Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
Tên đề tài : Thiết kế hệ thống truyền động cho cân
băng định lợng
Động cơ điện một chiều
- Số liệu :
+ Lực kéo 600N
+ Tốc độ cực đại 1,5 m/s
+ Tốc độ cực tiểu 0,075 m/s
+ Đờng kính trục 300 mm
+ Hộp số i = 10 ; = 80%
- Yêu cầu :
+ Nêu yêu cầu công nghệ của truyền động
+ Tính chọn công suất động cơ
+ Chọn phơng án truyền động
+ Xây dựng sơ đồ điều khiển
+ Tổng hợp hệ
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
1
F
Phễu
Vật liệu
Cơ cấu cân định lượng
Puli chủ động
Hộp số
Động cơ
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Chơng I
Mô tả quá trình công nghệ và yêu cầu đối với
hệ truyền động cân băng định lợng
1 . Mô tả quá trình công nghệ của cân băng định

v
v
Q ..6,3
1000
..3600
=

=
[ tấn/h ]
trong đó:
: khối lợng tải theo cjiều dài [kg/m ]
v : tốc độ di chuyển của băng [m/s]
Khối lợng của băng tải theo chiều dài đợc tính theo công thức:

3
10..

S
=
trong đó:
: khối lợng riêng của vật liệu [ tấn/m
3
]
S : tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng [ m
2
]
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
2
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
2 . Các thông số kỹ thuật, đặc điểm công nghệ và

- Mômen ứng với tốc độ = 0
Mđm - Mômen ứng với tốc độ w
đm

Mc - Mômen ứng với tốc độ
Với băng tải = 0. Do đó ta có M
c
= M
đm
= const . Ta thấy rằng tải của
hệ truyền động băng tải phối liệu hầu nh ít thay đổi trong quá trình làm việc.
Hệ truyền động này là hệ làm việc ở chế độ dài hạn.
Ta có đồ thị công suất và momen cản tĩnh của truyền động điều chỉnh
tốc độ với M
c
= const nh sau:

w

w
max
P
c

M
c

w
min


15,0
5,1
'
)/(5,0
15,0
075,0
'
max
max
min
min
srad
R
v
w
srad
R
v
w
===
===
Vận tốc của trục quay qui đổi với i = 10

)/(510.5,0.'
)/(10010.10.'
minmin
maxmax
sradiww
sradiww
===


d . Các yêu cầu về khởi động và h mã
Hệ truyền động băng tải phối liệu khi khởi động với gia tốc lớn sẽ làm
tăng lực đàn hồi gây biến dạng băng và làm đứt băng. Để hạn chế điều này ta
phải sử dụng khâu giảm tốc khi khởi động.
Để động cơ có thể khởi động đợc sau khi mất điện trong quá trình làm
việc thì chọn động cơ có mômen khởi động đủ lớn.
Khi dừng thì không yêu cầu dừng chính xác, nhng cũng tránh cho hệ
dừng với gia tốc lớn gây h hỏng, đứt băng. Hệ truyền động băng tải thờng làm
việc liên tục ít khi phải dừng nên không cân fthiết kế bộ giảm tốc. Cũng không
cần thiết kế phanh hãm vì khi kết thúc công việc ta sẽ để cho băng dừng tự
do.
e . Sơ đồ động học
Sơ đồ động học của hệ truyền động cân băng định lợng có dạng đơn
giản nh sau :
Trong đó:
1- Động cơ điện
2- Hộp tốc độ
3- Trục chính để lắp vào máy quay băng tải
g . Hệ truyền động nhiều động cơ
Khi có nhiều băng tải làm việc nối tiếp trong một dây truyền đòi hỏi
phải đồng bộ hoá tốc độ của các động cơ truyền động và đặt các khoá liên
động cần thiết bảo đảm thứ tự tác động. Khi đó tốc độ động cơ phải bằng
nhau trong mọi trờng hợp để tránh các lực đàn hồi trên băng.
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
5
Wc
Pc
Mc
Wd

