Đồ án tốt nghiệp
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 TS. Nguyễn Mạnh Tiến. Các số liệu và kết quả trong đề tài
là hoàn thành 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 tài liệu nào khác
mà không đợc liệt kê ở phần tài liệu tham khảo
Sinh viên
Phạm Văn Thể
SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46
1
Đồ án tốt nghiệp
Mục lục
Trang
Lời cam đoan 1
Mở đầu 4
Chơng I: Tổng quan về điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 4
Đ1. Đặc tính cơ của động cơ một chiều 4
1. Khái niệm đặc tính cơ 4
2. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập 6
Đ2. Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 7
1.1. Điều chỉnh điện áp phần ứng 7
1.2. Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ 9
Đ 3. Các hệ truyền động điện động cơ một chiều 9
1. Hệ truyền động F - Đ 9
2. Hệ truyền động T - Đ 11
Chơng 2: Phân tích nguyên tắc điều chỉnh động cơ bằng xung áp một
chiều 14
Đ1. Điều chỉnh xung áp mạch đơn 14
1. Sơ đồ nguyên lý 14

Đ5.4. Tính toán sơ đồ của bộ điều chỉnh và khâu ngắt 50
Kết luận 52
Tài liệu tham khảo 53
SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46
3
Đồ án tốt nghiệp
Mở đầu
Trong những năm gần đây, xu thế công nghiệp hoá, hiện đại hoá đã
mang lại rất nhiều thay đổi cho đất nớc. Đặc biệt là trong ngành tự động hoá
và có nhiều tiềm năng phát triển rất to lớn trong mọi lĩnh vực của cuộc sống.
Tự động hoá mang lại nhiều lợi ích cho con ngời nh tăng năng suất lao động,
giảm công nhân đặc biệt trong môi trờng độc hại thì tự động hoá đảm nhận.
Trong phần lớn các nhà máy, phân xởng đều có sự góp mặt của tự động
hoá. Trong các dây truyền sản xuất, máy móc sử dụng truyền động điện bằng
xung áp một chiều rất nhiều. Sử dụng hệ thống này độ an toàn cao.
Đồ án này đề cập đến vấn đề nghiên cứu và thiết kế hệ thống truyền
động điện bằng xung áp một chiều.
Nội dung của đồ án chia làm 5 chơng:
Ch ơng I: Tổng quan về điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều.
Ch ơng II: Phân tích nguyên tắc điều chỉnh động cơ bằng xung áp một
chiều.
Ch ơng III: Thiết kế mạch lực
Ch ơng IV: Thiết kế hệ thống kín.
Ch ơng V: Tính toán các phần tử của mạch lực.
Đồ án này thực hiện với sự giúp đỡ của thầy giáo Nguyễn Mạnh Tiến
cùng các thầy cô trong bộ môn. Nội dung đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót
rất mong các thầy, cô giáo đóng góp bổ sung để đồ án đợc hoàn thiện hơn.
Sinh viên
Phạm Văn Thể
Chơng I: Tổng quan về điều chỉnh tốc độ động

2. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập
Sơ đồ nguyên lý hình 1.2.
R
f
E
+ -
U

R
kt
-
U
kt
+
I
kt
I
C
kt
Hình 1.2
a. Phơng trình đặc tính cơ
U = E + (R + R
f
). I
Trong đó:
U: điện áp phần ứng (V)
E: sức điện động phần ứng (V)
R: điện trở mạch phần ứng ()
R
f

( )

+
=
2
.
K
f
R R
U
M
K
(1.6)
Giả sử = const ta có đồ thị đặc tính cơ có dạng nh hình 1.3.

M

0

đm

đm

nm
Hình 1.3
Khi = 0
Ta có

Đ
BBĐ
R
b
I
R
đ
E

E
b
U
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.5
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
)
( )
+
=

đ

đm đm

M
.M
đm
Đồ thị đặc tính cơ là đờng thẳng song song nh hình 1.6.

0
max

M,I

max

0
min

min
M
đm
M
nmmin
Hình 1.6
Trong suốt quá trình điều chỉnh điện âp phần ứng thì từ thông kích từ đ-
ợc giữ nguyên, Mômen cho phép động cơ đợc tính:
SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46
8
Đồ án tốt nghiệp
M
cp
= K.
đm

Thờng khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng đợc giữ nguyên
bằng đm. Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng
chuyển mạch của cổ góp điện.
Đ 3. Các hệ truyền động điện động cơ một chiều.
1. Hệ truyền động F - Đ
Hệ thống máy phát động cơ F - Đ là một hệ truyền động điện mà bộ
biến đổi điện là máy phát điện một chiều kích từ độc lập, máy phát này thờng
do động cơ sơ cấp không đồng bộ ba pha điều khiển quay máy phát đợc xác
định bởi hai đặc tính.
Đặc tính từ hoá
Đặc tính tải
Trong tính toán có thể tuyến tính hoá các đặc tính này
E
F
= K
F
.
F
.
F
= K
F
.
F
. C.i
KF
(1.18)
Trong đó:
K
F

U
K K

=
(1.19)
( )
2
. .
F
KF
K
R
U M
K
K


=
(1.20)
( )
( )
0 KF
KF
M
U
U
=

(1.21)
Từ các biểu thức ta thấy, khi điều chỉnh dòng điện kích thích của máy

cơ.
b. Sơ đồ và nguyên lý làm việc.
i
đ1
L
c0
i
cb
L
c0
L
cb
i
d1
L
cb
i
cb
a
b
c
I
II
A1
BĐ1
K A2
K2
BĐ2
R
L

11
Đồ án tốt nghiệp

2
-
1
Nếu tính đến góc chuyển mạch à và góc khoá thì giá trị lớn nhất của
góc điều khiển của bộ biến đổi đang ở chế độ nghịch lu là:

max
= - (à
max
+ )
Nếu chọn
1 2
Ed Ed=
thì:

1
+
2
=
Ta có phơng phát điều khiển chung đối xứng, dòng điện trung bình chảy
vòng qua hai bộ biến đổi là.
I
cb
=
d1 d2
cb
E E

tự nh của chỉnh lu một pha, nửa chu kỳ.
U
Đ
= E + U
L
+ U
R
SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46
12
Đồ án tốt nghiệp
Ta có:
I
max
=
( )
( )
đ
u
t /t
N
T / T
1 e
U
E
.
R R
1 e




SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46
13
Đồ án tốt nghiệp
Chơng 2: Phân tích nguyên tắc điều chỉnh động
cơ bằng xung áp một chiều
Đ1. Điều chỉnh xung áp mạch đơn.
1. Sơ đồ nguyên lý.
Hình 2.1
Trên hình 2.1: Điện áp và dòng điện của động cơ U
Đ
, i chỉ có giá trị d-
ơng. Khi khoá S thông ta có.
U
Đ
= U
N
i = i
N
Khi khoá S ngắt
i
N
= 0
U
Đ
= 0
Do tác dụng duy trì dòng điện của điện cảm L ta có.
i = i
Do
Các giá trị trung bình của điện áp và dòng điện phần ứng là U
Đ

Tại thời điểm t = 0
+
khoá S bắt đầu thông.
U
Đ
= U
N
i = I
min
Nếu coi Sđđ E không đổi trong một chu kỳ đóng ngắt của khoá S thì
nghiệm của phơng trình (2.2) là:
i =
( )
t / Tu t / Tu
N
m in
U E
1 e .I .e
R



(2.3)
SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46
15
Đồ án tốt nghiệp
(0 t < t
đ
) T = L/R hằng số thời gian
Tại thời điểm t = t

.
Tại t = 0
+
.
i = I
max
Nghiệm của (2.5) là:
i =
( )

t '/ T t'/ T
max
E
1 e I .e
R

+
(t
đ
t < T) (2.6)
tại t = T - t
đ
tức là tại t = T, i = I
min
.
Từ (2.6) ta có:
I
min
= -
( )


(2.8)
( )
đ

t / T
N
min
T / T
e 1
U
E
I .
R R
e 1

=

(2.9)
Nu S thụng liờn tc ti t

= T thỡ dũng in trong mch phn ng s
khụng i v bng.
I = I
max
= I
min
=
N
U E

(2.11)
Ta có thể rút gọn như sau:
m =
e.
e 1
e 1
σ
σ
−
−
(2.12)
Trong đó: m =
N
E
U
SVTH: Ph¹m V¨n ThÓ - T§H - K46
17
§å ¸n tèt nghiÖp
ρ =
®
t
T
σ =

T
T
Tại trạng thái biên liên tục và trong vùng dòng điện gián đoạn do I
min
=0
nên từ (2.8) và (2.9) ta có:

(2.14)
(0 < t
đ
≤ t
đgh
)
Dòng điện này xẽ bằng không tại thời điểm t = t
x
hoặc t’ = t
x
- t
đ
thay
các điều kiện vào (2.11) ta có:
t
x
= T
ư
. Ln
( )
® ®
t / T t / T
N
U E
e 1 . 1 e
E
−
 
−
 

 
 
 
∫ ∫ ∫
( )
§ N ® x
1
U U .t t t E
T
 
= + −
 
(2.16)
Trong chế độ dòng điện liên tục vì t
x
= T nên
SVTH: Ph¹m V¨n ThÓ - T§H - K46
18
§å ¸n tèt nghiÖp
®
§ N N
t
U .U .U
T
= = ρ
(2.17)
N
.U R
.I
K. K.

SVTH: Ph¹m V¨n ThÓ - T§H - K46
19
§å ¸n tèt nghiÖp
=
( )
N blt
1
. U K .
1
2R
φ
ρ
− ω
ρ +
σ
(2.19)
Vì chế độ biên liên tục thuộc vùng dòng điện liên tục tức là phương
trình đặc tính (2.17) vẫn thoả mãn. Thay (2.17) vào (2.18) ta có:
I
blt
=
( )
N
1
U
.
2
ρ − ρ
1
ρ +

( )
1
1 1+ σ −
σ
SVTH: Ph¹m V¨n ThÓ - T§H - K46
20
Đồ án tốt nghiệp
Đ2.1. Điều chỉnh xung áp Mạch kép
1. Sơ đồ nguyên lý
Hình: 2.5
Để hệ truyền động có thể làm việc ở chế độ hãm tái sinh, có thể dùng sơ
đồ điều chỉnh trên. Trong đó dòng điện phần ứng có thể đảo dấu, song Sđđ
động cơ chỉ có chiều dơng. Khi khoá S
1
và van D
1
vận hành dòng điện phần
ứng luôn dơng. Công suất điện từ của động cơ là:
P
đt
= I. E < 0 (2.21)
Máy điện làm việc ở chế độ động cơ, quá trình dòng điện và điện áp đ-
ợc mô tả nh ở phần mạch đơn.
Để đảo chiều dòng điện ta đa khoá S
2
và van D
2
vào vận hành còn khoá
S
1

và S
2
, D
2
.
2. Phơng trình đồ thị dòng điện và điện áp
SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46
22
Đồ án tốt nghiệp
Từ các phơng trình (2.1) và (2.4) với các điều kiện đầu tơng ứng có thể
tìm lại đợc các giá trị I
max
, I
min
giống nh các biểu thức (2.6) và (2.7). Nếu nh
I
max
> 0 và I
min
< 0 nh trên hình (Hình 2.6) thì truyền động sẽ làm ở góc phần t
thứ nhất. Nếu dòng trung bình I > 0 và ở góc phần t thứ II nếu dòng trung bình
I < 0 khi điều chỉnh sao cho I
max
< 0 và do đó dòng điện phần ứng của động
cơ I < 0 thì hệ thống làm việc ở góc thứ III khoá S
1
và van D
1
không dẫn dòng.
Quá trình đó đợc mô tả ở hình dới nh sau:

t
T
N
0 t
1 1
E dt Edt
T TU
t
= E
N

0
t
2 1
T


ữ

U
t
= E
N
(2 - 1) (2.2)
SVTH: Phạm Văn Thể - TĐH - K46
25