Xây dựng bộ điều khiển truyền động cho động cơ một chiều kích từ nối tiếp ứng dụng cho xe goòng kéo trong mỏ than

Luận văn nghiên cứu về bộ điều khiển cho hệ truyền động xe kéo ứng dụng cho xe gòong chở than, bao gồm các nội dung chủ yếu như: phân tích đặc điểm và lựa chọn động cơ truyền động, bộ biến đổi băm áp một chiều (xung áp - động cơ). Xây dựng và tổng hợp bộ điều khiển tối ưu (Optimal Controller) điều khiển và ổn định tốc độ động cơ. Luận văn cũng đề cập đến vấn đề ước lượng mô men tải, qua đó xây dựng bộ điều khiển trượt để bù mô men tải cho hệ thống. Kết quả đạt được là các đặc tính của hệ thống mô phỏng trên phần mềm matlab – simulink.

NGUY N VĂN A ỄN VĂN A

XÂY D NG Ự BỘ ĐI U ỀU KHI N ỂN TRUY N ỀU Đ NG Ộ CHO Đ NG Ộ CƠ

M T Ộ CHI U ỀU KÍCH TỪ N I ỐI TI P ẾP NG ỨNG D NG ỤNG CHO XE GÒONG

KÉO TRONG MỎ THAN

LU N Ậ VĂN TH C ẠC SĨ

Hà N i ộng - Năm 2015

NGUY N VĂN A ỄN VĂN A

XÂY D NG Ự BỘ ĐI U ỀU KHI N ỂN TRUY N ỀU Đ NG Ộ CHO Đ NG Ộ CƠ

M T Ộ CHI U ỀU KÍCH TỪ N I ỐI TI P ẾP NG ỨNG D NG ỤNG CHO XE GÒONG

KÉO TRONG MỎ THAN

Họ và tên tác giả lu n ập văn: NGUY NỄN VĂN A

Đề tài lu n ập văn: “Xây d ngựng bộ đi uều khi nển truy nều đ ngộ cho đ ngộ

c ơ m tộ chi uều kích từ n iối ti pếp ngứng d ngụng cho xe gòong kéo trong mỏ than”

Chuyên ngành: Tựng đ ngộ hóa

Mã số: 60.52.02.16

Cán bộng hư ng ớng d n ẫn : TS,GVC Ph mạc Xuân Phang

Tác giản, cán bộ hư ngớng d nẫn khoa h cọc và H iộ đ ngồng ch mấm lu nận văn xác

nh nận tác giản đã s aửa ch aữa , bổ sung lu nận văn theo biên b nản h pọc H iộ đ ngồng ngày… ………… v iớng các n iộ dung sau:

……… ………

………

………

………

………

Ngày tháng năm 20

(Kỹ và ghi rõ họ tên) (Kỹ và ghi rõ họ tên)

CHỦ T CH ỊCH HO C ẶC TH Ư KÝ H I Ộ Đ NG ỒNG

(Kỹ và ghi rõ họ tên)

trí tuện và pháp lu tận Vi tện Nam N uếp sai, tôi hoàn toàn ch uịu trách nhi mệntrư cớng pháp lu tận

(Ký và ghi rõ họ tên)

Trang phụng bìa:

B nản xác nh nận ch nhỉnh s aửa lu nận văn:

B nản cam đoan:

M cụng l cụng :

Tóm t tắt lu nận văn:

Danh m cụng các ký hi uện , vi tếp t tắt , các b ngản , các hình vẽ:………

MỞ Đ U ẦU 1

Chương 1 XÂY D NG Ự MÔ HÌNH HỆ TRUY N ỀU Đ NG Ộ V I ỚNG Đ NG Ộ CƠ M T Ộ CHI U ỀU KÍCH TỪ N I ỐI TI P ẾP 2

1.1 T ngổ quan vều hện truy nều đ ngộ kéo v iớng đ ngộ c ơ m tộ chi uều kích từ n iối ti pếp 3

1.1.1 Phân tích l cựng trong truy nều đ ngộ kéo 3

1.1.2 Công nghện v nận t iản b ngằng gòong và thông sối kỹ thu tận xe gòong 6

1.1.3 Đ ngộ c ơ m tộ chi uều kích từ n iối ti pếp 10

1.1.3.1 Mô tả toán h c ọ c a ủa đ ng ộng c đ ơ đ i n ện m t ộng chi u ều kích từ n i ối ti p ếp 10

1.1.3.2 Tính toán các thông sối đ ng ộng cơ đ 13

1.2 Các yêu c uầu đ iối v iớng hện truy nều đ ngộ kéo 16 1.3 Xây d ng mô hình h truy n đ ng kéo xe gòong 17ựng ện ều ộ 1.3.1 H truy n đ ng đi u ch nh b ng đi n tr 19ện ều ộ ều ỉnh ằng ện ở 1.3.2 H truy n đ ng xung áp – đ ng c m t chi u 24ện ều ộ ộ ơ ộ ều

1.3.3 L a ch n phựng ọc ươ ng án truy n đ ng 42ều ộ

1.3.3.1 Ph ươ đ ng án đ o chi u ả ều 42

1.3.3.2 L a ch n b bi n đ i (XA-ĐC) ựa chọn bộ biến đổi (XA-ĐC) ọ ộng ếp ổi xung áp một chiều 43

Ch ươ ng 2 BÀI TOÁN T NG H P B ĐI U CH NH T C Đ CÓ TÍNH ỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ CÓ TÍNH ỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ CÓ TÍNH Ộ ỀU ỈNH ỐI Ộ

Đ N CH TIÊU T I U TIÊU HAO NĂNG L ẾP ỈNH ỐI Ư ƯỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ CÓ TÍNH NG 45

2.1 Đ t bài toán 45

2.1.1 T ng quan vổ ều đi u khi n t i ều ển ối ưu (Optimalcontrol) 46

2.1.1.1 Ch t l ất lượng tối ưu ượng tối ưu ng t i u ối ư 46

2.1.1.2 Đi u ki n thành l p bài toán t i u ều ện ập bài toán tối ưu ối ư 48

2.1.2 Phân tích các ch tiêu t i u đ i v i đ ng c m t chi u kích t n i ỉnh ối ư ối ớng ộ ơ ộ ều ừ ối

ti p…… 49ếp

2.1.2.1 Bài toán tác đ ng nhanh (th i gian t i thi u) ộng ời gian tối thiểu) ối ểu) 50 2.1.2.2 Bài toán năng su t t i u (bài toán gia t c) ất lượng tối ưu ối ư ối 50 2.1.2.3 Bài toán năng l ượng tối ưu ng t i u (t i thi u t n hao công ối ư ối ểu) ổi xung áp một chiều

su t) ất lượng tối ưu 51

2.1.2.4 Bài toán t i u sai l ch tín hi u ra ( n đ nh tín hi u ối ư ện ện ổi xung áp một chiều ị ện ra) 51

2.1.3 Đi u khi n t i u các h tuy n tính v i phi m hàm d ng toàn ều ển ối ư ện ếp ớng ếp ạc

phươ ng 51

2.1.3.1 Tiêu chu n n đ nh Lyapunov đ i v i h th ng tuy n ẩn ổn định Lyapunov đối với hệ thống tuyến ổi xung áp một chiều ị ối ới hệ thống tuyến ện ối ếp tính 51

2.1.3.2 Ph ươ đ ng tình Lyapunov 52

2.2 T ng h p b đi u ch nh t c đ 56ổ ợc ộ ều ỉnh ối ộ2.2.1 Mô hình không gian tr ng thái đ ng c 56ạc ộ ơ 2.2.2 Thi t k b đi u khi n t i u LQR cho h th ng đi u ch nh t cếp ếp ộ ều ển ối ư ện ối ều ỉnh ối

đ 57ộ

2.3 Xây d ng và t ng h p b đánh giá mô men t i 62ựng ổ ợc ộ ản

Ch ươ ng 3 MÔ PH NG VÀ ĐÁNH GIÁ K T QU Ỏ ẾP ẢN 66

3.1 Mô ph ng h truy n đ ng kéo v i đ ng c m t chi u kích t n iỏ ện ều ộ ớng ộ ơ ộ ều ừ ối

ti p 68ếp

3.1.1 Mô ph ng đ ng c m t chi u kích t n i ti p 69ỏ ộ ơ ộ ều ừ ối ếp

3.1.1.1 Mô hình toán c a đ ng c m t chi u kích t n i ủa ộng ơ đ ộng ều ừ ối

ti p ếp 69

3.1.1.2 Các đ c tính đ ng c ng v i ch đ đ nh m c ặc tính động cơ ứng với chế độ định mức ộng ơ đ ứng với chế độ định mức ới hệ thống tuyến ếp ộng ị ứng với chế độ định mức 70

3.1.2 Mô ph ng b băm xung m t chi u n i ti p 73ỏ ộ ộ ều ối ếp3.1.2 Mô ph ng h kín v i b đi u khi n t i u LQR 75ỏ ện ớng ộ ều ển ối ư3.1.3 Mô ph ng ỏ ướng ượcc l ng mô men c n 79ản3.2 Xây d ng mô hình v t lý 81ựng ận

3.3 Mô ph ng h v i b bù mô men c n 85ỏ ện ớng ộ ản3.3.1 T ng h p b đi u khi n trổ ợc ộ ều ển ượct (SMC) 853.3.2 Mô ph ng h th ng bù mô men c n 88ỏ ện ối ản

K T LU N VÀ KHUY N NGH ẾP Ậ ẾP ỊCH

1 K t lu nếp ận

2 Khuy n nghếp ịu

+ Cán b h ộng ướng ng d n: ẫn TS,GVC Ph m Xuân Phangạc

+ Tên đ tài: ề “Xây d ng b đi u khi n truy n đ ng cho đ ng cựng ộ ều ển ều ộ ộ ơ

m t chi u kích t n i ti p ng d ng cho xe gòong kéo trong m than”ộ ều ừ ối ếp ứng ụng ỏ

+ Tóm t t: ắt: Lu n văn nghiên c u v b đi u khi n cho h truy nận ứng ều ộ ều ển ện ều

đ ng xe kéo ng d ng cho xe gòong ch than, bao g m các n i dung chộ ứng ụng ở ồng ộ ủa

y u nh : phân tích đ c đi m và l a ch n đ ng c truy n đ ng, b bi nếp ư ển ựng ọc ộ ơ ều ộ ộ ếp

đ i băm áp m t chi u (xung áp - đ ng c ) Xây d ng và t ng h p bổ ộ ều ộ ơ ựng ổ ợc ộ

đi u khi n t i u (Optimal Controller) đi u khi n và n đ nh t c đều ển ối ư ều ển ổ ịu ối ộ

matlab – simulink.

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

KTNT: Kích t n i ti pừ ối ếp

XA-ĐC: Xung áp – Đ ng cộ ơ

XAMC: Xung áp m t chi uộ ển

BXMC: băm xung m t chi uộ ều

RL: T i đi n tr – đi n c mản ện ở ện ản

RLE: T i đi n tr – đi n c m – S c đi n đ ngản ện ở ện ản ứng ện ộ

ĐTĐK: Đ i tối ượcng đi u khi nều ển

CCĐK: C c u đi u khi nơ ấm ều ển

SMC (Sliding Mode Controller): B đi u khi n trộ ều ển ượct

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

B ng 1.1 Các thông s đ nh m c c a đ ng c 13ản ối ịu ứng ủa ộ ơ

B ng 1.2 M t đ dòng c a các lo i ch i than 14ản ận ộ ủa ạc ổ

B ng 3.1 Các thông s mô ph ng đ ng c 68ản ối ỏ ộ ơ

B ng 3.2 Các thông s kỹ thu t c a đ ng c 68ản ối ận ủa ộ ơ

Hình 1.2 Quan h gi a l c c n theo đ d c đện ữa ựng ản ộ ối ường đi và công suất kéo ng đi và công su t kéo ấmtheo t c đ 5ối ộ

Hình 1.3 Quan h gi a l c kéo và t c đ xe 5ện ữa ựng ối ộHình 1.4 Hình nh đoàn xe gòong 7ản

Hình 1.13 Các h truy n đ ng đi n đ ng cện ều ộ ện ộ ơ m tộchi u 19ều

Hình 1.14 S đ nguyên lý kh i đ ng qua hai c p đi n trơ ồng ở ộ ấm ện ở

Hình 1.24 S đ b băm xung áp n i ti p 26ơ ồng ộ ối ếpHình 1.25 D ng dòng đi n, đi n áp c a các ph n t trong s đ XAMC ạc ện ện ủa ầu ửa ơ ồng

n i ti p 28ối ếp

Hình 1.26 S đ XAMC t i có s c ph n đi n đ ng 30ơ ồng ản ứng ản ện ộHình 1.27 D ng dòng đi n, đi n áp c a các ph n t trên s đ XADC, t i ạc ện ện ủa ầu ửa ơ ồng ản

có s c ph n đi n đ ng 30ứng ản ện ộHình 1.28 Băm xung m t chi u song song 32ộ ềuHình 1.29 Băm xung m t chi u n i ti p – song song 35ộ ều ối ếpHình 1.30 Băm xung m t chi u đ o chi u s đ c u 36ộ ều ản ều ơ ồng ầuHình 1.31 Băm xung m t chi u đ o chi u, đi u khi nộ ều ản ều ều ểnriêng 38

Hình 1.32 Băm xung m t chi u đ o chi u đi u khi n đ iộ ều ản ều ều ển ối

x ng 39ứng

Hình 1.33 Băm xung m t chi u đ o chi u đi u khi n đ iộ ều ản ều ều ển ối

x ng 40ứng

Hình 1.34 Băm xung m t chi u đ o chi u, đi u khi n không đ i x ng ộ ều ản ều ều ển ối ứng

lu t đi u khi n t o chi u dòng đi n t i ận ều ển ạc ều ện ản

dươ ng 41

Hình 1.35 Các phươ ng án đ o chi u đ ng c m t chi u kích t n iản ều ộ ơ ộ ều ừ ối

ti p 43ếp

Hình 1.36 S đ băm xung áp - đ ng c ki u h n h p 43ơ ồng ộ ơ ển ỗn hợp 43 ợcHình 2.1 S đ kh i h th ng đi u khi n 47ơ ồng ối ện ối ều ểnHình 2.2 T i u toàn c c và t i u c c b 48ối ư ụng ối ư ụng ộHình 2.3 S đ nguyên lý đ ng c m t chi u kích t n iơ ồng ộ ơ ộ ều ừ ối

ti p 49ếp

nhi u 58ễu 58

Hình 2.7 Mô hình h kín đi u khi n t i u LQR 60ện ều ển ối ưHình 2.8 Mô hình h th ng b quan sát 63ện ối ộHình 3.1 Màn hình cửaa sổ thư việnn SIMULINK 67Hình 3.2 S đ kh i mô t đ ng c m t chi u n iơ ồng ối ản ộ ơ ộ ều ối

ti p 69ếp

Hình 3.3 Đ c tính t c đ đ ng c 70 ối ộ ộ ơ Hình 3.4 Đ c tính dòng đi n đ ng c 70 ện ộ ơ Hình 3.5 Đ c tính mô men đ ng c 71 ộ ơ Hình 3.6 Đ c tính c c a đ ng c 71 ơ ủa ộ ơ Hình 3.7 Đ c tính c đi n c a đ ng c 72 ơ ện ủa ộ ơ Hình 3.8 Đ c tính công su t đi n tiêu th 72 ấm ện ụngHình 3.9 S đ mô ph ng b băm xung m t chi u 73ơ ồng ỏ ộ ộ ềuHình 3.10 Cài đ t các thông s cho đ ng c 74 ối ộ ơ Hình 3.11 D ng sóng đi n áp c a b băm xung m tạc ện ủa ộ ộchi u 74ều

Hình 3.12 T c đ đ ng c khi băm xung v i đ r ngối ộ ộ ơ ớng ộ ộ50% 75

Hình 3.13 S đ mô ph ng v i b đi u khi n LQR 76ơ ồng ỏ ớng ộ ều ểnHình 3.14 Đ t giá tr mô men t i 76 ịu ảnHình 3.15 Đ c tính t c đ v i b đi u khi n LQR 77 ối ộ ớng ộ ều ểnHình 3.16 Đ c tính dòng đi n v i b đi u khi n LQR 78 ện ớng ộ ều ểnHình 3.17 Công su t tiêu th t c th i v i b đi u khi nấm ụng ứng ờng đi và công suất kéo ớng ộ ều ểnLQR 78

Hình 3.18 Mô hình h th ng ện ối ướng ượcc l ng mô men c n 79ảnHình 3.19 Mô hình kh i quan sát 80ối

Hình 3.23 Mô hình v t lý b băm xung và đ ng c 82ận ộ ộ ơ Hình 3.24 S đ đ ng c m t chi u 82ơ ồng ộ ơ ộ ềuHình 3.25 S đ kh i b đi u khi n 83ơ ồng ối ộ ều ểnHình 3.26 Đáp ng t c đ khi mô men t i thay đ i 83ứng ối ộ ản ổHình 3.27 Đáp ng mô men đ ng c khi mô men t i thayứng ộ ơ ản

trượct 89

M Đ U Ở ẦU

Trong giai đo n công nghi p hoá, hi n đ i hoá n n kinh t đ tạc ện ện ạc ều ếp ấm

nướngc, ngày càng có nhi u thi t b bán d n công su t hi n đ i đều ếp ịu ẫn ấm ện ạc ượcc sửa

d ng r ng rãi trong t t c các lĩnh v c s n xu t, ph c v đ i s ng conụng ộ ấm ản ựng ản ấm ụng ụng ờng đi và công suất kéo ối

ngường đi và công suất kéo i Trong giao thông, v n t i vi c s d ng đ ng c xăng, điezen ngàyận ản ện ửa ụng ộ ơ càng có xu hướngng gi m vì: Tiêu hao nhi u năng lản ều ượcng, gây ô nhi m môiễu 58

trường đi và công suất kéo ng T đó đòi h i s thay th các lo i đ ng c trên b ng đ ng cừ ỏ ựng ếp ạc ộ ơ ằng ộ ơ

đi n là r t c n thi t Ngày nay v i s bùng n ti n b kỹ thu t trongện ấm ầu ếp ớng ựng ổ ếp ộ ậnlĩnh v c đi u ch nh t đ ng đã đáp ng đựng ều ỉnh ựng ộ ứng ượcc nh ng yêu c u trên Trữa ầu ướngc

h t là ph i k đ n các b bi n đ i đi n t công su t, v i kích thếp ản ếp ếp ộ ếp ổ ện ửa ấm ớng ướngc g nọc

nh , đ tác đ ng nhanh Do đó, ng2 ộ ộ ường đi và công suất kéo i ta đã ch t o ra b đi u ch nhếp ạc ộ ều ỉnh

đ ng c độ ơ ượcc dùng trong lĩnh v c giao thông, v n t i Đó là thi t b bămựng ận ản ếp ịu

đi n áp đện ượcc s d ng nhi u trong truy n đ ng đ u máy ch y đi nửa ụng ều ều ộ ầu ạc ệntrong giao thông đường đi và công suất kéo ng s t, ôtô ch y đi n, xe v n chuy n hàng trongắt ạc ện ận ểnnhà máy, trên b n c ng, các m khai thác khoáng s n …ếp ản ỏ ản

Trong n i dung đ tài này em đ a ra b băm xung áp m t chi uộ ều ư ộ ộ ều

đi u khi n đ ng c m t chi u kích t n i ti p cho xe gòong ph c v choều ển ộ ơ ộ ều ừ ối ếp ụng ụng

vi c v n chuy n hàng hóa Vì b băm xung áp cho đ ng c m t chi u cóện ận ển ộ ộ ơ ộ ều

s đ đi u khi n đ n gi n tin c y d thao tác trong v n hành đi uơ ồng ều ển ơ ản ận ễu 58 ận ềukhi n đ ng c ển ộ ơ

M c dù r t c g ng trong vi c thi t k nh ng do ki n th c có h n ấm ối ắt ện ếp ếp ư ếp ứng ạcnên không th tránh kh i m t s h n ch nh t đ nh, mong các th y côển ỏ ộ ối ạc ếp ấm ịu ầuđóng góp ý ki n đ đ án đếp ển ồng ượcc hoàn thi n h n.ện ơ

Ch ươ ng 1 XÂY D NG MÔ HÌNH H TRUY N Đ NG V I Đ NG C Ự Ệ ỀU Ộ ỚNG Ộ Ơ

M T CHI U KÍCH T N I TI P Ộ ỀU Ừ ỐI ẾP

V n đ ng d ng c a đ ng c đi n nói chung trong truy n đ ngấm ều ứng ụng ủa ộ ơ ện ều ộ

đi n s n xu t cũng nh đ u máy kéo là đện ản ấm ư ở ầu ược ửa ụngc s d ng r ng rãi Hi nộ ệnnay trong nhi u lĩnh v c khác nhau c a đ i s ng, thì đ ng c xoay chi uều ựng ủa ờng đi và công suất kéo ối ộ ơ ềukhông đ ng b là lo i đ ng c đồng ộ ạc ộ ơ ược ửa ụngc s d ng r ng rãi nh tính kinh t ,ộ ờng đi và công suất kéo ếp

d ch t o, chi phí v n hành b o dễu 58 ếp ạc ận ản ưỡng sửa chữa thấp Tuy nhiên,ng s a ch a th p Tuy nhiên,ửa ữa ấmtrong m t s lĩnh v c nh t đ nh đòi h i yêu c u cao v đi u ch nh t cộ ối ựng ấm ịu ỏ ầu ều ều ỉnh ối

đ , v kh năng quá t i, thì b n thân đ ng c không đ ng b không thộ ều ản ản ản ộ ơ ồng ộ ếpđáp ng đứng ượcc ho c n u th c hi n đ ếp ựng ện ượcc thì ph i chi phí các thi t b bi nản ếp ịu ếp

đ i đi kèm (nh b bi n t n ) r t đ t ti n Vì v y, đ ng c đi n m tổ ư ộ ếp ầu ấm ắt ều ận ộ ơ ện ộchi u hi n t i v n là lo i đ ng c không th thay th đều ện ạc ẫn ạc ộ ơ ếp ếp ượcc trong nh ngữalĩnh v c nói trên ng d ng ph bi n c a đ ng c đi n m t chi u hi nựng Ứng dụng phổ biến của động cơ điện một chiều hiện ụng ổ ếp ủa ộ ơ ện ộ ều ệnnay trong các ngành s n xu t nh h m m , khai thác qu ng, máy xúc vàản ấm ư ầu ỏ

đ c bi t là trong các đ u máy kéo t i lĩnh v c giao thông Truy n đ ng ện ầu ản ở ựng ều ộ

đi n m t chi u nói chung có nhi u u đi m n i b t đ i v i các hện ộ ều ều ư ển ổ ận ối ớng ệntruy n đ ng truy n th ng:ều ộ ều ối

- Hi u su t cao: đ ng c đi n bi n đ i trên 75% năng lện ấm ộ ơ ện ếp ổ ượcng hoá

h c t acquy thành c năng trong khi đ ng c đ t trong ch bi n đ iọc ừ ơ ộ ơ ối ỉnh ếp ổkho ng 20% năng lản ượcng tích tr trong xăng ho c d u thành c năng cóữa ầu ơ ích

- Thân thi n v i môi trện ớng ường đi và công suất kéo ng: Không th i ra ch t gây ô nhi m,ản ấm ễu 58

gi m s ph thu c vào ngu n năng lản ựng ụng ộ ồng ượcng hoá th ch đang ngày càngạc

c n ki t.ạc ện

- Đ ng c đi n v n hành êm, gia t c nhanh, và ít ph i b o dộ ơ ện ận ối ản ản ưỡng sửa chữa thấp Tuy nhiên,ng

- Kh năng đi u ch nh t c đ t tản ều ỉnh ối ộ ối

- Kh năng quá t i t t, đ c bi t là lo i đ ng c m t chi u kích tản ản ối ện ạc ộ ơ ộ ều ừ

n i ti p ho c h n h p.ối ếp ỗn hợp 43 ợc

- Ngoài nh ng đ c tính c b n trên, thì c u trúc m ch l c và m chữa ơ ản ầu ạc ựng ạc

đi u khi n đ ng c đi n m t chi u đ n gi n h n nhi u so v i đ ng cều ển ộ ơ ện ộ ều ơ ản ơ ều ớng ộ ơ không đ ng b , đ ng th i l i đ t ch t lồng ộ ồng ờng đi và công suất kéo ạc ạc ấm ượcng đi u ch nh cao h n trongều ỉnh ơ

- Th i gian n p acquy: th i gian n p acquy thờng đi và công suất kéo ạc ờng đi và công suất kéo ạc ường đi và công suất kéo ng kéo dài (t 4ừ

đ n 8 gi )ếp ờng đi và công suất kéo

- Giá c : h th ng acquy dung lản ện ối ượcng l n sẽ có giá thành cao.ớng

- Kích thướngc và tr ng lọc ượcng acquy là đáng k ển

1.1 T ng quan v h truy n đ ng kéo v i đ ng c m t chi u kích ổng quan về hệ truyền động kéo với động cơ một chiều kích ề ệ truyền động kéo với động cơ một chiều kích ề ộng ớng ộng ơ ộng ề

t n i ti p ừ nối tiếp ố ếp

1.1.1 Phân tích l c trong truy n đ ng kéo ự ề ộng

Các l c tác đ ng lên xe kéo có th đựng ộ ển ượcc chia làm 4 nhóm:

- Các l c có phựng ươ ng song song v i phớng ươ ng chuy n đ ngển ộ

- Các l c có phựng ươ ng vuông góc v i phớng ươ ng chuy n đ ngển ộ

- Các l c tác đ ng theo phựng ộ ươ ng ngang (2 bên)

Hình 1.1 Phân tích l c trong truy n đ ng kéo ựa chọn bộ biến đổi (XA-ĐC) ều ộng

T ng véc t c a t t c các l c trên sẽ t o ra hổ ơ ủa ấm ản ựng ạc ướngng chuy n đ ngển ộ

c a xe kéo và có th xác đ nh xe tăng t c, gi m t c hay di chuy n v i t của ển ịu ối ản ối ển ớng ối

đ không đ i Các l c tác d ng tác đ ng đ n hộ ổ ựng ụng ộ ếp ướngng chuy n đ ng có thển ộ ểnlà:

- L c đ y ho c kéo theo hựng ẩy hoặc kéo theo hướng chuyển động được tạo ra bởi động ướngng chuy n đ ng đển ộ ược ạcc t o ra b i đ ngở ộ

cơ

- L c hãm (phanh) tác đ ng theo hựng ộ ướngng ngược ạc ược ạcc l i đ c t o ra khiphanh

Véc t t ng c a các l c ch đ ng và th đ ng theo hơ ổ ủa ựng ủa ộ ụng ộ ướngng chuy nển

đ ng xác đ nh gia t c c a xe:ộ ịu ối ủa

T rong đó: - F là l c kéo (N) ựa chọn bộ biến đổi (XA-ĐC)

- F m là l c c n (N) ựa chọn bộ biến đổi (XA-ĐC) ả

- m là tr ng l ọ ượng tối ưu ng c a xe (Kg) ủa

- là góc nghiêng c a ph α là góc nghiêng của phương chuyển động so với ủa ươ đ ng chuy n đ ng so v i ểu) ộng ới hệ thống tuyến

ph ươ đ ng ngang

- a là gia t c c a xe (m/s ối ủa 2 ) ; v là v n t c xe (m/s) ập bài toán tối ưu ối

N u ếp F (F m mgsin ) , nghĩa là l c kéo cân b ng v i t ng các l cựng ằng ớng ổ ựng

c n (l c th đ ng) thì xe sẽ chuy n đ ng v i t c đ không đ i và gia t cản ựng ụng ộ ển ộ ớng ối ộ ổ ối

b ng không N u ằng ếp F (F m mgsin ) thì xe sẽ đượcc tăng t c (a > 0) vàối

n u ếp F (F m mgsin ) thì xe sẽ gi m t c (a < 0).ản ối

Gia t c c a xe ối ủa (dv/dt) v i kh i lớng ối ượcng m đượcc xác đ nh b ng t ngịu ằng ổvector c a các l c lủa ựng ượcng tích c c và th đ ng theo hựng ụng ộ ướngng chuy n đ ng,ển ộ

nh có th th y trên phư ển ấm ươ ng trình (1.1) L c ựng mgsinα là góc nghiêng của phương chuyển động so với do đ d c c aộ ối ủa

đường đi và công suất kéo ng ph thu c vào đ a hình c a xe L c c n ụng ộ ịu ủa ựng ản F m đượcc xác đ nh theoịu

lo i và hình d ng c a xe và làm tăng tính phi tuy n v i v n t c T ngạc ạc ủa ếp ớng ận ối ổ

c a các l c lủa ựng ượcng th đ ng đụng ộ ượcc g i là l c c n t ng ọc ựng ản ổ F e , trong đó F e = F m

+ mgsinα là góc nghiêng của phương chuyển động so với S ph thu c c a l c c n t ng vào đ d c c a đựng ụng ộ ủa ựng ản ổ ộ ối ủa ường đi và công suất kéo ng đi và

v n t c đận ối ượcc ch trên hình 1.2.ỉnh

Hình 1.2 Quan h gi a l c c n theo đ d c đ ện ữa lực cản theo độ dốc đường đi và công suất kéo ựa chọn bộ biến đổi (XA-ĐC) ả ộng ối ười gian tối thiểu) ng đi và công su t kéo ất lượng tối ưu

theo t c đ ối ộng

V i đ d c i = 0% (ch y th ng), khi xe đ t v n t c l n nh t Vớng ộ ối ạc ẳng), khi xe đạt vận tốc lớn nhất V ạc ận ối ớng ấm max

thì t ng l c c n Fổ ựng ản e là nh nh t N u l c kéo F không l n h n Fỏ ấm ếp ựng ớng ơ e thì xekhông th tăng t c Đ gi xe ch y v i t c đ này Vển ối ển ữa ạc ớng ối ộ max c n ph i duy trìầu ảncông su t kéo P = F.Vấm max = Fe,Vmax.Vmax

Hình 1.3 Quan h gi a l c kéo và t c đ xe ện ữa lực cản theo độ dốc đường đi và công suất kéo ựa chọn bộ biến đổi (XA-ĐC) ối ộng

T đ th hình 1.3 ta th y, khi kh i đ ng đ đ t v n t c xe tăng từ ồng ịu ấm ở ộ ển ạc ận ối ừ

0 đ n Vếp max c n m t l c kéo Fầu ộ ựng start L c này đựng ượcc đượcc tính ph thu c vàoụng ộgia t c khi kh i đ ng Vì công su t kéo P = F.v là h ng s nên l c kéo sẽối ở ộ ấm ằng ối ựng

gi m theo đản ường đi và công suất kéo ng hyperbol khi t c đ tăng.ối ộ

1.1.2 Công ngh v n t i b ng gòong và thông s kỹ thu t xe gòong ệ truyền động kéo với động cơ một chiều kích ập ả ằng gòong và thông số kỹ thuật xe gòong ố ập

Trong các m than h m lò, v n t i b ng goòng trong lò b ng làỏ ầu ận ản ằng ằng

lo i hình v n t i chính Các m khai thác than trên th gi i vi c v nạc ận ản ỏ ếp ớng ện ậnchuy n than trong các lò cái chi m h n 70% còn khai thác qu ng h m lòển ếp ơ ầu

g n nh là 100%.ầu ư

Công ngh v n t i b ng gòong nện ận ản ằng ở ướngc ta ch y u đủa ếp ượcc áp d ngụngtrong các m than h m lò, gòong đỏ ầu ượcc s d ng trong đửa ụng ường đi và công suất kéo ng lò b ng,ằngnghiêng Trong các đường đi và công suất kéo ng lò b ng gòong đằng ượcc n i v i nhau thành t ngối ớng ừđoàn và đượcc kéo b ng đ u tàu đi n c quy ho c c n v t, t i các đằng ầu ện ắt ầu 2 ạc ường đi và công suất kéo ng

lò nghiêng thì s d ng các t i tr c c l n M t s bửa ụng ờng đi và công suất kéo ụng ỡng sửa chữa thấp Tuy nhiên, ớng ộ ối ướngc công ngh v nện ận

t i b ng gòong.ản ằng

- Gòong v n t i than t khu v c khai thác (lò ch ) đận ản ừ ựng ợc ượcc ch t t i tấm ản ừmáng cào Ch t t i t ng xe m t, d n d ch b ng đ u tàu ho c t i Quáấm ản ừ ộ ồng ịu ằng ầu ờng đi và công suất kéo trình di chuy n đoàn gòong t v trí ch t t i đ n v trí d t i b ng tàuển ừ ịu ấm ản ếp ịu ỡng sửa chữa thấp Tuy nhiên, ản ằng

đi n đ i v i các đện ối ớng ường đi và công suất kéo ng có đ d c < 7% và b ng t i v i các độ ối ằng ờng đi và công suất kéo ớng ường đi và công suất kéo ng  7%

T i v trí d t i s d ng hai phạc ịu ỡng sửa chữa thấp Tuy nhiên, ản ửa ụng ươ ng pháp d t i: D t i b ng quang l tỡng sửa chữa thấp Tuy nhiên, ản ỡng sửa chữa thấp Tuy nhiên, ản ằng ậngòong đ i v i các gòong 1 ho c 3 t n; d t i b ng tay đ i v i các gòongối ớng ấm ỡng sửa chữa thấp Tuy nhiên, ản ằng ối ớng

l t tay, gòong m hông, gòong l t nghiêng m hông.ận ở ận ở

- Gòong v n t i đ t đá t khu v c đào lò, đận ản ấm ừ ựng ường đi và công suất kéo ng lò chính (lò cái), lòchu n b (lò xuyên v a) Phẩy hoặc kéo theo hướng chuyển động được tạo ra bởi động ịu ỉnh ươ ng pháp ch t t i b ng máy xúc, t máyấm ản ằng ừcombai đào lò, b ng tay ằng

Hình 1.4 Hình nh đoàn xe gòong ả

Các thông s c a xe gòong l a ch n trong đ tài:ối ủa ựng ọc ều

- S lối ượcng gòong: n = 10

- Dung tích 1 gòong: V = 2 m3

- C đỡng sửa chữa thấp Tuy nhiên, ường đi và công suất kéo ng ray: 600 mm

- V n t c v n t i (Max): 7,0 m/s = 25,2 km/h (ận ối ận ản TCVN

6780-2:2009)

- Đường đi và công suất kéo ng kính bánh xe: 300 mm

Đ tính toán l c kéo và công su t kéo cho xe gòong, c n l a ch nển ựng ấm ầu ựng ọc

và tính toán m t s các thông s sau: ộ ối ối

- Chi u dài v n t i (Chi u dài lò): L = 1000m;ều ận ản ều

- Đường đi và công suất kéo ng kính bánh xe (Max): Dmax= 300 mm;

- Gia t c kh i đ ng (Max): aối ở ộ max= 1.1 m/s2

- Đ d c độ ối ường đi và công suất kéo ng (Max): imax=7%(Theo tiêu chu n ẩy hoặc kéo theo hướng chuyển động được tạo ra bởi động TCVN 2:2009);

6780 H s bám dính: fện ối a (famax = 0.33; famin = 0.2);

- Tr ng lọc ượcng l n nh t khi có t i:ớng ấm ản

V i m i gòong dung tích 2mớng ỗn hợp 43 3 ch than sẽ tở ươ ng đươ ng v i kh iớng ối

lượcng 1,5 t n (tr ng lấm ọc ượcng riêng c a than là 0,75 t n/mủa ấm 3) Ngoài ra còn

có kh i lối ượcng không t i c a v xe gòong và kh i lản ủa ỏ ối ượcng c quy trên xe.ắt

V i 10 gòong đ n và s lớng ơ ối ượcng c quy l n nh t là 20 bình thì tắt ớng ấm ươ ng

đươ ng kh i lối ượcng là 2,5 t n V y kh i lấm ận ối ượcng có t i l n nh t là m =ản ớng ấm10x1,5 + 2,5 = 17,5 t n Tính c vi c ch t li u vấm ản ện ấm ện ượct quá dung tích gòong

ta l y m = 20 t n.ấm ấm

L c kéo xe gòong đựng ượcc tính theo công th c: ứng

F0max = fa⋅m = 0,3.20000 = 6000 [N] (l y fấm a = famax = 0,3)Công su t kéo đấm ượcc tính theo công th c kinh nghi m:ứng ện

3 1

.2

d c d

- m là kh i l ối ượng tối ưu ng t ng c a xe (t n) ổi xung áp một chiều ủa ất lượng tối ưu

- v d v n t c sau khi kh i đ ng (m/s) ập bài toán tối ưu ối ởi động (m/s) ộng

- a d là gia t c kh i đ ng (m/s ối ởi động (m/s) ộng 2 )

- v c là t c đ tính toán t ối ộng ươ đ ng đ ươ đ ng (m/s); Giá tr này đ ị ượng tối ưu c tính theo công th c sau: ứng với chế độ định mức

0

c d

d d

L v

- An toàn trong môi trường đi và công suất kéo ng h m mầu ỏ

- D i t c đ r ng và công su t đ l n vùng t c đ caoản ối ộ ộ ấm ủa ớng ở ối ộ

- Đáp ng nhanh v i s thay đ i c a mômen t iứng ớng ựng ổ ủa ản

- Hi u su t caoện ấm

- Kích thướngc tr ng lọc ượcng nhỏ

- Làm vi c tin c y và b n v ngện ận ều ữa

- Gi m nhi u đi n t khi làm vi cản ễu 58 ện ừ ện

M t s lo i đ ng c đi n đã và đang độ ối ạc ộ ơ ện ược ửa ụngc s d ng trên ô tô đi nệnlà: đ ng c không đ ng b (đ ng c c m ng), đ ng c nam châm vĩnhộ ơ ồng ộ ộ ơ ản ứng ộ ơ

c u, đ ng c m t chi u, đ ng c t tr chuy n m ch Dửa ộ ơ ộ ều ộ ơ ừ ở ển ạc ướngi đây sẽ phântích u như ượcc đi m c a t ng lo i đ ng c đ đ a ra s l a ch n đ ngển ủa ừ ạc ộ ơ ển ư ựng ựng ọc ộ

c cũng nh xu hơ ư ướngng s d ng đ ng c cho ô tô đi n trong tửa ụng ộ ơ ện ươ ng lai

Do xe gòong làm vi c trong môi trện ường đi và công suất kéo ng h m lò nên ngoài các tiêuầuchu n nêu trên còn ph i tuân theo các tiêu chu n v yêu c u an toàn.ẩy hoặc kéo theo hướng chuyển động được tạo ra bởi động ản ẩy hoặc kéo theo hướng chuyển động được tạo ra bởi động ều ầuQua tìm hi u th c t th y r ng, ngu n đi n cung c p cho truy n đ ngển ựng ếp ấm ằng ồng ện ấm ều ộkéo ph n l n đầu ớng ược ấm ừc l y t ngu n acquy, vì v y trong thi t k này tác giồng ận ếp ếp ản

l a ch n ựng ọc đ ng c m t chi u kích t n i ti p ộng cơ một chiều kích từ nối tiếp ơ một chiều kích từ nối tiếp ộng cơ một chiều kích từ nối tiếp ều kích từ nối tiếp ừ nối tiếp ối tiếp ếp Lo i đ ng c này có c uạc ộ ơ ấm

t o đ n gi n và có th đáp ng đạc ơ ản ển ứng ượcc các yêu c u đã nêu.ầu

Đ ng c m t chi u độ ơ ộ ều ược ửa ụngc s d ng do kh năng t o ra mômen l n ản ạc ớng ởvùng t c đ th p và đ c tính mômen - t c đ phù h p cho truy n đ ngối ộ ấm ối ộ ợc ều ộkéo, đ c bi t là đ ng c m t chi u kích t n i ti p Vi c đi u ch nh t c ện ộ ơ ộ ều ừ ối ếp ện ều ỉnh ối

đ và m r ng d i t c đ đ ng c cũng d th c hi n b ng các b đi uộ ở ộ ản ối ộ ộ ơ ễu 58 ựng ện ằng ộ ều

ch nh đi n áp.ỉnh ện

1.1.3 Đ ng c m t chi u kích t n i ti p ộng ơ ộng ề ừ nối tiếp ố ếp

Đ c đi m c a đ ng c m t chi u kích t n i ti p là cu n kích t ển ủa ộ ơ ộ ều ừ ối ếp ộ ừ

m c n i ti p v i cu n dây ph n ng hình 1.5, nên cu n dây kích t cóắt ối ếp ớng ộ ầu ứng ộ ừ

ti t di n l n, đi n tr nh , s vòng dây ít, c u t o đ n gi n.ếp ện ớng ện ở ỏ ối ấm ạc ơ ản

S đ nguyên lý đ ng c m t chi u kích t n i ti p:ơ ồng ộ ơ ộ ều ừ ối ếp

V i – Đi n áp ngu n vào c p cho đ ng c (V) ện ồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ất lượng tối ưu ộng ơ đ

i a – Dòng đi n qua ph n ng (A) ện ần ứng (A) ứng với chế độ định mức

i f – Dòng đi n qua ph n c m (A) ện ần ứng (A) ả

e – S c đi n đ ng c m ng ph n ng (V) ứng với chế độ định mức ện ộng ả ứng với chế độ định mức ần ứng (A) ứng với chế độ định mức

R a , L a – là đi n tr cu n ph n ng ( , H) ện ởi động (m/s) ộng ần ứng (A) ứng với chế độ định mức Ω, H)

R f , L f – là đi n tr cu n kích t ( , H) ện ởi động (m/s) ộng ừ Ω, H)

J – Mô men quán tính (Kg.m )

b – là h s ma sát nh t (N.m.s) ện ối ới hệ thống tuyến

T L – Mô men t i (N.m) ả

– T c đ góc rô to đ ng c (Rad/s)

ω – Tốc độ góc rô to động cơ (Rad/s) ối ộng ộng ơ đ

Đ ng c m t chi u kích t n i ti p nên: ộ ơ ộ ều ừ ối ếp i a = i f = i m

T thông c a đ ng c ph thu c vào dòng ph n ng (t c là ph ừ ủa ộ ơ ụng ộ ầu ứng ứng ụngthu c vào t i):ộ ản  k i f f k i f m

(1.4)

Trong đó: k f – h s ph thu c vào cu n dây kích t c a t ng lo iện ối ụng ộ ộ ừ ủa ừ ạc

đ ng c , ph thu c vào dòng đi n t i Khi m ch t không bão hòa Iộ ơ ụng ộ ện ản ạc ừ f <(0,8 ÷ 0,9)Iđm, k f coi nh là h ng s ư ằng ối

Hình 1.7 S ph thu c gi a t thông và dòng ph n ng ựa chọn bộ biến đổi (XA-ĐC) ục ộng ữa lực cản theo độ dốc đường đi và công suất kéo ừ ần ứng (A) ứng với chế độ định mức

S c đi n đ ng ph n ng đứng ện ộ ầu ứng ượcc tính theo công th c:ứng

a f b

V I

T phừ ươ trình (1.10) ta th y r ng n u đi n áp vào không đ i thìng ấm ằng ếp ện ổ

t c đ đ ng c t l ngh ch v i bình phối ộ ộ ơ ỷ lệ nghịch với bình phương mô men Vậy, khi động cơ ện ịu ớng ươ ng mô men V y, khi đ ng cận ộ ơ

ch y v i t c đ th p có th đ t mô men cao Đ c tính c c a đ ng cạc ớng ối ộ ấm ển ạc ơ ủa ộ ơ

đượcc th hi n trên hình 1.8.ển ện

Hình 1.8 Đ c tính c c a đ ng c đi n m t chi u kích t n i ti p ặc tính động cơ ứng với chế độ định mức ơ đ ủa ộng ơ đ ện ộng ều ừ ối ếp

Khi không t i (Iản m = 0), theo phươ ng trình (1.9) thì tr s ịu ối  sẽ vôcùng l n Th c t do có l c ma sát c tr c đ ng c và m ch t khi ớng ựng ếp ựng ở ổ ụng ộ ơ ạc ừ I f =

0 v n còn có t d (ẫn ừ ư dư0) nên khi không t i Tản L  0, t c đ đ ng c lúcối ộ ộ ơ

đó sẽ là: 0

i

e du

V k







(1.11)

T c đ này không ph i l n vô cùng nh ng do t d ối ộ ản ớng ư ừ ư dư nh nênỏ

ω0 cũng l n h n nhi u so v i tr s đ nh m c (5 ÷ 6)ớng ơ ều ớng ịu ối ịu ứng đm và có th gâyển

h i và nguy hi m cho h truy n đ ng đi n Vì v y không đạc ển ện ều ộ ện ận ượcc đ đ ngển ộ

c m t chi u kích t n i ti p làm vi c ch đ không t i ho c r i vàoơ ộ ều ừ ối ếp ện ở ếp ộ ản ơ tình tr ng không t i Không dùng đ ng c m t chi u kích t n i ti p v iạc ản ộ ơ ộ ều ừ ối ếp ớngcác b truy n đai ho c ly h p ma sát Thông thộ ều ợc ường đi và công suất kéo ng, t i t i thi u c aản ối ển ủa

đ ng c là kho ng (10 ÷ 20)% đ nh m c Ch nh ng đ ng c công su tộ ơ ản ịu ứng ỉnh ữa ộ ơ ấm

r t nh (vài ch c Wat) m i có th cho phép ch y không t i.ấm ỏ ụng ớng ển ạc ản

1.1.3.2 Tính toán các thông s đ ng c ối ộng ơ đ

V i công su t kéo xe gòong nh đã tính trên là 20,5 kW, ta ch nớng ấm ư ở ọc

đ ng c m t chi u kích t n i ti p ME1002 c a hãng MOTENNERGYộ ơ ộ ều ừ ối ếp ủa(Mỹ) ch t o có thông s kỹ thu t nh sau:ếp ạc ối ận ư

B ng 1.1 Các thông s đ nh m c c a đ ng c ả ối ị ứng với chế độ định mức ủa ộng ơ đ

Các thông s kỹ thu t: ối tiếp ật:

- Mô men quán tính: J 0,64 Kg m 2

- H s ma sát nh t: ện ối ớng b0,0052 N m s 

- H ng s th i gian đi n t c a đ ng c : ằng ối ờng đi và công suất kéo ện ừ ủa ộ ơ m 0,24

Tính toán thông s đ ng c : ối tiếp ộng cơ một chiều kích từ nối tiếp ơ một chiều kích từ nối tiếp

- T n hao mô men trên tr c đ ng c : ổ ụng ộ ơ  T T f b

T f là mô men c n do ma sát và ch i than sinh ra và đản ổ ượcc tính theo

công th c sau: ứng

4 4

μ – Hệ số ma sát cổ góp – chổi than (μ = 0,2 ÷ 0,25); ện ối ổi xung áp một chiều ổi xung áp một chiều μ – Hệ số ma sát cổ góp – chổi than (μ = 0,2 ÷ 0,25);

S ct – Di n tích ch i than (m ện ổi xung áp một chiều 2 );

P ct – Áp su t ch i than lên c góp P ất lượng tối ưu ổi xung áp một chiều ổi xung áp một chiều ct = (1,5 ÷ 2,5).10 4 (N/m 2 );

- M t đ dòng đi n đ nh m c ch i than (tra theo b ng 1.2)

σ - Mật độ dòng điện định mức chổi than (tra theo bảng 1.2) ập bài toán tối ưu ộng ện ị ứng với chế độ định mức ổi xung áp một chiều ả

B ng 1.2 M t đ dòng c a các lo i ch i than ả ập bài toán tối ưu ộng ủa ạng ổi xung áp một chiều

e m

b m

E k

m t m

T k I

Hình 1.9 S đ kh i toán h c mô t đ ng c m t chi u kích t n i ti p ơ đ ồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ối ọ ả ộng ơ đ ộng ều ừ ối ếp

1.2 Các yêu c u đ i v i h truy n đ ng kéoầu đối với hệ truyền động kéo ố ớng ệ truyền động kéo với động cơ một chiều kích ề ộng

Tính năng v n hành c a m t h truy n đ ng kéo nói chung c nận ủa ộ ện ều ộ ầu

ph i đ m b o các yêu c u sau:ản ản ản ầu

- Kh năng tăng t c: đản ối ượcc xác đ nh b i th i gian c n thi t đ tăngịu ở ờng đi và công suất kéo ầu ếp ển

t c đ t 0 đ n t c đ cho trối ộ ừ ếp ối ộ ướngc, ho c t m t t c đ th p đ n m t t c ừ ộ ối ộ ấm ếp ộ ối

đ cao.ộ

- Kh năng v n hành c a xe trên các lo i đản ận ủa ạc ường đi và công suất kéo ng khác nhau

- T c đ c c đ i mà h truy n đ ng có th đ t đối ộ ựng ạc ện ều ộ ển ạc ượcc

- Trong h truy n đ ng kéo ch có đ ng c đi n d n đ ng cácện ều ộ ỉnh ộ ơ ện ẫn ộbánh xe nên tính năng v n hành c a xe hoàn toàn ph thu c vào đ c tínhận ủa ụng ộ mômen- t c đ và công su t - t c đ c a đ ng c kéo Đ đ t đối ộ ấm ối ộ ủa ộ ơ ển ạc ượcc cácyêu c u v tính năng v n hành c a xe nh đã nêu thì vùng làm vi c c aầu ều ận ủa ư ện ủa

đ ng c mong mu n là n m trong vùng công su t không đ i Vì v y vùngộ ơ ối ằng ấm ổ ậnnày càng r ng càng t t Các đ c tính mong mu n đ i v i h truy n đ ngộ ối ối ối ớng ện ều ộ

đ ng c đi n độ ơ ện ượcc minh ho nh hình dạc ư ướngi đây:

n

P M

Hình 1.10 Đ c tính mô men, công su t theo t c đ c a truy n đ ng kéo ặc tính động cơ ứng với chế độ định mức ất lượng tối ưu ối ộng ủa ều ộng

Đ ng c ph i có kh năng t o ra mômen l n vùng t c đ th pộ ơ ản ản ạc ớng ở ối ộ ấm

đ kh i đ ng và gia t c, trong khi ph i có kh năng cung c p công su tển ở ộ ối ản ản ấm ấm

đ l n vùng t c đ cao Nh v y, ta mong mu n đ ng c có d i t c đủa ớng ở ối ộ ư ận ối ộ ơ ản ối ộlàm vi c r ng Tuy nhiên không ph i đ ng c nào cũng đáp ng đện ộ ản ộ ơ ứng ượcc

đi u đó Th c t là yêu c u mômen kh i đ ng l n l i mâu thu n v i yêuều ựng ếp ầu ở ộ ớng ạc ẫn ớng

c u d i t c đ r ng.ầu ản ối ộ ộ

- C u t o c a h đi u khi n đ n gi n, t n hao năng lấm ạc ủa ện ều ển ơ ản ổ ượcng ít

- Các ph n t có đ tin c y cao, đ n gi n v c u t o, thay th dầu ửa ộ ận ơ ản ều ấm ạc ếp ễu 58dàng

- Xe có kh năng n đ nh t c đ và đi u ch nh t c đ vô c p.ản ổ ịu ối ộ ều ỉnh ối ộ ấm

- H truy n đ ng ph i có đ o chi u (Ch y ti n, lùi).ện ều ộ ản ản ều ạc ếp

1.3 Xây d ng mô hình h truy n đ ng kéo xe gòong ự ệ truyền động kéo với động cơ một chiều kích ề ộng

M t h th ng truy n đ ng đi n xe kéo c b n bao g m m t ngu nộ ện ối ều ộ ện ơ ản ồng ộ ồngnăng lượcng, m t b chuy n đ i công su t, m t đ ng c đi n và m t bộ ộ ển ổ ấm ộ ộ ơ ện ộ ộtruy n đ ng c khí Trong đó, dòng năng lều ộ ơ ượcng có th đển ượcc cung c pấm

ho c tr ng ản ượcc tr l i trong khi xe làm vi c ho c phanh (hình 1.11) Hở ạc ện ệntruy n đ ng kéo đều ộ ượcc chia ra làm hai ph n là đi n và c Ph n c baoầu ện ơ ầu ơ

g m khâu chuy n đ i, h p vi sai và bánh xe còn ph n đi n bao g mồng ển ổ ộ ầu ện ồng

đ ng c đi n, b bi n đ i công su t và b đi u khi n ộ ơ ện ộ ếp ổ ấm ộ ều ển

EnergySource

PowerConverter

Electricmotor

Mechanical Transmission

Hình 1.11 C u trúc h truy n đ ng đi n xe kéo ất lượng tối ưu ện ều ộng ện

D a trên l nh đi u khi u khi n xe, b đi u khi n sẽ cung c p cácựng ện ều ều ển ộ ều ển ấmtính hi u đi u khi n cho b bi n đ i công su t Nh ng tín hi u nàyện ều ển ộ ếp ổ ấm ữa ện

đượcc khu ch đ i thông qua m ch lái đ chuy n m ch thi t b công su t.ếp ạc ạc ển ển ạc ếp ịu ấm

B bi n đ i công su t đi u ch nh hộ ếp ổ ấm ều ỉnh ướngng công su t gi a ngu n và đ ngấm ữa ồng ộ

c trong ch đ đ ng c ho c phanh hãm Đ ng c kéo có th cung c pơ ếp ộ ộ ơ ộ ơ ển ấm

m t giá tr mô men, t c đ mong mu n mà không có h p s ộ ịu ối ộ ối ộ ối

Electric controler Power converter Motor Transmission

& Differential

CAD Type Topology

Device Hardware

DSP Trasputer

GTO BJT

MOSFET

IGBT MCT

Chopper Inverter PWM Resonant

FEM EM Force

Thermal Graphics

DC IM SRM PMSM PMBM PMHM





Hình 1.12 S đ kh i t ng th h truy n đ ng xe kéo ơ đ ồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ối ổi xung áp một chiều ểu) ện ều ộng

- V i h th ng truy n đ ng kéo xe gòong, ta ch n đ ng c đi nớng ện ối ều ộ ọc ộ ơ ện

m t chi u kích t n i ti p, đ c đi m và u nhộ ều ừ ối ếp ển ư ượcc đi m c a lo i đ ng cển ủa ạc ộ ơ này đã đượcc phân tích và mô ph ng ph n 1.1.3.ỏ ở ầu

- Ngu n năng lồng ượcng m t chi u: có th l y t h th ng đi n xoayộ ều ển ấm ừ ện ối ệnchi u sau đó ch nh l u thành ngu n đi n m t chi u ho c t h th ng cều ỉnh ư ồng ện ộ ều ừ ện ối ắtqui Trong truy n đ ng kéo xe gòong ta l a ch n h th ng ngu n đi nều ộ ựng ọc ện ối ồng ện

được ấm ừ ắtc l y t c qui, do đó không c n h th ng c n v t.ầu ện ối ầu 2

- B bi n đ i công su t:ộ ếp ổ ấm V i h truy n đ ng dùng đ ng c m tớng ện ều ộ ộ ơ ộchi u kích t n i ti p có th đều ừ ối ếp ển ượcc đi u ch nh b ng nhi u cách khácều ỉnh ằng ềunhau Tuy nhiên, v i ngu n đi n m t chi u đớng ồng ện ộ ều ược ấmc l y t c qui nên bừ ắt ộ

bi n đ i công su t có th là b đi u ch nh đi n tr hay băm xung đi nếp ổ ấm ển ộ ều ỉnh ện ở ện

áp m t chi u (XA-ĐC).ộ ều

-Hình 1.13 Các h truy n đ ng đi n đ ng c m t chi u ện ều ộng ện ộng ơ đ ộng ều

Sau đây ta phân tích hai h truy n đ ng là h đi u ch nh t c đện ều ộ ện ều ỉnh ối ộ

b ng đi n tr và h truy n đ ng đi u ch nh b ng băm xung đi n áp ằng ện ở ện ều ộ ều ỉnh ằng ện

1.3.1 H truy n đ ng đi u ch nh b ng đi n tr ệ truyền động kéo với động cơ một chiều kích ề ộng ề ỉnh bằng điện trở ằng gòong và thông số kỹ thuật xe gòong ệ truyền động kéo với động cơ một chiều kích ở

T phừ ươ ng trình đ c tính c đi n ơ ện .

i m

a f b

V I



  và đ c tính c ơ

2 2

l n “Iớng m ≈ Vi/Rm” vì Rm là r t nh Mô men đ ng c sinh ra khi kh i đ ngấm ỏ ộ ơ ở ộcũng r t l n và gi m d n khi t c đ tăng Do đó, trong th i gian kh iấm ớng ản ầu ối ộ ω ≈ 0” thì dòng điện qua động cơ rất ờng đi và công suất kéo ở

đ ng, c n h n ch dòng đi n đ n m t giá tr nh t đ nh và ngoài ra h nộ ầu ạc ếp ện ếp ộ ịu ấm ịu ạc

ch mô men kh i đ ng Đ h n ch dòng kh i đ ng, ta đ a thêm vàoếp ở ộ ển ạc ếp ở ộ ư

m ch ph n ng v i m t lạc ầu ứng ớng ộ ượcng đi n tr nh t đ nh và thện ở ấm ịu ường đi và công suất kéo ng đượcc

kh ng ch theo t ng c p khác nhau tùy theo công su t đ ng c Hìnhối ếp ừ ấm ấm ộ ơ 1.14 mô t nguyên lý kh i đ ng đ ng c m t chi u qua hai c p t c đ ản ở ộ ộ ơ ộ ều ấm ối ộ

Hình 1.14 S đ nguyên lý kh i đ ng qua hai c p đi n tr ph ơ đ ồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ởi động (m/s) ộng ất lượng tối ưu ện ởi động (m/s) ục

I1 I2

Đ c tính t c đ theo dòng đi n ph n ng khi kh i đ ng qua 2 c p ối ộ ện ầu ứng ở ộ ấm

đi n tr ph đện ở ụng ượcc th hi n trên hình 1.15.ển ện

Hình 1.15 Đ c tính t c đ khi kh i đ ng đ ng c qua 2 c p đi n tr ph ặc tính động cơ ứng với chế độ định mức ối ộng ởi động (m/s) ộng ộng ơ đ ất lượng tối ưu ện ởi động (m/s) ục

Giá tr đi n tr trong m ch thay đ i theo th i gian kh i đ ng t 0ịu ện ở ạc ổ ờng đi và công suất kéo ở ộ ừ

R 1 , R 2 - Là đi n tr ph kh i đ ng; ện ởi động (m/s) ục ởi động (m/s) ộng

t 1 - Là th i gian kh i đ ng trên c p đi n tr th nh t; ời gian tối thiểu) ởi động (m/s) ộng ất lượng tối ưu ện ởi động (m/s) ứng với chế độ định mức ất lượng tối ưu

t 2 - Là th i gian kh i đ ng trên 2 c p đi n tr ời gian tối thiểu) ởi động (m/s) ộng ất lượng tối ưu ện ởi động (m/s)

Trong quá trình làm vi c, có nhi u cách đ thay đ i t c đ khi sện ều ển ổ ối ộ ửa

d ng đi n tr đi u ch nh phân c p t c đ nh thay đ i dòng toàn m ch,ụng ện ở ều ỉnh ấm ối ộ ư ổ ạcPhân dòng ph n c m, phân dòng ph n ng, thay đ i s vòng cu n kíchầu ản ầu ứng ổ ối ộ

t , phân đôi song song cu n kích t S đ nguyên lý cách cách đi uừ ộ ừ ơ ồng ều

ch nh đỉnh ượcc th hi n trên hình 1.16.ển ện

Hình 1.16 Các ph ươ đ ng pháp đi u ch nh t c đ đ ng c theo c p ều ỉ tiêu chất lượng dạng ối ộng ộng ơ đ ất lượng tối ưu

Mô ph ng kh i đ ng và đi u ch nh đ ng c qua 3 c p đi n tr ỏng khởi động và điều chỉnh động cơ qua 3 cấp điện trở ởi động và điều chỉnh động cơ qua 3 cấp điện trở ộng cơ một chiều kích từ nối tiếp ều kích từ nối tiếp ỉnh động cơ qua 3 cấp điện trở ộng cơ một chiều kích từ nối tiếp ơ một chiều kích từ nối tiếp ấp điện trở ệ phương trìn ởi động và điều chỉnh động cơ qua 3 cấp điện trở

ph đóng c t theo th i gian: ụ đóng cắt theo thời gian: ắt theo thời gian: ời gian:

- Mô hình mô ph ng (Hình 1.17):ỏ

Hình 1.17 Mô hình kh i đ ng đ ng c qua 3 c p đi n tr ởi động (m/s) ộng ộng ơ đ ất lượng tối ưu ện ởi động (m/s)

- Mô hình đóng c t qua 3 đi n tr ph theo gi i đắt ện ở ụng ờng đi và công suất kéo ượcc đ t trong

kh i “Stater” c u hình nh sau: Rối ấm ư 1 = 0,1 ; RΩ; R 2 = 0,075 ; RΩ; R 3 = 0,05Ω; R(Hình 1.18)

Hình 1.18 S đ kh i đi n tr kh i đ ng ơ đ ồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ối ện ởi động (m/s) ởi động (m/s) ộng

- Đ c tính t c đ khi kh i đ ng ối ộ ở ộ n(t):

Hình 1.19 Đ c tính t c đ đ ng c khi kh i đ ng ặc tính động cơ ứng với chế độ định mức ối ộng ộng ơ đ ởi động (m/s) ộng

- Đ c tính dòng đi n kh i đ ng ện ở ộ i m (t):