6
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Chơng II
tính chọn công suất động cơ
1 . Xác định các thông số cần thiết
Tốc độ lớn nhất và nhỏ nhất
Mô men cản qui đổi về trục động cơ:

2 .Tính công suất động cơ
Để tính chọn công suất động cơ trong trờng hợp truyền động có điều
chỉnh tốc độ, ta cần xác định các yêu cầu cơ bản sau:
Đặc tính phụ tải truyền động P
c
(), M
c
(): Phụ tải truyền động yêu
cầu điều chỉnh tốc độ với M = const. Khi đó, công suất yêu cầu cực đại P
max
=
M
đm
.
max
M
c
0

min

max

8,0.10
15,0.600
.
.
Nm
i
RF
M
cqd
===

Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Phơng pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền
động
Dự dịnh dùng phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng sử dụng chỉnh
lu cầu ba pha có điều khiển (thyristor).
Loại động cơ truyền động
Yêu cầu dùng động cơ một chiều kích từ độc lập.
Đặc điểm của truyền động băng tải là giữ M = const trong phạm vi điều
chỉnh tốc độ. Do đó, ta có yêu cầu công suất cực đạI:
Ta chọn loại động cơ H-68 của Nga với các thông số sau
P
đm
= 1,45 (kW)
U
đm
= 220 (V)
I
đm
= 8,5 (A)

dmdm
dm
L
===
Trong đó k
L
là hệ số lấy giá trị 5,5 ữ 5,7 đối với máy không bù và
k
L
= 1,4 ữ 1,9 đối với máy có bù; p là số đôi cực.
k
đm
=
9,0
219,9
49,2.5,8-220
..
d
==

m
dmdm
RIU

Mômen quán tính phần ứng : J = 0,125(kg.m
2
)
Hằng số thời gian cơ học T
c
=

-
=



=

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
8
)(4,1)(140025,1*1125*25,1
)(1125100*25,11*
max
maxmax
kwwPP
wMP
dm
cqd
====
===

Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Chơng III
Chọn phơng án truyền động
Chọn phơng án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết
quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có
thể thoả mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh
tế, kỹ thuật các hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể
lựa chọn đợc một vài phơng án hoặc một phơng án duy nhất để thiết kế.
Lựa chọn phơng án truyền động tức là phải xác định đợc loại động cơ truyền
động một chiều hay xoay chiều, phơng pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với

Đ
U
k Đ
U
đ k
~
i
K Đ

M
I
Sơ đồ nguyên lý hệ F-Đ
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
9
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Sơ đồ nguyên lý một hệ F-Đ đợc thể hiện trên hình vẽ. Động cơ Đ
truyền động quay chi tiết của máy mài M đợc cấp điện từ máy phát F. Động cơ
sơ cấp kéo máy phát F với tốc độ không đổi là động cơ điện không đồng bộ
ĐK. Khi điều chỉnh dòng điện kích từ máy phát i
KF
thì điều chỉnh đợc tốc độ
không tải của hệ thống còn độ cứng đặc tính cơ đợc giữ nguyên.
b . Đặc điểm của hệ F-Đ
Các chỉ tiêu chất lợng của hệ truyền động F-Đ về cơ bản tơng tự nh các
chỉ tiêu hệ điều chỉnh điện áp dùng bộ biến đổi nói chung. Ưu điểm nổi bật
nhất của hệ F-Đ là sự chuyển đổi trạng thái làm việc rất linh hoạt, khả năng
quá tải lớn. Do vậy thờng sử dụng hệ F-Đ ở các máy khai thác trong công
nghiệp mỏ.
Nhợc điểm quan trọng nhất của hệ F-Đ là dùng nhiều máy điện quay,
trong đó ít nhất là hai máy điện một chiều, gây ồn lớn, hiệu suất thấp (không

a . Hệ truyền động thyristor-động cơ (T-Đ)
Hệ truyền động T-Đ là hệ truyền động động cơ điện một chiều kích từ
độc lập, điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần
ứng hoặc thay đổi điện áp đặt vào phần kích từ của động cơ thông qua các
bộ biến đổi chỉnh lu dùng thyristor.
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
10
Đặc tính cơ hệ T-Đ.
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
M
Đ
U
đ k
~
i
K Đ

