Lời cam đoan!
Em xin cam đoan đề tài tốt nghiệp này là do em tự thiết kế dới sự hớng
dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Địch. Các kết quả và số liệu trong đề tài là
hoàn toàn trung thực.
Để hoàn thành bản đồ án này, em chỉ sử dụng những tài liệu tham khảo
đã đợc ghi trong bảng các tài liệu tham khảo, không sử dụng các tài liệu khác
mà không đợc liệt kê ở phần tài liệu tham khảo.

1
MụC LụC
lời nói đầu
ChơngI : Tìm hiểu chung về động cơ điện một chiều 2
1.1Khái niệm chung 2
1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 2
1.2.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều 2
1.2.1 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 6
1.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 6
ChơngII : Tìm hiểu hệ truyền động cho động cơ điện một chiều 10
2.1 Điều chỉnh tốc độ cho động cơ điện một chiều 10
2.1.1Nguyên lý điều khiển điện áp phần ứng 10
2.1.2 Nguyên lý điều chỉnh từ thông 15
2.2 Lựa chọn mạch lực cho truyền động động cơ điện một
chiều có đảo chiều quay 17
2.2.1 Truyền động T-Đ có đảo chiều điều khiển riêng 19
2.2.2 Truyền động T-Đ có đảo chiều điều khiển chung 22
2.3 Tìm hiểu sơ đồ mạch chỉnh lu 3 pha 27
2.3.1 sơ đồ 3 pha có điều khiển 27
2.3.2 Tính chọn van động lực 29
Chơng3 : Tìm hiểu về MentorII 32
3.1 Giới thiệu về MentorII 32
3.1.1 Nguồn cung cấp 32

4.1 đặt vấn đề 78
4.2 Phần mền MentorISoft của MentorII 78

3
lờI NóI Đầu
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của nền khoa học kỹ thuật đã tạo ra
những thành tựu to lớn .Trong đó ngành tự động hóa cũng góp phần không
nhỏ vào thành công đó . Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất
nớc, có thể nói một trong những tiêu chí để đánh giá sự phát triển kinh tế
của mỗi quốc gia là mức độ tự động hoá trong các quá trình sản xuất mà tr-
ớc hết đó là năng suất sản xuất và chất lợng sản phẩm làm ra. Sự phát triển
rất nhanh chóng của máy tính điện tử , công nghệ thông tin và những thành
tựu của lý thuyết Điều khiển tự động đã làm cở sở và hỗ trợ cho sự phát
triển tơng xứng của lĩnh vực tự động hoá.
ở nớc ta mặc dầu là một nớc chậm phát triển, nhng những năm gần đây
cùng với những đòi hỏi của sản xuất cũng nh sự hội nhập vào nền kinh tế
thế giới thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mà đặc biệt là sự tự
động hoá các quá trình sản xuất đã có bớc phát triển mới tạo ra sản phẩm có
hàm lợng chất xám cao tiến tới hình thành một nền kinh tế tri thức.
Một trong những vấn đề quan trọng trong cácdây truyền tự động hoá sản
xuất hiện đại là việc điều chỉnh tốc độ động cơ .Từ trớc đến nay, động cơ
một chiều vẫn luôn là loại động cơ đợc sử dụng rộng rãi kể cả trong những
hệ thống yêu cầu cao .Có nhiều phơng pháp điều chỉnh điều chỉnh tốc độ
động cơ một chiều ví dụ nh : thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động ,thay
đổi từ thông ,thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng .Dựa vào các phơng
pháp đó có nhiều các sản phẩm ra đời phụ tự động điều chỉnh tốc độ động
cơ một chiều . Một ví dụ tiêu biểu là MentorII của Control techniques.
MentorII có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có đảo
chiều quay.
MentorII đợc điều khiển bởi phần mềm MentorSoft là một phần mền khá

Cần chú ý rằng ở động cơ kích thích độc lập I=

I; ở động cơ kích thích song
song và hỗn hợp I = I + I
t
; ở động cơ điện kích thích nối tiếp I = I

= I
t
.
Trên thực tế, đặc tính cơ của động cơ kích thích độc lập và kích thích song
song hầu nh giống nhau nhng khi cần công suất lớn ngừơi ta thờng dùng động
cơ điện kích thích độc lập để điều chỉnh dòng điện kích thích đợc thuận lợi và
kinh tế hơn mặc dù loại động cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên
ngoài. Ngoài ra, khác với trờng hợp máy phát kích thích nối tiếp, động cơ điện
nối tiếp đợc dùng rất nhiều, chủ yếu trong ngành kéo tải bằng điện.
1. 2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc.
1. 2.1Cấu tạo của động cơ điện một chiều.
Kết cấu chủ yếu của động cơ điện một chiều nh hình vẽ 1.1 và có thể chia
làm hai phần chính là phần tĩnh và phần quay.
Các thành phần :
Bearing : Vòng bi
Commutator : Cổ góp
Armature core : Cuộn dây phần ứng
Shaft : Trục quay.
Magnet :Nam châm

6
Cổ góp
Nam châm

Gồm có những bộ phận sau:
Lõi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ. Thờng dùng những tấm thép kỹ thuật
điện (thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt
lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng
rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Trong những máy cỡ trung trở lên,
ngời ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo đợc
những lỗ thông gió dọc trục.

8
Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo rôto.
Trong những máy điện hơi lớn thì lõi sắt thờng đợc chia làm từng đoạn nhỏ.
Giữa các đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi máy
làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt. Trong máy điện
nhỏ lõi sắt phần ứng đợc ép trực tiếp vào trục. Trong máy 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 lợng rôto.
Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Dây
quấn phần ứng thờng làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện
nhỏ (công suất dới vài kilôoat ) thờng dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy
điện vừa và lớn, thờng dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn đợc cách
điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
Để tránh khi quay bị văng ra do sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè
chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakilit.
Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Kết cấu của
cổ góp gồm nhiều phiến đồng có duôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica

9
dày 0.4 đến 1.2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai
vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng
mica. Đuôi vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây

- điện trở phụ trong mạch phần ứng,
I- dòng điện mạch phần ứng, A
Với R = r + r
cf
+ r
b
+ r
ct
r - điện trở cuộn dây phần ứng
r
cf
- điện trở cuộn cực từ phụ
r
b
- điện trở cuộn bù
r
ct
- điện trở tiếp xúc của chổi điện
Sức điện động E của phần ứng động cơ đợc xác định theo biểu thức:
E =
a
pN

2
= K (1-2).
Trong đó: p số đôi cực từ chính
N số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng

U

u
-

K
RR
fu
+
I

(1-3).
Biểu thức (1-3) là phơng trình đặc tính cơ điện của động cơ
Mặt khác Mômen điện từ M
đt
của động cơ đợc xác định bởi:
M
đ
=KI (1-4).
Suy ra: I

=

K
M
dt
Thay giá trị I

vào (1-3) ta đợc:
=

K

fu
+
M (1-6).
đây là phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Giả thiết phản ứng đợc bù đủ, từ thông = const, thì các phơng trình đặc
tính cơ điện (1-3) và phơng trình đặc tính cơ (1-6) là tuyến tính. Đồ thị của
chúng đợc biểu diễn trên là những đờng thẳng hàng.

12
H×nh 1.4 §Æc tinh c¬ ®iÖn cña ®éng c¬ H×nh 1.5 §Æc tÝnh c¬ cña ®iÖn mét
chiÒu kÝch tõ ®éc lËp. ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch
tõ ®éc lËp
Ch¬ng 2: t×m hiÓu hÖ truyÒn ®éng cho
®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu.
I. §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu.

ω
M
®m

M
nm
M
ω
0
ω
®m
ω
0
ω

đk
. Vì là
nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở
trong R
b
và điện cảm L
b
khác 0.
Hình 2.1 Sơ đồ khối và sơ đồ thay thế ở chế độ xác lập.
ở chế độ xác lập có thể viết đợc phơng trình đặc tính của hệ thống nh sau:
E
b
+ E = I ( R
b
+ R
đ
)

14
Lk
U
đk
R
b
R
~đ
I
E
b
(U

không đổi, còn tốc độ không tải lý tởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều
khiển U
đk
của hệ thống, do đó có thể nói phơng pháp điều chỉnh này là triệt để.
Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống
bị chặn bởi đờng đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định
mức và từ thông cũng đợc giữ ở gía trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của giải điều
chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mômen khởi động. Khi
mômen tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

max
=
0 max
-

dm
M
( 2-2 ).

min
=
0 min
-

dm
M
Để thoã mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải
có mômen ngắn mạch là:
M
n.m min

1
1
.
1
max0
max0


=


M
dm
dm
M
dm
K
M
M
K
M




(2- 3).
Hình 2-2 Xác định phạm vi điều chỉnh.
Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị
0 max
, M


0 max


đk1

đk2
16
độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống hở nh
trên là không thoả mãn đợc.
Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền
động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính. Khi điều chỉnh điện áp phần ứng
thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn giải điều chỉnh là nh nhau, do đó độ sụt
tốc độ tơng đối sẽ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh.
Hay nói cách khác nếu đặc tính cơ thấp nhất của giải điều chỉnh mà sai số tốc
độ không vợt quá giá trị sai số tốc độ cho phép, thì hệ truyền động xẽ làm việc
với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh. Sai số t-
ơng đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là:
S =
min0min0
minmin0





=

S =
cp

đm
, M = M
đm
và các trục toạ độ. Tổn hao năng lợng chính là
tổn hao trong mạch phần ứng nếu bỏ qua các tổn hao không đổi trong hệ.
E
b
= E + I ( R
b
+ R
đ
)

17
I E
b
= I E + I
2
( R
b
+ R
đ
)
Nếu đặt R
b
+ R
đ
= R thì hiệu suất biến đổi năng lợng của hệ sẽ là:
=
( )

*
c
và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là M
*
=
(
*
)
x
thì:
=
( )
1


+
x
R


(2- 5).
Hình 2-3: Quan hệ giữa hiệu suất truyền động
và tốc độ với các loại tải khác nhau.
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là rất thích hợp
trong trờng hợp mômen tải là hằng số trong toàn giải điều chỉnh. Cũng thấy
rằng không nên nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng vì nh vậy sẽ làm
giảm đáng kể hiệu suất của hệ.

18
MM


+
+
( 2- 6 ).
trong đó: r
K
- điện trở đây quấn kích thích
r
b
- điện trở của nguồn điện áp kích thích

K
số vòng dây của dây quấn kích thích
Trong chế độ xác lập ta có hệ:
i
K
=
Kb
K
rr
e
+
; = f[i
K
]
Thờng khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng đợc giữ nguyên bằng
giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông
chính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông định mức và đợc gọi
là đặc tính cơ bản ( đôi khi chính là đặc tính cơ tự nhiên của động cơ ). Tốc độ
lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của

của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ
thuộc vào thông số kết cấu của máy điện:
= ci
K
=
K
Kb
e
rr
c
+
Nhận xét: Phơng pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi từ thông có thể
diều chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản n
cb
.
Phơng pháp này đợc dùng để điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn

20

dk
U

0
M
đm
M
max

E
+

Từ những u, nhợc điểm của hai phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều ta vừa xét ở trên thì ta thấy phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
điện một chiều bằng phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ là thích
hợp hơn.
2.2. Lựa chọn mạch lực cho truyền động động cơ điện một chiều có đảo
chiều quay.
Chọn truyền động Tiristo - động cơ điện một chiều (T- Đ) có đảo chiều
quay.
Do chỉnh lu tiristo dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển đợc khi mở,
còn khoá theo điện áp lới cho nên truyền động van thực hiện đảo chiều khó
khăn và phức tạp hơn truyền động máy phát động cơ. Cấu trúc mạch lực cũng
nh mạch điều khiển hệ truyền động T- Đ đảo chiều có yêu cầu đảo chiều cao và
có logic điều khiển chặt chẽ.
Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động (T- Đ) đảo chiều:
+ Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ động cơ.
+ Giữ nguyên chiều dòng điện kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng.
Trong thực tế, các sơ đồ truyền động (T- Đ) đảo chiều có nhiều song đều
thực hiện theo một trong hai nguyên tắc trên và đợc phân ra thành các loại sơ
đồ chính sau:
+ Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều bằng
công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng ( = const). Hệ này có u điểm dùng cho
công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp:

21
Hình 2- 4 Sơ đồ truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo
chiều bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng.
+ Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay
bằng đảo chiều dòng kích từ. Loại này dùng cho công suất lớn, ít thực hiện đảo
chiều:


đảo chiều đợc mô tả bằng đồ thị thời gian. Trong khoảng thời gian 0 ữ t
1
, BĐ1
làm việc ở chế độ chỉnh lu với góc
1
< /2 còn BĐ2 khoá. Tại t
1
phát lệnh đảo
chiều bởi i
Lđ
, góc điều khiển
1
tăng đột biến lớn hơn /2, dòng phần ứng giảm
dần về không, lúc này cắt xung điều khiển để khoá BĐ1, thời điểm t
2
đợc xác
định bởi cảm biến dòng điện không SI1. Trong khoảng thời gian trễ = t
3
ữ t
2
,
BĐ1 bị khoá hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu. Tại t
3
, s.đ.đ động cơ E
vẫn còn dơng, tín hiệu logic b
2
kích cho FX2 mở BĐ2 với góc
2
> /2 và sao
cho dòng điện phần ứng không vợt quá giá trị cho phép, động cơ đợc tái sinh,

, b
2
= 1 : khoá bộ phát xung FX1 (FX2).

24
LOG
FX2
FX1
+
-
1
α
U
i
u
i
2
α
U
1
α
L
i
1
L
i
2
2
α
I