Giáo trình Thiết kế thiết bị điều khiển

 1 
Giới Thiệu Chung 
-TB điều khiển là hệ tự động cục bộ 
VD : - Máy phát : Thông số cần điều khiển U,f 
a) - ổn áp : U 
 - Động cơ : I,M,W 
Suy ra nội dung : -Thiết lập sơ đồ nguyên lí thiết bị 
 -Tính chọn phần tử trong hệ 
 -Tính toán hệ thống 
Bài 1 Các loại thiết bị điều khiển ( TBTĐ ) 
 Phân loại theo nhiều dấu hiệu khác nhau 
VD : - Hệ duy trì xđặt = const 
 - Hệ tuỳ động xđặt bất kì,ngẫu nhiên 
 - Hệ phương trình xđặt hàm cho trước 
Suy ra chỉ học về các hệ điều khiển Đ ( hệ duy trì ).Từ đây suy ra các hệ 
khác. 
BàI 2 Các bước tính toán thiết kế 1 thiết bị điều khiển 
 Yêu cầu thiết kế 
- Đáp ứng được các yêu cầu công nghệ cho trước. 
+ Xuất phát từ địa chỉ sử dụng Đ ( dùng để làm gì ) 
 + Chỉ tiêu, số liệu công nghệ : 
 VD : P, w, D, Ikđ , dw/dt. 
 Sản phẩm 
Phần tử điều khiển Bộ biến đổi Phần tử CH 
Phản hồi 
 2 
 - Sơ đồ của thiết bị ( hệ thống ). 
 - Chọn được, chế được các phần tử trong hệ 
 - Thông số và đặc tính làm việc của hệ. 
VD : xđmax , xđmin ,xđặt dm ,xramax ,xđm . 
 Đặc tính cơ, đặc tính quá độ hệ thống điện. 
 Các bước tính toán : 
1. Lấy số liệu : tìm hiểu yêu cầu tổng thế. 
 - Số liệu máy sản xuất (Mc (Fc), Vmáy ) suy ra I, Wđc, Pđc 
 - Yêu cầu công nghệ. 
 - Số liệu nguồn điện. 
 - Những yêu cầu khác ( kinh tế, năng lực vốn, môI trường) 
 2. Tính chon Đ 
 - Tính chọn Pđ, WĐ đm, loại Đ, cấp điện áp,chế độ phụ tải 
3. Dự kiến ( thiết kế sơ bộ ) sơ đồ nguyên lí chung của hệ thống (hở, không 
tự động ) 
 VD: động cơ một chiều ,chọn hệ CL_Đ 
- công suất 100kW suy ra CL 3fa cầu_Đ 
- công suất 1kW suy ra CL 1fa cầu_Đ. 
 Đưa ra một sơ đồ suy ra so sánh suy ra chọn. 
(kế thừa: dựa vào những hệ đã có, lấy tương tự ). 
4. Tính chọn các phần tử trong sơ đồ ( chủ yếu Đ đã chọn trước (bước 2 ) suy 
ra ta chọn biến đổi phần tử điều khiển),có thể 2 phần này là một. 
5. tính toán các thông số và đặc tính tĩnh của hệ tự động ( tính toán tĩnh ). 
a ,lập sơ đồ tự động ( có khâu đặt tín hiệu phản hồi các tín hiệu 
đầu ra và các tín hiệu trung gian).dự kiến loại hệ rự động. 
- Hệ duy trì có sai số tĩnh (hệ tĩnh ). 
- Hệ phi tuyến. 
b ,Tính toán hệ số phản hồi và chọn các phần tử trong mạch 
phản hồi. 
c ,Dựng được các đặc tính vào ra của phần tử điều khiển hoặc 
của bộ biến đổi. 
d ,Dựng đặc tính tĩnh của hệ tự động. 
e ,Đánh giá chất lượng tĩnh của hệ. 
 - Các thông số biên của hệ. 
 - Độ chính xác duy trì đại lượng được điều khiển. 
 - Đ. 
Thông số biên: xđặt đm (Uđặt ) suy ra Wđm , Iđm Uđm.,Uphi (đm). 
- xđặt max xmax. 
- xđặt min xmin. 
Độ chính xác quan tâm nhất là ss tốc độ 
 w% = wo.uđm.100% /w 
 3 
là cho trước từ yêu cầu công nghệ. 
f ,kiểm nghiệm các số liệu đã tính ở trên. 
 Nếu chất lượng khồng đạt yêu cầu thì phảI chọn lại hoặc tính lại các 
thông số trên. 
 + Xph, kph. 
 + Hệ số khuếch đại của hệ thống. 
k = kbd.kđ.bptđk (thường để phát triển chất lượng thì b tăng ) 
VD :khi chất lượng (tĩnh) thấp thì phảI tăng bph 
6. Tính toán động lực hệ tự động 
 a, Thiết lập sơ đồ chức năng hệ tự động 
 b, Viết hàm truyền của các phần tử và tìm hàm truyền của hệ tự động. 
 c, Khảo sát độ ổn định tĩnh của hệ tự động (dựa vào các tiêu chuẩn xét ổn 
định). 
 d, Đối với trường hợp không ổn định tính toán chọn khâu hiệu chỉnh ( có 
thể dùng các phương pháp gián tiếp). 
 e, Dựng đặc tính quá độ x = f(t) /xdat=const,đánh giá các chỉ tiêu chất lượng 
động. 
- Số lần dao động. 
- xmax. 
- 
 xmax% = xmax.100%/x ≤ 60%. 
 xmax 
 4 
BàI 2 Tính toán công suất Đ điều chỉnh 
- Gồn hai loại Đ : 
+ Loại Đ không điều chỉnh :chỉ làm việc ở một cấp độ. 
+ Loại có điều chỉnh :làm việc ở nhiều cấp khác nhau, tốc độ được điều 
chỉnh bằng điện. 
*, Trước hết tính toán công suất yêu cầu để chọn Đ ( thông thường ) loại 
không điều chỉnh cho kết quả các thông số định mức của Đ. 
*, Kiểm nghiệm theo điều kiện điều chỉnh. 
=> Chọn sơ bộ Đ kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng, quá tảI, khởi 
độngkiểm nghiệm theo điều kiện điều chỉnh. 
1. Lý thuyết phát nóng và làm nguội của Đ. 
 - Tính toán nhiệt độ Đ khi làm việc, nhiệt độ cho phép của vật liệu cách 
điện trong Đ. 
 - Đóng điện với công suất cơ Pc  Trong động cơ tổn thất p. 
 p = Pc . 
1 

 Gây ra nhiệt độ theo hàm mũ ( thay nhiệt độ bằng  ( t) hay nhiệt sai ) 
  = ođ-( bđ- ođ)e
-t/Tn 
Tn :hệ số thời gian nhiệt. 
 ođ = 
 

 A :hệ số tản nhiệt của D  
Tn = 
C
A
 C :nhiệt dung riêng của D 
Pc 
nn 

 5 
 Pc 
Chia ra các khoảng thời gian t1, t2, t3 
- Trong t1 ; 
  ođ = 
1P 

  bđ1=0  (t) tăng 
t 
Đóng 
Ngắt 
t1 t2 
Pc1 
Pc 
t 
 p 
 p1 
T1 T2 T3 
 6 
 - Trong t2 :  ođ2 = 
2P 

  bđ2= c1 ,  2(t) tăng 
 - Trong t3 :  ođ3 = 
3P 

  bđ2= c2 ,  3(t) giảm 
Khi Pc(t) là đường nhiều bậc  (t) là một đường răng cưa. ở đó xuất hiện 
 max  cp với  cp là nhiệt sai cho phép của Đ, được quyết định bởi vật liệu 
cách điện. 
- Nừu Pc (t) với t đủ dàI  max   tb chọn công suất Đ có thể theo 1 
trong 2 thông số này 
  (t) Pc(t) 
2, Phân loại đồ thị phụ tảI : 3loại 
- DàI hạn 
- Ngắn hạn 
- Ngắn hạn lặp lại 
 Tương ứng 3 chế độ làm việc của Đ 
Để chọn công suất Đ căn cứ vào chế độ làm việc, loại phụ tải 
3, VD : Tính chọn công suất Đ cho tait dàI hạn ( dùng Đ cho chế độ làm việc 
dàI hạn ). 
 Giả thiết có một phụ tảI dàI hạn biến đổi Pc(t) 
 tođ3= p3 
tođ2= p2 
tođ1= p1 
 p 

 
 7 
*, Bước 1: Chọn sơ bộ Đ ( nguồn điện cấp điện áp, yêu cầu để dự kiến đ ) 
- Tính toán công suất trung bình 
 Pctb = 
Pci.ti
ti


 Chọn Pđm = 1,11,3 Pctb Tra ra P 
- Có trường hợp đồ thị phụ tảI cho theo mô men 
Mc = f(t) 
 Mctb = 
Mci.ti
ti


 Chọn Mđm 1,11,3 Mctb 
 Có Đ cùng các số liệu cần thiết “đồ thị phụ tảI tĩnh” 
 Thông số Pđm, Mđm, Iđm, Mmax, J 
*, Bước 2: Kiểm nghiệm Đ theo điều kiện phát nóng 
- Xây dựng đồ thị phụ tảI toàn phần ( đồ thị phụ tảI chính xác ) gồm phụ tảI 
tĩnh( Pc, Mc )các phụ tảI xuất hiện trong quá trình quá độ (Mkđ,Mhãm) 
 Tương ứng với loại công suất đóng. 
Hoặc phảI hiệu chỉnh các khoảng thời gian do ảnh hưởng của các thời gian 
quá trình quá độ . 
 Mđộng - J
dw
dt
 ( qua hệ M-Mc=
dw
dt
 M=
dw
dt
+Mc) 
 Không hoặc khác xa đồ thị Mc=f(t) Pc=f(t) xác định lại công suất hoặc 
mômen Đ kiểm nghiệm lại công suất Đ. 
t 
t1 t2 
Pc1 
Pc(t) 
t3 
Pc2 
Pc3 
 8 
*, Kiểm nghiệm lại công suất Đ theo các phương pháp sau : 
a, phương pháp tính tổn thất ttrung bình, từ đồ thị phụ tảI toàn phần và quan 
hệ  = f(p) vẽ quan hệ p=f(t) 
 Ptb= 
Pci. ti
ti


 so sánh Pđm của Đ 
 Ptb Pđm  tb  cp 
 phương pháp này tương đối chính xác vấn đề là phảI biết  =f(t) 
b, Phương pháp dùng đại lượng đẳng trị 
 vì Pi, Ptb , Pđm phụ thuộc vào I
2  M2  P2 
 Pi  I
2 , Pđm  I
2
đm 
 Mđẳng trị = 
Mi.Mi.ti
ti


 Mđt Mđm 
 Pđẳngtrị= 
Pi.Pi.ti
ti


 Pđt Pđm 
Chú ý: Trong một số trường hợp khi có đủ số liệu hoặc do yêu cầu tính toán 
có độ chính xác cao nguời ta có thể suy từ đồ thị phụ tảI tính tĩnh ( Pc, Mc )và 
phụ tảI động Đ để lập nên đồ thị phụ tảI toàn phần theo dòng điện I=f(t). 
 Iđt= 
Ii.Ii.ti
ti


 Iđt Iđm 
*, Kiểm nghiệm theo điều kiện quá tảI và khởi động MmaxD Mcmax trong đó 
động cơ 1 chiều : MmaxD= (22,5)Mđm 
t 
t1 t2 
J
dw
dt
Pc(M) 
t3 
Pc2 
Pc3 
J
dw
dt
 9 
ĐCKĐB có: MmaxD Mth=x.Mđm 0,81Mth nếu xét đến khả năng quá tảI 10% 
ĐCĐB coc : Mmax  (2 2,5)Mđm 
 Mcmaxtrong các máy cơ khí = 2 Mđm 
 Mkđ Mco với Mco mômen cản lúc máy không quay. 
- Đa số máy cơ khí Mco Mđm 
- TảI nặng như máy vận chuyển, máy ma sát nhớt Mco Mđm 
Động cơ 1 chiều : Mkđ  (2 2,5)Mđm 
ĐCKĐB : Mkđ=Mnm=bM.Mkđ 
*, Bước 3: Kiểm nghiệm Đ đã chọn theo điều kiện điều chỉnh nhiệt độ 
- Tiêu chuẩn kiểm nghiệm : 
Đối với Đ đã chọn ở trên điều kiện thoả mãn yêu cầu nhiệt độ là : đặc tính 
momen tảI cho phép Đ phảI phù hợp với đặc tính máy sản xuất 
 Mccp(w)  Mc(w) 
a, Mc(w) là đặc tính cơ của máy sản xuất 
 - Có 4 dạng Mc = w
q 
- q0=0 đặc tính cần trục 
- q=1 đặc tính ma sát nhớt 
- q=-1 đặc tính máy tiện 
- q=2 đặc tính quạt gió. 
b, Đặc tính mômen tảI cho phép của Đ, Mccp = f(w).Mccp :mômen tảI cho 
phép của Đ. 
- Định nghĩa : mômen tảI cho phép là mômen sinh ra khi dòng điện trong 
mạch bằng dòng điện định mức. 
 Nếu đặt trên trục Đ mômen cản Mc=Mccp dòng điện Iđ=Iđm. 
 Nếu điều chỉnh tốc độ làm việc của Đ wlv=wđm Mccp=Mđm 
q=0 
q=1 
q=-1 
q=2 
 10
Nếu wlv wđm và I=Iđm thì Mccp phương pháp điều chỉnh. 
- Nói chung mỗi loại Đ và mỗi phương pháp điều chỉnh cho ta 1 quan hệ 
Mccp = f(w). 
*, Đối với ĐC1C: M= k.I. Mccp=k. .Iđm 
 Điều chỉnh bằng điện trở phụ mạch phần ứng 
 u=uđm=const 
 Rưt=Rư+Rf=var 
 = đm = const 
 Mccp = b. .Iđm= Mkđ= const không phụ thuộc vào w. 
 Phù hợp với tảI cần trục 
 Phương pháp điều khiển điện áp phần ứng với : u=var; Rưt=const; 
 = đm = const. 
 Mccp=k.Iđm. đm= Mđm=const. 
 Phương pháp điều chỉnh từ thông với: 
 u=uđm =const ; Rưt=Rư = const ; = var. 
 M= k. Iđm. biến thiên. 
Xem k. phụ thuộc vào w từ phương trình cân bằng điện áp mạch 
phần ứng ta có: 
Mccp 
Mdm 
w 
M 
 11
 Uư= E + Iư.Rư 
 Uđm= E + Iđm.Rư = k. .w + Iđm.Rư 
Do Iđm.Rư nhỏ nên bỏ qua. 
 k = 
Udm
w
 =
A
w
 Mccp= 
.Udm Idm B
w w
 Phù hợp với tảI máy tiện 
*, Đối với máy điện xoay chiều: phương pháp thay đổi: f, u(stato), Rf. 
Mccp 
Mdm 
w 
Mccp 
w 
Mccp 
 12
 M=
2
2 2
0
3 .
.
t
I R
w s
 Mccp= 3I2
2
đm.R2t/ w0.s 
 Phương pháp điều khiển: 
 R2t=const ; 
2t
R
s
=const = 2t
dm
R
S
 R2t= Rf + R2 
 Mccp = 
2
2 2
0
3 .
.
tdm
I R
w s
 = 
A
s
 Phù hợp với tảI quạt gió 
*, Phương pháp điều chỉnh f: 
 Lúc thay đổi f để điều chỉnh w thì đều kết hợp với điều chỉnh điện áp 
 th
c
M
M
 = const ( Mc= Mđm ) 
 u1 biến thiên theo 2 dấu hiệu : tần số và mômen trên trục Đ 
 u*1= f
*. *cM = f
*. *qW 
 VD : Mc = const ( tảI cần trục ) có u1
*=f* 1
u
f
=const 
 Luôn luôn đạt được tiêu chuẩn Mccp(w) phù hợp Mc(w) 
 MthD(w) phù hợp Mc(w) 
S=0 
S=1 Mccp 
w 
 13
 Sự phù hợp giữa Mccp(w) và Mc(w) 
 Phù hợp Không phù hợp 
Toàn dảI đều có D= max
min
`w
w
 Đạt được điều kiện I= I đm tại 
Mccp Mc I=Iđm w=w1 ;  = cp ; Đ đầy tải 
 w>w1 ;MccpIđm quá tải 
 wMc I<Iđm non tải 
Mc=const 
w
M 
Mth=const 
Mccp 
Mc 
w 
Mccp 
wmax 
wmin 
Mc 
Mmax 
Mmin 
 14
Bài 3: Tính toán khâu hạn chế dòng điện trong các hệ 
có 1 Đ chiêù 
1, Vấn đề hạn chế dòng điện phần ứng của Đ1C ,Máy điện.Những trường 
hợp dòng điện lớn trong Đ1C ( khởi động , hãm ,hãm ngược, táI sinh,động 
năng, quá trình quá độ, non tảI, ngắn mạch ) 
- Gía trị cần hạn chế Icp =( 22,5 )Iđm do điều kiện phát nóng Đ, điều kiện 
chuyển mạch ( bảo vệ cổ góp ) 
- Nếu quá tảI lâu dàI xét điều kiện phát nóng. 
- Nếu quá dòng lớn xét điều kiện chuyển mạch 
 VD: dòng khởi động, đảo chiều,ngắn mạch 
- Nếu Đ có điều chỉnh từ thông ( tức có nlv>nđm ) thì giảm Icp ( tuỳ loại Đ ) 
2, Những dạng sơ đồ hạn chế dòng điện Đ1C 
- Tuỳ theo mục đích cần hạn chế dòng điện nào và loại hệ truyền động mà ta 
có sơ đồ rêng (có những sơ đồ dùng chung cho tất cả mục đích hạn chế I) 
 VD: Khởi động Đ1C từ w=0 tới wđm ( sơ đồ hạn chế Ikđ); hệ có Đ đóng 
vào u=uđm ; = đm trong các lúc bắn tự động hoặc hệ điều khiển rơle dùng 
điện trở phụ trong mạch phần ứng (3 5) cấp 
Dùng công tắc tơ 1G và 2G và bộ rơle thời gian kèm theo. Khi hoạt động k 
đóng (E) với toàn bộ Rưf 
 Ikđ=Ikđmax=
u
u
U
R Ruf 
 2  2,5 Iđm 
Khi k mở Rth kđ tính trễ (<1s). sau đó 1G đóng cắt 1 phần điện trở. 
kt 
k 
u 
1G 2G 
RDC 
 15
 VD2 : Khởi động và tăng tốc từ  = 0  lv  lv> đm ( trường hợp 
Đ có điều chỉnh , lúc làm việc < đm việc khởi động xảy ra qua 2 gđ 
 GĐ1 :như trên , khởi động từ  =0  đm với đm , u=uđm , 
Ruf=(35)cấp cắt dần tới 0. 
 GĐ2 :Khi tăng tốc khi  = đm , chuyển sang giai đoạn 2.(cho tín hiệu 
giảm (Iư tăng và vượt Iđm)) Cần có khâu hạn chế Iư . 
k 
u 
1G 2G 
RDC 
6 
4 
2 
kt R 
R 
RDC Start k 
11 
16 
14 
12 
10 
8 
k 1Rth 2Rth 
1G 
1Rth 
2G 
Rss 2Rth 
1
3 
5 
7 
9 
13 
 16
Trong cả giai đoạn 1 R và 13-16 thông, Rss ( =  đmmax)kết thúc giai đoạn 
một 2G đóng Rss mất điện. Vào giai đoạn 2  giảm mà w chưa tăng 
tương ứng. 
 Iư= 
u
u
U kw
R
 
 tăng Rnt R 
 Rơle tác động theo kiểu xung 
3, Sơ đồ hạn chế dòng điện Đ trong các BĐ_Đ tự động vòng kín 
 - Phần lớn các hệ thường gặp là vòng kín. 
 - H/s I trong các truờng hợp : khởi động, hãm, đổi chiều, quá tảI, ngắn 
mach. Thường chỉnh định cho khâu hạn chế dòng hoạt động trong một 
khoảng. 
 Ing Iư Idừng 
 Ing dòng điện phần ứng ở giới hạn quá tảI nguy hiểm Ing=1,51,7Iđm 
 Idg Dòng ngắn mạch cho phép Idg=Icp=22,5 Iđm 
- Hệ BĐ_Đ : +, F_Đ 
 +,CL_Đ gồm CL liên tục và CL băm xung 
F D 
Khau han che dong 
Cam bien dong 
 17
- Máy phát : Ud = kf Uf = kf kcl Udk 
- Chỉnh Lưu : Ud= ud=udo cos = kfudk 
Ud Udk để hiệu chỉnh Iư Udk = f(Iư) Thể hiện bằng mạch phản hồidòng 
điện (phần âm ) 
- Tạo ra đặc tính rơle theo tín hiệu (để ngắt dòng) 
Đặc tính rơle ( ngắt dòng ) được thể hiện nhờ tổ hợp( Dnd, U0 ) 
F 
Dng 
Udat 
Upi=IuRdo=KpiIu 
Ung=Upi-U0 
Iu 
Uping 
 18
- Hệ số phản hồi dòng: Kpi=
pi
u
U
I
= Rdo 
Chọn U0= kpi.Ing 
*, Khi Iư<Ing thì Upi<U0 Dng khoá Iư<Ing khâu phản hồi không tác 
động ,Uping = 0 BĐ làm việc trong giá trị Uđăt , Uđk=Uđăt 
ub = kbUđm = kb Udăt 
 w= b u ut
U I R
k
 =w0 - 
u utI R
k
 xác định Uđăt ứng với Iđm 
 wđm= dat
kb
U
k
- ut dm
R
I
k
 Thay Ud , Ing vào phương trình đặc tính cơ wng= 
*, Khi Iư Ing Upi = kpi Iư Uo Đng thông khâu ngắt hạn chế I hoạt 
động Uping= Upi – U0 
 Uping= kpi ( Iư- Ing) 
 Uđk =Uđăt – kpi ( Iư- Ing) 
Ub = kb Uđăt + kbkpi Ing – kb kpi Iư 
 w = b ut u
U R I
k
= b
k
k
Udăt + 
b pik k
k
Ing - 
ut b piR k k
k
Iư 
 w = w0 - 
ut b piR k k
k
Iư 
- Nếu đã cho BĐ_Đ Kb , k , Rưt từ phân tích trên Uđăt 
- Cần xác định kpi để tạo ra Id= Icp thay w=0, Iư=Idg kpi 
- Giữ không đổi Uđăt ,Ing kpi ảnh hưởng tới tốc độ dốc của 
ĐTC quy định giá trị Idg. 
I 
Idm Ing 
W0 
wng 
wdm 
 19
 Điều chỉnh Idg bằng cách biến đổi kpi hệ số cảm biến dòng điện khếch đại 
khâu phản dòng 
 Điều chỉnh Ing bằng cách thay đổi U0 . 
4, Cảm biến dòng điện : Lờy ra upi Iư 
 VD: Dùng điện trở Rđo nhỏ để ít ảnh hưởng tới Rư 7mV/100A. Giá trị 
điện trở Rđo ít phụ thuộc vào môI trường làm việc. 
 Thường dùng hệ CL bộ cảm biến phía xoay chiều. 
Upi = Kccd . UR0 
 VD: Dùng CLD cầu 3 pha như hình vẽ, KCLD = 2,34 
 URO= R0 . I2BD = R0 5 (v) 
 I2= 140A chọn BD loại 150/5 I2BD=
5
140
150
 < 5A 
 R0 =I2BD R0 < 1 ôm 
 Hệ số phản hồi kpi =
pi
u
U
I
=KCLDkbd kiCLt 
*, Lấy Uping trong các hệ đảo choir Iư đảo chiều upi đảo chiều 
Chọn Dng theo trường hợp nguy hiểm nhất khi Iư=Ing Upimax 
I2 
Upi 
R0 
Iu 
 20
F 
+ 
- 
 21
Bài 4: Tính toán khâu phản hồi tốc độ 
Phản hồi dòng dùng để duy trì hay hạn chế IĐ hạn chế M. 
- Duy trì tự động : Hế có wlv chính xác, độ chính xác 
s% = 
dat
w
w
100% 
s% scp theo yêu cầu công nghệ sản xuất. w nhiễu phụ tải độ cứng ĐTC 
- Thực tế sử dụng Đ: wdăt = w0 của cấp tốc độ đặt w 
 ss độ sụt tương đối 
 M  Mđm 
- Khi wđ càng thấp thì s càng lớn ( wđăt= w0) tính toán khâu 
phản hồi tốc độ ở cấp w’0 min. 
1, Nguyên lí VD: dùng hệ BĐ_Đ 
- Điện áp phản hồi tốc độ Upw=Uft=kpw.w 
 Uđk= Uđăt –Upw = Uđăt – kpw.w 
 Với w= b ut
U R
I
k k 
 , Ub = kb Uđk=kb (Uđ - wkpw) 
 w= 
( )
db pw
k U wk
k
- ut u
R
I
k
Mdm 
M
w 
s%=
0
cw
w
S’%=
,
'
0
cw
w
W0 
Wo
’ 
 22
 w= b d
k U
k
 - b pw
k wk
k
- ut u
R I
k
 w= 
1
b d
b pw
k U
k k
k
k


 - 
1
ut u
b pw
R I
k k
k
k


- Viết phương trình ĐTC thấp nhất tính được s% max Uđăt min. 
- Nếu tạo ra s% max < scp thì hệ sẽ đạt yêu cầu công nghệ cho trước. Thay 
vào phưng trình Uđăt= Uđmin , Iư=Iđm s% max= 
0
w
w
<scp Uđătmin 
*, Có thể xét đơn giản wc= const ở tất cả các cấp độ . 
Xác định đặc tính cao nhất theo số liệu định mức của hệ xác định theo Đ 
 Uđmin=
maxdU
D
F 
FT 
Upw 
Udat 
Udk 
Ub 
 23
D_ dảI điều chỉnh tốc độ xác định kpw gần đúng 
nhanh
2, Sơ đồ thực tế 
- Với các hệ điều khiển Đ theo BĐ_Đ, bao giờ cũng xó mặt cả 2 khâu phản 
hồi theo I ( ngắt), theo w ( liên tục). 
- Cho trước số liệu Đ, bộ biến đổi , Udkmax, kb , số liệu của quá 
trình công nghệ sản xuất máy,scp Mmax , Icp , Ing . 
- Kết quả: Đặc tính tĩnh 
Mdm 
 wc 
 wc 
Upw=Upww 
Udk 
I2 
R0 
 24
Trước hết tính toán khâu phản hồi tốc độ ( vùng 1 ) 
a, Xác định các thông số của hệ ứng giá trị định mức 
 - Từ số liệu định mức của Đ: wđm nằm trên đường ĐTC cao nhất (có 
U đăt max ) 
 w=
1 1
b ut
dat
b pw b wp
k R
k k
U
k k k k
k k
 
 
Iưđm 
 Xác định kpw , Uđmax chọn trước 1 trong 2 thông số đó. 
 VD: Chọn trước kpw bằng cách chọn trước bộ cảm biến (FT).VD FT 
100v, 1000v/phút. 
 Kpw =kpt =
FT
FT
u
w
= 
100
1000.2.
60
 xác định Umax 
Kiểm tra có BĐ, Uđkmax =10v Udo= Uđmax =220 v 
Đã tính Uđmax , kpw , wđm= wmax phảI có Uđkmax= Uđmax- Uđm bpw =10v 
b, Tính toán số liệu trên ĐTC thấp nhất 
 wmin = min
1 1
b ut
d
b pw b wp
k R
k k
U
k k k k
k k
 
 
Iđm 
 max
w
D
 xác định Uđăt min womin 
M(I) 
Idm Ing Idg 
wmin 
wdm 
 wc 
Vung 1 
Vung 2 
 25
Kiểm tra : 
0min
cw
w
 scp 
- Nếu không thoả mãn tăng kpw và tăng kb 
 1, Chọn lại cảm biến 
 2, Dùng thêm khuếch đại thời gian. 
Vùng 2: Tính toán khâu phản hôì dòng. 
a, Viết phương trình đặc tính vùng 2 với 2 khâu phản hồi 
 Uđk =Uđăt – kpw .w – kpi Iư + kpiIng 
 Uđk =( Uđăt + kpiIng ) – Kpw w –kpiIư 
Xác định kpi để cho Idg = Inm < Icp ( đã có k , kb , kpw ) 
- Viết phương trình ĐTC khi có cả 2 khâu phản hồi Uđk = vào Ub=kbUđk 
thay Ub vào phương trình tốc độ: w=
b utu R
k k 
 Iư 
 w( 1+ wp
b
b
 )= b
b
k
Uđăt + 
b pib k
k
Ing - 
b pi utb b R
b
Iư 
 w= 
1 1
b pib
dat
b pw b wp
b kb
k b
U
b b k k
k k
 
 
Ing - 
1
ut
b pi
b pw
R
b b
k
b b
b


Iư 
Cho w = 0; Uđăt = Uđmax ; Iư = Icp tính ra Kpi 
Chú ý – Chọn kpw và các thông số tương ứng 
 - Trên ĐTC thấp nhất có Uđmin 
 - kpi ĐTC cao nhất , với Uđmax 
I 
Idm Ing 
W0 
wng 
wdm 
Idg 
W0 
 26
Trong 2 bàI 3, 4 xác định các thông số và đặc tính của hệ BĐ_Đ 
Bước 4: Của bản thiết kế bộ BĐ_Đ 
- Tính kb yêu cầu về KĐ hay không , có đảm bảo scp 
- Kpw có đảm bảo scp không 
- Kpi đảm bảo Icp 
- Chọn Ing :Xác định vùng cần hạn chế dòng và dựng ĐTC của 
hệ. 
 27
Bài 5 : Tính toán và lựa chọn các phần tử chủ yếu trong 
hệ điều khiển Đ 
( là bước 3 trong bàI toán thiết kế điều khiển ) 
Để tính toán cần có sơ đồ tại thể. VD hệ CL_Đ 
1, Bộ chỉnh lưu điều khiển 
- BA _V _KC kháng catôt, KA_kháng anôt 
- Bộ tạo xung dịch pha TX_DF ( ngoàI ra còn có tb đóng cắt bảo vệ ) 
- Đ_cho trước bước 2. 
 - Số liệu cho truớc của anôt : Pđm, Uđm , Iđm , nđm , D= nđm/nmin 
 - Pđm = Pd , Sba , Sa (mạch tảI của chỉnh lưu ) 
 - Uđm Udmax Udo (điện áp chỉnh lưu lớn nhất ) 
Udmax , Udo phảI đảm bảo cho Đ làm việc ở chế độ ĐM với Uư = Uđm . 
 Udmax = b wđm + IưRut 
Udmax ; Udo hoặc Udo cos với 
05 10 ; 
 Rư + Rbđ = Rư + R dc 
 RCL = RBA +Rk + 
2
m
XBA 
- Tính sơ bộ sụt áp ; 10% của Đ 
 Udmax =Uđm + 10%Uđm 
- Tính điện áp yêu cầu thứ cấp của MBA : Udo =
2
sin 2
2
m
m
u2 
 u2 = 
0d
u
u
k
 hoặc Udmax=
mincos
u
Udo
k
 0min 10 
BA 
KC 
Ul=U1 
U2 
KA 
D 
 28
- Sơ cấp MBA : u1=u2 
- Hệ số biến áp kba=u2/u1 
- Dòng điện : Iđm Id Ivan Itb I2 . 
 Ivan= ki Id -kitb tia 3 pha là 1/3 
 - Kđt tia 3 pha là
1
3
 I2 =kvan Ivan ( thứ cấp biến áp ) 
 I1= I2 /kba 
Với BA có U1 ; U2 ; I1 ; I2 thì SBA=
1 1 1 2 2 2
2
m I U m I U 
2, Cuộn kháng anôt ( cuộn kháng phía xoay chiều của CL ) 
 *, Tác dụng 
- Để giảm áp nguồn U2 
 + CL không có BA 
 + CL dùng BA không phù hơp ( VD: BA điện lực ) 
- Giảm tốc độ dòng qua tiristor : 
Theo catalog tiristor có (diT/dt) cp hạn chế diT/dt do Xluoi ,XBA .Nếu không đủ 
thì cần phảI thêm XBA . 
- ở sơ đồ không có BA 
- CL có BA : xBA nhỏ không đủ để hạn chế . 
BACL có un% lớn ,BAĐL un% = 35 % 
BACL có un% = 812 % 
*, Cách tính 
a, Tính KA theo tác dụng giảm áp: U2 và U2 yêu cầu (điện áp yêu cầu cần tạo 
ra Udo/ku) 
 Udo=Udmax ; UđmĐ 
UBA = U2 – U2yc 
 UBA = U2 – U2yc = U nối trên kháng khi U dòng điện 
 IKA =I2BA ( giá trị hiệudụng ) 
 SBA –m UkAIkA 
b, Tính KA theo 2: tính ra đảm bảo ( di/dt)cp 
 29
Khi Ti+1 mở có It u2b – u2a =L
Tdi
dt
 ; U2dmax ; L ( )t cp
di
yc
dt
 
 2LKA = L yc – LBA ; IKA = I2BA 
3, Khoảng catôt ( kháng phía 1c của CL) 
- Lọc thành phần xoay c của dòng điện CL ( dòng tải ) 
- Hạn chế vùng dòng điện gián đoạn trong tải (iư=id) đảm bảo cho iư ,id liên 
tục đặc biệt coi trọng trong các sơ đồ CL cấp cho phần ứng Đ. Khi I = nhấp 
nhô Đ làm việc không ổn định , độ tăng không nhanh hạn chế. 
i I+1 
U2a U2b 
Ud , id 
t 
t 
 30
-Trong các sơ đồ CL thuận nghịch dùng trong các hệ thuận nghịch ( hệ 
truyền động đảo chỉều ) 
 Hạn chế dòng điện kí sinh trong 2 nhóm thuận và nghịch của CL dòng 
cân bằng Icb . 
a, Tính kc để lọc thành phần xoay chiều của id (iư) 
 uđ= f( t) 
 ud - udo cos = 2sin 2 cos
m
U
m
Thành phần xoay c có chứa các sóng hàI tần số khác nhau 
 Fk=kmf (f_lưới dòng thứ cấp MBA, m_số fa, k_bậc sóng hài) 
Hiệu dụng Uk= 
2 2 2
2 2
2 cos
1do
U
k m tg
k m
 k=1 lớn nhất 
Chỉ cần tính khả năng lọc để hạn chế dòng có k=1 sóng hàI cơ bản 
Uk=1 Id(k=1) = 
1ku
m L


 L yc với Id( k=1 ) ; 10%Iđm 
 L ycmax khi max 
Phép tính theo D wmint = wđm/D udmin=udo cos max 
=kwmin +Iđm(Rư+RCL) tìm được max U(k=1, max ) 
 L yc = 
max
0
0
1,2
10
k
dm
u
m I

 Lyc = L yc – LưĐ 
b, Tính khỏang cách hạn chế dòng gián đoạn trong phần ứng Đ: Cần biết ĐT 
vạn năng của bộ CL 
2 
max 
Id
* 
tg 1 
E* 
 31
 Ta có E* = 
2dm
E
U
 ; I*d = 
2max
dI
I
 ; I2m = 
2mU
R

 ; R =RBA+Rư 
- Tính giá trị max ( ứng với wmin, udmin ) 
- Xác định dòng điện không tải của Đ :I0 = 10%Iđm Io
* = I0
’ /I2m. Đặt I0
* lên 
trục hoành , dòng trên đồ thị của họ ĐTV lên đồ thị có max tg yc ( yc góc 
pha của mạch CL). L R tg L  
  
 ik = i

- iư -iBA 
c, Tính khoảng cách trong các bộ tự động đảo choir , hạn chế dòng cân bằng 
giữa 2 nhóm CL 
- Khi điều khiển chung đã chọn 1 2 ud1 ; ud2 nhưng vẫn chịu ud1 
khác ud2 tại từng thời điểm. 
- Icb sinh ra do ucb= ud1- ud2 Icb< Icbcp .(10%Iđm ). 
 Icb = 
cbU
L

 , tính ucb theo sơ đồ nối mỗi nhóm CL và sơ đồ nối 
2 nhóm CL. 
 Tìm ra icb Icb cho Icbcp L

 đã cho trong TLTK đường cong ucb=f( ) 
KCB 
T 
 32
U*cb =
2max
cbU
U
Lờy giá trị Ucbmax của sơ đồ Lkc = ( 
yc
L

-2LBA ) 
So do tia 3fa song song nguoc 
Ucb
* 
300 600 
So do cau 3fa song song nguoc 
 33
Bài 6: Chọn phần tử và tính toán đặc tính công tác của 
hệ đk đkđb bằng bộ đc pha thyistor 
1, Sơ đồ nguyên lí ĐK của hệ ( hệ đk Đ 3fa ) 
- Dùng bộ biến đổi điện áp xoay chiều ( bộ điều chỉnh fa T ) 3 fa đối xứng và 
không đối xứng. 
+, Loại 3fa đối xứng có thể dùng: - có dây trung tính 
 - không có dây trung tính 
+, Loại 3fa không đối xứng có thể dùng : 
- 2fa có T song song ngược, 
- 3fa mỗi pha dùng D-T ngược 
Điều khiển tốc độ dảI điều chỉnh rộng hơn, đặc tính tốt hơn 
Udk 
 A B C 
A(b) 
 34
Dạng đặc tính không đối xứng nên không dùng để điều khiển tốc độ mà chỉ 
dùng khởi động. 
( C ) pha A,C điện áp giống ( a,b ) 
 pha B giống điện áp lưới 
(d) không đối xứng trong mỗi pha 
 A B C 
 A C 
( c ) 
( d ) 
(a,b) 
 U1 
t 
3fa giong nhau 
 35
2, Nguyên lí điều chỉnh điện áp trong 
hệ
- Xem dạng ĐTC nhân tạo khi biến thiên u1 : 
 Mth ; U
2
1 ; sth=const= sth tựnhiên ; Mmm ; U1
2 
 Xác định giá trị U1 cần thiết theo yêu cầu điều khiển. 
Đ đã cho Pđm ; wđm ; Uđm ; nđm ;cos dm ; cos 0 ; cos kd 
 =Mth/Mđm ; kM=Mnm/Mđm ; ki =Inm/Iđm ; 
 ĐTC: M = 
2 th
th
th
M
ss
s s
 với Mth = Mđm ; sth=sđm
2 1 
( Nếu cho thông số cấu tạo Mth=
2
1
0
3
2 nm
U
w X
; sth=
'
2
nm
R
x
 DC_U 
R2f co dinh 
Udk 
Ul =const 
U1=var 
 36
Nếu yêu cầu hạn chế Mkđ thì phảI cho trước Mnm nhân tạo 
 Mnmnt=Mnmtn( U1/U1đm)
2 U1 cần thiết 
Nếu yêu cầu điều chỉnh tốc độ thì phảI cho toạ độ điểm công tác thì dựng 
đường đặc tính công tác cơ có: 
 Sth =sthtựnhiên 
 Mth tìm ra từ phương trình đặc tính cơ U1 cần thiết 
*, Phương pháp điều chỉnh U1 thử tách ra 1 pha trong sơ đồ đối xứng và có 
dây trung tính. Các pha làm việc độc lập với nhau. 
M 
Mth Mnm 
W 
 sth 
 Mnmth 
Udm 
U1 
A N 
iT 
iT 
 T ,
T
T
R
X
 của tải 
 37
U1=f( , ) ; i1=f( , ) 
 Điện áp trên s không sin 
 Dòng điện trên s không liên tục ảnh hưởng tới độ phát nóng D 
 Sóng điều hoà bậc nhất U1 xác định U1 nhờ chuỗi furie = f( , ) 
- Phương trình đường cong U1= f( t với ( , ) cho theo bảng số và đồ thị) 
phụ thuộc vào sơ đồ bộ BĐ. a,b có khác nhau nhưng dạng giống nhau. 
Từ yêu cầu công nghệ Mnmth và wtv cần 
It2 
U1 
I1t 
 t 
0,1 
0,8 
1 
5 
1 =30
0 
2 =60
0 
3 =88
0 
0,4 
1 
300 600 900 
 38
Đã biết u1 yêu cầu đỗi với động cơ đó là u1 (1) 
Xác định dc ở chế độ làm việc tương ứng 
- Tong tính toán lấy gía trị gần đúng. 
- Tính toán quá trình khởi động nm = const 
- Tính toán về điều chỉnh tốc độ dm =const 
- Tính toán không tải: 0  =const 
Biết u1, => yeucau tìm ra uđk 
chỉnh lưu dùng điện áp tia 0 – 90- 180 
t 
650 
umax 
udk 
HĐ 
xung 
SS 
DF 
Udk 
Udfa 
 39
ĐCF xoay choir 0 – 180 – 360 
 đồ thị có thể sử dụng ngược lại => u1 => Đ làm việc ở chế độ nào 
3, xây dựng đặc tính vào ra ( đặc tính điều chỉnh ) của bộ biến đổi 
( bộ ĐCF ) u1 = f(uđk) 
khi đã biết sơ đồ và thông số phụ tải 
 U1 là U1
(1) từ phụ tảI biết nm và dm 
 =const => 21 =f( , ) = f( ) 
 kết hợp quan hệ uđk =f( ) => u1=f(uđk) 
Hàm truyền của bộ biến đổi ĐCF : wĐCF(p) = uBĐ 
 max
1
2
  chu kì điện áp lưới. 
180 
U1 U1 
ul 
Udkmax 
Udk