ĐỀ TÀI " THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA XE CẦU "

Chia sẻ: uzumaki_uchiha1308

Tham khảo luận văn - đề án 'đề tài " thiết kế hệ truyền động của xe cầu "', luận văn - báo cáo phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Bạn đang xem 20 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: ĐỀ TÀI " THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA XE CẦU "

 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




MỤC LỤC
MỤC LỤC.....................................................................................................................6




Trang:
Đồ án môn học 6
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 7
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC VÀ CẦU TRỤC PHÂN XƯỞNG
I. Lý thuyết chung máy nâng hạ, vận chuyển:
1. Khái niệm chung:
Sự phát triển kinh tế của mỗi nước phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới
hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất. Trong quá trình sản xuất máy nâng hạ
Trang:
Đồ án môn học 8
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




vận chuyển đóng vai trò khá quan trọng. Máy nâng, vận chuy ển là c ầu nối gi ữa
các hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, giữa các phân xưởng trong một nhà
máy, giữa các máy công tác trong một dây chuyền sản xuất. Máy nâng vận chuyển
được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, xây dựng, giao thông... Trong nhóm
máy vận chuyển thì cầu trục là một thiết bị vận chuyển điển hình.
Trong cầu trục có 3 chuyển động:
- Chuyển động của xe cầu theo phương ngang (xe cầu đi dọc theo phân
xưởng).
Trang:
Đồ án môn học 9
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




- Chuyển động của xe con theo phương ngang (xe con di chuyển trên xe
cầu theo chiều ngang phân xưởng)
- Cơ cấu nâng hạ được bố trí trên xe con và nó được chuyển động theo
phương thẳng đứng (thực hiện nâng hạ tải trọng).
2. Phân loại máy nâng - vận chuyển:
Phụ thuộc vào đặc điểm hàng hoá cần vận chuyển, kích thước, số lượng và
phương vận chuyển mà các máy nâng, vận chuyển rất đa dạng. Việc phân loại
một cách hoàn hảo các máy nâng, vận chuyển rất khó khăn.
Trang:
Đồ án môn học 10
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Có thể phân loại các máy nâng, vận chuyển theo các đặc điểm sau:
- Theo phương vận chuyển hàng hoá:
+ Theo phương thẳng đứng: thang máy, máy nâng
+ Theo phương nằm ngang: băng chuyền, băng tải
+ Theo mặt phẳng nghiêng: xe kíp, thang chuyền, băng tải
+ Theo các phương kết hợp: cầu trục, cần trục, cầu trục cảng, máy xúc...
- Theo cấu tạo của cơ cấu di chuyển:

Trang:
Đồ án môn học 11
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




+ Máy nâng, vận chuyển đặt cố định: thang máy, máy nâng, thang chuyền,
băng tải, băng chuyền...
+ Di chuyển tịnh tiến: cầu trục cảng, cần cẩu con dê, các loại c ần tr ục,
cầu trục...
+ Di chuyển quay với một góc quay giới hạn: cần cẩu tháp, máy xúc ...
- Theo cơ cấu bốc hàng:
+ Cơ cấu bốc hàng là thùng, cabin, gầu treo...
+ Dùng móc, xích treo, băng
Trang:
Đồ án môn học 12
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




+ Cơ cấu bốc hàng bằng nam châm điện
- Theo chế độ làm việc:
+ Chế độ dài hạn: băng tải, băng chuyền, thang chuyền
+ Chế độ ngắn hạn lặp lại: máy xúc, thang máy, cần trục...
3. Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ truyền động điện
máy nâng, vận chuyển.



Trang:
Đồ án môn học 13
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Máy nâng, vận chuyển thường được lắp đặt trong nhà xưởng hoặc để
ngoài trời. Môi trường làm việc của các máy nâng, vận chuyển rất nặng nề, đặc
biệt là ngoài hải cảng, các nhà máy hoá chất, các xí nghiệp luyện kim...
Các khí cụ, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và trang bi điện của
các máy nâng, vân chuyển phải làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngã
của môi trường, nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác.
* Đối với hệ truyền động điện cho băng truyền và băng tải phải đảm bảo
khởi động động cơ truyền động khi đầy tải; đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt
Trang:
Đồ án môn học 14
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




độ môi trường giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng
kể mômen cản tĩnh Mc.
Trên hình 1.3 biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc giữa mômen cản tĩnh và tốc
độ động cơ: Mc = f( ω )
Trên đồ thị ta thấy:
M
Khi ω = 0, Mc lớn hơn (2 ÷ 2,5)Mc ứng
với tốc độ định mức thay đổi c

đối với cơ cấu nâng - hạ, mômen theo
Trang:
Đồ án môn học 15



ω
0 đm
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Động cơ truyền động cầu trục nhất là
tải trọng rất rõ rệt.
Khi không có tải trọng
(không tải) mô men của động
cơ không vượt quá (15 ÷ 25)%Mđm
Đối với cơ cấu nâng của cần trục gầu
Hình 1.1: quan hệ Mc=f ω
ngoạm đạt tới 50%Mđm
Đối với động cơ di chuyển xe khi động cơ không tải cầu bằng (50 ÷ 55)%Mđm
Trang:
Đồ án môn học 16
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trong các hệ truyền động các cơ cấu của máy nâng, vận chuyển yêu cầu quá
trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm, đặc biệt là đối với thang máy và thang
chuyên chở khách. Bởi vậy mômen động trong quá trình quá độ phải được hạn
chế theo yêu cầu của kĩ thuật an toàn.
Năng suất của máy nâng, vận chuyển quyết định bởi hai yếu tố: tải trọng của
thiết bị và số chu kỳ bốc, xúc trong một giờ. Số lượng hàng hoá bốc xúc trong mỗi
một chu kỳ không giống nhau và nhỏ hơn trọng tải định mức, động cho nên phụ
tải đối với cơ chỉ đạt (60 ÷ 70)% công suất định mức động cơ.
Trang:
Đồ án môn học 17
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Do điều kiện làm việc của máy nâng, vận chuyển nặng nề, thường xuyên làm
việc trong chế độ quá tải (đặc biệt là máy xúc) nên các máy nâng, vận chuyển
được chế tạo có độ bền cơ khí cao, khả năng chịu quá tải lớn
Xe cầu có thể chạy trên các đường ray đặt trên cao dọc theo nhà xưởng, còn xe
con có thể chạy dọc theo dầm cầu.
Vì vậy mà cầu trục có thể nâng hạ và vận chuyển hàng theo yêu cầu tại bất
kỳ điểm nào trong không gian của nhà xưởng.
II. Đặc điểm của hệ truyền động cầu trục và cầu trục phân xưởng:
Trang:
Đồ án môn học 18
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Mômen cản trên trục động cơ là: Tổng hợp của hai mômen thành phần
- Mômen do ma sát gây ra luôn chống lại chuyển động quay của đông cơ.
- Mômen do tải trọng sinh ra sẽ chống lại hoặc hỗ trợ chuyển động quay
của động cơ tuỳ thuộc vào lúc tải trọng đi lên hay đi xuống.
* Tính chất của phụ tải là làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
* Chu kỳ làm việc của cơ cấu:
- Di chuyển không tải
- Di chuyển khi mang tải.
Trang:
Đồ án môn học 19
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




(Giữa các giai đoạn có thời gian nghỉ).
1. Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ:




Trang:
Đồ án môn học 20
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 21
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




2. Hệ số tiếp điện tương đối TĐ%:
Khi tính toán hệ số tiếp điện tương đối chúng ta bỏ qua thời gian hãm và thời
gian mở máy.
Thời gian toàn bộ một chu kỳ làm việc của cơ cấu nâng hạ có thể được tính
theo năng suất Q và tải trọng định mức Gđm:
3600.Gdm
[ s]
Tck =
Q
: năng suất bốc giỡ hàng hoá [ N / h]
Trong đó: Q
Trang:
Đồ án môn học 22
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




: tải trọng nâng hạ định mức [ N ]
Gdm
Thời gian làm việc khi nâng, hạ được xác định từ chiều cao vận tốc nâng hạ.
Hệ số tiếp điện tương đối:
Tlv
.100%
TĐ% =
Tck
Tlv : Thời gian làm việc của 1 chu kỳ xác định theo điều kiện làm việc
cụ thể của cơ cấu.

Trang:
Đồ án môn học 23
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




3. Chọn sơ bộ công suất động cơ:
* Xây dựng đồ thị phụ tải:
* Tính mômen trung bình hoặc mômen đẳng trị:
- Mômen trung bình được xác định theo công thức:
∑ M .t i i
Mtb = k
Tck
- Mômen đẳng trị được xác định theo công thức:

Trang:
Đồ án môn học 24
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH



n

∑M 2
t
ii
Mđt = i =1

Tck
Trong đó:
: Trị số mômen ứng với khoảng thời gian ti
Mi
k = 1,2 ÷ 1,3 → Hệ số dự trữ phụ thuộc vào mức độ nhấp
nhô của đồ thị phụ tải, tần số mở máy, hãm máy.
Điều kiện chọn công suất động cơ:
Trang:
Đồ án môn học 25
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Mdm ≥ Mtb , Mdm ≥ Mđt
Kiểm nghiệm:
* Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác sau khi đã tính đến thời gian khởi động
và hãm của động cơ.
* Tính lại hệ số tiếp điện tương đối thực có tính đến thời gian khởi động và
hãm.
∑t + ∑ t kd + ∑ t h
lv
100%
TĐ%th =
Tck
Trang:
Đồ án môn học 26
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trong đó:
∑t ∑t
: Tổng thời gian làm việc, : Tổng thời gian khởi động
lv kd


∑t : Tổng thời gian hãm
h

Và tính phụ tải chính xác theo đại lượng đẳng trị Mđtcx
* Tính mômen đẳng trị chính xác của đồ thị phụ tải:
TD % tt
M tc= M dt .
TD% tc

Trang:
Đồ án môn học 27
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trong đó: Mtc : Mômen quy đổi về hệ số tiếp điện tiêu chuẩn
TĐ% : Hệ số tiếp điện tiêu chuẩn: 15%, 25%, 40%, 60%

Động cơ được chọn là đúng nếu thoả mãn yêu cầu:
Mtc ≤ MđmĐC
TDth %
TDtc %
Mtc = Mđtcx

Trang:
Đồ án môn học 28
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




PHẦN II: THIẾT KẾ HỆ TRUYỀN ĐỘNG CHO XE CẦU CỦA CẦU
TRỤC
CHƯƠNG 1 : TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT TRUYỀN ĐỘNG ỨNG DỤNG
CHO TRUYỀN ĐỘNG XE CẦU CỦA CẦU TRỤC
1. Xác định phụ tải tĩnh
Trang:
Đồ án môn học 29
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Phụ tải tĩnh khi xe di chuyển có tải:
Thành phần F1 được xác định theo biểu thức
(G 0 + G ) × f (70000 + 200000) × 0,045
F1 = = = 694,28( N )
Rb 17,5
Trong đó G0 là trọng lượng bản thân cơ cấu
G là trọng lượng tải trọng
Rb là bán kính bánh xe lấy bằng 17,5 (cm)

Trang:
Đồ án môn học 30
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




f là hệ số ma sát lăn f = 0,045 (cm)
Thành phần lực Fct được xác định theo biểu thức
Fct = (G0 + G ) µ
Với µ là hệ số ma sát trượt
Nếu dời điểm đặt của lực này về vành bánh xe thì tính theo biểu thức
Rct 5
Fct ' = (G 0 + G ) × µ × = (70000 + 200000) × 0,08 × = 6171,43( N )
Rb 17,5

Trang:
Đồ án môn học 31
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Với Rct la bán kính cổ trục bánh xe lấy bằng 5 (cm)
Toàn bộ lực đặt lên bánh xe là
G0 + G 70000 + 200000
× ( µ × Rct + f ) =
Fc = F1 + Fct = × (0,08 × 5 + 0,045) = 6865,71( N )
Rb 17,5
Đối với các cơ cấu có bánh xe sắt lăn trên đường ray phải tính đến lực cản ma sát
giữa mép bánh xe và đường ray.Lực đó được tính thêm bắng hệ số dự trữ k.hệ số



Trang:
Đồ án môn học 32
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




dự trữ k được xác định theo kinh nghiệm vận hành lấy K=2 và toàn bộ l ực c ản
trong trường hợp này là
G0 + G
× ( µ × Rct + f ) = 2 × 6865,71 = 13731,43( N )
F ' c = K × Fc = K ×
Rb
Công suất và mômen trên trục động cơ lúc xe mang tải là:
Fc1 × V 13731,43 × 36
PC1 = = = 10,985( KW )
60 × 1000η 60 × 1000 × 0,75


Trang:
Đồ án môn học 33
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




F × Rb 13731,43 × 0,175
M C1 = = = 213,6( Nm)
i ×η 15 × 0,75
* Phụ tải tĩnh khi di chuyển không tải:
Thành phần F1 được xác định theo biểu thức
G 0 × f 70000 × 0,045
F1 = = = 180( N )
Rb 17,5
Thành phần lực Fct được xác định theo biểu thức

Trang:
Đồ án môn học 34
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




G0 × µ = 70000 × 0,08 = 5600(N)
Fct =
Toàn bộ lực đặt lên bánh xe lúc không tải là:

G0 70000
× ( µ × Rct + f ) =
Fc 0 = F1 + Fct = × (0,08 × 5 + 0,045) = 1780( N )
Rb 17,5
Đối với các cơ cấu có bánh xe sắt lăn trên đường ray phải tính đến lực cản ma sát
giữa mép bánh xe và đường ray.Lực đó được tính thêm bắng hệ số dự trữ k.hệ số

Trang:
Đồ án môn học 35
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




dự trữ k được xác định theo kinh nghiệm vận hành lấy K=2 và toàn bộ l ực c ản
trong trường hợp này là
G0
× ( µ × Rct + f ) = 2 × 1780 = 3560( N )
F ' c = K × Fc = K ×
Rb
Công suất và mômen trên trục động cơ lúc xe mang tải là:
Fc 0 × V0 3560 × 90
PC 0 = = = 10,68( KW )
60 × 1000η 0 60 × 1000 × 0,5


Trang:
Đồ án môn học 36
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Với η 0 = 0,5. Tra hình 1.7 trang 11 _ Trang bị điên – điện tử
F × Rb 3560 × 0,175
M C0 = = = 83( Nm)
i ×η0 15 × 0,5
2. Xác định hệ số tiếp điện tương đối TĐ%:
Tlv
.100%
TĐ% =
Tck
Với: Tlv = T0 + T1

Trang:
Đồ án môn học 37
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Tck = Tlv + Tnghỉ
Trong đó:
• T0 : Thời gian xe di chuyển không tải:
S 50
= 33,33[ s ]
=
T0 =
v0 1,5

• T1 : Thời gian xe di chuyển mang tải:


Trang:
Đồ án môn học 38
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




S 50
= 83,33[ s ]
=
T1 =
v 0,6
* Thời gian làm việc là:
Tlv = 33,33 + 83,33 =116,66 [ s ]
* Thời gian nghỉ bao gồm thời gian thao tác lấy tải, cắt tải:
Tnghỉ = 100 + 150 + 20 = 250 s
* Thời gian chu kỳ: Tck = 116,66 + 250 = 336,66 s
* Hệ số làm việc tương đối:
Trang:
Đồ án môn học 39
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Tlv 116,66
.100% = .100% = 31,82%
TĐ% =
Tck 336,66
3. Tính chọn sơ bộ công suất động cơ:
Chọn sơ bộ công suất động cơ theo phụ tải đẳng trị kết hợp với hệ số tiếp điện
tương đối:
Theo công thức (3.32) trang 128 – Trang bị điện, ta có:



Trang:
Đồ án môn học 40
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH



n

∑P 2
.t j
j
10,985 2 .83,33 + 10,68 2 .33,33
j
Pđt = = = 10,9( N )
83,33 + 33,33
n

∑t j
j


P đt ≤ P đm ⇒ Pđmđc ≥ 10,9(Kw)
Điều kiện chọn công suất động cơ:




Trang:
Đồ án môn học 41
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Tra bảng ta chọn động cơ kích từ song song loại cầu trục luyện kim, điện áp
220V, vỏ kín, làm mát tự nhiên, chế độ làm việc ngắn hạn lập lại, TĐ% = 25, chế
độ định mức dài hạn, TĐ% = 100, với các số liệu sau:
Kiểu π _32 TĐtc% = 25%
rư + rcp = 0,266 Ω
Pđm = 12 kW
= 94 Ω
Uđm = 220 V rcks
nđm = 790 vg/p Iđm = 65 A
φ đm = 1,32 mWb
Trang:
Đồ án môn học 42
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




4. Kiểm nghiệm công suất động cơ:
* Kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng:
Mô men cản tĩnh khi xe chuyển động với tải được tính ở trên là :
M ct = 213,6( N .m)
Mô men cản tĩnh khi xe di chuyển không tải là :
M c 0 = 83( N .m)
Mô men quán tính trên trục động cơ khi xe cầu đầy tải:

Trang:
Đồ án môn học 43
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




JT v
+ (m x + m t ) ( x )
J∑ = J D + J LH + 2
ϖ
2
i
t




1,6 1,5 2
= 0,155 + 0,1 + + (7000 + 20000)( ) = 9,15kgm 2
2
82,68
15
Mô men quán tính trên trục động cơ khi xe di chuyển không tải:
v
JT
J ∑ 0 = J Đ + J LH + + mx ( 0 ) 2
ω
2
i


