Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
1 SVTK: Trần Minh Công
Lời nói đầu
Trong công cuộc công nghiệp hoá v hiện đại hoá hiện nay, ngnh tự động
hoá đóng một vai trò hết sức quan trọng. Ngy nay, với sự phát triển mạnh mẽ
của khoa học, đặc biệt l ngnh điện tử công suất. Với việc phát minh ra các linh
kiện bán dẫn đã v đang ngy cng đáp ứng đợc các yêu cầu của các hệ thống
truyền động. Ưu điểm của việc sử dụng các linh kiện bán dẫn m lm cho hệ
thống trở nên gọn nhẹ hơn, giá thnh thấp hơn v có độ chính xác tác động cao
hơn. Với nhu cầu sản suất v tiêu dùng nh hiện nay, thì việc tự động hoá cho xí
nghiệp trong đó sử dụng các linh kiện gọn nhẹ l một nhu cầu hết sức cấp thiết.
Để áp dụng lý thuyết với thực tế trong học kỳ ny chúng em đợc giao đồ án
môn học tổng hợp hệ điện cơ với yêu cầu Thiết kế hệ thống truyền động Van -
Động cơ một chiều không đảo chiều quay.
Với sự nỗ lực của bản thân v sự giúp đỡ tận tình của cô giáo hớng dẫn:
Nguyễn Thị Mai Hơng v các thầy cô giáo trong bộ môn, đến nay đồ án của
em đã đợc hon thnh.
Do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, các ti 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 hon thiện
hơn. Em xin chân thnh cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt l cô
Nguyễn Thị Mai Hơng đã tận tình giúp đỡ em để bản thiết kế hon thnh đúng
thời hạn. Sinh viên thiết kế Trần Minh Công
đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công
suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác. Sở
dĩ như vậy : là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vật
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
3 SVTK: Trần Minh Công
U ~
Đ
Đ
U ~
M
th
M
mm
M
th

0


=
f(
M
)
0
hnh an ton, s dng ngun cp trc tip t li in xoay chiu 3 pha, v v
kinh t giỏ thnh nh hn so vi ng c mt chiu. ng c khụng ng b cú
hai loi chớnh l ng c rụto lng súc v ng c rụ to dõy cun.
(hỡnh 1).
1. S nguyờn lý
Phng trỡnh c tớnh c:

s
R
r.s.
R.U3
M

Trong ú :
U
f
: in ỏp pha t vo stato ca ng c
X
nm
: in khỏng ngn mch (X
nm
=X
1
+X
2
)
r
1
,X
1
: in tr v in khỏng mch rụ to .
R
2

,X

2

Hỡnh 1.1:S nguyờn lý v c tớnh c C khụng ng b
Thụng thng ta hay sột phng trỡnh c tớnh c nh hỡnh 1 cú giỏ tr s
th
v
M
th
xỏc nh nh sau:
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
4 SVTK: TrÇn Minh C«ng
ω
3
ω
2
f1
f2
f3
M
th
M
mm
M
th
ω
0
ω
ω
ω =
f(
M
)

'
2
1
R
r
a =

- Độ cứng đặc tính cơ
th1
th
S.ω
M
β −=

2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
a. Phương pháp điều chỉnh tần số nguồn (f
1
)
Với sự ra đời của các bộ biến tần kiểu mới có thể thay đổi tần số điện áp ra 3
pha rất linh hoạt nên hiện nay nhiều công nghệ đã sử dụng phương pháp này để
điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động. Điều này được thực hiện trên nguyên tắc
sau : từ công thức
P
πf2
ω
1
1
−=
vầ
1nm

Hình 1.2 Đặc tính cơ khi thay đổi tần số
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
5 SVTK: TrÇn Minh C«ng
0
ω =
f(
M
)
ω
ω
0
ω
th
M
M
th
M
dm
U
U
1
2
U
mm

M
2
nm
2
111
1
2
f
th
++
=

2
mm
2
1
'
2
th
Xr
R
S
+
=
=const

khi điện áp lưới suy giảm mô men tới hạn giảm nhanh M
th
˜U
2

Nhận xét :
Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không đồng bộ thường có hệ số trượt tới hạn
nhỏ nên không thực hiện điều chỉnh cho động cơ rô to lồng sóc. Còn khi thực
hiện cho động cơ rô to dây quấn cần nối thêm điện trở phụ vào mạch rô to để mở
rộng dải điều chỉnh tốc độ và mô men.
- Đối với phương pháp này c
ần phải thiết kế thêm bộ biến đổi điện áp xoay
chiều thành xoay chiều .
- Khi điện áp đặt vào phần ứng động cơ giảm M
th
giảm trong khi đó giữ nguyên
f
1
=const khi giảm điện áp thì độ cứng β giảm nên độ sụt tốc độ lớn làm tốc độ
động cơ không ổn định khi tăng tải đột ngột đồng thời mô men khởi động và mô
men tới hạn giảm dẫn đến trường hợp không thể khởi động được.
- Phương pháp này có thể được ứng dụng cho các động cơ có công suất lớn khi
yêu cầu dòng điệ
n khởi động nhỏ.
c. Phương pháp thay đổi số đôi cực .(P)
Ta có công thức :
P
f2
1
1
π
=ω
=var và
nm
'

f(
M
)
ω
ω
0
ω
th
M
mm
M
th
M
f
R = 0
R
f1
f2
R
§
f1
R
R
f2
Nhận xét :
- Phương pháp này thay đổi số đôi cực bằng cách thay đổi cách đấu dây stato
của động cơ do đó sẽ làm thay đổi một số thông số của động cơ như U
f1
,r
1

th
Xr
R
S
+
=
=var
th1
th
S.ω
M
β −=
=var

khi đưa điện trở vào mạch rô to thì mô men tới hạn không thay đổi còn hệ số
trượt tăng và độ cứng đặc tính cơ β giảm .
Đặc tính cơ điều chỉnh (hình 1.5) Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý, đặc tính cơ ĐCKĐB rô to dây quấn có R
f
Nhận xét:
- Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ không đồng bộ rô to dây quấn
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬

f
vào mạch stato (Đối với động cơ rô to lồng sóc )
Từ các công thức:
)Xr.(rω2
U3
M
2
nm
2
111
1
2
f
th
++
=
=const
2
mm
2
1
'
2
th
Xr
R
S
+
=
=var

§
M
max
®m
M
0
ω
ω
M
0
Nhận xét :
- Phương pháp này áp dụng cho động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc có công
xuất trung bình và lớn khi yêu cầu cần giảm dòng điện khở động tuy nhiên sẽ
kéo theo mô men khởi động cũng nhỏ .
- Khi cần tạo ra đặc tính cơ có mô men khởi động là M
nm
thì đặc tính cơ khi đưa
X
f
vào cứng hơn khi đưa R
f
.Điều này chứng tỏ tổn hao năng lượng khi đưa điện
trở vào mạch stato là lớn .
2. Động cơ đồng bộ
Động cơ đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong những truyền động công suất
trung bình và lớn, có yêu cầu ổn định tốc độ cao .Động cơ đồng bộ thường dùng
cho máy bơm quạt gió ,hệ truyền động trong nhà máy luyện kim và cũng thường
dùng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát -Động cơ công suất lớn.
- Động cơ đồng bộ có độ ổn định tốc độ cao hệ số cosφ và hiệu suất lớn ,vận
hành tin cậy.


cũn khi M >M
max
thỡ ng c s b mt ng b.
- ng c ny l vic ng c tc gp khú khn do ch cú phng phỏp duy
nht l bin tn ngun in. Tuy nhiờn, do s phỏt trin mnh m ca k thut
in t thỡ nhc im ny ó c khc phc bng cỏc b bin tn cụng nghip
ca cỏc hóng sn xu
t thit b in t cụng nghip ni ting trờn th gii nh
SIEMENT( c ), OMRON (Phỏp) v.v... nhng do giỏ thnh cũn cao v hu ht
cỏc cụng ngh hin nay cha cú h thng truyn ng thớch hp vi loi ng c
ny vỡ vy m ng c ng b cha thụng dng nc ta.
I.1.2. ng c mt chiu
ng c mt chiu c ra i rt sm v c
s lý thuyt v loi ng c ny
ó c hon thin ,Hin nay nú chim 70 % trong cỏc h truyn ng t cụng
sut nh n cụng sut ln .Tu thuc vo yờu cu h truyn ng m ng c
mt chiu cú cun kớch t mc ni tip hay song song vi phn ng nờn chia
lm hai loi ng c mt chiu :
+ng c mt chiu kớch t
c lp
+ng c mt chiu kớch t ni tip
+ng c mt chiu hn hp
I. NG C MT CHIU KCH T NI TIP
c im ca ng c mt chiu kớch t ni tip l cun kớch t mc ni tip
vi cun dõy phn ng (hỡnh 1.8), nờn cun kớch t cú tit din ln, i
n tr
nh, s vũng ớt, ch to d dng.
a.S nguyờn lý


kt
) l quan h tuyn tớnh khi ú = C.I m ta cú :
M=KI =KCI
2

KC
M
I =
thay vo phng trỡnh c tớnh c in ta cú phng
trỡnh c tớnh c :
B
M
A
C.K
RR
M.C.K
U

2
fu
=
+
=

Nhn Xột :
- Do cun dõy kớch t ni tip vi cun dõy phn ng nờn I
kt
=I

t thụng cun

RR
K
U
2
dm
fu
dm
u
φ
+
−
φ
=ω

Nhận xét:
- Với nguồn một chiều công suất vô cùng lớn thì cuộn dây kích từ mắc song
song với phần ứng động cơ có thể được xem là không ảnh hưởng tới điện áp đặt
vào phần ứng của động cơ .
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
13 SVTK: TrÇn Minh C«ng
- Từ thông sinh ra trong động cơ không phụ thuộc vào tính chất của tải mà chỉ
phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ Vì vậy có thể thay đổi từ thông
để điều chỉnh tốc độ .
- §ường đặc tính cơ là đường thẳng và động cơ làm việc ổn định khi tốc độ
không đổi thì mô men điện từ bằng mô men trên trục động cơ ,đ
iểm làm việc
trên đặc tính tương ứng giao điểm đặc tính tải với đặc tính cơ tự nhiên.
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ bền cơ khí kết
cấu cơ của máy, khả năng chuyển mạch cổ góp,độ duy trì tốc độ dặt khi có sự
dao động của phụ tải tĩnh .

dm
=
φ
=βHình 1.10.Đặc tính cơ khi điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
14 SVTK: Trần Minh Công
Nhn xột:
Nh vy khi thay i in ỏp t vo phn ng ng c ta c mt h c tớnh
song song vi c tớnh c t nhiờn (=const) (Hình1.10), khi thay i in ỏp :
mụ men ngn mch ca ng c gim, cng = const,tc ng c thay
i. Mt khỏc ta thy in ỏp t vo phn ng ng l cú th iu ch
nh c
tu ý. Do vy ta cú th iu chnh v n nh tc mi di iu chnh.
- Khi thay i in ỏp phn ng ng c phi gi cho t thụng kớch t khụng i
v nh mc .
- ng vi mt ti thỡ st tc trong ton di iu chnh l nh nhau .Sai
lch tc t
ng i trờn ng c tớnh thp nht s ln nht.
- Di iu chnh rng v iu chnh tc di tc c bn.
- Phng phỏp ny cn cú b ngun thay i in ỏp.
b. Phng phỏp thay i t thụng
S nguyờn lý v c tớnh c :
Khi iu chnh t thụng ta gi cho in ỏp t vo phn
ng ng c khụng i
v nh mc. U
m
=const ,R

và độ
dốc càng tăng khi từ thông càng giảm nhỏ. Khi từ thông giảm đến một giá trị
nào đó thì có thể làm cho khả năng chuyển mạch của cổ góp bị xấu đi, gây hồ
quang
- Dải điều chỉnh nhỏ và thường điều chỉnh trên tốc độ cơ bản.
- Khi tốc độ tăng làm cho truyền động mất ổn định.
- Giảm mô men khởi động, ít t
ổn hao do điều chỉnh, kinh tế
Như vậy điều chỉnh từ thông chỉ phù hợp với loại truyền động khi cần tăng tốc
độ lớn hơn tốc độ định mức. Vì vậy ta cũng loại bỏ phương pháp này.
c. Phương pháp đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ .
Muốn thay đổi điện trở mạch ph
ần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào mạch
phần ứng.(Uđm =const ,Φ
kt
định mức ,R=var)
Tốc độ không tải lý tưởng:
ω
φ
0
=
U
K
dm
dm

Độ cứng đặc tính cơ:
β

0
R =0
f
f1
R
R
f2
Khi thờm in tr ph vo mch mch phn ng thỡ cng c tớnh c
gim i. Vi mt ph ti M
c
no ú, nu R
f
cng ln thỡ tc ng c gim,
ng thi dũng in ngn mch v mụmen ngn mch cng gim (hỡnh 1.12).
- Phng phỏp ny cú st tc ln khi iu chnh hay iu chnh cú cp,
trn iu chnh ln.
- Mụ men khi ng v dũng khi ng gim nh. Khi in tr ph a vo
cng ln thỡ c tớnh c
cng mm .
- Phng phỏp ny cho phộp iu chnh tc di tc c bn .
- Phng phỏp ny gõy tn hao ln vờ mt nng lng, lm gim hiu sut bin
i nng lng ca h .
- Phng Phỏp ny d dng thc hin khi h thng khụng yờu cu cao v iu
chnh tc .
III. ng c mt chiu kớch t hn hp
Loi ng c ny cú 2 cun dõy kớch t mt cun mc song song ,mt mc ni
tip vi phn ng ng c vỡ vy nú tn dng c cỏc u im ca ng c
mt chiu kớch t ni tip v kớch t c lp.
1. S nguyờn lý:


cosφ và hiệu suất không cao, dải điều chỉnh hẹp, độ sụt tốc độ lớn khi
điều chỉnh.
2. Động cơ đồng bộ
a. Ưu điểm:
Dùng cho các hệ truyền động yếu cầu có công suất trung bình và lớn, yêu cầu độ
ổn định tốc độ cao, hiệu suất và hệ số cosφ cao.
b. Nhược điểm:
Trong các hệ truyền động công suấ
t nhỏ chế tạo rất khó khăn.
3. Động cơ điện một chiều
a.Ưu điểm:
Dải điều chỉnh rộng, điều chỉnh thuận lợi dễ dàng khi thay đổi một trong các
thông số vật lý của động cơ, có thể điều chỉnh trơn điều chỉnh vô cấp, mô men
khởi động lớn, quá trình khởi động êm, thời gian khở
i động nhỏ hệ số quá tải
lớn.
b. Nhược điểm:
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
18 SVTK: TrÇn Minh C«ng
Có cấu tạo phức tạp giá thành cao gặp khó khăn trong vận hành, sửa chữa, bảo
dưỡng, phải có bộ biến đổi kèm theo làm tăng chi phí đầu tư.
I.1.4. Kết luận chọn động cơ truyền động
a. Chọn động cơ
Qua phân tích và các nhận xét về các loại động cơ ta thấy mỗi loại động cơ có
những ưu điểm riêng cho từng loại phụ tải giá thành và môi trường làm việ
c.
Căn cứ vào yêu cầu thiết kế của đề tài thấy động cơ một chiều có nhiều ưu điểm
hơn động cơ xoay chiều. Vì vậy em chọn động cơ một chiều làm động cơ truyền
động.
b. Chọn kích từ cho động cơ:

dng cỏc b
bin i sau:
- H thng mỏy phỏt - ng c (F-),
- H thng xung ỏp,
- B bin i van - ng c.
* Nhn xột:
- u im ni bt ca h F - l s chuyn i trng thỏi lm vic rt linh
hot, kh nng quỏ ti ln. Do vy thng s dng h truyn ng F- cỏc
mỏy khai thỏc trong h
m m.
Nhc im ln nht ca h F - l dựng nhiu mỏy in quay trong ú ớt nht
l hai mỏy in mt chiu, gõy n ln, cụng sut lp t mỏy ớt nht gp 3 ln
cụng sut ng c chp hnh. Ngoi ra cỏc mỏy phỏt mt chiu cú t d, c
tớnh t hoỏ cú tr nờn khú khn iu chnh sõu tc .
- B bin i van ng c
cú nhiu u im nh: Cỏc van u lm t
nhng linh kin bỏn dn in t n gin nờn s n gin, gn nh, khụng
gõy n, chi phớ thp, hiu sut cao, d thc hin t ng hoỏ, tỏc ng nhanh,
phm vi iu chnh tc rng, iu chnh trn v phự hp vi nhiu loi ph
t
i. Bờn cnh ú cũn cú nhng nhc im nh nh kh nng chu quỏ ti kộm
nờn cn phi cú bo v, in ỏp ra p mch nờn cn phi cú mch lc.
T nhn xột trờn v theo yờu cu ca ti em quyt nh chn BB van -
ng c lm h truyn ng.
Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
20 SVTK: Trần Minh Công
Phần II

Thiết kế mạch động lực
* Đặt vấn đề:

3). Sơ đồ chỉnh lu hình cầu 1 pha bán điều khiển
Ta xét một số bộ biến đổi:
a. Sơ đồ chỉnh lu hình tia hai pha có D
0

*
*
BA
U
1~
*
0
u
d
r
d
Ld
E
d
W
1
W
21
W
22
D
0
T
2
i

1
ngời ta truyền tín hiệu điều khiển đến T1, van T1 mở nên
u
T1
= 0; u
d
= u
21
> 0. D
0
bị đặt điện áp ngợc nên khoá u
D0
= - u
d
. Van T2 vẫn
đang ở trạng thái khoá:
u
d
= u
21
; u
T1
= 0; u
T2
= u
22
- u
21
= 2u
22

= u
21
v bắt đầu chuyển sang âm, T1 khoá lại m
T2 vẫn khoá nên lúc ny trong sơ đồ chỉ có van D
0
dẫn dòng v ta có:
u
d
= 0; u
T1
= u
21
; u
T2
= u
22
; i
T1
= 0; i
T2
= 0; i
D0
= i
d
= I
d

Tại t =2=+ thì T2 có tín hiệu điều khiển v đợc đặt điện áp thuận nên
T2 mở u
T2

= i
d
=I
d
; i
T1
= 0; i
D0
= 0
Trong các chu kỳ tiếp theo sơ đồ lại lặp lại trạng thái lm việc nh chu kỳ
thứ nhất.
ThuyÕt minh ®å ¸n m«n häc tæng hîp hÖ ®iÖn c¬
22 SVTK: TrÇn Minh C«ng
0
0
0
0
0
0
u
L
ω
t
ω
t
ω
t
ω
t
ω

v
1
v
3
v
2
v
4

Thuyết minh đồ án môn học tổng hợp hệ điện cơ
23 SVTK: Trần Minh Công
* Một số biểu thức:
2/)cos1(

+=
dod
UU


)/2-(I I
d Ttb
=
;

)/2-(I I
d T
=

2max
.2 UU

đc
H
ck
r
KT
C
KT
U
KT
T1
T2
D1
D2
C
C
C
C
R
R
R
R
BA
*
*

Sơ đồ nguyên lý mạch động lực của hệ thống
Hoạt động của sơ đồ:
Khi t= cho xung điều khiển mở T
1
trong khoảng thời gian 1ữ tiristor

d
=0
Khi t =2=+ cho xung mở T
2
. Dòng tải i
d
=I
d
chảy qua D
1
v T
2
. Điốt D
2

bị khoá lại. Khi U
2
bắt đầu đổi dấu D
2
mở ngay, T
2
tự nhiên khoá lại, dòng i
d
=I
d

chuyển từ T
2
sang D
2


t

t

t

t

t

t
u
D
0
0
0
0
0
0

Đồ thị điện áp và dòng điện của mạch chỉnh lu cầu bán điều khiển

Trong sơ đồ ny, góc dẫn dòng của Tiristor v của điôt không bằng nhau.
Góc dẫn dòng của điốt l
D
=+, còn góc dẫn dòng của tiristor l
T
=-.
Giá trị trung bình của điện áp tải:



=

=



2
).(I
d.I
2
1
I
d
dT

của dòng trong điốt


=

=

+

2
).(I
d.I
2

nó l mạch động lực phức tạp, mạch điều khiển phức tạp, số lợng van nhiều, giá
thnh cao, trong khi yêu cầu của phụ tải m đề tải cho không cần chất lợng điện
áp ra quá tốt.
Sơ đồ chỉnh lu hình tia hai pha có D
0
l sơ đồ đơn giản hơn so với sơ đồ chỉnh
lu hình cầu v hình tia 3 pha. Để đáp ứng đợc yêu cầu của phụ tải m đề ti đã
cho v bảo đảm đợc tính kinh tế ta chọn sơ đồ chỉnh lu hình tia 2 pha có D
0
l
mạch động lực của hệ thống truyền động điện.
B. Chọn phơng pháp hm.
Để hãm một hệ TĐĐ có thể: