THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
2. 1 GIỚI THIỆU CHUNG
I- Khái niệm chung
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các máy sản suất ngày
càng đa dạng và có nhiều chức năng dẫn tới hệ thống trang bị điện ngày càng phức
tạp và đòi hỏi độ chính xác, tin cậy cao.
Do bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có thể sử dụng
nhiều thiết bị như hệ thống máy phát, khuyếch đại từ, hệ thống van . Chúng được
điều khiển theo những nguyên tắc khác nhau và có những ưu, nhược điểm khác
nhau; khi kết hợp những hệ thống này với động cơ điện một chiều ta có được
những hệ thống truyền động có chất lượng khác nhau. Do đó để có được một
phương án truyền động phù hợp với từng loại công nghệ đòi hỏi nhà thiết kế phải
có sự so sánh logic dựa trên những chỉ tiêu về kỹ thuật và kinh tế.
II- Nội dung chọn phương án
Trong thực tế, khi đứng trước một vấn đề sẽ có nhiều phương án giải quyết.
Tuy nhiên mỗi phương án có những ưu, nhược điểm riêng và nhiệm vụ của nhà
thiết kế là phải chọn ra được phương án tốt nhất.
Đối với các hệ thống truyền động đơn giản không có những yêu cầu cao thì
chỉ cần dùng các động cơ xoay chiều với hệ thống điều khiển đơn giản. Còn các hệ
thống truyền động phức tạp có yêu cầu cao về chất lượng như điều chỉnh trơn, dải
điều chỉnh rộng, đảo chều thì phải dùng động cơ một chiều, các hệ thống điều
khiển đi với nó phải đảm bảo được các yêu cầu và có khả năng tự động hoá cao.
Như vậy, để chọn được hệ thống truyền động phù hợp chúng ta phải dựa vào
công nghệ của máy từ đó đưa ra những phương án đáp ứng được yêu cầu công
nghệ này. Để chọn được phương án tốt nhất trong các phương án đưa ra cần so
sánh chúng về kỹ thuật và kinh tế. Đối với truyền động động cơ điện một chiều thì
bộ biến đổi là phần tử rất quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của hệ thống.
Do đó việc chọn lựa phương án của ta là chọn bộ biến đổi thông qua việc xét ở hệ
thống ( bộ biến đổi - động cơ ).
III- Ý nghĩa của việc lựa chọn phương án
Việc so sánh lựa chọn được phương án hợp lý nhất có một ý nghĩa đặc biệt

oi
=
−
≤ ÷( )%3 5
Ta thấy rằng do phạm vi điều chỉnh đòi hỏi rộng D=2000:1 do vậy các hệ
thống khuyếch đại từ - động cơ, máy phát - động cơ không thoả mãn được chỉ tiêu
này. Do vậy ta loại hai phương án này và đưa ra ba phương án sau:
+ Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ .
+ Hệ thống van - động cơ.
+ Hệ thống xung áp - động cơ.
II- Phương án I
Hệ thống máy điện khuyếch đại - động cơ
( ∋ MY- Đ )
1,Giới thiệu hệ thống
a, Sơ đồ

A B C
MY
Đ/C
CKĐ
Đ
FT
CKF
KĐ
UĐK
n
Ucđ
Hình 2-1
+ FT :là máy phát tốc , có nhiệm vụ khâu phản hồi âm tốc độ
+ CKĐ, CKF: là cuộn kích từ của động cơ và máy điện khuyếch đại.

nguyên lý ổn định tốc độ.
3, Họ đặc tính cơ của hệ thống
ta có : I
CKF
= K
KĐ
U
đk
= K
KĐ
( Uđ - ϒn )
E
∋
= K
d
K
N
I
CK
∋
ω
∋
0
n0 max
n0 min
E
∋
= K
d
K

E
K
R R
K
I
n
K U n
K
R R
K
I
u
d d
ud uE
d d
u
u EMY
EMY
d d
uE ud
d d
u
cd
d d
uE ud
d d
u
= −
+
=

K
KĐ
ω
∋
U
đ
: là điện áp đặt.
R = R
ư
∋
+ R
ưđ

Phương trình ( ∗

) là phương trình
đặc tính cơ của hệ thống. Ta thấy
rằng độ cứng của đặc tính là:
β
φ γ
=
+
R
K K
d d
.
Độ cứng khi có mạch vòng phản
hồi âm tốc độ đã được cải thiện rất nhiều.
Họ đặc tính cơ của hệ thống được vẽ trên hình 2-2.
Hình 2-2

chiều cung cấp cho động cơ.
A B C
BBĐ
CKĐ
Đ
FT
XĐK
FX
TH&KĐ
n
Uđ
Hình 2-3
+ U
đ
tín hiệu điện áp đặt.
+ FT máy phát tốc thực hiện chức năng khâu phản hồi âm tốc độ.
+TH & KĐ là khối tổng hợp và khuyếch đại tín hiệu
+ FX là mạch phát xung.
2, Hoạt động của hệ thống
Giả sử ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới với điện áp thích hợp, lúc
này động cơ vẫn chưa làm việc . Khi ta đặt vào hệ thống một điện áp đặt U
đ
ứng
với một tốc độ nào đó của động cơ.Thông qua khâu TH & KH và mạch FX sẽ suất

b
=U
Ư
: điện áp đầu ra của bộ biến đổi )
E
b
= K
KĐ
K
b
( U
đ
- ϒn )

α
γ
=
−
actg
K K U n
E
KD b d
bm
( )

+Phương trình đặc tính cơ của hệ thống:
M
Hình 2-4
n
n0max

b u
d d KD b
u
= −
+
= −
+
⇒ = −
+
+
φ φ φ φ
φ φ γ
u
.
Đây là phương trình đặc tính cơ của hệ thống.Từ đây ta vẽ được họ đặc tính
cơ
của hệ thống trên hình 2-4.
4, Đánh giá chất lượng hệ thống
a, Ưu điểm:
+ Do sử dụng các thiết bị bán dẫn ở bộ biến đổi nên hệ thống có độ tác động
nhanh cao, hiệu suất hệ thống cao.
+ Là bộ biến đổi tĩnh có kết cấu gọn nhẹ, không yêu cầu nền móng đặc biệt.
+ Dễ thiết lập các hệ thống tự động kín để nâng cao chất lượng hệ thống.
b, Nhược điểm
+ Khả năng chịu quá tải về dòng, áp nhỏ; khi có gia tốc dòng và áp du/dt, di/dt có
nguy cơ làm hỏng các lớp tiếp giáp.
+
-U
D0
Đ

+Uđ: là tín hiệu điện áp chủ đạo.
+KĐ : là mạch khuyếch đại, có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu điện áp U
đk
để đưa
vào mạch FX.
+FX : là mạch phát xung có nhiệm vụ phát ra xung mở cho van T và xung khoá
cho mạch cho mạch khoá van MK.
+ D
O
: là van diốt.
2, Hoạt động của hệ thống
Giả sử ban đầu ta đặt vào hệ thống một điện áp chủ đạo U
đ
( khi hệ thống đã
được đóng vào nguồn một chiều ) qua nút tổng hợp tín hiệu ta có:
U
đk
= U
đ
- ϒn
Tuy nhiên ban đầu n = 0 → U
đk
= U
đ
, tín hiệu này qua mạch KĐ được đưa
tới mạch FX sẽ pháp ra xng mở đưa tới chân điều khiển của van T và ở đầu ra có
sức điện động ra E
b
.
E

n
n0max 0-n0max
Hình 2-6
IƯ
Nếu tốc độ động cơ tăng quá tốc độ đặt thì quá trình diễn ra ngược lại. Đây
là nguyên lý ổn định tốc độ .
3, Họ đặc tính cơ của hệ thống
Sức điện động của BBĐ:
E
t
T
U
b
CK
=
1

Phương trình đặc tính cơ của hê thống:
n
E
K
R R
K
I
t U
T K
R R
K
I
t K u K U n

+
φ φ φ φ
γ
φ γ φ γ
1
1 1 1
1
1 1
( . )
Đây làp phương trình đặc tính cơ của hệ thống
từ phương trình này ta có họ đặc tính cơ của
hệ thống như hình vẽ.
4, Đánh giá chất lượng hệ thống
a,Ưu điểm
+ Hệ thống này được dùng ở những nơi có
nguồn một chiều có công suất » công suất
của động cơ và khi đó trong sơ đồ thay thế có thể bỏ qua R
b
và đặc tính cơ có độ
cứng cao.
+ Hệ thống này dùng ít van động lực .
+Dễ tự động hoá.
b, Nhược điểm
+ Phải có nguồn một chiều hoặc kèm theo bộ nguồn xuay chiều - một chiều.
+ Dạng điện áp ra có dạng xung gây tổn thất phụ trong động cơ.
+Bộ biến đổi này khi làm việc có thể rơi vào chế độ dòng gián đoạn.
V- Chọn phương án truyền động
Trong cả ba phương án đưa ra đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ của
truyền động ăn dao của máy doa. Tuy nhiên, phương án I với những nhược điểm
căn bản là:

một chiều kích từ độc lập. Như vậy,việc thiết kế sơ đồ mạch động lực chỉ còn là
lựa chọn các phần tử khác cho phù hợp.
1, Chọn sơ đồ chỉnh lưu
Có nhiều sơ đồ chỉnh lưu đáp ứng được yêu cầu công nghệ. Tuy nhiên ở
mỗi sơ đồ có các chỉ tiêu về chất lượng khác nhau, giá thành khác nhau . Vấn đề
đặt ra là lựa chọn cho phù hợp.
- Các sơ đồ một pha tuy rẻ, song có chất lượng điện áp ra kém, nhất là khi
góc mở α lớn, truyền động có phạm vi điều chỉnh lớn do đó đòi hỏi góc mở α dao
động rộng và như vậy sơ đồ một pha khó đáp ứng được (khi góc α có nguy cơ hệ
thống làm việc ở chế độ dòng gián đoạn ).
- Vì những lẽ đó ta chỉ lựa chọn ở sơ đồ ba pha. Sơ đồ cầu ba pha tuy có
chất lượng điện áp ra tốt hơn sơ đồ tia ba pha, song nó có giá thành cao và mạch
diều khiển cũng phức tạp hơn. Sơ đồ tia ba pha có chất lượng điện áp ra kém hơn
( điều này có thể khắc phục bằng các cuộn kháng ) song nó hoàn toàn đáp ứng
được các yêu cầu công nghệ. Vì những lý do này ta chọn sơ đồ tia ba pha.
2, Lựa chọn phương án đảo chiều
Để đảo chiều cho động cơ điện một chiều có hai hướng là đảo chiều dòng
kích từ và đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ.
a, Đảo chiều dòng kích từ
Khi thực hiện đảo chiều quay của động cơ bằng đảo chiều dòng kích từ thì ta
phải giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ vì nếu không động cơ có nguy cơ bị
ngắn mạch. Ta biết rằng:

I
U E
R
U K
R
u
u

u
u
u
u
u
=
− −
=
− +( )

Dòng điện này có giá rị rất lớn.
- Khi sử dụng sơ đồ đấu chéo mạch lại trở nên phức tạp đòi hỏi máy biến áp phải
có hai cuộn dây thứ cấp.
- Khi dùng hai BBĐ đấu song song ngược sẽ đảm bảo khắc phục hết những nhược
điểm của các phương pháp kia, hơn nữa truyền động của ta đòi hỏi đảo chiều
nhanh nên phương án này là phù hợp hơn cả.
3, Lựa chọn phương án điều khiển hai bộ chỉnh lưu
Để điều khiển hai bộ biến đổi làm việc song song ngược có hai phương
pháp:
+ Điều khiển độc lập ( điều khiển riêng ).
+ Điều khiển phối hợp ( điều khiển chung ).
a,Điều khiển độc lập
Ở phương pháp này hai bộ biến đổi làm việc độc lập với nhau. Khi phát cho
bộ biến đổi thuận làm việc thì bộ biến đổi ngược không được phát xung sẽ khoá
lại và ngược lại. Phương pháp này có ưu điểm là không phát sinh dòng cân bằng
song nhược điểm của nó là thời gian đảo chiều lớn. vì để đảm bảo cho sơ đồ làm
việc an toàn thì yêu cầu phải có thời gian ngừng dòng để cho các van của bộ biến
đổi làm việc ở giai đoạn trước phục hồi lại tính chất điều khiển và như vậy làm
giảm độ tác động nhanh của hệ thống.
Tuy vậy vẫn có thể tăng độ tác động nhanh của hệ thống bằng cách giảm