Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG 
PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

1.1 Giới thiệu công nghệ/ bài toán:
     Thiết kế hệ thống truyền động điện cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập 
với các số liệu ban đầu như sau:
Nguồn điện xoay chiều 3 pha 220/380 V.
Tải của hệ thống truyền động điện được cho như hình vẽ với: r1/r2 =4;TL= 25 
Nm; JL = 0.06 kg.m2 .

T1 r1

      

ωM
T2
r2

Hình 1: Sơ đồ công nghệ hệ thống.
1.2 Phân tích yêu cầu công nghệ, đặc tính cơ của tải:
a) Yêu cầu công nghệ:
    ­Sử dụng động cơ điện một chiều kích từ độc lập điều khiển tốc độ của tải
theo yêu cầu về tốc độ như Hình 2.
    ­Nguồn điện sử dụng : 220/380V, do đó cần sử dụng bộ biến đổi phù hợp.
    ­Hệ thống hoạt động ổn định, bám càng sát với đồ thị tốc độ mong muốn thì càng 
tốt.
    ­Sai số nằm trong khoảng cho phép.
    ­Điều khiển động cơ dễ dàng, điều khiển động cơ có đảo chiều quay.
Trang: 1

Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                

              ω L(rad/s)
    
     100 

                                                                                                                 
4s

6s

7s

t

        0              1s                          3s
    
   ­110 
Hình 2: Đồ thị tốc độ mong muốn của tải.
b) Đặc tính cơ của tải:
  + Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen cản của
máy sản xuất: Mc = f(ω) hay Mc = f(n)
  Trong đó: ω ­ Tốc độ góc (rad/s).
                  n ­ Tốc độ quay (vg/ph)
                  Mc ­ Mômen cản (N.m).
  + Phương trình đặc tính cơ của tải:   Mc = Mco+ (Mđm – Mco)( )α  
       Trong đó:   Mc ­ mômen ứng với tốc độ ω.
                          Mco ­ mômen ứng với tốc độ ω = 0.

                          Mđm ­ mômen ứng với tốc độ định mức ωđm.
  + Ta có các trường hợp số mũ α ứng với các tải:
   Khi α = ­1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy tiện, doa, máy
cuốn dây, cuốn giấy,....
Đặc điểm của loại máy này là tốc độ làm việc càng thấp thì mômen cản (lực cản) 
càng
lớn.
   Khi α = 0, Mc = Mđm= const, tương ứng các cơ cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang 
máy,
băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt,...
    Khi α = 1, mômen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, tương ứng các cơ cấu ma sát, máy bào, 
máy phát một chiều tải thuần trở.
    Khi α = 2, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy bơm, quạy 
Trang: 2


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
gió,
máy nén.
    Ở hệ thống này , momen cản là loại cơ cấu nâng hạ có α = 0
 Mc = Mđm = const
                                                   ω (rad/s)
α =0

M(N/m)
                                                                       M đm
Hình 3: Đồ thị đặc tính cơ của tải.

1.3 Chọn phương án truyền động:
   Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả

tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể
thỏa mãn yêu cầu đặt ra. Bằng việc phân tích, so sánh các chỉ tiêu kinh tế, kỹ
thuật các hệ truyền động này kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn
được một vài phương án hoặc một phương án duy nhất để thiết kế.
   Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ
truyền động một chiều hay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp
với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động.
   Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều (có chổi than) là:
Điều chỉnh điện áp phần ứng
Điều chỉnh từ thông kích từ
Kết hợp điều chỉnh từ thông kích từ và điện áp phần ứng
    Phương pháp điều chỉnh điện trở phụ trong mạch phần ứng hầu như không được 
sử dụng trong các hệ có yêu cầu chất lượng cao do tổn hao công suất.
Trang: 3


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
­

Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng có đáp ứng được đặc trưng bằng 
hằng số thời gian có giá trị nhỏ.

­

Ngược lại, hằng số thời gian đặc trưng cho đáp ứng của phương pháp điều 
chỉnh từ thông kích từ có giá trị lớn hơn gấp 10­100 lần so với phương pháp 
điều chỉnh điện áp phần ứng.

­


Hằng số thời gian lớn làm cho phương pháp điều chỉnh từ thông kích từ có đáp 
ứng chậm.

­

Phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng phù hợp cho việc điều chỉnh tốc độ 
động cơ dưới tốc độ định mức. Còn phương pháp điều chỉnh từ thông kích từ 
phù hợp để điều chỉnh trên tốc độ định mức.

