Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP

Tổng hợp hệ thống điện cơ
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

HÀ NỘI

ĐỀ TÀI MÔN HỌC THHTĐC
Số: Đề 3
Họ và tên: Lộ Quốc Doanh

Lớp: Điện Chất Lượng Cao 1

Phạm Văn Đức
Khoá: 7

Khoa: Điện

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Đăng Toàn
NỘI DUNG
Xây dựng mạch điều khiển tốc độ cho hệ truyền động điện động cơ điện DC
không đảo chiều có một mạch vòng điều chỉnh tốc độ với bộ biến đổi là
chỉnh lưu cầu một pha
Cho động cơ 1 chiều kích từ độc lập -31có các số liệu sau: Pđm= 2,2kW; Uưđm =
220V; Iđm = 12,5A; nđm=1100 v/p; JĐC= 0,1 kg.m2 ; Rư = 1,7(Ω); Lư = 0,4(H).
PHẦN VIẾT BÁO CÁO
1. Xây dựng và phân tích sơ đồ cấu trúc điều khiển

lớp nên nhóm em đã chọn đề tài: “Xây dựng mạch điều khiển tốc độ cho hệ truyền
động điện động cơ điện DC không đảo chiều có một mạch vòng điều chỉnh tốc độ
với bộ biến đổi là chỉnh lưu cầu một pha”.
Em xin cảm ơn các bạn trong lớp Điện CLC K7 đã giúp đỡ chúng em với những
kiến thức em chưa biết. Cảm ơn Th.s Nguyễn Đăng Toàn đã hướng dẫn chúng em.
Do việc sắp xếp thời gian để tiến hành nghiên cứu các đồ án chưa được hợp lý và
kiến thức còn thiếu nhiều nên đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót, mong thầy bổ sung
thêm để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!


Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Tổng hợp hệ thống điện cơ

CHƯƠNG I: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN

1. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN

Uđ

KHỐI

KHỐI

ĐIỀU KHIỂN

CHỈNH LƯU

ĐỘNG CƠ

+ Cấu tạo: Gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần
chỉnh lưu (chổi than và cổ góp).
- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,
hay nam châm điện.
- Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều.
- Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển
động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ
góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
+ Nguyên tắc hoạt động:
Khi cho dòng chạy trong cuộn kích từ sẽ sinh ra từ thông chính ∅𝑐 đồng thời có
dòng điện chạy qua phần ứng. Vì dòng điện đặt trong từ trường, khi đó làm roto
quay (sinh ra lực từ) và khi đó:
𝐸 = 𝐶𝑒 ∗ ∅ ∗ 𝜔
𝑈 = 𝐸 + 𝐼Ư ∗ 𝑅Ư
+ Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:
P=I.VƯ


Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Tổng hợp hệ thống điện cơ

+ Phương trình đặc tính cơ:
ω=

𝑈Ư 𝑅𝐹 + 𝑅Ư
−
𝑀
𝐾Ф
(𝐾Ф)2

ứng i t1, it2, it3, it4.
- Mạch chỉnh lưu dược cung cấp một điện áp xoay chiều qua máy biến áp
với điện áp
U2 = U2mωt (v).
- Các xung điều khiển này có cùng chu kỳ với u2 nhưng
xuất hiện sau u2. Các xung it1 và it3 xuất hiện sau u2 một
góc α.
- Các xung it2 và it4 xuất hiện sau u2
một góc π +α. Các Trisisto này sẽ tự
động khoá lại khi u2 =0.
- Phụ tải được biểu diễn bằng một sức phản điện động E, điện trở R và
điện cảm L. Ta chỉ xét mạch này khi L rất lớn và E nhỏ hơn giá trị
trung bình của điện áp chỉnh
- lưu. Trong trường hợp này, mạch làm việc ở chế độ cung cấp liên tục,
dòng qua phụ
- tải hầu như không đổi và bằng giá trị trung bình của nó Id.
- Tương ứng với góc mở ta có hai chế độ làm việc của mạch chỉnh lưu
là:
- Khi α < π /2 và E < 0 mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu.
GVHD: Th.s NGUYỄN ĐĂNG TOÀN


Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Tổng hợp hệ thống điện cơ

- Khi α > π /2 và E > 0 mạch làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc.
- Ta chỉ xét trường hợp mạch làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc điều
khiển α < π /2 và E > 0.
Hoạt động:


Tổng hợp hệ thống điện cơ

1.2. Nguyên lý hoạt động của mạch
- Khi có tín hiệu vào bộ điều khiển, bộ điều khiển xử lý tín hiệu và phát
xung điều khiển vào BBĐ.
- Bộ biến đổi nhận tín hiệu từ bộ điều khiển, kích mở các van tiristo, cấp
nguồn cho động cơ hoạt động.
- Động cơ hoạt động được bộ phận đo lường (máy phát tốc) lấy lại thông
số tốc độ, rồi xử lý tín hiệu tốc độ thành tín hiệu điện áp và truyền tín
hiệu lại bộ điều khiển.
- Bộ điều khiển tổng hợp và so sánh tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi từ đó
đưa ra sai lệch và điều chỉnh.

GVHD: Th.s NGUYỄN ĐĂNG TOÀN


Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Tổng hợp hệ thống điện cơ

CHƯƠNG 2: TỔNG HỢP VÀ MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU CHỈNH
Đề bài:
Cho động cơ 1 chiều kích từ độc lập -31có các số liệu sau: Pđm= 2,2kW;
Uưđm = 220V; Iđm = 12,5A; nđm=1100 v/p; JĐC= 0,1 kg.m2 ; Rư = 1,7(Ω);
Lư = 0,4(H).

2.1. Thiết kế mạch vòng điều chỉnh tốc độ bỏ qua sức điện động E.
Vì động cơ còn bị ảnh hưởng bởi yếu tố thay đổi của tải trọng nên trong
trường hợp này chúng ta sẽ tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ theo tiêu

𝑆0𝜔

𝐾𝑏đ . 𝐾𝜔
1
𝑅ư
=
. 𝐾𝜙.
(1 + 𝑇đ𝑘 . 𝑝). (1 + 𝑇𝑣0 . 𝑝). (1 + 𝑇ư . 𝑝). (1 + 𝑇𝜔 . 𝑝)
𝐽𝑝

Đặt: Ts = Tđk+ T + Tv0
Hằng số thời gian cơ học:
𝑇𝑐 =

𝑅ư . 𝐽
1
𝑅ư
=>
𝐾𝜙.
=
(𝐾𝜙)2
𝐽𝑝 𝐾𝜙. 𝑇𝑐 𝑝

Thực hiện biến đổi ta rút ra được:

𝑆0𝜔 =

𝐾𝑏 . 𝐾𝜔
𝐾𝜙. 𝑇𝑐 𝑝(1 + 𝑝. 𝑇𝑠 ). (1 + 𝑝𝑇ư )


(1+4Ts p)(1+T2p)
8K1Ts 2
p
T1

K b .K 
; T1  TC T2  T­
K

Kết Luận: Bộ điều chỉnh là bộ PID:

GVHD: Th.s NGUYỄN ĐĂNG TOÀN


Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Tổng hợp hệ thống điện cơ

2.2 Tính Toán Với Số Liệu Đã Cho
Ta có :
Tốc độ của roto: nđm = 1100 (v/p) => 𝜔đ𝑚 =
Ƞ=

𝑃đ𝑚
𝑈đ𝑚 .𝐼đ𝑚

=

2200
220∗12.5

𝑅ư.𝐽Đ𝐶
(𝐾𝜙)2

=

1.7∗0,1
1,7262

= 0,057 (S)

Hằng số thời gian phần ứng:
 𝑇ư =

𝐿ư
𝑅ư

=

0.7
1.7

= 0,411

Ts  Tđk  Tv0  T
Hằng số thời gian bộ lọc của máy phát tốc:

T  0,003(s)
Hằng số thời gian chuyển mạch chỉnh lưu:

TV0  1  1  0,01(s)

