Bài giảng Hệ truyền động điện - Chương 1: Những vấn đề chung của hệ truyền động điện

18/25/2010
Chương 1 
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG CỦA HỆ TRUYỀN 
ĐỘNG ĐIỆN
1.1 Cấu trúc của hệ truyền động điện
1.2 Phần cơ của hệ truyền động điện
1.3 Phương trình chuyển động của hệ truyền 
động
1.4 ĐTC và các trạng thái làm việc của hệ
truyền động điện
8/25/2010
1.1 Cấu trúc của hệ truyền động điện
1.1.1 Định nghĩa hệ truyền động điện
1.1.2 Hệ truyền động của máy sản xuất
1.1.3 Cấu trúc chung của hệ truyền động điện
1.1.4 Phân loại các hệ truyền động điện
Về đầu chương
28/25/2010
1.1.1 Định nghĩa hệ truyền động điện
Hệ truyền động điện là ...
Về đầu chương
8/25/2010
1.1.2 Hệ truyền động của máy sản xuất
Xét 3 ví dụ:
a) Truyền động của máy bơm nước
b) Truyền động cần trục
c) Truyền động mâm cặp máy tiện
Về đầu chương
38/25/2010
a) Truyền động của máy bơm nước
Về đầu chương
Biến đổi
8/25/2010
b) Truyền động cần trục
Về đầu chương
48/25/2010
b) Truyền động cần trục
Về đầu chương
8/25/2010
c) Truyền động mâm cặp máy 
tiện
Về đầu chương
58/25/2010
c) Truyền động mâm cặp máy 
tiện
Về đầu chương
8/25/2010
c) Truyền động mâm cặp máy 
tiện
Về đầu chương
68/25/2010
1.1.3 Cấu trúc chung của hệ truyền động điện
BĐ Đ TL CT
ĐK
Lệnh đặt
Phần điện Phần cơLưới
Về đầu chương
8/25/2010
1.1.4 Phân loại các hệ truyền 
động điện
a) Theo đặc điểm động cơ
b) Theo tính năng điều chỉnh
c) Theo mức độ tự động hĩa
d) Một số cách phân loại khác
Về đầu chương
78/25/2010
1.2 Phần cơ của hệ truyền động điện 
1.2.1 Các đại lượng đặc trưng cho các phần 
tử cơ học 
1.2.2 Sơ đồ tính tốn phần cơ 
1.2.3 Phân loại mơmen cản 
Về đầu chương
8/25/2010
1.2.1 Các đại lượng đặc trưng 
cho các phần tử cơ học
Qui đổi: 1KG=9,81N; 1 rad/s=9,55 vg/ph; 
Về đầu chương
kgm2JMomen quán 
tính
kgmTrọng lượng
rad/s2 s-2εGia tốc gĩcm/s2aGia tốc
rad/s s-1ω
vịng/phútn
Tốc độ (gĩc)m/svVận tốc
NmM, McMomenN, KGF, P, GLực
Đơn vịKý hiệuĐại lượngĐơn vịKý 
hiệu
Đại lượng
Chuyển động quayChuyển động thẳng
88/25/2010
1.2.2 Sơ đồ tính tốn phần cơ
a) Qui đổi mơmen cản Mc về (tốc độ) trục 
động cơ
b) Qui đổi mơmen quán tính về (tốc độ) trục 
động cơ J
Về đầu chương
8/25/2010
Sơ đồ tính tốn phần cơ đơn khối
Quy đổi
Về đầu chương
98/25/2010
a) Qui đổi mơmen cản về trục động cơ Mc
Nguyên tắc qui đổi: 
Ta cĩ:
i i i
dc i.qd
i i
P M .
P M .
ω
= ω = =
η η
Về đầu chương
8/25/2010
a) Qui đổi mơmen cản về trục động cơ Mc
• Qui đổi mơmen Mi tác động vào phần tử thứ i làm việc ở tốc 
độ ωi về tốc độ ω:
trong đĩ
i = ω/ωi: tỷ số truyền lực từ trục động cơ đến trục thứ i
η: hiệu suất của bộ truyền lực từ trục động cơ đến trục thứ i.
• Tương tự, nếu phần tử i chuyển động thẳng với tốc độ Vi và cĩ
lực tác động là Fi thì:
 hay
trong đĩ ρ = ω/Vi
η
=
.i
1
MM iqd.i
ηρ
=
.
1
FM iqd.i
i i i
dc i.qd
i i
P F .v
P M .= ω = =
η η
Về đầu chương
10
8/25/2010
Tổng quát, momen cản tổng quy 
đổi về trục động cơ
Trong đĩ: 
+ k số phần tử quay cĩ momen Mk tác động lên.
+ l số phần tử chuyển động thẳng cĩ lực Fl tác 
động lên.
∑∑
ηρ
+
η
=
l ll
l
k kk
kC .
1
F
.i
1
MM
Về đầu chương
8/25/2010
b) Qui đổi mơmen quán tính về trục động cơ J
Nguyên tắc quy đổi là bảo tồn động năng 
của hệ trước và sau khi qui đổi:
+ Động năng của phần tử quay thứ i:
22
i
d i.qd iW J . J .2 2
ωω
= =
Về đầu chương
11
8/25/2010
b) Qui đổi mơmen quán tính về trục động cơ J
• Quy đổi mơmen quán tính Ji- của phần tử thứ
i làm việc với tốc độ ωi về tốc độ ω 
• Tương tự nếu vật chuyển động thẳng Vi, m ⇒
ω
• Tổng mơmen quán tính, k – số phần tử chuyển 
động
2iqd.i i
1
.JJ =
2iqd.i
1
.mJ
ρ
=
∑+=
k
qd.idt JJJ
Về đầu chương
8/25/2010
Sơ đồ tính tốn phần cơ đơn khối
Về đầu chương
12
8/25/2010
Ví dụ 1 Lập sơ đồ tính tốn đơn 
khối cho phần cơ của cần trục
Bỏ qua trọng lượng 
dây cáp, hãy qui 
đổi mơmen cản Mc
và mơmen quán 
tính Jt trên trục 
động cơ.
Về đầu chương
8/25/2010
Giải
*) Qui đổi mơmen cản:
+ Qui đổi G ⇒ trống tời MCT
+ Qui đổi MCT ⇒ trục động cơ ω
t
t
CT
1
.
2
D
.GM
η
=
η
=
.i
1
MM CTC η : hiệu suất của hộp giảm tốc; 
i = ω/ωct
/C .
1
.GM
ηρ
=Hoặc: với ρ = ω/v; η’ = η.ηt
Với G [N]; Dt [m]; ηt
Về đầu chương
13
8/25/2010
*) Qui đổi mơmen quán tính:
+ Momen quán tính của rơto động cơ Jđ và của bánh răng 1 (Jb1) 
khơng phải quy đổi, vì chúng quay cùng tốc độ rơto ω.
+ Momen quán tính bánh răng 2 (Jb2) 
 được quy đổi từ tốc độ ωCT về ω như sau:
22bqd.2b i
1
.JJ =
+ Tương tự, momen quán tính Jtt của trống tời được quy 
đổi thành:
2ttqd.tt i
1
.JJ =
+ Momen quán tính quy đổi của tải trọng G cĩ khối lượng 
m và vận tốc v:
2qd.G
1
.mJ
ρ
=
Về đầu chương
8/25/2010
Mơmen quán tính tổng của hệ
Jt = Jđ + Jb1 + Jb2.qd + Jtt.qd + JG.qd 
Kết quả ta thu được sơ đồ tính tốn đơn khối 
Về đầu chương
14
8/25/2010
Bài tập 1:
Xác định mơmen cản và mơmen 
quán tính của tải trọng và dây cáp 
quy đổi về trục động cơ biết rằng 
cơ cấu nâng hạ cĩ sơ đồ động học 
như trên hình bên, trong đĩ bộ
truyền gồm 1 cặp bánh răng cĩ tỷ
số truyền i = 5, trọng lượng của 
vật nâng G = 10kN, trọng lượng 
dây cáp Gc = 10%G; tốc độ nâng 
v = 16,5m/s; Hiệu suất cặp bánh 
răng η = 0,95; Hiệu suất trống tời 
ηt = 0,93; Đường kính trống tời Dt 
= 0,6m.
Đáp án
Về đầu chương
8/25/2010
Bài tập 2
Cho hệ thống truyền động điện 
như hình vẽ bên. Tính mơmen 
cản Mc và mơmen quán tính Jt 
quy đổi về trục động cơ. Biết tỷ
số truyền của 2 cặp bánh răng i1
= i2 = 5, trọng lượng vật nâng G 
= 22kN, trọng lượng cáp 
Gc=10%G, vận tốc nâng v = 
20m/s. Hiệu suất mỗi cặp bánh 
răng η1 = η2 = 0,96; hiệu suất 
trống tới ηCT = 0,93. Đường kính 
trống tời DCT = 0,58m. Momen 
quán tính của roto, các khớp nối, 
các bánh răng, và trống tời lần 
lượt là 0,102; 0,01; 0,01; 0,03; 
0,06; 0,03; 0,07; 0,252 kgm2; 
Về đầu chương
15
8/25/2010
Bài tập 3
Đ
Cánh 
quạt
ωQ
Cho hệ thống truyền động điện như hình vẽ bên. 
Tính mơmen cản Mc và mơmen quán tính Jt
quy đổi về trục động cơ khi động cơ quay ở tốc 
độ n = 955 vịng/phút.
Biết tỷ số truyền của cặp bánh răng i = 0,4; tải 
quạt cĩ phương trình đặc tính cơ:
2
dmQ
Q
dmQcocQ n
n
MMM 







+=
Với Mco = 0; MdmQ = 72 Nm; ndmQ = 2000 vịng/phút.
Hiệu suất của cặp bánh răng η = 0,96. Momen quán tính của 
roto, các bánh răng, cánh quạt lần lượt là 0,07; 0,05; 0,03; 0,02.
Về đầu chương
8/25/2010
1.2.3 Phân loại mơmen cản
a) Phân loại mơmen cản Mc theo chiều tác 
dụng
b)Phân loại theo hàm số phụ thuộc giữa 
mơmen cản và tốc độ- ĐTC của máy sản 
xuất 
c) Phân loại mơmen cản theo thời gian tác 
dụng - Đồ thị phụ tải 
d) Phân loại khác
Về đầu chương
16
8/25/2010
a) Phân loại mơmen cản Mc theo 
chiều tác dụng
Về đầu chương
8/25/2010
b)Phân loại theo hàm số phụ thuộc giữa mơmen 
cản và tốc độ- ĐTC của máy sản xuất (4)
Quan hệ giữa Mc =f(ω) được gọi là ĐTC của máy sản xuất.
- Momen cản loại máy tiện:
ω
ω
≈
ω
ω
+= dmdmdmdmcoc
.M
.MMM
Về đầu chương
17
8/25/2010
b)Phân loại theo hàm số phụ thuộc giữa mơmen 
cản và tốc độ- ĐTC của máy sản xuất (4)
- Momen cản loại cần trục 
MC = Mđm = const
Về đầu chương
8/25/2010
b)Phân loại theo hàm số phụ thuộc giữa mơmen 
cản và tốc độ- ĐTC của máy sản xuất (4)
- Momen cản loại quạt giĩ
2
dm
dm
2
dm
dmcoc .MMMM 





ω
ω
≈





ω
ω
+=
Về đầu chương
18
8/25/2010
b)Phân loại theo hàm số phụ thuộc giữa mơmen 
cản và tốc độ- ĐTC của máy sản xuất (4)
- Momen cản loại ma sát nhớt 
ω
ω
≈
ω
ω
+= .
M
MMM
dm
dm
dm
dmcoc
Về đầu chương
8/25/2010
- Momen cản loại ma sát nhớt 
Về đầu chương
Xem thêm về loại tải máy bơm bằng trục vít me:
19
8/25/2010
Diễn tả tổng quát cả 4 loại tải bằng 
cơng thức chung 
q
dm
dmcoc .MMM 





ω
ω
+= q = -1, 0, 1, 2. 
Về đầu chương
8/25/2010
Về đầu chương
Bài tập
Tìm hiểu loại tải và nguyên lý hoạt động của các máy dưới đây: 
20
8/25/2010
Về đầu chương
Bài tập (tiếp)
8/25/2010
Câu hỏi
• Giả sử động cơ quay 
với tốc độ khơng đổi. 
Momen cản trên trục 
động cơ Mc cĩ thay 
đổi theo thời gian 
khơng?
• Động cơ đang kéo 
loại tải gì? q=?
Về đầu chương
21
8/25/2010
c) Phân loại mơmen cản theo thời 
gian tác dụng - Đồ thị phụ tải
+ Một động cơ điện chạy liên tục trong 1 năm rồi nghỉ 1 tháng 
sau đĩ chạy tiếp. Động cơ làm việc ở chế độ nào?
+ Động cơ một chiều được cấp điện theo chu kỳ như sau: Đĩng 
điện trong 1ms, rồi cắt điện trong 3ms. Hỏi động cơ làm việc ở
chế độ nào?
Về đầu chương
8/25/2010
d) Cách phân loại khác(*)
• Tải mơmen khơng đổi, tốc độ thay đổi
• Tải mơmen thay đổi, tốc độ thay đổi
• Tải cơng suất khơng đổi
• Tải cơng suất khơng đổi, mơmen khơng đổi
• Tải mơmen khởi động lớn theo sau mơmen 
khơng đổi
(*) AC Induction Motor Fundamentals, 2003, Microchip Technology Inc.
Về đầu chương
22
8/25/2010

 Tải mơmen khơng đổi, tốc độ thay đổi
• mơmen khơng đổi bất 
chấp tốc độ thay đổi.
• Tải cầu trục, thang máy, 
vận thăng, các máy 
nâng hạ, băng tải và
máy cấp liệu,y
Về đầu chương
8/25/2010

 Tải mơmen thay đổi, tốc độ thay đổi
• Momen tỷ lệ bình 
phương lần tốc độ, 
cơng suất tỷ lệ bậc 
ba với tốc độ.
• Tải quạt, bơm,y
Về đầu chương
23
8/25/2010

 Tải cơng suất khơng đổi
• Momen tỷ lệ nghịch với 
tốc độ và cơng suất giữ 
khơng đổi khi mơmen và
tốc độ thay đổi.
• Loại tải thường gặp trong 
ngành giao thơng vận tải, 
loại tải cĩ yêu cầu 
mơmen lớn ở tốc độ thấp 
đặc biệt lúc khởi động để
gia tốc; sau đĩ giảm dần 
khi đã khởi động xong. 
Về đầu chương
8/25/2010
• Đây là loại tải rất hay gặp 
trong ngành cơng nghiệp 
sản xuất giấy.
• Khi tốc độ nhỏ hơn một 
mức xác định thì mơmen 
giữ khơng đổi, khi tốc độ 
vượt quá một ngưỡng xác 
định thì mơmen giảm tỷ lệ
nghịch với tốc độ để đảm 
bảo cơng suất khơng đổi.
 Tải cơng suất khơng đổi, mơmen khơng 
đổi
Về đầu chương
24
8/25/2010
• Đây là loại tải cĩ đặc tính 
cơ mơmen cĩ giá trị rất lớn 
khi tốc độ thấp, khi tốc độ 
vượt quá một ngưỡng xác 
định thì mơmen giữ khơng 
đổi.
• Đây là đặc tính tải của các 
loại máy đúc ép, máy đùn 
chất dẻo,y

 Tải mơmen khởi động lớn theo sau 
mơmen khơng đổi
Về đầu chương
8/25/2010
- Vật chuyển động thẳng 
a
m
∑ = a.mFi
- Vật chuyển động quay 
Jt
ε ∑ ε= .JM ti
- Với hệ truyền động điện ∑ =−= dgci MMMM
- Gia tốc của hệ
dt
dω
=ε
Về đầu chương
1.3 Phương trình chuyển động của hệ truyền động
25
8/25/2010
1.3 Phương trình chuyển động của hệ truyền động
⇒ Ta thu được 
dt
d
.JMM tc
ω
=−
”phương trình chuyển động của hệ truyền động điện”
- Qui ước dấu:
+ Chọn một chiều quay của roto động cơ làm chuẩn dương (ω>0)
+ Mơmen động cơ sinh ra M>0 khi M cùng chiều với ω.
+ Mơmen cản Mc>0 khi Mc ngược chiều với ω.
+ Cơng suất điện Pđ>0 khi điện năng truyền từ lưới vào động cơ.
+ Cơng suất cơ Pcơ>0 khi cơ năng truyền từ động cơ đến máy sản xuất.
- Câu hỏi:
+ Khi nào động cơ tăng tốc, giảm tốc, và quay ổn định (quan hệ
giữa mơmen động cơ sinh ra và mơmen tải phải như thế nào)?
“phương trình động lực học của hệ thống truyền động điện”
Jt- mơmen quán tính của 
cả hệ thống
Về đầu chương
8/25/2010
1.4 ĐTC và các trạng thái làm việc 
của hệ truyền động điện
1.4.1 ĐTC của máy sản xuất 
1.4.2 ĐTC của động cơ điện 
1.4.3 Độ cứng của ĐTC
1.4.4 Các trạng thái làm việc của động cơ
1.4.5 Khái niệm về độ ổn định tĩnh hệ truyền 
động điện
Về đầu chương
26
8/25/2010
1.4.1 ĐTC của máy sản xuất
Mc = f(ω)
- Độ cứng đặc tính cơ βc = dMc/dω
1.4.2 ĐTC của động cơ điện 
M = f(ω)
- ĐTC tự nhiên?
- ĐTC nhân tạo?
Đặc tính cơ: ĐTC là quan hệ giữa hai đại lượng cơ học 
mơmen (cản hoặc động cơ sinh ra) và tốc độ quay 
roto động cơ 
Về đầu chương
8/25/2010
ω∆
∆
≈
ω
=β
M
d
dM
hay
*
*
*
d
dM
ω
=β
trong đĩ M* = M/Mđm; ω*=ω/ωđm; hoặc ω*=ω/ω0
M1 M2
ω2
ω1
β<0
0
MM
12
12 <
ω−ω
−
≈β
β = 0
M
β=∞
ω
M1 M2
β>0
ω1
ω2
2 1
2 1
M M
0
−
β ≈ >
ω −ω
1.4.3 Độ cứng của ĐTC
Do hầu hết các ĐTC của động cơ điện cĩ β<0, nên để so sánh độ cứng 
giữa các ĐTC ta qui ước dùng trị tuyệt đối của lβl thay cho β:
*
*
*
dM dM
&
d d
β = β =
ω ω
Về đầu chương
27
8/25/2010
1.4.4 Các trạng thái làm việc của 
động cơ
• Điểm làm việc 
xác lập là giao 
của 2 đường 
ĐTC: ĐTC của 
tải và ĐTC 
của động cơ
Về đầu chương
8/25/2010
1.4.4 Các trạng thái làm việc của động cơ
Mcω<0
Mcω<0
Mcω>0
Mcω>0
Về đầu chương
28
8/25/2010
1.4.4 Các trạng thái làm việc của động cơ
• Miền làm việc của 
động cơ bị giới 
hạn bởi những 
yếu tố nào? 
(Động cơ cĩ thể
làm việc được-an 
tồn-trong tồn 
bộ mặt phẳng 
[M,ω])?
Mcω<
Mcω<
Mcω>
Mcω>
Về đầu chương
8/25/2010
1.4.5 Khái niệm về độ ổn định tĩnh
Xét điểm A:
M (β<0)
M
ω
A
Mc (βc>0)
ωA
ω1
MAMc1 M1
M (β<0)
M
ω
A
Mc (βc>0)
ωA
ω2
MA Mc2M2
⇒ Điểm A là ổn định (β<βc)
Về đầu chương
29
8/25/2010
1.4.5 Khái niệm về độ ổn định tĩnh
M (β>0)
Xét điểm B:
M
ω
B
Mc (βc>0)
ωB
ω1
Mc1M1 MB M
ω
B M (β>0)
Mc (βc>0)
ωB
ω2
Mc2 M2MB
⇒ Điểm B là khơng ổn định (β>βc)
Điều kiện ổn định: β < βc
Về đầu chương
8/25/2010
Bài tập
• Tìm các điểm 
làm việc ổn 
định trong số
các điểm làm 
việc xác lập-
các điểm cắt 
hình bên.
Mc1
Mc2
Mc3
M
M
ω 1
2
3
4
Trở về đầu chương
a)
30
8/25/2010
Bài tập
• Tìm các điểm 
làm việc ổn 
định trong số
các điểm làm 
việc xác lập-
các điểm cắt 
hình bên.
Mc1
Mc2
M
M
ω
1
2
Trở về đầu chương
b)