ĐỒ ÁN TỔNG HỢP ĐIỆN CƠ
ĐỀ TÀI:
Tính toán thiết kế hệ truyền động với yêu cầu máy sản xuất có:
Mc = const
Chuyển động lên xuống với : υ
đm
= 2 m/phút
Công suất định mức : P
đm
= 9 Kw
Hiệu suất bộ truyền : η = 95%
Tải mang tính : thế năng
Dải điều chỉnh : D = 5 : 1
Sai lệch tĩnh : St% ≤ 10%
Có đảo chiều, có bảo vệ quá tải ( Hãm tái sinh)
PhầnΙ; Thuyết minh:
Chương 1: Phân tích, tính toán quy đổi từ máy sản xuất về
trục động cơ.
Chương 2: Phân tích, chọn loại động cơ truyền động.
Chương 3: Phân tích, chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động
cơ .
Chương 4: Phân tích, chọn BBĐ cấp điện cho động cơ.
Chương 5: Phân tích, chọn tín hiệu phản hồi và mạch tổng hợp khuếch
đại trung gian.
Chương 6: Tính chọn thiết bị.
Chương 7: Xây dựng đặc tính cơ và kiểm tra chất lượng tĩnh.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
1
Chương 8: Thuyết minh nguyên lý làm việc của hệ thống.
Phần II; Bản vẽ:

Chng 3: Phõn tớch, chn phng phỏp iu chnh tc ng c.
Chng 4: Phõn tớch, chn BB cp in cho ng
Chng 5: Phõn tớch, chn tớn hiu phn hi v mch tng hp khuch
i trung gian.
Chng 6: Tớnh chn thit b.
Chng 7: Xõy dng c tớnh c v kim tra cht lng tnh.
TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP THI NGUYấN LP: K40.TH.03
3
Chng 8: Thuyt minh nguyờn lý lm vic ca h thng.
Phần bản vẽ : gồm 3 bản vẽ khổ A
0
1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống.
2. Giản đồ dòng, điện áp trên mạch động lực và mạch điều khiển.
3. Đặc tính tĩnh hệ thống.
Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn, nên đồ án
của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong đợc sự chỉ bảo, góp ý
của các thầy,cô giáo cùng các bạn để bản đồ án của em đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, cảm ơn thầy
Nguyễn Ngọc Kiên đã giúp đỡ em để bản thiết kế hoàn thành đúng thời hạn.
Thái nguyên ngày Tháng năm 2007
Sinh viên thiết kế
Vũ văn phiên

TRNG I HC K THUT CễNG NGHIP THI NGUYấN LP: K40.TH.03
4
Chương 1: Phân tích, tính toán quy đổi từ máy sản xuất về
trục động cơ.

Xuất phát từ những yêu cầu của đề tài, cho các thông số của máy sản xuất.
Để dễ dàng cho việc nghiên cứu và tính toán, người ta thường tính quy đổi tất cả

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
5
Theo đề tài ta có:
-Mc = const, υ
đm
= 2 m/phút, P
đm
= 9 Kw, η = 95%.
Ta có : n
đm
=
60
2 R
v
dm
π

-Với R : là bán kính tang quay.
Ta chọn bán kính tang quay: R = 0.2m
⇒ n
đm
=
60
2.0*14.3*2
2
= 96 (v/phút)
-Ở đây n
đm
: là tốc độ định mức của tang quay.
a) Xác định tỉ số của bộ truyền:

95.0
9
= 9.5 Kw
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
6
Chương 2: Phân tích chọn loại động cơ truyền động:
Trong chương này ta sẽ đưa ra một số loại động cơ có thể được sử dụng để
truyền động cho hệ thống.Ta có các loại động cơ:
1: Động cơ xoay chiều .
a: Động cơ không đồng bộ :
Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ
công suất nhỏ, công suất trung bình và công suất lớn và chiếm tỉ lệ rất lớn trong
công nghiệp.
Ưu điểm: nổi bật của loại động cơ này là: Cấu tạo đơn giản, đặc biệt là động
cơ rôto lồng sóc; so với động cơ một chiều động cơ không đồng bộ có giá thành
hạ; vận hành tin cậy, chắc chắn. Ngoài ra động cơ không đồng bộ dùng trực tiếp
lưới điện xoay chiều ba pha nên không cần trang bị thêm các thiết bị biến đổi
kèm theo.
Nhược điểm: của động cơ không đồng bộ là điều chỉnh tốc độ và không chế
các quá trình quá độ khó khăn; riêng với động cơ rôto lồng sóc có các chỉ tiêu
khởi động xấu hơn.
Xét về mặt cấu tạo, người ta chia động cơ không đồng bộ làm hai loại: Động
cơ rôto dây quấn và động cơ rôto lồng sóc (còn gọi là động cơ rôto ngắn mạch).
H2.1: Sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
7
a.1; Phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:
M =
sX

2
X
: điện trở, điện kháng mạch rôto quy đổi về stato.
- X
nm
= X
1
+
'
2
X
: điện kháng ngắn mạch.
- ω
1
=
p
f
1
2
π
: tốc độ của từ trường quay, còn gọi là tốc độ đồng bộ.
- f
1
: tần số của điện áp nguồn đặt vào stato.
- p : số đôi cực từ động cơ.
- ω : tốc độ góc của động cơ.
- s =
1
1
ω

f
XRR
U
+±
ω
Trong đó: dấu (+) ứng với chế độ động cơ và dấu (-) ứng với chế độ máy phát.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
8
A
M
Mdm
ω
S
ω1
Sth
0
Rf 0
TN(Rf = 0)
2
1
Mth
H2.2: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ω = f(M) trong
chế độ động cơ

a.2; Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ:
Trong công nghiệp thường sử dụng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ
động cơ không đồng bộ:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ.
- Điều chỉnh công suất trượt Ps.
- Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ.

π
ω
=
Trong đó :
- ω
1
: là tốc độ đồng bộ.
- f
1
: tần số của lưới xoay chiều.
- p: số đôi cực từ.
U
+
-
ω1
Mmax
M
0
ω
h2.3: Sơ đồ nguyên lý động h2.4: Đặc tính cơ của động cơ đồng bộ.
cơ đồng bộ.
Ưu điểm: của động cơ đồng bộ là có độ ổn định tốc độ cao, hệ số cosϕ và
hiệu suất lớn, vận hành có độ tin cậy cao.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
10
Nhược điểm: Động cơ này có nhược điểm là điều chỉnh tốc độ gặp khó khăn
do chỉ có phương pháp điều chỉnh duy nhất là biến tần nguồn điện. Tuy nhiên do
sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử thì nhược điểm này đã được khắc
phục bằng các bộ biến tần công nghiệp của các hãng sản xuất thiết bị điện tử
công nghiệp nổi tiếng thế giới như : SIEMENT(ĐỨC), OMRON(PHÁP)….

-A
1
=
CK
U
u
.
-B =
CK
R
u
.
-U
ư
: điện áp phần ứng (v).
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
11
-R
ư
: điện trở mạch phần ứng(Ω).
-K =
a
pN
π
2
: hệ số cấu tạo động cơ.
-C : là hệ số tỉ lệ của mạch kích từ.
a.3: Đặc tính cơ:
0
NT

Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ độc lập là cuộn kích từ được cấp
nguồn từ một nguồn riêng biệt, do đó khi tải thay đổi thì ít không ảnh hưởng tới
kích từ của động cơ. Ta có thể điều chỉnh tốc độ động cơ ở cả mạch phần ứng và
mạch kích từ.
b.1; Sơ đồ nguyên lý:
I
Rf
-
Uu
+
E
Ikt
Rkt
Ckt
-
Ukt
+
h2.8: Sơ đồ nguyên lý của động cơ một chiều kích từ độc lập
b1.2; Phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập :
ω =
φ
K
U
u
-
M
K
RR
fu
2

ct
: điện trở của mạch phần ứng, Ω.
+ r
ư
: điện trở cuộn dây phần ứng.
+ r
cf
: điện trở cuộn cực từ phụ.
+ r
b
: điện trở cuộn bù.
+ r
ct
: điện trở tiếp xúc của chổi điện.
- R
f
: điện trở phụ trong mạch phần ứng, Ω.
- M = M
đt
= KΦI
ư
: mômen điện từ.
- I
ư
: dòng điện mạch phần ứng, A.
ω
0
ω
M
M

nm
,
Và M
nm
= KφI
nm
I
nm
, M
nm
được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch.
Trên thực tế, đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song
song hầu như giống nhau, nhưng khi cần công suất lớn người ta thường dùng
động cơ điện kích thích độc lập để điều chỉnh dòng kích thích nối tiếp, động cơ
điện kích thích độc lập để điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận lợi và
kinh tế hơn, mặc dù loại động cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên
ngoài.
Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập ta có các
phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ.
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.
Nhận xét: So với động cơ một chiều kích từ nối tiếp thì ta thấy động cơ một
chiều kích từ độc lập có từ thông không phụ thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc vào
điện áp và điện trở mạch kích từ nên khả năng ổn định tốc độ của động cơ một
chiều kích từ độc lập là cao hơn. Mặt khác do đặc tính cơ của nó là đường thẳng
do đó có thể ổn định ở mọi cấp tốc độ. Động cơ có dải điều chỉnh tốc độ rộng,
phương pháp điều chỉnh đơn giản.
Kết luận: Từ những phân tích đánh giá ở trên ta thấy động cơ một chiều kích
từ độc lập có nhiều ưu điểm và có khả năng đáp ứng được yêu cầu công nghệ

dm
K
U
φ
= const
Độ cứng của đặc tính cơ:
β =
ω
∆
∆M
=
fu
RR
K
+
−
2
)(
φ
= var.
Khi R
f
càng lớn, β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với
R
f
= 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên:
β
TN
=
u

f
càng lớn thì tốc độ động
cơ càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng giảm.
Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng điện và
điều chỉnh tốc độ động cơ dưới tốc độ cơ bản.
Nhược điểm của phương pháp này là:
- Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản bằng
cách giảm độ cứng đặc tính cơ. Nó là phương pháp điều chỉnh không triệt để dải
điều chỉnh phụ thuộc giá trị của mômen cản, độ chính xác duy trì tốc độ không
cao, độ tính chỉnh kém.
- Khi điều chỉnh tốc độ xuống thấp sai số tốc độ càng lớn và mômen ngắn mạch
càng nhỏ, nghĩa là khả năng duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém, ngoài ra số
cấp điện trở có giới hạn và việc điều chỉnh không trơn. Tất cả nhưng nguyên
nhân đó đều hạn chế dải điều chỉnh.
- Do sử dụng điện trở phụ mắc vào mạch phần ứng động cơ dẫn đến tổn thất về
năng lượng làm giảm hiệu suất của hệ thống.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
17
2. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp mạch kích từ:
Giả thiết điện áp phần ứng U
ư
= U
đm
= const. Điện trở phụ R
f
= 0 ( R
ư
= cost).
Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ I
kt

Điều chỉnh điện áp mạch kích từ thực chất là quá trình thay đổi từ thông kích
thích của động cơ hay nói cách khác chính là điều chỉnh mômen điện từ của
động cơ M = KφI
ư
và sức điện động quay của động cơ E
ư
= Kφω. Mạch kích từ
của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi
tuyến:
i
k
=
kb
k
rr
e
+
+ w
k
dt
d
φ
Trong đó :
- r
k
: điện trở dây quấn kích thích.
- r
b
: điện trở của nguồn điện áp kích thích.
- w

nm
= Kφ
x
I
nm
= var.
Với dạng mômen phụ tải M
c
thích hợp với chế độ làm việc của động cơ thì
khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên.
Do khi điều chỉnh điện áp mạch kích từ thì thường giữ điện áp phần ứng và
điện trở phần ứng là không đổi bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp
nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định
mức, từ thông định mức và được gọi là đặc tính cơ bản ( đôi khi chính là đặc
tính tự nhiên của động cơ ). Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn
chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện. Khi giảm từ thông để tăng tốc
độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị
xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm
dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là mômen cho phép trên trục động cơ
giảm rất nhanh. Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc
tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích:
β
(
φ
)
=
u
x
R
K

ư
⇒ mômen trên trục động cơ giảm rất nhanh.
- Do điện cảm lớn lên hằng số thời gian lớn nên thời gian qua độ dài.
3. Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động
cơ.
Giả thiết từ thông φ = φ
đm
= const, điện trở phụ R
f
= 0( R
ư
= cost). Khi thay
đổi điện áp theo hướng giảm so với U
đm
, ta có:
- Tốc độ không tải: ω
ox
=
x
x
K
U
φ
= var.
- Độ cứng đặc tính cơ: β =
u
x
R
K
2

3

n
o
4
H3.12: Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập khi
điều chỉnh điện áp.
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ đặc
tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên.
Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp ( giảm áp ) thì mômen ngắn mạch, dòng
điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một
phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều chỉnh tốc
độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động.
Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như
máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển v.v… Các
thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều
thành một chiều có sức điện động E
b
điều chỉnh được nhờ tín hiệu diều khiển
U
đk
vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơnên các bộ biến đổi náy có
điện trở trong R
b
và điện cảm L
b
khác không.
Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như
sau:
E

đk
) -
β
M
Vì từ thông của động cơ được giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng
không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp điều
khiển U
đk
của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để.
Để xác định giải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống
bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức
và từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều
chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động. Khi mômen
tải là định mức thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:
ω
max
= ω
omax
-
β
dm
M
ω
min
= ω
omin
-
β
dm
M

D =
β
β
ω
dm
M
dm
o
M
K
M
)1(
max
−
−
=
1
1
.
max
−
−
M
dm
o
K
M
βω
Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ω
omax

s =
min
minmin
o
o
ω
ωω
−
=
mino
ω
ω
∆
s =
min
.
ωβ
dm
M
≤ s
cp
Vì các giá trị ω
omax
, M
đm
, s
cp
là xác định nên có thể tính được giá trị tối thiểu
của độ cứng đặc tính cơ sao cho sai số không vượt quá giá trị cho phép. Để làm
việc này, trong đa số các trường hợp cần xây dựng các hệ truyền động điện kiểu

ư
E
b
= I
ư
E
ư
+ I
ư
2
(R
b
+ R
ư
)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
23
Nếu đặt R
b
+ R
ư
= R thì hiệu suất biến đổi năng lượng của hệ sẽ là:

η
ư
=
RI
uu
u
2

và gần đúng coi đặc tính cơ của phụ tải là
M
*
c
= (ω
*
)
x
thì :
η
ư
=
1***
*
)(
−
+
x
R
ωω
ω
H3.13: Quan hệ giữa hiệu suất truyền động và tốc độ với các loại tải khác nhau.
H3.13 mô tả quan hệ giữa hiệu suất và tốc độ làm việc trong các trường hợp
đặc tính tải khác nhau. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là
rất thích hợp trong trường hợp mômen tải là hằng số trong toàn dải điều chỉnh.
Cũng thấy rằng không nên nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng vì như vậy
sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất của hệ.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN LỚP: K40.TĐH.03
24
Nhận xét: