1Lecture 10
BÀI GIẢNG
Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ
TS. Hồ Phạm Huy Ánh
TS. Nguyễn Quang Nam
March 2010
/>2Lecture 10
¾ Máy điện DC nói chung tiện dùng nhờ điều khiển tốc độ đơn giản và có đặc
tính cơ mô men-tốc độ rất linh hoạt. Dây quấn stator (cuộn kích từ) và dây quấn
rotor (phần ứng) đều dùng nguồn DC.
¾ Tuy vậy với cùng thông số công suất, máy điện DC vẫn mắc hơn máy điện AC.
Hiện nay với nhiều máy điện DC công suất nhỏ, cuộn kích từ cồng kềnh
đã được
thay bằng lõi từ thường trực.
¾ Cuộn kích từ stator hoặc lõi từ thường trực được dùng để tạo từ trường tĩnh,
trong khi dòng cấp cho phần ứng rotor phải qua hệ thống chổi than cổ góp. Hệ
thống chổi than cổ góp đóng vai trò như bộ chỉnh lưu bảo đảm từ trường rotor và
stator luôn vuông góc nhau. Nhờ đó giúp mô men kéo đạt trị cực đại với gía trị
dòng nhất
định, đồng thời cho phép thuật toán điều khiển vận tốc khá đơn giản.
¾ Ngoài ra các động cơ vạn năng cho phép vận hành với cả điện AC và DC cũng
được xem là máy điện DC do có cấu tạo thực chất là máy điện DC kích từ nối
tiếp.
Máy Điện DC – Giới thiệu chung
3Lecture 10
Cấu tạo máy điện DC
Ổđỡ
Rãnh phần ứng
được đúc xiên
Cổ góp
¾ Mạch từ phần ứng được ghép

(
)
θ
θ
θ
d
dL
iiiiT
sr
srsr
e
=,,
5Lecture 10
¾ Cấu trúc thực của máy điện DC có cổ góp gồm nhiều lá đồng nối với đầu cuối dây
quấn rotor (xem Fig. 8.4 của GT). Hệ thống chổi than cổ góp hình thành trục từ trường
phần ứng luôn vuông góc với trục từ trường của mạch kích stator Ö Duy trì được độ lớn
mô men tối đa với chiều ổn định.
¾ Biểu thức tính mô men cho thấy độ lớn mô men tỉ lệ v
ới dòng rotor i
a
và dòng stator i
f
:
Xây dựng phương trình đặc trưng của máy điện DC
fa
e
iGiT =
¾ Ta xây dựng hệ phương trình động từ mạch tương đương của máy điện DC:
dt
di

f
+
_
v
f
i
f
Sứcphản điện động
(Back EMF)
6Lecture 10
¾ Khảo sát máy điện DC vận hành ở chế độ xác lập với điện áp và tốc độ không
đổi, ta có các công thức biểu diễn công suất điện và cơ:
famaaaaa
IIGIRIVP
ω
+==
2
2
fffff
IRIVP ==
mfam
e
m
IGITP
ωω
==
Công suất điệntừ (Armature power):
Công suấtkíchtừ (Field power):
Công suấtcơ (Mechanical power):
¾ Có thể thấy với ĐC DC, công suất cơ chính bằng công suất điện từ trừ đi tổn

R
IGV
I
ω
−
=
a
fma
f
e
R
IGV
GIT
ω
−
=
¾ Từ đó ta có đặc tuyến tải mô men – tốc độ có dạng đường thẳng bậc nhất
() ()
e
f
a
m
e
f
a
f
a
m
T
GI

> V
a
/(GI
f
). Chế độ vận hành như động cơ khi P
a
> 0 và P
m
> 0 (xem
Fig. 8.7 của Giáo Trình).
Khảo sát đặc tính tải mô men – tốc độ của Động cơ DC
ω
m
T
e
Increasing V
a
¾ Cho dP
m
/dω
m
= 0 và giải ra ω
m
, ta tìm
được tốc độ quay ở đó công suất máy điện
DC KTĐL đạt cực đại là:
f
a
mP
GI

R
a
+ R
f
v
+
_
i
()
(
)
iG
dt
di
LLiRRv
mfafa
ω
++++=
2
GiT
e
=
¾ Quan hệ xác lập của Máy điện DC kích
từ nối tiếp với nguồn hằng được xác định
bởi:
()
mfa
GRR
V
I

LLGRR
V
I
ωω
++++
=
()()
2
22
2
2
efamfa
e
av
LLGRR
GV
GIT
ωω
++++
==
Trong đó ω
e
là tầnsốđiệnlưới.
¾ ThựctếđiệnápAC thường đượchiệuchỉnh bằng mạch công suất dùng SCR
IGBT hay triac để điềuchỉnh giá trị hiệudụng của dòng, qua đócũng sẽ làm suy
giảm mô men.
Động cơ điện DC vạn năng
11Lecture 10
¾ Máy điện DC loại này có cuộn kích từ và cuộn phần ứng mắc song song, cho
ta mạch tương đương như hình (đang vận hành ở chệ độ ĐC).

dt
di
LiRv
ω
++=
fa
e
iGiT =
¾ Các quan hệ khi ĐC DC kích từ song song
vận hành xác lập với áp nguồn không đổi v = V,
f
f
R
V
I =
a
fm
a
R
IGV
I
ω
−
=
af
mf
fa
e
RR
GR

R
a
R
f
L
f
i
a
i
+
_
v
i
f
Gω
m
i
f
R
L
(
)
faL
iiRv
−
=
(
)
faLaafmff
IIRIRIGRIV

chúng. Thông thường ta tạo dòng 2 pha lệch nhau 90o trong miền thời gian từ
nguồn xoay chiều 1 pha, khi đó động cơ cảm ứng một pha có thể vận hành.
¾ Đơn giản hơn ta chỉ cần thêm cuộn kích từ mồi, kéo động cơ cảm ứng một
pha khởi động theo chiều tùy ý, mà không cần mô men khởi động.
Trong thực tế, cuộn phụ thường được thiết kế thêm vào động cơ cả
m ứng một
pha, và nhiều phương pháp được đề xuất tạo mô men khởi động hoặc để duy trì
hệ thống dòng 2 pha lệch nhau 90
o
cần thiết. Các sơ đồ thông dụng hiện nay
dành cho động cơ cảm ứng một pha bao gồm: Kiểucuộnphụ riêng lẽ; Kiểucuộn
phụ thêm tụ khởi động; Kiểucuộnphụ thêm tụ thường trực; Kiểucuộnphụ phối
hợptụ thường trực& khởi động; Kiểucuộnphụ khởi động phốihợ
ptụ thường
trực.
Khảo sát động cơ cảm ứng một pha
15Lecture 10
Khảo sát cấu tạo thực của động cơ cảm ứng một pha
16Lecture 10
Các kiểu động cơ cảm ứng một pha
Kiểucuộnphụ riêng lẽ
Kiểucuộnphụ dùng tụ khởi động
Kiểucuộnphụ dùng tụ
thường trực
Kiểucuộnphụ dùng tụ
thường trực& khởi động
Kiểucuộnphụ khởi động
phốihợptụ thường trực
17Lecture 10
Các Bài Tập