(
/
1max
0

Tt
u
d
Tt
m
e
R
E
eIti

=
Dịch trục toạ độ sang vị trí t
0
để có i2(0)=I
m
. ta có trị số trung bình của điện áp :
uNuN
T
t
u
t
Nt
E
T
t
UE
T
tT
U
T









+=

)1.(1.
1
111
b
R
EU
bLTt
u
uN
nu
-Dòng trung bình qua tải:
{ }
R
E
T
t
R
U
RT
EtUt

t
T
I
I
t
t
n
n
t
=
Đặc tính cơ dạng tơng tự với đặc tính của phơng pháp điều chỉng tốc độ
dùng biến trở phần ứng
Ta cần xác định vùng gián đoạn khi điều chỉnh XA-Đ,chọn tần số đóng cắt của
van f=250 Hz hay T=0,004s
- 17 -
Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học
)(032,0
24,0
10.64,7
3
s
R
L
T
u
u
u
===

Dựa vào phần 2 khi xác định t1 thì biên liên tục của dòng điện trung bình tải:

I I
tblt
I
Để xác định coi nh tuyến tính hoá đặc tính cơ,điện của động cơ kích từ nối tiếp
có dạng:













=





=
M
)K(
R
K
.U

KU
R
I




+
=
/12
1
( )
( )

1,6A 210,0222-0,022
2.0,022
600

212
2
max
=++=
++=


N
blt
U
I
I

N
= 600 V ta có dòng chọn cho van:
Trong đó : : hệ số khởi động
I
tb
=I
d
/ 3
K
LM
: hệ số làm mát, K
LM
= (0,3 ữ 0,5)
Nh vậy
Thời gian khoá thờng từ 10às ữ 50às chọn t
off
= 40às
- 19 -
LM
tb
V
K
I
I
.

=
VUU
AI
NV

3A 10V
150A/às 200V/às
b) Chọn tụ điện:
Trong một chu kì làm việc của bộ biến đổi ,tụ điện C sẽ thực hiện nạp phóng một
lần, để hỗ trợ cho các Thyristor T1 và T2 trong mạch đóng mở đợc tin cậy và
chính xác trong suốt dải điều chỉnh tốc độ động cơ,tụ C yêu cầu:
+ Phải đặt đợc điện áp ngợc đủ lớn lên các Thyristor cần khoá.
+ Khi đã kết thúc quá trình khoá T1 hoặc mở T2 thì điện áp trên tụ cha
giảm về không mà còn tồn taị một lợng điện áp d đủ nhỏ nào đó.
Với các giả thiết :
- Điện áp nạp thuận của tụ ở thời điểm ban đầu(t=0)là:
U
Co
=0,9.U
N
= 0,9.600=540 V
- Trong khoảng thời gian khoá T1 và T2 mở tơng ứng tụ điện C sẽ phóng đi
một lợng điện áp là U
cf
= 0,8.U
N
Khi đó U
c
=0,9.U
N
0,8.U
N
= 0,1.U
N
, mặt khác ta có:

N
offdm
à
21
600.8,0
10.40.248
.8,0
.
6
===

V
C
L
UU
NC
1076
10.21
10.100
600
6
6
=+=
+=



mH
I
U

0
:
D
0
dùng để hoàn năng lợng, ta có dòng trung bình qua nó là:
Hệ số an toàn là 1,2 I
D 0
=1,2.66 = 79,2 A, vậy chọn điốt D
0
là loại BYX42 có
I
max
=12,5 A, U= 600 V.
- 21 -
A 66248
600
440
1).1(
0
=






==
tD
II




=
.
.
K
IRU
u

Do động cơ một chiều nối tiếp I
kt
=I=I và quan hệ =C.I ;C:hằng số
CK
R
CKI
U
KIC
IRU

.
=

=

và mô men
M=K..I=K.C.I
2
(3)
Trong mạch phần ứng động cơ có ảnh hởng của cuộn kích từ
U(p)=R.I(p)+R

M(p)-M
c
(p)=J.p. (5)
J:mô men quán tính đa các phần chuyền động quy đổi về trục động cơ
- 22 -
Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học
Từ (1),(2),(3),(4),(5) xây dựng đợc sơ đồ cấu trúc của động cơ.
Từ các phơng trình trên thành lập đợc sơ đồ cấu trúc của dộng cơ một
chiều
Thấy sơ đồ cấu trúc này phi tuyến mạnh trong tính toán ứng dụng ta mô
hình tuyến tính hoá quanh điểm làm việc .Chọn điểm làm việc ổn định tuyến tính
hoá đặc tính từ hoá và đặc tính mô men tải nh sau
Ta có
oo
I
K
I
K
,


=

oo
M
c
M
B
,


o
+I(p)]+K[
o
+(p)].[
B
+(p)]

o
+(p)=C[I
o
+I(p)]
Phơng trình chuyển động cơ học :
K[
o
+(p)]. [I
o
+I(p)]-[M
B
+M
c
(p)]=J.p.[
B
+(p)]
Bỏ qua các vô cùng bé bậc cao từ các phơng trình trên ta có
- 23 -

M
c
M
K

∆U
pT
R
u
.1
1
+
Kφ
KI
0
Kω
B
Kφ
0
pJ.
1
C
B
Nguyễn Quang Tạo Đồ án môn học
2.Thiết kế hệ điều chỉnh
Khi thiết kế hệ điều chỉnh tự động truyền động điện cần phải đảm bảo hệ
thực hiện đợc tất cả các yêu cầu đặt ra,đó là các yêu cầu về công nghệ,các chỉ
tiêu chất lợng,các yêu cầu về kinh tế.
Độ ổn định và độ chính xác của hệ điều chỉnh là hai chỉ tiêu kỹ thuật quan
trọng nhất của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện.Độ chính xác đợc
đánh giá dựa trên cơ sở phân tích các sai lệch điều chỉnh, các sai lệch này phụ
thuộc vào nhiều yếu tố.Sự biến thiên của các tín hiệu gây ra các sai lệch không
thể tránh đợc trong quá trình quá độ và cũng có thể gây ra sai lệch trong chế xác
lập.Trên cơ sở phân tich các sai lệch điều chỉnh ta có thể chọn đợc các bộ điêù
chỉnh,các mạch bù thích hợp để nâng cao độ chính xác của hệ điều chỉnh

C
R

S
0
S
0I
R
I