Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Khoa: Điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Môn : Đồ án chuyên môn tự tự động hóa

Đề tài: Xây dựng hệ truyền động có tốc độ động cơ điều chỉnh từ 500v/p
đến 1500v/p khi mang tải định mức, có đảo chiều điều khiển chung.

Giáo Viên Hướng Dẫn : Th.s Nguyễn Đăng Toàn
Sinh Viên Thực Hiện : Nhóm 25:
Phạm Văn Sử
Nguyễn Nhữ Thái


MỤC LỤC

2

2


LỜI NÓI ĐẦU

Điện tử công suất và truyền động điện là lĩnh vực kỹ thuật hiệnđại, nghiên
cứuứng dụng của các linh kiện bán dẫn công suất làm việcở chếđộ chuyển mạch
và quá trình biến đổiđiện năng.
Ngày nay, không riêng gì ở các nước phát triển, ngay cảở nước ta các thiết
bị bán dẫn đã và đang thâm nhập vào các ngành công nghiệp và cả trong lĩnh
vực sinh hoạt. Các xí nghiệp, nhà máy như: ximăng, thủy điện, giấy, đường, dệt,
sợi, đóng tàu….. đang sử dụng ngày càng nhiều những thành tựu của công

Hình 1.2: Sơ đồ dạng sóng tia 3 pha.


Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha:

Gồm 1 máy biến áp 3 pha có thứ cấp nối Y0, 3 pha Thyristor nối với tải như
hình 1.1.

-

4

Điều kiện khi cấp xung điều khiểu chỉnh lưu:
Thời điểm cấp xung điện áp pha tương ứng phải dương hơn so với trung
tính
4


-

-

-

Khi biến áp đấu hình sao (Y) trên mỗi pha A,B,C nối 1 van. 3 catod đấu
chung cho điện áp dương của tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm.
3 pha này dịch góc 120 độ theo các đường cong điện áp pha, cso điện áp
của 1 pha dương hơn của 2 pha kia trong khoảng 1/3 chu kì
Nếu có các thyristor khác đang dẫn thì điện áp pha tương ứng phải dương
hơn của pha kia. Vì thế phải xét đến thời gian cấp xung đầu tiên.


Trong đó:

R: Điện trở của động cơ
E: Suất điện động phản kháng của động cơ

Dòng trung bình:
=
b) Xét khi góc mở a0:
Giả thiết tải R,L, chuyển mạch tức thời.
Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
=sin
=sin.
6

6


=sin+





Nhịp V1: khoảng thời gian từ . Tại điện áp đặt lên có xung kích khởi:
mở, khi đó:
=0
=.
=.




Nhịp : từ .

Lúc này:

.
.
.

7

7

.


mở, đóng, lúc này:
-

Điện áp chỉnh lưu bằng điện áp .
Dòng điện chỉnh lưu bằng dòng điện qua van 3:
Dòng điện qua bằng 0: 0.

.

Trong nhịp từ âm chuyển lên 0, khi =0 thì mở, lúc này
và bắt đầu âm nên đóng, kết thúc nhịp , bắt đầu nhịp .
Trong mạch, dạng sóng của dòng điện phụ thuộc vào tải, tải thuần trở
dòng điện cùng dạng sóng , khi điện kháng tải tăng lên dòng điện càng trở nên

gian dẫn của mỗi Thyristor nhỏ hơn. Tuy nhiên trong cả 2 TH dòng điện trung
bình của các Thyristor đều bằng 1/3 . Trong khoảng thời gian Thyristor dẫn
dong ddienj của Thyristor bằng dòng điện tải. Dòng điện Thyristor khóa =0.
Điện áp Thyristor phải chịu bằng điện áp dây giữa pha có Thyristor khóa vào
Thyristor đang dẫn.
Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp liên tục hay gián đoạn phụ thuộc
vào góc mở Thyristor
-

9

Nếu liên tục
Nếu gián đoạn

9


Hình 1.4: Giản đồ đường cong khi = tải thuần trở

10

10


Hình 1.5: Giản đồ đường cong khi góc mở .

-

Nhận xét: So với chỉnh lưu 1 pha:
Chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện 1 chiều tốt hơn

chảy qua Tiristor mặc dù nó được đặt dưới điện áp thuận.


Mở Tiristor:

Nếu cho một xung điện áp dương Ug tác động vào cực G (dương so với
K), các điện tử từ N2 chạy sang P2. Đến đây một số ít trong chúng chảy vào
nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển I g chảy theo mạch G-J3-K-G, còn phần
lớn điện tử, chịu sức hút của điện trường tổng hợp của mặt ghép J 2, lao vào vùng
chuyển tiếp này, chúng được tăng tốc độ, động năng lớn lên , bẻ gãy các liên kết
giữa các nguyên tử silic, tạo nên những điện tử tự do mới. Số điện tử mới được
giải phóng này lại tham gia bắn phá các nguyên tử Si trong vùng chuyển tiếp.
Kết quả của phản ứng dây chuyền này làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tử
chảy vào N1, qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng
dẫn điện ào ạt.J2 trở thành mặt ghép dẫn điện, bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung
quanh cực G rồi phát triển ra toàn bộ mặt ghép với tốc độ khoảng 1 cm/100
.Thời gian mở Tiristor kéo dài khoảng 10


12

Khóa Tiristor:
12

µs

.

µs


α

Ud = Ud0.cos

α

α

thì điện áp trung bình sẽ

thì điện áp trung bình sẽ tăng. Giá trị lớn nhất của điện

áp trung bình ra tải là Ud0, ứng với góc

α

=0.

Dòng điện trung bình qua tải:
I=

Ud
Zd

với

Zd =

X L2 + R 2


+) Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây
quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ
thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ
điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các
bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn
dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt
trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp
với nhau.
+) Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải
thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân
cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ
phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
+) Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm
vỏ máy. Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại.
Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng
gang làm vỏ máy.
+) Các bộ phận khác:
- Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp
máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường
làm bằng gang.
- Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi
than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặy lên cổ
góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá
14

14


chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi

chế tạo theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên
trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua
vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy.
- Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục
máy thường làm bằng thép cacbon tốt.
15

15


16

16


2.2 Động cơ một chiều kích từ độc lập
2.2.1 Sơ đồ nguyên lý:

_

+

Uu
Rf
ĐC

I

CKTD


Độ cứng đặc tính cơ:

β=
17

ω0 =

U dm
= Const
KΦ dm

∆M
( KΦ ) 2
=−
= Var
∆ω
Ru + R f

17


Khi Rfcàng lớn,

β

càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với Rf= 0

Ta có đặc tính cơ tự nhiên:

βtn = -


Như vậy khi ta thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ ta được một họ
đặc tính cơ song song đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.5). Ta thấy khi thay đổi điện
áp (giảm áp) thì mô men ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm
18

18


ứng với phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng có thể sử dụng để điều
chỉnh tốc độ và hạn chế dòng điện khởi động.

Hình 1.9: Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt
vào phần ứng động cơ

2.2.4 Ảnh hưởng của từ thông:
Giả thiết :

Uư = Uđm = const

Rư = const
Khi ta thay đổi từ thông tức là ta thay đổi dòng kích từ (Ikt) động cơ.
ω0 x =

Tốc độ không tải lý tưởng:

Độ cứng đặc tính cơ:

U dm
= var

U dm
= Const
RU

Mnm = KΦxInm = var

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ khi giảm từ thông được biểu
diễn trên hình 1.10.
Với dạng mômen phụ tải Mc thích hợp với chế độ làm việc của động cơ
thì khi giảm từ thông tốc độ động cơ tăng lên (Hình 1.10b)
3 Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều
3.1 Khái niệm chung về hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ một chiều
Là bộ chỉnh lưu liên hệ nguồn xoay chiều với tải một chiều, nghĩa là đổi
điện áp xoay chiều của nguồn thành điện áp một chiều trên phụ tải.
Điện áp một chiều trên tải không được lý tưởng như điện áp của ắc quy
mà có chứa các thành phần xoay chiều cùng với một chiều.
Đầu ra của các sơ đồ chỉnh lưu được coi là một chiều nhưng thực sự là
điện áp đập mạch. Trị số điện áp một chiều, hiệu áp suất ảnh hưởng của chúng
do nguồn xoay chiều rất khác nhau.

20

20


Bộ biến đổi Thyristor với chuyển mạch tự nhiên có điện áp (dòng điện) ra
là 1 chiều là các thiết bị biến nguồn điện xoay chiều 3 pha thành điện áp 1 chiều
điều khiển ngược.
Hoạt động của mạch do nguồn điện xoay chiều quyết định vì nhờ đó mà
có thể thực hiện được các chuyện mạch dòng điện giữa các phần tử lực.

Đầu ra của BBĐ có điện áp Ud đặt nên phần ứng động cơ→động cơ quay với tốc
độ ứng với Uđ ban đầu.
Trong quá trình làm việc, nếu vì một nguyên nhân nào đó làm cho tốc độ
động cơ giảm thì qua biểu thức : UĐK = Uđ - ϒn.
22

22


khi n giảm →UĐK tăng →α giảm →Ud tăng → n tăng về điểm làm việc yêu cầu.
Khi n tăng quá mức cho phép thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây là nguyên lý
ổn định tốc độ.
* Đặc tính cơ của hệ thống truyền động:
Chế độ dòng điện liên tục:
Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng phần ứng.
Dựa vào sơ đồ thay thế ta viết được sơ đồ đặc tính.
n=

E do . cos α R + X K
−
I
K .φ dm
K .φ dm

n=

E do . cos α R + X K
−
M
K .φ dm

+) Khi
thể làm việc ở chế độ động cơ nếu sđđ E > 0 và ở chế độ hãm ngược nếu sđđ E
đổi chiều.

π
≤ α ≤ α max
2
: Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ

+) Khi
thuộc, biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số lưới và trả về
lưới điện. Động cơ làm việc ở chế độ hãm tái sinh khi tải có tính thế năng.
Dòng điện trung bình của mạch phần ứng:
I=

E − Ed
R+ XK

Phương trình đặc tính:
ω=

E do . cos β R + X K
+
.I
Kφ dm
Kφ dm

- Chế độ dòng điện gián đoạn:
Trong thực tế tính toán hệ T - Đ chỉ cần xác định biên giới vùng dòng
điện gián đoạn, là đường phân cách giữa vùng dòng điện liên tục và dòng điện