Tài liệu giáo trình truyền động điện , chương 2 ppt

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa October 7, 2006
1

Chương 2
CÁC TRẠNG THÁI HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN


2.1 Khái niệm chung
2.2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (song song)
2.3 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
2.4 Động cơ điện không đồng bộ
2.5 Các đặc tính công tác của động cơ đồng bộ


2.1 Khái niệm chung
- ĐTC của máy sản xuất (tải) M
c
(ω) : biết trước
- ĐTC của động cơ điện M(ω): Tự nhiên/ nhân tạo
- Hệ đơn vị tương đối.
2.2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (kích từ song song)
2.2.1 Sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập và kích từ song song

2.2.2 Phương trình đặc tính cơ (ĐTC)
a) Các phương trình chính
- Phương trình cân bằng điện áp phần ứng và mạch kích từ:

Laplace
u
u ut u ut u u ut u u
di
u e R .i L . U E R (1 T .p).I
dt
= + + → = + +

Laplace
kt
kt kt kt kt kt kt kt kt
di
u R .i L . U R (1 T .p).I
dt
= + → = +

trong đó: R
ut
= R
u
+R
fu
; L
ut
=L
u
+L
fu
; T
u
= L
ut
/R
ut
; T
kt
= L
kt
/R
kt

- Theo lý thuyết máy điện:
a) b)
Hình 2.1
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
2

E
u
= k
φ
.
ω
và M = k
φ
.I
u
trong đó
pN
k
2 .a
=
π


φ
= c.I
kt

- Phương trình chuyển động:

Laplace
c t c t

d
M M J . M M J .p.
dt
ω
− = → − = ω

- Sơ đồ cấu trúc động cơ:











- Trong trường hợp mạch kích từ đã xác lập:






- Tốc độ quay roto:

u u
ut u
U 1 T .p

R .I
k k
+
ω = −
φ φ
phương trình đặc tính cơ-điện có xét quá độ

( )
u u
ut
2
U 1 T .p
R .M
k
k
+
ω = −
φ
φ
phương trình ĐTC có xét quá độ

- Trạng thái xác lập t =
∞
hay p = 0:


u
fuuu
I
k

RR
k
U
φ
+
−
φ
=ω
(2-4)
Phương trình
“đặc tính cơ điện”
biểu thị quan hệ
ω
= f(I
u
)
và:

( )
M.
k
RR
k
U
2
fuuu
φ
+
−
φ

=ω
(2-6)
Phương trình
“đặc tính cơ”
biểu thị quan hệ
ω
= f(M)





ut
1
R

u
1
1 T .p
+

t
1
J .p

kt
1
R

kt

1
1 T .p
+

c

k

U
u
U
kt

E
u
ω

φ

I
kt
I
u
M

M
c
k
φ

-

-

ut
1
R

u
1
1 T .p
+

t
1
J .p

U
u
E
u
ω

I
u
M

M
c
k

φ

k
φ

-

-

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
3

b) Đường đặc tính cơ và đặc tính cơ điện

φ ≈ const ⇒ ω = f(I
u
) và ω = f(M) tuyến tính

- Khi I
u
= 0, M = 0:

0
u
k
U
ω=
φ
=ω
“
tốc độ không tải lý tưởng”
(2-7)
- Khi ω = 0:

nm
fu
u
u
u
I
RR
U
I =
+

=
“
dòng điện ngắn mạch”
(2-8)
và
nmnm
fu
u
u
Mk.Ik.
RR
U
M =φ=φ
+
=
“
momen ngắn mạch
” (2-9)
Từ (2-6) ta xác định được độ cứng đặc tính cơ:

( )
fu
u
2
RR
k
d
dM
+
φ

−=
ω
=β
(2-10)
hay
( )
fu
u
2
RR
k
d
dM
+
φ
=
ω
=β





c) Các dạng khác của phương trình ĐTC
- Dạng 1:
ω = ω
0
- ∆ω (2-11)
trong đó:

u
fuu
I.
k
RR
φ
+
=ω∆
(2-12)
“độ sụt tốc độ”
- Dạng 2:
Hình 2-2
∆
ω

ω
0
A

M

ω

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
4

M.
1
0
β
−ω=ω
(2-13)
- Dạng 3:

( )
ω
+
φ
−
+
φ= .
RR
k
RR
U
.kM
fu
u
2
fu
u
u
hay
βω
−
=

nm
MM
(2-14)
- Dạng 4 (ở đơn vị tương đối)

*
u
*
*
fu
*
u
*
*
u
*
I.
RRU
φ
+
−
φ
=ω
(2-15)

( )
*
2
*
*

fu
*
u
*
*
u
*
M.
RRU
φ
+
−
φ
=ω
(2-16)
trong đó:
ω
* =
ω
/
ω
0
; U
u
* = U
u
/U
đm
;
φ

* =
φ
/
φ
đm
= k
φ
/k
φ
đm
;
I
u
* = I
u
/I
đm
; M* = M/M
đm
; R
u
* = R
u
/R
đm
; R
fu
* = R
fu
/R

đm
;

với
dm
dm
dm
I
U
R =
(2-17)

Ứng với M = M
c
(xác lập) sẽ có tốc độ xác lập
ω
xl
:
I
u
= I
c
= M
c
/k
φ
: “
dòng điện tải
”

2.2.3 Đặc tính tự nhiên
(R
fu
= 0, U
u
= U
đm
;
φ
=
φ
đm
)
- Phương trình:

( )
M
k
R
k
U
2
dm
u
dm
dm
φ
−
φ
=ω

(2-18)

u
dm
u
dm
dm
I
k
R
k
U
φ
−
φ
=ω
(2-19)
- Tốc độ không tải và độ cứng ĐTC tự nhiên:

®m
o
®m
U
k
ω =
φ
(2-20)

(
)

u
2
dm
tn
R
kφ
=β
(2-21)

*
u
*
tn
R
1
=β
(2-22)

- Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog: P
đm
[kW], n
đm
[vòng/phút], U
đm
[V], I
đm
[A],
η
đm
, R

u

[
Ω
], :
1.
điểm không tải
[0,
ω
0
].
2.
điểm định mức
[M
đm
,
ω
đm
] hoặc [I
đm
,
ω
đm
].
3.
điểm ngắn mạch
[M
nm
,0] hoặc [I
nm

, 0].
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
5



dm
dm
0
k
U
φ
=ω

với
dm
dmudm
dm
IRU
k
ω
−
=φ

dm
dm
dm

1000.P
M
ω
=

hoặc M
đm
= k
φ
dm
.I
dm

=
®m
nm
−
U
I
R

u
dm
dmnm
R
U
.kM φ=

hoặc

A,
U.
1000.P
I
dm
dm
dm
dm
η
=
(2-23)
Ωη−≈ ,
I
U
)1.(5,0R
dm
dm
dmu
(2-24)
2.2.4 Các đặc tính nhân tạo
Từ phương trình (2-6):

( )
− − f −
2
U R R
.M
k
k
+

ω = −
φ
φ
(2-6)

⇒
R
fư
, U
ư
,
φ
có thể thay đổi.
a) Đặc tính nhân tạo “biến trở”:
(U
u
= U
đm
,
φ
=
φ
đm
)
- Phương trình:
( )
®m
− f −
2
®m

®m
U
R R
M
k
k
+
ω = −
φ
φ
(2-25)
®m
− f−
−
®m ®m
U
R R
.I
k k
+
ω = −
φ φ
(2-26)
- Tốc độ không tải:

®m
0 0.tn
®m
U
const

k
ω = ω = =
φ
(2-27)
-
Độ sụt tốc
độ ở M
c
hay I
c
:

( )
− f − − f −
c c c f −
2
®m
®m
R R R R
.M .I ~ R
k
k
+ +
∆ω = =
φ
φ
(2-28)

( ) ( )
− f −

c c c c.tn c.Rf
2 2
®m ®m
R R
.M .M
k k
∆ω = + = ∆ω + ∆ω
φ φ



1
2
3
I
M
ω

ω
0
0

I
nm

M
nm
ω
đm
I

đm

M
đm

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
6












- Độ cứng ĐTC:

( )
2
®m
tn
− f − f −
k

1
~
R R R
φ
β =
+
(2-29)
- Dòng điện ngắn mạch:

®m
nm
− f − f −
U
1
I ~
R R R
=
+
(2-30)
- Momen ngắn mạch:

nm ®m nm
f −
1
M k .I ~
R
= φ
(2-31)

Tăng R

fư
….











b) Đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp phần ứng U
ư
:
(R
fư
= 0,
φ
=
φ
đm
)
- Phương trình:
( )
− −
2
®m
®m

U R
M
k
k
ω = −
φ
φ
(2-32)
− −
−
®m ®m
U R
.I
k k
ω = −
φ φ
(2-33)
- Tốc độ không tải:

−
0 −
®m
U
~ U
k
ω =
φ
(2-34)
-
Độ sụt tốc

độ ở M
c
hay I
c
:
TN, R
fư
=0
NT, R
fu

∆
ω
c.tn
∆
ω
c.Rf
M
c
ω
0

∆
ω
c
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
7

( )
− −
c c c c.tn
2
®m
®m
R R
.M .I const
k
k
∆ω = = = ∆ω =
φ
φ
(2-35)
- Độ cứng ĐTC:

( )
2
®m
tn
−
k
const
R
φ
β = = β =
(2-36)
- Dòng điện ngắn mạch:

−
nm −
−
U
I ~ U
R
=
(2-37)
- Momen ngắn mạch:

−
nm ®m nm ®m −
−
U
M k .I k ~ U
R
= φ = φ
(2-38)

⇒
Khi giảm U
ư
< U
đm
…

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
8

b) Đặc tính nhân tạo khi thay đổi từ thông
φ
φφ
φ
:
(R
fư
= 0, U
ư
= U
đm
)
- Phương trình:
( )

®m
−
2
U
R
M
k
k
ω = −
φ
φ
(2-39)
®m
−
−
U
R
.I
k k
ω = −
φ φ
(2-40)
- Tốc độ không tải:

®m
0
U
1
~
k

ω =
φ φ
(2-41)
-
Độ sụt tốc
độ ở M
c
hay I
c
:

( )
−
c c
2 2
R
1
.M ~
k
∆ω =
φ
φ
(2-42)
- Độ cứng ĐTC:

( )
2
2
−
k

~
R
φ
β = φ
(2-34)
- Dòng điện ngắn mạch:

®m
nm nm.tn
−
U
I I const
R
= = =
(2-30)
- Momen ngắn mạch:

φ
φ
=
~I.kM
nm
nm
(2-31)

⇒ Khi giảm φ < φ
đm
…

Chú ý:
Vì không thể tăng i
kt
trên giá trị định mức, nên chỉ có thể tạo φ < φ
đm
. Do đó, các đặc tính
cơ điện nhân tạo đều có vị trí cao hơn đặc tính tự nhiên; tương tự, trong vùng phụ tải Mc cho
phép tốc độ trên các đặc tính nhân tạo lớn hơn tốc độ trên đặc tính cơ tự nhiên.
φ
2
<
φ
1
<
φ
đm

φ
2

<
φ
1
<
φ
đm

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
9

* Ví dụ 1:
Dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhận xét về dạng đặc tính của động cơ điện một chiều
kích từ song song. Số liệu cho trước: Động cơ loại làm việc dài hạn, cấp điện áp 220V, công suất
định mức 6,6kW; tốc độ định mức 2200 vòng/phút; dòng điện định mức 35A; điện trở mạch phần
ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26Ω.
Giải:
+ Dựng đặc tính cơ tự nhiên dựa vào 2 trong 3 điểm:
1.
điểm không tải
[0, ω
0
].
2.
điểm định mức
[M
đm
, ω

đm
]; hoặc [I
đm
, ω
đm
] cho đặc tính cơ điện tự nhiên.
3.
điểm ngắn mạch
[M
nm
,0]; hoặc [I
nm
, 0] cho đặc tính cơ điện tự nhiên.
Tốc độ định mức:

3,230
55,9
2200
55,9
n
dm
dm
===ω
[rad/s]
Momen định mức:

6,28
3,230
1000.6,61000.P
M

dm
dm
dm
==
ω
=
[Nm]

Như vậy ta đã xác định được
điểm định mức
[28,6 ; 230,3].
Từ thông động cơ:
91,0
3,230
26,0.35220
R.IU
k
dm
udmdm
dm
=
−
=
ω
−
=φ
[Wb]
Tốc độ không tải lý tưởng:

7,241

91,0
220
k
U
dm
dm
0
==
φ
=ω
[rad/s]
Như vậy ta đã xác định được
điểm không tải
[0 ; 241,7].
Dòng điện ngắn mạch:

846
26,0
220
R
U
I
u
dm
nm
===
[A]
Mômen ngắn mạch:

770846.91,0I.kM

nmdmnm
=
=
φ
=
[Nm]
Như vậy ta xác định được điểm ngắn mạch [770 ; 0].
Từ 2 điểm trong 3 điểm: điểm không tải và điểm định
mức hoặc điểm ngắn mạch ta có thể dựng được đặc tính cơ như hình bên.
+ Đánh giá đường đặc tính cơ:
-
Độ sụt tốc
khi có tải định mức (so với tốc độ không tải lí tưởng):
∆ω
c
= ω
0
- ω
đm
= 241,7 – 230,3 = 11,4 [rad/s]

%7,4%100.
7,241
4,11
%100%
0
c
c
==
ω

ω
∆
=ω∆
(< 5%)
-
Độ cứng
đặc tính cơ tự nhiên:

(
)
18,3
26,0
91,0
R
k
2
u
2
dm
==
φ
=β
[Nm.s]
1
2
3
I
M
ω

ω
0
0

I
nm

M
nm
ω
đm
I
đm

M
đm

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
10

Bài tập 2.1:
Dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhận xét về dạng đặc tính của động cơ điện một chiều
kích từ song song. Số liệu cho trước: Động cơ loại làm việc dài hạn, cấp điện áp 220V, công suất
định mức 4,4kW; tốc độ định mức 1500 vòng/phút; hiệu suất định mức 0,85.
Đáp án.
2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập
- Trạng thái động cơ: là trạng thái mà mômen động cơ sinh ra hỗ trợ việc quay. Hay chiều của

momen động cơ cùng chiều với chiều của tốc độ quay.
+ M (I
ư
) và ω cùng chiều => P
cơ
= M.ω = M
c
.ω > 0
+ Động cơ làm việc ở các góc ¼ thứ I (ω>0; M và I > 0) và góc ¼ thứ III (ω<0; Mvà I<0).

















Trạng thái máy phát (hãm): là trạng thái mà mômen động cơ sinh ra chống lại sự quay. Hay,
chiều của mômen động cơ ngược chiều với chiều của tốc độ quay.

a) Hãm tái sinh

(ω > ω
0
, |U|<|E|)


















II I
III IV
Chế độ động cơ
M>0, ω>0,
I>0, U>0, U>E
P = M.ω>0
Pđ = U.I >0
Chế độ máy phát
M<0, ω>0,

I<0, U>0, U<E
P = M.ω<0,
Pđ = U.I<0
Chế độ máy phát
M>0, ω<0,
I>0, U<0, |U|<|E|
P = M.ω<0,
Pđ = U.I<0

Chế độ động cơ
M<0, ω<0,
I<0, U<0, |U|>|E|
P = M.ω>0,
Pđ = U.I>0
M, I
ω
ωω
ω

I
U
E

I

I
U
E
IV

I
U
E

II

I
U
E

III

II I
III IV
ω
ω
ωω
ω
0
M
C
M
C1
A

B

Đ
C
P

cơ

M.ω
P
đ

U.I
∆
∆∆
∆
P
đ

Chế độ động cơ
Đ
C
P
cơ

M.ω
P
đ

U.I
∆
∆∆
∆
P
đ

Chế độ hãm tái sinh
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
11



|I|.
k
R
k
U
u
uu
φ
+
φ
=ω

phương trình đặc tính cơ điện


( )
|M|.
k
R
k
U

2
uu
φ
+
φ
=ω

phương trình đặc tính cơ


Hãm tái sinh xẩy ra khi hạ tải ở cần trục, máy nâng hạ có tải trọng nặng, hoặc khi điều chỉnh điện
áp phần ứng giảm đột ngột làm ω
0
< ω và ω chưa kịp giảm.














b) Hãm ngược: Hãm ngược xảy ra khi động cơ (dưới tác động của thế năng hoặc động năng
tích luỹ trong cơ cấu công tác) quay ngược chiều tốc độ không tải lí tưởng.

Có hai trường hợp xảy ra hãm ngược:
+ Thêm R
fư
đủ lớn vào mạch phần ứng động cơ:




















1

2

ω

ω
0
1
2
M
c
M
h
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
12

( )
M.
k
RR
k
U
2
fuuu
φ
+
−
φ
=ω
,
trong đó
( )
φ
=ω>
φ
+
=ω∆
k
U
M.
k
RR
u
0
2

fuu
, do đó ω <0.

+ Đảo ngược cực tính điện áp mạch phần ứng động cơ (hay đổi chiều quay tốc độ không tải lí
tưởng
ω
0
):

Đ
C
P
cơ

M.ω
P
đ

U.I
∆
∆∆
∆
P
đ

Chế độ động cơ
Đ
C
P
cơ

M.ω
P
đ

U.I
∆
∆∆
∆

P
đ
+
∆
∆∆
∆
P
Rfu

Chế độ hãm ngược
I
U
E
I

R
u

I
U
E
IV

R
u
R
fu
R
fu

K K
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
13


















( )
|M|.
k
RR
k
|U|

2
fuuu
φ
+
+
φ
−=ω
, M <0.
trong đó
( )
φ
=ω>
φ
+
=ω∆
k
U
M.
k
RR
u
0
2
fuu
, do đó ω >0.

Chú ý: Ở trạng thái hãm ngược, điện áp nguồn cùng chiều với sđđ E, nên dòng điện Iư có thể rất
lớn. Để hạn chế I
u
người ta thường nối thêm điện trở phụ R

h
khá lớn vào mạch phần ứng.
c) Hãm động năng: Hãm động năng xẩy ra khi tốc độ không tải ω
0
= 0.

















( )
M.
k
RR
I.
k
RR
2

hu
u
hu
φ
+
−=
φ
+
−=ω
chọn R
h
sao cho I
h
≤ I
cp
= (2÷2,5)I
đm
Đ
C
P
cơ

M.ω
P
đ

U.I
∆
∆∆
∆

P
đ

Chế độ động cơ
Đ
C
P
cơ

M.ω
P
đ

U.I
∆
∆∆
∆
P
đ
+
∆
∆∆
∆
P
Rfu

Chế độ hãm ngược
I
U
E

I

R
u

I
U
E
IV

R
u
R
fu
R
fu

K K
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
14

ω
a
M
c
= M
đm

M
hmax

I
hmax

(
)
hu
2
RR
k
||
+
φ
=β

Tiếp ví dụ 1:
Xác định trị số điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng để hãm động năng động cơ
điện một chiều kích từ song song với yêu cầu mômen hãm lớn nhất M
hmax
= 2M
đm
. Trước khi
hãm động cơ làm việc ở điểm định mức, sử dụng sơ đồ hãm kích từ độc lập.
Giải:
Ta sử dụng sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập, trong đó đảm bảo φ = φ
đm
.
Điểm làm việc trước khi hãm là điểm định mức, ta có:

I
c
= I
ư
= I
đm
= 35A, tương ứng với momen định
mức M
đm
;
ω
a
= ω
đm
= 230,3 [rad/s]
Sđđ của động cơ trước khi hãm:
E
a
= U
đm
– I
ư
.R
ư
= 220 – 35.0,26 = 210,9 [V]
momen (dòng điện) hãm lớn nhất sẽ tại thời điểm ban đầu
của quá trình hãm, ngay khi chuyển đổi mạch điện làm việc
sang mạch hãm động năng.
I
hmax

= I
hbđ
hay M
hmax
= M
hbđ

Vì φ = φđm = const nên để đảm bảo M
hmax
= 2 M
đm
thì
I
hbđ
= 2I
đm
= 2.35 = 70 [A]
Điện trở tổng mạch phần ứng:
Ω===
φω
=
ωφ
= 01,3
70
9,210
I
E
I
k
I

.k
R
hbd
a
hbd
a
u
ut

Vậy điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng là: R
h
= R
ut
– R
u
= 3,01 – 0,26 =
2,75 [Ω
]
2.3 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
2.3.1 Phương trình và dạng đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp

U = E + (R
u
+ R
f
).I
R
u
= r
u

+ r
cf
+ r
ct
+ rkích từ E =
kφω
M = kφ.I

I.
k
RR
k
U
fuu
φ
+
−
φ
=ω

( )
M.
k
RR
k
U
2
fuu
φ
+

−
φ
=ω


φ ≈ c.I
kt
= c.I

B
I
A
I.
I
.
c
.
k
RR
I
.
c
.
k
U
1fuu
−=
+
−=ω

“phương trình đặc tính cơ -điện”

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
15

B
M
A
c.k
RR
M.c.k
U
2fuu
−=
+
−=ω
“phương trình đặc tính cơ”

trong đó

c
.
k
U
A
1

=
c
.
k
RR
B
fu
+
=

c.k.AA
12
=



2.3.2 Đặc tính vạn năng của động cơ một chiều kích từ nối tiếp

TT I* M* ω* I = I*.I
đm
M = M*.M
đm
ω = ω*.ω
đm

1 I*
1

2 I*
2

3 I*
3


ω* = ω/ω
đm

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
16

2.3.3 Các đặc tính nhân tạo của động cơ một chiều kích từ nối tiếp
“ đặc tính nhân tạo biến trở”
được xác định dựa trên đặc tính tự nhiên (R
f
= 0):

Lấy một giá trị I
1
nào đó, dóng lên đặc tính này ta có tốc độ tương ứng ω
1
. Có thể biểu thị ω
1
theo
công thức:
1
u1
1
k
R.IU
φ
−
=ω
Trên đặc tính cơ nhân tạo điện trở phụ R
f
, tốc độ động cơ ở dòng điện I
1
là:

1
fu1
1nt
k

)RR.(IU
φ
+
−
=ω

Chia 2 từng vế công thức trên ta có được:

u1
fu1
11nt
RIU
)RR(IU
.
−
+
−
ω=ω
Như vậy với I
1
đã chọn và ω
1
tra được trên đặc tính cơ tự nhiên, sẽ tính được giá trị ω
nt1
trên
đường đặc tính cơ nhân tạo cần tìm.
Làm tương tự với các giá trị I
2
, I
3

,… ta sẽ có ω
nt2
, ω
nt3
,… và cuối cùng ta vẽ được đặc tính cơ
nhân tạo có điện trở phụ R
f
.
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
17

2.3.4 Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp
Do ω
0
-> ∞ nên động cơ một chiều kích từ nối tiếp không có hãm tái sinh.

a) Trạng thái hãm ngược
: xẩy ra khi tốc độ quay của động cơ ngược chiều với tốc độ không tải
lí tưởng (ω
0
= +/- ∞).
+ Đưa thêm điện trở phụ R
f
đủ lớn vào mạch động cơ khi tải thế năng.

Trên đoạn đặc tính cd, có M >0 và ω<0 vì vậy
P = M.ω <0 => M có tác dụng hãm (hạn chế) ω.

+ Đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng của động cơ
:

c
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
18

b) Trạng thái hãm động năng (
ω
ωω
ω
0
= 0):









2.3.5 Nhận xét về động cơ một chiều kích từ nối tiếp
- Về cấu tạo, động cơ một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ chịu dòng lớn, nên tiêt diện to và
số vòng ít. Nhờ đó dễ chế tạo hơn và ít hư hỏng hơn so với động cơ một chiều kích từ song song.

- Có khả năng quá tải lớn về mômen. Khi có cùng hệ số quá tải dòng k
I
thì mômen của động cơ
kích từ nối tiếp lớn hơn k
I
lần so với mômen động cơ kích từ song song.
- Mômen không phụ thuộc vào sụt áp trên đường dây tải điện.
- Có khả năng tự điều tiết giá trị tốc độ khi phụ tải thay đổi để giữ cho công suất động cơ gần như
không đổi nhờ đặc tính cơ dạng hybecbol.

2.3.6 Đặc điểm, đặc tính cơ và các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp











φ = φ
s
+ φ
n
thường φ
s
= (0,75÷0,85)φ
đm

khi M
c
= M
đm
thì I
ư
= I
đm
, tương ứng φ
n
= (0,25÷0,15)φ
đm

ω
0
≈ (1,3÷1,6)ω
đm

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
19

2.4 Động cơ điện không đồng bộ













2.4.1 Đặc tính cơ điện
ω = f(I
1
) hoặc ω = f(I
2
)

Ở đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ không đồng bộ, đại lượng tốc độ được biểu thị

thông qua đại lượng “
hệ số trượt” s:


0
0
s
ω
ω
−
ω
= với
p
f2
0
π
=ω












( )

2
'
1
2
'
2
1
1
'
2
2
XX
s
R
R
U
I
++








+
=
⇒
⇒⇒

⇒
I
2
’
= f(s)


trong
đó
X
1
+ X
2
’ = X
nm

R
2
’= R
2
.K
e
2
; X
2
’= X
2
.K
e
2

;
f.nm2
1
e
E
E
K =
- h
ệ
s
ố
bi
ế
n
đổi
s
ức

đ
i
ện

động
c
ủa
d
â
y qu
ấ
n stato v

à
r
ô
to (gi
á
tr
ị
pha), v
à
c
ó
th
ể

x
ác

định
g
ầ
n
đúng
:
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
20

1
e
2nm.f
U
K 0,95.
E
≈
E
2nm.f
- sức điện động pha roto khi hở mạch và rôto đứng yên.
Biểu thị đặc tính cơ điện theo quan hệ I
1
= f(ω):
İ
1
= İ
2
’ +

İ
µ


Viết theo modul:
















+








+
+
+
=
µµ
2
nm
2
'
2
1
22

11
X
s
R
R
1
XR
1
UI


- Khi không tải lí tưởng, s = 0 thì I
1
= I
µ
=
22
1
XR
U
µµ
+

- Khi ngắn mạch s = 1, thì I
1nm
= I
µ
+ I
2nm

2.4.2 Đặc tính cơ
Công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto:
P
12
= P
cơ
+ ∆P
trong đó P
12
= M
đt
.ω
0

P
cơ

= M.ω
Mđt ≈ M
∆P ≈ 3.I
2
’
2
.R
2
’
⇒ Mω
0
= Mω + 3.I
2
’
2
.R
2
’ hay 3.I
2
’
2
.R
2
’ = M(ω
0
- ω) = Mω
0
0
0
ω

ω
−
ω
= Mω
0
.s

0
2'
2
'
2
.s
IR3
M
ω
=

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
21










+








+ω
=
2'
nm
2
'
2
10
'
2
2
1
X
s
R
R
s/RU3
M
⇒ đây chính là phương trình ”

đặc tính cơ
”
0
s
M
=
∂
∂
⇒ ta xác định được các điểm tới hạn:
Độ trượt tới hạn:
2
nm
2
1
'
2
th
XR
R
s
+
±=
và

Momen tới hạn:
[ ]
2
nm
2
110

2
1
th
XRR2
U3
M
+±ω
±=

th
th
th
thth
s.a
s
s
s
s
)s.a1(M2
M
++
+
=
trong đó a = R
1
/R
2
’
khi coi R
1
≈ 0 ta có:

s
s
s
s
M2
M
th

th
th
+
=
gọi là phương trình Kloss
- Khi chỉ tính toán trong vùng làm việc với phụ tải M
c
≤ M
đm
, coi s << s
th
ta bỏ qua thành phần
s/s
th
ta được:
TH
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
22


s.
s
M2
M
th
th
=

(ta đã tuyến tính hoá trong vùng có s nhỏ)
Ta thấy đường đặc tính cơ có 2 đoạn:
- Đoạn thứ nhất, từ điểm ω
0
đến điểm tới hạn TH (s=s
th
), gọi là “
đoạn công tác
”, có β<0. Động
cơ chỉ làm việc xác lập trên đoạn này.
- Đoạn thứ hai, từ điểm TH đến điểm ngắn mạch (s=1) có β>0, chỉ tồn tại trong giải đoạn khởi
động hoặc quá độ.

2.4.3 Dựng đặc tính tự nhiên
Từ số liệu catalog động cơ như P
đm
[kW], n
đm
[vòng/phút], hệ số mômen cực đại (mômen tới
hạn) λ = M
th
/Mđm, ta có:

55,9
n
60
n2
dmdm
dm
=

π
=ω
[rad/s]
n
0

p
f.60
=
[vòng/phút]
Ở lưới điện có tần số f = 50Hz, vì p là các số nguyên 1,2,3, tương ứng n
0
= 3000, 1500, 1000,
Vì vậy tốc độ không tải lí tưởng có thể được suy ra từ n
đm
theo nguyên tắc làm tròn lên, do s
đm

thường <0,1 nên nếu n
đm
=

1485 vòng/phút thì n
0
= 1500vòng/phút.

0
dm0
dm
s

ω
ω
−
ω
=


dm
dm
dm
P.1000
M
ω
=
[Nm]
M
th
= λ.M
đm

Từ phương trình Kloss ta có thể xác định được độ trượt tới hạn gần đúng bằng:

[
]
1ss
2
dmth
−λ+λ=

Như vậy ta đã xác định được 3 điểm trên “

đoạn công tác
” của đường đặc tính cơ tự nhiên đó là:
1. Không tải (0,ω
0
).
2. Định mức (M
đm
, ω
đm
).
3. Tới hạn (M
th
, ω
th
).
Thay s
th
và M
th
vào phương trình Kloss ta thu được phương trình đặc tính cơ tự nhiên.
Nếu tuyến tính hóa đoạn đặc tính công tác qua điểm không tải lí tưởng và điểm định mức thì có
thể biểu thị đặc tính cơ tự nhiên bằng phương trình:
dmdm
s
s
M
M
=
hoặc
s.

s
M
M
dm
dm
=

Như vậy, gần đúng ta có độ cứng đặc tính cơ trong đoạn công tác:

dm0
dm
0
s
M
ds
dM1
d
dM
||
ω
=
ω
=
ω
=β

và
dm0
dm
*

s
1
/d
dM/dM
=
ωω
=β

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
23

2.4.4 Các đặc tính nhân tạo

( )








++









+
π
=








+








+ω
=
2
'
21
2

'
2
1
'
2
2
1
2'
nm
2
'
2
10
'
2
2
1
XX
s
R
R
p
f2
s/RU3
X
s
R
R
s/RU3
M

⇒ M = f(s) : U
1
, f, p, R
2
, R
1
, X
1
và X
2
.
Do f
2
= sf
1
nhỏ nên thay đổi X
2
ít hiệu quả ⇒ không dùng.
a) Họ đặc tính thay đổi R
2

(họ đặc tính biến trở)

Khi thay đổi R
f
mạch rôto thì

f

2
nm
2
1
'
f
'
2
2
nm
2
1
'
2
th
R
XR
Rr
XR
R
s ≡
+
+
=
+
=


và
[

]
const
XRR2
U3
M
2
nm
2
110
2
1
th
=
++ω
=

ω
0
= const

b) Họ đặc tính thay đổi điện áp stato
Khi thay đổi U
1
thì
ω
0
= const
const
XR
R
s
2
nm
2
1
'
2
th
=
+
=


[

]
2
1
2
dm
1
tn.th
2
nm
2
110
2
1
th
U
U
U
M
XRR2
U3
M ≡








=

++ω
=

Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
24
















c) Họ đặc tính thay đổi điện trở và điện kháng stato

Khi thay đổi R
1
và X
1

thì
ω
0
= const
11
2
nm
2
1
'
2
th
X
1
,
R
1
XR
R
s ≡
+
=


[
]
11
2
nm
2

110
2
1
th
X
1
,
R2
1
XRR2
U3
M ≡
++ω
=

R
1f
X
1f
TN

M
th.tn
M
th.Xf

M
th.Rf

s
th.tn

s
th.1

ω
0
Môn học: Điều khiển động cơ điện (Truyền động điện)

GV: Hà Xuân Hòa
October 7, 2006
25


d) Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực p

ω
0
= 2πf/p, p = 1,2, nên tốc độ từ trường quay thay đổi nhẩy cấp.













e) Họ đặc tính nhân tạo khi thay đổi tần số f

Khi giảm f thì E = Kφ.f giảm, Z
1
= 2πf.L
1
giảm. Nếu U
1
vẫn giữ nguyên = U
đm
thì dòng điện
trong động cơ:

1

1

1
1
.
Z
EU
I
−
=
sẽ lớn hơn I
đm

vì vậy khi thay đổi f thì bắt buộc phải điều chỉnh cả U
1
.
Nếu điều chỉnh f<f
đm
, ta muốn giữ M
th
= const thì:

[
]
const
f
U
XRR2
U3
M

2
2
1
2
nm
2
110
2
1
th
=≡
++ω
=
hay U/f = const
Còn khi điều chỉnh f>f
đm
ta nếu điều chỉnh theo luật U/
f
= const ta có thể giữ cho động cơ
không bị quá tải về công suất.

2
2
1 1
th
2
o
max th o
U U
1 const

M .
f
f
f
P M . const
 
≡ = ≡
 
ω
 
⇒ = ω =