47
CHƯƠNG V: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

I. CÁC LOẠI ĐỘNGCƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Máy điện một chiều có thể làm việc theo chế độ máy phát khi E > U hoặc theo chế
độ động cơ khi E < U. Việc chuyển từ chế độ máy phát sang chế độ động cơ xảy ra hoàn
toàn tự động không cần thay đổi gì ở mạch nối, cụ thể là khi giảm dòng điện kích thích
khiến cho E của máy phát hạ đến mức E < U, dòng điện trong phần ứng sẽ tự động đổi
chiều, năng lượng sẽ chuyển theo chiều ngược lại và máy phát nhiễm nhiên trở thành
động cơ.
Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, giao thông vận
tải và nói chung ở những thiết bò cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi
rộng (máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện …)
Cũng như máy phát, động cơ điện một chiều được phân loại theo cách kích thích
từ, thành các động cơ điện kích thích độc lập, kích thích song song, kích thích nối tiếp và
kích thích hỗn hợp. Sơ đồ nối dây của chúng cũng tương tự như trường hợp ở máy phát.
Cần chú ý rằng ở động cơ kích thích độc lập I
ư
= I; ở động cơ kích thích song song và hỗn
hợp I = I
ư
+ I
t
; ở động cơ điện kích thích nối tiếp I = I
t
= I
ư
.
Trên thực tế, đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song song
hầu như giống nhau nhưng khi cần công suất lớn người ta thường dùng động cơ điện kích

ư
luôn luôn lớn
nhất. Hơn nữa phải bảo đảm không để xảy ra đứt mạch kích thích vì trong trường hợp đó
 = 0, M = 0, động cơ không quay được, do đó E
ư
= 0 và theo biểu thức quan hệ điện áp,
sđđ, dòng điện I
ư
sẽ rất lớn làm cháy vành góp và dây quấn.
Sau đây ta xét các phương pháp mở máy động cơ điện một chiều.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

48
1. MỞ MÁY TRỰC TIẾP
Phương pháp này được thực hiện bằng cách đóng thẳng động cơ điện vào nguồn.
Như vậy lúc rôto chưa quay s.đ.đ. E
ư
= 0 và dòng
điện qua phần ứng bằng
ưư
ư
ư
R
U
R
E
U
I 

, gồm một số điện trở nối tiếp
khác nhau và đặt trên mạch phần ứng (hình 4.1).
Như vậy trong quá trình mở máy ta có:
kiư
i
ư
RR
E
U
I




trong đó “i” là chỉ số ứng với thứ tự các bậc của
điện trở
Biến trở mở máy được tính sao cho dòng
điện mở máy I
k
= (1,4  1,7)I
đm
đối với các động
cơ lớn và I
k
= (2  2,5)I
đm
đối với các động cơ
nhỏ. Trước lúc mở máy tiếp điểm T nằm tại vò
trí 0 và con chạy của biến trở ở mạch kích thích
ở vò trí b (r

 0, vì hệ số tự cảm của phần ứng rất bé. Trái lại
sự giảm dần của I và M xảy ra chậm chạp, vì phụ thuộc vào sự tăng s.đ.đ. E hay là tốc độ
n, nghóa là phụ thuộc vào hằng số thời gian T
cơ
rất lớn của cả khối quay.
Số bậc của điện trở mở máy và điện trở của mỗi bậc được thiết kế sao cho dòng
điện mở máy cực đại và cực tiểu ở mỗi bậc đều như nhau để đảm bảo cho quá trình mở
máy được tốt nhất.

Hình 5.1. Sơ đồ mở máy động cơ điện một
chiều kich thích song song bằng biến trở

Hình 5-2. Các quan hệ I, M và n đối với
thời gian khi mở
máy
động cơ

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

49
3. MỞ MÁY BẰNG ĐIỆN ÁP THẤP (U
K
< U
ĐM
)
Phương pháp này đòi hỏi phải dùng một nguồn điện độc lập có thể điều chỉnh điện
áp được để cung cấp cho phần ứng của động cơ, trong khi đó mạch kích thích phải được
đặt dưới điện áp U = U

2




eMe
CC
RuM
C
U
n
Hình 5.3.đặc tính cơ của ĐCĐ1C

Thông thường, khi máy làm việc, điện áp U và từ
thông không đổi, nên có thể viết:
n = n
o
-
R
ư
M
K
;
với n
o
=


của động cơ điện một chiều khi thay đổi
từ thông

Hình 5.5. Đặc tính cơ (và đặc tính tốc độ)
của động cơ điện một chiều kích thích song
song ở

những điện trở phụ khác

nhau

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

50
đường đó có n
o
lớn hơn n
m
và có độ nghiêng khác nhau và sẽ giao nhau trên trục hoành
tại điểm ứng với dòng điện rất lớn
ư
ư
R
U
I 
theo điều kiện n = 0. Đường thấp nhất trên
hình ứng với từ thông 
đm

o
= f(n) cho biết trò số tốc độ xác lập khi điều
chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ R
f
.
 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp
Phương pháp này chỉ áp dụng được đối với động cơ điện một chiều kích thích độc lập
hoặc động cơ điện kích thích song song làm việc ở chế độ kích thích độc lập. Việc cung
cấp điện áp có thể điều chỉnh được cho động cơ từ một nguồn độc lập được thực hiện trong
kỹ thuật bằng cách ghép thành tổ máy phát - động cơ có sơ đồ nguyên lý trình bày trên
hình 5.6. Khi thay đổi U ta có một họ đặc tính cơ có cùng một độ dốc (hình 5.7) đường 1
ứng với U
đm
, đường 2,3 ứng với U
đm
> U
2
> U
3
và
đường 4 ứng với U
4
> U
đm
.
Nói chung vì không cho phép vướt quá điện áp
đònh mức nên việc điều chỉnh tốc độ trên tốc độ
đònh mức không được áp dụng hoặc chỉ được thực
hiện trong một phạm vi rất hẹp. Đặc điểm của
phương pháp này là lúc điều chỉnh tốc độ, mômen

Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

51
Ngày nay, tổ máy phát - động cơ thường dùng trong các máy cắt kim loại và máy cán
thép lớn để đưa tốc độ động cơ với hiệu suất cao trong giới hạn rộng rãi 1 : 10 hoặc hơn
nữa.
2. ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
KÍCH THÍCH NỐI TIẾP
a. Đặc tính cơ
Ở động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp,
dòng điện kích thích chính là dòng điện phần ứng I
t

= I
ư
= I. Vì vậy trong một phạm vi
khá rộng có thể biểu thò:
 = k

I trong đó hệ số tỷ lệ k

chỉ là hằng số trovùng
I < 0,8I
đm
còn khi I > (0,8  0,9)I
đm

U
n
hay là
2
2
n
C
M


Và như vậy khi mạch từ chưa bão hòa đặc tính cơ của động cơ điện một
chiều kích thích nối tiếp có dạng của đường hypecbon bậc hai như trình bày trên hình 5.8.
Ta thấy rằng ở động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, tốc độ quay n giảm rất nhanh
khi M tăng và khi mất tải (I = 0, M = 0) có trò số rất lớn. Cũng vì vậy không được cho loại
động cơ điện này làm việc ở những điều kiện có thể xảy ra mất tải như dùng đai truyền, vì
khi xảy ra đứt hoặc trượt đai truyền tốc độ quay rất cao. Thông thường chỉ cho phép động
cơ làm việc với tải tối thiểu P
2
= (0,2  0,25)P
đm
.
Với đặc tính cơ rất mềm như vậy, động cơ điện kích thích nối tiếp rất ưu việt trong
những nơi cần điều kiện mở máy nặng nến và cần tốc độ thay đổi trong một vùng rộng, thí
dụ ở các đầu máy kéo tải (xe điện, mêtro, đầu máy điện, cần trục …)
b. Điều chỉnh tốc độ
 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông


Từ thông  của động cơ kích thích nối
tiếp có thể thay đổi bằng những biện pháp


n
222

2

<

1

n
n
2n
1

M

Hình 5.9. đặc tính điều chỉnh tốc độ khi thay đổi từ thông

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

52
Như vậy trong công thức của đặc tính cơ ,hệ số k

được thay bằng k.k

f
, ta được các tốc độ
n
1
, n
2
,… khác nhau.
 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp
Phương pháp này chỉ điều chỉnh được
tốc độ dưới tốc độ đònh mức vì không cho
phép tăng điện áp quá đònh mức nhưng lại
giữ được hiệu suất cao do không gây thêm
tổn hao khi điều chỉnh.
Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong giao thông vận tải và được thực hiện
bằng cách đổi nối song song thành nối tiếp hai động cơ. Như vậy khi làm việc song song,
các động cơ sẽ làm việc ở điện áp U = U
đm
và sau khi đổi nối thành nối nối tiếp – với điện
áp U = 1/2U
đm
. Đặc tính cơ của động cơ điện trong trường hợp này có dạng trên hình 5.11

3. ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH THÍCH HỖN HP
Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp có thể được chế tạo sao cho tác dụng
của các dây quấn kích thích song song và nối tiếp hoặc bù nhau hoặc ngược lại; song trên
thực tế người ta chỉ sử dụng loại động cơ điện kích thích hỗn hợp bù vì động cơ điện kích
thích hỗn hợp ngược không đảm bảo được điều kiện làm việc ổn đònh. Động cơ điện kích
thích hỗn hợp bù có đặc tính cơ mang tính chất trung gian giữa hai loại động cơ kích thích
song song và động cơ kích thích nối tiếp. Khi tải tăng từ
thông

2

n
1

U
2
( > U
1
)
M
U1
111

Hình 5.12. Đặc tính cơ của động cơ điện một
chiều kích thích hỗn hợp – so sánh với các loại
động cơ điện một chiều khác
hình 5.11

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

53
Tốc độ của động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp
được điều chỉnh như ở trường hợp động cơ kích thích song
song, dù rằng về nguyên tắc có thể áp dụng phương pháp
điều chỉnh tốc độ dùng cho động cơ điện kích thích nối tiếp.
Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp được dùng
trong những nơi cần các điều kiện mô men mở máy lớn, gia

te
biểu thò quan hệ M = C
M
.l
ư
.Ở động cơ kích
thích song song   C
te
nên M phụ thuộc vào I
ư
theo quan hệ đường thẳng (đường I trên
hình 5.13). Ở động cơ kích thích nối tiếp   I
ư
do đó M 
2
ư
I
nên dạng của đặc tính
mômem là đường parobon (đường IV). Còn ở động cơ kích thích hỗn hợp khi I
ư
tăng 
tăng, nhưng với mức độ chậm hơn so với sự tăng
 ở động cơ kích thích nối tiếp vì vậy
đường đặc tính mômem có tính chất trung gian giữa I và IV (đường II và III).
2. ĐẶC TÍNH HIỆU SUẤT
 = f(I
ư
) khi U = U
đm
= C

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

54
CÂU HỎI

2.Phân tích các tác động của từ trường trong động cơ điện 1chiều?
3.Phân tích các quan hệ điện từ trong động cơ điện 1 chiều?
6.Đặc tính đông cơ điện 1 chiều?giải thích?
7.Mở máy và phương pháp mở máy đcđ1c
8. Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ trong đông cơ điện 1 chiều?

BÀI TẬPỨNG DỤNG

Bài tập 1:
Cho một động cơ điện một chiều 10 sức ngựa, 230 V kích thích song song R
ư
= 0,35
, R
t
= 288 . Khi I
ư
= 1,6 A thì n = 1040 vg/ph. Muốn cho dòng điện mạch ngoài I = 40,8
A và n = 600 vg/ph. Hỏi:
a) Trò số điện trở cần thiết cho vào mạch phần ứng?
b) Với điện trở đó nếu I = 22,8 A thì tốc độ bằng bao nhiêu?
c) Nếu I
đm
= 38,5 A, hãy tính M/M

ư


U = 230 V, R
ư
= 0,35 
Từ biểu thức trên ta được R
đc
= 2,1 .
b) Với điện trở R
đc
= 2,1 , I = 22,8 A
A22
288
230
8,22I
ư


tương tự như trên ta có:
)1,235,0(40230
)
1
,
2
35
,
0
(
22


58,0
8,05,38
22
I
I
M
"M
đm
"
ư
đm



d) Công suất đưa vào bằng:
P
1
= U
đm
.I = 230.40,8 = 9400 W
Công suất mạch phần ứng bằng:
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

55
W92162880,89400IrP
22
tt1

110 V, P
đm
= 25 kW,  = 0,86 hãy tính tốc độ n?
b) Sự biến đổi của tốc độ từ tải đầy đến không tải.
Giải
a) Khi làm việc như máy phát điện thì:
E
F
= U + I
ư(F)
R
ư
+ 2U
tx

Thay vào đó các trò số:
U = 115 V, 2U
tx
= 2 V, R
ư
= 0,02 
A2405
115
27000
I
U
P
I
t
đm

P
I
t
đm
đm
)Đ(ư




ta được: E
Đ
= 102,3 V.
Vì
8,121
3
,
102
nC
n
C
E
E
FFe
ĐĐe
F
Đ




ưĐ
 0 nên E

= U = 110 V = C
e

Đ
n

và ta có
thể viết:
3,102
110
n
n
E
E
Đ

Đ



và suy ra:
vg/ph1105
3,102
110
1030
3,102
110

= 380 W. Tính
tổn hao sắt từ

P
Fe
ở chế độ đònh mức.
ĐS:

P
Fe
= 860 W.
Bài tập 2
Động cơ kích từ nối tiếp có điện áp U
đm
= 230 V, dòng điện I
đm
= 40 A, tốc độ đònh
mức 1000 vg/ph. Tổng điện trở R
ư
+R
cựcphụ
+R
cựcchinh
= 0,5

, tổn thất điện áp tại chổi than
2

U
TX

, công suất điện từ và mômen điện từ.
ĐS: E
ư
= 204 V.


= 1,49.10
-2
Wb.
P
đt
= 19,043 kW.
M
đt
= 165 Nm.
****

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM