Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
LI NểI U
Trong s nghip cụng nghip hoỏ hin i hoỏ ca t nc, Truyn ng in
gi mt vai trũ quan trng trong cỏc dõy truyn sn xut nõng cao nng sut v
cht lng sn phm.
Trong trng hc thỡ Truyn ng in l mụn hc c bit quan trng vi
ngnh in khớ hoỏ v c in m. Nú giỳp cho sinh viờn hiu c rừ bn cht
truyn ng, c, in, t ng c mt chiu v xoay chiu, cỏc c tớnh, cỏc ch
lm vic ca ng c.
ti Thit k b iu khin tc ng c mt chiu kớch t c lp vi
nhiu ni dung phong phỳ ó giỳp cho em cú th hiu sõu hn v mụn hc Truyn
ng in, sau khi thit k ỏn bn thõn thy mỡnh vng tin hn vi thc t sn
xut. Trong sut quỏ trỡnh lm ỏn thit k em ó nhn c s hng dn ch bo
tn tỡnh ca thy Thỏi Duy Thc, cựng vi s giỳp úng gúp ý kin ht sc nhit
tỡnh ca cỏc bn bố ng nghip, n nay bn ỏn ó hon thnh. Song vỡ kin thc
bn thõn cũn nhiu hn ch v iu kin tip cn thc t khụng nhiu nờn bn thit
k khụng trỏnh khi nhng thiu sút. Vy em rt mong s nhn c nhiu ý kin
úng gúp v nhn xột ca cỏc Thy giỏo cựng cỏc bn bố ng nghip bn ỏn
ny c hon thin hn, ng thi giỳp cho em cú th nõng cao trỡnh chuyờn
mụn v ỏp dng c nhng kin thc ó hc vo thc t cụng vic ca mỡnh.
Em xin trõn trng cm n thy giỏo cựng cỏc bn ng nghip ó giỳp em hon
thnh ỏn ny!
Qung Ninh, ngy 22 thỏng 05 nm 2009
Sinh viờn: Nguyn Ngc H
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
1
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc

Các thông số kỹ thuật cơ bản của phương án thiết kế:
n=29
Thiết kế hệ truyền động điện cho máy công tác có Mc=Mđm của động cơ

-Điện cảm phần ứng:Lư=(0,028-0,0002x29)=0,0222 H;
-Điện trở phần kích từ :Rkt=(281,3-1,44x29)=239,54 (Ω);
-Điện cảm phần kích từ:Lkt=(156-0,9x29)=129,9 (Ω);
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
2
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
CHƯƠNG 1:
CHỌN PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ
Trong một hệ thống Truyền động điện tự động, thì động cơ điện là phần tử có
vai trò rất quan trọng, nó làm nhiệm vụ truyền động cho cả hệ thống TĐĐ. Do đó,
đòi hỏi người thiết kế TĐĐ tự động, phải chọn được một phương án cung cấp điện
phù hợp nhất với động cơ điện của hệ thống, nhằm đảm bảo được các yêu cầu: Cung
cấp điện cho động cơ làm việc tin cậy mà vẫn đảm bảo được hiệu quả cao trên cả hai
phương diện kinh tế và kỹ thuật.
Mặt khác, như ta đã biết Hệ thống cung cấp điện cho một xí nghiệp sản xuất
nói chung, được quyết định bởi công suất tiêu thụ của các phụ tải; đặc điểm của xí
nghiệp và hướng phát triển cung cấp điện nói chung. Nói cách khác, trong một phạm
vi hẹp hơn là một hệ thống TĐĐ tự động, thì việc chọn phương án cung cấp điện
phải căn cứ vào trị số công suất của động cơ điện; đặc điểm làm việc của động cơ
trong hệ thống. Vì vậy, trong chương 1 này sẽ giới thiệu về cách chọn phương án cấp
điện cho động cơ điện một chiều, đáp ứng được các yêu cầu như đề tài đã nêu
trên:”Thiết kế bộ điều khiển tốc độ cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập”.
1.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ
Về lý thuyết để cấp điện một chiều (DC) cho động cơ, thì ta có thể dùng mạch
chỉnh lưu 1 pha hoặc 3 pha, có điều khiển hoặc không có điều khiển. Tuy nhiên, một
yêu cầu khác của đề tài đặt ra là phải điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ. Việc
điều khiển tốc độ quay của động cơ có thể được thực hiện theo các phương pháp sau:
1.1.1. Cấp điện cho động cơ bằng nguồn một chiều có sẵn
a) Sơ đồ cấu tạo
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn

1
vn m,
ton b in tr ph R
f1
, R
f2
, R
f3
c u ni tip vi phn ng ng c. ng c
khi ng vi dũng in khi ng I
k
= (2 ữ 2,5).I
m
. Sau ú cỏc tip im 1K
1
, 2K
1
,
3K
1
ln lt c úng li m bo trong sut quỏ trỡnh khi ng ng c lm vic
vi dũng in:
(1,1 ữ 1,2).I
t
I
k
(2 ữ 2,5).I
m
Trong ú I
t

1
2K
1
1K
1
R


_
+
KTL

Hỡnh
1.1
4
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
+ Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ bằng phương pháp điều chỉnh áp một
chiều nhờ thiết bị điều chỉnh áp một chiều.
- Việc đảo chiều quay động cơ có thể sử dụng các phương pháp : Đảo chiều
dòng điện mạch phần ứng hoặc dòng điện mạch kích từ bằng cách dùng cặp công tắc
tơ đảo chiều.
c) Ưu, nhược điểm:
- Ưu điểm:
+ Ít thiết bị trung gian đi kèm.
- Nhược điểm:
+ Nguồn một chiều có sẵn thường không có nên không ứng dụng rộng rãi
+ Thích hợp cho mỏ hầm lò có sẵn trạm chỉnh lưu nhưng với động cơ công suất

•
•
•
•
••
• •
•
F
FK
ĐX
Đ
R
1
R
2
R
3
T
T
U∼
L
L
•
•
Đến
mạch
điều
khiển
KTFK
KTF

- T
1
, T
2
, T
3
, T
4
, T
5
, T
6
: Các thyristor được mắc theo sơ đồ cầu để chỉnh lưu
nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều cung cấp cho phần ứng động cơ.
- D
1
, D
2
, D
3
, D
4
: Các điốt được mắc theo sơ đồ cầu để chỉnh lưu nguồn xoay
chiều thành nguồn một chiều cung cấp cho kích từ độc lập động cơ.
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
7
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
b) Nguyên lý làm việc
- Đóng điện cho bộ chỉnh lưu dùng điốt, kích từ độc lập của động cơ có điện.
- Đóng điện cho bộ chỉnh lưu dùng thyristor lúc này các thyristor chưa mở phần

4
D
3
KTĐL
•
•
•
•
•
•
•
•
• •
• • •
• •
Hình 1.3
U
2
∼
8
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
+ Đảo chiều dòng điện phần ứng hoặc đảo chiều dòng điện kích từ độc lập nhờ
các cặp tiếp điểm công tắc tơ.
+ Việc hãm động cơ thường sử dụng phanh cơ, hãm động năng, hãm đấu ngược,
hàm tái sinh với bộ chỉnh lưu có khả năng làm việc ở chế độ nghịch lưu.
c) Ưu, nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Là phương pháp ưu việt nhất, dễ ứng dụng vào nhiều vị trí sản xuất và ứng
dụng cho nhiều động cơ có công suất, điện áp khác nhau.
+ Kết cấu gọn nhẹ, tổn hao công suất nhỏ, dễ điều khiển và điều chỉnh tốc độ.

Đ, bằng cách thay đổi điện áp một chiều (U
DC
) cấp vào cuộn kích từ, nghĩa là có thể
điều chỉnh tốc độ quay của động cơ khác so với tốc độ cơ sở (tốc độ nằm trên đường
đặc tính tự nhiên). Vì vậy, nếu điều chỉnh hợp lý điện áp cấp vào phần ứng và điện
áp cấp vào cuộn kích từ, thì hệ thống có thể điều chỉnh tốc độ theo cả hai hướng
(hướng trên và hướng dưới so với tốc độ cơ sở, với các tải biến đổi theo quy luật
hypebol). Đây là một chỉ tiêu chất lượng quan trọng mà một hệ thống TĐĐ tự động
cần đạt được.
1.3. PHƯƠNG PHÁP ĐỔI CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ
Để đảo chiều quay của động cơ trong hệ thống CL - Đ, người ta có thể dùng
một trong các phương án sau:
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
Đ
Đ
1
Đ
2
T
1
T
2
CK
U
kt
đ
k
U
B
I

vi cỏc mụi trng cú tớnh cht d chỏy n nh: du khớ hay khai thỏc m hm lũ.
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
11
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
1.3.2. o chiu cc tớnh in ỏp u vo phn ng ng c, bng cỏch s dng
hai b bin i
S gm hai b bin i B
1
v B
2
, u song song vi nhau thụng qua cỏc
cun khỏng cõn bng L
1
v L
2
( hỡnh v_1.7). Tng b bin i cú th lm vic ch
chnh lu hoc nghch lu. Hai b bin i B
1
v B
2
lm vic c lp, khi b bin
i ny c cp xung iu khin lm vic ch chnh lu, thỡ b kia lm vic
ch nghch lu i.
Nu gi
1
l gúc m i vi b B
1
;
2
l gúc m i vi b B

, B
2
lm vic ch nghch lu U
d.2
< 0. Tr s
cho phộp (khong cho phộp iu chnh) ca gúc m
1
v
2
, c tớnh toỏn c th
phn sau:
U
d.1
= U
0
. Cos
1
> 0;
U
d.2
= U
0
. Cos
2
< 0.
C hai in ỏp u t lờn phn ng ca ng c , ng c s quay theo chiu
thun (chiu tỏc dng ca S.. U
d.1
), vỡ cỏc Tiristor b B
2

k
< 0 , thỡ B
2
s lm vic ch chnh lu cũn
B
1
s lm vic ch nghch lu ph thuc, ng c s quay theo chiu ngc li,
thc hin o chiu.
c im ca ch o dũng nh ó trỡnh by trờn l: lm xut hin mt dũng
in lỳc thỡ chy t B
1
sang B
2
, lỳc thỡ chy t B
2
vo B
1
m khụng qua mch ng
c. Ngi ta gi nú l dũng in tun hon
Dũng in tun hon lm cho mỏy bin ỏp v cỏc Tiristor lm vic nng n
hn. Vỡ vy, hn ch dũng in tun hon ngi ta dựng cỏc in cm L
1
v L
2
,
nh trờn hỡnh v _1.7.
Nhc im ca phng phỏp ny l chi phớ u t cao nhng ngc li nú cú
u im ú l: lm vic tin cy, kớch thc nh gn, thi gian o chiu ngn, khụng
phỏt sinh tia la trong quỏ trỡnh iu khin nờn an ton vi cỏc mụi trng d chỏy
n nh du khớ hoc khai thỏc m hm lũ.

ĐỘNG CƠ
2.1. PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ
Từ phương trình cân bằng áp U = E + I
ư
.R , ta dễ dàng suy ra được dòng làm
việc của động cơ, khi làm việc ở chế độ động cơ là:
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
15
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
I
ư
=
uu
R
KU
R
EU
ωφ
−
=
−
Tại thời điểm khởi động ω = 0, do đó dòng điện khởi động khi đó là:
I
ư
= I
n.m
=
u
R
U

R
f3
R
f4
u
R
I
kt
M
ω
Ι
Ι
Μ
ο
c
2
1
1
2
3
4
5
6 7
8
9
F
, Ι
Μ
Hình _2.1
Quá trình khởi động diễn ra như sau:

2,5) . I
m
ng c bt u khi ng ti im 1, tc tng dn n im 2 cú dũng
in l I
2
, ti thi im ú tip im 1G úng li s loi cp in tr ph th nht ra.
ng c chuyn sang khi ng trờn ng c tớnh mi ti im 3 v dũng l I1;
in tr lỳc ny cũn li l : R

+ R
f2
+ R
f3
+ R
f4
. Quỏ trỡnh tng t nh vy cho n
khi cp in tr ph cui cựng c loi ra, ng c chuyn sang khi ng trờn
ng c tớnh t nhiờn ti im 9. Sau ú tip tc tng tc v lm vic cõn bng ti
im F, quỏ trỡnh khi ng kt thỳc.
Trờn thc t, trc õy phng phỏp ny c dựng nhiu, nhng hin nay
vi s phỏt trin vụ cựng mnh m ca in t cụng sut, thỡ phng phỏp ny li ớt
c s dng. Vỡ nú gõy ra tn hao nng lng trong quỏ trỡnh iu chnh, kớch
thc thit b cng knh, cỏc tip im in thng xuyờn úng - m nờn tui th
khụng cao.
2.1.2. Khi ng ng c bng cỏch iu chnh in ỏp ngun
S nguyờn lý lm vic ca b chnh lu cu 3 pha cú iu khin, nh trờn
hỡnh v 2.2:
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
17
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức

T
2
T
1
6
TT
5
T
4
T
32
T
1
T
6
T
T
2
T
6
T
4
T
2
T
6
T
1
T
5

T
1
, T
2
T
6
: L cỏc Thyritor (Thy), trong ú cỏc Thyritor T
1
, T
3
, T
5
l nhúm mc
chung Katt; cũn nhúm T
2
, T
4
, T
6
l nhúm mc chung Ant. iu kin m ca cỏc
Thy l: nhúm chung Katt, thỡ Ant ca Thy no dng nht v cú xung iu
khin; nhúm chung Ant, thỡ th Katt ca Thy no õm nht v cú xung iu
khin.
Nguyờn lý lm vic ca chnh lu nh sau: Gi s cp xung iu khin lch
mt gúc so vi im m t nhiờn, nờn ti thi im
1
= (/6 + ), ta cp xung
iu khin cho T
1
( Ant ca T

/6 +

)

cỏc Thyritor T
1
, T
6
dn dũng;
+ T ( 3

/6 +

) <

< ( 5

/6 +

)

cỏc Thyritor T
1
, T
2
dn dũng;
+ T ( 5

/6 +


+ T ( 9

/6 +

) <

< ( 11

/6 +

)

cỏc Thyritor T
5
, T
4
dn dũng;
+ T ( 11

/6 +

) <

< ( 13

/6 +

)

cỏc Thyritor T

d A
= 1,17 . U
2
. cos - (- 1,17 . U
2
. cos)
= 2,34. U
2
. cos ,V
- m bo cho in ỏp chnh lu trung bỡnh U
d


U
m
= 440 V, thỡ gúc m

min
phi tho món: 2,34 . U
2
. cos
min
= 440



min
= 64,7
0
.

Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
19
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
Suy ra: U
k
= 2,34 . U
2
. cos

max
= 283



max
= 74
0
. Vy khong gii hn
gúc iu chnh l:

= ( 64,7
0

ữ
74
0
)
2.2. PHNG PHP HM IN CA NG C
Hóm in ca ng c l trng thỏi m ng c sinh ra mụmen quay ngc li
vi chiu tc gúc. Trong tt c cỏc ch hóm, ng c u lm vic ch


C


0
C



C
D
dm

=
(Nâng tải)
(Hạ tải)
Hỡnh 2.3
20
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
nng v cú tr s ln hn mụmen ng c sinh ra nờn ng c s quay theo chiu
ngc li, tng tc v lm vic n nh ti im D (ti õy mụmen M
c
= M
C
).
trng hp ny ng c lm vic nh mt mỏy phỏt ni tip vi li in,
bin in nng nhn t li v c nng trờn trc ng c thnh nhit nng t núng
in tr hóm v mch phn ng, lm cho in tr hóm v ng c b núng lờn. Vi
cỏc ng c cú cụng sut ln, thng xuyờn phi thc hin quỏ trỡnh hóm, thỡ lng
nhit to ra l rt ln, lm gi hoỏ cỏch in ca dõy qun ng c; lm quỏ nhit

