Đồ án tốt nghiệp
Đồ án: Đánh giá chất lượng và hiệu
chỉnh hệ thống hệ truyền động hệ T-Đ
-6-
Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC

Trang

CHƯƠNG I - GIỚI THIỆU VỀ MÁY MÀI TRÒN 3A130.………………… … 7
I. Đặc điểm công nghệ…………………………………………………………… 7
II. Các đặc điểm về truyền động điện và trang bị điện của máy mài ……… 7
1. Truyền động chính………………………………………………………………9
2. Truyền động ăn dao…………………………………………………….…… 10
3. Truyền động phụ…………………………………………………………… 10
III. Máy mài 3A 130…………………………… ……………………………… 10
1. Giới thiết bị điện của máy………………………………………… …… 11
2. Nguyên lý làm việc của sơ đồ…………………………………………………11
3. Liên động và bảo vệ………………………………………… ………………13
4.Đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khuếch đại từ - động cơ… 13
CHƯƠNG II - THIẾT KẾ MẠCH LỰC HỆ TRUYỀN ĐỘNG …………….15
I. Giới thiệu phương án truyền động dùng hệ T - Đ …………………… … 15
1. Nguyên lý điều chỉnh tôc độ hệ T - Đ…………………………………………16
2. Đặc tính cơ…………………………………………………………………….16
3. Đánh giá chất lượng hệ thống T - Đ………………………………………… 18
II. Tính chọn mạch động lực…………………………………………………….18
1. Lựa chọn sơ đồ mạch động lực……………………………………………… 18
2. Lựa chọn phương án mạch lực và tính chọn các thiết bị cho mạch lực……….21
CHƯƠNG III : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỞ VAN 31
I. Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển………………………………………….31
1. Yêu cầu của mạch phát xung điều khiển 31

2. Mô tả toán học động cơ một chiều kích từ độc lập…. ……………………… 60
3. Bộ khuếch đại tỷ lệ và máy phát tốc………………………………………… 62
4. Xây dựng sơ đồ cấu trúc……………………………………………………….62
CHƯƠNG VI : XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG……… 67
I. Xây dựng đặc tính tĩnh 67
1. Đặc tính cao nhất……………………………………………………………… 67
2. Đặc tính thấp nhât……………………………………………………………….68
2. Kiểm tra chất lượng tĩnh……………………………………………………… 69
-8-
Đồ án tốt nghiệp
II. Xét tính ổn định của hệ thống…… ……………………………………… 70
1. Tiêu chuẩn ổn định đại số……………… ………………………………….…70
2 Xét tính ổn định…………………………………………… …………… …71
CHƯƠNG VII : Mô phỏng hệ thống và chạy trên phần mềm Matlab………… 72
I. Giới thiệu phần mền simulink…………………………………………………72
II. Hàm truyền của các khâu
1. Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ…………………………………….… 72
2 Hàm truyền của khâu phản hồi dòng điện………………… …………… …72
3. Hàm truyền bộ biến đổi …………………………………………………… 73
4. Đặc tính động……………………………………………………………….…73
III. Mô phỏng hệ thống……………………………………………………… ….73
1. Mô phỏng bộ biến đổi………………………………………………… …….73
2. Mô phỏng động cơ điện……………………………………………………….74
3. Mô phỏng hoạt động mạch vòng dòng điện………………………………… 75
4. Mô phỏng khâu phản hồi tôc độ của hệ thống……………………………… 75
Kết luận…………………………………………………………………………… 77
Tài liệu tham khảo 78
-9-
Đồ án tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU

Khi thiết kế phương án truyền động cho một hệ thống thì ta có thể có nhiều
phương án. Tuy nhiên một phương án thì có một ưu nhược điểm nhất định. Vấn đề đặt
ra là phải lựa chọn phương án nào để phù hợp với yêu cầu công nghệ đề ra người thiết
kế phải đưa ra được phương án nào tối ưu nhất phù hợp nhất về các chỉ tiêu kinh tế, kỹ
thuật.
Đối với các hệ thống mà không có yêu cầu cao thì có thể dùng động cơ điện xoay
chiều với hệ thống điều khiển đơn giản, còn đối với những hệ thống có yêu cầu cao về
chất lượng thì nên dùng động cơ điện một chiều và các hệ thống điều khiển có khả
năng tự động hoá cao. Đối với hệ thống này thì bộ bién đổi ở trong mạch điều khiển
có vai trò rất quan trọng nó quyết định cho chất lượng của hệ thống. Bộ biến đổi ở đây
có thể là Thyristo hoặc là máy phát điện một chiều.
Việc so sánh và chọn lựa phương án truyền động hợp lý nhất có ý nghĩa rất quan
trọng nó được thể hiện qua các mặt sau :
- Đảm bảo được yêu cầu công nghệ của máy sản xuất đề ra .
- Đảm bảo độ làm việc lâu dài và tin cậy.
- Giảm giá thành sản phẩm và tăng năng suất lao động.
- Khi xảy ra hỏng hóc có thể sữa chữa và thay thế dễ dàng.
I. KHÁI NIỆM CHUNG
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các máy sản xuất ngày một
đa dạng, đa năng hơn dẫn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp, đòi hỏi độ
chính xác cao và tin cậy
Một hệ thống truyền động điện không những phải đảm bảo yêu cầu công nghệ mà
còn phải đảm bảo có một chế độ đặt trước ổn định như về thời gian quá độ, dải điều
chỉnh, ổn định tốc độ…Tuỳ theo các loại máy công tác mà có nhũng yêu cầu khác
nhau cần thiết cho việc ổn định tốc độ, mômen với độ chính xác cao nào đó trước sự
-11-
Đồ án tốt nghiệp
biến đổi của tải và các thông số nguồn…Do đó bộ biến đổi năng lượng điện xoay
chiều thành một chiều đã và đang được sử dụng rộng rãi.
Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau chế tạo ra như hệ thống

một chiều, thay đổi mạch phần ứng…

• AK động cơ xoay chiều KĐB ( hệ thống công suất lớn sử dụng động cơ đồng bộ)
kéo các máy F, K quay với tốc độ không đổi.
• Máy phát kích thích K cung cấp kích thích cho động cơ một chiều và máy phát F.
• Máy phát F cung cấp cho mạch phần ứng của động cơ Đ kéo máy sản xuất.
 Nguyên lý làm việc của hệ thống:
Động cơ xoay chiều AK kéo các máy phát K, F quay với tốc độ không đổi. Máy
phát K là máy phát tự kích phát ra điện áp cung cấp kích thích cho máy phát F và động
cơ Đ.
Nhờ có kích thích, máy phát F phát ra điện áp cung cấp cho động cơ Đ. Động cơ
Đ quay kéo theo máy công tác quay. Trong quá trình làm việc từ thông động cơ giữ
nguyên.
Để điều chỉnh tốc độ tiến hành thay đổi kích thích máy phát ( nhờ biến trở ).
Để đảo chiều quay đảo chiều dòng kích từ máy phát nhờ cầu dao đảo chiều.
-13-
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống F – Đ đơn giản
Đồ án tốt nghiệp
 Phương tình đặc tính:
deĐ
uFuĐF
.φC
)rI(rE
n
+−
=
=
deĐ
uFuĐFFEF
.φC

Hình 1.2. Hệ thống F - Đ với phản hồi dương dòng điện phần ứng
Đồ án tốt nghiệp
F = F
1
+ F
2
(1.2)
 Điều chỉnh tốc độ:
• Bằng thay đổi s.t.đ chủ đạo F
1
( nhờ biến trở )
• Từ thông động cơ giữ nguyên.
• Quá trình ổn định tốc độ trên đồ thị
• Tác động của khâu phản hồi khi khởi động: Cưỡng bức khởi động
Khắc phục: đưa khâu phản hồi âm áp kết hợp.
2.2.2.Hệ thống F-Đ với phản hồi âm áp - dương dòng kết hợpPhản hồi âm điện áp phần ứng lấy trên điện trở R
s
. Dòng điện chạy qua cuộn W
3
tạo ra sức từ động F
3
ngược chiều F
1
.
Phương trình cân bằng sức từ động: F = F
1
+ F