M
~
U
đ k
Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động T-Đ
b . Đặc tính cơ của hệ T-Đ
Trong hệ T-Đ, nguồn cấp cho phần ứng động cơ là bộ chỉnh lu
thyristor. Dòng điện chỉnh lu cũng chính là dòng điện phần ứng động cơ. Chế
độ làm việc của chỉnh lu phụ thuộc vào phơng thức điều khiển và các tính chất
của tải. Trong truyền động điện, tải của chỉnh lu thờng là cuộn kích từ (L-R)
hoặc mạch phần ứng động cơ (L-R-E).
Phơng trình đặc tính cơ cho hệ T-Đ ở chế độ dòng điện chỉnh lu liên
tục:

Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
11
Đặc tính cơ hệ T-Đ.
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Tốc độ không tải lý tởng phụ thuộc vào góc điều khiển :
dm
do
o
k
cosE


=
.
Tuy nhiên, tốc độ không tải lý tởng này chỉ là giao điểm của trục tung
với đoạn thẳng của đặc tính cơ kéo dài. Thực tế, do có vùng dòng điện gián
đoạn, tốc độ không tải lý tởng của đặc tính là lớn hơn.
Họ đặc tính cơ của hệ thống trong trờng hợp này nh trên hình 4-3 khi
điều chỉnh ở vùng dới tốc độ định mức. Các đặc tính cơ của hệ truyền động T-
Đ mềm hơn hệ F-Đ vì có sụt áp do hiện tợng chuyển mạch giữa các thyristor.
Góc điều khiển càng lớn thì điện áp đặt vào phần ứng động cơ càng nhỏ.
Khi đó, đặc tính cơ hạ thấp và ứng với một mômen cản M
c
, tốc độ động cơ sẽ
giảm.
Lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ: khi phụ tải nhỏ thì các đặc tính cơ
có độ dốc lớn (phần nằm trong vùng gạch chéo). Đó là vùng dòng điện gián
đoạn. Góc điều khiển càng lớn (khi điều chỉnh sâu) thì vùng dòng điện gián
đoạn càng rộng và việc điều chỉnh tốc độ gặp nhiều khó khăn hơn.
Trong thực tế tính toán hệ T-Đ, ta chỉ cần xác định biên giới vùng dòng

ta tăng giá trị điện cảm L và tăng số pha chỉnh lu p. Song khi tăng số xung p
thì mạch lực chỉnh lu cũng tăng độ phức tạp và cả mạch điều khiển cũng phức
tạp hơn. Còn khi tăng trị số L sẽ dẫn tới làm xấu quá trình qúa độ (tăng thời
gian quá độ) và làm tăng trọng lợng, kích thớc của hệ thống. Biên giới này đợc
mô tả bởi đờng cong nét đứt trên hình 4-3.
c . Đặc điểm hệ truyền động Thyristor - động cơ
Ưu điểm nổi bật nhất 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
cao. Điều đó rất thuận tiện cho việc thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
12
Đặc tính cơ hệ T-Đ.

M
0
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
nhiều vòng để nâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và các đặc tính động của
hệ thống. Hệ thống T-Đ có khả năng điều chỉnh trơn với phạm vi điều chỉnh
rộng. Hệ có độ tin cậy cao, quán tính nhỏ, hiệu suất lớn.
Nhợc điểm chủ yếu của hệ T-Đ là do các van bán dẫn có tính phi
tuyến, dạng điện áp chỉnh lu ra có biên độ đập mạch cao, gây tổn thất phụ
trong máy điện và ở các truyền động có công suất lớn còn làm xấu dạng điện
áp của nguồn và lới xoay chiều. Hệ số công suất cos của hệ nói chung là
thấp nhất là khi điều chỉnh sâu.
3 . Hệ thống truyền động điều chỉnh xung áp -
động cơ một chiều (XA-Đ)
Hệ truyền động điều chỉnh xung áp - động cơ một chiều (XA-Đ) sử
dụng bộ điều chỉnh xung áp một chiều, trong đó các bộ khoá điện tử đóng vai
trò cơ bản. Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều đợc sử dụng khi có sẵn
nguồn một chiều cố định mà cần phải điều chỉnh đợc điện áp ra tải.