­

Các phương pháp điều chỉnh truyền động hiện  đại: bộ điều khiển được tự 
động điều chỉnh trong quá trình hoạt động dựa trên các tham số(dã được nhận 
dạng) của động cơ và của các thành phần khác trong hệ.

­

Phương pháp điều chỉnh nối tầng thường được sử dụng phổ biến với đặc 
điểm:
+ mạch vòng dòng điện/momen đáp ứng nhanh.
+ mạch vòng tốc độ đáp ứng chậm hơn.
+ mạch vòng vị trị đáp ứng chậm nhất, hoặc không cần thiết.

     Ở đây ta chọn phương án truyền động cho động cơ một chiều kích từ độc lập, có 
đảo chiều và hoạt động ở 2 góc phần tư, điều khiển đảo chiều bằng cách thay đổi 
điện áp phần ứng.

1.4 Sơ đồ khối cấu trúc của hệ thống truyền động điện:

Trang: 4



Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                

1.5 Tính chọn công suất động cơ:
     Nguồn động lực trong một hệ thống truyền động điện là động cơ điện. Các yêu 
cầu kỹ thuật, độ tin cậy trong quá trình làm việc và tính kinh tế của hệ thống 
truyền động điện phụ thuộc chính vào sự lựa chọn đúng động cơ điện và phương 
pháp điều khiển động cơ.
     Chọn một động cơ điện cho một hệ thống truyền động điện bao gồm nhiều tiêu 
chuẩn phải đáp ứng:
Động cơ phải có đủ công suất kéo.
Tốc độ phù hợp và đáp ứng được phạm vi điều chỉnh tốc độ với một 
phương pháp điều chỉnh thích hợp.
Thỏa mãn các yêu cầu mở máy và hãm điện.
Phù hợp với nguồn điện năng sử dụng (loại dòng điện, cấp điện áp...).
Thích hợp với điều kiện làm việc (điều kiện thông thoáng, nhiệt độ, độ ẩm, 
khí
độc hại, bụi bặm, ngoài trời hay trong nhà...).
     Việc chọn đúng công suất động cơ có ý nghĩa rất lớn đối với hệ truyền động 
điện.

Trang: 5


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
Nếu nâng cao công suất động cơ chọn so với phụ tải thì động cơ sẽ kéo dễ dàng 
nhưng giá thành đầu tư tăng cao, hiệu suất kém và làm tụt hệ số công suất cosθ 
của lưới điện do động cơ chạy non tải. Ngược lại nếu chọn công suất động cơ 
nhỏ hơn công suất tải yêu cầu thì động cơ hoặc không kéo nổi tải hay kéo tải một 

cách nặng nề, dẫn tới các cuộn dây bị phát nóng quá mức, làm giảm tuổi thọ động 
cơ hoặc làm động cơ bị cháy hỏng nhanh chóng.
    Để tính chọn công suất động cơ trong hệ thống có điều chỉnh tốc độ cần phải 
biết những yêu cầu cơ bản sau:
a) Đặc tính phụ tải Pyc(ω), Myc(ω) và đồ thị phụ tải: Pc(t), Mc(t),ω(t);
b) Phạm vi điều chỉnh tốc độ: ωmax và ωmin.
c) Loại động cơ (một chiều hoặc xoay chiều) dự định chọn.
d) Phương pháp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động cần
phải định hướng xác định trước. 
 1.5.1 Xây dựng đồ thị mong muốn của động cơ:
Công thức:    ω L/ω M  = r1/r2 =4 => ω M = ω L/4
    

             ω M(rad/s)
    
     25 

                                                                                                                 
4s

        0              1s                          3s

Trang: 6

6s

7s

t



Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
    
   ­27,5 
Hình 4: Đồ thị tốc độ mong muốn của động cơ.
1.5.2 Xây dựng đồ thị mô men mong muốn của tải:
          Dựa vào đồ thị tốc độ mong muốn của tải và các thông số đã cho,ta tính được 
mô men mong muốn của tải tại từng thời điểm:
    Ta có T2 = TL + JL
Từ 0 đến 1s:  T2 = TL + JL  = 25+ 0,06.100 = 31 (N.m).
Từ 1 đến 3s:    = 0  T2 = 25 (N.m).
Từ 3 đến 4s: T2 = TL + JL   = 25+0,06.100 = 31 (N.m).
Tại 4s: t=0,1s  T2 = TL + JL  = 25+0,06  = 91 (N.m).
Từ 4 đến 6s:    = 0  T2 = 25 (N.m).
Tại 6 đến 7s:  T2 = TL + JL  = 25 +0,06.110 = 31,6 (N.m).
           T2(N.m)                                                                                                        
      91

    31,6
       25      
        0

t
1s                    3s

4s

6s

7s


                     Hình 5 : Đồ thị momen  mong muốn của tải.

1.5.3 Xây dựng đồ thị mô men mong muốn của động cơ:
Mô men quy về trục động cơ: Tem =   T2 =   T2 = 4*T2
Từ 0 đến 1s: Tem = 124 (N.m) 
Từ 1 đến 3s: Tem = 100 (N.m)
Trang: 7


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
Từ 3 đến 4s: Tem = 124 (N.m)
Tại 4s: Tem = 364 (N.m)
Từ 4 đến 6s: Tem = 100 (N.m)
Từ 6 đến 7s: Tem = 126,4(N.m)
           Tem(N.m)                                                                                                        
     364

  126,4
     100      
        0

t
1s                    3s

4s

6s

7s


                     Hình 6 : Đồ thị momen mong muốn của động cơ.

1.5.4 Lập biểu đồ phụ tải sơ bộ:
Quy đổi sang công suất động cơ:
Ta có: P = Tem.ωM
Trong đó: P là công suất động cơ
                 Tem là momen tải
                 ωM là tốc độ quay của roto
  Từ 0 đến 1s: P= Tem.ωM   = 124.25t = 3100t(w)
  Từ 1 đến 3s: P= Tem.ωM = 100.25 = 2500(w)
  Từ 3 đến 4s: P= Tem.ωM  = 124.(100­25t) =12400­3100t (w) 
  Tại 4s: P= Tem.ωM  =  364.(­27,5) = ­10010(w) 
  Từ 4 đến 6s: P= Tem.ωM = 100.(­27,5) = ­2750(w)
  Từ 6 đến 7s: P= Tem.ωM  = 126,4.(27,5t­192,5) = 3476t­24332(w)

Trang: 8


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                

 

Hình 7 :Đồ thị công suất động cơ.
Công suất cực đại Pmax = 10010 W

Với   P1 = 3100 W , t1 = 1s
         P2 = 2500 W , t2 = 2s
P3 = 3100 W , t3 = 1s
        P4 = 10010 W , t4 = 0,1s

        P5 = 2750 W , t5 = 2s
        P6 = 3476 W , t6 = 1s
=> Pđt =3116 (W)
Hệ số dự trữ  k = 1,2 1,4 chọn k = 1,4
Vậy Pđt = 3116*1,4 = 4362,4(W)
Chọn động cơ loại LAK2132­2M­EM4976 của hãng TT Electric có các thông  số:
1

Điện áp định mức (VDC)                    110

2

Công suất định mức (W)

4600

3

Momen định mức (N.m)

63.1

4

Momen xoắn cực đại (N.m)

90
Trang: 9



Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
5

Tốc độ định mức (vòng/phút)

1500

6

Dòng điện định mức (A)

51

7

Dòng điện cực đại (A)

67

8

Điện trở (ohms)

0.162

9

Cảm kháng (mH)

0.0082


10

Khối lượng (kg)

14

Kiểm nghiệm lại các thông số động cơ :
­

n = 1500 vòng/phút =>  nc = 238 vòng/phút 

 cần sử dụng hộp số giảm tốc ( gearbox )

           tỉ lệ  n =  
 chọn gearbox có các thông số cơ bản sau :
Thông số
Tỷ số
Momen đầu trục
Momen lớn nhất
Tốc độ đầu vào

­

Giá trị
7:1
10
35
4000


Đơn vị
N.m
N.m
Vòng/p

Kiểm tra momen đông cơ :
momen đầu trục : T = TN   = 63.1= 441.7 N.m
momen lớn nhất động cơ mong muốn  Tmax = 364 < T =441.7=> thỏa mãn

 vậy động cơ đáp ứng được yêu cầu hệ thống truyền động.

1.6  Xác định các tham số của hệ thống:
1.6.1 Các số liệu ban đầu của động cơ
Điện áp định mức: Uđm = 110 (V)
Công suất định mức : Pđm = 4600 (W)
Tốc độ quay định mức: nđm = 1500 (vòng/phút)
Dòng điện định mức: Iđm = 51 (A)
Trang: 10


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
Mômen quán tính của động cơ: J = 0
Hằng số mômen Km  = 0.59 (N.m/A)
Hằng số thời gian của máy biến dòng: Ti = 0.001 
Hằng số thời gian của máy phát tốc: Tω = 0.01 (s)
1.6.2 Chọn thyristor cho mạch chỉnh lưu:
     Điên ap ng
̣ ́ ược cực đai đăt lên van:
̣ ̣


      Unmax = knv.U2

                (1)

Vơi U
́ 2 la điên ap pha hiêu dung phia ha ap cua may biên ap.
̀ ̣ ́
̣
̣
́ ̣ ́ ̉
́
́ ́
Ta co:  Gia tri trung binh cua điên ap chinh l
́
́ ̣
̀
̉
̣ ́
̉
ưu:
Ud = ku.U..cosα = Udo.cosα                   (2)
Tư công th
̀
ưc ta co thê suy ra: Điên ap trung binh l
́
́ ̉
̣ ́
̀ ớn nhât cua mach chinh l
́ ̉
̣

̉
ưu khi
cosα =1 => α = 00
Tư (1), (2) suy ra điên áp ng
̀
̣
ược cực đai ma thyristor phai chiu:
̣
̀
̉
̣
   Trong đo: ; ;
́
Theo đê yêu câu ta co:  U
̀
̀
́ d =Uđm=  V    Unmax= = 115 (V).
Đê co thê chon van h
̉ ́ ̉
̣
ợp ly, điên ap ng
́ ̣ ́ ược cua van cân chon phai l
̉
̀
̣
̉ ơn h
́ ơn điên ap lam 
̣ ́ ̀
viêc đ
̣ ược tinh t

́ ư công th
̀
ức trên qua hê sô d
̣ ́ ự trữ điên ap  k
̣ ́ u =1,8.
Vây điên ap ng
̣
̣ ́ ược cua van cân chon:
̉
̀
̣
Unv =  = 207(V).
      Dong điên lam viêc cua van đ
̀
̣ ̀
̣
̉
ược tinh theo dong hiêu dung cua s
́
̀
̣
̣
̉ ơ đô trên (I
̀
v= Ihd). 
Dong điên hiêu dung đ
̀
̣
̣
̣

ược tinh: 
́
Ihd = khd.Id
      Trong đo: 
́
Ihd la dong điên hiêu dung cua van.
̀ ̀
̣
̣
̣
̉
Id la dong điên trung binh cua mach chinh l
̀ ̀
̣
̀
̉
̣
̉
ưu.
khd la hê sô xac đinh dong điên hiêu dung. Hê sô nay đ
̀ ̣ ́ ́ ̣
̀
̣
̣
̣
̣ ́ ̀ ược xac đinh theo     
́ ̣
 
bang 8.2 (trang 249 sach ĐTCS cua tac gia Lê Văn Doanh), ta co k
̉

́
̉ ́
̉
́ hd = .
⇒ I1v= Ihd =khd.Id= 51 *=29,5  (A).
Trang: 11


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
Đê van ban d
̉
́ ẫn co thê lam viêc an toan, không bi đanh thung vê nhiêt, phai chon 
́ ̉ ̀
̣
̀
̣ ́
̉
̀
̣
̉
̣
cac thiêt bi hê thông van h
́
́ ̣ ̣
́
ợp ly. V
́ ơi công suât tai trên ta chon điêu kiên lam viêc cua 
́
́ ̉
̣

̀
̣ ̀
̣
̉
van la co canh tan nhiêt va co đu diên tich tan nhiêt, không co quat đôi l
̀ ́ ́
̉
̣ ̀ ́ ̉ ̣ ́
̉
̣
́ ̣
́ ưu không khi. 
́
Vơi điêu kiên trên thi van đ
́ ̀
̣
̀
ược phep lam viêc t
́ ̀
̣ ới 40%Iđm (đôi v
́ ới điêu kiên lam mat 
̀
̣ ̀
́
băng n
̀ ươc thi dong điên lam viêc trên van co thê lên đên 90%I
́ ̀ ̀
̣ ̀
̣
́ ̉

́
đm. 
Vơi điêu kiên lam viêc trên: I
́ ̀
̣ ̀
̣
1v =  Iđmv.
Chon I
̣ 1v = 25%Iđmv hay hê sô d
̣ ́ ự trữ dong điên k
̀
̣ i= 4.
⇒ Iđmv = ki.I1v= 4*29,5  = 118(A).
Tư hai thông sô U
̀
́ nv va I
̀ đmv ta chon 12 thyristor loai T210 N
̣
̣
 co cac thông sô sau:
́ ́
́

Thông số

Giá Trị

Điện áp ngược cực đại của van

Unmax = 300 V.


Dòng điện định mức của van

Imax = 210 A.

Đỉnh xung dòng điện

Ipikmax = 1000 A.

Dòng điện của xung điều khiển

Igmax = 150 mA.

Điện áp xung điều khiển

Ugmax = 2,5 V.

Dòng điện rò

Irmax = 15 mA.

Sụt áp trên thyristor ở trạng thái dẫn

ΔUmax = 2 V.
du/dt = 500 V/s.

Tốc độ biến thiên điện áp
Thời gian chuyển mạch

tq = 15 s.

Tmax= 125oC.

Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

2.1 Mô hình toán học của động cơ:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập được sử dụng rộng rãi trong thực tế.Khi 
đặt lên dây quấn kích từ một điện áp nào đó thì trong dây quấn kích từ sẽ có dòng 
điện và mạch từ của máy sẽ có từ thông Ф. Tiếp đó đặt một giá trị điện áp V lên 
 
mạch phần  ứng thì trong dây quấn phần  ứng sẽ có dòng điện ia chạy qua, tương tác 
  
giữa dòng điện phần  ứng và từ thông kích từ tạo thành mômen  điện từ. Vậy ta có các 
phương trình cơ bản của động cơ một chiều.
Trang: 12


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
     Để xây dựng mô hình toán học của động cơ một chiều kích từ độc lập ta xét động 
cơ làm việc ở chế độ quá độ. Các phương trình mô tả động cơ điện một chiều:
 Phương trình cân bằng điện áp phần ứng:

Suất điện động cảm ứng:
      
Momen điện từ:

Phương trình mô tả 

quan hệ điện­cơ:


Trong đó:        V   : Điện áp mạch phần ứng.            Ra    : Điện trở mạch phần 
ứng.
                               ia      : Dòng điện phần ứng.
ứng.

          La    : Điện cảm mạch phần 

       e    : Sức điện động cảm ứng.

          Te    : Mô men động cơ 

sinh ra.
Chuyển qua miền Laplace:
                                              

           

                  
     Từ hai phương trình ta xây dựng mô hình toán học của động cơ một chiều như sau :

Hình 8 :  Mô hình toán học động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
       Hàm truyền đạt của tốc độ/điện áp và tốc độ/momen tải:
               

Trang: 13


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
            


     Động cơ điện một chiểu kích từ độc lập là một hệ thống tuyến tính, vì vậy theo 
tính xếp chồng đáp ứng của cả 2 đầu vào điện áp và momen tải chúng ta có:

2.2  Xây dựng mô hình toán học của các khâu trong hệ thống :
2.2.1 Mô hình toán học của Bộ biến đổi :
Để có thể đảo chiều cho động cơ, sử dụng hai mạch chỉnh lưu cầu có điều khiển đấu 
song song ngược, điều khiển theo phương  pháp điều khiển chung. Sơ đồ Bộ biến đổi 
như sau:

Hình 9 : Chỉnh lưu đảo chiều dùng 2 bộ biến đổi đấu song song ngược.
Điện áp ra của bộ chỉnh lưu :         Vdc =.U.cosα   
Trang: 14


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                

          trong đó:   U­ điện áp hiệu dụng của nguồn
                               α­ góc kích mở thyristor
Chọn nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos ta có:

           
Suy ra    Vdc = .U.            

            Vdc =. .Vc
                  

Vdc = Kr.Vc

với Kr = .


Uđb = Vcm.cosα => tại điểm giao nhau điện áp điều khiển  Vc = Uđb = Vcm.cosα
    Bộ chỉnh lưu hoạt động theo chu kì lấy mẫu của mạch điều khiển. Khoảng thời 
gian lấy mẫu gây ra sự trễ của bộ biến đổi.
Khi thay đổi điện áp điều khiển, hoặc khi các thyristor thay đổi trạng thái đóng mở, thì 
điện áp ra chưa thay đổi ngay lập tức.
Góc trễ có thể được hiệu chỉnh và sẵn sàng để thực thi trong khoảng 60o giữa 2 
khoảng góc mở của 2 thyristor. 
Vì vậy thời gian trễ có thể được lấy bằng một nửa khoảng trễ này:

Tr =  x thời gian một chu kì =  .  
f = 50 (Hz) => Tr = 1.667 (ms)
Bộ chỉnh lưu do đó được mô hình hóa bằng hàm trễ:

Gr(s) = Kr.

(1.5)

Trong trường hợp gần đúng ta có thể viết:

Gr(s) =  

(1.6)

Vậy ta có mô hình toán của bộ chỉnh lưu hình cầu ba pha như sau:

Trang: 15


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                


Udk(s)

Kr
Tr.s + 1

Udc(s)

Hình 10: Mô hình toán chỉnh lưu hình cầu ba pha.
2.2.1 Mô hình toán học của Cảm biến :
a) Phản hồi dòng điện:

    Mô hình toán học của phản hồi dòng điện có thể biểu diễn bằng một hệ số 
khuếch đại Hc. Trong đa số trường hợp không yêu cầu có bộ lọc.
Trong trường hợp cần dùng bộ lọc, một bộ lọc thông thấp được sử dụng. Hằng 
số thời gian dưới 10ms thường được sử dụng.
b) Phản hồi tốc độ:

   Trong các hệ thống trước đây thường dùng máy phát tốc để đo tốc độ. Một 
bộ lọc thông thấp có hằng số thời gian dưới 10ms thường được sử dụng. 
Hàm truyền đạt của khâu phản hồi tốc độ:

Gω = 
Trong đó  Kω ­ hệ số khuếch đại của cảm biến
Tω ­hằng số thời gian của bộ lọc
2.3 Xây dựng mô hình toán học của cả hệ thống:

Trang: 16



Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
Tranformer
Fast acting
contactor

3
Three phase
ac supply

3

Field
winding
i

1/ Kt
*

Wr

i a*

TC*

+
_

+

VC


_

ia

Wmr

Speed
controller

+

Armature

Vdc-

cos-1

Current
Controller

Limiter

HC
Tach

Filter

Load


Thay thế  mô hình hàm truyền đạt của động cơ điện một chiều kích từ  độc lập 
đã xây dựng ta có:
Three- phase
ac supply
Tl
*

ia

VC

+
_

i am

Current
controller

va

cos-1

Phasecontrolled
converter

+

_


e

1
Ra +s.La

ia

Kb

TC

+

_

Wm

1
Bl +sJ

Kb

HC

Giả thiết trường hợp mô­men tải tỷ lệ với tốc độ của động cơ và cho bởi công thức: 
Biến đổi sơ đồ khối mô hình hàm truyền đạt của động cơ:
Bl
Tl (s)
V(s)
a


+
_

1
Ra+s.La

Ia (s)

Kb

T(s)
e

E(s)

Kb

Trang: 17

+

_

1
B1+ s.J

wm(s)



Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
V(s)
a

1
Ra+s.La

+
_

Ia (s)

Kb

T(s)
e

1

wm(s)

B1+Bl + s.J

E(s)

Kb

V(s)
a


+
_

Ia(s)

1
Ra+s.La

1

wm(s)

B1+Bl + s.J

E(s)

Kb
B1+Bl + s.J

V(s)
a

1+s.Tm
K1
(1+s.T1 ).(1+ T2 .s)

Ia(s)

Kb/ Bt
1 +s.Tm


Wm

Trong đó, các hàm truyền đạt và hệ số như sau:
 
 
 
 
 
 
Hàm truyền của bộ biến đổi (đã xây dựng ở chương 2):
 
Bộ điều khiển dòng điện và Bộ điều khiển tốc độ theo phương pháp hàm chuẩn  
đã xác định là khâu PI:
 
 
Trang: 18


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                
Sơ đồ khối hàm truyền đạt của hệ thống:
i a*

*

Wr

+
_


Wmr

Gs(s)
Speed
controller

+

Gc (s)

_

ia
Limiter

Current
Controller

VC

Gc (s)
Coverter

HC

Gw(s)

Trang: 19

K1


1+s.Tm
(1+s.T1 ).(1+ T2 .s)

Kb/ Bt
1 +s.Tm

Wm


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                

CHƯƠNG 3 TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

3.1 Sơ đồ các mạch vòng của hệ thống điều khiển truyền động điện:

3.2 Tổng hợp mạch vòng dòng điện:

Sau một vài phép biến đổi sơ đồ khối, ta có hàm khuếch đại (loop gain function) của 
mạch vòng dòng điện như sau:

Ta thấy hàm khuếch đại của hệ có bậc 4, vì vậy cần đơn giản hóa hàm truyền để 
việc tổng hợp hệ thống được dễ dàng hơn.
Trong vùng  lân cận của tần số cắt ta có thể xấp xỉ như sau:

Nhờ vậy hàm khuếch đại của hệ số có thể đước đơn giản hóa thành:

Trong đó hệ số K được xác định như sau:

Có thể thấy được các hằng số thời gian ở mẫu số của hàm truyền đạt  cảu hệ có giá 

trị khác nhau:
Trang: 20


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                

Nếu chúng ta chọn hằng số thời gian của bộ điều khiển dòng điện là : 
Thì hàm khuếch đại của hệ thống sẽ được đơn giản thành hệ bậc 2 như sau:

Do đó, phương trình đặc tính của hệ kín như sau:

Phương trình đặc tính có thể được viết lại như sau:

Từ phương trình đặc tính ta có tần số tự nhiên và hệ số tắt dao động như sau:

Để hệ thống có đặc tính tính động học tốt thì có thể chọn hệ số tắt dao động bằng 
0.707. Vì vậy thay vào phương trình của  ζ chúng ta có thể có:

Trong thực tế mô hình của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, ta có :
và 
Do đó ta có hệ số K có thể xấp xỉ thành:

Từ phương trình của hệ số K chúng ta giải ra hệ số khuếch đại của bộ điều khiển PI 
là:

Xấp xỉ mô hình mạch vòng dòng điện thành mô hình bậc nhất
     Để thiết kế mạch vòng tốc độ, mô hình bậc 2 của mạch vòng dòng điện cần được 
thay thế bằng một mô hình xấp xỉ bậc nhất.
Mạch vòng dòng điện được xấp xỉ bằng cách cộng thêm hằng số thời gian trễ trong 
khối bộ biến đổi vào hằng số  của động cơ. Kết quả ta có hàm truyền đạt và sơ đối 

khối của mạch vòng dòng điện như sau:
Trang: 21


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                

Trong đó: 

Hàm truyền đạt có thể đơn giản hóa thành:

Trong đó:

3.2 Tổng hợp mạch vòng tốc độ:
     Mạch vòng tốc độ sau khi đã sữ dụng xấp xỉ bậc nhất của mạch vòng dòng điện 
được biểu diễn như trên hình vẽ. Trong đó hàm số khuếch đại (loop gain function) của 
hệ là:

    Để giảm bậc của hệ thống, ta sử dụng phép xấp xỉ sau đây trong lân cận của tần số 
cắt:

Tiếp theo, ta xây dựng một hằng số thời gian tương đương với thời gian trễ của mạch 
phản hồi tốc độ và thời gian của mạch vòng dòng điện. Tổng của hai thời gian trễ này 
rất nhỏ so với hằng số thời gian tích phân. Do đó ta có sự xấp xỉ sau;

Trong đó:

Trang: 22


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                

Hàm truyền đạt của hệ kín như sau:

Trong đó:

Hàm truyền này được tối ưu để có dải tần số rộng và biên độ bằng 1 trong dải tần số 
đó. Biên độ của hàm truyền được cho bởi phương trình:

Bằng cách làm cho các hệ số của   và   bằng 0 chúng ta có:

Thay các điều kiện này bằng các tham số của động cơ và bộ điều khiển chúng ta có:

Từ các phương trình cân bằng hệ số ở trên, cuối cùng ta có:

Thay các phương trình của hệ số    và    vào  hàm truyền đạt của hệ kín, chúng ta có:

Với hàm truyền hệ kín như trên, hệ sẽ có độ quá điều chỉnh lớn. Do đó một khâu bù 
được thêm vào phía trước để giảm độ quá điều chỉnh:

Trang: 23


Đồ án môn học:Tổng hợp hệ thống Truyền động điện                

CHƯƠNG 4    MÔ PHỎNG, KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 
CHẤT LƯỢNG

4.1 Mô phỏng hệ thống trên phần mềm MATLAB­Simulink :

Trang: 24