a. Phản hồi âm dòng có ngắt
Khi thực hiện các phản hồi trong hệ, tốc độ động cơ được duy trì không đổi theo
tốc độ đặt cho trước. Khi xảy ra quá tải, động cơ có thể bị cháy. Việc sử dụng các thiết
bị bảo vệ có thể gây phức tạp cho quá trình vận hành. Do đó người ta đưa vào hệ
thống khâu phản hồi âm dòng có ngắt.
Phản hồi bao gồm một khâu phản hồi âm dòng điện phần ứng và một khâu so sánh
như hình 1.5. Khi dòng điện phần ứng chưa vượt khỏi trị số cho phép, van D không
dẫn dòng, s.t.đ F
4
= 0. Khi dòng điện vượt quá trị số chỉnh định, van D mở, F
4
≠ 0 làm
-16-
Hình 1.4. Hệ thống F - Đ với phản hồi âm tốc độ
Đồ án tốt nghiệp
giảm s.t.đ của MĐKĐ, dẫn đến kích thích máy phát giảm, động cơ giảm tốc độ, đường
đặc tính dốc đến n = 0.
• Sơ đồ:

b. Phản hồi âm áp có ngắt
Khi chỉ sử dụng phản hồi âm điện áp để ổn định tốc độ động cơ làm giảm tổn thất
trong quá trình điều chỉnh tốc độ, tuy nhiên, trong quá trình khởi động, phản hồi sẽ
làm chậm gia tốc của hệ. Khâu ngắt nhằm không cho phản hồi tham gia vào quá trình
khởi động của hệ. Khi quá trình khởi động kết thúc, phản hồi được đưa vào để ổn định
tốc độ động cơ.
Để thực hiện ngắt, người ta cũng dùng khâu so sánh như hình 1.6. Khi khởi động,
van D khoá, phản hồi không tham gia. Kết thúc khởi động, D mở qua cuộn W
5
có
dòng điện tạo ra s.t.đ F

của động cơ thông qua các bộ BĐ chỉnh lưu dùng Thyristor.
• Sơ đồ khối :
I
kt
: dòng điện kích từ.
Ct
1
, Ct
2,
CL
3
: Bộ chỉnh lưu (được nối theo sơ đồ hình tia, hình cầu)
-18-
BĐK
BCL
Đ
U
p
h
U
c
đ
CKĐ
Đồ án tốt nghiệp
- Đặc tính cơ của hệ truyền động T-Đ.
+ Chế độ dòng điện liên tục.
Dòng điện chỉnh lưu chính là dòng điện phần ứng.
Dựa vào sơ đồ thay thế viết được phương trình đặc tính.
.φC
.IXR

Họ đặc tính song song và mềm hơn đặc tính tự nhiên. Do tính chất dẫn dòng 1
chiều của van các đặc tính nằm bên phải mặt phẳng toạ độ.
Từ phương trình đặc tính:
- Khi => U
d
= U
do
- U
do

- Khi
2
π
α0 ≤≤
. Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu:
Động cơ làm việc ở chế độ động cơ khi E > 0
Động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược khi E đổi chiều.
- Khi . BBĐ làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc:
Động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng.
Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:
k
d
XR
UE
I
+
−
=
Phương trình đặc tính tốc độ:
.I

3.2. Sơ đồ hình cầu
Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lưu cầu:
- Số van chỉnh lưu bằng 2 lần số pha của điện áp nguồn cung cấp, trong đó có m van
có katôt nối chung (các van 1, 3, 5) tạo thành cực dương của điện áp nguồn; m van có
anôt chung ( 2, 4, 6) tạo thành cực âm của điện áp chỉnh lưu.
-20-
Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL - Đ
hình tia 3 pha và sơ đồ thay thế
Đồ án tốt nghiệp
- Mỗi pha của điện áp nguồn nối với 2 van, 1 ở nhóm anôt chung, 1 ở nhóm katôt
chung.3.3. Nhận xét chung
 Ưu Điểm:
Hệ T-Đ có độ tác động nhanh cao, không gây ồn ào và dễ tự động hóa 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 nhiều vòng để nâng cao chất lượng các đặc tính tĩnh
và các đặc tính động của hệ thống.
 Nhược điểm:
- Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao, gây đến tổn
thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống
- Chuyển đổi làm việc khó khăn hơn do đường đặc tính trong mặt phẳng toạ độ.
- Trong thành phần của hệ biến đổi có máy biến áp nên hệ số cosφ thấp.
- Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khó khăn đối
với các hệ thống đảo chiều.
- Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp với những truyền
động có tải nhỏ.
-21-
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL – Đ

d
– M
c
=
375
GD
2
.
t
n
d
d
(2)
E
Đ
= C
e
.n
M
d
= C
m
.I
d
; M
c
= C
m
.I
c

2
d
) (kφ
J.R
)
Từ (1):
⇔
U
d
- E
Đ
= R
d
(I
d
+ T
e
.
dt
dI
d
)

→
L
U
d
(p) - E
Đ
(p) = R

c
=
375
GD
2
.
t
n
d
d
=
em
2
.C375.C
GD
.
t
Đ
d
dE
=
d
m
R
T
.
t
Đ
d
dE

)
Mô tả dưới dạng sơ đồ cấu trúc:

(1’)
⇒

(2’)
⇒

⇒

⇔
-23-
U
d
(p)
E
Đ
(p)
I
d
(p)
1pT
1/R
e
d
+

1/R
e
d
+
(-)
E
Đ
(p)
dT
R
m
d
I
c
(p)
e
C
1
(-)
n(p)
U
d
(p)
1pT
1/R
e
d
+
(-)
E

= 5(ms).
- Tia 3 pha:
τ
= 3.33(ms).
- Tia 6 pha, cầu 3 pha:
τ
= 1.67(ms).
U
d
= U
đk
.k
b
.(t -
τ
)
→
U
d
(p)= U
đk
(p).
1pT
.ek
BĐ
τp
b
+
−


b
τp
b
τp
b
đk
d
++++
===
−
Trong đó:
0
n!
pτ

2!
pτ
nn22
=++

⇒
1τp
k
(p)U
(p)U
b
đk
d
+
=

(-)
U
d
(p)
n(p)
U
đk
(p)
1τ.p
k
b
+
U
d
(p)
Đồ án tốt nghiệp
1.4. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động hệ thống điều tốc mạch vòng kín phản hồi âm
tốc độ
Giả thiết Ic(p)= 0:
F(p)=
1)p
m
T
2
p
e
T
m
1)(T.p(
Đ

+
=
τ
Đ
k
b
k
p
γk1)p
m
T(τ
2
τ)p
e
(T
m
T
3
τp
e
T
m
T
Đ
k
b
k
p
k
F(p)

T
1k
Đ
.k
b
.k
p
k
F(p) =
+
+
+
+
+
+
+
+
+
=⇒
Phương trình đặc trưng M(p)= 0 là:
01.p
1k
m
Tτ
2
.p
1k
τ)
e
(T

τ)
e
(T
m
T
>
+
−
+
+
+
+

⇒
k <
.τ
e
T
e
T
m
T.τ
m
T
2
τ ++
.
-25-
Ic(P)
Ucđ(p)

= 4,11
Ω
; n
đm
= 2500 (V/ph); I
đm
= 4,01(A)
85%η
đm
=
; D = 30/1; S
t

≤
5%; GD
2
=10(N.m
2
).
Bộ biến đổi: cầu 3 pha, tổng trở mạch
11,4R
d
=
(
Ω
); L
d
= 0,12 (H).
1) Đánh giá chất lượng hệ thống hở:
đm

0,777
9,55
dm
kφ
Ce ===
) 204(v/p
Ce
d
.R
đm
I
n
Δ
=
=
Sai lệch tĩnh lớn nhất:
7,54%1.100
2042500
204
.100
Δn
đm
n
Δn
t
S =
+
=
+
=

2
me
d
2
m
===
Hệ số khuếch đại bộ khuếch đại của bộ biến đổi:
55
ΔU
ΔU
K
dk
d
b
==
Hằng số thời gian của bộ biến đổi:
0,00167(s)1,67(ms)τ ==
Hệ số phản hồi âm dòng có ngắt
β
:
0,1918
4,01.1,3
1
I
U
β
ng
ng
===
(

LƯỢNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ
I. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAP VÀ SIMULINK
MATLAB – phần mềm nổi tiếng của công ty MathWorks, là một ngôn ngữ hiệu
năng cao cho tính toán kỹ thuật như được viết trong logo của phần mềm này. Nó tích
hợp tính toán, hiện thị và lập trình trong một môi trường dễ sử dụng. Các ứng dụng
tiêu biểu của MATLAB bao gồm:
− Khả năng tính toán mạnh.
− Phát triển thuật toán.
− Chứa Simulink là môi trường mạnh để mô phỏng các hệ thống động học tuyến
tính và phi tuyến.
− Đồ họa khoa học và kỹ thuật.
− Phát triển ứng dụng với các giao diện đồ họa.
− Có kiến trúc mở, ủng hộ việc xây dựng thêm các module tính toán kỹ thuật theo
chuẩn công nghiệp.
Tên của phần mềm MATLAB bắt nguồn từ thuật ngữ “Matrix Laboratory”. Đầu
tiên nó được viết bằng FORTRAN để cung cấp truy nhập dễ dàng tới phần mềm ma
trận được phát triển bởi các dự án LINPACK và EISPACK. Sau đó nó được viết bằng
ngôn ngữ C trên cơ sở các thư viện nêu trên và phát triển thêm nhiều lĩnh vực của tính
toán khoa học và các ứng dụng kỹ thuật.
Ngoài MATLAB cơ bản với các khả năng rất phong phú sẽ được đề cập sau, phần
mềm MATLAB còn được trang bị thêm các ToolBox – các gói chương trình (thư viện)
cho các lĩnh vực ứng dụng rất đa dạng như xử lý tín hiệu, nhận dạng hệ thống, xử lý
ảnh, mạng nơ ron, logic mờ, tối ưu hóa, phương trình đạo hàm riêng, sinh tin học,
Đây là các tập hợp mã nguồn viết bằng chính MATLAB dựa theo các thuật toán mới,
hữu hiệu mà người dùng có thể chỉnh sửa hoặc bổ sung thêm các hàm mới.
Simulink là phần mềm mô phỏng các hệ thống động học trong môi trường Matlab.
Đặc điểm của Simulink là lập trình ở dạng sơ đồ cấu trúc của hệ thống. Nghĩa là, để
mô phỏng một hệ thống đang được mô tả ở dạng phương trình vi phân, phương trình
-27-
Đồ án tốt nghiệp

Ramp Phát tín hiệu đường y= ax +b
Random Number Tạo các số ngẫu nhiên phân bố chuẩn
Repeating Sequence Tạo tín hiệu tuỳ ý lặp lại theo chu kỳ
Signal Generator Tạo các dạng tín hiệu khác nhau
Sine Wave Tạo tín hiệu hình sin
Step Tạo tín hiệu dạng hàm bậc thang đơn vị
UniformRandom Number Tạo các số ngẫu nhiên phân bố đều
• Constant:
Khối tạo nên hắng số. Hằng số đó có thể là véctơ hay ma trận, hay tín hiệu đơn tùy
ta khai báo ở constant. Muốn vậy nháy đúp vào khối ta sẽ mở ra cửa sổ Block
Parameters và có thể nhập các tham số sau đó ấn OK.
Ở ô interpret vecto parameters nếu chọn ta có thể khai báo tham số là véctơ hàng
hay véctơ cột, nếu không chọn véctơ hàng hay cột mà ta khai báo chỉ có thể dùng như
véctơ với chiều dài n.
• Step và Ram:
Dùng để tạo tín hiệu bậc thang hay tín hiệu dốc dốc tuyến tính. Chúng ta có thể
khai báo giá trị đầu/ giá trị cuối và cả thời điểm bắt đầu của bước nhẩy.
Trong hộp parameter ta nhập Step time: nhập thời gian bắt đầu của bước nhẩy. Initial
value: Nhập giá trị ban đầu trước khi có bước nhẩy. Final value: giá trị cuối của bước
nhẩy. Sample time: 0 khi mô phỏng cho hệ liên tục; 1 khi mô phỏng cho hệ gián đoạn.
• Signal Generator và Pulse Generator:
Signal Generator tạo các tín hiệu kích thích khác nhau ví dụ như sin, răng cưa còn
Pulse Generator tạo xung chữ nhật với biên độ và tần số độ rộng xung có thể thay đổi.
• SINE WAVE:
-29-
Đồ án tốt nghiệp
Tạo tín hiệu hình sin cho cả hai loại liên tục( sample time = 0) và cho gián đoạn
với ( sample time = 1). cơ sở quan hệ y=Amplitude.sin(Fequency.time+phase).
• Repeating Sequency: tạo tín hiệu tuần hoàn tuỳ ý.
2.2. Thư viện các khối Sinks