Trang:
Đồ án môn học 44
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




1,6 0,6 2
= 0,155 + 0,1 + + 7000( ) = 0,63kgm 2
2
82,68
15
Nếu mô men trung bình của động cơ M tb trong thời gian mở máy là không đổi
và bằng 2M dm thì thời gian chạy xe cầu có tải t xt và không tải t x 0 từ lúc bắt đầu
chạy đến lúc đạt tốc độ ổn định là:
J ∑ tϖ đm J ∑ tϖ đm
=
t xt =
M tb − M ct 2 M đm − M ct

Trang:
Đồ án môn học 45
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




9,15 × 82,68
= 9,86s
=
290,28 − 213,6
J ∑ 0ϖ đm J ∑ 0ϖ đm
=
t x0 =
M tb − M c 0 2 M đm − M c 0
0,63 × 82,68
= 0,25s
290,28 − 83
Quãng đường tăng tốc của xe cầu khi đầy tải và khi không tải:


Trang:
Đồ án môn học 46
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




t xt 9,86
= 0,6 × = 2,958m
L mm.t = vt
2 2
t x0 0,25
= 1,5 × = 0,1875m
L mm.0 = v0
2 2
Nếu việc hãm xe cầu bằng phanh điện cơ ở cổ trục động cơ với mô men hãm M h
=2M đm thì thời gian hãm từ v đm (hay ϖ đm ) đến v = 0 khi xe cầu đầy tải và không
tải là:

Trang:
Đồ án môn học 47
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




J ∑ t ω đm 9,15 × 82,68
= = 1,5s
t ht =
M h + M ct 290,28 + 213,6
J ∑ 0 ω đm 0,63 × 82,68
= = 0,14 s
t h0 =
M h + M c0 290,28 + 83
Quãng đường hãm của xe cầu khi đầy tải và khi không tải:
1 1
v t t ht = 0,6 × 1,5 = 0,45m
L ht =
2 2


Trang:
Đồ án môn học 48
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




1 1
v 0 t h 0 = 1,5 × 0,14 = 0,1m
L h0 =
2 2
Quãng đường xe cầu chạy ổn định khi đầy tải và khi không tải:
L od .t = l - L mm.t - L ht = 25 – 2,958 – 0,45 = 21,592m
L od .0 = l - L mm.0 - L h 0 = 25 – 0,1875 – 0,1 = 24,7125m




Trang:
Đồ án môn học 49
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




M(N. M tb
m)
a)



M ct
Trang:
Đồ án môn học 50

0
t(s)
M c0


t odt t0 : 2
t od 0
t0 : 2

(rad/s)


ϖ dm b)



0
t(s)

− ϖ dm
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 1.1:a)Đồ thị phụ tải xe cầu;b) Đồ thị tốc độ



Thời gian xe cầu chạy ổn định tương ứng lúc đầy tải và không tải :
Lod .t 21,592
= = 36 s
t od .t =
v đm 0,6



Trang:
Đồ án môn học 51
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Lod .o 24,7125
= = 16,475s
t od .0 =
v0 1,5
Thời gian của một chu kỳ làm việc của xe cầu :
T ck = 336,66s
Thời gian nghỉ trong một chu kỳ :
T nghi = T ck - t od .t - t od .0 - t mm.t - t mm.0 - t ht - t h 0
= 336,66 – 36 – 16,475 – 4,93 – 0,125 – 1,5 – 0,1 = 277,53s

Trang:
Đồ án môn học 52
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Thời gian đóng điện tương đối của động cơ :
T ck −t nghi
t lv
100% = = 17,56%
(%) =
Tck Tck
Đồ thị phụ tải dựng theo các số liệu được tính như hình trên. Từ đó, tính được
mô men đẳng trị trong thời gian làm việc với thời gian đóng điện tương đối
ε (%) = 17,56% . Khi tính phải chú ý đến việc tỏa nhieeyj kém của động cơ trong
thời gian quá độ nhờ hệ số tỏa nhiệt kém β = 0,5 :

Trang:
Đồ án môn học 53
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




M ttb t mm.t + M tb t mm.0 + M ct t od .t + M c20 t od .0
2 2 2

M đt =
β (t mm.t + t mm.0 ) + t od .t + t od .0

290,28 2 × 4,93 + 290,28 2 × 0,125 + 213,6 2 × 36 + 83 2 × 16,475
= 199,177 N .m
=
0,5(4,93 + 0,125) + 36 + 16,475
Chuyển đổi mô men đẳng trị về ε (%) = 25%
ε % LV 17,56
= 167 N .m
M dtTC = M dt = 199,177
ε % TC 25

Trang:
Đồ án môn học 54
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Vì M dtTC = 167 < 290,28 N.m = M đm nên động cơ đã chọn để truyền động xe
cầu có độ dự trữ nhiệt lớn.
Động cơ đã chọn hoàn toàn thõa mãn điều kiện về chế độ nhiệt.
* Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tải mô men :
Điều kiện kiểm nghiệm :
M lvm
M dm ≥
λ
Với λ = (2 ÷ 4 ) là hệ số quá tải động cơ
Trang:
Đồ án môn học 55
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Mô men cực đại của động cơ :
M lv max = I qd × k φ dm ; M dm = I dm × k φ dm
Mà : I qd = 2I dm ⇒ M lv max = 2M dm
Thật vậy, ta có :
2π × n dm 2 × 3,14 × 790
ϖ dm = = = 82,68(rad / s )
60 60



Trang:
Đồ án môn học 56
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Pdm 12000
⇒ M dm = = = 145,14 N .m
ω dm 82,68
Mặt khác : M lv max = I lv max ×kφ dm = 2 I dm × kφ dm
= 2 × 65 × 1,2 × 1,32 = 205,92 N .m
Vậy : M lv max < 2M dm , nên động cơ đã chọn thõa mãn điều kiện quá tải mô
men.


Trang:
Đồ án môn học 57
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 58
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 59
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG CHO XE CẦU
CỦA CẦU TRỤC
I. Khái niệm chung:
1. Khái niệm:
Trang:
Đồ án môn học 60
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì các máy sản xuất ngày
một đa dạng, đa năng hơn dẫn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp, đòi
hỏi độ chính xác cao và tin cậy.
Một hệ thống truyền động điện không những phải đảm bảo được yêu cầu
công nghệ mà phải đảm bảo có một chế độ đặt trước ổn định về thời gian quá
độ, dải điều chỉnh, ổn định tốc độ... Tuỳ theo các loại máy công tác mà có những
yêu cầu khác nhau cần thiết cho việc ổn định tốc độ, mômen với độ chính xác cao

Trang:
Đồ án môn học 61
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




nào đó trước sự biến đổi của tải và các thông số nguồn... Do đó bộ biến đổi năng
lượng điện xoay chiều thành một chiều đã và đang được sử dụng rộng rãi.
Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau chế tạo ra như hệ
thống máy phát, khuếch đại từ, hệ thống van chúng được điều khiển theo những
nguyên tắc khác nhau với những ưu nhược điểm khác nhau.
Khi có một yêu cầu kỹ thuật sẽ có nhiều phương án lựa chọn, giải quy ết,
song mỗi phương án lại có một số ưu nhược điểm khác nhau về ứng dụng của

Trang:
Đồ án môn học 62
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




chúng trong từng hoàn cảnh cụ thể cho phù hợp yêu cầu. Để đáp ứng các y ếu tố
có sử dụng hài hòa giữa các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
Với những hệ thống truyền động đơn giản, không có yêu cầu cao về chất
lượng và truyền động thì ta nên dùng động cơ xoay chiều đơn giản. Với những hệ
thống có yêu cầu cao về chất lượng và truyền động, về thay đổi tốc độ, độ chính
xác thì ta thường chọn động cơ một chiều có dải điều chỉnh phù hợp.



Trang:
Đồ án môn học 63
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Đối với truyền động của động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi rất quan
trọng. Nó quyết định đến chất lượng của hệ thống do vậy việc lựa chọn phương
án và lựa chọn bộ biến đổi thông qua việc xét các hệ thống.
2. Ý nghĩa của việc lựa chọn phương pháp:
Việc lựa chọn phương án hợp lý có một ý nghĩa quan trọng, nó được thể
hiện qua các mặt:
+ Đảm bảo được yêu cầu công nghệ máy móc sản xuất.
+ Đảm bảo được sự làm việc lâu dài, tin cậy.
Trang:
Đồ án môn học 64
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




+ Giảm giá thành sản phẩm, tăng năng suất.
+ Dễ dàng sữa chữa, thay thế khi xảy ra sự cố.
II. Các phương án truyền động:
1. Hệ truyền động máy phát động cơ (F - Đ)
Trong hệ truyền động máy phát - Động cơ (F - Đ) nguồn cung cấp phần ứng
động cơ là bộ biến đổi máy điện (máy phát điều khiển kích từ độc lập).
Sơ đồ nguyên lý :

Trang:
Đồ án môn học 65
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 66
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Động cơ Đ truyền động cho máy sản xuất, máy sản xuất đ ược cấp điện phần
ứng từ máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F và động cơ một chiều
KĐBĐK, động cơ ĐK cũng kéo máy phát tự kích từ K để cấp điện kích từ
cho động cơ Đ và máy phát F.
Biến trở RKK dùng để điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát tự kích từ F.
Nghĩa là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho các cuộn kích từ máy phát KTF và
cuộn dây động cơ KT Đ. Biến trở RKF dùng để điều chỉnh dòng kích từ máy phát
F, do đó điện áp phát ra của máy phát F đặt vào phần ứng động cơ Đ. Biến tr ở
Trang:
Đồ án môn học 67
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




RK Đ dùng để điều chỉnh dòng kích từ động cơ, do đó thay đổi tốc độ động cơ
nhờ thay đổi từ thông.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ của động cơ Đ
E.F RuD − RuE
I .R
U
ω= ω=
−uu − .I u
kΦ d kΦ d kΦ d kΦ d
Với U =UF – R .I hay




Trang:
Đồ án môn học 68
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Từ phương trình đặc tính cơ của hệ F -
Đ ta có họ đặc tính cơ của hệ là những
đường thẳng song song nằm ở cả bốn
góc phần tư của mặt phẳng tọa độ với
đặc tính cứng

Trang:
Đồ án môn học 69
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Đánh giá chất lượng của hệ thống
- Ưu điểm:
+ Phạm vi điều chỉnh dễ dàng và lớn
+ Có khả năng điều chỉnh rất bằng phẳng
+ Tổn hao khi mở máy, đảo chiều quay và khi điều chỉnh tốc độ bé, vì quá trình
này được thực hiện trên mặt kích từ.
+ Có thể đảo chiều động cơ một cách dể dàng.
Trang:
Đồ án môn học 70
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




+ Có khả năng quá tải cao.
+ Đặc tính quá độ tốt, thời gian quá độ ngắn
+ Điện áp đầu ra của máy phát bằng phẳng có lợi cho động cơ
+ Có khả năng giữ cho đặc tính cơ của động cơ cao và không đổi trong quá trình
làm việc.
- Nhược điểm:
+ Hệ thống sử dụng nhiều máy điện quay cho nên gây ồn, kết cấu cơ khí cồng
kềnh chiếm nhiều diện tích
Trang:
Đồ án môn học 71
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




+ Tổng công suất đặt lớn.
+ Vốn đầu tư ban đầu lớn.
+ Máy điện một chiều thường có từ dư lớn, đặc tính từ hóa có trể nên khó điều
chỉnh sâu tốc độ.

2.Hệ thống van - động cơ ( T- Đ ):



Trang:
Đồ án môn học 72
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




XK R


E
Ed




Hình 2.2.10: Sơ đồ thay thế
Trang:
Đồ án môn học 73
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.2.9: Sơ đồ khối
Sơ đồ gồm:
+ FT : Máy phát tốc dùng để phản hồi âm tốc độ phần ứng của động cơ.
+ BBĐ : Bộ biến đổi dùng thyristor biến đổi điện áp xoay chiều thành một
chiều cấp cho động cơ.
+ Đ : Động cơ điện một chiều kích từ độc lập kéo máy sản xuất.
+ TH - KĐ : Khâu tổng hợp và khuếch đại tín hiệu.
+ Ucd : Tín hiệu đặt vào.
Trang:
Đồ án môn học 74
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




+ γ .n : Tín hiệu phản hồi âm tốc độ.
* Đặc tính cơ của hệ thống truyền động T - Đ:
- Chế độ dòng điện liên tục:
Dòng điện chỉnh lưu Id chính là dòng phần ứng.
Dựa vào sơ đồ thay thế (hình 2.2.9) viết được sơ đồ đặc tính.
E . cos α R + X K
n = do − I
K .φ dm K .φ dm


Trang:
Đồ án môn học 75
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




E do . cos α R + X K
n= − M
K .φ dm ( K .φ dm ) 2
( Kφ dm ) 2
Đặc tính cơ có độ cứng β =
R+ XK
Xk : Đặc trưng cho sụt áp do chuyển mạch giữa các van.
Thay đổi góc điều khiển:



Trang:
Đồ án môn học 76
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




+ Khi α = 0 ÷ π  sđđ chỉnh lưu biến thiên từ Edo đến - Edo và ta được một họ
đặc tính song song nhau nằm ở nửa bên phải mặt phẳng toạ độ [ω , M ] do các van
không cho dòng điện phần ứng đổi chiều.
Các đặc tính cơ của hệ T - Đ mềm hơn các đặc tính cơ của hệ F - Đ b ởi
thành phần sụt áp ∆U k do hiện tượng chuyển mạch giữa các van bán dẫn gây nên.




Trang:
Đồ án môn học 77
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 78
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.2.11: Họ đặc tính cơ của hệ T - Đ
π
+ Khi 0 ≤ α ≤ : Bộ biến đổi làm việc ở chế độ chỉnh lưu, động cơ có thể
2
làm việc ở chế độ động cơ nếu sđđ E > 0 và ở chế độ hãm ngược nếu sđđ E đổi
chiều.




Trang:
Đồ án môn học 79
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




π
≤ α ≤ α max : Bộ biến đổi làm việc ở chế độ nghịch lưu phụ thuộc,
+ Khi
2
biến cơ năng của tải thành điện năng xoay chiều cùng tần số l ưới và tr ả v ề l ưới
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:
E − Ed
I=
R+ XK
Phương trình đặc tính:
Trang:
Đồ án môn học 80
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




E do . cos β R + X K
ω= + .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 gián
đoạn. Trạng thái biên liên tục là trạng thái mà góc dẫn λ = 2π /p và góc chuyển
mạch µ = 0 .
Đường biên liên tục gần là đường elip.
Trang:
Đồ án môn học 81
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Để giảm độ lớn của trục nhỏ elip, tăng số pha của chỉnh lưu. Tuy nhiên khi
tăng số pha chỉnh lưu sơ đồ sẽ phức tạp.
* Đánh giá chất lượng của hệ thống:
- Ưu điểm:
+ Tốc độ nhanh, không gây tiếng ồn và dễ tự động hoá do các van bán dẫn
có hệ số khuếch đại công suất cao.
+ Công suất tổn hâo nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ

Trang:
Đồ án môn học 82
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




+ Giá thành rẻ, dễ bảo dưỡng sửa chữa.
- Nhược điểm:
+ Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao,
gây đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống.
+ Chuyển mạch làm việc khó khăn do đường đặc tính nằm trong mặt phẳng
toạ độ.
+ Trong thành phần của hệ biến đổi có MBA nên hệ số cos ϕ thấp.

Trang:
Đồ án môn học 83
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




+ Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế đ ộ làm việc
khó khăn với các hệ thống đảo chiều.
+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên không phù hợp truy ền
động có tải nhỏ.
III. Lựa chọn phương án truyền động
Qua quá trình phân tích hai hệ thống F - Đ và T - Đ ta thấy chúng có nh ững ưu,
nhược điểm nhất định. Cả hai hệ thống đều đáp ứng được yêu cầu công nghệ đặt
ra.
Trang:
Đồ án môn học 84
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Nhưng xét về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật thì mỗi hệ thống đạt được những
đặc điểm khác nhau. Cụ thể ta thấy hệ F - Đ dễ điều chỉnh tốc độ, chuyển đổi
trạng thái hoạt động linh hoạt vì đặc tính hệ thống nằm đều bốn góc phần tư.Với
hệ thống F - Đ khi lắp đặtt chiếm diện tích lớn, cồng kềnh nhưng hiệu suất lại
không cao. Khi làm việc lại gây tiếng ồn, rung động mạnh, vốn lắp đặt cao.
Trong giai đoạn CNH - HĐH ngày nay với xu hướng chung vươn tới mục
tiêu yêu cầu tối ưu nhất đảm bảo tính khoa học gọn nhẹ, không gây tiếng ồn, ít
ảnh hưởng đến môi trường xung quanh.
Trang:
Đồ án môn học 85
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Với hệ truyền động F - Đ mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng còn nhiều hạn
chế chưa đáp ứng được yêu cầu CNH - HĐH. Ngày nay với nền công nghiệp hiện
đại người ta dần tiến hành thay thế hệ thống truyền động F - Đ bằng các hệ
truyền động khác.
Với hệ truyền động T - Đ có hệ số khuếch đại lớn, dễ tự động hoá do tác
động nhanh chính xác, công suất tổn hao nhỏ, kích thước nhỏ và gọn nhẹ.



Trang:
Đồ án môn học 86
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Xu hướng phát triển công nghệ tự động hoá các hệ thống tự động, gia công
chính xác nên điều khiển hệ thống được thực hiện bằng cách lắp ghép hệ thống
với các bộ điều khiển tự động như: PLC, vi xử lý...
Nhìn chung hệ T - Đ đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Với những ưu điểm và
những đặc điểm phù hợp cách truyền động.
Vậy em quyết định chọn phương án truyền động T - Đ.
IV.Chọn sơ bộ mạch động lực
1. Các sơ đồ nối dây của bộ chỉnh lưu có điều khiển
Trang:
Đồ án môn học 87
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trong kỹ thuật điện hiện nay có nhiều trư ờng hợp phải sử dụng nguồn điện
áp một chiều có trị số thay đổi được để cung cấp cho các phụ tải khác nhau tuỳ
thuộc mục đích sử dụng. Các nguồn điện áp một chiều nh à máy phát điện một
chiều, các bộ biến đổi tĩnh (Khuyếch đại từ) có khá nhiều như ợc điểm, trong đó
có nhược điểm cơ bản là tổn thất riêng khá lớn. Cùng với sự phát triển của kỹ
thuật bán dẫn và vi mạch điện tử thì việc sử dụng các bộ chỉnh l ưu bán dẫn có
điều khiển ngày càng được phổ biến và có nhiều ưu việt.
a) Sơ đồ nối dây hình tia:
Trang:
Đồ án môn học 88
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 89
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý hệ thống
CL - Đ hình tia 3 pha và sơ đồ thay thế
Đặc điểm của sơ đồ nối dây hình tia:
Số van chỉnh lưu bằng số pha của nguồn cung cấp
Các van có một điện cực cùng tên nối chung, điện cực còn lại nối với nguồn
xoay chiều. Nếu điện cực nối chung là katôt, ta có sơ đồ katôt chung, nếu điện
cực nối chung là anôt, ta có sơ đồ nối anôt chung.
Trang:
Đồ án môn học 90
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hệ thống điện áp nguồn xoay chiều m pha phải có điểm trung tính. trung tính
nguồn là điện cực còn lại của điện áp chỉnh lưu
b) Sơ đồ hình cầu
Đặc điểm của sơ đồ chỉnh lưu cầu:
Số van chỉnh lưu bằng 2 lần số pha của điện áp nguồn cung cấp, trong đó có m
van có katôt nối chung (các van 1, 3, 5) tạo thành cực d ương của điện áp nguồn; m
van có anôt chung ( 2, 4, 6) tạo thành cực âm của điện áp chỉnh lưu

Trang:
Đồ án môn học 91
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Mỗi pha của điện áp nguồn nối với 2 van, 1 ở nhóm anôt chung, 1 ở nhóm katôt
chung.




Trang:
Đồ án môn học 92
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 93
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2-9: Sơ đồ nguyên lý hệ thống CL- Đ hình cầu 3 pha và sơ đồ thay thế
2. Nguyên lý làm việc của BBĐ xoay chiều - một chiều




Trang:
Đồ án môn học 94
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Sơ đồ
a) tia:




Trang:
Đồ án môn học 95
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Xét sơ đồ tia 3 pha katôt nối chung
Để một Thyristor mở cần có 2 điều kiện
Điện áp Anôt - Katôt phải dương
( UA > 0)
Có tín hiệu điều khiển đặt vào điện cực
điều khiển và Katôt của van
Do đặc điểm vừa nêu mà trong sơ đồ tia
Trang:
Đồ án môn học 96
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




3 pha các van chỉ mở trong một giới hạn nhất định.
Ví dụ: ở pha A, trong khoảng wt = 0 ¸ uA > 0. Tuy nhiên ở các khoảng w t = 0 ¸
p / 6 , uC > uA và wt = 5p/6¸ ub > uA
Như vậy van T1 nối vào pha A chỉ có thể mở trong khoảng wt = p/6 ¸ 5p/6.
Trong khoảng này nếu tín hiệu đến cực điều khiển của T1 thì T1 mở. Tương tự
với T2 và T3.
Thời điểm a0 = wt= p/6 được gọi là thời điểm mở tự nhiên của sơ đồ chỉnh lưu
3 pha. Nếu truyền tín hiệu mở van chậm hơn thời điểm mở tự nhiên một góc đ ộ
Trang:
Đồ án môn học 97
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




điện thì khoảng dẫn dòng của van sẽ thay đổi (nhỏ hơn 2p/3) dẫn đến trị số trung
bình của điện áp chỉnh lưu sẽ giảm đi. Khi góc mở a càng lớn thì Ud càng nhỏ
b) Sơ đồ cầu: Từ kết cấu của sơ đồ chỉnh lưu cầu ta có nhận xét: Để có dòng
qua phụ tải thì trong sơ đồ phải có ít nhất 2 van cùng thông, một ở nhóm anôt
chung, một ở nhóm katôt chung. Vậy với giả thiết là sơ đồ làm việc ở chế độ
dòng liên tục và bỏ qua quá trình chuyển mạch thì khi bộ chỉnh lư u cầu m pha làm
việc, ở một thời điểm bất kỳ trong sơ đồ luôn có 2 van có thể dẫn dòng khi có
xung điều khiển: Van ở nhóm katôt chung nối với pha có điện áp dương nhất và
Trang:
Đồ án môn học 98
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




van ở nhóm anôt chung nối với pha có điện áp âm nhất. Thời điểm mở tự nhiên
của sơ đồ cầu cũng được xác định như đối với sơ đồ tia có số pha tương ứng:




Trang:
Đồ án môn học 99
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 100
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Để điều khiển điện áp chỉnh lưu trên phụ tải một chiều ta thay đổi thời điểm đưa
xung điều khiển đến các cực điều khiển của các van, làm thay đổi khoảng dẫn
dòng của van làm điện áp trung bình của chỉnh lưu thay đổi.
Đặc điểm của các sơ đồ hình tia là ngoài các thời gian chuyển mạch các van
ứng với γ (là khoảng thời gian khi một van nào đó đang ngừng làm việc và van
tiếp sau đang bắt đầu làm việc )dòng điện phụ tải i d bằng dòng điện trong van
đang mở. Do đó dòng điện trong mạch phụ tải được xác định bởi sức điện động

Trang:
Đồ án môn học 101
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




pha làm việc của máy biến áp, còn độ sụt áp trong bộ biến đổi thì được xác định
bởi độ sụt áp trên pha đó.
Ở sơ đồ cầu, bên ngoài chu kỳ chuyển mạch vẫn có hai van làm việc đồng
thời. Dòng điện phụ tải chảy liên tiếp qua hai van và hai pha của máy biến áp
dưới tác dụng của hiệu số sức điện động của các van tương ứng, nghĩa là dưới
tác dụng của sức điện động dây. Sau một chu kỳ biến thiên của điện áp xoay
chiều cả sáu van của bộ biến đổi đều tham gia làm việc.

Trang:
Đồ án môn học 102
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trị số trung bình của sức điện động chỉnh lưu Ed ở trạng thái dòng điện liên
tục được xác định như sau:
Ed = Eđmcos α
Trong đó Eđm là trị số cực đại của sức điện động chỉnh lưu ứng với trường hợp
α =0
Với sơ đồ 3 pha hình tia trị số cực đại của sức điện động chỉnh l ưu là:
Eđm1 =1,17E2f. Với sơ đồ cầu là Eđm2 =2,34E2f
Trong đó E2f là trị số hiệu dụng của s.đ.đ pha thứ cấp máy biến áp
Trang:
Đồ án môn học 103
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Kết luận: Để phù hợp với yêu cầu của đề tài thì ta chọn bộ chỉnh lưu cầu 3 pha.
3. Dòng điện chỉnh lưu trên phụ tải một chiều
Do điện áp chỉnh lưu lặp đi lặp lại 2m (hoặc m) lần trong một chu kỳ của điện áp
nguồn nên ở chế độ xác lập thì dòng qua tải cũng lặp đi lặp lại như vậy (tuỳ
thuộc sơ đồ chỉnh lưu là tia hay cầu, số pha chẵn hay lẻ). Như vậy chỉ cần biết
dòng và áp trên tải trong khoảng thời gian là 1/m chu kỳ hay là tương đương góc
độ điện 2p / q ( q=2m hoặc q = m). Để xác định dòng và áp trên tải ta dựa vào sơ
đồ thay thế của chỉnh lưu trong một khoảng thời gian làm việc của một van.
Trang:
Đồ án môn học 104
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2- 10: Sơ đồ thay thế của chỉnh lưu trong
khoảng thời gian làm việc của van
Trang:
Đồ án môn học 105
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




U: tổng đại số điện áp nguồn xoay chiều tác động trong mạch vòng nối với các
van đang dẫn dòng trong sơ đồ ở thời gian đang xét.
Nếu là sơ đồ tia thì chỉ có 1 van mở, u = uf.
Nếu là sơ đồ cầu thì có 2 van ở 2 pha khác nhau cùng làm việc, u = ud.
Nếu chọn mốc thời gian xét t = 0 là thời điểm bắt đầu mở một van trong sơ đ ồ
thì u = Um.sin(wt + y)
+ Um - Biên độ điện áp nguồn (pha hoặc dây)
+ y - góc pha đầu, được xác định: y = p / 2 - p / q + a
Trang:
Đồ án môn học 106
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




T đặc trưng cho van đang dẫn dòng, ở sơ đồ tia là 1 van, sơ đồ cầu là 2 van nối
tiếp nhau, bỏ qua sụt áp trên van
Ed, Rd, Ld là các phần tử của phụ tải
Ud, Id - dòng và áp trên tải.
Phương trình cân bằng điện áp từ sơ đồ thay thế:
did
= U m sin(ωt + ψ ) − E d
Rd .id + Ld . (2-5)
dt
Trang:
Đồ án môn học 107
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Giải phương trình này ta nhận được biểu thức của dòng điện chỉnh lưu:
sin(ψ − arctgωτ ) sin(ϖt + ψ − arctgωτ )
e −t / τ ] − I m [1 −
id = i0 + I m [1 − ]
1 + (ωτ ) 1 + (ωτ )
2 2
(2-6)
Tuỳ thuộc đặc tính phụ tải, dạng sơ đồ, giá trị góc điều khiển mà có thể có các
chế độ làm việc khác nhau:
Nếu trong toàn bộ thời gian làm việc id >0 ta có chế độ dòng tải liên tục


Trang:
Đồ án môn học 108
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Nếu trong một chu kỳ làm việc mà dòng tải có q khoảng bằng không và q
khoảng khác không ( q = m nếu là sơ đồ tia, q = 2m nếu là sơ đồ cầu ) ta có chế
độ dòng tải gián đoạn.
Chế độ giới hạn giữa 2 chế độ nêu trên được gọi là chế độ dòng biên liên tục
4. Đảo chiều trong hệ thống T - Đ
Trong nhiều trường hợp cần phải thay đổi được chiều dòng điện qua phụ tải của
bộ chỉnh lưu. Do tính dẫn dòng một chiều của các van nên phải đảo chiều bằng

Trang:
Đồ án môn học 109
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




công tăc tơ hoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt gồm 2 bộ chỉnh l ưu, mỗi bộ dẫn
dòng theo một chiều.
Có 2 bộ chỉnh lưu điều khiển là sơ đồ đấu chéo và sơ đồ song song ngược. Về
mặt nguyên lý thì sơ đồ đấu chéo hoặc sơ đồ song song ngư ợc hoạt động tương
tự như nhau. Khi BBĐ này làm việc thì BBĐ kia nghỉ, khi đổi chế độ của BBĐ thì
dòng điện qua tải được đổi chiều. Thực tế người ta hay sử dụng sơ đồ đấu song
song ngược với các phương pháp điều khiển khác nhau.

Trang:
Đồ án môn học 110
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Để điều khiển 2 BBĐ song song ngược có thể sử dụng:
Điều khiển riêng rẽ (điều khiển độc lập): Là sử dụng 2 bộ phát xung độc lập
nhau. Khi bộ phát xung này làm việc (phát xung mở cho BBĐ) thì bộ kia nghỉ, do
đó các van trong BBĐ còn lại không thể mở đ ược. Khi cần đảo chiều thì cho bộ
này nghỉ, sau đó cho bộ thứ 2 phát xung để mở các van của BBĐ thứ 2. Phương
pháp điều khiển này có nhược điểm là tần số đảo chiều không cao vì các van
Thyristor cần có thời gian để khôi phục đặc tính khoá của nó.

Trang:
Đồ án môn học 111
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Điều khiển phụ thuộc: Cả 2 bộ phát xung cùng phát xung đến các BBĐ, trong đó
một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, bộ còn lại làm việc ở chế độ nghịch l ưu
chờ. Khi sử dụng phương pháp này, sẽ có dòng điện không cân bằng chạy trong
các BBĐ. Để hạn chế dòng này người ta sử dụng các cuộn kháng cân bằng




Trang:
Đồ án môn học 112
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Sơ đồ nối song song ngược
Hình 2- 10:
Trang:
Đồ án môn học 113
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




của hệ thống CL - Đ có đảo chiều quay

Do yêu cầu công nghệ,hệ truyền động tịnh tiến với tải trọng thấp, với tần
số đảo chiều không cao nên em lựa chọn phương pháp điều khiển riêng.
Như hình 2.11, hệ có 2 bộ biến đổi BBĐ A và BBĐ B ( A là BBĐ dương –
BBĐP, B là BBĐ âm – BBĐN). Các máy phát xung A và B phát xung cấp cho các



Trang:
Đồ án môn học 114
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




BBĐ A và BBĐ B . Xung phát ra được cấp hay không được cấp cho các BBĐ nhờ
khối LOG.




Trang:
Đồ án môn học 115
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




BBÐP BBÐN
A B




Trang:
Đồ án môn học 116
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2- 11: Hệ truyền động T- Đ điều khiển riêng
Gỉa sử, BBĐ A đang làm việc ở chế độ nghịch lưu với góc điều khiển
Π
αA < còn BBĐ B khóa. Động cơ Đ được cấp điện quay thuận. Khi có lệnh đảo
2
Π
chiều bởi U C , góc mở α A tăng lớn hơn , dòng điện phần ứng giảm dần về 0.
2
Khi cảm biến dòng điện 0 phát tín hiệu, khối LOG sẽ cắt xung điều khiển đ ưa

Trang:
Đồ án môn học 117
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




vào BBĐ A và BBĐ A khóa lại. Sau đó, cũng khối LOG cho tín hiệu cấp xung để
Π
xung điều khiển từ máy phát xung tới BBĐ B . Góc mở α B < với giá trị được
2
quyết định bởi U C . Điện áp phần ứng động cơ đổi dấu và động cơ quay ngược.
Sơ đồ mạch động lực
Trong s¬ ®å gåm cã:
- M¸y biÕn ¸p BA :Lµm nhiÖm vô cung cÊp nguån cho m¹ch

Trang:
Đồ án môn học 118
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




- CK lµ cuén kh¸ng dïng ®Ó läc nguån 1 chiÒu gäi lµ cuén kh¸ng san
b»ng.
- BD lµ c¸c m¸y biÕn dßng ®îc s÷ dông ®Ó lÊy tÝn hiÖu ©m dßng
®iÖn, ®a trë l¹i khèng chÕ ®Çu vµo m¹ch ®iÒu khiÓn.
- C¸c bé R-C ®îc m¾c song song víi c¸c Tiristor trong c¸c qu¸ tr×nh
chuyÓn m¹ch vµ biÕn thiªn du/dt ; di/dt
- § lµ ®éng c¬ ®Þªn 1 chiÒu kÝch tõ ®éc lËp, dïng ®Ó truyÒn ®éng
cho hÖ thèng.
Trang:
Đồ án môn học 119
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 120
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 121
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.2.19: Sơ đồ mạch động lực




Trang:
Đồ án môn học 122
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




CHƯƠNG 3 : TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHỦ YẾU CỦA MẠCH
ĐỘNG LỰC
I. Các thông số động cơ:
1. C ác thông số động cơ:
Công suất định mức : Pđm = 12 (kW)
Tốc độ định mức : nđm = 790 (vg/p)

Trang:
Đồ án môn học 123
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Điện áp định mức : Uđm = 220 (V)
Pdm 12.1000
= = 54,54( A)
Dòng điện định mức : Iưđm =
U dm 220
2. Các thông số còn lại:
U2a, U2b, U2c : Sức điện động thứ cấp MBA nguồn.
: Sức điện động của động cơ.
E
: Điện trở và điện kháng trong mạch.
R, L
R = 2.Rba + Rư + Rk + Rđt
Trang:
Đồ án môn học 124
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




L = 2.Lba + Lư + Lk
Rba, Lba : Điện trở, điện kháng của MBA quy về thứ cấp
2
W 
Rba = R2 + R1.  2 
 W1 
2
W 
Lba = L2 + L1.  2 
 W1 
: Điện trở, điện kháng cuộn lọc.
Rk, Lk

Trang:
Đồ án môn học 125
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




: Điện trở, điện cảm mạch phần ứng động cơ.
Rư, Lư
U dm 220
Rư = 0,5(1 - η ). = 0,4 Ω
= 0,5.(1 - 0,8).
I udm 54,54

U dm .60 220.60
Lư = γ . = 0,25. = 4(mH )
2π . p.n dm I dm 2.3,14.3.790.54,54
Trong đó: γ = 0,25 hệ số lấy cho động cơ có cuộn bù


Trang:
Đồ án môn học 126
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




II. Tính chọn thiết bị mạch động lực:
1. Tính chọn Thyristor:
Thyristor được chọn dựa vào các yếu tố cơ bản: dòng tải, điều kiện toả
nhiệt, điện áp làm việc. Các thông số của van được tính như sau:
a. Điện áp ngược lớn nhất mà Thyristor phải chịu:
Unv = kdtU.Ulv
Trong đó:
KdtU : hệ số dự trữ điện áp
Trang:
Đồ án môn học 127
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Theo (8-1),(8-2) (T.25 - Thiết kế thiết bị điện tử công suất _ Trần Văn
Thịnh) ta có: kdtU = 1,8
Ud π
= 220 = 230,27(V )
Ulv = knv.U2 = k nv
ku 3
Với: : điện áp tải, nguồn xoay chiều, ngược của van.
Ud, Ulv, U2
: hệ số điện áp ngược
knv = 6



Trang:
Đồ án môn học 128
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




36
: hệ số điện áp tải
ku =
π
Điện áp ngược của van cần chọn:
Unv = kdt1.Ulv = 1,8 . 230,27 = 414,486 (V)
b. Dòng điện làm việc của van:
Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy
qua van theo sơ đồ đã chọn (Ilv = Ihd). Dòng điện hiệu dụng được tính:

Trang:
Đồ án môn học 129
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Id 54,54
I lv = I hd = k hd I d = = = 31,49( A)
3 3
Trong đó:
: dòng điện hiệu dụng của van
Ihd
: dòng điện tải
Id
: hệ số xác dòng điện hiệu dụng
khd
1
( do sơ đồ cầu nên k hd = )
3
Trang:
Đồ án môn học 130
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt và đầy đủ diện tích
toả nhiệt, không có quạt đối lưu không khí. Với điều kiện đó dòng đ ịnh mức của
van cần chọn là:
Iđmv = ki.Ilv = 3,2.31,49 = 100,768 (A)
(ki = 3,2 là hệ số dự trữ dòng điện)
Từ các thông số Unv, Iđmv ta chọn Thyristor loại C397E (T.217- sách
TKTBĐTCS) có các thông số sau:
Điện áp ngược cực đại của van : Un = 500 (V)
Trang:
Đồ án môn học 131
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Dòng điện định mức của van : Iđmv = 450 (A)
Đỉnh xung dòng điện : Ipik = 7500 (A)
Dòng điện của xung điều khiển : Iđk = 300 (mA)
Điện áp của xung điều khiển : Uđk = 3 (V)
Dòng điện rò : Ir = 45 (mA)
Sụt áp lớn nhất của Thyristor ở trạng thái dẫn là: ∆U = 3(V )
dU
= 200(V / s)
Tốc độ biến thiên điện áp :
dt
Trang:
Đồ án môn học 132
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




dI
= 100( A / µs )
Tốc độ biến thiên dòng điện :
dt
t cm = 60 µS
Thời gian chuyển mạch :
Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép: Tmax = 1250C
2. Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu:
Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây ∆ / Y làm mát bằng không khí tự
nhiên.
a. Tính các thông số cơ bản:
Trang:
Đồ án môn học 133
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Tính chọn công suất biểu kiến của Máy biến áp:
P 12000
= 1,05. = 16800(VA)
S = ks.Pd = k s
η 0,75
* Điện áp pha sơ cấp của máy biến áp:j
U1 = 380 (V)
* Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
Ud0.cos α min = U d + 2∆U v + ∆U dn + ∆U ba
Trang:
Đồ án môn học 134
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trong đó:
α min = 10o là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lưới.
∆U v = 1,6 là sụt áp trên Thyristor.
∆U dn ≈ 0 là sụt áp trên dây nối.
∆U ba = ∆U r + ∆U x là sụt áp trên điện trở và điện kháng MBA
Chọn sơ bộ:
∆U ba = 6%.U d = 6%.220 = 13,2(V )

Trang:
Đồ án môn học 135
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải ta có:
U d + 2∆U v + ∆U dn + 2∆U ba
Ud0 =
cos α min
220 + 2.1,6 + 0 + 2.13,2
= 253,45(V )
=
cos10 0
Điện áp pha thứ cấp MBA:
Trang:
Đồ án môn học 136
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




U d 0 253,45.π
U2 = = = 108,3(V )
ku 3. 6
36
Với ( theo bảng 8.1 Sách TKĐTCS)
ku =
π
* Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của MBA:
2 2
I2 = k2 Id = .I d = .54,54 = 44,53( A)
3 3


Trang:
Đồ án môn học 137
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




2
Với k2 = ( theo bảng 8.2 - TKTBĐTCS)
3
* Dòng điện hiệu dụng sơ cấp MBA:
U2 108,3
I 1 = k ba .I 2 = .I 2 = .44,53 = 12,7( A)
U1 380
b. Tính sơ bộ mạch từ: ( Xác định kích thước bản cực mạch từ )
* Tiết điện sơ bộ trụ: QFe

Trang:
Đồ án môn học 138
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




S ba 16800
Q Fe = k Q . = 6. = 63,5(cm 2 )
m. f 3.50
Trong đó:
: công suất MBA
Sba
: hệ số phụ thuộc phương thức làm mát
kQ
kQ = 4 ÷ 5 nếu là MBA dầu.
kQ = 5 ÷ 6 nếu là MBA khô.

Trang:
Đồ án môn học 139
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




: số trụ của MBA (m = 3 vì ta chọn MBA 3 trụ)
m
: tần số nguồn điện xoay chiều (f = 50 Hz)
f
* Đường kính trụ:
4.Q Fe 4.63,5
= = 8,994(cm)
d = 2.R =
π 3, ,14
Chọn đường kính trụ theo tiêu chuẩn d = 11 (cm) (bảng 8.5 - T.92)
* Chọn loại thép ∃330 các lá thép có độ dày 0,5 mm
* Chọn mật độ tự cảm trong trụ Bt = 1 (T)
Trang:
Đồ án môn học 140
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




h
= 2, ,3 ⇒ h = 2,3.d = 2,3.11 = 25,3(cm)
* Chọn tỷ số m =
d
Với m = 2 ÷ 2,5
⇒ Chọn trụ cao h = 25 cm
c. Tính toán dây quấn:
* Số vòng dây mỗi pha sơ cấp MBA:
U1 380
W1 = = = 269,5 (vòng)
4,44.f.Q Fe .Bt 4,44.50.63,5.10 − 4 .1
Trang:
Đồ án môn học 141
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Lấy W1 = 270 (vòng)
* Số vòng dây mỗi pha thứ cấp MBA:
U2 108,3
W2 = .W1 = .270 = 76,95 (vòng)
U1 380
Lấy W2 = 97 (vòng)
* Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong MBA:



Trang:
Đồ án môn học 142
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp khô. Do mật độ dòng điện thường chọn
trong khoảng J = 2 ÷ 2,75 ⇒ Chọn J1 = J2 = 2,75 (A/mm2).
* Tiết diện dẫn sơ cấp MBA:
I 1 12,7
S1 = = = 4,62(mm 2 )
J 1 2,75
Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cấp cách điện B ( Tra bảng Phụ lục
VI - T.620 - TKMĐ - Trần Khánh Hà)

Trang:
Đồ án môn học 143
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S1 = 3,124(mm2)
Kích thước dây dẫn kể cả cách điện:
S1cđ = a1.b1 = 1,06 x 3,15 (mm x mm)
* Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn sơ cấp:
I 1 30,67
J1 = = = 2,75 (A/mm2)
S1 11,15
* Tiết diện dây dẫn thứ cấp của MBA:

Trang:
Đồ án môn học 144
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




I 2 44,53
S2 = = = 16,2( mm 2 )
J2 2,75

Chọn dây dẫn tiết diện hình chữ nhật, cấp cách điện B ( Tra bảng Phụ lục
VI - T.620 - TKMĐ - Trần Khánh Hà).
Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn: S2 = 11,15(mm2)
Kích thước dây dẫn kể cả cách điện:
S2cđ = a2.b2 = 1,61 x 7,52 (mm x mm)

Trang:
Đồ án môn học 145
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp:
I 2 29,72
J2 = = = 2,66 (A/mm2)
S 2 11,15
d. Kết cấu dây dẫn sơ cấp:
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục.
* Tính sơ bộ vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp:
h − 2h g 25 − 2.1,5
W1l = kc = .0,95 = 29,69 (vòng)
b1 0,752
Trang:
Đồ án môn học 146
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trong đó:
: hệ số ép chặt.
kc
Tra bảng 2.2 (T23.TKMĐ) chọn kc = 0,95
: chiều cao trụ.
h
hg : khoảng từ gông đến cuộn dây sơ cấp.
Chọn hg = 1,5cm
b1 : bề rộng của dây dẫn kể cả cách điện.
* Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp:
Trang:
Đồ án môn học 147
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




W1 270
n1l = = = 9,09
W1l 29,69
Chọn số lớp n1l = 10 (lớp). Như vậy có 270 vòng chia thành 10lớp, chọn mỗi
lớp 27vòng.
* Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp:
W1l .b1 29,69.0,752
h1 = = = 23,5 (cm)
kc 0,95
* Chọn ống quấn dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dày:
Trang:
Đồ án môn học 148
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




S01 = 0,1(cm)
* Khoảng cách từ trụ tới cuộn dây sơ cấp:
a01 = 1 (cm)
* Đường kính trong của ống cách điện:
Dt = dFe + 2.a01 - 2.S01 = 11 + 2.1 - 2.0,1 = 12,8 (cm)
* Đường kính trong của cuộn sơ cấp:
Dt1 = Dt + 2.S01 = 12,8 + 2.0,1 = 13 (cm)
* Chọn bề dày giữa hai lớp dây ở cuộn sơ cấp:
Trang:
Đồ án môn học 149
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




cd11 = 0,1 (cm)
* Bề dày cuộn sơ cấp :
Bd1 = (a1 + cd11).n1l = (0,106+ 0,1).6 = 1,236 (cm)
* Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:
Dn1 = Dt1 + 2.Bd1 = 13 + 2.1,236 = 15,472 (cm)
* Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp:
Dt1 + Dn1 13 + 15,472
Dtb1 = = = 14,236 (cm)
2 2
Trang:
Đồ án môn học 150
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Chiều dài dây quấn sơ cấp:
L1 = W1. π .Dtb1 = 270.3,14.14,236 = 12069 (cm) = 120,69 (m)
* Chọn bề dày cách điện giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp:
a12 = 1 (cm)
e. Kết cấu dây quấn thứ cấp
* Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:
h2 = h1 = 23,5 (cm)
* Tính sơ bộ vòng dây trên một lớp:
Trang:
Đồ án môn học 151
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




h2 23,5
W2l = kc = .0,95 = 24,75 (vòng)
b2 0,902
* Tính sơ bộ số lớp dây quấn thứ cấp:
W2 77
n 2l = = = 3,11
W2l 24,75
Chọn số lớp n21 = 4 (lớp). Như vậy có 77 vòng chia lớp thành 4, chọn mỗi lớp
19 vòng.
* Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp:
Trang:
Đồ án môn học 152
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




W2l .b2 24,75.0,902
h2 = = = 23,5 (cm)
kc 0,95
* Đường kính trong của cuộn thứ cấp:
Dt2 = Dn1 + 2.a12 = 15,472 + 2.1 = 17,472 (cm)
* Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây ở cuộn thứ cấp:
cd22 = 0,1 (mm)
* Bề dày cuộn thứ cấp :

Trang:
Đồ án môn học 153
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Bd2 = (a2 +cd22).n2l = (0,161 + 0,01).3 = 0,513 (cm)
* Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp :
Dn2 = Dt2 + 2.Bd2 = 17,472 + 2.0,513 = 18,498 (cm)
* Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:
Dt 2 + Dn 2 17,472 + 18,498
Dtb 2 = = = 17,985 (cm)
2 2
* Chiều dài dây quấn thứ cấp:
L2 = W2. π .Dtb2 = 77.3,14.17,985 = 4348 (cm) = 43,48 (m)
Trang:
Đồ án môn học 154
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Đường kính trung bình các cuộn dây:
Dt1 + Dn 2 13 + 17,498
D12 = = = 15,249 (cm)
2 2
D12 15,249
⇒ r12 = = = 7,6245 (cm)
2 2
* Chọn khoảng cách giữa hai cuộn dây thứ cấp liền nhau:
a22 = 2 (cm)
f. Tính kích thước mạch từ:
Trang:
Đồ án môn học 155
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Với đường kính trụ d = 11 cm, ta chọn số bậc là 6 trong nửa tiết diện trụ, với
kích thước các bậc trong trụ theo Phụ lục XVII.1_Trang 664 - TKMĐ
a01
hg




W1
W
Trang:
Đồ án môn học 156
2




a12

Bd1
Bd2

Hình 2.3.1:Các bậc thang ghép thành trụ
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 157
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Tính toàn bộ tiết diện bậc thang của trụ:
Qbt = 2.(1,6.10,5+1,1.9,5+0,7.8,5+0,6.7,5+0,4.6,5+0,7.4) = 86,2 (cm2)
* Tiết diện hiệu quả của trụ:
QT = khq.Qbt = 0,95.86,2 = 81,89 (cm2)
* Tổng chiều dày các bậc thang của trụ:
dt = 2.( 1,6 + 1,1 + 0,7 + 0,6 + 0,4 +0,7 ) = 10,2 (cm)
* Số lá thép dùng trong các bậc:
Trang:
Đồ án môn học 158
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




16
: n1 = .2 = 64
Bậc 1 lá
0,5
11
: n2 = .2 = 44
Bậc 2 lá
0,5
7
: n2 = .2 = 28
Bậc 3 lá
0,5
6
: n2 = .2 = 24
Bậc 4 lá
0,5

Trang:
Đồ án môn học 159
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




4
: n2 = .2 = 16
Bậc 5 lá
0,5
7
: n2 = .2 = 28
Bậc 6 lá
0,5
g. Để đơn giản trong việc chế tạo gông từ:
Ta chọn gông từ có tiết diện hình chữ nhật có các kích thước sau:
* Chiều dày của gông bằng chiều dày của trụ:
b = dt = 10,2 (cm)
Trang:
Đồ án môn học 160
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Chiều cao của gông bằng chiều rộng tấm lá thép thứ nhất của trụ:
a = 10,5 (cm)
* Tiết diện gông: Qbg = a x b = 107,1 (cm2)
* Tiết diện hiệu quả của gông:
Qg = khq.Qbg = 0,95.107,1 = 101,7 (cm2)
* Số lá thép dùng trong một gông:
b 102
ng = = = 204 lá
0,5 0,5
Trang:
Đồ án môn học 161
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Tính chính xác mật độ từ cảm trong trụ:
U1 380
BT = = = 0,61(T )
4,44. f .W1 .QT 4,44.50.341.81,89.10 −4
* Mật độ từ cảm trong gông:
QT 81,89
B g = BT = 0,61. = 0,49(T )
Qg 101,7
* Chiều rộng của sổ:
c = 2.(a01 + Bd1 + a12 + Bd2) + a22
Trang:
Đồ án môn học 162
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




= 2.(1 + 1,236 + 1 + 0,513) + 2 = 9,498 (cm)
* Tính khoảng cách giữa hai tấm trụ:
c’ = c + d = 9,498 + 11 = 20,498 (cm)
* Chiều rộng mạch từ:
L = 2.c + 3.d = 2.9,498 + 3.11 = 51,996 (cm)
* Chiều cao mạch từ:
H = h + 2.a = 25 + 2.10,5 = 46 (cm)
h. Tính khối lượng của sắt và đồng:
Trang:
Đồ án môn học 163
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Thể tích của trụ:
VT = 3.QT.h = 3.81,89.25 = 6141,75 (cm3) ≈ 6,142 (m3)
* Thể tích của gông:
Vg = 2.Qg.L = 2.101,7.51,996 = 10575,98 (cm3)
* Khối lượng của trụ:
MT = VT.mFe = 6,142.7,85 = 48,21 (kg)
Trong đó: mFe =7,85 (kg/dm3) _ trọng lượng riêng của sắt
* Khối lượng của gông:
Trang:
Đồ án môn học 164
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Mg = Vg.mFe = 10,57598.7,85 = 83,02 (kg)
* Khối lượng của sắt:
MFe = MT + Mg = 48,21 + 83,02 = 131,23 (kg)
* Thể tích của đồng :
VCu = 3.( S1.L1 + S2.L2 )
= 3.(3,124.10-4.152,43.10+11,15.10-4.54,78.10)=3,26 (dm3)
* Khối lượng của đồng:
MCu = VCu.mCu = 3,26.8,9 = 29,01 (kg)
Trang:
Đồ án môn học 165
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trong đó: mCu = 8,9 (kg/dm3) _ trọng lượng riêng của đồng.
i. Tính các thông số của máy biến áp :
* Điện trở của cuộn sơ cấp MBA ở 750C:
L1 1 120,69
R1 = ρ 75 . =. = 0,835(Ω)
S1 46 3,124
Trong đó:
ρ 75 : điện trở suất của đồng ở 750C


Trang:
Đồ án môn học 166
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




1
ρ 75 = (Ω.mm 2 / m) (Bảng 5.1 - T.117 - TKMĐ - Trần Khánh Hà).
46
* Điện trở cuộn thứ cấp của MBA ở 750C:
L2 1 43,48
R 2 = ρ 75 . =. = 0,085(Ω)
S 2 46 11,15
* Điện trở của MBA quy đổi về thứ cấp:
2 2
W 
 = 0,085 + 0,835.
77 
= R 2 + R1  2  = 0,153(Ω)

R BA W   270 
1 
Trang:
Đồ án môn học 167
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Sụt áp trên điện trở MBA:
∆U r = RBA.Id = 0,153.54,54 = 8,345 (V)
* Điện kháng MBA quy đổi về thứ cấp:(CT 8-31- T.35- TKTBĐTCS)
r 
. a12 + Bd 1 + Bd 2 ω.10 −7
X BA = 8.π 2 .( W2 ) 2  
h  3 
 qd 
1,236 + 0,513 − 2 
8,736 
= 8π .77 . .10 .314.10 −7
 0,01 +
2 2

23,5  
3

Trang:
Đồ án môn học 168
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




= 0,068 ( Ω )
Trong đó:
: số vòng dây thứ cấp MBA
W2
: bán kính trong cuộn dây thứ cấp (cm)
r
Dt 2 17,472
= = 8,736 cm
r=
2 2
: chiều cao cửa sổ lõi thép
hqd
hqd = h1 = h2 = 23,5 cm
Trang:
Đồ án môn học 169
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH



ω = 314 rad
Bd1, Bd2 : Bề dày cuộn dây sơ cấp và thứ cấp
Bd1 = 1,236 cm
Bd2 = 0,513 cm
* Điện cảm của MBA quy đổi về thứ cấp:
X BA 0,068
= 2,18.10 − 4 (H) = 0,218 (mH)
L BA = =
ω 314


Trang:
Đồ án môn học 170
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Sụt áp trên điện kháng MBA:
3 3
X BA I d = .0,068.54,54 = 3,54(V )
∆U x =
π π
3 3
X BA = 0,068 = 0,065(Ω)
Trong đó: Rdt =
π π
* Sụt áp trên MBA:
∆U BA = ∆U r2 + ∆U x = 8,345 2 + 3,54 2 = 9,06(V )
2




Trang:
Đồ án môn học 171
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Điện áp trên động cơ khi có góc mở α min = 10 0
U = Ud0cos α min - 2 ∆ Uv - ∆ UBA
= 253,45.cos100 - 2.1,6 – 9,06 = 237,34 (V)
* Tổng trở ngắn mạch quy đổi về thứ cấp:
R BA + X BA = 0,153 2 + 0,068 2 = 0,167(Ω)
ZBA = 2 2



* Tổn hao ngắn mạch trong MBA :
∆ Pn = 3.RBA.I22 = 3.0,153.44,532 = 910,16 (W)

Trang:
Đồ án môn học 172
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




∆Pn 910,16
.100% = .100% = 5,42%
∆ P% =
S 16800
* Tổn hao có tải kể đến 15% tổn hao phụ:
P0 = 1,3.nf.( MTBT2 + MgBg2 )
= 1,3.1.( 48,21.0,612+ 83,02. 0,492 ) = 113,62 (W)
P0 113,62
.100% = .100% = 0,676%
∆ P% =
S 16800
* Điện áp ngắn mạch tác dụng:
Trang:
Đồ án môn học 173
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




R BA .I 2 0,153.44,53
.100% = .100% = 6,3%
Unr% =
U2 108,3
* Điện áp ngắn mạch phản kháng:
X BA .I 2 0,068.44,53
.100% = .100% = 2,8%
Unx% =
U2 108,3
* Điện áp ngắn mạch phần trăm:
Un% = U nr + U nx = 6,3 2 + 2,8 2 = 6,9 (V)
2 2




Trang:
Đồ án môn học 174
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Dòng điện ngắn mạch xác lập:
U 2 108,3
= = 648,5( A)
I2nm =
Z BA 0,167
* Dòng điện ngắn mạch tức thời cực đại:
 πU nr
  
3,14.5, 2 − 2
.10
1 + e U nx  = 2 .648,5.1 + e 5,38 
2 .I 2 nm
Imax =  
 
 
 
= 2154,07 (A) < Ikik = 7500 (A)

Trang:
Đồ án môn học 175
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Ipik : Đỉnh xung max của Thyristor
* Kiểm tra MBA thiết kế có đủ điện kháng để hạn chế tốc độ biến thiên của
dòng chuyển dịch:
Giả sử chuyển mạch từ mạch T1 sang T3 ta có phương trình:
dic
6 .U2.sin (θ − α )
2.LBA. = U23 - U2a =
dt
di c 6 .U 2 6 .108,3
max = = = 608439,77( A / s )
2.2,18.10 − 4
dt 2.L BA
Trang:
Đồ án môn học 176
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




dic di
max = 0,6( A / µs ) < c cp = 100 (A/ µ s)
dt dt
Vậy MBA sử dụng tốt.
* Hiệu suất thiết bị chỉnh lưu:
Ud Id 220.54,54
η= .100% = .100% = 71,42%
S 16800
g. Thiết kế cuộn kháng lọc:
* Xác định góc mở cực tiểu và cực đại:
Trang:
Đồ án môn học 177
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Chọn góc mở cực tiểu α min = 100. Với góc mở α min là dự trữ ta có thể bù được
sự giảm điện áp lưới.
Khi góc mở nhỏ nhất α = α min thì điện áp trên tải là lớn nhất.
Udmax = Ud0.cos α min = Udđm và tương ứng tốc độ động cơ sẽ lớn nhất nmax = nđm.
Khi góc mở lớn nhất α = α max thì điện áp trên tải là nhỏ nhất.
Udmin = Ud0.cos α max và tương ứng tốc độ động cơ sẽ nhỏ nhất nmin.


Trang:
Đồ án môn học 178
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




U d min U d min
α max = arcos
Ta có: = arcos
U d0 2,34.U 2
Udmin được xác dịnh :
Trong đó:
n max U ddm − I udm. Ru ∑
=
D=
nmin U d min − I udm Ru


[ ]
1
⇒ Udmin = U ddm + ( D − 1) I udm Ru

D

Trang:
Đồ án môn học 179
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




1
[ 2,34.U 2 cos α min + ( D − 1) I udm ( Ru + RBA + Rdt )]
=
D

[ ]
1
2,34.108,3. cos 10 0 + (20 − 1).54,54.(0,0356 + 0,153 + 0,065)
=
20
= 25,62 (V)
U d min 20,09
= 84,2 0
⇒ α max = arcos = arcos
U d0 2,34.108,3
* Lựa chọn các thành phần sóng hài:
Trang:
Đồ án môn học 180
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Để thuận tiện cho việc khai triển chuỗi Furier ta chuyển gốc toạ độ sang
π
điểm θ1 = , khi đó điện áp tức thời trên tải khi Thyristor T1 và T4 dẫn
6
π
 
Ud = Uab = 6 .U 2 cosθ − +α 
 
6
Với : θ = ω.t
Điện áp tức thời trên tải điện Ud không sin và tuần hoàn với chu kỳ

Trang:
Đồ án môn học 181
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




2π 2π π
τ= = =
P 6 3
P : số xung đập mạch trong một chu kỳ điện áp lưới
Trong đó :
Khai triển chuỗi Furier của điện áp Ud :
a0 ∞ ∞
a
+ ∑ (a n . cos 6.kθ + bn . sin 6.kθ ) = 0 + ∑ U nm . sin(6.kθ + ϕk )
Ud =
2 k =1 2 k =1
Trong đó:


Trang:
Đồ án môn học 182
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH



τ τ
π
2 6
an = ∫ U d . cos 6kθdθ = ∫ 6U 2 . cos(θ − + α ). cos 6kθdθ
τ0 π0 6

π
−2 −2
36 36
⇒ .2 sin cos α = . cos α
U2 U2
an =
π π
(6 k ) − 1 (6k ) 2 − 1
2
6
τ τ
π
2 6
bn = ∫ U d . cos 6kθdθ = ∫ 6U 2 . cos(θ − + α ). cos 6kθdθ
τ0 π0 6



Trang:
Đồ án môn học 183
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH





36 12 36 12
⇒ sin α = . cos α
U2 .2 sin U2
bn =
π π
(6 k ) − 1 (6 k ) 2 − 1
2
6

a0 3 6
U 2 cos α
=
Ta có:
π
2
Vậy ta có biên độ của điện áp:
Uk.n = a n + bn2
2




Trang:
Đồ án môn học 184
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




36 1
cos 2 α + (6k ) 2 sin 2 α
U2
Uk.n = 2.
π (6 k ) 2 − 1

36 1
1 + (6k ) 2 tg 2α
U d0.
Uk.n =
π (6k ) − 1
2



36
cos α + ∑ U km sin(6θ − ϕ k )
Ud ≈
π n

* Xác định điện cảm cuộn kháng lọc:

Trang:
Đồ án môn học 185
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Từ phân tích ở trên ta thấy rằng khi góc mở càng tăng thì biên độ thành phần
sóng hài bậc cao càng lớn, có nghĩa là đập mạch của điện áp, dòng điện càng tăng
lên. Sự đập mạch này làm xấu chế độ chuyển mạch của vành góp, đồng thời gây
ra tổn hao phụ dưới dạng nhiệt trong động cơ. Để hạn chế sự đập mạch này ta
phải mắc nối tiếp với động cơ một cuộn kháng lọc đủ lớn để:
Im ≤ 0,1.Iưđm
Ngoài tác dụng hạn chế thành phần sóng hài bậc cao, cuộn kháng còn có tác
dụng hạn chế vùng dòng điện gián đoạn.
Trang:
Đồ án môn học 186
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Điện kháng lọc được tính khi góc mở α = α max :
Ta có:
di ~
Ud + u~ = E + Ru ∑ .i~ + L
dt
Cân bằng hai vế:
di di di
U = R.i~ +L. vì R.i~ 0 nên điốt D được đặt điện áp thuận, D sẽ mở
dẩn đến có dòng điện tử cuộn thứ cấp BAĐ đi qua R 2 và D, nếu bỏ qua sụt áp rất
Trang:
Đồ án môn học 229
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




nhỏ trên cuộn dây máy biến áp đồng bộ hóa và trên điốt D thì trên R 2 được đặt
điện áp bằng toàn bộ sức điện động thứ cấp BAĐ tức là Uđb. Điện áp sụt trên R2
lúc này có thể dương đặt vào cực phát Tr2 còn thế âm dặt vào cực gốc Tr1, do vậy
mạch gốc phát Tranzitor bị đặt điện áp ngược và Tr1 khóa và tụ được nạp điện
bởi dòng cực góp Tr2 có giá trị ổn định. Điện áp trên tụ tăng dần theo quy luật UC
= I.t/c đây là quy luật tuyến tính.



Trang:
Đồ án môn học 230
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Đến thời điểm ω t = Π thì Uđb = 0 và bắt đầu chuyển sang nửa chu kỳ âm. Van D
bị đặt điện áp ngược và khóa lại do vậy điện áp đồng bộ không tác động đến
Trang:
Đồ án môn học 231
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




mạch gốc phát của Tr1 nữa lúc này dưới tác động của nguồn cung cấp một chiều
qua điện trở định thiên R1 trong mạch định thiên trong kiểu phân áp gồm R1 và R2
mà Tr1 mở. Khi Tr1 mở thì tụ ngừng nạp và bắt đầu phóng điện qua mạch góp phát
của Tr1 và điện trở bảo vệ Tranzitor R3. Người ta tính chọn các điện trở R1, R2 và
Tr2 sao cho Tr1 mở bảo hòa với dòng cực góp là 1.
Vậy tụ C sẽ ngừng phóng điện khi điện áp trên tụ giảm xuống bằng sụt áp bảo
hòa của Tr1 cộng với sụt áp trên R3 gây nên bởi dòng mở bảo hoà của Tr1 UR3 = iR3,
sụt áp bảo hòa trên một Tranzitor rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua, mặt khác R 3 và I
Trang:
Đồ án môn học 232
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




cũng có giá trị rất nhỏ (1 – 5 mA) nên ta có thể bỏ qua sụt áp trên R 3. Như vậy thì
tụ C phóng đến điện áp bằng không tại
ω t = vt và do Tr1 vẫn mở nên tụ vẫn giữ nguyên giá trị điện áp bằng không cho
đến thời điểm ω t =2 π . Tại thời điểm này thì Uđb = 0 và lại bắt đầu chuyển sang
dương, điốt D lại được đặt điện áp thuận và lại mở và Tr1 lại bị khóa, do vậy tụ
C lại được nạp tương tự như khi ω t = 0 và sự làm việc của sơ đồ lặp lại nh ư chu
kỳ vừa xét. Điện áp răng cưa trên đầu ra cũng chính là điện áp trên tụ C và dạng
điện áp ra URC được cho trên đồ thị điện áp. Với sơ đồ này thì biên độ điện áp
Trang:
Đồ án môn học 233
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




răng cưa không phụ thuộc vào biện độ điện áp đồng bộ, dạng điện áp ra đã gần
giống hình răng cưa và độ dài sườn trước(giai đoạn nạp tụ) cũng đạt đến 1800 ta
sẽ sử dụng sườn này của URC.
Trong sơ đồ thì R3 là điện trở hạn chế dòng phóng của tụ C qua Tr 1 mở để bảo vệ
Tr1, còn WR để điều chỉnh tiến độ điện áp răng cưa cho phù hợp với yêu cầu.
NhËn xÐt: S¬ ®å nµy cho d¹ng ®iÖn ¸p r¨ng ca chÝnh x¸c nhng do cã ®iÖn
trë b¶o vÖ R3 mµ ®iÖn ¸p trªn tô kh«ng gi¶m vÒ kh«ng (0 V) ®îc. MÆt kh¸c,
®iÖn trë t¶i nhá sÏ ¶nh hëng ®Õn d¹ng ®iÖn ¸p uRC .
Trang:
Đồ án môn học 234
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




1.2 - S¬ ®å dïng IC khuÕch ®¹i thuËt to¸n.




Trang:
Đồ án môn học 235
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 236
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Nguyªn lý ho¹t ®éng:
ë n÷a chu kú d¬ng Tr kho¸, ®iÖn ¸p ©m qua R3,R4 dÉn tíi ®Çu vµo ®¶o cña
IC khiÕn ®iÖn ¸p ra cña IC cã gi¸ trÞ d¬ng vµ tô C ®îc n¹p bëi ®iÖn ¸p ®Çu
ra nµy. Dßng n¹p cho tô ®îc x¸c ®Þnh lµ: ic = iv - iI nÕu IC lµ lý tëng th× iv = 0
nªn ic = - iI
− u cc
iI = = const
R3 + R4

Trang:
Đồ án môn học 237
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Nªn ic = const vµ ®iÖn ¸p trªn tô tuyÕn tÝnh.
ë n÷a chu kú ©m, D kho¸. Tr më nhê cÆp ®iÖn trë ®Þnh thiªn R1, R2 ; tô C
phãng ®iÖn qua Tr. §iÖn ¸p trªn tô gi¶m vÒ 0V.
Gi¶n ®å ®iÖn ¸p nh h×nh vÏ:




Trang:
Đồ án môn học 238
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




NhËn xÐt: S¬ ®å nµy cã u ®iÓm lµ d¹ng ®iÖn ¸p tùa rÊt chÝnh x¸c, dung lîng
cña tô C cÇn rÊt nhá nªn kh«ng cÇn ®iÖn trë b¶o vÖ Tr. MÆt kh¸c, do ®iÖn

Trang:
Đồ án môn học 239
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




trë ®Çu ra cña IC nhá nªn d¹ng ®iÖn ¸p ra hÇu nh kh«ng phô thuéc vµo ®iÖn
trë t¶i m¾c ë ®Çu ra cña IC. §iÖn ¸p ra cã d¹ng gÇn lý tëng.
§Ó n©ng cao chÊt lîng lµm viÖc cña hÖ thèng ta sö dông m¹ch nh ë s¬ ®å
h×nh vÏ sau:




Trang:
Đồ án môn học 240
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 241
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




2. Khâu so sánh:
Để tạo ra một hệ thống xung xuất hiện một cách chu kỳ với chu kỳ bằng chu kỳ
điện áp răng cưa (cũng là chu kỳ nguồn cung cấp cho bộ chỉnh lưu) và điều khiển
được thời điểm xuất hiện các xung ta sử dụng mạch so sánh. Có thể thực hiện
khâu so sánh theo nhiều mạng khác nhau, ở đây ta dùng IC khuyếch đại thuật toán
và cách nối hai tín hiệu URC và Uđk theo cách tổng hợp song song sơ đồ như sau.



Trang:
Đồ án môn học 242
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 243
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




a. Thiết bị của mạch gồm:
- IC1 là IC khuyếch đại thuật toán có nhiệm vụ khuyếch đại và so sánh tín hiệu
URC và Uđk. URC là điện áp răng cưa có chu kỳ theo điện áp thuận đặt lên các van ở
mạch động lực, còn Uđk là điện áp điều khiển.
- Điốt D2 bảo vệ đầu ra của mạch so sánh.
b. Nguyên lý làm việc
Trang:
Đồ án môn học 244
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Các điện áp răng cưa URC và điện áp điều khiển Rđk được đưa vào mạch so sánh
với cực tính khác nhau.
Cụ thể trên sơ đồ ta có URC > 0 còn Uđk < 0 , IC thuật toán làm nhiệm vụ so sánh
và tại thời điểm U RC = U dk thì đầu ra khối so sánh Ura sẻ thay đổi trạng thái cụ
thể:
α < 900
Khi U RC > U dk : Ura < 0 ↔
α > 900
U RC < U dk : Ura > 0 ↔
Trang:
Đồ án môn học 245
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




U RC = U dk : Ura đổi chiều.
Quá trình này được mô tả trên giản đồ điện áp của mạch điều khiển.




Trang:
Đồ án môn học 246
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 247
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




3. Khâu tạo xung
Để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác của thời điểm xuất hiện xung, sự đối xứng
của xung ở các kênh khác nhau. Ta thiết kế cho khâu so sánh làm việc với công
suất ra nhỏ, do đó xung ra của khâu so sánh chư a đáp ứng đủ các thông số yêu cầu
của cực điều khiển Tiristor. Vì vậy phải thiết kế thêm mạch khuyếch đại xung,
sữa xung… gọi là mạch tạo xung.
Thiết bị của mạch bao gồm
a.
- R7, C1, D2, Tr2, Tr4 có nhiệm vụ sửa xung.
Trang:
Đồ án môn học 248
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




- Tr3, Tr4, D3, D4, BAX có nhiệm vụ khuyếch đại và truyền xung cung cấp cho cực
G của Tiristor.
b. Nguyên lý làm việc của mạch tạo xung
- Xung truyền đến cực điều khiển Tiristor dùng máy biến áp xung BAX. Máy biến
áp xung ghép giữa đầu ra của tầng khuyếch đại công suất xung với cực điều
khiển G và K của Tiristor.
- Khuyếch đại xung: Dùng tầng khuếch đại Đalinhtơn mạch khuyếch đại có hệ
số khuyếch đại là : β = β1 + β 2 trong dó β1 , β 2 là hệ số khuyếch đại của Tr3 ,Tr4)
Trang:
Đồ án môn học 249
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Sửa xung: Khi điện áp đầu ra của khâu so sánh có giá trị dương, tụ C1 sẽ nạp
(D2 khoá Tr3, Tr4 mở bởi xung dương theo đường + USS → R7 → - C1 → Tr3 →
Tr4 → - USS nên UC1 : UCC(+) điện áp đầu ra của khâu so sánh có giá trị âm, đi ốt
D2 phân cực thuận, Tr3 và Tr4 khóa, tụ C1 phóng điện ( + C1 ) → R7 → USS → D2
→ (-C1) tụ C1 phóng nhanh về 0 và nạp lại với điện áp có cực tính ngựơc lại với
hằng số thời gian τ = R7.C1. Do đó Tr3 và Tr4 không khóa lại ngay mà dần khóa
lại tùy thuộc τ , quá trình đó gọi là quá trình sửa xung.

Trang:
Đồ án môn học 250
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 251
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Xuất phát từ nguyên lý hoạt động của khâu so sánh ta thấy: Khi thấy đổi trị số
điện áp điều khiển Uđk để thay đổi góc điều khiển a thì độ dài của các xung ra
của khâu so sánh thay đổi.
Mạch sửa xung:
Như vậy sẽ xuất hiện tình trạng một số trường hợp độ dài xung quá ngắn không
đủ để mở các Tiristor hoặc độ dài xung quá lớn, gây tổn thất lớn trong mạch phát
xung.

Trang:
Đồ án môn học 252
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Mạch sửa xung nhằm khắc phục các vấn đề nêu trên. Mạch làm việc theo nguyên
tắc khi có xung vào với độ dài khác nhau nhưng mạch vẫn cho xung ra có độ dài
bằng nhau theo yêu cầu và giữ nguyên thời điểm xuất hiện của mỗi xung. S ơ đồ
nguyên lý của một mạch sửa xung như hình vẽ.
Trong sơ đồ: UV là điện áp vào của mạch, đó chính là điện áp ra của khâu so sánh
(điểm E) có mức bão hoà dương và âm. Các phần tử R11 và C2 sẽ quyết định độ
dài của xung ra.
Nguyên lý làm việc của mạch sửa xung như sau:
Trang:
Đồ án môn học 253
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Khi điện áp vào UV ở mức bão hoà dương cùng với điện trở định thiên R12, Tr6
mở bão hoà, tụ C2 được nạp với cực tính như phía trên (qua C2 –R11-Tr6). Tr6
mở bão hoà làm điểm F có mức lôgíc “0”. Mức lôgíc này tồn tại trong suốt quá
trình UV bão hoà dương.
Khi điện áp UV ở mức bão hoà âm, tụ C2 phóng điện (qua D1...) đặt thế âm lên
mạch phát – gốc của Tr6 làm Tr6 khoá dẫn đến điểm F có mức lôgíc “1”, nghĩa là
đầu ra nhận được xung ra. Do điện trở ngược của Tr6 rất lớn nên Ura » Ucc. Khi

Trang:
Đồ án môn học 254
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




C2 phóng hết điện tích, nó sẽ đ ược nạp theo chiều ngược lại. Nhờ có R12 mà thế
(+) lại đặt lên mạch phát – gốc
của Tr6 làm đầu ra lại có mức lôgíc “0”. Mặc
dù còn xung âm ở đầu vào nhưng nhờ có R12
mà Tr6 mở bão hoà. Thời gian tồn tại xung
được xác định theo biểu thức:


Trang:
Đồ án môn học 255
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




tx = R11.C1.ln2 (2-15)
Độ dài của xung chỉ phụ thuộc vào gía trị
của R11 và C2 do đó các xung ra luôn có giá Hình 2-9 Giản đồ điện
trị không đổi. áp khâu sữa xung
Thiết bị đầu ra (Mạch truyền xung): Thông thường có 2 cách truyền xung từ đầu
ra hệ thống điều khiển mạch G - K của Tiristor là truyền xung trực tiếp và truyền
xung qua máy biến áp xung.

Trang:
Đồ án môn học 256
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Truyền xung qua BAX có ưu điểm là:
Đảm bảo sự cách ly tốt về điện giữa mạch động lực và mạch điều khiển bộ
chỉnh lưu.
Dễ dàng thực hiện việc truyền đồng thời các xung đến các Tiristor mắc nối tiếp
nhau hoặc song song bằng cách dùng BAX nhiều cuộn thứ cấp.
Dễ dàng phối hợp giữa điện áp nguồn cung cấp cho tầng khuyếch đại công suất
xung và biên độ xung cần thiết trên cực điều khiển của Tiristor nhờ việc chọn tỷ
số BAX hợp lý.
Trang:
Đồ án môn học 257
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




BAX về cơ bản kết cấu giống như biến áp bình thường công suất nhỏ. Hoạt
động của BAX tương tự biến áp thờng với dòng điện không sin hoặc có thể xác
định như là phi tuyến và sẽ bằng không khi mạch từ bão hoà. BAX có mạch từ rất
chóng bão hoà, nó chỉ hoạt động trong thời gian ngắn.
Mạch khuyếch đại xung: Để
khuyếch
đại công suất của xung điều khiển,
hiện nay
Trang:
Đồ án môn học 258
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




phổ biến nhất là các sơ đồ khuyếch đại bằng Tiristor và Transistor. Hình bên là sơ
đồ mạch khuyếch xung dùng Transistor khá phổ biến hiện nay.
Tín hiệu đầu vào UV của mạch khuếch
đại xung sử dụng 2 Transistor ghép nối tiếp (còn gọi
là ghép kiểu Darlinhtơn). Tr7 và Tr8 mắc nối tiếp tương đương một Transisto có
hệ số khuếch đại dòng điện
b = b1.b2. (2-16)
Chức năng của các phần tử trong sơ đồ:
Trang:
Đồ án môn học 259
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




D2 là điôt có tác dụng giảm dòng điện qua cuộn dây sơ cấp của BAX khi các
Transistor khoá, đồng thời hạn chế quá điện áp trên Transistor. D3 để bảo vệ cuộn
dây thứ cấp của BAX như đối với D2 của mạch sơ cấp. D4 để ngăn xung âm có
thể tới cực điều khiển của Tiristor như các Transistor khác.
Các điện trở để hạn chế xung áp đầu vào và dòng điện cực góp của Transistor.
Nguyên lý làm việc của sơ đồ:
Tín hiệu vào của mạch là là tín hiệu ra của mạch gửi xung là tín hiệu lôgíc.
Gọi txv là thời gian tồn tại của một xung điện áp vào
Trang:
Đồ án môn học 260
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




tbh là thời gian tính từ lúc có dòng điện một chiều qua cuộn dây sơ cấp của BAX
(khi Tr7 và Tr8 mở bão hoà) đến lúc lõi thép bão hoà từ.
txr là thời gian tồn tại của xung ra.




Trang:
Đồ án môn học 261
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




a) khi tbh > txv b) khi tbh < txv
Xét trường hợp tbh > txv:
- Trong khoảng thời gian t = 0 – t 1, chưa có xung vào, không có dòng qua BAX nên
thứ cấp của máy không có tín hiệu.

Trang:
Đồ án môn học 262
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




- Khi t = t1, xuất hiện xung vào, Tr7,Tr8 mở bão hoà nên cuộn W1 có dòng điện
chạy qua, làm cảm ứng sang phía thứ cấp xung điện áp, tạo dòng điện qua D4 đến
mạch G-K của Tiristor.
- Khi t = t2 ( lúc này mạch từ chưa bão hoà) mất xung vào. Transistor7, Transistor 8
đóng dòng điện sơ cấp giảm về không qua D2. Bên thứ cấp có s.đ.đ cảm ứng
(ngược chiều với ban đầu do tự cảm) nh ưng nhờ D4 mà xung âm không truyền
tới Tiristor. Xung dòng âm khép mạch qua R17 và D3 tiêu tán trên điện trở.

Trang:
Đồ án môn học 263
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Nhờ có D2 và D3 mà không xuất hiện điện áp tự cảm rất lớn trên dây quấn sơ thứ
của BAX.
Khi tbh < txv:
- Khi t < t1 chưa có xung đầu vào, Tr7,8 khoá, không có xung điều khiển
- Khi t = t1: Xuất hiện xung vào làm Tr7,8 mở bão hoà làm xuất hiện xung điều
khiển.
- Khi t = t1 + tbh mạch từ BAX bị bão hoà, từ thông lõi thép bằng const nên mất
xung cảm ứng trên W2.
Trang:
Đồ án môn học 264
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




- Khi t = t2 dòng điện sơ cấp về không làm xuất hiện xung âm trên dây quấn thứ
cấp nhưng không đưa đến mạch G-K như đã nói trên.
Như vậy thời gian làm việc của mạch từ BAX có ảnh h ưởng rất lớn đến độ dài
của xung điều khiển. Khi tbh > txv thì độ dài xung điều khiển bằng độ dài xung
vào. Còn trong trường hợp ngược lại, độ dài xung điều khiển chính bằng thời gian
bão hoà mạch từ của BAX.
Do đó cần cho BAX có thời gian bão hoà từ đủ lớn.

Trang:
Đồ án môn học 265
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




4. Thiết kế mạch tổng hợp và khuếch đại các tín hiệu điều khiển, mạch
tạo điện áp chủ đạo:
Nhằm giúp hệ thống truyền động làm việc với tốc độ ổn định và đồng thời
có thể điều chỉnh được tốc độ động cơ ta phải thiết kế mạch khuếch đại trung
gian được biểu diễn như sau:
a. Mạch khuếch đại trung gian.
* Sơ đồ khâu khuếch đại trung gian:

Trang:
Đồ án môn học 266
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 267
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.4.9 : Sơ đồ mạch khuếch đại trung gian
* Thiết bị của khâu khuếch đại trung gian gồm:
- IC là khuếch đại thuật toán có nhiệm vụ tổng hợp, khuếch đại tín hiệu
đặt và tín hiệu phản hồi âm tốc độ.
- WR5 là biến trở để hạn chế phạm vi điều chỉnh.
- R11 là điện trở phản hồi của IC.
* Nguyên lý làm việc:

Trang:
Đồ án môn học 268
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Giả sử khi khởi động tốc độ động cơ n = 0 → Uv = Ucđ (+) qua IC có Ura (-) =
Uramax(-). Tr5 mở bão hoà → Uđk ≈ 0 đây là quá trình cưỡng bức khởi động.
Tốc độ động cơ tăng dần lên, Uv giảm dần đến Tr5 mở kém đi, Uđk tăng theo
chiều âm (Uđk01). ĐC chuyển sang quá trình làm việc xác lập ổn định tốc độ.
Muốn tăng giảm tốc độ ta tăng hoặc giảm Ucđ bằng cách điều chỉnh WR6
b. Mạch tạo điện áp chủ đạo:



Trang:
Đồ án môn học 269
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.4.10: Sơ đồ mạch tạo điện áp chủ đạo
Trang:
Đồ án môn học 270
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




c. Mạch phản hồi âm dòng có ngắt:
Vì một lý do nào đó dòng điện trong mạch phần ứng động cơ tăng cao thì
dòng ra ở cuộn thứ cấp của máy biến dòng BI tăng dẫn đến WR2 tăng cao đưa đến
WR, điện áp điều khiển này lớn hơn U rc → góc mở α lớn thời điểm xuất hiệnn
xung muộn → điện áp ra của bộ chỉnh lưu giảm → động cơ giảm tốc độ và dừng
lại để bảo vệ động cơ.

Trang:
Đồ án môn học 271
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.4.11: Sơ đồ mạch phản hồi âm dòng có ngắt
d. Khâu tổng hợp và phản hồi âm tốc độ.
* Sơ đồ:



Trang:
Đồ án môn học 272
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 273
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2. 4.12: Sơ đồ mạch tổng hợp và phản hồi âm tốc độ
Trong đó:
- Tín hiệu phản hồi âm tốc độ lấy từ máy phát tốc.
- Khâu OA6 là khâu tổng hợp và khuếch đại.
- Khâu OA7 là khâu tạo ra điện áp điều khiển thuận.
- Khâu OA8 là khâu tạo ra điện áp điều khiển ngược.
5. Thiết kế khâu phản hồi:

Trang:
Đồ án môn học 274
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.4.13: Sơ đồ khâu phản hồi
Trang:
Đồ án môn học 275
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Đối với hệ truyền động ngoài yêu cầu về phạm vi điều chỉnh tốc độ thì ổn
định tốc độ khi làm việc cũng rất quan trọng. Trong hệ thống truyền động này ta
thiết kế mạch phản hồi âm tốc độ để nâng cao đặc tính cơ.
Tốc độ động cơ được truyền đến máy phát tốc. Máy phát tốc là một máy
điện 1 chiều có điện áp ra tỷ lệ với tốc độ động cơ. Tín hiệu phản hồi lấy trên
WR4 và đưa vào khâu tổng hợp tín hiệu (KĐTG ) xử lý.
6. Thiết kế mạch nguồn nuôi một chiều:

Trang:
Đồ án môn học 276
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Nguồn cung cấp cho toàn mạch điều khiển được lấy trên 2 cuộn thứ cấp của
máy biến áp đồng bộ xoay chiều một pha và được chỉnh lưu qua CL1 và CL2.
Trong đó:
+ Điốt cầu CL1 và tụ C3, C5, IC 7815 dung để ổn định điện áp và cung cấp
nguồn nuôi cho các kênh điều khiển.
+ Điốt cầu CL2 và tụ C4, C6, IC 7815 dùng để ổn định điện áp và cung cấp
nguồn nuôi cho các kênh điều khiển.

Trang:
Đồ án môn học 277
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 278
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 279
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 280
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




CHƯƠNG 5: XÉT TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ HIỆU CHỈNH
HỆ THỐNG
I. Xét tính ổn định và hiệu chỉnh hệ thống:
1. Mục đích và ý nghĩa.


Trang:
Đồ án môn học 281
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trong quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện tự động, do nhiễu
loạn hoặc do nhiều nguyên nhân khác mà hệ thống có thể bị mất ổn định. Tính ổn
định của hệ thống là tính hệ thống có thể trở lại trạng thái ban đầu khi nhiễu loạn
mất đi sau một khoảng thời gian nào đó hoặc khả năng xác lập trạng thái ổn định
mới khi sai lệch đầu vào thay đổi.
Xét ổn định cho hệ thống là xem hệ thống có ổn định hay không dựa vào các
tiêu chuẩn ổn định. Từ đó ta tiến hành hiệu chỉnh hệ thống để hệ thống làm việc
an toàn, tin cậy đạt được các yêu cầu mong muốn.
Trang:
Đồ án môn học 282
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Dựa vào đặc tính tĩnh của hệ thống ta thấy rằng các phản hồi âm dòng và âm
tốc độ luôn có xu hướng làm ổn định hệ thống. Chỉ có phần đặc tính làm việc có
đặc tính cơ cứng nhất là dễ mất ổn định hơn cả. Do đó ta chỉ xét ổn đ ịnh ở vùng
này, trong vùng này chỉ có phản hồi âm tốc độ tác dụng. Sơ đồ khối của hệ thống
lúc này được biểu diễn trên hình vẽ sau:
2. Xét ổn định của hệ thống:
a. Mô tả toán học các phần tử hệ truyền động T-Đ
* Mô tả toán học chỉnh lưu điều khiển:
Trang:
Đồ án môn học 283
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Ta có sơ đồ thay thế mạch chỉnh lưu khi van dẫn dòng như sau :




Trang:
Đồ án môn học 284
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.5.1: Sơ đồ thay thế mạch chỉnh lưu điều khiển.
Hệ số chính lưu :
Ud
U CL =
U dk

Do tính chất dẫn xung và tính chất bán điều khiển của chỉnh lưu nên thời
điểm thay đổi tín hiệu điều khiển không trùng với thời điểm thay đổi góc α. Độ
dài thời gian trễ này có đặc tính ngâu nhiên.

Trang:
Đồ án môn học 285
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Do có khoảng thời gian trễ τ nên:
τ
KCL . e-P. .Uđk = Ud
Hàm truyền của khâu chỉnh lưu:
U d ( p)
= K CL .e − P.τ
WCL ( p) =
U dk ( p)
Khi tần số điện áp xoay chiều đủ lớn có thể dùng biến đổi gần đúng từ
khai triển Mc.Lauin.

Trang:
Đồ án môn học 286
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




1
e Pτ =
1
1 + pτ + . p.τ 2 + .........
2!
Và khi này có thế thay thế hàm trễ bằng một khâu quán tính.
K CL
WCL =
Nên :
1 + p.τ
- Sơ đồ cấu trúc của khâu chỉnh lưu như sau:

Trang:
Đồ án môn học 287
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.5.2: Sơ đồ cấu trúc khâu chỉnh lưu.



Trang:
Đồ án môn học 288
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Mô tả toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Ta có sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau:




Trang:
Đồ án môn học 289
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.5.3: Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều.


Trang:
Đồ án môn học 290
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Xét ở chế độ quá độ, động cơ điện một chiều ta sẽ có các phương trình mô
tả sơ đồ thay thế như sau:
Phương trình cân bằng điện áp mạch phần ứng:
dI u
U u = E + Ru .I u + Lu
dt
Biến đổi Laplace ta được :
U u ( P ) − E( P ) = Ru (Te p + 1).I u ( p )


Trang:
Đồ án môn học 291
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




I u ( p) 1 Ru
↔ =
U u ( p ) − E( p ) Te p + 1
Suy ra, ta có sơ đồ sau:




Trang:
Đồ án môn học 292
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




I d ( p)
1 / Ru
U d ( p)
Te P +1
(-)


ED ( p )

Trang:
Đồ án môn học 293
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Lu 4.10 −3
Te = = = 0,01( s )
Với :
Ru 0,4
( Te : Hằng số thời gian quán tính điện từ)
Phương trình chuyển động của hệ:

M − M C = J.
dt



Trang:
Đồ án môn học 294
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH





J
( M dt = Kφ .I u )
I − IC = .
Hay:
K M φ dt
J .Ru K M φ d CO Kφd
↔ I − IC = = Tm . M . CO
. .
( K M φ ) 2 Ru dt Ru dt
Trong đó:
GD 2 Ru 102.54,54
= 2, 4 ( s )
Tm = =
375CeCm Φ 2 375.24.0, 25

Trang:
Đồ án môn học 295
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




30
Ce Φ = 24
Cm.Φ =
Π
U dm − RΣ .I dm 220 − 0, 4.54,54
Φ = = = 0, 25
Với Ceđm
ndm 790
( Tm : Hằng số thời gian quán tính cơ học )
Chuyển sang toán tử Laplace ta có:



Trang:
Đồ án môn học 296
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




KMφ R 1
.P.ω → ω = u .( I ( p ) − I C ( p ) ).
I ( p ) − I C ( p ) = Tm .

Ru Tm . p
Ru
Mặt khác ta có : Eu = ω.Kφ . → Eu ( p ) = .( I ( p ) − I C ( p ) )
Tm .P
Eu ( p ) R
=u
Suy ra:
I u ( p ) − I c ( p) Tm .P
Suy ra, ta có sơ đồ sau:

Trang:
Đồ án môn học 297
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Ru Eu ( p )
I u ( p)
(-) Tm .P



Từ các phương trình mô tả toán học trên ta có sơ đồ cấu trúc động cơ điện một
chiều như sau:

Trang:
Đồ án môn học 298
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.5.4: Sơ đồ cấu trúc động cơ điện một chiều


Trang:
Đồ án môn học 299
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ hở hệ thống T-Đ:
Căn cứ vào sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu và sơ đồ cấu trúc động cơ ta có sơ
đồ cấu trúc động hệ thống khi chưa có khâu điều chỉ như sau:




Trang:
Đồ án môn học 300
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.5.5: Sơ đồ cấu trúc hệ hở.
Trang:
Đồ án môn học 301
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trong thực tế người ta thường bỏ qua khâu phản hồi sđđ trong tính toán các
quá trình quá độ do quán tính càng lớn của ω nên có sự biến thiên chậm so với đại
lương điện.
b. Xét tính ổn định hàm truyền hệ hở:
Vì vậy ta có hàm truyền hệ hở (giả thiết IC(p) = 0) như sau:
K CL .K D K CL .K D
F0 ht = =
(1 + τp ).(1 + Te . p ).Tm p (1 + 0,00167 p ).(1 + 0,01 p ).2,4 p

Trang:
Đồ án môn học 302
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Đối với sơ đồ cầu 3 pha , thời gian trễ τ = 1,67(ms)
Trong đó:
Giải phương trình đặc trưng:
(1 + 0,00167 p ).(1 + 0,01 p ).2,4 p = 0
Ta có nghiệm:
p1 = -100
p2 = -600
p3 = 0

Trang:
Đồ án môn học 303
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Vậy hệ hở chưa ổn định, do đó em tiến hành thiết kế hai mạch phản hồi để
bù sai lệch tĩnh, tăng cường độ chính xác và độ ổn định, cũng như tác động nhanh
và tự động chống nhiễu phụ tải.
3. Thiết kế mạch điều chỉnh với hai vòng phản hồi tốc độ và dòng điện.
a. Đặt vấn đề.
Trong các hệ điều chỉnh tự động nói chung luôn tồn tại các phần tử có chứa
các hằng số thời gian lớn như hằng số thời gian điện cơ, hằng số thời gian điện
từ, hằng số thời gian dây quấn kích từ… Và một phần chứa các hằng số thời gian
Trang:
Đồ án môn học 304
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




nhỏ như hằng số thời gian nhỏ như hằng số thời gian của x enxơ, hằng số thời
gian của mạch điều khiển Thyristor ...
Nếu ta có 1 đối tượng có hàm truyền:
K 1 .K 2 ......K n
WĐT(P) = m
π (Ti .P + 1)
i =1


: Hệ số khuyếch đại của các khâu trong hệ thống.
K1 ….. Kn

Trang:
Đồ án môn học 305
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




: Số khâu quán tính của hệ thống.
m
: Hằng số thời gian quán tính của các khâu quán tính.
Ti
Nếu mạch có nhiều khâu quán tính có hằng số thời gian lớn thì độ tác động
nhanh của hệ thống sẽ kém, sự ổn định của hệ kém, đồng thời sai số tĩnh sẽ lớn.
Nên việc tổng hợp các bộ điều chỉnh được thực hiện theo từng mạch vòng để sao
cho bù được các khâu có hằng số thời gian lớn để qua đó giảm đ ược cấp cho


Trang:
Đồ án môn học 306
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




mạch hở nhằm giảm sai lệch điều chỉnh và cải thiện chất lượng điều chỉnh của
hệ thống là một việc rất quan trọng.




Trang:
Đồ án môn học 307
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 308
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.5.6: Mô tả đặc tính quá độ của dòng điện

Do đó ta phân tích đối tượng ra làm hai khâu:
m n m
Mẫu số đối tượng : π (Ti P + 1) = π (Ti P + 1). π (TK P + 1)
i =1 i =1 K = n +1

Trong đó:
: là số khâu có hằng thời gian lớn cần khử.
n
: là số khâu có hằng số thời gian nhỏ không cần khử.
m
Trang:
Đồ án môn học 309
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Theo lý thuyết điều khiên tự động, muốn khử một khâu nào đó, ta chỉ cần đưa
thêm vào hệ thống một khâu có hàm truyền bằng nghịch đảo của khâu cần khử.




Trang:
Đồ án môn học 310
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trong hệ thống truyền động điều chỉnh thường sử dụng các phương pháp
hàm chuẩn tối ưu.
b. Các phương pháp dùng hàm chuẩn tối ưu.
* Phương pháp dùng tiêu chuẩn môdul tối ưu.
Hàm chuẩn theo tiêu chuẩn môdul tối ưu.(tr.20_ĐCTĐ_Bùi Quốc Khánh)
1
PMC ( p ) = (1)
1 + 2τ δ + 2.τ δ2 . p 2
Xét đối tượng là hàm hưu sai có hàm truyền;
Trang:
Đồ án môn học 311
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




K1
S0 ( p) = (2) , với T1 < T2
(1 + T1 p ).(1 + T2 p )
Khi đó hàm truyền của khâu điều chỉnh R(p) được xác định theo biểu thức:

1
1 + 2τ δ p + 2τ δ p 2
2
PMC ( p ) 1
R( p) = = = (3)
S 0 ( p ).[1 − PMC ( p ) ]  S 0 ( p).2τ δ p.[1 + τ δ p ]
 1
S 0 ( p).1 − 2 2
 1 + 2τ δ p + 2τ δ p 
 
Trang:
Đồ án môn học 312
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Chọn τδ= min{T1;T2}= T1 và thay S0(p) ở biểu thức (2) ta có:
1 + T2 p
R( p) = (4)
2.T1 .K 1 P
Với hàm truyền R(p) thì sẽ bù được khoảng thời gian lớn T2.
Nhân cả tử và mẫu của (4) với T2 ta có:
 1
1 + T2 . p
T2
R( p ) = = K R 1 +
 T .p 
. 
2.T1 .K 1 T2 . p  
R



Trang:
Đồ án môn học 313
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




T2
KR =
Với: ; TR =T2.
2.T1 .K 1
Đây chính là khâu PI, do đó dùng mạch sau để thực hiện hàm truyền R(p).
Với: KR = R2/R1 là hệ số khuyếch đại.
TR = R2.C2 là hằng số thời gian.




Trang:
Đồ án môn học 314
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 315
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.5.7 Cấu trúc mạch tích phân tỷ lệ.

Tuy nhiên bộ điều chỉnh PI có cấu trúc như trên vẫn có nhược điểm trong
việc điều chỉnh độc lập hai tham số KR và TR.
Để khắc phục nhược điểm trên ta dùng bộ PI có cấu trúc như sau:




Trang:
Đồ án môn học 316
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 317
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.5.8. Cấu trúc mạch tích phân tỷ lệ với hai thông số độc lập
U1ω : Tín hiệu đặt
Trong đó:
U1 : Tín hiệu phản hồi.
U2 : Tín hiệu điều khiển.
TR = R2 .C 2
Kết quả ta được:
R2
KR =
R1 .α


Trang:
Đồ án môn học 318
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Như vậy ta có thể điều chỉnh hằng số thời gian T R, bằng cách thay đổi R2.
Sau đó chỉnh định hệ số khuyếch đại bằng việc chỉnh định α ta có thể thay đổi KR
rất rộng.
R2
≤ KR ≤ ∞
R!


Như vậy hàm truyền hệ hở là:

Trang:
Đồ án môn học 319
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




1 + T2 p K1 1
F0 ( p ) = R( p).S 0 ( p ) = =
.
2.K 1 .T1. p (1 + T1 p ) (1 + T2 p ) 2T1 p.(1 + T1 p )
Hàm truyền hệ kín.
F0 ( p ) 1 1
F ( p) = = =
1 + F0 ( p ) 2.T1 p.(1 + T1 p ) + 1 1 + 2.T1 p + 2T12 p 2
1
Do hằng số T1 nhỏ nên có thể coi F ( p ) =
1 + 2.T1 p
* Phương pháp tổng hợp theo tiêu chuẩn tối ưu đối xứng.
Trang:
Đồ án môn học 320
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hàm chuẩn tối ưu đối xứng có dạng:
(T.23_ĐCTĐTDĐ - Bùi Quốc Khánh)
1 + 4τ δ p
FDX ( p ) = (5)
1 + 4τ δ p + 8τ δ2 p + 8τ δ3 p 3
Xét hệ thống S0(p) có dạng :
K1
S 0 ( p) = (6)
p.T1 (1 + TS . p )
: là tổng của các hằng số thời gian nhỏ.
Trong đó: TS
Trang:
Đồ án môn học 321
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




: là hằng số thời gian lớn.
T1
Dùng hàm chuẩn tối ưu đối xứng để tổng hợp hệ thống nhằm bù được
hằng số thời gian lớn T1 để đáp ứng yêu cầu về điều khiển hệ thống.
Hàm truyền của khâu điều khiển R(p) được xác định theo biểu thức :
FDX ( p )
R( p ) = (7)
S 0 ( p ).[1 − FDX ( p ) ]
Thay FĐX(p) từ biểu thức (5) ta được :

Trang:
Đồ án môn học 322
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




1 + 4τ δ p
1 + 4τ δ p + 8τ δ2 p 2 + 8τ δ3 p 3 1 + 4τ δ p
R( p ) = =
 S 0 ( p ).8τ δ2 p 2 [1 + τ δ p ]
 1 + 4τ δ p
S 0 ( p).1 − 3 3
 1 + 4τ δ p + 8τ δ p + 8τ δ p 
22



Chọn τδ = min{T1;TS}=TS và thay S0(p) ở biểu thức (6) ta có:
(1 + 4TS p )  1
T1 (1 + 4TS p) T1 T1
R( p ) = 1 +
 4.T p 
= =
. (8)

2
2.K 1TS 4TS p 2 K 1TS
K 1 .8TS p  
S




Trang:
Đồ án môn học 323
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Từ biểu thức (8) ta có R(p) là khâu tích phân tỷ lệ PI:
T1
KR =
Với :
2 K 1TS
TR = 4TS



Trang:
Đồ án môn học 324
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




 1
Vậy : R( p ) = K R 1 + 
 TR p 
 
Hàm truyền hệ hở:
1 + 4TS p
F0 ( p ) = S 0 ( p ).R ( p ) =
8.TS2 (1 + TS p )
Hàm truyền hệ kín:



Trang:
Đồ án môn học 325
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




F0 ( p ) 1 + 4TS p
F ( p) = =
1 + F0 ( p ) 1 + 4TS p + 8TS2 p 2 + 8.TS3 p 3


c. Tổng hợp mạch vòng dòng điện và mạch vòng tốc độ.
* Sơ đồ cấu trúc của hệ.
Khi xét hàm truyền của hệ theo tín hiệu U thì ta bỏ qua khâu nhiễu loại phụ
tải.
Khi đó ta có sơ đồ cấu trúc như sau:
Trang:
Đồ án môn học 326
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 327
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.5.9: Sơ đồ cấu trúc của hệ


Trang:
Đồ án môn học 328
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Wω : là bộ điều chỉnh tốc độ.
Trong đó:
WI là bộ điều chỉnh dòng điện.
Wπ là bộ chỉnh lưu.
β là hệ số phản hồi âm dòng.
γ là hệ số phản hồiâm tốc độ.
* Xác định một số thông số cơ bản:


Trang:
Đồ án môn học 329
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




1 1
Hệ số khuyếch đại của động cơ: K D = = =4
C e .Φ dm 0,25
Hằng số thời gian điện từ của động cơ : Te = 0,01
Hệ số khuyếch đại của bộ chỉnh lưu được xác định :
∆U r ∆U d
→ U d = f (U dk )
K cl = =
∆U v ∆U dk



Trang:
Đồ án môn học 330
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




U d = f (α ) 
 → U d = f (U dk )
Ta có :
U dk = f ( α ) 

Xét quan hệ Ud = f(α). Từ phương trình điện áp chỉnh lưu cầu 3 pha ta có:
U d = U d 0 . cos α = 2,34.U 2 . cos α = 108,3.2,34. cos α = 253,422. cos α
Xét quan hệ Udk = f(α). Vì góc α phụ thuộc vào điện áp điều khiển với các
giá trị Uđk khác nhau thì thời điểm mở khác nhau nên ta có:


Trang:
Đồ án môn học 331
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




α U dk α
= → U dk = .U rc
π U rc π
Chọn Urc max = 12(V) là điện áp răng cưa cực đại phụ thuộc vào dung lượng
của tụ C (trong mạch phát xung răng cưa).
Cho α biến thiên từ (0÷ 900) ở các biểu thức trên ta có:
α π/6 π/3 π/2
0
Udk 0 2 4 6
Ud 253,422 219,47 126,71 0
Trang:
Đồ án môn học 332
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 333
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 334
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Để đơn giản trong tính toán và trong giới hạn cho phép ta có thể tuyến tính
hoá đường cong khi coi hệ khuyếch đại của bộ chỉnh lưu Kπ = const.
219,47 − 126,71
∆U d
K cl = = = 46,38
∆U dk 4−2
Phản hồi dòng được lấy từ Shuntn dòng loại loại 70A/750mV mắc nối tiếp
với động cơ.

Trang:
Đồ án môn học 335
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




R U 0,75
Hệ số phản hồi dòng β = R = I .R = 70.0,19 = 0,056
S s

u s U


Hệ số phản hồi tốc độ: Do điện áp ra của máy phát tốc được đưa vào bộ
khuyếch đại trung gian nên chỉ lấy một phần qua triết áp với U T ≤ 10 (V )

Trang:
Đồ án môn học 336
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Chọn loại máy phát tốc có: n= 1500(v/p)
Uđm=220(V)




Trang:
Đồ án môn học 337
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 338
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




UT 10
→γ = = = 0,045
U FT 220
* Tổng hợp mạch vòng dòng điện.
Sơ đồ cấu trúc:




Trang:
Đồ án môn học 339
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 340
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Do Tm >> Te nên sự biến thiên tốc độ n hay EĐ chậm hơn Id. Xét trong thời gian Δt
ta xem như ΔEĐ = 0, nên bỏ qua nhiễu EĐ tham gia vào mạch vòng dòng điện. Do
vậy ta sẽ được sơ đồ cấu trúc sau khi bỏ qua nhiễu và đơn giản hoá là:




Trang:
Đồ án môn học 341
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.5.10: Sơ đồ cấu trúc tổng hợp mạch vòng dòng điện
Ta có:




Trang:
Đồ án môn học 342
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




β .K cl . 1 R 0,056.46,38. 1 6,5
0,4
= = =
u
Wđt ( P )
( Te p + 1).(τp + 1) ( 0,01 p + 1).( 0,00167 p + 1) ( 0,01 p + 1).( 0,00167 p + 1)
(vì bộ chỉnh lưu là cầu 3pha nên τ = 0,00167)
* Phân tích: - Mạch vòng dòng điện điều chỉnh quá trình quá độ của hệ thống,
nên dòi hỏi độ chính xác cao.
- Hàm truyền của đối tượng là dạng đặc thù của Tối ưu modul
- Trong mạch vòng dòng điện không có nhiễu loạn

Trang:
Đồ án môn học 343
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




=> Kết luận: Hiệu chỉnh mạch vòng dòng điện thành hệ thống điển hình
loại I. Vì vậy theo Tối ưu modul ta có hàm truyền của Bộ điều chỉnh là:
 1
WBDC ( P ) = WI ( P ) = k p 1 +
 τ p
Theo phương pháp modul tối ưu: 
 1

τ 1 = T1 = Te = 0,01
Với:
T1 0,01
kp = = = 0,46
2.K .T2 2.6,5.0,00167

Trang:
Đồ án môn học 344
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




β .kcl 0, 056.46,38
Với: K = = = 6,5
Ru 0.4
 1
⇒ WI ( P ) = 0,46.1 +
 0,01 p 

 
3
Vậy : Whsauhieuchinh = Wđt ( p ) ^ WI ( P ) =
0,01 p( 0,00167 p + 1)
Thực hiện Bộ điều chỉnh.
Ta có sơ đồ nguyên lý:
Trang:
Đồ án môn học 345
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 346
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Ta có:
R pi = R oi K pi = 0,46.1 = 0,46 ( kΩ )
R pi
K pi =
τ1
R oi 0,01
= 21,74 ( µ F )
Cpi = =
R pi 0,46.103
τ1 = Te = R pi Cpi => cho R oi = 1kΩ =>
4Toi 4.0,00334
R oi Coi
= 13,36 ( µ F )
Coi = =
Toi =
1.103
R oi
4

Trang:
Đồ án môn học 347
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Tổng hợp mạch vòng tốc độ.
* Biến đổi mạch vòng dòng điện thành một khâu tương ứng.




Trang:
Đồ án môn học 348
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




KI
β
Id
với W ( p ) = => chia cả tử và mẫu cho KI ta được:
=
KI * 2
Ui T i p + p + K I
1
β
WKI ( p ) =
T
p2 + 1 p +1
i
KI KI



Trang:
Đồ án môn học 349
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




T
p2 + 1 1
p +1 p + 1 với điều kiện là:
i
xử lí gần đúng: KI KI KI
1 KI
( 2)
ωcn
3 Ti
1
1
β 17,857
0,056
ta được: WKI ( p ) = = =
1 p +1 1
p + 1 0,0034p + 1
KI
300
Trang:
Đồ án môn học 350
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




k pi .K1 0, 46.6,5
Với K I = = = 300
τ1 0, 01



17,857
U i* Id
0, 0034 p + 1


Trang:
Đồ án môn học 351
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống mạch vòng tốc độ:




Trang:
Đồ án môn học 352
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




I c ( p)
I d ( p) ED ( p )
U i* ( p )
U cd ( p ) (-)
1 n( p )
Rd
17,857 KD
Wn ( p )
Ton p +1 Tm p
0, 0034 p + 1
(-)


γ
Ton p +1 Trang:
Đồ án môn học 353
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Biến đổi sơ đồ đưa về sơ đồ cấu trúc cơ bản ta được:
U cd
n( p )
U dk
γ 17,857.γ .Rd .kD
Wn ( p)
Tm p(Ton p + 1)(0.0034 p + 1)
(-)




Trang:
Đồ án môn học 354
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




với Mc(p) = 0, xử lý gần đúng: Do T on rất nhỏ nên:
Tm p � on + 0,0034 ) p + 1� Tm p ( T n p + 1)
Tm p ( Ton p + 1) ( 0,0034p + 1) (T =
� �
với điều kiện là:
1 1
( 3)
ωcn
3 T n Ton



Trang:
Đồ án môn học 355
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




=> Sơ đồ cấu trúc sau xử lý gần đúng là:




Trang:
Đồ án môn học 356
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




U cd
n( p )
U dk 17,857.γ .Rd .k D
γ
Wn ( p)
Tm p (TΣn p + 1)
(-)




Trang:
Đồ án môn học 357
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




* Phân tích: dựa vào sơ đồ ta thấy hệ thống phải chống nhiễu tốt, chịu tác
động của tín hiệu đặt.
=> hệ thống sau hiệu chỉnh là hệ thống điển hình loại II.
Ta có: hàm truyền đối tượng của hệ thống:
17,857 γR dĐ K K2
Wđt ( p ) = =
Tm p ( T�n p + 1) p ( T�n p + 1)



Trang:
Đồ án môn học 358
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




17,857 γR dĐ
K 17,857.0,045.0, 4.4
với K 2 = = = 0,535
Tm 2, 4
Theo tối ưu đối xứng và với hàm truyền đối tượng như vậy tra bảng (9) ta
được hàm truyền của Bộ điều chỉnh:
τ2 p + 1
Wn ( p ) = WPI ( p ) = K pn và phối hợp tham số τ2 = hTΣn
τ2 p
Hàm truyền hở của hệ thống sau hiệu chỉnh:

Trang:
Đồ án môn học 359
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




K 2 K pn ( τ2 p + 1) K w ( τ2 p + 1)
WIIđt p ) = W (p).W (p) =
( =
τ2 p ( T�n p + 1) p 2 ( T�n p + 1)
đt 2


h +1 6 +1
vớiτ2=hTΣn =6.0,0184 = 0,1104ms và K w = = = 287,16
2 ( hT ) 2.( 6.0,0184 )
2 2
n

Chọn Ton = 0, 015s . TΣn = 0, 015 + 0, 0034 = 0, 0184 ; chọn h = 6
K w τ2 287,16.0,1104
=> K pn = = = 59, 25
K2 0,535
Trang:
Đồ án môn học 360
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Vậy hàm truyền của BĐC được viết lại là:
τ2 p + 1 0,1104p + 1
Wn ( p ) = WPI ( p ) = K pn = 59, 25.
τ2 p 0,1104p
Kiểm nghiệm các điều kiện gần đúng.
ω2 ω 54,35
= 1,71 => ωcn = 2 = = 31,78
Từ h = 6, tra bảng (4) ta được
ωcn 1,71 1,71



Trang:
Đồ án môn học 361
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




1 1
với ω2 = = = 54,35 . Kiểm tra với điều kiện (2) và (3) ta có:
T n 0,0184
1 KI 1 300
ωcn = 31,78 < = = 141, 28 (2)
3 T i 3 0,00167

1 1 1 1
ωcn = 31,78 < = = 34,75 (3)
3 T n Ton 3 0,0184.0,005
Do điều kiện (3) không thoã mãn nên chọn lại h = 7, tra bảng (4) ta được
Trang:
Đồ án môn học 362
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




ω2 ω 119
= 1,75 => ωcn = 2 = = 68
ωcn 1,75 1,75
Kiểm tra với điều kiện (2) và (3) ta có:
1 KI 1 300
( 2)
ωcn = 68 < = = 141, 28
3 T i 3 0,00167

1 1 1 1
( 3)
ωcn = 38,095 < = = 38, 49
3 T n Ton 3 0,015.0,005
Trang:
Đồ án môn học 363
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Vậy cả hai điều kiện đều thoả mãn.
Vậy hàm truyền của BĐC được viết lại là:
τ2 p + 1 0,1104p + 1
Wn ( p ) = WPI ( p ) = K pn = 59, 25.
τ2 p 0,1104p
Thực hiện Bộ điều chỉnh.
Ta có sơ đồ nguyên lý:



Trang:
Đồ án môn học 364
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 365
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Ta có:
R pn = R on K pn = 1.59,25 = 59,25 ( kΩ )
R pn
K pn =
τ2
R on 0,1104
= 1,86 ( µ F )
Cpn = =
R pn 59,25.103
τ2 = R pn C pn => cho R on = 1kΩ =>
4Ton 4.0,015
R on Con
= 60 ( µ F )
Con = =
Ton =
R on 1.103
4


Trang:
Đồ án môn học 366
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Sau khi tổng hợp các mạch vòng dòng diện và tốc độ ta có sơ đồ nguyên ly như
sau:




Trang:
Đồ án môn học 367
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Trang:
Đồ án môn học 368
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hình 2.5.12: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
CHƯƠNG 6: X ÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ
I. Giới thiệu sơ đồ:
* Hệ thống trang bị điện điều khiển động cơ truyền động của cơ cấu xe cầu
của cầu trục đã thiết kế thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Khởi động động cơ cả hai chiều.

Trang:
Đồ án môn học 369
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




- Dừng động cơ.
- Tự động ổn định tốc độ và tự động hạn chế dòng phụ tải .
- Điều chỉnh được tốc độ với phạm vi rộng
* Hệ thống gồm 2 mạch chính:
- Mạch động lực:
Động cơ điện một chiều kích từ song song.
Mạch chỉnh lưu cung cấp nguồn một chiều cho động cơ là mạch chỉnh lưu
cầu có điều khiển bao gôm hai bộ điều khiển mắc song song ngược.
Trang:
Đồ án môn học 370
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Cuộn kháng cân bằng dung để lọc dòng phần ứng của động cơ.
Máy biến áp dòng để láy tín hiệu tốc độ cho khâu phản hồi mạch sẽ tạo
góc dịch pha so với điện áp lưới. Để tác dụng khâu khuếch đại trung gian tạo ra
điện áp để đưa tới U dk
- Mạch điều khiển gồm:




Trang:
Đồ án môn học 371
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Hai bộ phát xung và điều khiển Ti , một bộ phát xung cho bộ thuận, một bộ
phát xung cho bộ ngược. Mỗi bộ gồm 6 kênh phát xung, các kênh này đều sử dụng
Ti , BA xung khuếch đại thuật toán, để tổng hợp và khuếch đại xung.
Tín hiệu điều khiển được tổng hợp từ điện áp chủ đạo dương, tín hiệu
phản hồi âm tốc độ, tín hiệu phản hồi âm dòng có ngắt qua khâu khuếch đại trung
gian được cấu tạo từ các khuếch đại trung gian.
MBA đồng bộ để tạo ra tín hiệu đồng bộ cho các kênh phát xung.

Trang:
Đồ án môn học 372
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Bộ nguồn nuôi để tạo ra nguồn nuôi cho các I c , Ti. , BA xung.
II.Nguyên lý làm việc của hệ thống:
1.Khởi động:
Đóng Aptomat cung cấp điện cho hệ thống truyền động điện ( mạch kích từ,
máy biến áp động lực, nguồn nuôi mạch điều khiển).
Khi tải đã được móc vào móc treo, ấn nút M → cuộn dây Contactor ĐG có
điện, tiếp điểm DG = 1 tạo mạch duy trì cho ĐG, → ĐG(đl)=1 cấp điện cho động

Trang:
Đồ án môn học 373
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




cơ. Ta phát lệnh điều khiển mở các van T 1 – T12 với góc mở α1 < 900; α2 > 900 sao
cho α1 + α2 = 1800 (α1 – góc mở của T1 – T6, α2 – góc mở của T7 – T12 ).
∆UVMax I dMax > I ng Ud > 0
Cấp U cd U dkMax động cơ quay, tăng tốc

U d − ED
Id =
trên đặc tính với 2 phản hồi. Khi n đến khi I d I ng

phảnhồi âm dòng khóa lại động cơ tăng tốc trên đặc tính chỉ còn 1 phản hồi.
Khi I d I ng thì động cơ làm việc xá lập.

Trang:
Đồ án môn học 374
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




2. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ:
Có nhiều phương pháp để điều chỉnh tốc độ, ở đây em dung phương pháp thay
đổi U cd để điều chỉnh tốc độ.
Khi tải được móc vào móc treo, ấn nút M, khối tạo xung làm việc tạo ra các
xung điều khiển mở Thyristor thông qua khối LOG và máy biến áp xung để tạo ra
các xung điều khiển xuất hiện đúng theo yêu cầu. Ta phải chọn tín hiệu điều
khiển, mạch khuếch đại trung gian và tín hiệu này được so sánh với tín hiệu răng

Trang:
Đồ án môn học 375
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




cưa. Nếu thay đổi độ lớn Uđk thì sẽ thay đổi thời gian xuất hiện xung. Nghĩa là
thay đổi được góc mở α1 ( α2 ) của các bộ chỉnh lưu. Để điều khiển tốc độ động
cơ phù hợp với các chu trình ta dùng các công tắc để cấp tín hiệu. Khi muốn máy
chạy chậm thì góc mở α của bộ biến đổi phải lớn → U đk nhỏ, ngược lại muốn
máy chạy nhanh thì góc mở α nhỏ → Uđk lớn.
Muốn đảo chiều động cơ thì ta sẽ tiến hành điều khiển để đảo chiều điện
áp Ud. Quá trình được thực hiện như sau:

Trang:
Đồ án môn học 376
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Gỉa sử, BBĐ A đang làm việc ở chế độ nghịch lưu với góc điều khiển
Π
αA < còn BBĐ B khóa. Động cơ Đ được cấp điện quay thuận. Khi có lệnh đảo
2
Π
chiều bởi U C , góc mở α A tăng lớn hơn , dòng điện phần ứng giảm dần về 0.
2
Khi cảm biến dòng điện 0 phát tín hiệu, khối LOG sẽ cắt xung điều khiển đ ưa
vào BBĐ A và BBĐ A khóa lại. Sau đó, cũng khối LOG cho tín hiệu cấp xung để

Trang:
Đồ án môn học 377
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Π
xung điều khiển từ máy phát xung tới BBĐ B . Góc mở α B < với giá trị được
2
quyết định bởi U C . Điện áp phần ứng động cơ đổi dấu và động cơ quay ngược.




Kết luận:

Trang:
Đồ án môn học 378
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Sau hơn hai tháng nghiên cứu tài liệu và được sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy
giáo Nguyễn Anh Tuấn em đã hoàn thiện bản đồ án của mình.
Trong quá trình làm đồ án với kiến thức đã học tại trường đặc biệt là các
môn chuyên nghành và hơn nữa là em đã nghiên cứu tìm hiểu tài liệu trong thư
viện nhà trường, trên mạng internet cũng như tài liệu, giáo trình của thầy Nguyễn
Anh Tuấn tìm giúp. Và với sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các th ầy, cô trong
bộ môn em đã thu được một số thành quả nhất định:
+ Biết được cách trình bày kết cấu cơ bản của một bản đồ án.
Trang:
Đồ án môn học 379
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




+ Biết tìm tòi, chắt lọc những tài liệu phù hợp cho nội dung của đồ án.
+ Qua đồ án của mình em đã hiểu được quy trình công nghệ của thiết kế
cho bộ biến đổi điện tử công suất cho các cơ cấu truyền động và đặc biệt là cơ
cấu truyền động nâng hạ
Mặc dù do thời gian làm đồ án còn ngắn và trình độ kiến thức của bản thân
còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi những thiếu sót.
Kính mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô cùng các bạn đ ể đồ án
của em hoàn thiện hơn.
Trang:
Đồ án môn học 380
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên




Trang:
Đồ án môn học 381
Lê Văn Dinh
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang:
Đồ án môn học 382
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




[1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện,
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2006.
[2] TS. Trần Thọ, PGS.TS. Võ Quang Lạp, Cơ sở điều khiển tự động truyền
động điện, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội.
[3] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất, Nhà
xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội.


Trang:
Đồ án môn học 383
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




[4] Nguyễn Mạnh Tiến, Vũ Quang Hồi, Trang bị điện – điện tử máy gia công kim
loại, Nhà xuất bản giáo dục.
[5] Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Thị Liên Anh, Trang bị điện –
điện tử máy công nghiệp dùng chung, Nhà xuất bản giáo dục.
[6] Bộ môn TĐ-TL, Khoa Điện, Hệ truyền động chỉnh lưu – động cơ,
[7] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, Điều
chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2004.
Trang:
Đồ án môn học 384
 
Trường: ĐHSPKT Vinh SVTH: TRẦN MINH




[8] Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động,
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2006.
[9] Hướng Dẫn thiết kế điện tử công suất, Tác giả: Phạm Quốc Hải
[10] Máy nâng – tác giả Phạm Quốc Hải
[11] Trang bị điên- Điện tử tự động hoá cầu trục & cần trục – Tác giả Bùi Quốc
Khánh và Hoàng Xuân Bình
[12] Thiết kế máy điện – Tác giả Trần Khánh Hà
.

Trang:
Đồ án môn học 385
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản