Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 1 -
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống truyền động
Van - Động cơ với các yêu cầu cho
trước sử dụng bộ biến đổi chỉnh lưu có
điều khiển cầu 3 pha”
án truyền động điện
12
4 Phần III : Tính chọn một số thiết bị 76
5 Phần IV : Xây dựng đặc tính tĩnh và
kiểm tra chất lượng tĩnh
93
6 Phần V : Thuyết minh sơ đồ nguyên lý

101
7 Tài liệu tham khảo 104 Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 4 -

Với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo
hướng dẫn Đỗ Trung Hải và các thầy giáo trong bộ môn, đến nay đồ án
của em đã được hoàn thành.
Bản đồ án của em gồm hai phần chính :
Phần thuyết minh : gồm 5 phần :
1. Phân tích hệ truyền động với các mạch vòng phản hồi .
2. Phân tích và lựa chọn phương án truyền động điện.
3. Tính chọn một số thiết bị .
4. Xây dựng đặc tính tĩnh và kiểm tra chất lượng tĩnh
5. Thuyết minh sơ đồ nguyên lý .
Phần bản vẽ : gồm 3 bản vẽ khổ A
0

1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống.
2. Giản đồ dòng, điện áp trên mạch động lực và mạch điều khiển.
3. Đặc tính tĩnh hệ thống.
Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có
hạn, nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong
PHẦN I : PHÂN TÍCH HỆ TRUYỀN ĐỘNG VỚI CÁC
MẠCH VÒNG PHẢN HỒI
Như chúng ta đã biết với những hệ điều tốc điều khiển mạch vòng hở
, nếu không yêu cầu cao đối với chất lượng tĩnh và động thì nó cũng có thể
thực hiện điều tốc vô cấp trong một phạm vi nhất định. Tuy nhiên ngày nay
người ta thường ít sử dụng hệ hở bởi những nhược điểm của chúng là rất
lớn không thể đáp ứng được yêu cầu công nghệ , yêu cầu về chất lượng sản
phẩm . Để khắc phục điều đó người ta sử dụng hệ kín .
Theo lý thuyết điều khiển tự động , hệ thống điều tốc mạch vòng kín điều
khiển phản hồi là dựa vào độ chênh lệch của đại lượng bị điều khiển thực
hiện hệ thống điều khiển . Chỉ cần lượng điều khiển bị xuất hiện độ chênh
lệch là nó sẽ tự động tạo ra chức năng để cải chính độ chênh lệch . Lượng
giảm tốc độ quay chính là độ chênh lệch tốc độ quay do phụ tải gây ra.
Hiển nhiên hệ thống điều tốc mạch vòng kín càng có khả năng giảm mạnh
độ giảm vận tốc .
Sau đây ta sẽ xét đến cấu tạo của hệ thống điều tốc mạch vòng kín và
đặc tính tĩnh của nó.
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ








n
u
n
*
Như vậy quan hệ của các bộ phận cấu thành hệ thống điều tốc mạch vòng
kín có phản hồi âm tốc độ được thể hiện như sau :
- Khâu so sánh điện áp :
Un
n
U
Un
−
=
∆
*

- Bộ khuếch đại :
Un
Kp
Uet
∆
=
.

- Bộ chỉnh lưu và bộ phát xung :
Uet
Ks
Udo
.
=

=

Trong
đ
ó : Kp : h
ệ
s
ố
khu
ế
ch
đạ
i c
ủ
a b
ộ
khu
ế
ch
đạ
i .
Ks : h
ệ
s
ố
khu
ế
ch
đạ
i c

ươ
ng trình
đặ
c tính c
ơ
c
ủ
a h
ệ
kín
nh
ư
sau :
)1.(
.
)1(

)/ 1.(

**
KCe
RId
KCe
nUKsKp
CeKsKpCe
RIdnUKsKp
n
+
−
+

r
k
p
k
s
n
( - )
u
n
e
α
1/c
e
k
p
k
s
1/c
e
α
u
n
*
∆
u
n
u
n
( - )
n

ng h
ở
và kín ta th
ấ
y :
-
Đặ
c tính c
ơ
c
ủ
a h
ệ
th
ố
ng m
ạ
ch vòng kín c
ứ
ng h
ơ
n nhi
ề
u so v
ớ
i h
ệ

th
ố

ch vòng kín và m
ạ
ch vòng h
ở
có
cùng m
ộ
t giá tr
ị
n
0
thì sai s
ố
tr
ượ
t t
ĩ
nh c
ủ
a m
ạ
ch vòng kín s
ẽ
nh
ỏ
h
ơ
n
r
ấ

th
ố
ng m
ạ
ch vòng kín có
th
ể
m
ở
r
ấ
t r
ộ
ng ph
ạ
m vi
đ
i
ề
u t
ố
c .

Mu
ố
n rút ra ba
đ
i
ề
u

ng kín v
ớ
i m
ộ
t m
ạ
ch vòng ph
ả
n h
ồ
i . Ngày
nay h
ệ
th
ố
ng trang b
ị

đ
òi h
ỏ
i ch
ấ
t l
ượ
ng r
ấ
t cao vì v
ậ
y ng

ch
vòng ph
ả
n h
ồ
i .
Đ
i
ề
u khi
ể
n nhi
ề
u m
ạ
ch vòng là
đ
i
ề
u khi
ể
n h
ệ
th
ố
ng có t
ừ
hai m
ạ
ch vòng

bi
ế
n hi
ệ
n nay là s
ử
d
ụ
ng h
ệ
th
ố
ng ph
ả
n h
ồ
i v
ớ
i hai m
ạ
ch vòng
ph
ả
n h
ồ
i là âm t
ố
c
độ
và âm dòng.

c m
ộ
t quá trình có
dòng
đ
i
ệ
n không
đổ
i c
ự
c
đạ
i I
đm
. Theo quy lu
ậ
t
đ
i
ề
u khi
ể
n ph
ả
n h
ồ
i , dùng
ph
ả

ế
n , th
ế
thì dùng ph
ả
n h
ồ
i âm dòng
đ
i
ệ
n thì có th
ể
nh
ậ
n
đượ
c quá
trình dòng
đ
i
ệ
n g
ầ
n nh
ư
không
đổ
i . V
ấ

ồ
i âm t
ố
c
độ
. Sau khi
đạ
t t
ớ
i t
ố
c
độ
quay tr
ạ
ng thái
ổ
n
đị
nh, lúc
này yêu c
ầ
u l
ạ
i ch
ỉ
có ph
ả
n h
ồ

ồ
i
v
ừ
a c
ả
âm t
ố
c
độ
quay và c
ả
âm dòng
đ
i
ệ
n , l
ạ
i v
ừ
a có th
ể
làm cho chúng
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







n t
ố
c
độ
hai m
ạ
ch vòng kín chính là dùng
để
gi
ả
i quy
ế
t v
ấ
n
đề

này.
Có th
ể
xây d
ự
ng trên hai s
ơ

đồ
c
ấ
u trúc :
+ Có hai m

i
ề
u ch
ỉ
nh
độ
c l
ậ
p .
* Có hai mạch vòng phản hồi nhưng chỉ có một bộ điều chỉnh .

)(1. IInUU
cdv
∆
−
−
=
β
γ

Khi I<Ing =>
nUU
cdv
γ
−
=

Khi I>Ing =>
.InUU
cdv

độ
ng E
đ
c không l
ớ
n l
ắ
m sinh ra dòng
đ
i
ệ
n ch
ạ
y
trong
độ
ng c
ơ
(Id) sau
đ
ó t
ố
c
độ
t
ă
ng lên dòng có xu h
ướ
ng gi
ả

ơ
c
ứ
ng => I = I
đ
m
độ
ng c
ơ
làm vi
ệ
c xác
đị
nh .
K
bb®
K
k®
®
ft
r
s
−γ
n
−β
n
u
c®
u
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ

ố
c
độ
b
ằ
ng cách t
ă
ng ho
ặ
c gi
ả
m
Uc
đ
.
+ T
ă
ng t
ố
c : T
ă
ng Uc
đ
=> Uv t
ă
ng
N
ế
u t
ă

n h
ồ
i âm dòng
đ
i
ệ
n s
ẽ
tham
gia .
+ Gi
ả
m t
ố
c : Gi
ả
m Uc
đ

N
ế
u gi
ả
m
ở
m
ứ
c
độ
nh

n : N
ế
u b
ộ
bi
ế
n
đổ
i không có kh
ả
n
ă
ng d
ẫ
n dòng
theo hai chi
ề
u => hãm t
ự
do . N
ế
u b
ộ
bi
ế
n
đổ
i có kh
ả
n

