Hà Ngọc Thắng

Chơng 1
Các phơng pháp điều khiển động cơ một
chiều
1.1 Khái niệm chung
Điều khiển tốc độ là một yêu cầu cần thiết tất yếu của các máy sản xuất. Ta biết rằng
hầu hết các máy sản xuất đòi hỏi có nhiều tốc độ, tùy theo từng công việc, điều kiện làm
việc mà ta lựa chọn các tốc độ khác nhau để tối u hoá quá trình sản xuất. Muốn có đợc
các tốc độ khác nhau trên máy ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy nh tỉ số truyền
hoặc thay đổi tốc độ của chính động cơ truyền động. ở đây chúng tôi chỉ khảo sát theo
phơng pháp thay đổi tốc độ động cơ truyền động.
Tốc độ làm việc của động cơ do ngời điều khiển quy định đợc gọi là tốc độ đặt. Trong
quá trình làm việc, tốc độ động cơ có thể bị thay đổi vì tốc độ của động cơ phụ thuộc rất
nhiều vào các thông số nguồn, mạch và tải nên khi các thông số thay đổi thì tốc độ của
động cơ sẽ bị thay đổi theo. Tình trạng đó gây ra sai số về tốc độ và có thể không cho phép.
Để khắc phục ngời ta dùng những phơng pháp ổn định tốc độ.
Độ ổn định tốc độ còn ảnh hởng quan trọng đến giải điều chỉnh (phạm vi điều chỉnh
tốc độ) và khả năng quá tải của động cơ. Độ ổn định càng cao thì giải điều chỉnh càng có
khả năng mở rộng và mômen quá tải càng lớn.
Có rất nhiều phơng pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ nh:
Điều chỉnh tham số.
Điều chỉnh điện áp nguồn.
Điều chỉnh cấu trúc sơ đồ.
ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến các phơng pháp điều khiển tốc độ động cơ một chiều.
1.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc, phân loại và phơng trình cơ bản của
động cơ một chiều


n.p
m =

=

Trong đó các p: số đôi cực của động
n: số thanh dẫn phần ứng dới một cực từ.
a: số mạch nhánh song song của dây quấn phần ứng.
k: hệ số kết cấu của máy.
Và mômen điện từ này kéo cho phần ứng quay quanh trục.
1.2.3 Phân loại động cơ một chiều.
Căn cứ vào phơng pháp kích từ ngời ta chia động cơ điện một chiều ra các loại nh
sau:
- Động cơ điện một chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu.
Hà Ngọc Thắng
- Động cơ điện một chiều kích từ độc lập nghĩa là phần ứng và phần kích từ đợc
cung cấp bởi hai nguồn riêng rẽ.

Hình 1.1

- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: cuộn dây kích thích đợc mắc nối tiếp
với phần ứng. - Động cơ điện một chiều kích từ song song: cuộn dây kích thích đợc mắc song
song với phần ứng.


]Nm[M
: mômen phần ứng của động cơ.
n(vòng/phút): tốc độ quay của động cơ.
321
K,K,K
: là các hằng số tỷ lệ.
1.3 Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Từ phơng trình cơ bản ta thấy có rất nhiều phơng pháp điều khiển tốc độ động cơ điện
một chiều.
Hà Ngọc Thắng
ở đây chúng tôi chỉ để cập đến các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
chiều bằng cách điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng của động cơ điện.
Về nguyên tắc, phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp
nguồn cung cấp có thể sử dụng cho các động cơ một chiều và động cơ không đồng bộ. Tuy
nhiên trong thực tế nó đợc sử dụng chủ yếu cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Điều đó đợc rút ra từ phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập.

()
M.
k
RR
k
U
2
p


điều khiển (điôt).

Điểu chỉnh điện áp phần ứng bằng bộ điều chỉnh điện áp và bộ chỉnh lu điôt.
Hà Ngọc Thắng
Hình 1.5

Điều chỉnh điện áp phần ứng bằng bộ chỉnh lu có điều khiển.
Hình 1.6

Sơ đồ 1.5 muốn thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ ta phải sử dụng bộ điều chỉnh
điện áp.
Sơ đồ 1.6 điện áp đặt lên phần ứng động cơ phụ thuộc góc mở của Thysistor của bộ
chỉnh lu có điều khiển.

1.3.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ khi sử dụng thiết bị điều chỉnh xung áp
Phơng pháp điều chỉnh này là đóng ngắt động cơ vào nguồn cung cấp một cách có chu
kỳ. Khi đóng động cơ vào nguồn cung cấp, năng lợng đợc đa từ nguồn vào động cơ.
Năng lợng này phần chủ yếu đợc truyền qua trục của động cơ, phần còn lại đợc tích ở
dạng động năng và năng lợng điện từ. Khi ngắt động cơ ra khỏi nguồn thì hệ truyền động
vẫn tiếp tục làm việc nhờ năng lợng tích luỹ đó.
Sơ đồ điều chỉnh xung áp của ĐCMC kích từ độc lập.
Hà Ngọc Thắng
Từ đồ thị hình 1.8 ta thấy rằng trị số trung bình của dòng điện trong phần ứng i
tb
quyết
định tốc độ động cơ. Do đó, để thay đổi tốc độ động cơ chỉ cần thay đổi trị số của dòng
điện trung bình trong phần ứng i
tb
. Để thay đổi dòng điện trung bình i
tb
có thể thay đổi t
1

hoặc thay đổi t
2
hoặc thay đổi cả t
1
và t
2
. Nếu giữ nguyên chu kì đóng ngắt của khoá (T
ck
=
const) thay đổi t
1
thì ta có phơng pháp điều chỉnh xung theo độ rộng. Nếu giữ nguyên thời
gian đóng khoá (t
1
= const) và thay đổi t
2

2
cho K2 và K4 đóng (K1 và K3 ngắt) thì đầu B của phần ứng đợc nối
với dơng nguồn còn đầu A của phần ứng đợc nối với âm nguồn. Khi đó điện áp trung
bình trên phần ứng động cơ là:
ck
21
tb
T
)tt(U
U

=

Đặt:
=
ck
1
t
T

U
t

Nh vậy ta thấy bằng cách biến đổi ( thực chất là biến đổi t
1
và t
2
) ta thấy không những
biến đổi đợc trị số của U
tb

ce
của T1 thay đổi theo, qua khuếch đại công suất T2 và T3 làm cho điện áp đặt
vào phần ứng của động cơ một chiều thay đổi, do đó tốc độ động cơ thay đổi.

1.4.1.2 Phơng án điều khiển có đảo chiều quay
Nguyên lý làm việc:
ở chế độ quay thuận: Ngời ta đa xung điều khiển U
dk1
vào cực bazơ của T1 và T4 lúc
này cả 2 Transistor T1 và T4 đều mở do đó có dòng điện đi từ dơng nguồn qua T1 đến
phần ứng động cơ rồi qua T4 về âm nguồn, động cơ quay theo chiều thuận.
Hà Ngọc Thắng
Hà Ngọc Thắng
Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động cơ một chiều có đảo chiều quay
ở chế độ quay ngợc: khi cả 4 Transistor đều khoá, để động cơ quay ngợc lại ngời ta
đa xung điều khiển U
dk2
vào cực bazơ của T2 và T3 dẫn đến cả hai Transistor T2 và T3
đều mở, dòng điện đi từ dơng nguồn qua T2 đến phần ứng động cơ rồi qua T3 về âm
nguồn. Động cơ quay theo chiều ngợc lại.
Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều động cơ dùng Transistor và khuếch đại thuật
toán
Hình 1.12 mô tả mạch điều khiển tốc độ động cơ một chiều có đảo chiều quay dùng
khuếch đại thuật toán và đèn bán dẫn công suất.
Mạch gồm 2 tầng khuếch đại.
Tầng 1 là tầng khuếch đại điện áp đầu vào sử dụng bộ khuếch đại thuật
toán 741.

f
điện thế ở đầu vào chân 2
của khuếch đại thuật toán tăng lên vì U
2
= U
dk
- U
R
mà U
dk
= cosnt nên U
R
giảm thì U
2
tăng.
Khi điện áp ở đầu vào 2 của khuếch đại thuật toán tăng thì điện áp ở đầu ra 6 cũng tăng
theo làm cho U
R
tăng. U
R
tăng làm cho tốc độ động cơ tăng lên.
Ngợc lại khi U
dk
có cực tính âm thì đầu ra 6 có điện áp dơng đặt vào bazơ của T1 và
T2. Lúc này T1 và T3 dẫn còn T2 va T4 khoá, do đó sẽ có dòng đi từ dơng nguồn (+12V)
qua T3 qua động cơ rồi về 0 làm cho động cơ quay theo chiều ngợc lại. Quá trình tự động
giữ ổn định tốc độ động cơ giống nh trên.
1.4.2 Phơng án điều chỉnh dùng Thyristor
Khi điều khiển động cơ có công suất lớn và điện áp phần ứng cao ngời ta cũng có thể
dùng Transistor nhng phải sử dụng các Transistor đặc biệt có thể dùng với điện áp cao và