Bài giảng Hệ thống truyền động điện - Chương 1: Những khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện

ơ cấu truyền lực. 
Khối ñiều khiển bao gồm các cơ cấu ño lường, các bộ ñiều chỉnh tham số và công nghệ, các khí 
cụ, thiết bị ñiều khiển ñóng cắt có tiếp ñiểm (các rơle, công tắc tơ) hay không có tiếp ñiểm (ñiện tử, 
bán dẫn). Một số hệ Tðð Tð khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự ñộng khác như máy tính 
ñiều khiển, các bộ vi xử lý, PLC... 
Các thiết bị ño lường, cảm biến (sensor) dùng ñể lấy các tín hiệu phản hồi có thể là các loại 
ñồng hồ ño, các cảm biến từ, cơ, quang... 
Một hệ thống Tðð không nhất thiết phải có ñầy ñủ các khâu nêu trên. Tuy nhiên, một hệ thống 
Tðð bất kỳ luôn bao: 
- Phần lực. 
- Phần ñiều khiển. 
Một hệ thống truyền ñộng ñiện ñược gọi là hệ hở khi không có phản hồi, và ñược gọi là hệ kín 
khi có phản hồi, nghĩa là giá trị của ñại lượng ñầu ra ñược ñưa trở lại ñầu vào dưới dạng một tín 
hiệu nào ñó ñể ñiều chỉnh lại việc ñiều khiển sao cho ñại lượng ñầu ra ñạt giá trị mong muốn. 
1.1.2 Phân loại hệ thống truyền ñộng ñiện 
Người ta phân loại các hệ truyền ñộng ñiện theo nhiều cách khác nhau tùy theo ñặc ñiểm của 
ñộng cơ ñiện sử dụng trong hệ, theo mức ñộ tự ñộng hoá, theo ñặc ñiểm hoặc chủng loại thiết bị của 
bộ biến ñổi... Từ cách phân loại sẽ hình thành tên gọi của hệ. 
GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện 3 
a) Theo ñặc ñiểm của ñộng cơ ñiện: 
- Truyền ñộng ñiện một chiều: Dùng ñộng cơ ñiện một chiều. Truyền ñộng ñiện một chiều sử 
dụng cho các máy có yêu cầu cao về ñiều chỉnh tốc ñộ và mômen, nó có chất lượng ñiều chỉnh tốt. 
Tuy nhiên, ñộng cơ ñiện một chiều có cấu tạo phức tạp và giá thành cao, hơn nữa nó ñòi hỏi phải có 
bộ nguồn một chiều, do ñó trong những trường hợp không có yêu cầu cao về ñiều chỉnh, người ta 
thường chọn ñộng cơ KðB ñể thay thế. 
- Truyền ñộng ñiện không ñồng bộ: Dùng ñộng cơ ñiện xoay chiều không ñồng bộ. ðộng cơ 
KðB ba pha có ưu ñiểm là có kết cấu ñơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp 
trực tiếp từ lưới ñiện xoay chiều ba pha. Tuy nhiên, trước ñây các hệ truyền ñộng ñộng cơ KðB lại 
chiếm tỷ lệ rất nhỏ do việc ñiều chỉnh tốc ñộ ñộng cơ KðB có khó khăn hơn ñộng cơ ñiện một 
chiều. Trong những năm gần ñây, do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp chế tạo các thiết bị 
bán dẫn công suất và kỹ thuật ñiện tử tin học, truyền ñộng không ñồng bộ phát triển mạnh mẽ và 
ñược khai thác các ưu ñiểm của mình, ñặc biệt là các hệ có ñiều khiển tần số. Những hệ này ñã ñạt 
ñược chất lượng ñiều chỉnh cao, tương ñương với hệ truyền ñộng một chiều. 
- Truyền ñộng ñiện ñồng bộ: Dùng ñộng cơ ñiện xoay chiều ñồng bộ ba pha. ðộng cơ ñiện 
ñồng bộ ba pha trước ñây thường dùng cho loại truyền ñộng không ñiều chỉnh tốc ñộ, công suất lớn 
hàng trăm KW ñến hàng MW (các máy nén khí, quạt gió, bơm nước, máy nghiền.v.v..). 
Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp ñiện tử, ñộng cơ ñồng bộ ñược nghiên cứu 
ứng dụng nhiều trong công nghiệp, ở mọi loại giải công suất từ vài trăm W (cho cơ cấu ăn dao máy 
cắt gọt kim loại, cơ cấu chuyển ñộng của tay máy, người máy) ñến hàng MW (cho các truyền ñộng 
máy cán, kéo tàu tốc ñộ cao...). 
b) Theo tính năng ñiều chỉnh: 
- Truyền ñộng không ñiều chỉnh: ðộng cơ chỉ quay máy sản xuất với một tốc ñộ nhất ñịnh. 
Các hệ truyền ñộng không ñiều chỉnh thường phải kết hợp với một hộp tốc ñộ ñể thực hiện ñiều 
chỉnh bằng cơ khí, do ñó kết cấu của phần cơ phức tạp, chất lượng ñiều chỉnh thấp, giá thành của 
máy sản xuất cao. 
- Truyền có ñiều chỉnh: Trong loại này, tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà ta có truyền ñộng 
ñiều chỉnh tốc ñộ, truyền ñộng ñiều chỉnh mômen, lực kéo và truyền ñộng ñiều chỉnh vị trí. 
c) Theo thiết bị biến ñổi: 
- Hệ máy phát - ñộng cơ (F-ð): ðộng cơ ñiện một chiều ñược cấp ñiện từ một máy phát ñiện 
một chiều (bộ biến ñổi máy ñiện). 
Thuộc hệ này có hệ máy ñiện khuếch ñại - ñộng cơ (MðKð - ð), ñó là hệ có BBð là máy ñiện 
khuếch ñại từ trường ngang. 
- Hệ chỉnh lưu - ñộng cơ (CL - ð): ðộng cơ một chiều ñược cấp ñiện từ một bộ chỉnh lưu 
(BCL). Chỉnh lưu có thể không ñiều khiển (ðiôt) hay có ñiều khiển (Thyristor)... 
- Hệ biến tần - ñộng cơ không ñồng bộ. 
d) Theo mức ñộ tự ñộng hóa: 
Ta có hệ truyền ñộng ñiện không tự ñộng và hệ truyền ñộng tự ñộng. 
GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện 4 
Các hệ không tự ñộng thường là ñơn giản và ñược sử dụng cho bất kỳ ở ñâu nếu có thể ñược. 
Lúc ñó phần ñiện của hệ có thể chỉ có ñộng cơ ñiện không ñồng bộ và một vài khí cụ ñóng - cắt, 
bảo vệ như áptômát, khởi ñộng từ. Các hệ truyền ñộng tự ñộng là các hệ truyền ñộng ñiều chỉnh 
vòng kín có vài mạch phản hồi. Chất lượng ñiều chỉnh của các hệ này là rất cao, có thể ñáp ứng bất 
kỳ yêu cầu nào của quá trình công nghệ máy sản xuất. 
e) Một số cách phân loại khác: 
Ngoài các cách phân loại trên, còn có một số cách phân loại khác như truyền ñộng ñảo chiều và 
không ñảo chiều, truyền ñộng ñơn (nếu dùng một ñộng cơ) và truyền ñộng nhiều ñộng cơ (nếu dùng 
nhiều ñộng cơ ñể phối hợp truyền ñộng cho một cơ cấu công tác), truyền ñộng quay và truyền ñộng 
thẳng,... 
1.2 §Æc tÝnh c¬ cña truyÒn ®éng ®iÖn 
1.2.1 §Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu s¶n xuÊt 
§Æc tÝnh c¬ biÓu thÞ mèi quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ m«men quay: 
ω = f(M) hoÆc n = F(M) 
Trong ®ã: ω - Tèc ®é gãc (rad/s). 
 n - Tèc ®é quay (vg/ph). 
 M - M«men (N.m). 
§Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt lµ quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ m«men c¶n cña m¸y s¶n xuÊt: 
Mc = f(ω). 
§Æc tÝnh c¬ cña m¸y s¶n xuÊt rÊt ®a d¹ng, tuy nhiªn phÇn lín chóng ®−îc biÕu diÔn d−íi d¹ng 
biÓu thøc tæng qu¸t: 
 Mc = Mco + (M®m - Mco)
ω
ω dm
q





 (1.1) 
Trong ®ã: 
 Mc lµ m«men c¶n cña c¬ cÊu SX øng víi tèc ®é ω. 