ứng động cơ,U
ng
là điện áp một chiều cần băm , là hệ số lấp đầy xung:
kt
tt
tt
t
T
t
+
==
với t
t
, t
k
là thời gian thông và khoá của bộ khoá điện tử. Do
đó, khi điều chỉnh tốc độ động cơ qua điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng
động cơ, cần thay đổi hệ số của bộ XA. Hệ số này có thể thay đổi bằng 3
phơng pháp: thay đổi t
t
, T hoặc cả hai.
So sánh 3 phơng án ta quyết định chọn phơng án truyền động chỉnh lu
Thyristor - động cơ một chiều kích từ độc lập.
4 . Tính chọn bộ biến đổi chỉnh lu TIRISTOR
Yêu cầu đối với bộ chỉnh lu
- Nguồn điện xoay chiều: 3x380V, 50Hz
- Bộ chỉnh lu cầu ba pha có điều khiển
- Điện áp chỉnh lu: U
d
= 220 V

- điện áp không tải của chỉnh lu

1
- hệ số tính đến sự suy giảm của điện áp lới
1
= 0,95

2
- hệ số dự trữ máy biến áp
2
= 1,04 ữ 1,06

min
- góc điều khiển cực tiểu . Đối với sơ đồ không đảo chiều
min
= 0
U
V
- tổng sụt áp trên van , bao gồm sụt áp trên điện trở tơng đối lớn (
khoảng 4% ) còn sụt áp trên điện kháng ít hơn ( khoảng 1,5% )và điện
áp sụt trên hai thyristor nối tiếp khoảng 2V.
R - điện trở đẳng trị tổng quy đổi về mạch một chiều gồm điện trở
toàn phần mạch phần ứng , điện trở máy biến áp và điện trở cuộn lọc
một chiều
I
max
- dòng phần ứng cực đại nằm trong khoảng 2 ữ 2,5 I
đm
Umax - sụt áp cực đại do trùng dẫn
Umax = U

: điện áp ngắn mạch
Y

: đối với sơ đồ sáu xung và mời hai xung Y

= 0,5
Nếu I
udm
= I
ddm
ta có
U
do
=



K
uuVudm
UY
IRUE

++

min1
max2
cos
=
ddm
u

U
do
vo
5,221
35,1
==
b . Tính chọn biến áp nguồn BAN
BAN đấu theo kiểu /Y. Điện áp lới U
L
= 380V.
Giá trị hiệu dụng điện áp thứ cấp máy biến áp (nối /Y)
6
.
3
2
do
U
U

=
= 128 (V)
Tỷ số máy biến áp: k =
128
380
2
1
=
U
U
= 3

đm
= 3(kVA).
c . Chọn van cho bộ biến đổi
Giá trị dòng trung bình chảy qua mỗi van:
)(83,2
3
5,8
3
A
I
I
d
vtb
===
Giá trị dòng cực đại qua mỗi van:
I
vmax
= I
d
= 8,5 (A)
Giá trị điện áp ngợc đặt lên mỗi van:
Đồ án môn học Tổng hợp hệ điện cơ
15
Lê Trọng Huy - TĐH3 - K44 - ĐHBKHN
Từ những tính toán trên, với chế độ làm mát bằng quạt gió thì các
thông số cần của mỗi van trong mạch chỉnh lu cầu ba pha là:
- U
ngt
1,6. U
ngmax

Max
(A)
V
TM
max
(V)
I
TM
Max
(A)
Du/dt
(V/às)
di/dt
(A/às)
TYN
690
16 600 220 3 1,5 25 1,4 50 50 100
d . Tính chọn cuộn kháng mạch lọc một chiều
Điện cảm phần ứng
L =
)(5,34)(0345,0
2100.2.5,8
220
.6,5
..
. mHH
npI
U
k
dmdm

km
Km
U
L
I
2
1
)(
.
1


L

- điện cảm tổng của mạch một chiều ( bỏ qua giá trị điện trở )
Gọi g


là hệ số đập mạch điện áp đầu ra bộ biến đổi
g


=

k
km
Km
U
2
1

.
Hệ số đập mạch điện áp g


phụ thuộc vào góc điều khiển , g


= f(
do
d
U
U

)
Do thành phần dòng xoay chiều nên giá trị dòng điện định mức của
động cơ giảm
I
'
dm
= I
dm
.
2
1
1
i
m
R
R


nU

max
][

Tra đờng cong quan hệ g
c
= g


.
o
n
n
ta đợc
maxc
g
= 1,1
U
do
= 299V
I
ddm
= 8,5A
n
0
= 2322 (1/s)
n = 2100 (1/s)
Ta có L
d

thống truyền động, mất kích từ động cơ, quá tốc độ, quá dòng, quá điện áp
phần ứng, đánh lửa gây ngắn mạch ở vành góp, ngắn mạch một số vòng dây
của máy biến áp nguồn... Mạch bảo vệ thực hện cắt khẩn cấp bằng các thiết
bị đóng cắt truyền thống nh cầu chì, áptômát, rơle.. kết hợp với bảo vệ ở mạch
điều khiển nh khoá thyristor, cắt nguồn nuôi, khoá các bộ điều chỉnh...
Bảo vệ cắt có thời gian: Quá tải , cách điện giảm , quá nhiệt v.v . Mạch bảo
vệ phát hiện và phát tín hiệu cảnh báo trong lúc đó mạch điều chỉnh sẽ tự
động thay đổi tham số điều khiển để thoát khỏi sự cố hoặc ngời vận hành trực
tiếp điều chỉnh . Nếu sau một thời gian quy định mạch bảo vệ sẽ tác động cắt
hệ thống , ngừng làm việc để giải quyết sự cố .
Trong các hệ truyền động hiện đại điều khiển số dùng vi xử lý hay vi tính có
trang bị chơng trình kiểm tra trạng thái của hệ để phát tín hiệu cảnh báo hoặc
dự báo sự cố xảy ra cắt kịp thời để tránh gây h hỏng .
Thiết bị bảo vệ dòng điện ngắn mạch bên sơ cấp biến áp của bộ biến
đổi, ngắn mạch bên phía thứ cấp của biến áp nguồn nhng nằm ngoài bộ biến
đổi, ngắn mạch bên trong hệ truyền điện (bộ biến đổi và động cơ) sử dụng
cầu chì. Để bảo vệ mất từ thông, sử dụng rơle bảo vệ mất từ thông. Sử dụng
rơle bảo vệ quá nhiệt để bảo vệ quá nhiệt động cơ, máy biến áp...
b . Bảo vệ trong bộ biến đổi
Bảo vệ quá nhiệt : Khi thyristor đợc điều khiển mở cho dòng chảy qua van, công
suất tổn thất bên trong sẽ đốt nóng chúng, trong đó mặt ghép là nơi bị đốt nóng
lớn nhất. Ngoài ra, quá trình chuyển mạch van cũng gây ra tổn thất điện năng. Do
các thiết bị bán dẫn nói chung rất nhạy cảm với nhiệt độ, mọi sự quá nhiệt độ trên
van dù chỉ diễn ra trong thời gian ngắn cũng có thể phá hỏng van, nên để bảo vệ
quá nhiệt trên van, ta sử dụng các biện pháp làm mát cỡng bức. Biện pháp làm
mát thông dụng nhất là quạt không khí xung quanh cánh tản nhiệt (làm mát bằng
gió). Đối với thiết bị bán dẫn công suất lớn hơn, ta có thể cho nớc trực tiếp chảy
qua cánh tản nhiệt (làm mát bằng nớc) hoặc ngâm cả thiết bị bán dẫn vào dầu
biến thế.
Trong đồ án này, việc thiết kế bảo vệ quá nhiệt cho thyristor thực hiện