+ T
ả
i t
ă
ng nh
ư
ng I<Ing thì không có ph
ả
n h
ồ
i âm dòng .
+ T
ả
i t
ă
ng
đế
n I>Ing khâu ph
ả
n h
ồ
i âm dòng có tác d
ụ
ng l
ớ
n gi
ả
m
độ
c

ng
I
d
I
n
γ
n
≠
0
γ
n,
β
I
≠
0
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 11 -


+
−
+
=

+ Khi I
ư
>Ing thì :
DBBDkd
DBBDkdnguuuSBBD
DBBDkd
DBBDkdcd
KKK
KKKUIIRRR
KKK
KKKU
n
1
)()(
1

γ
β
γ
+
−
+
+
+
−

c®
n
γ
n
≠0
n
II
d
I
bh
I
®m
I
ng
γ
n,
β
I
≠0
β
I
≠0
0
β
I
≠0
γ
n,
β
I

Trường hợp 3
Sơ đồ khối của hệ thống như sau :

Trong đa số các hệ truyền động thường sử dụng bộ điều chỉnh như trong
trường hợp 1 vì vừa đảm bảo độ cứng đặc tính cơ trong điều kiện làm việc
bình thường vừa có khả năng làm việc ( nhưng đặc tính cơ mềm hơn ) khi
xảy ra quá tải nhẹ . ta sẽ phân tích theo trường hợp này và cũng chọn bộ
điều chỉnh loại này cho bản đồ án .
Sơ đồ cấu trúc :

+ Khi Iư<Ing thì chỉ có mạch vòng phản hồi âm tốc độ tham gia .
γ
n
≠0
n
II
d
I
®m
I
ng
β
I
≠0
0
u
r
s
ft
®

I
K
n
u
c®
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 13 -
Du
DBBDIn
uSBBD
DBBDIn
DBBDIncd
KI
KKKK
RRR
KKKK
KKKKU
n .

+
+
−
+
=

+ Khi Id>Iư>Ing thì chỉ có mạch vòng phản hồi âm dòng điện tham gia
DBBDInguuuSBBDBBDIbhr
KKKUIIRRRKKUn ].).().[(
−
+
+
+
=
β

K
ế
t lu
ậ
n : Khi s
ử
d
ụ
ng h
ệ
th
ố
ng kín v
ớ

độ
ng ,
kh
ắ
c ph
ụ
c
đượ
c nh
ữ
ng nh
ượ
c
đ
i
ể
m c
ủ
a h
ệ
truy
ề
n
độ
ng h
ở
. Vì v
ậ
y trong
bPHẦN II : PHÂN TÍCH LỰACHỌN PHƯƠNG ÁN
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
*KHÁI NIỆM CHUNG:
* Nội dung:
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 14 -
- Để thiết kế hệ thống truyền động cho một đối tượng truyền động ta
phải căn cứ vào đặc điểm công nghệ của nó, căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng
mà đưa ra phương án hợp lý. Với mỗi một đối tượng truyền động có thể
thực hiện bằng các truyền động khác nhau. Mỗi phương án đều có những
ưu nhược điểm của nó, nói chung phương án đưa ra cần đảm bảo các yêu
cầu của đối tượng cần truyền động. Phải đảm bảo được các chỉ tiêu về mặt
kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế, trong đó chỉ tiêu kỹ thuật là quan trọng
hàng đầu. Thông thường một hệ thống tốt hơn về mặt kỹ thuật cũng như

-Để thiết kế hệ thống truyền động điện người thiết kế phải đưa ra
nhiều phương án khác nhau. Rồi sau đó so sánh các phương án trên hai
phương diện kinh tế và kỹ thuật để chọn ra phương án tối ưu nhất. Phương
án tối ưu nhất là phương án đáp ứng được yêu cầu đề ra đồng thời là
phương án đảm bảo về mặt kỹ thuật và chi phí thấp nhất.
I.1 : PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG VÀ PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH
TỐC ĐỘ
- Động cơ là thiết bị truyền chuyển động chính cho máy sản xuất , là
đối tượng điều khiển của hệ thống điều khiển tự động truyền động điện
việc chọn động cơ một cách hợp lý có một vị trí hết sức quan trọng trong
công việc thiết kế hệ thống truyền động điện , động cơ được chọn phải thoả
mãn các điều kiện công nghệ yêu cầu, phải phụ thuộc tính chất công suất
của tải đồng thời phải thoả mãn các yếu tố sao cho tổn hao ít, giá thành hạ,
hoạt động tin cậy, chi phí vận hành hàng năm nhỏ, lắp đặt thay thế dễ, sửa
chữa đơn giản, để chọn động cơ quay chi tiết ta xét lần lượt các loại động
cơ :
Trong công nghiệp động cơ dùng trong hệ truyền động điện gồm hai loại :
- Động cơ điện xoay chiều : Chia là hai loại :
+ Động cơ không đồng bộ : bao gồm động động cơ không đồng bộ roto
lồng sóc và động cơ không đồng bộ roto dây quấn .
+ Động cơ đồng bộ .
- Động cơ điện một chiều : Chia làm ba loại :
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập .
+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp .
+ Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp .
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ





i
1
i
2
u
f
i
µ
x
1
r
1
x
2
r'
2
/
s
x
µ
r
µ
n
m
mth
rf = 0
rf
#
0
n1

1
: là điện trở rô to và stato đã quy đổi
S : hệ số trượt của động cơ
Hệ số trượt tới hạn

X
nm
=X
1
+ X’
2
: là điện kháng ngắn mạch là tổng trở của điện kháng
tản sta to và rô to đã quy đổi
Cũng có thể viết :
Stha
Sth
S
S
Sth
SthaMth
M
2
).1.(.2
++
+
=


=
SX
S
R
R
s
R
U
M
nm
f








+








+
=

=S
: Hệ số trượt .
Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ
động cơ như sau :
- Thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ .
- Thay đổi điện áp U khi tần số f = const .
- Thay đổi điện trở mạch roto .
- Thay đổi công suất trượt ( thay đổi số đôi cực ) .
a. Thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ .
- Sức điện động của động cơ được cho bởi công thức sau :
U1 = E = 4,44.W1.f1.Kdq1.ễ = C.f1. ễ => ễ = U1/C.f1 (*)
Giả sử f = fcb = 50Hz , U1 = const.
+ Nếu điều chỉnh f > fcb : Từ (*) ta thấy khi f tăng thì ễ giảm ( vì U =
const) muốn giữ cho mômen không đổi ( M = K. ễ.I2.cosử = const ) thì I2
phải tăng lên I2 > I2đm . Như vậy sẽ làm cho mạch từ non tải và dây quấn
roto quá tải .
+ Nếu điều chỉnh cho f < fcb : Từ (*) ta thấy khi f giảm thì ễ tăng dòng từ
hoá Iỡ tăng mạch từ bão hoà , cosử giảm , tổn hao lớn , nhiệt độ tăng quá
nhiệt độ cho phép .
Do vậy khi điều chỉnh tần số ( dùng bộ biến tần ) người ta thường đi kèm
với việc thay đổi điện áp để giữ cho ễ = const điều này rất phức tạp .
b. Thay đổi điện áp U khi f = const .
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ








#
0
n
1
mth1
mth2
n
1
r
f
#
0
r
f = 0
m
th
m
n
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương


1
2
ω
ω
ω
===
Khi thay
đổ
i
đ
i
ệ
n tr
ở
m
ạ
ch roto thì mômen thay
đổ
i => t
ố
c
độ
thay
đổ
i .
Thông th
ườ
ng ch
ọ
n Rf

m hi
ệ
u su
ấ
t .
V
ớ
i máy
đ
i
ệ
n không
đồ
ng b
ộ
rô to dây cu
ố
n, ta có th
ể
dùng ph
ươ
ng
pháp thay
đổ
i
đ
i
ệ
n tr
ở

đổ
i r
ấ
t
đơ
n gi
ả
n nh
ư
ng nó có nh
ượ
c
đ
i
ể
m là
ở
vùng t
ố
c
độ

th
ấ
p do h
ệ
s
ố
tr
ượ

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 21 -

n = n1.(1-s) =f1.(1-s)/p
Khi thay đổi p thì n thay đổi .
Tuy nhiên việc thay đổi p sẽ làm cho tốc độ bị nhảy cấp và việc điều chỉnh
là không trơn.
I.1.1.2: ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ .
- Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ như hình vẽ
- Hình 1 : sơ đồ nguyên lý
- Hình 2 : đặc tính cơ Hình 1 Hình2
- Động cơ đồng bộ sử dụng cho hệ truyền động yêu cầu độ ổn định tốc độ
cao . Động cơ đồng bộ thường dùng cho các máy bơm , quạt gió , các hệ
truyền động của nhà máy luyện kim .
- Ưu điểm là có độ ổn định tốc độ cao hệ số cosử và hiệu suất lớn , vận
hành có độ tin cậy cao .
n
m
mth
n
1
p= 1
p= 2
®c
+
-
n

=
(1)
Trong phạm vi mômen cho phép M<Mmax đặc tính cơ là tuyệt đối cứng.
M>Mmax thì tốc độ động cơ sẽ mất đồng bộ .
Từ (1) ta thấy khi thay đổi f thì sẽ thay đổi được tốc độ do đó cấu trúc của
hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ bao giờ cũng có bộ biến
tần kèm theo .
Với máy đồng bộ thì bộ biến đổi cũng là bộ biến tần, nên hệ thống
cũng phức tạp và đắt tiền như bộ biến đổi của động cơ Rôto lồng sóc. Mặt
khác do công nghệ là yêu cầu có chất lượng cao nếu sử dụng máy điện
đồng bộ thì thời gian mở máy sẽ lâu và tốn nhiều thời gian như vậy thì
năng suất lao động không cao.
I.1.2 : ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU .
- Đặc điểm chung của động cơ điện một chiều là hoạt động tin cậy,
có mô men lớn, điều chỉnh tốc độ đơn giản hơn máy điện xoay chiều,
nhưng nhược điểm là giá thành đắt .
Động cơ một chiều có 3 loại chính :
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập .
+ Động cơ một chiều kích từ nối tiếp .
+ Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp .
Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp ít dùng vì vậy ta sẽ đi nghiên cứu hai
loại trên .
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ








R
KCM
U
=
−=
ω

S
ơ

đồ
nguyên lý ,
đồ
th
ị

đặ
c tính c
ơ

đ
i
ệ
n và
đặ
c tính c
ơ
cho nh
ư
trên hình

ơ
m
ộ
t
chi
ề
u kích t
ừ
n
ố
i ti
ế
p b
ằ
ng cách thay
đổ
i
đ
i
ệ
n áp ph
ầ
n
ứ
ng ho
ặ
c thay
đổ
i
đ

u
¦
n
m
rf = 0
rf
#

0
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 24 -
này không nên dùng cho hệ truyền động yêu cầu độ ổn định tốc độ cao mà
sử dụng cho những hệ truyền động có yêu cầu tốc độ thay đổi theo phụ tải .
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp có khả năng quá tải lớn về mômen (
nhờ cuộn CKT mắc nối tiếp vào mạch phần ứng ) => Có khả năng khởi
động tốt hơn động cơ một chiều kích từ độc lập nên loại động cơ này sử
dụng cho những hệ truyền động yêu cầu quá tải cao và mômen khởi động
lớn .

việc với tốc độ không đổi thì mômen điện từ bằng mômen cản trên trục
động cơ . Điểm làm việc tương ứng với điểm giao giữa đặc tính của động
cơ và đặc tính mômen cản của phụ tải .
u
¦
-
+
ckt
®c
m
n
n
o
Đồ án tổng hợp hệ điện cơ







Svtk:
Phạm
Đức Dương

Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
- 25 -
- Từ phương trình đặc tính cơ ta đưa ra các phương pháp điều chỉnh tốc độ
như sau :
- Phương pháp thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ .

¦
r
f
no
n
m
n1
n2
mdm = Mc
rf = 0
rf # 0
rf # 0
a
b
c