 Mco lµ m«men c¶n cña c¬ cÊu SX øng víi tèc ®é ω = 0. 
 M®m lµ m«men c¶n cña c¬ cÊu SX øng víi tèc ®é ®Þnh møc ω®m 
1 2
ω
M
3
4
M c®mMco
ω
®m
1: §Æc tÝnh c¬ øng víi q = -1.
2: §Æc tÝnh c¬ øng víi q = 0.
3: §Æc tÝnh c¬ øng víi q = 1.
4: §Æc tÝnh c¬ øng víi q = 2.
q = -1 q = 0 q = 1
q = 2
 H×nh 1.3 - §Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu s¶n xuÊt øng víi c¸c tr−êng 
hîp m¸y s¶n xuÊt kh¸c nhau. 
GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện 5 
Ta cã c¸c tr−êng hîp sè mò q øng víi c¸c tr−êng hîp t¶i: 
q Mc 
P 
(c«ng suÊt) 
Lo¹i t¶i 
-1 ~
ω
1
 Const 
 øng víi tr−êng hîp ®Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu m¸y 
quÊn d©y, cuèn giÊy, c¬ cÊu truyÒn ®éng chÝnh cña 
c¸c m¸y c¾t gät kim lo¹i nh− m¸y tiÖn. 
0 Const ~ω 
 C¸c c¬ cÊu n©ng-h¹, b¨ng t¶i, m¸y n©ng vËn 
chuyÓn, truyÒn ®éng ¨n dao m¸y gia c«ng kim lo¹i. 
1 ~ω ~ω2 M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu víi t¶i thuÇn trë. 
2 ~ω2 ~ω3 
§Æc tÝnh c¬ cña c¸c m¸y thñy khÝ: b¬m, qu¹t, ch©n 
vÞt tµu thñy... 
1.2.2 §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn 
§Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn lµ quan hÖ gi÷a tèc ®é quay vµ m«men cña ®éng c¬: ω=f(M). 
§Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn chia ra ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn vµ ®Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o. D¹ng ®Æc tÝnh 
c¬ cña mçi lo¹i ®éng c¬ kh¸c nhau th× kh¸c nhau vµ sÏ ®−îc ph©n tÝch trong ch−¬ng 2. 
§Æc tÝnh c¬ tù nhiªn: §ã lµ quan hÖ ω = f(M) cña ®éng c¬ ®iÖn khi c¸c th«ng sè nh− ®iÖn ¸p, 
dßng ®iÖn... cña ®éng c¬ lµ ®Þnh møc theo th«ng sè ®· ®−îc thiÕt kÕ chÕ t¹o vµ m¹ch ®iÖn cña ®éng 
c¬ kh«ng nèi thªm ®iÖn trë, ®iÖn kh¸ng... 
§Æc tÝnh c¬ nh©n t¹o: §ã lµ quan hÖ ω = f(M) cña ®éng c¬ ®iÖn khi c¸c th«ng sè ®iÖn kh«ng 
®óng ®Þnh møc hoÆc khi m¹ch ®iÖn cã nèi thªm ®iÖn trë, ®iÖn kh¸ng... hoÆc cã sù thay ®æi m¹ch 
nèi. 
Ngoµi ®Æc tÝnh c¬, ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu ng−êi ta cßn sö dông ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn. §Æc 
tÝnh c¬ ®iÖn biÓu diÔn quan hÖ gi÷a tèc ®é vµ dßng ®iÖn trong m¹ch ®éng c¬: 
ω = f(I) hay n = f(I). 
Trong hÖ T§§ bao giê còng cã qu¸ tr×nh biÕn ®æi n¨ng l−îng ®iÖn - c¬. ChÝnh qu¸ tr×nh biÕn 
®æi nµy quyÕt ®Þnh tr¹ng th¸i lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn. Ng−êi ta ®Þnh nghÜa nh− sau: Dßng c«ng 
suÊt ®iÖn P®iÖn cã gi¸ trÞ d−¬ng nÕu nh− nã cã chiÒu truyÒn tõ nguån ®Õn ®éng c¬ vµ tõ ®éng c¬ biÕn 
®æi c«ng suÊt ®iÖn thµnh c«ng suÊt c¬ Pc¬ = M.ω cÊp cho m¸y SX (sau khi ®· cã tæn thÊt ∆P). 