v R
h2
(vi R
h1
> R
h2
).
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
21
Trờng Đại Học mỏ địa chất - * - PGS -TS Thái Duy Thức
Quỏ trỡnh hóm xy ra nh sau: Gi s trc ú ng c ang lm vic n nh
ti im A, ch ng c. Khi thc hin hóm ng nng kớch t c lp thỡ
im lm vic ca ng c s chuyn ri n im B hoc C trờn ng c tớnh
hóm (im lm vic cú th l im B hoc C cũn tu thuc vo giỏ tr ca in tr
hóm). Sau ú ng c s chuyn ng chm dn, theo c tớnh hóm B0 hoc C0 v
dng li ti im 0 nu ti cú tớnh cht phn khỏng. Nu ti cú tớnh cht tỏc dng m
mun dng ti 0 thỡ phi kt hp vi phanh c khớ, nu khụng ng c s quay theo
chiu ngc li v lm vic n nh ti B hoc C.
I
kt
I
h
R
hãm
E
=

dm
B


t khụng i.
2.2.3. Hóm tỏi sinh (hóm tr nng lng v ngun)
Xột ng c mt chiu truyn ng cho mt c cu nõng h (hỡnh 2.5) . Gi
s ng c ang lm vic n nh ti im A, trờn c tớnh c t nhiờn, mụmen cn
tỏc dng lờn trc ng c chớnh l ti trng nhõn vi bỏn kớnh tang qun cỏp.
Sinh viên: Nguyn Ngc H Đồ án truyền động điện
22
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
§
ω
G
U
kt
I
Μ
I
u
A'
Β
Α
ω
A
'
0
A
ω
ω
'
Μ
C

tiếp tục tăng tốc và làm việc ổn định tại điểm A’ , S.đ.đ khi đó là:
E = k.φ. ω
B
> U
Nên: I
ư
= I
h
=
φ
.k
EU −
< 0, nghĩa là dòng đi từ động cơ trả về nguồn. Khi đó
mômen M
C
= k.
φ
. I
h
< 0 sẽ đổi dấu, chiều tác dụng sẽ ngược với chiều quay của
động cơ. Mônmen động cơ đổi chiều thành mômen hãm.
Hãm tái sinh là chế độ hãm kinh tế vì nó trả năng lượng về nguồn, điều kiện
để có hãm tái sinh là ω > ω
0
. Trong thực tế hãm tái sinh xảy ra trong hai trường
hợp :
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
23
Trêng §¹i Häc má ®Þa chÊt - * - PGS -TS Th¸i Duy Thøc
+) Chuyển tốc độ từ cao sang

φ
đc
< φ
đm
để đảm bảo cho động cơ không bị phá
hỏng. Tuy nhiên, việc thay đổi trị số dòng điện
kích từ để thay đổi tốc độ có thời gian trễ điều
khiển lớn, đặc biệt là với tải có quán tính lớn. Vì vậy, phần này trình bày việc điều
khiển tốc độ bằng điều chỉnh điện áp phần ứng.
Giá trị trung bình của S.đ.đ chỉnh lưu (E
d
) là: Hình 2.7
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
0
ω
Μ
C
Μ
ω
0
01
ω
Α
A'
Β
1
0n
ω
Β
n

d
= E
do
.cos
α
trong đó: E
do
: S.đ.đ của chỉnh lưu khi góc mở α = 0.
E
do
=
m
m
E
m
m
E
π
π
π
π
sin.
.2
sin.
2
max2
=

trong đó:
- E

2
.cos
α
Giả thiết φ = φ
đm
= const; R
ư
= const, ta tiến hành điều chỉnh góc
α
, để thay
đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Về mặt kỹ thuật chỉ cho phép điều chỉnh theo
hướng giảm so với U
đm
, vì nếu điều khiển theo hướng tăng thì động cơ sẽ bị phá
hỏng. Do đó góc điều chỉnh
α
phải thảo mãn hệ:



=
=
dmd
dmd
II
UU
.2
hay



) = (64,7
0

÷
74
0
)
Sinh viªn: Nguyễn Ngọc Hà §å ¸n truyÒn ®éng ®iÖn
25