ThS. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng Ths. Kh−¬ng C«ng Minh Gi¸o Tr×nh: TruyÒn ®éng ®iÖn Tù ®éng

ThS. kh−¬ng c«ng minh
bé m«n: tù ®éng - ®o l−êng - khoa ®iÖn
tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa ®µ n½ng
gi¸o tr×nh
truyÒn ®éng ®iÖn
tù ®éng

(L−u hµnh néi bé)
§µ n½ng 2005

ThS. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

góp ý xin gửi về cho ThS. Khơng Công Minh, Giáo viên khoa điện,
Trờng đại học Bách khoa, Đại học Đà nẵng.
Tác giả
Chơng 1:
Khái niệm chung về hệ truyền động điện
tự động.
Đ 1.1. Mục đích và yêu cầu:
+ Nắm đợc cấu trúc chung của hệ thống truyền động điện tự
động (HT-TĐĐTĐ).
+ Nắm đợc đặc tính của từng loại động cơ trong các hệ thống
truyền động điện tự động cụ thể.
+ Phân tích đợc các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ và
vấn đề điều chỉnh tốc độ trong các hệ bộ biến đổi - động cơ .
+ Khảo sát đợc quá trình quá độ của HT-TĐĐTĐ với các thông
số của hệ hoặc của phụ tải.
+ Tính chọn các phơng án truyền động và nắm đợc nguyên
tắc cơ bản để chọn công suất động cơ điện.
+ Nắm đợc các nguyên tắc cơ bản điều khiển tự động HT-
TĐĐTĐ.
+ Phân tích và đánh giá đợc các mạch điều khiển tự động điển
hình của các máy hoặc hệ thống đã có sẵn.
+ Nắm đợc nguyên tắc làm việc của phần tử điều khiển logic.
+ Tổng hợp đợc một số mạch điều khiển logic.
+ Thiết kế đợc các mạch điều khiển tự động của các máy hoặc
hệ thống theo yêu cầu công nghệ.
- Phần lực (mạch lực): từ lới điện hoặc nguồn điện cung cấp
điện năng đến bộ biến đổi (BBĐ) và động cơ điện (ĐC) truyền động
cho phụ tải (MSX). Các bộ biến đổi nh: bộ biến đổi máy điện (máy
phát điện một chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), bộ biến đổi
điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà), bộ biến đổi điện tử, bán
dẫn (Chỉnh lu tiristor, bộ điều áp một chiều, biến tần transistor,
tiristor). Động cơ có các loại nh: động cơ một chiều, xoay chiều, các
loại động cơ đặc biệt.
- Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lờng,
các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều
khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và cho ngời vận hành. Đồng thời
một số hệ TĐĐ TĐ khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động
khác hoặc với máy tính điều khiển.
Phần điện
1.2.2. Phân loại hệ thống truyền động điện tự động:
Lới
- Truyền động điện không điều chỉnh: thờng chỉ có động cơ nối
trực tiếp với lới điện, quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định.
msx
Bbđ đc
- Truyền động có điều chỉnh: tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ
mà ta có hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện
tự động điều chỉnh mô men, lực kéo, và hệ truyền động điện tự động
điều chỉnh vị trí. Trong hệ này có thể là hệ truyền động điện tự động
nhiều động cơ.
R
R
t
k k
t

+ Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn
chúng đợc biếu diễn dới dạng biểu thức tổng quát:
M
c
= M
co
+ (M
đm
- M
co
)
q
m










(1-1)
Trong đó:
M
c
- mômen ứng với tốc độ .
M
co


b) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính thế năng.

c) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính phản kháng.
+ Ngoài ra, một số máy sản xuất có đặc tính cơ khác, nh:
- Mômen phụ thuộc vào góc quay M
c
= f() hoặc mômne phụ
thuộc vào đờng đi M
c
= f(s), các máy công tác có pittông, các máy
trục không có cáp cân bằng có đặc tính thuộc loại này.
- Mômen phụ thuộc vào số vòng quay và đờng đi M
c
= f(,s)
nh các loại xe điện.
- Mômen phụ thuộc vào thời gian M
c
= f(t) nh máy nghiền đá,
nghiền quặng.
Trên hình 1-2b biểu diễn đặc tính cơ của máy sản xuất có
mômen cản dạng thế năng.
Trên hình 1-2c biểu diễn đặc tính cơ của máy sản xuất có
mômen cản dạng phản kháng.

M
đm
M
a) b) c)

ThS. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
1.3.2. Đặc tính cơ của động cơ điện:
+ Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và
mômen của động cơ: M = f(
).
+ Nhìn chung có 4 loại đặc tính cơ của các loại động cơ đặc
trng nh: động cơ điện một chiều kích từ song song hay độc lập
(đờngc), và động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp hay hỗn hợp
(đờngd), động cơ điện xoay chiều không đồng bộ (đờnge), đồng
bộ (đờngf), hình 1-3. * Thờng ngời ta phân biệt hai loại đặc tính cơ:
+ Đặc tính cơ tự nhiên: là đặc tính có đợc khi động cơ nối theo
sơ đồ bình thờng, không sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ khác và
các thông số nguồn cũng nh của động cơ là định mức. Nh vậy mỗi
động cơ chỉ có một đặc tính cơ tự nhiên.
+ Đặc tính cơ nhân tạo hay đặc tính cơ điều chỉnh: là đặc tính
cơ nhận đợc sự thay đổi một trong các thông số nào đó của nguồn,

đm
;
*
= /
đm
; hoặc
*
= /
cb
.
Hoặc tính theo đồ thị: =

tg
m
m
M
; (hình 1- 4) (1-3)

f
Trong đó:

e
+ m
M
là tỉ lệ xích
c
của trục mômen


d

40).
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ
mềm (
10).
Trang 7

ThS. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Đ 1.4. CáC TRạNG THáI LàM VIệC CủA Hệ TĐĐTĐ
+ Trong hệ truyền động điện tự động bao giờ cũng có quá trình
biến đổi năng lợng điện năng thành cơ năng hoặc ngợc lại. Chính
quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của hệ truyền
động điện. Có thể lập Bảng 1-1:

TT
Biểu đồ
công suất
P
điện
P
cơ
P
Trạng thái
làm việc

1

0

P
cơ

Hãm
không tải

4 < 0

< 0

=
P
c
- P
đ

Hãm
tái sinh

5 0

< 0

=

này có giá trị dơng nếu nh mômen động cơ sinh ra cùng chiều với
tốc độ quay.
ở trạng thái máy phát: thì ngợc lại, khi hệ truyền động làm
việc, trong một điều kiện nào đó cơ cấu công tác của máy sản xuất có
thể tạo ra cơ năng do động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ đủ
lớn, cơ năng đó đợc truyền về trục động cơ, động cơ tiếp nhận năng
lợng này và làm việc nh một máy phát điện. Công suất điện có giá
trị âm nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn, công suất cơ có giá trị âm
khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và mômen động cơ sinh ra
ngợc chiều với tốc độ quay.
P
đ
P
P
đ
Mômen của máy sản xuất đợc gọi là mômen phụ tải hay
mômen cản. Nó cũng đợc định nghĩa dấu âm và dơng, ngợc lại với
dấu mômen của động cơ.
+ Phơng trình cân bằng công suất của hệ TĐĐ TĐ là:
P
đ
= P
c
+ P (1-4)
Trong đó: P
đ
là công suất điện; P
c
là công suất cơ; P là tổn
thất công suất.

P
đ
P
c
P
P
c
P
c
P

ThS. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
- Hãm động năng: P
điện
= 0, P
cơ
< 0, cơ năng biến thành công
suất tổn thất
P.
* Các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M,

]:
Trạng thái động cơ: tơng ứng với các điểm nằm trong góc phần
t thứ nhất và góc phần t thứ ba của mặt phẳng [M,
], hình 1 - 5.
Trạng thái máy phát: tơng ứng với các điểm nằm trong góc
phần t thứ hai và góc phần t thứ t của mặt phẳng [M,
], 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

- Khi năng lợng truyền từ động cơ đến máy sản xuất:
P
tr
= P
c
+ P (1-5)
Trong đó: P
tr
là công suất trên trục động cơ, P
tr
= M
cqđ
.,
(M
cqđ
và - mômen cản tĩnh quy đổi và tốc độ góc trên trục
động cơ).
P
c
là công suất của máy sản xuất, P
c
= M
lv
.
lv
,
(M
lv
và
lv


=


= ; (1-7)
Trong đó:

i
- hiệu suất của hộp tốc độ.
i =
lv


- gọi là tỷ số truyền của hộp tốc độ.

Trang 11
Trạng thái máy phát
M
< 0 ; M
c
> 0 ;
M
c
M
cM
M


(

)
III
IV

M
M
c
M
c
M

H
ình 1 - 5: Biểu diễn các trạng thái làm việc
trên mặt phẳng [M,

]

ThS. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
* Nếu chuyển động tịnh tiến thì lực quy đổi:


=
.
F
M
lv
cqõ
(1-8)

2
2

(1-10)
Chuyển động tịnh tiến: W = m.
2
v
2
(1-11)
Nếu sử dụng sơ đồ tính toán phần cơ dạng đơn khối, và áp dụng
các điều kiện trên ta có:


+

+

=


q
1
2
j
j
n
1
2
i
i

qõ
m
i
J
Jj
(1-13)

Trang 12
Trong đó: J
qđ
- mômen quán tính quy đổi về trục động cơ.

Đ
- tốc độ góc trên trục động cơ.
J
Đ
- mômen quán tính của động cơ.
J
i
- mômen quán tính của bánh răng thứ i.
m
j
- khối lợng quán tính của tải trọng thứ j.
i
i
= /
i
- tỉ số truyền tốc độ từ trục thứ i.

= /v


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

ThS. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng 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 lợng (
, n, L, M, ) với thời gian:
Dạng tổng quát:
dt
)J(d
M
n
1i
i

=

=
r
r
(1-15)
+ Nếu coi mômen do động cơ sinh ra và mômen cản ngợc
chiều nhau, và J = const, thì ta có phơng trình dới dạng số học:

d
t
d
JMM
c

=
(1-16)
Theo hệ đơn vị SI: M(N.m); J(kg.m

t
d
JMM
c

=
(1-19)
Từ phơng trình (1-19) ta thấy rằng:
- Khi M
đg
> 0 hay M > M
c
, thì 0
d
t
d
>

hệ tăng tốc.
- Khi M
đg
< 0 hay M < M
c
, thì 0
d
t
d
<

hệ giảm tốc.

xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định, ngời 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 phơng trình động học:

)(
M
M
dt
d
J
x
x
c
x






















(1-21)
Hay:
-
c
< 0 (1-22)
* Ví dụ: Xét hai điểm giao nhau của các đặc tính cơ:


A


(M)
Trang 15
H
ình 1- 7: Xét điểm làm việc ổn định
B
(M
C
)


Phần cơ phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu và loại máy, chúng rất
đa dạng và phức tạp, bởi vậy phải đa về dạng điển hình đặc trng cho
các loại, phần cơ có dạng tổng quát đặc trng 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 (M
c
), 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 nhng vì số phần tử rất lớn nên
đối với toàn máy nó trở nên đáng kể.
Trong những trờng hợp trên phần cơ khí của hệ không thể thay
thế tơng đơng bằng mẫu cơ học đơn khối mà phải thay thế bằng
mẫu cơ học đa khối, hình 9b.


M
C
M
đh
J
1
J
2
Đ
ộng cơ
Khâu
đàn hồi
M
áy sản xuấ
t

a)
Khâu
đàn hồi
F
1
F
2
m
1
m
2
b)
F
đh

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 lờng 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 lờng của nó ? Công thức
tính quy đổi mômen quán tính từ tốc độ

i
nào đó về tốc độ của trục
động cơ
?
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. Phơng trình tổng
quát của nó và giải tích các đại lợng trong phơng trình ?
9. Hãy vẽ đặc tính cơ của các máy sản xuất sau: máy tiện; cần
trục, máy bào, máy bơm.
10. Viết phơng trình chuyển động cho hệ truyền động điện có
phần cơ dạng mẫu cơ học đơn khối và giải thích các đại lợng trong
phơng trình ?
11. Dùng phơng trình chuyển động để phân tích các trạng thái
làm việc của hệ thống truyền động tơng ứng với dấu của các đại
lợng M và M
c
?
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


Trang 19

Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Chơng 2:
ĐặC TíNH CƠ CủA Động cơ điện
Đ 2.1. KHáI NIệM CHUNG
Chơng 1 đã cho ta thấy, khi đặt hai đờng đắc tính cơ M() và
M
c
() lên cùng một hệ trục tọa độ, ta có thể xác định đợc trạng thái
lamg việc của động cơ và của hệ (xem hình 1-2 và hình 1-3): trạng
thái xác lập khi M = M
c
ứng với giao điểm của hai đờng đặc tính
M() và M
c
(); hoặc trạng thái quá độ khi M M
c
tại những vùng có

xl
; trạng thái động cơ thuộc góc phần t thứ nhất và thứ ba; hoặc
trạng thái hãm thuộc góc phần t thứ hai và thứ t.
Khi phân tích các hệ truyền động, ta thờng coi máy sản xuất đã
cho trớc, nghĩa là coi nh biết trớc đặc tính cơ M
c
() của nó. Vậy
muốn tìm kiếm một trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu
nh tốc độ, mômen, dòng điện động cơ v ta phải tạo ra những đặc

Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không
đổi thì có thể mắc kích từ song song với phần ứng, lúc đó động cơ
đợc gọi là động cơ điện một chiều kích từ song song (ĐM
ss
).
2.2.2. Các thông số cơ bản của ĐM
đl
:
Các thông số định mức:
n
đm
(vòng/phút);
đm
(Rad/sec); M
đm
(N.m hay KG.m);
đm
(Wb);
f
đm
(Hz); P

= U
đm
/I
đm,
;
%; M%; I%;
Trang 21
a) b)
H
ình 2-1: a) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
b) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ song song.
Ckt
R
ktf
I
kt
I

I

I
kt
+ U -
+ U
kt
-
R
ktf
R
f

K
a2
p
.N
=E
(2-2)

a2
N.p
K

=
là hệ số kết cấu của động cơ.
Hoặc: E = K
e
.n (2-3)
Và:
55,9
n
60
n2
=

=
Vậy: K
e
=
55,9
K
= 0,105.K


là dòng điện phần ứng.
Từ (2-1) và (2-2) ta có:
Trang 22

I
K
R+R
K
U
ổ
ổfổổ



=
(2-4)
Đây là phơng trình đặc tính cơ - điện của động cơ một chiều
kích từ độc lập.
Mặt khác, mômen điện từ của động cơ đợc xác định:
M
đt
= KI

(2-5)
Khi bỏ qua tổn thất ma sát trong ổ trục, tổn thất cơ, tổn thất thép
thì có thể coi: M
cơ
M
đt

ổfổổ



=



=

(2-7)
Đây là phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập.
Có thể biểu diễn đặc tính cơ dới dạng khác:
=
0
- (2-8)
Trong đó:

=
K
U
ổ
0
gọi là tốc độ không tải lý tởng. (2-9)

)K(
R
)K(
RR


M
)K(
R
K
U
2
õm
ổõm
õm
ổõm



=
(2-11)
Đặc tính cơ nhân tạo (NT) là đặc tính cơ có một trong các tham
số khác định mức hoặc có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ.
Khi = 0, ta có:

nm
ổfổ
ổ
ổ
I
RR
U
I =
+
= (2-12)

=
(2-14)
Đối với đặc tính cơ tự nhiên:

ổ
2
dm
tn
R
)K(
=
(2-15)
Và:
*

*
tn
R
1
= (2-16)
Nếu cha có giá trị R

thì ta có thể xác định gần đúng dựa vào
giả thiết coi tổn thất trên điện trở phần ứng do dòng điện định mức
gây ra bằng một nửa tổn thất trong động cơ:

= ,
I
U
)1.(5,0R

] và điểm ngắn mạch [M
nm
; = 0].
Trang 25


0đm
TN

nt

NT I
đm
I
nm
I

a
)



0


Mômen (cơ) định mức:

Nm 6,28
3,230
1000.6,6
1000.P
M
õm
õm
õm
==

=
Nh vậy ta có điểm thứ nhất trên đặc tính cơ tự nhiên cần tìm là
điểm định mức: [28,6 ; 230,3].
Từ phơng trình đặc tính cơ tự nhiên ta tính đợc:

Wb 091
3,230
26,0.35220
R.IU
K
õm
ổõmõm
õm
=

=



====
Vậy ta có tọa độ điểm thứ ba của đặc tính cơ tự nhiên [770; 0].
Độ cứng của đặc tính cơ tự nhiên có thể xác định theo biểu thức
(2-15) hoặc xác định theo số liệu lấy trên đờng đặc tính hình 2-3.

Nm.s 5,2
3,2307,241
6,28
M0
M
d
dM
õm0
õm
tn
=

=


=


=

=
Trang 26
b) Xây dựng đặc tính cơ nhân tạo có R
f
= 0,78

M
õm
õm
õm
==

=
Và tính tốc độ góc nhân tạo:

rad/s3,183
91,0
35).26,126,0(220

K
I).RR(U
õm
õmổfổõm
nt
=
+
=

+

=

Ta có tọa độ điểm tơng ứng với tốc độ nhân tạo [28,66; 183,3]
Vậy ta có thể dựng đợc đờng đặc tính cơ nhân tạo có điện trở
phụ trong mạch phần ứng nh đờng d trên hình 2 - 3.
Trang 27

I
kđbđ
= I
nm
I
cp
= 2,5I
đm
(2-
18)
+ Muốn thế, ngời ta thờng đa thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng ngay khi bắt đầu khởi động, và sau đó thì loại dần chúng ra
để đa tốc độ động cơ lên xác lập.
I
kđbđ
= I
nm
=
RR
U
fổổ
õm
+
= (2ữ2,5)I
đm
I
cp
; (2-19)
* Xây dựng các đặc tính cơ - điện khi khởi động ĐM
đl

2
= (1,1
ữ
1,3)I
c
- Từ điểm a(I
1
) kẽ đờng a

0
nó sẽ cắt I
2
= const tại b; từ b kẽ
đờng song song với trục hoành nó cắt I
1
= const tại c; nối c

0
nó sẽ
cắt I
2
= const tại d; từ d kẽ đờng song song với trục hoành thì nó cắt
I
1
= const tại e;
Cứ nh vậy cho đến khi nó gặp đờng đặc tính cơ tự nhiên tại
điểm giao nhau của đặc tính cơ TN và I
1
= const, ta sẽ có đặc tính khởi
động abcde XL.

ổ
TN
I
K
RR
;I
K
R

+
=

= ; (2-20)
Rút ra: ;RR
ổ
TN
TNiNT
fiổ






= (2-21)
Qua đồ thị ta có:

;R
he
ae

f2
R
f1
U

+
-


0
a)

1

2
0 I
c
I
2
I
1
I

TN
XL
h
e
d
2
c

R
2
= R

+ R
f (2)
= R

+ (R
f 2
)
b) Phơng pháp giải tích:
Giả thiết động cơ đợc khởi động với m cấp điện trở phụ. Đặc
tính khởi động đầu tiên và dốc nhất là đờng 1 (hình 2-3b), sau đó đến
cấp 2, cấp 3, cấp m, cuối cùng là đặc tính cơ tự nhiên::
Điện trở tổng ứng với mỗi đặc tính cơ:
R
1
= R

+ R
f (1)
= R

+ (R
f 1
+ R
f 2
+ + R
f m

+ (R
f m
)
Tại điểm b trên hình 2-3b ta có: R
EU
I
1
1õm
2

= (2-22)
Tại điểm c trên hình 2-3b ta có:

I
UE
R
m
1
1
2
=
-
đ
(2-23)
Trong quá trình khởi động, ta lấy:

=


(2-25)
Rút ra:

(2-26)

RRR
RRR

RRR
RR
ổ
m
21
ổ
1m
32
ổ
2
m1m
ổm










+
=== (2-27)
Trong đó: R
1
= U
đm
/I
1
; rồi thay tiếp I
1
= I
2
.
+ Nếu biết
, R
1
, R

ta xác định đợc số cấp điện trở khởi động: lg
)R
/
Rlg(
m
ổ1

=
(2-28)





Trang 31
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
* Ví dụ 2-2:
Cho động cơ kích từ song song có các số liệu sau: P
đm
= 25KW;
U
đm
= 220V; n
đm
= 420vg/ph; I
đm
= 120A; R

*
= 0,08. Khởi động hai
cấp điện trở phụ với tần suất 1lần/1ca, làm việc ba ca, mômen cản quy
đổi về trục động cơ (cả trong thời gian khởi động) M
c
410Nm. Hảy
xác định các cấp điện trở phụ.
* Giải:
Trớc hết ta xác định các số liệu cần thiết của động cơ:
Điện trở định mức: R
đm
= U

=


=
Dòng điện phụ tải: I
c
= M
c
/K
đm
= 410/4,6 = 89A 0,74I
đm
.
Với tần suất khởi động ít, dòng điện và mômen phụ tải nhỏ hơn
định mức, nên ta coi trờng hợp này thuộc loại khởi động bình thờng
với số cấp khởi động cho trớc m = 2, dùng biểu thức (2-27), chọn
trớc giá trị I
2
:
I
2
= 1,1.I
c
= 1,1.89A = 98 A
Ta tính đợc bội số dòng điện khởi động:

5,2
98.146,0
220
I.R

Theo (2-26) ta xác định đợc các cấp điện trở tổng với hai
đờng đặc tính nhân tạo:
R
1
= R

= 2,5.0,146 = 0,365
R
2
= R
1
= 2,5.0,365 = 0,912
Và các điện trở phụ của các cấp sẽ là:
R
f1
= R
1
- R


= 0,365 - 0,146 = 0,219

R
f2


+ R
f2
Đờng TN có: R
3
= R


Ckt
R
ktf
I
kt
I

e
K
2
K
1
R
f2
R
f1
U

+
-



với tốc độ, hay còn gọi là chế độ máy phát. Động cơ điện một chiều
kích từ độc lập có ba trạng thái hãm:
2.2.5.1. Hãm tái sinh:
Hãm tái sinh khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không
tải lý tởng (
>
0
). Khi hãm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn
hơn điện áp nguồn: E > U

, động cơ làm việc nh một máy phát song
song với lới và trả năng lợng về nguồn, lúc này thì dòng hãm và
mômen hãm đã đổi chiều so với chế độ động cơ.
Khi hãm tái sinh: 0IKM
0
R
KK
R
EU
I
hh
0
ổổ
h




, do đó dòng điện phần ứng sẽ thay đổi chiều so với
trạng thái động cơ :

0
R
EU
II
ổ
ổ
hổ
<

==

; M
h
= K.I
h
< 0 ;
Mômen động cơ đổi chiều (M < 0) và trở nên ngợc chiều với
tốc độ, trở thành mômen hãm (M
h
).
+
Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (U
2
< U
1
), lúc này
M+
Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng (+U



- U

):
lúc này M
c
là dạng mômen thế năng (M
c
= M
tn
). Khi đảo chiều điện áp
phần ứng, nghĩa là đảo chiều tốc độ +

0


-
0
, động cơ sẽ dần
chuyển sang đờng đặc tính có -U

, và sẽ làm việc tại điểm B

< 0

ôđ
H
ình 2- 5b: Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm
điện áp phần ứng động cơ (U
2
< U
1
).
U

I

> 0

0
U

E
E
Hãm tái sinh (HTS),
Trạng thái máy phát
M
h
M
H
ình 2- 5a: Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ.
Trạng thái động cơ


lớn vào mạch
phần ứng thì động cơ sẽ chuyển sang điểm B, D và làm việc ổn định ở
điểm E (

ôđ
=
E
và
ôđ

A
) trên đặc tính cơ có thêm R
f
lớn, và
đoạn DE là đoạn hãm ngợc, động cơ làm việc nh một máy phát nối
tiếp với lới điện, lúc này sức điện động của động cơ đảo dấu nên:

Trang 36

I
UE
RR
UK
RR
MKI
h
ff
(2-31)
hh
=
Tại thời điểm chuyển đổi mạch điện thì mômen động cơ nhỏ
hơn mômen cản (M
B
< M
c
) nên tốc độ động cơ giảm dần. Khi = 0,
động cơ ở chế độ ngắn mạch (điểm D trên đặc tính có R
f
) nhng
mômen của nó vẫn nhỏ hơn mômen cản: M
nm
< M
c
; Do đó mômen cản
của tải trọng sẽ kéo trục động cơ quay ngợc và tải trọng sẽ hạ xuống,
(
< 0, đoạn DE trên hình 2-6a). Tại điểm E, động cơ quay theo chiều
hạ tải trọng, trờng hợp này sự chuyển động cử hệ đợc thực hiện nhờ
thế năng của tải.
b) Hãm ngợc bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng:
Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều điện áp phần ứng
(vì dòng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào để hạn chế) thì:

Trang 37


bđ


E


U

I


0
H
ình 2-6a: a) Sơ đồ hãm ngợc bằng cách thêm R
f
.
b) Đặc tính cơ khi hãm ngợc bằng thêm R

f
.
M
nm
M
c
M
HN
E
A

ôđ
B
D
b)

M
h

M
c
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Động cơ sẽ chuyển sang điểm B, C và sẽ làm việc xác lập ở D
nếu phụ tải ma sát.
Đoạn BC là đoạn hãm ngợc, lúc này dòng hãm và
mômen hãm của động cơ:






<=
+
+
=
+

=
0IKM
0<
RR
KU
RR
EU
I
2.2.5.3. Hãm động năng: (cho U

= 0)
a) Hãm động năng kích từ độc lập:
Động cơ đang làm việc với lới điện (điểm A), thực hiện cắt
phần ứng động cơ ra khỏi lới điện và đóng vào một điện trở hãm R
h
,
do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó
làm việc nh một máy phát biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện
trở hãm và điện trở phần ứng.

Trang 38
Phơng trình đặc tính cơ khi hãm động năng:

M
)K(
R+R
2
hổ

=
(2-34)
Tại thời điểm hãm ban đầu, tốc độ hãm ban đầu là

hđ
nên sức
điện động ban đầu, dòng hãm ban đầu và mômen hãm ban đầu:

=
(2-35)

Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng ta thấy rằng nếu mômen
cản là phản kháng thì động cơ sẽ dừng hẵn (các đoạn B
1
0 hoặc B
2
0),
còn nếu mômen cản là thế năng thì dới tác dụng của tải sẽ kéo động
cơ quay theo chiều ngợc lại (

ôđ1
hoặc
ôđ2
).

Trang 39

R
h2
0
C
2
C
1
a)
U
+
-
I
kt
R
ktf
Ckt
I

e
R
h
M
bđ2
M
bđ1

bđ

0
U

+
-
Ckt
I
kt
I

e
R
f
a)
H
ình 2-6b: a) Sơ đồ hãm ngợc bằng cách đảo chiều U

.
b) Đặc tính cơ khi hãm ngợc bằng cách đảo U

.
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
b) Hãm động năng tự kích từ :
Động cơ đang làm việc với lới điện (điểm A), thực hiện cắt cả
phần ứng và kích từ của động cơ ra khỏi lới điện và đóng vào một
điện trở hãm R
h
, do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động
cơ vẫn quay và nó làm việc nh một máy phát tự kích biến cơ năng
thành nhiệt năng trên các điện trở.
Phơng trình đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ:

M

:
Giả sử động cơ đang làm việc ở điểm A theo chiều quay thuận
trên đặc tính cơ tự nhiên thuận với tải M
c
:




=-
U
K
K
M
đm
đm
đm
đm
R

()
2
(2-37)
Với M = M
c
thì =
A
=
Thuận
Muốn đảo chiều động cơ, ta có thể đảo chiều điện áp phần ứng
Động cơ quay ngợc chiều tơng ứng với điểm A trên đặc tính
cơ tự nhiên bên ngợc, hoặc trên đặc tính cơ nhân tạo.

Trang 41


ôđ

0
M
c
M
-

ôđ
A
b)
M
c

-
R
ktf
U


H
ình 2-7b: a) Sơ đồ hãm động năng tự kích từ.
b) Đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ .
a)
U
+
-
I
kt
Ckt
I

e
R
h

U

I


0
E


hbđ
M
c
M
HĐN

đm
, =
đm
);
Hãy xác định trị số điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng động cơ để
hãm động năng kích từ độc lập với yêu cầu mômen hãm lớn nhất
M
h.max
= 2M
đm
. Sử dụng sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập nh
trong hình 2-9a.
* Giải:
Sử dụng sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập hình 2-9a khi đó
đảm bảo từ thông động cơ trong quá trình hãm là không đổi:
=
đm
.



E
bđ
= 220 - 35.0,26 = 210,9V
Từ hình 2-9b ta thấy, mômen (và dòng điện) hãm lớn nhất sẽ có
đợc tại thời điểm ban đầu của quá trình hãm, ngay khi chuyển đổi
mạch điện từ chế độ động cơ trên đặc tính cơ tự nhiên sang mạch điện
làm việc ở chế độ hãm động năng kích từ độc lập (điểm B):
I
h.max
= I
h.bđ

Hoặc M
h.max
= M
h.bđ
Vì =
đm
nên mômen động cơ tỉ lệ thuận với dòng điện động
cơ khi hãm, do đó để đảm bảo điều kiện M
h.max
= 2M
đm
thì:
I
h.bđ
= 2I
đm


Vậy điện trở hãm phải đấu vào phần ứng động cơ khi hãm động
năng kích từ độc lập sẽ là:
R
h
= R


- R


R
h
= 3,01 - 0,26 = 2,75 . Trang 43
H
ình 2-9: a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập.
b) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập.


bđ

0
I

U

E

R
h
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Đ 2.3. ĐặC TíNH CƠ CủA động cơ một chiều
kích từ NốI TIếP (ĐM
nt
) Và HỗN HợP (ĐM
hh
)
2.3.1. Sơ đồ nối dây của ĐM
nt
:
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp (ĐM
nt
): nguồn một
chiều cấp chung cho phần ứng nối tiếp với kích từ.
Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy dòng kích từ chính là dòng phần ứng,
nên từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng và phụ tải của
động cơ.
Theo sơ đồ hình 2-10a, có thể viết phơng trình cân bằng điện
áp của mạch phần ứng nh sau:

k
U
ổf

+


= (2-41)

M
)k(
RR
k
U
2
ổf

+


= (2-42)
Từ thông phụ thuộc vào dòng kích từ I
kt
theo đặc tính từ hoá
nh đờng c trên hình 2-10b. Đó là quan hệ giữa từ thông với sức
từ động kích từ F
kt
của động cơ. mà: F
kt
= I

R
k.C
A
1
(2-45)
Với: A
1
=
C.
k
U
= const ; B =
C.
k
R
= const ;
Mặt khác:
M = k..I = k.C.I
2
(2-46)
Nên:
I
M
kC
=
.
(2-47)
Trang 45
I


=-=- (2-48)
AkC
MM
B
1

R
k.C
A
2
Trong đó:
A
2
= A
1
. kC. = const.
Qua phơng trình (2-45) và (2-48) ta thấy đặc tính cơ điện và
đặc tính cơ của ĐM
nt
có dạng hypecbol và rất mềm nh hình 2-11a, b
và tốc độ không tải lý tởng bằng vô cùng. Thực tế không có tốc độ
không tải lý tởng đối với động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của ĐM
nt
:
)/K.C .
Trang 46
Tơng tự, đối với đặc tính cơ của ĐM
nt
cũng có hai đờng tiệm
cận (hình 2-12b):
+ Khi M

0,





: Tiệm cận trục tung.
+ Khi



-B, M



: Tiệm cận đờng = -B = - (R


)/K.C .

thẳng = -B(nt) = - (R

)/K.C .
2.3.2. Đặc tính vạn năng của ĐM
nt
:
Các phơng trình (2-40) , (2-41) và các đặc tính trên hình 2-12
đợc rút ra với giả thiết đặc tính từ hoá = f(I) là đờng thẳng. Tuy
nhiên, thực tế quan hệ = f(I) là phi tuyến nên việc viết phơng trình
và vẽ các đặc tính cơ ĐM
nt
là rất khó khăn. Vì vậy các nhà chế tạo
động cơ thờng cho trớc các đờng cong thực nghiệm:
Trang 47


đm

1
TN
NT
1
, R
f1
I
đm
I


đm

TN
NT, R
f
M
c
M
a) b)
H
ình 2-12: a) Tiệm cận của đặc tính cơ điện của ĐM
nt
b) Tiệm cận của đặc tính cơ của ĐM
nt
-B
-B