C«ng suÊt c¬ Pc¬ cã gi¸ trÞ d−¬ng nÕu m«men ®éng c¬ sinh ra cïng chiÒu víi tèc ®é quay, cã 
gi¸ trÞ ©m khi nã truyÒn tõ m¸y s¶n xuÊt vÒ ®éng c¬ vµ m«men ®éng c¬ sinh ra ng−îc chiÒu tè ®é 
quay. 
C«ng suÊt ®iÖn P®iÖn cã gi¸ trÞ ©m nÕu nã cã chiÒu tõ ®éng c¬ vÒ nguån. 
Tuú thuéc vµo biÕn ®æi n¨ng l−îng trong hÖ mµ ta cã tr¹ng th¸i lµm viÖc cña ®éng c¬ gåm: 
Tr¹ng th¸i ®éng c¬ vµ tr¹ng th¸i h·m. Tr¹ng th¸i h·m vµ tr¹ng th¸i ®éng c¬ ®−îc ph©n bè trªn ®Æc 
tÝnh c¬ ω(M) ë 4 gãc phÇn t− nh− sau: 
 - ë gãc phÇn t− I, III: Tr¹ng th¸i ®éng c¬. 
 - ë gãc phÇn t− II, IV: Tr¹ng th¸i h·m. 
GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn TðH _ Khoa ðiện 6 
ω
M
ω M®
Mc
I Tr¹ng th¸i ®éng c¬
Pc = M®.ω > 0
ω
M®
Mc
Pc = M®.ω < 0
Tr¹ng th¸i h·mIV
ω
M®
Mc
ω M®
Mc
Tr¹ng th¸i h·mII
Pc = M®.ω < 0
Pc = M®.ω > 0
Tr¹ng th¸i ®éng c¬III
1.2.3 Sù phï hîp gi÷a ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn vµ ®Æc tÝnh c¬ cña c¬ cÊu s¶n xuÊt 
Trong hÖ thèng T§§, ®éng c¬ ®iÖn cã nhiÖm vô cung cÊp ®éng lùc cho c¬ cÊu s¶n xuÊt. C¸c c¬ 
cÊu s¶n xuÊt cña mçi lo¹i m¸y cã c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ vµ ®Æc ®iÓm riªng. M¸y s¶n xuÊt l¹i cã rÊt 
nhiÒu lo¹i, nhiÒu kiÓu víi kÕt cÊu rÊt kh¸c biÖt. §éng c¬ ®iÖn còng vËy, cã nhiÒu lo¹i, nhiÒu kiÓu víi 
c¸c tÝnh n¨ng, ®Æc ®iÓm riªng. 
Víi c¸c ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vµ xoay chiÒu th× chÕ ®é lµm viÖc tèi −u th−êng lµ chÕ ®é ®Þnh 
møc cña ®éng c¬. §Ó mét hÖ thèng T§§ lµm viÖc tèt, cã hiÖu qu¶ th× gi÷a ®éng c¬ ®iÖn vµ c¬ cÊu 
s¶n xuÊt ph¶i ®¶m b¶o cã mét sù phï hîp t−¬ng øng nµo ®ã. ViÖc lùa chän hÖ T§§ vµ chän ®éng c¬ 
®iÖn ®¸p øng ®óng c¸c yªu cÇu cña c¬ cÊu s¶n xuÊt cã ý nghÜa lín kh«ng chØ vÒ mÆt kü thuËt mµ c¶ 
vÒ mÆt kinh tÕ. 
Do vËy, khi thiÕt kÕ hÖ thèng T§§, ng−êi ta th−êng chän hÖ truyÒn ®éng còng nh− ph−¬ng 
ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é sao cho ®−êng ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ cµng gÇn víi ®−êng ®Æc tÝnh c¬ cña 
c¬ cÊu s¶n xuÊt cµng tèt. NÕu ®¶m b¶o ®−îc ®iÒu kiÖn nµy, th× ®éng c¬ sÏ ®¸p øng tèt ®ßi hái cña c¬ 
cÊu s¶n xuÊt khi m«men c¶n thay ®æi vµ tæn thÊt trong qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh lµ nhá nhÊt. 
H×nh 1.4 - C¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn.