Đồ án Đề Tài:Động cơ điện một chiều và hệ
truyền động TIRISTOR
Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp
SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH
MỞ ĐẦU
Điều khiển là một lĩnh vực quan trọng trong đời sống xã hội. Bất kì ở vị
trí nào, bất cứ làm một công việc gì mỗi chúng ta đều tiếp cận với điều khiển.
Nó là khâu quan trọng quyết định sự thành bại trong mọi hoạt động của chúng ta.
Ngày nay, mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhưng
động cơ điện một chiều v
ẫn tồn tại. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều
được sử dụng ở những nơi yêu cầu mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ
bằng phẳng và phạm vi rộng. Vì động cơ điện một chiều có đặc tính làm việc rất
tốt trên các mặt điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều chỉ
nh rộng, thậm chí từ tốc độ
bằng 0). Nhưng độ tin cậy khi sử dụng động cơ một chiều lại thấp hơn so với
động cơ không đồng bộ do có hệ thống tiếp xúc chổi than.

Động cơ điện một chiều chia thành 2 phần chính:
Phần tĩnh ( Stato)

Gồm các bộ phận chính sau:
Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi sắt cực từ và dây quấn
kích từ.
+ Lõi sắt cực từ làm bằng thép kĩ thuật điện dày ( 0,5 –1) mm ép lại và tán
chặt.
+ Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện.
Trong các máy công suất nhỏ, cực từ chính là một nam châm vĩnh
cửu.
Trong các máy công suất trung bình và lớn, cực từ chính là nam châm
đ
iện.
- Cực từ phụ: đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện điều kiện làm
việc của máy điện và đổi chiều
+ Lõi thép cực từ phụ có thể là một khối hoặc có thể được ghép bởi các lá
thép tùy theo chế độ làm việc.
Xung quanh cực từ phụ được đặt dây quấn cực từ phụ, dây quấn cực từ
phụ được n
ối với dây quấn phần ứng.
Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
Phần quay ( rôto)

Bao gồm các bộ phận chính sau:
Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp
SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH
- Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩ thuật
điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao
do dòng điện xoáy gây lên.


nên sức điện đông E
ư
còn được gọi là sức phản diện
Phương trình điện áp là:

3. Phân loại động cơ điện một chiều
Cũng như máy phát, động cơ điện được phân loại theo cách kích thích từ
thành các động cơ điện sau:
−−−
.
IREU
+=
Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp
SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH
Động cơ điện kích từ độc lập
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cuộn kích từ được cấp điện từ
một nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho mạch phần ứng.
Động cơ kích từ nối tiếp

Động cơ kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần
ứng.
Động cơ kích từ hỗn hợp

Động cơ kích từ hỗn hợp gồm 2 dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song
song và dây quấn kích từ nối tiếp trong đó dây quấn kích từ song song là chủ
yếu.
II. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

1.

KT
I
KT
-
+
+-
U
ư

U
KT

Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp
SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH
U = E + I
ư
( R
ư
+ R
f
)
Trong đó: + U
ư
: điện áp phần ứng ( V )
H1. Sơ đồ nối dây của
động
cơ
+ E: sức điện động phần ứng ( V )
+ R
ư

= k.Φ.I
ư

Φ
=→
k
M
I
dt
−

Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì M
cơ
= M
đt
= M
Từ các phương trình trên ta có: đặc tính cơ của động cơ điện một chiều Khi toàn bộ các thông số điện của động cơ là định mức và không mắc
thêm điện trở phụ vào mạch điện trở thì phương trình đặc tính cơ là: ()
M
k
RR
k
U
f

đm
ω

ω
đm
ω
o

Δω
ĐTTN
0

Đặc tính cơ của phương trình này gọi là đặc tính cơ tự nhiên.
Tốc độ ω
o
= U
ư
/k.Φ là tốc độ không tải lý tưởng.
Khi phụ tải tăng dần từ M
c
= 0 đến M
c
= M
đm
thì tốc độ động cơ giảm dần
từ ω
o
xuốngω
đm
nên phương trình đặc tính cơ có dạng:

Sai số tốc độ
ωωω
Δ−=
o
Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp
SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH
Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ
đặt và được đánh giá thông qua: Mong muốn: sai số ω
đ
= ω
s% càng nhỏ càng tốt.
Tính liên tục ( độ trơn của dải điều chỉnh) ω
i + 1
≈ ω
i
: hệ thống điều khiển liên tục
ω
i + 1
≠ ω
i
: hệ thống điều khiển nhảy cấp
Mong muốn γ → 1: hệ truyền động có thể làm việc ổn định ở mọi giá
trong suốt dải điều chỉnh.
Dải điều khiển tốc độ

1+
=
min
max
ω
ω
=D
()
M
k
R
k
U
2
−−
.
.
Φ
−
Φ
=
ω
Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp
SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH
R
f
= 0
R
f1
R

trở phụ vào mạch phần ứng để tăng điện trở phần ứng.
Độ cứng của đường đặc tính cơ: Ta thấy khi điện trở càng lớn thì β càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc
và do đó càng mềm hơn.

H3. đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở
phụ
Ứng với R
f
= 0 ta có độ cứng tự nhiên β
TN
có giá trị lớn nhất nên đặc tính
cơ tự nhiên có độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ.
Như vậy, khi ta thay đổi R
f
ta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính
cơ tự nhiên.
Đặc điểm của phương pháp
( )
f
dm
RR

/ ω
min
càng nhỏ. Phương pháp này có thể điều chỉnh trong dải D
= 3 : 1
Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tổn hao trên điện trở
phụ lớn.
Chất lượng không cao dù điều khiển rất đơn giản.
Phương pháp 2: Thay đổi từ thông Φ
Nguyên lý điều khiển
Giả thiết U= U
đm
; R
ư
= const . Muốn thay đổi từ thông động cơ ta thay đổi
dòng điện kích từ.
Thay đổi dòng điện trong mạch kích từ bằng cách nối nối tiếp biến trở
vào mạch kích từ hay thay đổi điện áp cấp cho mạch kích từ.
Bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa (Φ
= Φ
max
) mà phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nên
chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông Φ tức là điều chỉnh tốc độ trong
vùng trên tốc độ định mức.
→ Khi giảm Φ thì tốc độ không tải lý tưởng
Φ
=
k
U
dm
o

Φ
2
Φ
1
ω
o
ω
o1

ω
o2

ω
0 M
c1
M
c2
Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp
SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH
Khi tăng tốc độ động cơ bằng cách giảm từ thông thì dòng điện tăng và
tăng vượt quá mức giá trị cho phép nếu mômen không đổi. Vì vậy muốn giữ cho
dòng điện không vượt quá giá trị cho phép đồng thời với việc giảm từ thông thì
ta phải giảm M
t
theo cùng tỉ lệ.
Đặc điểm của phương pháp
Phương pháp này có thể thay đổi tốc độ về phía tăng.
Phương pháp này chỉ điều khiển ở vùng tải không quá lớn so với định
mức.
Việc thay đổi từ thông không làm thay đổi dòng điện ngắn mạch.

02
ω
01
ω
M
U
1
U
2
0
M
c
Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp
SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH
H5. đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện áp
Ở phương pháp này: U = var;
Φ
đm
= const; R
f
= 0

phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng là triệt để và có nhiều ư
u điểm hơn cả
nên ta chọn phương pháp này để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐỂ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG CỦA ĐỘNG CƠ

Hệ thống F- Đ
:Hệ thống F - Đ là một trong các phương án điều chỉnh tốc độ
động cơ một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp phần ứng.
Nguyên lý điều khiển Theo sơ đồ thì động cơ Đ
1
biến đổi điện năng xoay chiều của lưới thành
cơ năng trên trục của nó rồi truyền sang trục của máy phát F, máy phát F biến
đổi cơ năng đó thành điện năng một chiều để cung cấp cho động cơ Đ, động cơ
một chiều chuyển thành cơ năng trên trục làm quay máy sản xuất.
Để điều khiển tốc độ động cơ c
ần điều khiển điện áp đặt trên hai đầu động
cơ, thông qua sức điện động của máy phát: E = k
MF
.Φ.ω
MF
.
Khi máy phát F được quay với tốc độ ω
MF
cố định, sức điện động của máy

.
2
−−
Φ
+
−
Φ
=
αω
ωF
Đ
MF
ĐC
MSX
Đ
∼
Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp
SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH

ω
I
kMFđ
m
I
kMF 2
I
kMF 1

o
I
k
k
.
Φ
=
αω
ω
còn độ cứng
đặc tính cơ:
( )
FD
DD
DF
RR
k
−−
2
+
Φ
=
−
β
thì giữ nguyên.
Do đó các đường đặc tính cơ là một họ đường thẳng song song.
Trong mạch lực của hệ F - Đ không có phần tử phi tuyến nào nên hệ có
những đặc tính động rất tốt, rất linh hoạt khi chuyển các trạng thái làm việc. Hệ
F - Đ có các đặc tính cơ điền đầy cả 4 góc phần tư của mặt phẳng tọa độ.
+ Đặc điểm của hệ

chỉnh lưu. Bộ chỉnh lưu biến đổi đ
iện lưới xoay chiều thành điện một chiều cấp
điện cho phần ứng của động cơ điện một chiều.
Khi điều khiển góc mở của các Tiristo ( tức là Tirito chỉ được mở khi điện
áp anod dương hơn catod) ta điều khiển được điện áp phần ứng tức là điều
khiển tốc độ động cơ đ
iện một chiều.
- Các chế độ làm việc
Chế độ dòng điện liên tục

Khi mômen tải tăng M
t
↑ thì dòng điện I
đc
↑ dẫn đến năng lượng điện từ
tăng. Khi điện áp nguồn nhỏ hơn sức điện động thì năng lượng của cuộn dây lớn
làm cho năng lượng xả ra đủ sức để duy trì dòng điện đến thời điểm mở van kế
tiếp.
Khi ở chế độ dòng điện liên tục, điện áp chỉnh lưu
U
CL
= U
do
.cosα .
T

∼

không cho dòng điện phần ứng đổi chiều.
Khi đó tốc độ không tải lí tưởng tùy thuộc vào góc điều khiển α Và độ cứng đặc tính cơ:
( )
CL
dm
RR
k
+
Φ
=
¦
2
β
là không đổi.
→ Các đường đặc tính của hệ CL - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ
Chế độ dòng điện gián đoạn

Phương trình đặc tính cơ:
M
kk
RR
k
U
M
kk
RR
k

α
ω
dme
do
o
k
U
Φ
=
.
cos.
α
ω
Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp
SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH

( ) ( ) ( )
()
γλ
γλλγαγαγ
ω
g
gU
k
oom
dm
cotexp1
cotexpsinsin.cos
1
2

( D ∼ 10
2
– 10
3
)
Có thể thiết lập hệ tự động vòng kín để mở rộng dải điều chỉnh và cải
thiện điều kiện làm việc của hệ.
*Nhược điểm:
Khả năng linh hoạt khi chuyển đổi trạng thái làm việc không cao, khả
năng quá tải về dòng và áp của các van kém.
0

Biên liên tục
ω
ω
o1
ω
o2
I
blt

ω
blt

I
α = 0

α = π/2

Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp

→ Điều khiển băm áp có chất lượng tốt hơn điều khiển chỉnh lưu khi tần
số f cao.
Chế độ dòng điện gián đoạn

11
.UU
T
U
TB
γ
θ
==
V
o

Ư
K
+
-
Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp
SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH
Nếu dòng điện và điện cảm có giá trị nhỏ thì đường cong có dạng gián
đoạn.
Nếu dòng điện và điện cảm có giá trị giới hạn nào đó thì dòng điện có thể
giảm đến 0 đúng vào thời điểm đầu của chu kì tiếp theo. Khi đó ta có dòng biên
liên tục.
Đặc tính cơ của hệ thống
Với dòng điện liên tục:

Phương trình đặc tính cơ

k
+
Φ
=
¦
2
β

Với dòng điện gián đoạn

M
kk
RR
k
U
M
kk
RR
k
U
e
ba
e
e
ba
e
ba
.
..
.

ω
blt
0
Trường ĐHBK Hà Nội -- -- Đồ án tốt nghiệp
SV Lưu Văn Thắng - 23 - Lớp K9C- TĐH
Đặc tính cơ là các đường cong. Cũng như trong hệ CL - Đ, ở chế độ này
do mômen điện từ gián đoạn mà đặc tính cơ trở nên rất mềm.
Biên giới liên tục là đường có dạng nửa hình elip nằm ở góc phần tư thứ
nhất và có dạng nét đứt trên hình vẽ.
+ Đặc điểm:
* Ưu điểm
Vốn đầu tư nhỏ, hệ đơn giản, chắ
c chắn.
Độ cứng đặc tính cơ cao, xấp xỉ đặc tính cơ tự nhiên.
*Nhược điểm
Điện áp dạng xung gây ra tổn thất phụ lớn trong động cơ
Hệ thống có thể làm việc ở trạng thái dòng gián đoạn với những đặc tính
kém ổn định và tổn thất năng lượng nhiều.
III: HỆ TRUYỀN ĐỘNG (T-Đ)
-Hệ TĐ một chiề
u dùng bộ biến đổi là một loại nguồn điện một chiều khi
nối nó vào mạch phaanf ứng với động cơ điện một chiều kích từ độc lập ta sẽ
được hệ TĐ .
-Khác với máy phát điện một chiều bộ biến đổi trực tiếp nối biến dòng
xoay chiều thành dòng một chiều không qua một khâu trung gian cơ học nào .
-Hiện nay Tirstor được dùng phổ bi
ến để tạo ra các bộ chỉnh lưu có diều
khiển bởi các tính chất ưu việt của chúng : Gọn nhẹ , tổn hao ít tác động nhanh .
1. Nguyên lý điều khiển động cơ điện một chiều: nhận năng lượng từ lưới
xoay chiều thông qua bộ chỉnh lưu biến dòng xoay chiều thành dòng một chiều

a, Chế độ dòng liên tục .
+Phương trình đặc tính cơ
M
μ
KK
RR
K
CosU
M
μ
KK
RR
K
U
ω
e
cl
e
do
e
cl
e
cl
.
Φ.
+.
=.
Φ.
+
.