Nghiên cứu và thiết kế hệ thống
truyền động điện bằng xung áp một
chiều ……… , tháng … năm …….

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

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 được hoàn thiện hơn. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG
CƠ MỘT CHIỀU
§1. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU.
1. Khái niệm đặc tính cơ
Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và momen
của động cơ. ta có đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, nếu động cơ vận hành ở
chế độ định mức. Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi
các tham số ngu
ồn hoặc nối thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ.
Để đánh giá về đặc tính cơ và so sánh nó người ta đưa ra khái niệm độ
cứng đặc tính cơ β.

M
Δ
β=
Δω
(1.1)

Hình 1.1
M
(3)
(2)

E
ư
: sức điện động phần ứng (V)
R
ư
: điện trở mạch phần ứng (Ω)
R
f
: điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω)
I
ư
: dòng điện mạch phần ứng (A)
Suất điện động E
ư
được tính
E
ư
=
.

2.
PN
k
a
φ
φ
ω
=ω
π
(1.3)

(1.5)
Dẫn đến

()
φ
+
ω= −
φ
−
−
2
.
K
f
RR
U
M
K
(1.6)
Giả sử φ = const ta có đồ thị đặc tính cơ có dạng như hình 1.3.

Hình 1.3
Khi ω = 0
Ta có

==
+
−
nm
f

thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một
chiều.

Hình 1.5

Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống
như sau:
E
b
– E
ư
= I
ư
(R
b
+ R
ưđ
)

(
)

min max
o
M
(1.14)
Để thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của điều chỉnh phải
có momen ngắn mạch.
M
nmmin
= M
cmax
= K
M
.M
đm

Đồ thị đặc tính cơ là đường thẳng song song như hình 1.6.
Đ

BBĐ
R
b
I
R
ư
E
ư
E
b
U
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

rr dt
φ
=+ω
+
(1.17)
r
k
: điện trở dây quấn kích từ
r
b
: điện trở nguồn điện áp kích từ
ω
k
: số vòng dây của dây quấn kích thích
Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng được 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.
ω0max
ω
M,I
ωmax
ω0min
ωmin
M®m Mnmmin
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

6
§ 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


Hình 1.7
Nếu đặt R = R
ưF
+ R
ưĐ

Ta có thể viết được phương trình của đặc tính của hệ F - Đ

.
.
F
KF
K
RI
U
K
K
φφ
ω= −
(1.19)
§F
M
S
ω
UF = U®
I
ω
§
K

phát thì điều chỉnh tốc độ không tải của hệ thống.
* Chế độ làm việc.
Trong hệ không có phần tử phi tuyến nào nên hệ có những đặc tính
động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc.
Với sơ đồ H1.7 động cơ chấp hành Đ có thể làm việc ở chế
độ điều
chỉnh cả hai chiều, kích thích máy phát và kích thích động cơ. Đảo chiều quay
bằng cách đảo chiều dòng kích thích máy phát.
* Đặc điểm của hệ F - Đ
Ưu điểm nổi bật của hệ F - Đ là sự chuyển đổi trạng thái rất linh hoạt,
khả năng quá tải lớn. Nó thường được dùng ở các máy khai thác công nghiệp
mỏ.
Nhược điểm quan trọng củ
a hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay. Gây
ồn lớn, công suất lắp đặt máy ít nhất gấp ba lần công suất động cơ chấp hành.
Ngoài ra do các máy phát một chiều có từ dư, đặc tính từ hoá có trễ nên khó
điều chỉnh sâu tốc độ.
2. Hệ truyền động T - Đ
a. Khái quát chung
Hệ truyền động T - Đ:
+ Nguyên lý chung.
+ Sơ đồ thay thế.
+ Đặc tính cơ.
+ Đảo chiều.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

8
Do chỉnh lưu Tiristo dẫn dòng theo một chiều và chỉ điều khiển khi mở
còn khoá theo điện áp lưới dẫn đến truyền động van thực hiện đảo chiều khó
khăn và phức tạp hơn truyền động F-Đ. Có hai nguyên tắc cơ bản để xây dựng

trạng thái này cần có góc điều khiển phải thoả mãn điều khiển.
α
2
≥ π - α
1

Nếu tính đến góc chuyển mạch μ và góc khoá δ thì giá trị lớn nhất của
góc điều khiển của bộ biến đổi đang ở chế độ nghịch lưu là:
i®1
Lc0
icb
Lc0
Lcb
id1
Lcb
icb
a
b
c
I
II
A1
B§1
KA2
K2
B§2
R
L
E
1

+
= 0
c. Đặc điểm.
Ưu điểm nổi bật của hệ T - Đ là độ tác động nhanh cao không gây ồn
và dễ tự động hoá do các van bán dẫn có hệ số khuếch đại công suất rất lớn.
Điều đó rất thuận tiện trong việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh
nhiều vòng để nâng cao chất lượng.
Nhược điểm c
ủa hệ thống T-Đ là các van bán dẫn có tính phi tuyến,
dạng điện áp ra có biên độ đập mạnh cao, gây tổn thất phụ trong máy điện,
còn làm xấu điện áp nguồn và lưới xoay chiều.
Điều chỉnh xung điện áp 4 chiều:
Ln iL
R
E
UĐ
iDo
D0
DULDòng điện và điện áp của động cơ U
Đ
, i chỉ có giá trị dương khi khoá S
thông ta có U
D
= U
N
, i = i
N

t
U
§
t® T
U
NTa có:
I
max
=
()
()
® −
u
t/t
N
T/T
1e
U
E
.
RR
1e
−
−
−
−
−

−

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

11
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH NGUYÊN TẮC ĐIỀU CHỈNH
ĐỘNG CƠ BẰNG XUNG ÁP MỘT CHIỀU
§1. ĐIỀU CHỈNH XUNG ÁP MẠCH ĐƠN.
1. Sơ đồ nguyên lý.

iN iL
R
E
UĐ
iDo
D0
DUL
S
i
đk
DURHình 2.1
Trên hình 2.1: Điện áp và dòng điện của động cơ U
Đ
, i chỉ có giá trị
dương. Khi khoá S thông ta có.
U
Đ

đk
t
I
max
Imin
i
t
® T
t
t
đ T

Hình: 2.2
Trên hình 2.2 mô tả qúa trình dòng điện và điện áp trong chế độ dòng
điện liên tục.
Phương trình điện áp khi S thông.
U
Đ
= E + ΔU
L
+ ΔU
R
(2.1)
Hoặc
i§
t
dUE
R
i
dL L

(2.3)
(0 ≤ t < t
đ
) T
ư
= L/R hằng số thời gian
Tại thời điểm t = t
đ
khoá S bắt đầu ngắt.
i = I
max
=
()
® − ® −
t/T t/T
N
min
UE
1e I .e
R
−−
−
−+
(2.4)
Lúc này U
Đ
= 0; dòng điện động cơ khép mạch qua D
0
, nhận được
phương trình sau:.

đ
tức là tại t = T, i = I
min
.
Từ (2.6) ta có:
I
min
= -
()
(
)
()
® − ® −
Tt /T Tt /T
max
E
1e I .e
R
−− −−
−+
(2.7)
Kết hợp (2.4) và (2.7) ta có:

(
)
()
® −
−
t/T
N

RR
e1
−
=−
−
(2.9)
Nếu S thông liên tục tại t
đ
= T thì dòng điện trong mạch phần ứng sẽ
không đổi và bằng.
I = I
max
= I
min
=
N
UE
R
−
(2.10)
Nếu thời gian thông của khoá S giảm đến một giá trị tới hạn nào đó
t
đ
=t
đgh
thì dòng điện I
min
= 0 và hệ thống sẽ làm việc ở trạng thái biên giới
chuyển từ chế độ dòng điện liên tục sang chế độ dòng điện gián đoạn.
t

t/T.T/T
T/T
N
Ee 1
U
e1
−
=
−
(2.11)
Ta có thể rút gọn như sau:
m =
e.
e1
e1
σ
σ
−
−
(2.12)
Trong đó: m =
N
E
Uρ =
®
t
T

−−
t/T
t'/T t'/T
N
UE
E
1e 1e .e
RR
−
−−
−
−− + −
(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

Để xây dựng đặc tính cơ cần tìm giá trị trung bình của điện áp và dòng
điện của động cơ.
U
Đ
=
®
t
TT
§N
00tx
11
Udt Udt = Edt
TT
⎡
⎤
=
⎢
⎥
⎢
⎥
⎣
⎦
∫∫∫

()
§N®x
1
UU.tttE
T
⎡⎤

w
r= 1
I, M
r= 0

Ta có:
Dòng điện ở chế độ biên liên tục là:
I
blt
=
1
2
I
max
=
()
(
)
®gh −
t/T
N
1
UE1e
2R
−
−−

=
()
Nblt

đường có dạng nửa elíp vẽ bằng nét đứt ở hình H2.5 giá trị cực tiểu của I
blt
là:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

18
I
blt
= 0 tại ω = 0 và tại ω = ω
max

Các giá trị khác của I
blt
phụ thuộc vào ρ và σ và U
N
và đạt giá trị cực
đại.
I
blt.th
=
(
)
N
U
.2 12
2
σ
−σ++
σ


= I. E < 0 (2.21)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

19
Máy điện làm việc ở chế độ động cơ, quá trình dòng điện và điện áp
được mô tả như ở phần mạch đơn.
Để đảo chiều dòng điện ta đưa khoá S
2
và van D
2
vào vận hành còn
khoá S
1
bị ngắt. Nếu E > 0 thì sẽ có dòng điện chạy ngược lại chiều ban đầu
do trong mạch chỉ có một nguồn duy nhất cấp là Sđđ E.
Công suất điện từ của động cơ là:
P
đt
= I. E > 0 (2.22)
Công suất điện từ được tích vào điện cảm L. Khi S
2
ngắt trên điện cảm
L sinh ra Sđđ này trở lên lớn hơn điện áp nguồn U
N
làm van D
2
dẫn dòng
ngược về nguồn và trả lại nguồn phần năng lượng đã tích lũy trong điện cảm
L trước đó.
Nếu các tín hiệu điều khiển các khoá như hình (2.7) sao cho giá trị

max
> 0 và I
min
< 0 như trên hình (Hình 2.6) thì truyền động sẽ làm ở
góc phần tư thứ nhất. Nếu dòng trung bình I > 0 và ở góc phần tư thứ II nếu
dòng trung bình I < 0 khi điều chỉnh
ρ sao cho I
max
< 0 và do đó dòng điện
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

21
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 được mô tả ở hình dưới như sau:

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

22
3. Đặc tính cơ.

Hình:2.8
Đặc tính cơ của động cơ trong hệ thống này là các đường thẳng liên
tục, chạy song song nhau từ góc thứ I sang góc thứ II của mặt phẳng [
ω, I]
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


∫∫

U
t
= E
N

0
t
21
T
⎛⎞
−
⎜⎟
⎝⎠

U
t
= E
N
(2γ - 1) (2.2)