Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học Mỏ-Địa chất

Mạc tiến thành

Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển xung
hệ truyền động điện một chiều
phục vụ công tác giảng dạy tại trờng đại học
công nghiệp quảng ninh
Chuyên ngành:

Điện khí hoá mỏ

M số:

60.52.52

Luận Văn Thạc sĩ kỹ thuật
ngời hớng dẫn khoa học
TS. đinh Văn Thắng

Hà nội - 2010


Lời cam đoan

Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển xung hệ truyền động một
chiều phục vụ công tác giảng dạy tại trờng Đại học Công nghiệp Quảng
Ninh hoàn toàn do tác giả tự nghiên cứu, thiết kế và xây dựng. Tôi xin cam
đoan các số liệu tính toán, thiết kế là trung thực. Đề tài cha đợc ai công bố
trên bất kỳ công trình nào.

Tác giả

Mạc Tiến Thành


Lời cảm ơn

Trong suốt thời gian nghiên cứu, với sự cố gắng của bản thân; sự giúp
đỡ, chỉ bảo tận tình của ngời hớng dẫn khoa học TS. Đinh Văn Thắng, Bộ
môn Kỹ thuật Điện - Điện tử, và các thầy cô Bộ môn Điện khí hóa, Tự động
hóa Trờng Đại học Mỏ - Địa chất; cùng các đồng nghiệp, các cơ quan, đơn vị
đ tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả xin trân thành
cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó!
Do thời gian và trình độ còn nhiều hạn chế nên chắc chắn luận văn
không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả kính mong nhận đợc sự đóng góp
ý kiến của các thầy cô giáo và đồng nghiệp để luận văn đợc hoàn thiện hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
Tác giả

Mạc Tiến Thành


Mục lục
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ và đồ thị

Mở đầu.........................................................................................

01

Chơng 1 - Tổng quan về các phơng pháp điều
khiển hệ truyền động điện một chiều
1.1. Lựa chọn động cơ điện cho hệ truyền động điện một chiều
tầu điện mỏ......................................................................................

04

1.2. Tổng quan về các phơng pháp điều khiển hệ truyền động
điện một chiều cho tầu điện mỏ trên thế giới..................................

07

1.3. Tổng quan về các phơng pháp điều khiển tầu điện mỏ ë ViƯt
Nam.................................................................................................

14

1.4. NhËn xÐt...................................................................................

18

Ch−¬ng 2 - C¬ së lý thut ®iỊu khiĨn hƯ trun
®éng ®iƯn mét chiỊu cho tÇu ®iƯn mỏ bằng
phơng pháp xung
2.1. Lựa chọn phơng pháp điều khiển cho hệ truyền động điện
tầu điện mỏ......................................................................................


19

2.2. Lý thuyết biến đổi xung áp một chiều......................................

19

2.3. Quá trình quá độ trong bộ biến đổi xung điều khiển theo
phơng pháp điều chế ®é réng xung PWM.....................................

24


Chơng 3 - Xây dựng bộ điều khiển xung hệ
truyền ®éng ®iƯn mét chiỊu cho tÇu ®iƯn má
3.1. Lùa chän tần số làm việc và sơ đồ điều khiển bộ biến đổi
xung dùng cho tầu điện mỏ.............................................................

34

3.2. Van bán dẫn công suất.............................................................

36

3.3. Chọn van bán dẫn công suất trong bộ biến đổi
xung.................................................................................................

37

3.4. Xây dựng sơ đồ nguyên lý của bộ biến đổi xung cho truyền

động tầu điện mỏ.............................................................................

37

3.5. Sơ đồ mạch điều khiển cho hệ truyền động điện một chiều
tầu điện mỏ......................................................................................

48

Chơng 4 - Xây dựng bài thí nghiệm về ®iỊu khiĨn
xung HƯ trun ®éng ®iƯn mét chiỊu cho tÇu
®iƯn mỏ phục vụ công tác đào tạo
4.1. Mục đích thí nghiệm................................................................

52

4.2. Tiến hành thí nghiệm................................................................

52

4.3. Viết báo các thí nghiệm............................................................

58

Phụ lục........................................................................................

59

Kết luận và kiến nghị.........................................................


63

Tài liệu tham khảo...............................................................

64


Danh mục các bảng

Bảng

Tên bảng

Trang

1.1

Đặc tính kỹ thuật tầu điện cần vẹt

15

1.2

Đặc tính kỹ thuật tầu điện ắc qui

15


Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Hình


Tên hình

Trang

1.1

Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

4

1.2

Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập

6

1.3

Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp

6

1.4

Sơ đồ nguyên lý điều khiển tầu điện AK-2Y

7

Sơ đồ nguyên lý điều khiển theo phơng pháp thay

1.5

đổi điện trở phụ và điện áp phần ứng động cơ nhờ
chuyển mạch từ cách mắc nối tiếp các động cơ sang

9

song song và ngợc lại (tầu điện AM-8)
1.6
1.7

Sơ đồ giải thích nguyên lý điều khiển tầu điện AM-8
Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ tầu theo phơng
pháp sử dụng biến áp có nhiều cấp điện áp ra

10
12

Nguyên lý điều khiển truyền động điện tầu điện theo
1.8

nguyên tắc điều chỉnh điện áp phần ứng ®éng c¬

13

(h ng ASEA)
2.1

Nguyên lý băm xung áp một chiều


20

2.2

CÊu trúc chung của băm xung áp một chiều

21

2.3
2.4
2.5
2.6

Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển băm xung một chiều
phơng pháp xung - tần số
Biểu đồ thời gian giải thích nguyên lý hoạt động của
phơng pháp xung - tần số
Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển băm xung một chiều
phơng pháp PWM
Biểu đồ thời gian giải thích nguyên lý hoạt động của
phơng ph¸p PWM

21
22
23
23


2.7
2.8

2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi băm xung áp một chiều
nối tiếp
Đồ thị dòng tải đ tuyến tính hóa
Giản đồ thời gian dòng và áp bộ băm xung áp một
chiều nối tiếp ở chế độ dòng điện liên tục
Giản đồ thời gian dòng và áp bộ băm xung áp một
chiều nối tiếp ở chế độ dòng điện gián đoạn
Sơ đồ của bộ băm xung áp một chiều song song
Giản đồ thời gian dòng và áp bộ băm xung áp một
chiều song song ở chế độ dòng điện liên tục
Giản đồ thời gian dòng và áp bộ băm xung áp một
chiều song song ở chế độ dòng điện gián đoạn
Sơ đồ của bộ băm xung áp một chiều nối tiếp và
song song phối hợp
Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi xung dùng IGBT
Sơ đồ khối chức năng của mạch điều khiển băm
xung áp một chiều
Sơ đồ xung khâu tạo điện áp tựa dạng tam giác sử

dụng IC thuật toán TL084
Đồ thị xung khâu tạo điện áp tựa dạng tam giác
Sơ đồ khâu tạo điện áp điều khiển sử dụng IC thuật
toán TL084

24
26
27
28
29
30
32
32
37
39
40
41
44

3.6

Sơ đồ khâu so sánh sử dụng IC thuật toán TL084

45

3.7

Đồ thị xung khâu so sánh

46


3.8

Khâu khuếch đại xung sư dơng Driver M57957L cã
c¸ch ly quang

47


Sơ đồ mạch điều khiển băm xung áp một chiều dùng
3.9

IGBT cho hệ truyền động điện một chiều tầu điện

49

mỏ
3.10
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6

Đồ thị xung của mạch điều khiển băm xung áp một
chiều dùng IGBT
Biểu đồ xung khi độ rộng xung của dải xung là 25%
Đặc tính tốc độ khi độ rộng xung của dải xung là
25%

Biểu đồ xung khi độ rộng xung của dải xung là 50%
Đặc tính tốc độ khi độ rộng xung của dải xung là
50%
Biểu đồ xung khi độ rộng xung của dải xung là 75%
Đặc tính tốc độ khi độ rộng xung của dải xung là
75%

50
53
53
55
55
57
57


1

Mở đầu

1. Tính cấp thiết của đề tài luận văn
Sự ra đời và phát triển nhanh chóng của linh kiện ®iƯn tư c«ng st lín
nh− Transistor, Mosfet, IGBT, Thyristor cã cửa ngắt, MTS, ..., cùng với việc
cải tiến, hoàn thiện các mạch điều khiển đ tạo nên sự thay đổi sâu sắc và sự
phát triển vợt bậc của kỹ thuật biến đổi và lĩnh vực điều khiển truyền động
điện một chiều.
Hầu hết các hệ truyền động điện trong tầu điện mỏ của nớc ta hiện nay
là hệ truyền động điện một chiều sử dụng bộ khống chế và điều khiển tốc độ
theo phơng pháp cổ điển dùng điện trở mắc nối tiếp vào mạch điện phần ứng.
Nhợc điểm của các hệ truyền động điện cho tầu điện mỏ với hệ điều khiển và

khống chế nh trên gây tổn thất ủin nng lớn, hiệu suất thấp và vận hành
phức tạp do thờng xuyên phải bảo dỡng thay thế các tiếp điểm của bộ
khống chế. Ngoài ra trong quá trình làm việc, hệ thống điều khiển thờng phát
sinh nhiễu do chuyển mạch đóng cắt các tiếp điểm. Việc ứng dụng các linh
kiện điện tử công suất lớn vào hệ truyền động điện một chiều áp dụng cho tầu
điện mỏ sẽ khắc phục đợc những nhợc điểm trên đồng thời có thể sử dụng
tính năng h m tái sinh nâng cao hiệu quả sử dụng năng lợng.
Trờng Đại học Công nghiệp Quảng Ninh mới đợc thành lập trên cơ
sở từ trờng Cao đẳng Kỹ thuật Mỏ, là cơ sở đào tạo cán bộ chuyên môn cho
công nghiệp khai thác mỏ ở tỉnh Quảng Ninh. Việc đào tạo nhân lực trình độ
chuyên môn cao đáp ứng đợc yêu cầu thực tiễn sản xuất hiện nay là nhim
v cấp bách và cần thiết. Vì thế đợc sự đồng ý của cơ sở đào tạo nhà trờng,
tác giả lựa chọn đề tài luận văn thạc sỹ kỹ thuật: "Nghiên cứu, ứng dụng bộ
điều khiển xung hệ truyền động điện một chiều phục vụ công tác giảng dạy tại
Trờng đại học Công nghiệp Quảng Ninh".


2

2. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn
- Xây dựng bộ băm xung điện áp một chiều cho hệ truyền động điện tầu
điện mỏ
- Xây dựng một số bài thí nghiƯm vỊ ®iỊu khiĨn xung hƯ trun ®éng
®iƯn mét chiỊu góp phần vào việc hỗ trợ công tác giảng dạy môn học Truyền
động điện của Trờng Đại học Công nghiệp Quảng Ninh.
3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu của luận văn
Kỹ thuật biến đổi điện áp một chiều DC/DC ®−ỵc øng dơng réng r i
trong rÊt nhiỊu lÜnh vùc khác nhau, trong đó bao gồm cả điều khiển hệ truyền
động điện tầu điện mỏ. Nội dung của luận văn chỉ giới hạn nghiên cứu xây
dựng bộ băm xung điều khiển hệ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp và

xây dựng một số bài thí nghiệm phục vụ nhiệm vụ đào tạo của Trờng Đại học
Công nghiệp Quảng Ninh.
4. Phơng pháp nghiên cứu
- Phơng pháp quan sát, phân tÝch khoa häc.
5. ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiƠn của luận văn
* ý nghĩa khoa học của luận văn
Luận văn xây dựng hệ điều khiển hệ truyền động điện một chiều bằng
phơng pháp xung cho tầu điện mỏ, xây dựng bài thí nghiệm về điều khiển hệ
truyền động điện một chiều cho tầu điện phục vụ công tác đào tạo chuyên
môn.
* ý nghĩa thực tiễn của luận văn
Kết quả nghiên cứu của luận văn giúp cho công tác nghiên cứu, thiết kế
và xây dựng phơng pháp điều khiển hệ truyền động điện một chiều cho tầu
điện mỏ đợc dễ dàng, chính xác hơn, đồng thời góp phần thực tiễn nâng cao
chất lợng đào tạo và bổ xung cơ sở trang thiết bị phục vụ dạy học của Trờng


3

Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, đáp ứng đợc nhu cầu của ngành Công
nghiệp khai thác mỏ trong khu vực hiện nay.
6. Nội dung của luận văn
Mở đầu
Chơng 1: Tổng quan về các phơng pháp điều khiển hệ truyền động
điện một chiều.
Chơng 2: Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ truyền động điện một chiều
phơng pháp xung cho tầu điện mỏ.
Chơng 3: Xây dựng bộ điều khiển xung hệ truyền động điện một chiều
cho tầu điện mỏ quy mô bài thí nghiệm phục vụ công tác đào tạo.
Chơng 4: Xây dựng một số bài thí nghiệm phục vụ công tác đào tạo

của Nhà trờng
Kết luận và kiến nghị.


4

Chơng 1
Tổng quan về các phơng pháp điều khiển
Hệ truyền ®éng ®iƯn mét chiỊu

1.1. Lùa chän ®éng c¬ ®iƯn cho hệ truyền động điện một chiều tầu
điện mỏ
Động cơ điện một chiều bao gồm các loại nh: động cơ một chiều kích
từ nối tiếp, động cơ một chiều kích từ độc lập và song song, động cơ một
chiều kích từ hỗn hợp.
Đặc tính cơ của các loại động cơ này đợc trình bày trên hình 1.1.



Hình 1.1. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
trong đó:
+ Đờng 1: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp;
+ Đờng 2: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập;
+ Đờng 3: Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.
Đặc điểm của động cơ một chiều đó là:
- Đờng đặc tính cơ có độ cứng thay đổi, ở vùng tải nhỏ hơn tải định
mức, đờng đặc tính cơ có dạng hypebol, độ cứng nhỏ; ngợc lại khi quá tải,
đặc tính là đờng thẳng, độ cứng lớn. Vì thế, động cơ có khả năng điều chỉnh



5

tốc độ trong phạm vi rộng mỗi khi phụ tải thay đổi; khi tải nhẹ, động cơ quay
với tốc độ nhanh, tốc độ chuyển động của tầu lớn, tăng năng suất vận tải; còn
khi tải nặng, động cơ giảm tốc để khắc phục sức cản mà không gây quá tải về
công suất.
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp luôn có khả năng chịu đợc
quá tải lớn hơn so với động cơ một chiều kích từ song song và độc lập. Khi
cha b o hòa từ, mô men của động cơ một chiều kích từ nối tiếp đợc tính
theo công thức:

M e = K .C .I 2

(1.1)

trong đó:
+ K- hệ số phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn của động cơ;
+ C - hệ số tỷ lệ tuyến tính giữa từ thông và dòng điện kích từ;
+ I- dòng điện phần ứng của động cơ, A.
Khi tầu khởi động ở cuối đờng dây, động cơ vẫn có khả năng sinh ra
mô men khởi động lớn mà dòng điện không lớn, do đó tiết diện dây dẫn và
công suất của trạm cung cấp nhỏ sẽ giảm đợc chi phí đầu t.
- Đối với động cơ một chiều kích từ song song, khi tăng phụ tải (ví dụ:
tàu lên dốc, vào đờng vòng, v.v... ) tốc độ động cơ giảm đi, mô men sẽ tăng
tỷ lệ với dòng điện nh hình 1.2, dễ làm cho động cơ quá tải về công suất.
Ngợc lại, với động cơ một chiều kích từ nối tiếp, khi tải tăng dòng điện phần
ứng và từ thông tăng, tốc độ động cơ giảm mạnh còn mô men động cơ tăng
nhanh.
Hình 1.3. là đặc tính cơ và đặc tính mô men của động cơ điện một chiều
kích từ nối tiếp dùng trong các hệ truyền động điện tầu điện mỏ.



6







Hình 1.2. Đặc tính cơ của động cơ

Hình 1.3. Đặc tính cơ của động cơ

một chiều kích từ độc lập

một chiều kích từ nối tiếp

Trong đó, trên hình 1.2:
+ Đờng 1: Biểu diễn đặc tính mô men và dòng điện phần ứng động cơ
một chiều kích từ độc lập;
+ Đờng 2 và 3: Biểu diễn đặc tính tốc độ động cơ một chiều kích từ
độc lập.
Trên hình 1.3:
+ Đờng 1: Biểu diễn quan hệ giữa dòng điện phần ứng và mô men
động cơ một chiều kích từ nối tiếp;
+ Đờng 2: Biểu diễn đặc tính tốc độ động cơ một chiều kích từ nối
tiếp.
- Nếu phụ tải của động cơ tăng, làm dòng điện phần ứng tăng tới mức
b o hòa mạch từ thì tốc độ động cơ giảm xuống tới giá trị nhỏ nhất và động cơ

làm việc ổn định hơn.
- Cuộn kích từ của động cơ điện một chiều nối tiếp có tiết diện lớn, số
vòng ít nên chịu đợc dòng điện lớn, dễ chế tạo và ít h hỏng so với động cơ
một chiều kích từ độc lËp hc song song.


7

1.2. Tổng quan về các phơng pháp điều khiển hệ truyền động điện
một chiều cho tầu điện mỏ trên thế giới
Để điều khiển tốc độ động cơ tầu điện, có thể sử dụng một trong các
nguyên tắc cơ bản sau :
1. Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ;
2. Thay đổi điện trở phụ mắc vào mạch phần ứng động cơ;
3. Thay đổi dòng điện kích từ của động cơ;
4. Điều chỉnh kết hợp các nguyên tắc trên.
Nguyên tắc thứ 3 khó thực hiện với động cơ điện một chiều kích từ nối
tiếp, các nguyên tắc 1 và 2 chỉ áp dụng đối với động cơ công suất nhỏ.
1.2.1. Phơng pháp điều chỉnh điện trở phụ mắc nối tiếp mạch phần
ứng của động cơ
Phơng pháp dùng điện trở nối tiếp mắc trong mạch phần ứng của động
cơ một chiều kích từ nối tiếp là phơng pháp đơn giản nhất dùng để khởi
động, điều chỉnh tốc độ trong hầu hết các tầu điện mỏ.
Mục đích là hạn chế dòng ®iƯn cđa ®éng c¬ khi khëi ®éng, thay ®ỉi tèc
®é và h m tầu đảm bảo trong khoảng IKĐ = (2 ữ 2,5)Iđm.
Nhợc điểm của phơng pháp là gây tổn thất điện năng trên các điện trở
điều chỉnh, phát sinh tia lửa giữa các tiếp điểm của bộ khống chế, điều chỉnh
tốc độ không êm.
Sơ đồ nguyên lý điều khiển tầu điện theo phơng pháp điều chỉnh điện
trở phụ mắc nối tiếp mạch phần ứng của động cơ nh hình 1.4.


Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý điều khiển tầu điện AK-2Y


8

Nguyên lý điều khiển tầu điện nh sau:
- ở tốc độ I: tay điều khiển tốc độ đặt ở vị trí số I, tiếp điểm 3 đóng, các
tiếp điểm 1, 2 và 4 mở; toàn bộ điện trở R1, R2 mắc nối tiếp vào mạch phần
ứng.
- ở tốc độ II: sau 2 đến 3 giây, tay điều khiển về vị trí số II, tiếp điểm 2
đóng, loại điện trở R1 khỏi mạch.
- ở tốc độ III : tiếp điểm 2 và 4 đóng, tiếp điểm 1 và 3 mở; các ®iƯn trë
R1, R2 m¾c song song. Do ®ã, ®iƯn trë giảm, tốc độ tăng lên.
- ở tốc độ IV: các tiÕp ®iĨm 2, 3, 4 ®ãng, tiÕp ®iĨm 1 më, loại toàn bộ
điện trở khỏi mạch phần ứng, động cơ làm việc trên đờng đặc tự nhiên, tầu
điện làm việc ở tốc độ định mức.
- ở tốc độ V: đóng các tiếp điểm 1, 2, 3, 4 làm giảm từ thông kích từ.
Vì vậy, tốc độ động cơ, tốc độ chuyển động của tầu tăng trên tốc độ định mức,
lực kéo giảm. Các tiếp điểm 5, 6, 7, 8 sử dụng để đổi chiều chuyển động của
tầu điện.
1.2.2. Phơng pháp thay đổi điện trở phụ, thay đổi điện áp đặt vào
động cơ
Với các tầu điện có công xuất vừa và lớn đợc trang bị hệ truyền động
nhiều động cơ, để điều khiển tầu, thờng kết hợp các phơng pháp thay đổi
điện trở phụ và điện áp phần ứng động cơ nhờ chuyển mạch từ cách mắc nối
tiếp các động cơ sang song song và ngợc lại, hoặc thay đổi cách nối giữa hai
tổ hợp ắc qui cung cấp điện cho tầu.
Điển hình cho phơng pháp này đợc thể hiện qua sơ đồ nguyên lý điều
khiển tầu điện AM-8 nh hình 1.5.



9

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý điều khiển theo phơng pháp thay đổi điện trở phụ
và điện áp phần ứng động cơ nhờ chuyển mạch từ cách mắc nối tiếp các động
cơ sang song song và ngợc lại (tầu điện AM-8)
Sơ đồ nguyên lý điều khiển tầu điện AM-8 đợc thể hiện trên hình 1.6.
Từ sơ đồ (hình 1.6), nguyên lý điều khiển tầu điện AM-8 nh sau:
- ở tốc ®é I: hai ®éng c¬ ®Êu nèi tiÕp víi nhau và đấu nối tiếp với điện
trở khởi động, đợc nối với 2 tổ hợp ắc qui đấu song song. Trong trờng hợp
này, toàn bộ điện trở khởi động đợc đa vào mạch và điện áp cung cấp cho
động cơ bằng 1/4 điện áp định mức.
- ở tốc độ II: hai bộ nguồn ắc qui nối song song cung cấp điện cho hai
động cơ mắc nối tiếp, điện trở phụ đợc loại khỏi mạch, điện áp đặt vào động
cơ là 32,5V.


10

Hình 1.6. Sơ đồ giải thích nguyên lý điều khiển tầu điện AM-8


11

- ở tốc độ III: hai bộ nguồn ắc qui nối song song cung cấp điện cho hai
động cơ đấu nối tiếp làm điện áp trên mỗi động cơ có giá trị 32,5V. Hai cuộn
dây kích từ của hai động cơ đấu song song làm dòng điện kích từ giảm đi 1/2,
từ thông động cơ giảm, tốc độ động cơ tăng.
- ở tốc độ IV: hai bộ ắc qui đấu song song cung cấp cho hai động cơ

đấu song song với đủ từ thông kích từ, điện áp trên mỗi động cơ là 65V, tốc độ
động cơ tăng.
- ở tốc ®é V: t−¬ng tù tèc ®é sè IV, song tõ thông kích từ của mỗi động
cơ giảm 50% so với từ thông ban đầu, tốc độ động cơ tăng lên.
- ở tốc độ VI: hai bộ nguồn ắc qui đấu nối tiếp cung cấp điện cho hai
động cơ nối song song với đầy đủ kích từ, điện áp trên mỗi động cơ đợc tăng
lên gấp đôi so với tốc độ số V là 130V, tốc độ động cơ tăng đạt tới tốc độ định
mức.
- Tầu điện AM-8 có trang bị hệ thống h m động năng tự kích. Khi h m,
các động cơ đợc cắt ra khỏi nguồn ắc qui, phần ứng động cơ (M1) nối với
cuộn kích từ của động cơ (M2). Ngợc lại, phần ứng động cơ (M2) nối với
cuộn kích từ của động cơ (M1) và đợc nối chung vào điện trở h m có hai cấp
điều chỉnh.
1.2.3. Phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ theo cấp sử
dụng hệ tiếp điểm
Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ tầu theo phơng pháp sử dụng biến
áp có nhiều cấp điện áp ra nh hình 1.7.
Nguồn ®iƯn xoay chiỊu mét pha qua cÇn lÊy ®iƯn, cÇu dao cách ly vào
cuộn dây sơ cấp của máy biến áp, cuồn thứ cấp có nhiều đầu phân áp để đa
ra các cấp điện áp khác nhau. Điện áp đầu ra cđa biÕn ¸p qua bé chØnh l−u
cung cÊp cho ®éng c¬ trun ®éng.


