Giáo trình Truyền động điện tự động - Chương 1: Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động (Phần 1)

 t−ơng ứng với các điểm nằm trong góc 
phần t− thứ hai và góc phần t− thứ t− của mặt phẳng [M, ω], hình 1 - 
5. ở trạng thái này, mômen động cơ chống lại chiều chuyển động, nên 
động cơ có tác dụng nh− bộ hãm, và vì vậy trạng thái máy phát còn có 
tên gọi là "trạng thái hãm". 
 Trang 10 
Đ 1.5. TíNH ĐổI CáC ĐạI LƯợNG CƠ HọC 
1.5.1. Mômen và lực quy đổi: 
+ Quan niệm về sự tính đổi nh− việc dời điểm đặt từ trục này về 
trục khác của mômen hay lực có xét đến tổn thất ma sát ở trong bộ 
truyền lực. Th−ờng quy đổi mômen cản Mc, (hay lực cản Fc) của bộ 
phận làm việc về trục động cơ. 
+ Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ 
của hệ TĐĐTĐ: 
- Khi năng l−ợng truyền từ động cơ đến máy sản xuất: 
 Ptr = Pc + ∆P (1-5) 
Trong đó: Ptr là công suất trên trục động cơ, Ptr = Mcqđ.ω, 
(Mcqđ và ω - mômen cản tĩnh quy đổi và tốc độ góc trên trục 
động cơ). 
 Pc là công suất của máy sản xuất, Pc = Mlv.ωlv , 
(Mlv và ωlv - mômen cản và tốc độ góc trên trục làm việc). 
∆P là tổn thất trong các khâu cơ khí. 
* Nếu tính theo hiệu suất hộp tốc độ đối với chuyển động quay: 
 ω=η
ω=η= .M
.MPP cqd
i
lvlv
i
c
tr (1-6) 
Rút ra: Mcqđ i.
M
.
.M
i
lv
i
lvlv
η=ωη
ω= ; (1-7) 
Trong đó: ηi - hiệu suất của hộp tốc độ. 
 i = 
lvω
ω
- gọi là tỷ số truyền của hộp tốc độ. 
 Trang 11 
Trạng thái máy phát
Mω 0 ; 
Mc Mcω ω M Mω
II M(ω)
I
G
Mc(ω)Trạng thái máy phát
 Mω 0 ;
Trạng thái động cơ
Mω > 0 ; Mcω < 0 ;II I 
M
III IV Trạng thái động cơ
Mω > 0 ; Mcω < 0 ; Mc(ω)
M(ω)
III IVω M 
Mc McMω
Hình 1 - 5: Biểu diễn các trạng thái làm việc 
 trên mặt phẳng [M, ω]
ThS. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 
* Nếu chuyển động tịnh tiến thì lực quy đổi: 
 ρη= .
FM lvcqõ (1-8) 
Trong đó: η = ηi.ηt - hiệu suất bộ truyền lực. 
 ηt - hiệu suất của tang trống. 
 ρ = ω/vlv - gọi là tỷ số quy đổi. 
- Khi năng l−ợng truyền từ máy sản xuất đến động cơ: 
Ptr = Pc - ∆P (tự chứng minh). 
1.5.2. Quy đổi mômen quán tính và khối l−ợng quán tính: 
+ Điều kiện quy đổi: bảo toàn động năng tích luỹ trong hệ 
thống: 
 W = ∑n
1
iW (1-9) 
Chuyển động quay: W = J.
2
2ω
 (1-10) 
Chuyển động tịnh tiến: W = m. 
2
v2
 (1-11) 
Nếu sử dụng sơ đồ tính toán phần cơ dạng đơn khối, và áp dụng 
các điều kiện trên ta có: 
 ∑∑ ⋅+ω⋅+ω⋅=ω⋅ q
1
2
j
j
n
1
2
i
i
2
Â
Â
2
Â
qõ 2
v
m
2
J
2
J
2
J (1-12) 
 ⇒ ∑∑ ρ++=
q
1
2
j
j
n
1
2
i
i
Âqõ
m
i
JJj (1-13) 
 Trang 12 
Trong đó: Jqđ - mômen quán tính quy đổi về trục động cơ. 
 ωĐ - tốc độ góc trên trục động cơ. 
 JĐ - mômen quán tính của động cơ. 
 Ji - mômen quán tính của bánh răng thứ i. 
 mj - khối l−ợng quán tính của tải trọng thứ j. 
 ii = ω/ωi - tỉ số truyền tốc độ từ trục thứ i. 
 ρ = ω/vj - tỉ số quy đổi vận tốc của tải trọng. 
* Ví dụ: Sơ đồ truyền động của cơ cấu nâng, hạ : 
 Jđ , Mđ , ωđ i, ηi
 c d 
 ωt , Jt , Mt , ηt
 e 
 f 
 vlv,Flv
 G 
 Hình 1- 6: Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ 
 c động cơ điện; d hộp tốc độ; 
 e tang trống quay; f tải trọng 
1 
2 
3 
4 
Ta có: 2
j
j
2
t
t
4
1
2
i
i
Âqõ
m
i
J
i
JJJ ρ+++= ∑ (1-14) 
Trong đó: it = 
tω
ω
- tỉ số truyền tốc độ từ trục tang trống. 
 Trang 13 
ThS. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 
Đ 1.6. PHƯƠNG TRìNH ĐộNG HọC CủA Hệ TĐĐ TĐ 
+ Là quan hệ giữa các đại l−ợng (ω, n, L, M, ...) với thời gian: 
Dạng tổng quát: 
dt
)J(dM
n
1i
i
ω=∑
=
rr
 (1-15) 
+ Nếu coi mômen do động cơ sinh ra và mômen cản ng−ợc 
chiều nhau, và J = const, thì ta có ph−ơng trình d−ới dạng số học: 
dt
dJMM c
ω=− (1-16) 
Theo hệ đơn vị SI: M(N.m); J(kg.m2); ω(Rad/s); t(s). 
Theo hệ kỹ thuật: M(KG.m); GD(KG.m2); n(vg/ph); t(s): 
dt
dn
375
GD
MM
2
c ⋅=− (1-17) 
Theo hệ hỗn hợp: M(N.m); J(kg.m2); n(vg/ph); t(s): 
dt
dn
55,9
JMM c ⋅=− (1-18) 
Mômen động: Mđg = dt
dJMM c
ω=− (1-19) 
Từ ph−ơng trình (1-19) ta thấy rằng: 
- Khi Mđg > 0 hay M > Mc , thì 0dt
d >ω → hệ tăng tốc. 
- Khi Mđg < 0 hay M < Mc , thì 0dt
d <ω → hệ giảm tốc. 
- Khi Mđg = 0 hay M = Mc , thì dω/dt = 0 → hệ làm việc xác 
lập, hay hệ làm việc ổn định: ω = const. 
 Trang 14 
* Nếu chọn và lấy chiều của tốc độ ω làm chuẩn thì: M(+) khi 
M↑↑ω và M(-) khi M↑↓ω. Còn Mc(+) khi Mc↑↓ω; Mc(-) khi Mc↓↓ω. 
Đ 1.7. ĐIềU KIệN ổN ĐịNH TĩNH CủA Hệ TĐĐ TĐ 
Nh− ở trên đã nêu, khi M = Mc thì hệ TĐĐTĐ làm việc xác lập. 
Điểm làm việc xác lập là giao điểm của đặc tính cơ của động cơ điện 
ω(M) với đặc tính cơ của máy sản suất ω(Mc). Tuy nhiên không phải 
bất kỳ giao điểm nào của hai đặc tính cơ trên cũng là điểm làm việc 
xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định, ng−ời ta gọi là ổn định 
tĩnh hay sự làm việc phù hợp giữa động cơ với tải. 
Để xác định điểm làm việc, dựa vào ph−ơng trình động học: 
 )(MM
dt
dJ x
x
c
x
ω−ω⋅⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
ω∂
∂−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
ω∂
∂= (1-20) 
Ng−ời ta xác định đ−ợc điều kiện xác lập ổn định là: 
 0MM
x
c
x
<⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
∂ω
∂−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
∂ω
∂
 (1-21) 
Hay: β - βc < 0 (1-22) 
* Ví dụ: Xét hai điểm giao nhau của các đặc tính cơ: 
 ω
A ω(M) 
 Trang 15 
Hình 1- 7: Xét điểm làm việc ổn định 
B
ω(MC) 
β
M
βc
ThS. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 
Tại các điểm khảo sát thì ta thấy ba điểm A, B, C là các điểm 
làm việc xác lập ổn định. Điểm D là điểm làm việc không ổn định. 
Tr−ờng hợp: A: β < βc vì β < 0 và βc = 0 → xác lập ổn định. 
 B: β > βc vì β > 0 và βc1 = 0 → không ổn định. 
Đ 1.8. ĐộNG HọC CủA Hệ TĐĐ TĐ 
Trong hệ TĐĐ TĐ có cả các thiết bị điện + cơ, trong đó các bộ 
phận cơ có nhiệm vụ chuyển cơ năng từ động cơ đến bộ phận làm việc 
của máy sản xuất và tại đó cơ năng đ−ợc biến thành công hửu ích. 
Động cơ điện có cả phần điện (stato) và phần cơ (roto và trục). 
Phần cơ phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu và loại máy, chúng rất 
đa dạng và phức tạp, bởi vậy phải đ−a về dạng điển hình đặc tr−ng cho 
các loại, phần cơ có dạng tổng quát đặc tr−ng đó gọi là mẫu cơ học 
của truyền động điện. 
Mẫu cơ học (đơn khối) là một vật thể rắn quay xung quanh một 
trục với tốc độ động cơ, nó có mômen quán tính J, chịu tác động của 
mômen động cơ (M) và mômen cản (Mc), hình 9. 
 Trang 16 
Tính đàn hồi lớn cũng có thể xuất hiện ở những hệ thống có mạch 
động học dài mặc dù trong đó không chứa một phần tử đàn hồi nào. 
Sự biến dạng trên từng phần tử tuy nhỏ nh−ng vì số phần tử rất lớn nên 
đối với toàn máy nó trở nên đáng kể. 
Trong những tr−ờng hợp trên phần cơ khí của hệ không thể thay 
thế t−ơng đ−ơng bằng mẫu cơ học đơn khối mà phải thay thế bằng 
mẫu cơ học đa khối, hình 9b. 
Nếu quy đổi mômen và mômen quán tính về một trục tốc độ nào 
đó (động cơ hoặc máy sản xuất) thì trong phần lớn các tr−ờng hợp hệ 
truyền động có khâu đàn hồi phần cơ của nó có thể thay t−ơng đ−ơng 
bởi mấu cơ học đa khối gồm 3 khâu: khâu 1 gồm rôto hoặc phần ứng 
của động cơ với những phần tử nối cứng với động cơ nh− hộp tốc độ, 
trống tời v.v...; khâu 2 là khâu đàn hồi không quán tính; khâu 3 là 
khâu cơ của máy sản xuất; nh− hình 1- 9b. Trong đó Mđh là mômen 
đàn hồi. 
 Trang 17 
 BĐ ĐC TL MSX 
 Phần điện ĐK Phần cơ 
Hình 1- 8: Sơ đồ cấu trúc hệ TĐĐ TĐ 
ϕ1 ϕ2MĐ MC
Mđh
J1 J2
Động cơ
 Khâu 
đàn hồi
Máy sản xuất 
a) 
 Khâu 
đàn hồi F1 F2
m1 m2
b) 
Fđh Fđh
JCJđ MCM ω K
c) ωC
Hình 1- 10: Mẫu cơ học đa khối của hệ chuyển động quay (a), 
 chuyển động tịnh tiến (b) có khâu cơ khí đàn hồi, 
 và hệ trục mềm đàn hồi (c). 
 ω M 
 J Hình 1- 9: Mẫu cơ học 
 Mc 
ThS. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 
Câu hỏi ôn tập 
1. Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống truyền động điện là gì ? 
2. Có máy loại máy sản xuất và cơ cấu công tác ? 
3. Hệ thống truyền động điện gồm các phần tử và các khâu nào ? 
Lấy ví dụ minh họa ở một máy sản xuất mà các anh (chị) đã biết ? 
4. Mômen cản hình thành từ đâu ? Đơn vị đo l−ờng của nó ? Công 
thức quy đổi mômen cản từ trục của cơ cấu công tác về trục động cơ ? 
5. Mômen quán tính là gì ? Đơn vị đo l−ờng của nó ? Công thức 
tính quy đổi mômen quán tính từ tốc độ ωi nào đó về tốc độ của trục 
động cơ ω ? 
6. Thế nào là mômen cản thế năng? Đặc điểm của nó thể hiện 
trên đồ thị theo tốc độ ? Lấy ví dụ một cơ cấu có mômen cản thế năng. 
7. Thế nào là mômen cản phản kháng? Lấy ví dụ một cơ cấu có 
mômen cản phản kháng. 
8. Định nghĩa đặc tính cơ của máy sản xuất. Ph−ơng trình tổng 
quát của nó và giải tích các đại l−ợng trong ph−ơng trình ? 
9. Hãy vẽ đặc tính cơ của các máy sản xuất sau: máy tiện; cần 
trục, máy bào, máy bơm. 
10. Viết ph−ơng trình chuyển động cho hệ truyền động điện có 
phần cơ dạng mẫu cơ học đơn khối và giải thích các đại l−ợng trong 
ph−ơng trình ? 
11. Dùng ph−ơng trình chuyển động để phân tích các trạng thái 
làm việc của hệ thống truyền động t−ơng ứng với dấu của các đại 
l−ợng M và Mc ? 
12. Định nghĩa đặc tính cơ của động cơ điện ? 
13. Định nghĩa độ cứng đặc tính cơ ? Có thể xá định độ cứng đặc 
tính cơ theo những cách nào ? 
 Trang 18 
14. Phân biệt các trạng thái động cơ và các trạng thái hãm của 
động cơ điện bằng những dấu hiệu nào ? Lấy vị dụ thực tế về trạng 
thái hãm của động cơ trên một cơ cấu mà anh (chị) đã biết ? 
15. Chiều của dòng năng l−ợng sẽ nh− thế nào khi động cơ làm 
việc ở trạng thái động cơ ? 
16. Chiều của dòng năng l−ợng sẽ nh− thế nào khi động cơ làm 
việc ở trạng thái máy phát ? 
17. Điều kiện ổn định tĩnh là gì ? Phân tích một điểm làm việc 
xác lập ổn định tĩnh trên tọa độ [M, ω] và [Mc, ω]. 
18. Mẫu cơ học đơn khối là gì ? Khi nào thì dùng mẫu cơ học đơn 
khối để khảo sát hệ thống truyền động điện ? 
19. Mẫu cơ học đa khối là gì ? Khi nào thì dùng mẫu cơ học đa 
khối để khảo sát hệ thống truyền động điện ? 
 Trang 19