𝑈𝜔𝑚𝑎𝑥
8
=
= 0,069
𝜔đ𝑚
115,18

(K bđ . K ω ) 27,5 ∗ 0.069
=
= 1,11
Rư
1.7

Thay các giá trị vào biểu thức ở trên ta được hàm điều chỉnh như sau:
(1 + 4𝑇𝑠 𝑝)(1 + 𝑇2 𝑝) 1 + 0,0023016𝑝 + 0,23016𝑝2
𝑅𝜔 =
=
8𝐾1 𝑇𝑠2
0,0307𝑝
𝑇1 𝑝
1
0,023016𝑝2
𝑅𝜔 = 0,07497 +
+
0,0307𝑝
0,0307𝑝
Đối tượng điều chỉnh:
𝑆0𝜔 =

1,8975

D là hệ số vi phân (D)
Uđ là

tín hiệu đặt

U1là tín hiệu đo lường (phản hồi)
U2 là tín hiệu đầu ra
Ta có:

𝑇1 =

𝑅1
= 0,0307
𝐶2

GVHD: Th.s NGUYỄN ĐĂNG TOÀN


Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

Tổng hợp hệ thống điện cơ

𝐾𝑅 =

𝑅1
𝑅2

= 0,07497

Suy ra:

Udm : điện áp chỉnh lưu cực đại. Udm = Eưdm = 110 V
4%Udm : sụt áp trên điện trở MBA

1,5%Udm : sụt áp trên điện kháng MBA.
∆Urt : sụt áp trên 2 Tiristor nối tiếp ∆Ur ≈ 2 V
Thay các trị số vào phương trình (1) ta được:Ud = (220+ 0,04.220 + 0,015.220
+ 0,08.220 + 2) = 235,86 V
Vậy điện áp chỉnh lưu không tải Ud = 235,86 V
Giá trị hiệu dụng điện áp pha thứ cấp MBA.
Ta có: ud=

√2U2
π

cos 𝛼

Với 𝛼 = 0
Suy ra U2 =

𝜋.235,86
2√2

= 261,84V

Do đó tỉ số MBA là: m = U2/U1 = 261,84/220 = 1,19
Điện áp ngược lớn nhất mới nhất mỗi Tiristor phải chịu:
Uim =√2. U2 =√2. 261,84 =370,29 V

GVHD: Th.s NGUYỄN ĐĂNG TOÀN



3.2 Thiết kế mạch điều khiển xung
1. Khái niệm chung: Tiristor chỉ mở cho dòng chảy qua khi có điện áp dương
đặt vào anot và xung ápdương đặt vào cực điều khiển. Sau khi Thyrissto mở thì
xung điều khiển không còn tác dụng và dòng điện chảy qua Tiristor do thông số
của mạch động lực quyếtđịnh.Để điều khiển sự mở của Tiristor theo đúng thời
điểm yêu cấu thì trong mạchta phải thiết kế hệ thống mạch điều khiển.Hệ thống
mạch điều khiển thiết bị biếnđổi chỉnh lưu là tổ hợp các linh kiện điện từ, điện
tử đóng vai trò rất quan trọngtrong các thiết bị biến đổi. Mạch điều khiển có các
chức năng sau:_ Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu
kỳ dương củađiện áp đặt trên anot_catot của Tiristor._ Tạo ra các xung đủ điều
kiện mở được Tiristor.Đối với hệ thống điều khiển chỉnh lưu, mạch điều khiển
cần đáp ứng có cácyêu cầu sau: - Tạo ra dãy xung có công suất và độ rộng
xung đủ để mở Tiristorr tuỳ theo yêu cầucủa Tiristor.( Xung trong thiết bị chỉnh
lưu thường có biên độ từ 2 đến 10V, độrộng xung tx = 20 100μs.)- Phải dịch
pha xung điều khiển so với điện áp nguồn do đó yêu cầu thay đổi trị sốđiện áp
ra. Muốn dịch pha phải có đồng pha do Tiristorr làm việc ở mạch AC. Để
dịch pha xung điều khiển có 3 nguyên tắc:+ Dịch chuyển theo chiều ngang+
Dịch chuyển theo chiều đứng tuyến tính+ Dịch chuyển theo chiều đứng phi
tuyến tính ( ARCCOS).Với bộ biến đổi chỉnh lưu một pha hai nửa chu kì này ta
thực hiện theo nguyên tắc điều khiển dịch chuyển theo chiều đứng ARCCOS

𝑇1 =

𝑅1
= 0,0307
𝐶2

𝐾𝑅 =