Mục Lục
10
Hình 1.1. S ng c m t chi uơ đồ độ ơ ộ ề 10
1.2.3. c tính c c a ng c i n m t chi uĐặ ơ ủ độ ơ đ ệ ộ ề 10
3- nh hẢ ư ng c a các thong s i v i ng c i n m t chi u.ở ủ ốđố ớ độ ơ đ ệ ộ ề 14
a nh hẢ ư ng c a i n tr ph n ng Rở ủ đ ệ ở ầ ứ 15
b. nh h ng t thong kích tẢ ươ ừ ừ 15
c. nh hẢ ng c a i n áp ph n ngưở ủ đ ệ ầ ứ 16
LỜI NÓI ĐẦU
Trang bị điện điện tử cho máy công nghiệp dung chung là một môn học
đã được đưa vào giảng dạy đối với sinh viên ngành điện tự động ở hầu hết
các trường đại học trên cả nước. Với môn học này sinh viên sẽ được trang bị
một cách tổng quát những kiến thức cơ sở về trang thiết bị máy móc, cơ cấu
được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đồng thời các kiến thức cơ sở và
chuyên ngành cũng được hệ thống lại một cách tổng quát và chuyên sâu điều
này là rất cần thiết và hưu ích giúp cho sinh viên có thể có được những hình
dung căn bản về các hệ thống dây chuyền công nghệ trong công nghiệp tạo
điều kiện thuận lợi cho việc học tập và sau này khi ra ngoài thực tế sản xuất.
Trong thiết kế môn học “Nghiên cứu tổng quan về truyền động điện dây
chuyền tráng nhựa. Mô phỏng truyền động điện cho động cơ một chiều
1
truyền động chính ” cũng không nằm ngoài mục đích trên. Dưới sự hướng
dẫn của thầy giáo PHẠM VĂN TOÀN và sự giúp đỡ của bạn bè em đã cố
gắng hết sức để hoàn thành các nhiệm vụ được giao trong đề tài. Không thể
tránh khỏi những thiếu sót và nhầm lẫn, rất mong nhận được sự chỉ bảo tận
tình của thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn.
Trong phạm vi đề tài này gồm có 3 nhiệm vụ chính cần hoàn thành :
1. Tổng quan về truyền động điện cho dây chuyền tráng nhựa.
2. Thành lập mô hình toán của hệ thống truyền động chính.
3. Mô phỏng hệ thống và đánh giá kết quả mô phỏng.
CHƯƠNG 1

Bơm hút trên không là một động cơ ba pha xoawy chiều, nhằm tạo ra
chân không để hút hạt nhựa từ thùng chứa xilô, sau đó cung cấp cho toàn bộ
phận đùn nhựa. Tại đây hạt nhựa được gia nhiệt thành nhựa nóng chảy và
được đùn ra miệng đùn nhờ một vít xoắn nằm trong khuôn đùn. Động cơ
chính máy đùn là động cơ một chiều kích từ độc lập, được điều chỉnh bằng
cầu chỉnh lưu tiristo. Để thay đổi tốc độ động cơ này có thể điều chỉnh các
chiết áp trên bàn chỉ báo, từ đó thay đổi các góc mở của các tiristo. Mặt khác
có thể thay đổi dòng kích từ của động cơ nhờ thay đổi bộ điều khiển kích từ,
là một cầu chỉnh lưu điốt. Động cơ chính máy đùn có nhiệm vụ truyền
động cho vít xoắn, để đẩy nhiên liệu nóng chảy ra miệng đùn tạo thành
3
màng mỏng. Ấn nút khởi động động cơ đưa khuôn đùn vào vị trí làm việc để
chuẩn bị cho quá trình tráng làm việc. Khi chất lượng nhựa đùn ra đã đảm
bảo được yêu cầu về chất lượng, thì ấn nút khởi động động cơ truyền động
cho quả lô tráng. Động cơ truyền động cho quả lô tráng là động cơ một chiều
kích từ độc lâp, có nguyên lý làm việc giống động cơ chính máy đùn. Tốc độ
của động cơ chính máy đùn và động cơ truyền động cho quả lỗ tráng được
điều chỉnh đồng bộ với nhau nhờ các triết áp trên bàn chỉ báo. Sau khi quả lô
tráng quay với tốc độ nhất định, thì ấn nút khởi động ép quả lô cao su vào
quả lô tráng vào sản phẩm dưới áp suất của khí nén. Vải sau khi tráng sẽ
được cắt hai bên viền xén thừa để đảm bảo kích thước quy định. Cuộn vải
sau khi tráng sẽ được dẫn ra đầu cuộn để cuộn lại bằng hình thức cuộn bề
mặt. Khi cuộn vải đã đủ kích thước cần thiết ta tự động cắt ra, cuộn vải được
cắt từ từ hạ xuống bằng cánh tay đòn. Trong khi máy cắt vẫn hoạt động bình
thường, đoạn vải mới được tráng ra sẽ được cuộn vào quả lô dự trữ được đặt
sẵn ở phía trên. Sau khi cuộn vải dự trữ đã đạt kích thước đủ lớn sẽ tự động
chuyển xuống cánh tay đòn bắt đầu hình thành một cuộn vải lớn.
Để điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập, người ta sử dụng các
bộ điều khiển bằng điện tử. Phương pháp được sử dụng để điều khiển tốc độ
được sử dụng đó là phương pháp thay đổi điện áp vào phần ứng thay đổi

kích từ băng nam châm điện).
- mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc,thép đặc )
- Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được
làm bằng dây điện từ (êmay).Các cuộn dây điện từ nay được nối tiếp vơi
5
nhau.
a- Cực từ chính:
Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ
lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện
hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ
có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông.
Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây
đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt
trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối
tiếp với nhau.
b- Cực từ phụ:
Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi
chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực
từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ
phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
c- Gông từ:
Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong
máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng
gang làm vỏ máy.
d- Các bộ phận khác.
Bao gồm:
- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng
dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và
6

máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp
vào trục. Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng
giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
b- Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện
chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.
Trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện
tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây
quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm
để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit.
c- Cổ góp:
Dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm
nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4
đến 1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình
ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng
mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử
dây quấn và các phiến góp được dễ dàng.
1.2.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
8
Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng .
- Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ đẻ sinh ra từ thông kích
từ
- Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai
cổ góp của phần ứng .
Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần
ứng có điện .Các thanh dẫn co dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác
dụng làm rôt quay .Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái
Khi phần ứng quay được nửa vòng ,vị trí các thanh dẫn đổi chỗ

Lâi thÐp
Chổi than
Trục
Cổ gop
mạch roto Hình 1.1. Sơ đồ động cơ một chiều
1.2.3. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
Nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi
khi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động
cơ gọi là động cơ kích từ song song.
*Sơ đồ nguyên lí:

§
CKT
R
kt
U
ö
I
kt
I
R
f

§
R
f
R

Đặc tính cơ được biểu thị bằng mối quan hệ giữa tốc độ quay và
mômen n = f(M).
10
Theo sơ đồ H.1.2 va H.1.3, có thể viết phương trình cân bằng điện áp
như sau:
U

= E

+ (R +R
f
)I ( 1.1)
Trong đo: +U :điện áp phần ứng, V
+E :sức điện động phần ứng, V
+R :điện trở phần ứng, Ù
+R
f
:điện trở trong mạch phần ứng, Ù
+I :dòng điện mạch phần ứng, A.
Mặt khác, sức điện động phần ứng động cơ đợc xác định theo biểu thức
sau:
E

=
a
pN
Π2
Fw ( 1.2)
Trong đó:
+p : số đôi cực từ chính

ΦK
M
dt
Phương trình đặc tính cơ:
ω
= f(M)

ω
= - M
đt
(1.5)
11
Dạng đồ thị:
Điện áp phần ứng đợc bù đủ, từ thông
φ
= const, thì phương trình đặc
tính cơ (điện) là tuyến tính. Đồ thị là những đường thẳng.

M
M
c
M
nm


®m

0

0

= I
nm
,
Và M =

K
φ
I
nm
,
I
nm
, M
nm
gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch
Phương trình đặc tính (1.5) được viết ở dạng:

ω
=
ω
0
–
ω
∆
(1.6)
(
ω
∆
= M
đt

=ω

- Phương trình đặc tính cơ điện:

u
I'.k.k
U
=ω

Trong đó : k’ : hệ số tỉ lệ
Sơ đồ nguyên lý:
13
U
R
f
§
CKT
Ikt
Hình 1.7. Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

Dạng đồ thị :
M
c
M


®m


®m

ư
= U
đm
= const;
φ
=
φ
đm
= const
=>
ω
0
= const
Độ cứng
β
= var


0
M
M
®m
R
f1
R
f2
R
f3
R
4

nm
và M
nm
cũng giảm.
Do vậy, ta sử dụng phương pháp này để hạn chế dũng điện và điều
chỉnh tốc độ động cơ dưới tốc độ cơ bản.
b. Ảnh hương từ thong kích từ
15
0
M
M
®m

2

0

0

2

1

1

®m

φ
đm
<

tăng dẫn đến õ giảm. Do đó, đường đặc tính
cơ mềm đi.Vậy khi giảm từ thụng ễ thỡ tốc độ động cơ tăng lên
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:
Dòng điện ngắn mạch I
nm
= var
Mômen ngắn mạch M
nm
= K.I
nm
.
φ
= var.
c. Ảnh hưởng của điện áp phần ứng
M
®m
M
U
®m
U
1
U
2
U
3
0


0


= const
Hình 1.12. Đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ở những điện
áp trên phần ứng khác nhau
16
Nhận xét :
Khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ (giảm điện áp phần ứng)
ta được một họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên. Khi tăng điện
áp phần ứng, động cơ sẽ dễ bị cháy.
Khi giảm U
đc
< U
đcđm
thỡ I
nm
, M
nm
giảm và tốc độ động cơ cũng giảm với
một phụ tải nhất định (M
đc
=const).
Công suất P
đ
tỷ lệ với tốc độ không tải w
đ
giảm
Tốc độ không tải giảm:
ω
0
=
dm

dòng điện kích từ là không đổi. Việc tự động điều khiển tốc độ động cơ
được thực hiện bằng hai mạch vòng: Mạch vòng tộc đô và mạch vòng dòng
điện.
18
19
AM
20
Hỡnh 2.1 S chc nng b iu khin BDK
2- Nguyờn lý lm vic
Tc t trc n
D
c ly t trit ỏp trờn iu khin.
Cun dõy kớch t ca ng c c cp ngun t xoay chiu 1 pha,
qua mt b chnh lu cu khụng diu khin (cu chnh lu it). Phn ng
ca ng c c cp ngun t ngun xoay chiu 3 pha, qua cu chnh lu 3
pha cú iu khin gm cú 6 tiristo. B bin i cú o chiu t nhiờn ny cú
nhim v nhn in xoay chiu 3 pha, bin i thnh ngun 1 chiu cp cho
phn ng ca ng c.
ng c mt chiu lai mỏy phỏt tc a v lm phn hi õm tc .
Khi s dng khõu phn hi trong h thng iu chnh tc , thỡ c tớnh c
ng U
G
= k.n
Phản hồi tốc độ một chiều lại máy phát tốc độ thì phản hồi âm tốc độ.
Khi sử dụng khâu phản hồi trong hệ thống điều chỉnh tốc độ, thì đặc tính cơ
của động U
G
= k.n
Phản hồi tốc độ do máy phát tốc đa về thì phản hồi âm tốc độ. Khi sử
dụng khâu phản hồi trong điều chỉnh tốc độ, thì đặc tính cơ bản của động cơ

- 180
0
và điện áp trung bình sau chỉnh lu U
đTB
= 0 khi
= 90
0
và đổi dấu khi = 90
0
.
3.Quá trình điều khiển tốc độ
a. Mạch vòng tốc độ
Tốc độ đặt lấy từ chiết áp trên bàn điều khiển, đợc đa qua khâu khuyếch
đại và so sánh với tốc độ thực của động cơ do máy phát tốc đa về.
Nếu n
D
= n
TT
thì n = n
D
- n
TT
= 0, không có tín hiệu điều khiển qua các
khâu tiếp theo và động cơ làm việc ổn định ở tốc độ này.
Nếu n
D
> n
TT
thì n = n
D

mở các tiristo muộn hơn ứng với góc . Do các điện áp phần ứng của động
cơ giảm, kéo theo sự giảm của tốc độ đến khi bằng tốc độ đặt thì hệ thống
điều khiển dừng lại.
b. Mạch vòng dũng điện
Do mạch vòng tốc độ có các sai lệch một cách liên tục và thay đổi tốc
độ một cách đột ngột sẽ dẫn đến sự nhảy vọt của dòng điện phản ứng gây
ảnh hởng xấu tới các tiristo.
22
Vì vậy để tự động hạn chế dòng điện, ta sử dụng mạch phản hồi dòng.
Tín hiệu đầu ra của bộ khuyếch đại A1 sẽ đợc so sánh với tín hiệu phản hồi
dòng điện lấy từ dòng tải của động cơ. Chênh lệch giữa hai tín hiệu này cấp
cho đầu vào của bộ khuyếch đại A2. Đầu ra của bộ khuyếch đại A2 bị giới
hạn.
Mạch phản hồi dòng có phần tử cảm biến dòng một chiềt, để đo dòng
điện phản ứng của động cơ. Dòng tải của động cơ đợc lấy trớc bộ chỉnh lu
sau đó và chỉnh lu thành dòng một chiều, đa về so sánh với tín hiệu ra sau bộ
giới hạn dòng.
Hỡnh 2.2: Mch vũng dũng in v mch vũng tc .
Bộ giới hạn dòng thực chất là bộ khuyếch đại có đầu ra bị giới hạn. Do
vậy nên tín hiệu tải đợc hạn chế ở trị số lớn nhất do bộ khuyếch đại A1 quyết
định. Nếu tín hiệu tải tăng và có xu hớng vợt quá giá trị lớn nhất, thì tín hiệu
sai lệch có xu hớng giảm xuống. Do đó tín hiệu điều khiển ( tín hiệu sai
lệch) tác động vào các bộ điều khiển cũng giảm. Dẫn đến tín hiệu điều khiển
phát xung mở tiristo giảm, tơng ứng với tiristo mở trễ hơn ( góc mở


).
Tín hiệu đầu ra của bộ chỉnh lu giảm kéo theo sự giảm dòng tải của động cơ.
Nh vy trong hn ch dũng in, khi dũng ti ln, phn hi dũng in
a v s ln hn do ú lm gim in ỏp iu khin v tng gúc m cỏc

điều khiển giảm từ thông kích từ khi có tốc độ vượt quá giới hạn
(n>1800v/p). Hệ thống truyền động tiristo - động cơ được thực hiện theo hệ
thống kín. Mạch động lực của động cơ được cấp nguồn 380V từ biến áp
động lực, đưa đến bộ biến đổi để chỉnh lưu thành dòng một chiều cấp cho
phần ứng của động cơ. Điện áp điều khiển sẽ được cấp tới phần tử điều
khiển, bộ đảo logic sẽ khống chế cho phép bộ biến đổi MR1 và MR2 hoạt
động. Động cơ xoay vòng dòng điện có nhiệm vụ giảm dòng phần ứng khi
tải tăng để bảo vệ cho các tiristo và cho toàn hệ thống.
2-Nguyên tắc điều chỉnh tốc độ
Để điều chỉnh tốc độ động cơ trong quá trình khởi động làm việc và
hãm theo yêu cầu của phụ tải, ta phải điều chỉnh theo 2 vùng.
Trong vùng tốc độ thấp n < n
Gb
= 1800v/p thì tiến hành điều chỉnh điện
áp phần ứng với mô men trên trục động cơ không đổỉ. Do đó lực kéo cũng
thay đổi ( M=const, P = var).
Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập:
24

M
kk
R
k
U
n
ME
A
E
A

= const do I
A
=
I
dm
= const
Cống suất động cơ: P =
9650
.nM
Do đó P cũng thay đổi theo quan hệ bậc nhất với tốc độ P = f(n). Vậy
khi thay đổi tốc độ trong vùng tốc độ thấp, thì tiến hành điều chỉnh điện áp
đặt vào phần ứng khi mômen thay đổi. Hình vẽ trong vùng tốc độ thấp cho ta
thấy điện áp phần ứng U
A
tăng tuyến tính từ 0 đến định mức, còn I
A
và I
F
hầu
như không đổi và bằng giá trị định mức.
Trong vùng tốc độ cao (n
Gh
< n < n
max
) thì tiến hành điều chỉnh từ thông
kích từ
φ
khi P = const. Khi tốc độ tăng thì bắt buộc mômen phải giảm, để
đảm bảo P là không đổi. Tức là mômen và tốc độ tỉ lệ nghịch với nhau:
M = f(n

=
9650
c
= const (2.3)
Do đó đường đặc tính mômen trong vùng tốc độ này có dạng hình
hypebol.
3.Qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn tèc ®é
a. Mạch vòng tốc độ
Tốc độ đặt trước lấy từ triết áp trên bàn điều khiển. Tín hiệu này được
qua khâu khuyếch đại rồi qua khâu tích phân, nhằm mục đích để giảm các
sai số và tăng độ chính xác điều chỉnh. Tín hiệu đưa vào khâu phân tích sẽ
được khuyếch đại và tín hiệu ra bị giới hạn ở giá trị max.
Tốc độ quay thực tế của động cơ được đo bởi máy phát tốc và phản hồi
về dưới dạng phản hồi âm điện áp, để so sánh với tốc độ đặt.
25