BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC
LẬP

GVHD : LÊ NGỌC HỘI
SV : TẠ VĂN TIẾN MSSV: 11010603 Thành Phố Hồ Chí Minh Ngày 20/6/2013 LỜI NÓI ĐẦU

Trong nền công nghiệp sản xuất hiện đại, máy điện giữ vai trò chủ đạo trong
việc truyền tải và biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác phục
vụ cho yêu cầu sản xuất và sinh hoạt của con người. Do đó, việc học tập và nghiên
cứu máy điện là nhu cầu rất cần thiết để đáp ứng nhiệm vụ công nghiệp hóa đất

I/ CẤU TẠO:

1/ Stator: (phần tĩnh)
1.1/ Cực từ chính:
Là phần sinh ra từ trường gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ.
Lõi thép: gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon ghép lại với
nhau.
Dây quấn kích từ: được quấn bằng dây đồng đặt trên cực từ và mắc nối tiếp
với nhau.
1.2/ Cực từ phụ: Được làm bằng thép khối, trên thân có đặt dây quấn, đặt giữa
cực từ chính dùng để cải thiện đổi chiều, triệt tiêu tia lửa điện trên chổi
than.
1.3/ Vỏ máy: (gông từ)
Làm nhiệm vụ kết cấu và làm mạch từ nối liền các cực từ.
1.4/ Các bộ phận khác:
Nắp máy: bảo vệ các bộ phận bên trong máy.
Cơ cấu chổi than: để đưa điện từ phần quay ra ngoài hoặc ngược lại.
2/ Rotor : (phần quay)


III/ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ KÍCH TỪ ĐỘC LẬP: 1/Đặc tính cơ:

Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập

Phương trình đặc tính cơ :
U
ư
= E
ư
+ (R
ư
+R
i
)I
ư
(2-1)
Trong đó:
U
ư
: điện áp phần ứng (V).

r
b
: điện trở cuộn bù.
r
ct
: điện trở tiếp xúc của chổi điện.

Sức điện động E
ư
của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức :

E
ư
= Φω = (2-
2)Trong đó :
p : số đôi cực từ chính.
N : số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
a : số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng.
Φ : từ thông kích từ dưới một cực từ (W
b
).
ω : tốc độ góc ( rad/s).
K = : hệ số cấu tạo của động cơ.
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì
E
ư
=K

ư
(2-5)

suy ra : I
ư
=
Thay giá trị của I
ư
vào (2-4), ta được:
ω = – M
đt
(2-
6)
Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ
bằng mômen điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là M
đt
= M
cơ
= M.
ω = – M (2-
7)
Đây chính là phương trình đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập.
Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông Φ = const, thì các
phương trình đặc tính cơ điện (2-4) và phương trình đặc tính cơ (2-7) là tuyến
tính. Đồ thị của chúng được biểu diễn trên H.2-3 và H.2-4 là những đường
thẳng.


nm
(2-
10)
I
nm
, M
nm
được gọi là dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch.

Mặt khác, phương trình đặc tính (2-4) , (2-7) cũng có thể được viết ở dưới dạng
:
ω = - = ω
0
- Δω (2-
11)
ω = - = ω
0
- Δω

(2-12)
Trong đó
R = R
ư
+ R
f
, ω
0
=
Δω = I
ư

*
(2-13)
ω
*
= 1 - R
*
M
*
.

(2-14)
2/ Xét ảnh hưởng các tham số đến đặc tính cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ (2-7) ta thấy có 3 tham số ảnh hưởng đến đặc
tính cơ : Từ thông động cơ Φ, điện áp phần ứng U
ư
và điện trở phần ứng động
cơ. Ta lần lượt xét ảnh hưởng của từng tham số đó.
2.1/Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:

Giả thiết U
ư
= U
đm
=const và Φ=Φ
đm
=const.
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
t
vào mạch
phần ứng.

C
nào đó, nếu R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ
càng giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch cũng
giảm. Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng
điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản. 2.2/Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:
Giả thiết từ thông Φ = Φ
đm
= const, điện trở của phần ứng R
ư
= const.
Khi thay đổi điện áp theo hướng giảm so với U
đm
, ta có:
Độ cứng đặc tính cơ:
β = = const
H-2.5
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần
ứng động cơ ta được một họ đặc tính cơ song
song với đặc tính cơ tự nhiên như H.2-6.
Ta thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp)
thì mômen ngắn mạch, dòng điện ngắn
mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ

Độ cứng đặc tính cơ: β = = var

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông. Nên
khi từ thông giảm thì ω
0x
tăng, còn β sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với
ω
0x
tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.

H-2.6

ω
01
Φ
2 ω
0

Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông :
Dòng điện ngắn mạch: I
nm

=
=
E 0 E
K K
R
Fw - Fw
< 0

M
h
= K
E
ΦIh < 0

Trị số hãm tăng dần đến khi cân bằng với mômen phụ tải của cơ cấu sản
xuất thì hệ thống làm việc ổn định với tốc độ: ω
0đ
> ω
0.
Vì sơ đồ đấu dây của mạch động cơ vẫn không thay đổi nên phương
trình đặc tính cơ tương tự như (2-7) nhưng mômen có giá trị âm.
H-2.7: Đặc tính
(b)
Đường đặc tính cơ ở trạng thái hãm tái sinh nằm trong góc phần tư thứ
hai và thứ tư của mặt phẳng tọa độ.

Trong trạng thái hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều và công suất
được đưa trả về lưới điện có giá trị P = (E-U)I. Đây là phương pháp hãm
kinh tế nhất vì động cơ sinh ra điện năng hữu ích.
Khi muốn hạ tải ta phải đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ.

Tại điểm b, momen do động cơ sinh ra nhỏ hơn mômen cản nên
động cơ giảm tốc nhưng tải vẫn theo chiều nâng lên. Đến điểm c tốc độ
bằng 0 nhưng vì momen động cơ nhỏ hơn momen tải nên dưới tác
dụng của tải trọng, động cơ quay theo chiều ngược lại. Tải trọng được
hạ xuống với tốc độ tăng dần, đến điểm d momen động cơ tăng dần với
momen cản nên hệ ổn định với tốc độ hạ không đổi ω
0đ
, cd là đoạn đặc
tính hãm ngược. Ta có:
I
h
= = (2-40)
M = K
M
ΦI
h
3.2.2/Đảo chiều điện áp phần ứng:
Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm a trên đặc tính cơ tự nhiên
với tải M
c
ta đổi chiều điện áp phần ứng và đưa thêm điện trở phụ R
f

trong mạch. Động cơ chuyển sang làm việc tại điểm b. Tại c tốc độ
bằng không nếu cắt phần ứng ra khỏi điện áp nguồn thì động cơ sẽ
dừng lại ,còn nếu vẫn giữ điện áp cấp vào động cơ và tại c momen
động cơ lớn hơn cản M
C
thì động cơ sẽ dừng lại và làm việc ổn định
tại d. Đoạn bc là quá trình hãm ngược.

Tương ứng ta có momen ban đầu:
M
hđ
= K
M
ΦI
hđ
< 0
Ta có phưng trình đặc tính như sau:
ω = - I
ư
ω = -
2
M
Tuy nhiên ta cần phải chọn R
h
sao cho dòng hãm ban đầu: I
hđ

(2 2.5)I
đm
và phương trình đặc tính cơ có dạng:
ω = - –
2
M
Khi động năng đang quay muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc
lập ta cắt phần ứng ra khỏi lưới điện một chiều, và đóng vào một điện
trở hãm, còn mạch kích từ vẫn nối với nguồn như cũ. Mạch điện có sơ
đồ như hình :


< 0

(2-47)

Biểu thức (2-46) và (2-47) chứng tỏ dòng hãm I
hđ
và M
hđ
ngược chiều
với tốc độ ban đầu của động cơ khi hãm động năng U
ư
= 0 nên ta có
các phương trình đặc tính cơ sau:
ω = - I
ư
(2-48)
ω = -
2
M

(2-49)
Khi Φ = const,thì độ cứng của đặc tính cơ hãm phụ thuộc vàoR
h
. Khi R
càng nhỏ đặc tính cơ càng cứng, momen hãm càng lớn, hãm càng
nhanh.
Tuy nhiên cần chọn R
h
sao cho dòng hãm ban đầu nằm trong giới hạn
dòng cho phép: I

h
+I
kt
I
ư
= = -

Và các phương trình đặc tính là:
ω = I
ư

và:
ω = -
2
M

Trong quá trình hãm, tốc độ giảm dần, dòng kích từ giảm dần và do
đó từ thông Φ giảm dần và là một hàm của tốc độ. Vì vậy các đặt tính
cơ khi hãm có dạng như đường đặc tính không tải của máy phát điện tự
kích và phi tuyến.
So với phương pháp hãm ngược, hãm động năng có hiệu quả kém
hơn khi chúng có cùng tốc độ ban đầu và cùng moen cản M
C
. Tuy
nhiên hãm động năng ưu việt hơn về mặt năng lượng, đặc biệt là động
năng tự kích vì không tiêu thụ năng lượng từ lưới nên phương pháp này
có khả năng khi có sự cố mất điện lưới.
IV/ MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU:
Quá trình mở máy là quá trình đưa tốc độ động cơ điện từ n = 0 đến tốc độ n = n
đm

-
= = =
mm ö ñm
mm
ö ö
U E U
I I
R R

Trong thực tế Rư = 0.02 0.1 =
ö ñm
ñm
R .I
U
nên với điện áp định mức thì dòng
I
ư
sẽ rất lớn:
= = ¸
mm ö ñm
I I (50 10)I

Dòng điện mở máy quá lớn làm hư hỏng cổ góp, xung lực trên trục làm hư
hỏng trục máy. Nên phương pháp này chỉ áp dụng đối với những động cơ
công suất nhỏ khoảng vài trăm watt trở xuống vì cỡ công suất này máy có
R
ư
lớn. Do đó khi mở máy : I
ư
= I

, R
đcmin
. Gạt tay gạt T về vị trí 1 ta có
dòng điện mở máy I
mm1
bằng:
=
+
å
ñm
mm1
ö mm
U
I
R R
, vì khi mở máy n=0 nên
ö e
E C . .n 0
d
= F =
. Do dây quấn
kích thích được trực tiếp với nguồn nên từ thông
ñm
F = F
. Nếu mô men do
động cơ sinh ra lớn hơn mô men cản trên trục ³
Ñ c
M M
thì n tăng
®

ư
giảm
®
M giảm khi I
ư
giảm đến I
mm2
ta gạt T đến vị
trí 3 và lần lượt đến vị trí 4,5. Quá trình này cứ lặp lại cho đến khi n
Đ
= n
đm

thì R
mm
cũng bị loại khỏi mạch phần ứng. Nếu R
mm
hết mà n
Đ
chưa bằng n
đm

thì điều chỉnh R
đc
. Muốn dừng máy ta kéo tay gạt T về vị trí ban đầu số 0,
tốc độ máy sẽ chậm dần và cắt dòng điện đưa vào động cơ. Giới hạn trên của
dòng mở máy I
mm1
được chọn sao cho thỏa mãn điều kiện đổi chiều dòng
điện trên chổi than. Giới hạn dưới của dòng I


Trong các thiết bị công suất lớn, biến trở mở máy rất cồng kềnh và đưa
lại năng lượng tổn hao lớn, nhất là khi phải mở máy luôn. Nên trong một số
thiết bị người ta dùng mở máy không biến trở bằng cách hạ điện áp đặt vào
động cơ mở máy. Dùng tổ máy phát – động cơ nguồn điện áp có thể điều
chỉnh được của máy phát cung cấp cho phần ứng của động cơ, trong khi đó
mạch kích thích của máy phát và động cơ phải được đặt dưới một điện áp
độc lập khác. Phương pháp này chỉ áp dụng cho ĐCĐKTĐL. Thường được
kết hợp bởi điều chỉnh n.

V/ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ:
Trong nền sản xuất công nghiệp hiện đại, muốn nâng cao hiệu suất sử dụng
máy, nâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế, phát huy cao tính
năng tự động hóa, các dây chuyền nhất thiết phải sử dụng các hệ thống truyền
động có điều chỉnh tốc độ. Để điều chỉnh tốc độ cho cơ cấu sản xuất có thể dùng
phương pháp cơ, phương pháp điện hoặc phương pháp cơ điện.
Tuy nhiên, phương pháp cơ có nhiều hạn chế, khó khăn trong việc nâng khả
năng tự động hóa cho các máy công nghiệp, không phù hợp với các với các hệ
thống sản xuất hiện đại có yêu cầu cao.
Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điện là phương pháp chủ động làm thay đổi
tốc độ đầu trục của động cơ nhờ vào việc thay đổi thay đổi các trạng thái làm việc
theo nguyên lý của động cơ. Phương pháp điện là phương pháp điều chỉnh tốc độ
được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền động sử dụng năng lượng điện,
phương pháp thích hợp cho mọi loại máy sản xuất dùng năng lượng điện để
chuyển động.
Điều chỉnh tốc độ động cơ DC bằng phương pháp điện có 3 phương pháp:

- Thay đổi từ thông
d
F


3/Thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng R
f
: khi thêm R
f
độ dốc đường đặc
tính cơ động cơ tăng lên làm tốc độ động cơ giảm xuống.

VI/ BÀI TẬP MINH HỌA:

Mt ng c kớch t c lp cú cỏc tham s sau: P
m
= 10KW, U
m
= 110V, I
m
=
100A, n
m
= 500 v/ phỳt. Trang b cho mt c cu nõng ang lm vic trờn ng
c tớnh c t nhiờn vi ph ti M
c
= 0,8M
m
v ng c ó nõng hng xong.
Hóy v c tớnh c v xỏc nh R
f
cn ni vo mch phn ng ng c h ti
vi tc ng c bng 1/2 tc nõng.


0
E
U 110
n 524(voứng/ phuựt)
K 0,21
= = =
F

Phng trỡnh c tớnh c :

ủm ử C
ủm
E
U R I
n
K
-
=
Fủm ử f C
haừm
E
U (R R )I
n
K
- +
=
f

2
=

Ta có:
C C
ñm ñm
M I
M I
=

Mà : M
C
=0,8M
đm

I
C
=0,8I
đm

Vậy :
naâng ñm ö C
E U R I 110 0,05.80 106(V)
= - = - =haï naâng
1 106
E E 53(V)
2 2

còn mang nặng tính lý thuyết, còn hạn chế về những ví dụ thực tiễn, chưa nêu ra
được ứng dụng của hệ thống truyền động trong công nghiệp.
Đề tài có khả năng áp dụng cho những trường hợp đơn giản trong thực tế, đối
với các hệ thống truyền động đơn giản có thể áp dụng các công thức để tính toán
momen, vận tốc để tìm ra điểm làm việc ổn định. Có thể đưa ra các biện pháp khởi
động động cơ hợp lý. Song, đề tài vẫn chưa khả thi trong các hệ thống truyền động
phức tạp, do còn nhiều thiếu sót.
Đề nghị:
Để đạt được đề tài tốt cần phải nắm vững kiến thức của môn học truyền động
điện và máy điện. Vì vậy, sinh viên phải tích cực học tập những môn trên và phải
tìm kiếm thêm nhiều tại liệu bên ngoài để năng cao kiến thức. Để đạt được kết quả
tốt, nên khuyến khích sinh viên tự tìm kiếm tài liệu và hướng vào các ứng dụng
thực tiễn.

THE END