12

Hình 1.7. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ tầu theo phơng pháp sử dụng
biến áp có nhiều cấp điện áp ra
Điều chỉnh tốc độ chuyển động của tầu bằng cách đóng một trong các
tiếp điểm của đầu phân ¸p trªn cn thø cÊp cđa m¸y biÕn ¸p nhê các bộ
khống chế, hoặc công tắc tơ. Điện áp cung cấp cho chỉnh lu có dạng bậc

thang, vì vậy trong mạch cần có cuộn kháng cân bằng.
1.2.4. Phơng pháp điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ theo cấp hệ
không tiếp điểm
Sự ra đời của các linh kiện điện tử công suất lớn đ làm thay đổi lớn về
hệ điều khiển truyền động điện động cơ một chiều. Bằng phơng pháp thay
đổi thời điểm phát xung mở van bán dẫn trong bộ chỉnh lu, có thể điều chỉnh
đợc liên tục ®iƯn ¸p mét chiỊu ®Ĩ ®iỊu chØnh tèc ®é ®éng cơ.
Sơ đồ nguyên lý điều khiển truyền động điện tầu điện theo nguyên tắc
điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ (đợc h ng ASEA áp dụng) mô tả trên
hình 1.8.


13

Hình 1.8. Nguyên lý điều khiển truyền động điện tầu điện
theo nguyên tắc điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ (h ng ASEA)
Giá trị điện áp trung bình của bộ chỉnh lu cầu một pha bán điều khiển
đợc xác ®Þnh theo biĨu thøc 1.2.
U d0 =

U 2m
π

(1 + cos )

(1.2)

trong đó:
+ Ud0 - giá trị trung bình của ®iƯn ¸p chØnh l−u, V;
+ U2m - ®iƯn ¸p thø cÊp m¸y biÕn ¸p, V;

+ α - gãc më cđa các tiristor.
Khi thay đổi trong khoảng từ (0 ữ ) thì Ud0 thay đổi trong khoảng từ
(U2m/ ữ 0), dòng điện động cơ đợc xác định theo biÓu thøc 1.3.
Id =

U d0 − E
Rd

(1.3)


14

trong đó:
+ Rd - điện trở phần ứng của động cơ điện, ;
+ E - sức điện động của động cơ, V.
Tầu điện lấy điện từ hệ thống cung cấp điện xoay chiều một pha, qua
cần tiếp điện, cầu dao cách ly tới bộ chỉnh lu cầu một pha bán điều khiển.
Đầu ra cầu chỉnh lu là điện áp một chiều có thể thay đổi đợc trị số nhờ thay
đổi góc mở . Hai động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp M1, M2 luôn đợc
mắc song song với nhau và nối với đầu ra của bộ chỉnh lu qua các tiếp điểm
thờng đóng H1, H2. Vì vậy, khi cần thay đổi tốc độ tầu chỉ việc ®iỊu chØnh
®iƯn ¸p mét chiỊu cđa bé chØnh l−u. C¸c cặp tiếp điểm P1- P1; T1- T1; P2- P2;
T2- T2 dùng để đổi chiều chuyển động của tàu. Tầu có thể thực hiện h m động
năng bằng cách mở các tiếp điểm thờng đóng H1, H2 và đóng các tiếp ®iĨm
th−êng më H1, H2; c¸c ®iƯn trë h m Rh1, Rh2.
1.3. Tổng quan về các phơng pháp điều khiển tầu điện mỏ ở Việt
Nam
1.3.1. Đặc điểm của tầu điện mỏ sử dụng ở Việt Nam
Các mỏ than hầm lò ở nớc ta chủ yếu sử dụng tầu điện của Nga và

Trung Quốc sản xuất để vận chuyển than từ các chân thợng, vận chuyển đất
đá từ các lò chuẩn bị ra ngoài chân giếng. Sau đó chuyển tiếp lên mặt bằng mỏ
bằng trục tải hoặc băng tải, đồng thời chuyển vật t, thiết bị, máy móc từ
ngoài vào các khu vực sản xuất.
Tầu điện sử dụng ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh có hai loại là:
tầu điện cần vẹt và tầu điện ắc qui. Các loại tầu này có đặc điểm khối lợng
đầu tầu nhỏ và vừa; công suất từ 2,05kW đến 90kW; tỷ số truyền hộp giảm tốc
lớn; tốc độ chuyển động của tầu thấp. Đặc tính kỹ thuật của các đầu tầu điển
hình đợc giới thiệu trong bảng 1.1 và bảng 1.2.


15

Bảng 1.1. Đặc tính kỹ thuật tầu điện cần vẹt
Các thông số

Đơn vị

Trọng lợng đầu tầu
Cỡ đờng
Lực kéo

Loại tầu điện
7KP-1Y 10KP-2

14KP

K-14

kN


70

140

140

mm

600-900 750-900 750-900 750-900

N

100

16500

16500

24000

24000

Vận tốc chế độ giờ

km/h

10,5

10,5


12,6

12,6

Đờng kính bánh xe

mm

680

680

760

760

10,97

10,97

14,83

14,83

Động cơ kéo

P-22

P-255


K-809A

T-46

Số lợng động cơ

2

2

2

2

50

50

90

90

900

1320

1320

theo vòng tiếp xúc

Tỷ số truyền hộp
giảm tốc

Công suất tổng

kW

Tốc độ động cơ

vòng/phút 900

Kích thớc cơ bản:

mm

- Dài

4500

4500

5200

5200

- Rộng

1050

1050


1350

1350

- Cao

1500

1500

1650

1650

Bảng 1.2. Đặc tính kỹ thuật tầu điện ắc qui
Các thông số

Đơn vị

Loại tầu điện CĐXT-8

Trọng lợng đầu tầu

kN

80

Lực kéo


N

13000

Cỡ đờng

mm

600/900

Cơng cự

mm

1150


16

Kích thớc cơ bản:

mm

- Dài

4400

- Rộng

1350


- Cao

1600

Đờng kính bánh tầu

mm

610

Động cơ điện

Loại

DZQ-15dl

Tốc độ tầu

km/h

7,8

Số lợng động cơ

2

Tỉ số truyền hộp giảm tốc
Tốc độ động cơ
Công suất động cơ

Điện áp
ắc qui

11,59
vòng/phút

1080

kW

15

V

132
DG-400KT

Theo quy hoạch phát triển ngành than trong những năm tới, để đảm bảo
sản lợng than khai thác thì cần tăng số lợng các mỏ hầm lò do ngày càng
khai thác xuống sâu. Điều đó dẫn tới hàm lợng khí mê tan tăng. Để đảm bảo
an toàn nổ, các mỏ bắt buộc phải chuyển sang sử dụng tầu điện ắc qui thay
cho tầu điện cần vẹt để vận chuyển.
1.3.2. Đặc điểm hệ thống đờng sắt vận tải tầu điện mỏ
Từ kết quả khảo sát thực tế và qua các số liệu thống kê của Bộ Công
nghiệp (2006), Công ty than Mạo Khê và Công ty than Vàng Danh về hệ
thống đờng sắt vận tải tầu điện mỏ Quảng Ninh năm 2006. Các hệ thống
đờng sắt mỏ ở nớc ta có hai loại là đờng cỡ 600mm và đờng cỡ 900mm.
Đờng cỡ 600mm sử dụng cho tầu công suất nhỏ trọng tải goòng đến 1 tấn,
đờng cỡ 900mm sử dụng cho tầu công suất lớn trọng tải goòng đến 3 tấn.
Ray trong mỏ là loại P18, P24 và P33. Chiều dài tuyến vận tải thờng không lớn