Đồ án Truyền Động Điện: Động cơ điện một chiều kích từ song song ü Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pdf

Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 1

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN MÔN
HỌC

Hãy tính toán và thiết kế tryền động điện cho một cơ cấu nâng hạ
cầu trục dùng động cơ lần lượt là:
ü Động cơ điện một chiều kích từ song song
ü Động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn

Yêu cầu tính toán và thiết kế như sau:

v Động cơ mở máy qua 3 cấp điện trở phụ,hãy tính toán điện trở
phụ mở máy biết rằng động cơ kéo tải định mức
v Tính toán điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để nâng tải
lên với tốc độ lần lượt là:
· ½ tốc độ định mức
· ¼ tốc độ định mức
v Tính toán các điện trở phụ cần thiết đóng vào mạch rotor để hạ tải
với tốc đo lần lượt là: ¼ tốc độ định mức, ½ tốc độ định mức,2
lần tốc độ định mức biết rằng moment khi hạ tải là 0.8 lần M
đm

v Thiết kế sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ khi mở máy nâng và
hạ tải .Biết rằng động cơ xoay chiều 3 pha có dây quấn stator và
rotor đều được đấu tam gic/sao và sức từ động bên stator lớn hơn
rotor 20%


Các thông số đã cho :

· Đối với động cơ điện một chiều kích từ song song thì:P
đm
=95(kw);
U
đm
=220(v); I
đm
=470(A); I
ktđm
=4.25(A); n
đm
=500(rpm)
· Đối với động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha rotor dây quấn
thì : P
đm
=45(Kw); U
1đm
=500(V); 2p=8; N
1
=37(vòng);
N
2
=27(vòng); k
dq1
=0.965; k
dq2
=0.965; m
1
=m

2
=3; R
1
=0.129(
W
);
R
2
=0.0283(
W
); X
1
=0.485(
W
); X
2
=0.0912(
W
);
)(0151.0 kwPPck
=
D
;
P
D
Fe
=1275(W); I
0
=23.35(A);
895.0

=
h
; cos
865.0
=
j

· Dây quấn rotor và stator được đấu sao/ tam giác
· Sức từ động trên rotor > Sức từ động trên stator 15%
· Động cơ làm việc ở tần số 50Hz
Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 2



Nhận xét của Giáo Viên hướng dẫn

……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Ngày…tháng…
năm…
Giáo viên hướng
dẫn:

Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 3



Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 4

Lời cảm ơn

Trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại trường Đại học
Sư Phạm Kỹ Thuật, chúng em đã được sự dạy bảo tận tình của
tập thể Thầy Cô của trường. Những kiến thức và sự thành đạt
mà chúng em có được hôm nay chính là nhờ sự dạy bảo của các
thầy cô.

Chúng em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô ,
những người đã tận tâm truyền đạt những tri thức khoa học cơ
bản cũng như những kiến thức chuyên ngành cho chúng em.
Đặc biệt chúng em xin cảm ơn quý Thầy Cô khoa Điện, những
người đã bỏ bao tâm huyết để truyền đạt những tri thức, những
kỹ năng kỹ xảo, những kinh nghiệm quý báo trong chuyên môn
để chúng em vững tin khi bước vào cuộc sống.

Chúng em xin gởi lời cảm ơn riêng đến Thầy Phan Quang
Thanh, giảng viên khoa Điện trường Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật, đã tận tình hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án môn học
Truyền động điện. Xin gởi đến Thầy lời chúc sức khoẻ và ngày
càng thành công trên bục giảng.




Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 5
Lời mở đầu

Với tốc độ phát triển kinh tế ngày một tăng trưởng mạnh,
khối lượng hàng hoá được vận chuyển và sản xuất ngày một
tăng nhanh. Vì vậy, việc xuất hiện những cầu trục nâng dở hàng
hoá ở những bến cảng, sân bay cho tới những xí nghiệp nhà máy
là nhu cầu thiết yếu vì nó mang lại năng suất lao động rất cao.
Xuất phát từ ý nghĩa này, chúng em chọn đề tài “ Tính toán cơ
cấu nâng hạ cầu trục” làm đề tài cho đồ án môn học Truyền
động điện.

Nội dung của đồ án bao gồm cả phần tóm tắt lý thuyết và
tính toán số liệu và được chia làm bốn chương chính :
Chương 1: Sơ lược về đặc tính cơ của động cơ một chiều.

Chương 2: Tính toán cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng động
cơ một chiều.

Chương 3: Đặc tính cơ của động cơ xoay chiều không
đồng bộ 3 pha.
Chương 4: Tính toán cơ cấu nâng hạ cầu trục dùng động
cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha.

Trong suốt quá trình biên soạn đồ án này, nhóm thực hiện
đồ án cố gắng ứng dụng một phần nhỏ những phần mềm tin học
để minh hoạ cho đồ án thêm trực quan. Đặc biệt trong chương 3,
nhóm biên soạn đã sử dụng những phần mềm mô phỏng và tính
toán hiện đại để vẽ được những đồ thị đặc tính của động cơ một
cách chính xác.

Đồ án được thực hiện trong một thời gian ngắn dựa vào

những kiến thức đã tích lũy được trong quá trình học tập nên
không thể tránh được những sai sót về nội dung và hình thức.
Nhóm thực hiện đồ án mong muốn và cảm ơn sự góp ý của quý
thầy cô và bạn bè.


Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 6















Phần A
Truyền Động Dùng Động Cơ

Một Chiều Kích Từ Song Song
Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 7

CHƯƠNG 1

SƠ LƯỢC VỀ ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG
CƠ DC KÍCH TỪ SONG SONG

1.1. Đặc tính cơ của động cơ dc kích từ song song:
Phương pháp đấu dây thông dụng của động cơ DC kích từ song
song được minh hoạ như h́nh H.1-1


Các phương trình khi động cơ làm việc xác lập:
_Phương trình cn bằng điện áp mạch phần ứng:
RIEU
ö
+
=
(1-
1)
_Sức điện động phần ứng (the back e.m.f):
w

F
=
E
kE (1-
2)
_ Mômen điện từ:
ö
Ik
E

F
=
M
(1-
3)
_ Mối quan hệ giữa vận tốc gốc (rad/s) và tốc độ quay n
(ṿng/phút)
55,960
2 nn
==
p
w

I
ư
:dịng điện qua mạch phần ứng
R :điện trở tổng của mạch phần ứng ().Bao gồm nội trở mạch
phần ứng R
ư
và điện trở phụ R
p
gắn thm vo mạch phần ứng.
ctbcföö
r
r
r
r
R
+

+
+
=

r
ư
: điện trở cuộn dây phần ứng
r
cf :
điện trở cuộn cực từ phụ
r
b
: điện trở cuộn bù
R
p
R
pkt
Cuộn kích từ
E
I
ư

I
kt
I

+

-

U

H.1
-
1

Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 8
r
ct
: điện trở tiếp xúc của chổi than

apNk
E
.2/
p
=

K :hệ số cấu trúc, phụ thuộc vào đặc điểm thiết kế của động cơ;
p :số đôi cực từ chính
a :số đôi mạch nhánh song song cùa cuộn dây phần ứng
N:số cạnh tác dụng của cuộn dây phần ứng
Ư:từ thông kích từ dưới một cực từ (Wb)
:vận tốc gĩc (rad/s)

_ Thế E từ phương tŕnh (1-2) vào phương tŕnh (1-1) ta được
phương tŕnh:
F
-
=

.
.
E
k
RIU
ö
w
(1-
4)

Trong biểu thức (1-4), là một hàm của ḍng điện trong mạch phần
ứng.Mối quan hệ )(
ö
If=
w
thường được gọi là đặc tính cơ điện hay
đặc tính tốc độ của động cơ.

Để t́m được phương tŕnh đặc tính cơ, chúng ta cần xác định tốc
độ của động cơ có liên quan như thế nào với moment của nó. Suy ra
I
ư
từ phương tŕnh (1-3) rồi thế vào phương tŕnh (1-4), ta được
phương tŕnh đặc tính cơ
M
k
R
k
U
E

E
.
).(
.
2
F
-
F
=
w
(1-
5)

Từ phương tŕnh (1-5) ta thay
ö
Ik F=M và rút gọn ta sẽ được
phương tŕnh đặc tính cơ điện của động cơ DC kích từ song song:

ö
I
k
R
k
U
E
E
.
F
-
F

=
w


Hệ số
F
.
k
được giữ không đổi và độc lập với tải nếu động cơ
kích từ song song có cuộn bù.Nếu phản ứng phần ứng được bù đủ th́
hệ số
F
.
k
có thể được xem là hằng số và đặc tính cơ của nó sẽ tuyến
tính.

Khi thay đổi các thông số U, Ư, và R, th́ đặc tính cơ vẫn tuyến
tính.

Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 9
H́nh bên dưới minh hoạ cho sự ảnh hưởng của các thông số điện
trở R đến tốc độ của động cơ khi động cơ kéo tải không đổi.


Trong h́nh H.1-2 cho thấy họ đặc tính cơ của động cơ DC kích từ
song song.Họ đặc tính này có được bằng cách thêm những giá trị
khác nhau của điện trở vào mạch phần ứng.Từ phương tŕnh (1-5) có
thể thấy khi M=0 th́ tất cả các đường đặc tính cơ đều đi qua cùng

một điểm nằm trên trục tung. Tốc độ của động cơ ở điểm này có giá
trị xác định và không phụ thuộc vào điện trở của mạch phần ứng.
Tốc độ này thường được gọi là tốc độ không tải lư tưởng
0
và được
xác định bằng biểu thức:
ñm
ñm
F
=
E
k
U
0
w
(1-
6)
Ở chế độ không tải lư tưởng, khi ḍng điện qua phần ứng 0
=
ö
I
,
sức phản điện động(e.m.f) của phần ứng bằng và trái dấu với điện áp
đặt vào phần ứng.
Từ phương tŕnh (1-5) cho thấy độ giảm tốc độ đối với tốc độ
không tải lư tưởng là:
M
k
R
E

.
).(
2
ñm
F
=D
w

(1-
7)
V́ vậy, biểu thức tính tốc độ của động cơ c̣n được viết dưới dạng:
w
w
w
D
+
=
0

(1-
8)
Đường đặc tính trên cùng của họ đặc tính cơ trong h́nh H.1-2
được gọi là đặc tính cơ tự nhiên. Đặc tính cơ tự nhiên là đường đặc
tính cơ được xác định khi động cơ hoạt động ở chế độ định mức như

M
0

0
M

c

R
p
=0
R
p1
R
p2
R
p3
R
p4
R
p1
<R
p2
<R
p3
<R
p
4

n
0đm
H.1
-
2

Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội

SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 10
điện áp đặt vào phần ứng là điện áp định mức U
đm
,từ thông định
mức và không có điện trở phụ đặt vào mạch phần ứng. Độ cứng
của đặc tính cơ phụ thuộc vào độ lớn của điện trở bên trong của
mạch phần ứng (R
arm
)Điện trở bên trong của mạch phần ứng bao
gồm điện trở của dây quấn phần ứng, điện trở tiếp xúc giữa các cực
từ,điện trở của dây quấn cực từ phụ và điện trở của chổi quét. Ở đây
ta xem R
arm
≈R
ư
.Như vậy độ giảm tốc độ đối với đặc tính cơ tự
nhiên là
M
k
R
E
.
).(
2
ñm
ö
F
=D
w

Sử dụng biểu thức (1-7) chúng ta có thể xác định độ giảm tốc độ
của bất kỳ đặc tính cơ nào trong h́nh H.1-2 .Ví dụ khi thêm vào
mạch phần ứng bíến trở R
p
th́ độ giảm tốc độ là:
M
k
RR
E
p
.
).(
2
ñm
ö
F
+
=D
w
(1-
9)
Độ dốc của đặc tính cơ hay c̣n gọi là độ cứng của đặc tính cơ
được xác định theo biểu thức:
p
RR
k
d
dM đmE
+
F

==
ö
2
).(
w
b
(1-
10)

1.2. Cách vẽ đặc tính cơ của động cơ DC kích từ song song

Để xây dựng đặc tính cơ của động cơ DC kích từ song song, dù
là đặc tính cơ tự nhiên hay nhân tạo,chúng ta cần xác định hai điểm
bất kỳ trên đặc tính cơ bởi v́ theo lư thuyết th́ đặc tính cơ của động
cơ DC kích từ song song là những đường thẳng.
1.2.1. Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên:

Thông thường để vẽ đặc tính cơ tự nhiên chúng ta chọn điểm làm
việc không tải lư tưởng (M=0 và =
0
) và điểm định mức của động cơ
(M=M
đm
, =
đm
) . Giá trị tốc độ định mức có thể lấy trên nhăn của
động cơ và giá trị của moment điện từ định mức được tính toán theo
biểu thức :
ñm
öñm

IkM
E

F
=

Tốc độ không tải lư tưởng có thể xác định từ biểu thức (1-6)
bằng cách nhân tử và mẫu số cho
đm
và sử dụng mối quan hệ
ö
ñm
öñmñmñm
RIUkE
E

-
=
F
=
w

Suy ra
Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 11
ñm
ö
ñm
öñm
ñm

ñm
ñm
ww
.
.
0
RIV
U
k
U
E
-
=
F
=
(1-
11)
Bởi v́ bảng thông số (data sheets) và catalog của động cơ thông
thường không cho giá trị điện trở của phần ứng (R
ư
),nên ta có thể
xác định gần đúng bằng cách giả sử rằng phân nửa tổn hao của động
cơ là do điện trở của dây quấn phần ứng.V́ vậy ta có thể viết
UIRI .)1(5.0.
ñm
öñmö
2
ñm
ö
h

-»
. Kết quả là:
ñm
ö
ñm
ñmö
I
).1(5.0
U
R
h
-»
(1-
12)
Thay
ñm
öñm
ñm
ñm
IU
P
.
=
h
vào (1-12) ta được biểu thức:
2
udm
dmdmdm
u
).(5.0

I
PIU
R
-
»
(1-
13)
1.2.2. Vẽ đặc tính cơ nhân tạo:
Dựa vào đặc tính tự nhiên, ta có thể xây dựng đặc tính cơ nhân
tạo cho bất kỳ giá trị điện trở nào thêm vào mạch phần ứng.Đặc tính
cơ nhân tạo này có thể vẽ được dựa vào 2 điểm: điểm làm việc
không tải lư tưởng( M=0, =
0
) và điểm làm việc ổn định của động cơ
khi tải định mức (M=M
đm
, =
đm
).Tốc độ ổn định của động cơ khi kéo
tải định mức
ôđ
được xác định từ biểu thức:
ú
û
ù
ê
ë
é
+
-=

U
RRuI
pudm
)(
1
0dm
ww
(1-
14)
Đặc tính cơ có thể được xây dựng bằng cách sử dụng 2 điểm:
điểm làm việc không tải lư tưởng và điểm ngắn mạch (khi M=M
ngắn
mạch
, =0).Điểm làm việc không tải lư tưởng xác định từ biểu thức (1-
11) và điểm ngắn mạch được xác định từ biểu thức:
ñm
ñm
ñm
I
I
MM
nm
.=
Với I
nm
là ḍng điện ngắn mạch (có được khi mở máy) được tính
bằng công thức
R
U
I

nm
=

Bởi v́ tổng trở của mạch phần ứng
p
R
+
=
ö
R
R
sẽ thay đổi khi ta
thay đổi các giá trị của
p
R
nên các giá trị của moment ngắn mạch
nm
M và ḍng điện ngắn mạch
nm
I sẽ thay đổi theo.
Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 12
Moment ngắn mạch sẽ đạt giá trị lớn nhất ở đặc tính cơ tự nhiên
bởi v́ điện trở phụ
0
=
p
R
và ḍng điện ngắn mạch
nm

I chỉ bị cản trở
bởi điện trở bên trong mạch phần ứng và dây quấn.
Từ các biểu tức bên trên ta thấy rằng phương tŕnh đặc tính cơ có
thể viết dưới dạng sau:
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-=
nm
M
M
1
0
ww

(1-
15)
Theo biểu thức (2-14) khi M=0 , tốc độ =
0
và Khi M=M
nm
th́ =0.

1.2.3. Vẽ đặc tính cơ điện:
Để vẽ đặc tính cơ điện ta xác định hai điểm:

· Điểm thứ nhất: (I = 0 , =
0
)
ñm
ö
ñm
öñm
ñm
ñm
ñm
ww
.
.
0
RIU
U
k
U
E
-
´
F
=

· Điểm thứ hai: (I = I
đm
, =
đm
)
55,960

2
ñmñm
ñm
nn
==
p
w

Phương tŕnh đặc tính cơ điện c̣n được viết lại dưới dạng sau:
ö
ö
I
k
R
k
U
n
E
E
.
.55,9. F´
-
F
=


1.3. Mở máy động cơ DC kích từ song song:
Từ phương tŕnh đặc tính cơ điện
ö
I

k
R
k
U
E
E
.
F
-
F
=
w

Với đặc tính cơ tự nhiên (R=R
ư
) khi khởi động động cơ, ta thấy
ḍng điện khởi động ban đầu là:
ö
ñm
R
U
nm
I =

Ở những động cơ có công suất trung b́nh và lớn, R
ư
thường khá
nhỏ, nên ḍng điện khởi động ban đầu thường rất lớn gọi là ḍng ngắn
mạch
đmnm

II )2520( ¸=
Với giá trị ḍng khởi động lớn sẽ không cho phép về mặt chuyển
mạch và phát nóng của động cơ cũng như sụt áp trên lưới điện. Tác
hại này c̣n nhgiêm trọng hơn trong các hệ thống cần khởi động hay
hăm máy nhiều lần trong quá tŕnh làm việc.
Để hạn chế ḍng điện khởi động ta có thể giảm điện áp nguồn đặt
vào phần ứng động cơ điện hoặc nối thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng. Phương pháp thứ nhất được sử dụng trong những hệ
Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 13
thống có bộ biến đổi điện áp.Phương pháp thứ hai thường được sử
dụng khi động cơ được cung cấp điện áp cố định.

H.1-3 Đồ thị mô tả quá tŕnh mở máy động cơ trực tiếp


H.1-4 Đồ thị mô tả quá tŕnh mở máy động cơ qua 3 cấp điện
trở phụ

Sau đây ta sẽ khảo sát phương pháp dùng điện trở phụ gắn vào
mạch phần ứng để khởi động động cơ.

1.3.1. Sơ đồ nối dây:
Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 14




1.3.2. Vẽ đặc tính cơ điện tự nhiên

Phương pháp xác định đặc tính cơ điện tự nhiên của động cơ DC
kích từ song song đă được tŕnh bày trong phần I.2. Ở đây ta chọn hai
điểm: điểm không tải lư tưởng và điểm làm việc định mức.


1.3.3. Xác định các thông số:
ñm
ñm
ñm
ö kt
III
-
=

ñm
ö
ñmñmñm
ö
2
)(
5
.
0
I
P
I
U
R
-
»

ñm
ñm
ööñm
ñm
n
IRU
k
E
.
-
=F

I
C

I
2
I
1
J

e

g

c

a

h

f

d

b

0 I
ư
n
R
pI

R
pII

R
pIII

Đ
ặ
c tính cơ t
ự


nhin

n
0

n
đ
(2)

(1)

H.1
-
6

R
pkt

Cuộn kích từ
E
I
ư

I
kt
I

+

-

U

R
p1

R
p2

R
p3

H.1
-
5

Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 15
1.3.4. Chọn giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của ḍng điện trong quá
tŕnh mở máy động cơ:
Trị số của điện trở phụ tổng (R
1
+R
2
+R
3
) được chọn sao cho khi
khởi động ( = 0) thì ḍng điện khởi động I
nm
không được vượt quá
2I
đm
để đảm bảo an toàn cho động cơ và cơ cấu truyền động. Ngoài
ra I
nm

cũng không nên quá nhỏ để M
nm
cũng nhỏ đi so với moment
cản. Trong trường hợp này ta chọn hai giới hạn chuyển ḍng điện
khởi động động cơ là I
1
và I
2
như sau:
C
III
II
)3.11.1()3.11.1(
)5.28.1(
2
1
¸=¸=
¸
=
ñm
ñm

Với: I
1
là ḍng điện lớn nhất cho phép trong quá tŕnh mở máy
I
2
là ḍng điện nhỏ nhất cho phép trong quá tŕnh mở máy
Lấy giá trị I
1

,I
2
trên trục hoành (trục I). Từ I
1
,I
2
kẻ hai đường
thẳng song song với trục tung cắt đặc tính tự nhiên tại hai điểm g,h.
Gọi a là điểm có toạ độ (I
1
,0) nằm trên trục hoành. Nối a với n
0
ta
được đặc tính khởi động đầu tiên; đặc tính này cắt đường thẳng (2)
tại điểm b. Từ b gióng đưởng thẳng song song trục hoành cắt đường
(1) tại c. Nối c với n
0
cắt (2) tại d. Từ d gióng đường thẳng song
song trục hoành và cắt (1) tại e. Nối e với n
0
cắt (2) tại f. Từ f gióng
đường thẳng song song trục hoành và phải đi qua điểm g. Nếu điều
kiện này không thỏa th́ ta phải chọn lại các giá trị I
1
,I
2
rồi vẽ lại cho
đến khi điều kiện trên thỏa. Ngoài ra số cấp khởi động cịn phải đảm
bảo số cấp khởi động theo yêu cầu.

1.3.5. Tính toán điện trở phụ cần thiết:
Trong quá tŕnh tính toán điện trở phụ cần thiết ta có thể bỏ qua
giá trị của điện trở tiếp xúc của chổi than , điện trở cuộn bu, điện trở
cuộn cực từ phụ, điện trở cuộn dây phần ứng, Như vậy tổng trở
của động cơ chỉ c̣n lại R
ư
.
Phương tŕnh đặc tính tốc độ tự nhiên:
ö
ö
ö
ö
I
k
R
nI
k
R
nn
E
TN
E
F
=DÞ
F
-=
55,9 55,9
0
(1-16)
Phương tŕnh đặc tính cơ điện nhân tạo (khi thêm điện trở phụ vào

mạch rotor)
ö
ö
ö
ö
I
k
RR
nI
k
RR
nn
đm
E
p
NT
đm
E
p
F
+
=DÞ
F
+
-=
55,9 55,9
0

(
1

-
1
Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 16
7
)


n
TN
: độ giảm tôc độ của đặc tính cơ tự nhiên
(ṿng\phút)

n
NT
: độ giảm tốc độ của đặc tính cơ nhân tạo
(ṿng\phút)


Chia 2 vế của biểu thức (1-16) và (1-17) ta được:
ö
TN
TNNT
pö
TN
NT
p
pNT
TN
R

n
nn
RR
n
n
R
R
ö
R
ö
R
n
n
1
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
D
D-D
=Þ
÷
÷
ø
ö
ç

ç
è
æ
-
D
D
=Þ
+
=
D
D
(1-
18)
Áp dụng (1-18)
Jg
eg
R
Jg
JgJe
RR
pI ö.ö
=
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ

-
= .
(1-19)
Jg
cg
R
Jg
JgJc
RR
pII ö.ö
=
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-
= . (1-20)
Jg
ag
R
Jg
JgJa
RR
pIII ö.ö
=
÷

÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-
= .
(1-21)
pIp
RR
=
1
(1-22)
pIpII2p
RRR
-
=
(1-23)
pIIpIIIp
RRR
-
=
3
(1-24)

1.4. Các chế độ hăm của động cơ DC kích từ song song:
Trong các hệ thống truyền động hiện đại, việc dừng động cơ một
cách nhanh chóng, chính xác hay đảo chiều động cơ là yêu cầu cần

thiết, thường xuyên.Sự nhanh chóng và chính xác trong những
trường hợp này quyết định đến năng suất và thậm chí là chất lượng
của sản phẩm trong quá tŕnh sản xuất.
Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 17

Đặc tính cơ của tất cả các trạng thái làm việc của động cơ được
minh hoạ trong đồ thị h́nh H.1-7 . Đặc tính cơ của chế độ động cơ
nằm trong góc phần tư thứ I và đặc tính của các chế độ hăm nằm
trong góc phần tư thứ II và IV. Thông thường ta chia chế độ hăm ra
làm ba loại:
· Hăm tái sinh
· Hăm ngược
· Hăm động năng

1.4.1. Hăm tái sinh:
Hăm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ
không tải lư tưởng. Khi hăm tái sinh E
ư
> V, động cơ làm việc như
một máy phát đặt song song với lưới. So với chế độ động cơ ḍng
điện và moment hăm đă đổi chiều và được xác định theo biểu thức:
0
0
<F=
<
-
=
hEh
h

IkM
R
EU
I

V́ sơ đồ dấu dây của động cơ không thay đổi nên phương tŕnh đặt
tính cơ của động cơ không thay đổi nhưng moment mang giá trị âm.
M
k
R
k
U
E
E
.
).(
.
2
F
-
F
=
w

Trong quá tŕnh hăm tái sinh, ḍng điện hăm đổi chiều và công suất
được trả về lưới điện có giá trị
ö
IUEP ).(
-
=

. Đây là phương pháp
hăm kinh tế nhất v́ động cơ sinh ra điện năng hữu ích.Có hai khả
năng hăm tái sinh:

M

0

R
1
R
2
R
3
R
1
<R
2
<R
3
0
R
1
R
2
R
3
M
h
I

I
I

I
II

IV

H.1
-
7

Hăm
động
năng

Hãm
ngược

Hãm
tái sinh

Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 18
¨ Điện áp U điều chỉnh được: ví dụ dùng bộ chỉnh lưu, với E
cho trước ta có thể điều khiển xung kích cho bộ biến đổi công
suất để giảm điện áp cung cấp cho phần ứng. Chế độ hăm tái
sinh trong trường hợp này được áp dụng để điều khiển giảm vận
tốc cho động cơ hoặc hăm nó dừng lại. Đặc tính cơ của chế độ

hăm tái sinh với điện áp U thay đổi được vẽ trong h́nh H.1-8a .
Trong h́nh H.1-8a ,giả thiết động cơ đang làm việc ổn định tại vị
trí 1, bằng cách giảm điện áp nguồn từ U
1
xuống c̣n U
2
,U
3
,U
4
,
toạ độ điểm làm việc của động cơ chuyển dịch dần theo các
đoạn thẳng 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6, 6-7. Tại vị trí 7, vận tốc động
cơ đạt giá trị xác lập với moment kéo bằng moment cản của tải.
¨ Điện áp U không thay đổi được: hăm tái sinh xảy ra khi
tác dụng của tải thế năng làm tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ
không tải.Chế độ hăm này không dừng động cơ được mà chỉ có
tác dụng không cho phép vận tốc động cơ vượt quá một giá trị
của tải thế năng (h́nh H.1-8b).Trong h́nh H.1-8b, tác dụng của
đối trọng P làm cho động cơ chạy vượt quá tốc độ không tải
0
và
nó làm việc ở chế độ hăm tái sinh. Moment hăm tăng dần để
hạn chế sự tăng vận tốc gây ra bởi đối trọng. Tại vị trí 1,
moment tác dụng của động cơ cân bằng với tác dụng của đối
trọng và vận tốc động cơ đạt trạng thái xác lập.


1.4.2. Hăm động năng:
Hăm động năng được thực hiện bằng cách ngắt

phần ứng động cơ ra khỏi nguồn cung cấp và gắn nối
tiếp vào đó điện trở hăm R
h
.Trong lúc này cuộn kích
từ vẫn phải đảm bảo được cấp nguồn.
Trong hăm động năng, động cơ cũng đóng vai tṛ
như một máy phát. Năng lượng cơ năng tích trữ trong
rotor được chuyển đổi thành năng lượng điện. Nhưng thay v́ năng
1

3

5

7
6
4
2
a
b
c


M

M
C
Giảm V
nguồn

V
1
V
2
V
3
V
4
0


1
0
M

0

H.1-8a

H.1-8b

Cu
ộ
n kích t
ừ

Arm
_

+

R
h
Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 19
lượng này được trả về nguồn như hăm tái sinh th́ trong chế độ hăm
động năng năng lượng này tiêu tán trên điện trở hăm R
h
.

1.4.3. Hăm ngược:
Trường hợp nguồn DC đổi dấu:
Thực hiện bằng cách đảo vị trí đấu dây nguồn DC vào mạch phần
ứng, chú ý không đảo chiều cuộn kích từ. Khi đó sức điện động E và
nguồn DC sẽ cùng dấu và gây nên ḍng điện hăm rất lớn. Do đó để
hạn chế ḍng điện và moment hăm, cần lắp thêm điện trở phụ vào
mạch phần ứng trước khi đấu trở lại vào nguồn.Quá tŕnh hăm dừng
động cơ được minh hoạ bởi đặc tính cơ trên h́nh
H.1-9 . Động cơ chịu moment hăm ngược trong
gian đoạn 2-3.









Trường hợp nguồn DC không đổi dấu:

Hăm ngược xảy ra khi thực hiện thả tải trọng (tải thế năng). Vận
tốc động cơ ngược chiều với vận tốc không tải của động cơ.Tương tự
trường hợp vừa khảo sát, cần lắp điện trở phụ vào mạch phần ứng.
Trên h́nh H.1-9 , đặc tính hăm ngược xảy ra trong khoảng 4-5 và vận
tốc động cơ xác lập tại vị trí 5. Điện trở phụ phần ứng phải tính sao
cho moment hăm động cơ đủ lớn để giữ thăng bằng với tải trọng.
Quá tŕnh hăm ngược có hiệu suất thấp và năng lượng từ nguồn
chuyển sang dạng nhiệt tiêu hao trên các điện trở phụ.

1.5. Điều chỉnh tốc độ động cơ DC kích từ song song:
Từ phương tŕnh đặc tính tôc độ của động cơDC kích từ song song:
F
-
=
.
.
E
k
RIU
ö
ö
w

chúng ta có ba cách khác nhau để thay đổi tôc độ của động cơ:
· Thay đổi điện trở mạch phần ứng.
· Thay đổi ḍng điện qua động cơ.
· Thay đổi điện áp đặt vào động cơ.
1.5.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần
ứng:

0
đtcTN

1 2
3 0 4
5
-
0
H.1
-
9

Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 20
Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng đă được đề cập rất rơ trong phần 1.2 và 1.3. Đây là phương
pháp điều khiển vận tốc động cơ trong phạm vi dưới tốc độ định
mức. Điện áp nguồn DC và từ thông mạch kích từ có độ lớn không
đổi( bằng định mức). Điện trở phụ R
p
mắc nối tiếp với mạch phần
ứng có thể được điều khiển nhảy cấp (sử dụng contactor) hay liên tục
(dùng điều khiển bán dẫn). V́ là phương pháp kém hiệu quả do gây ra
tổn hao trên điện trở nên chỉ thích hợp cho truyền động kéo moment
tải gián đoạn dạng xung.

H.1-10

Dựa vào phương tŕnh đặc tính cơ
ö

ö
I
k
RR
k
U
n
E
p
E
.
.55,9. F´
+
-
F
=
,ta có
nhận xét :
· Họ đặc tính nhân tạo khi thay thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng sẽ đồng qui tại điểm không tải lư tưởng. Điểm
không tải lư tưởng không thay đổi.
· Độ cứng của đặc tính cơ
p
RR
k
d
dM đmE
+
F
==

ö
2
).(
w
b
, v́ vậy khi
p
R
tăng th́ độ cứng của đặc tính cơ sẽ giảm (đặc tính cơ dốc
nhiều hơn).

1.5.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào động cơ:

M
0

M
c

R
p
=0
R
p1
R
p2
R
p3
R
p4

R
p1
<R
p2
<R
p3
<
R
p4
n
0đm
0
Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 21

Để điều chỉnh vô cấp tốc độ và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng,
chúng ta sử dụng phương pháp điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ.

ö
ö
I
k
RR
k
U
n
E
p
E
.

.55,9. F´
+
-
F
=


M
k
RR
k
U
n
E
p
E
.
).(55,9
.
2
F´
+
-
F
=
ö



Khi U thay đổi th́ tốc độ không tải lư tưởng

const
k
U
n
E
=
F
=
.
0
và
họ đặc tính cơ nhân tạo lúc này là những đường thẳng song song với
đặc tính cơ tự nhiên(h́nh H.1-11)

H.1-11

Điều chỉnh tốc độ bằng cách dùng hệ thống máy phát động
cơ(Ward-Leonard) :

H.1-12
Trong hệ thống này, G đóng vai tṛ là máy phát cung cấp nguồn
DC trực tiếp cho động cơ M hoạt động. Phần ứng của máy phát G và
phần ứng của động cơ M được nối với nhau mà không thông qua điện

M
0

M
c

U
đm

U
1
U
2
<U
1
< U
đm


n
0đm
U
2
0
Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 22
trở phụ. Máy phát E cung cấp nguồn cho mạch kích từ của máy phát
G và động cơ M. IM là động cơ sơ cấp kéo máy phát G và máy phát
E. IM có thể dùng động cơ không đồng bộ hay động cơ đồng bộ.
Ưu điểm của hệ thống này là sự đơn giản và phạm vi điều chỉnh
tốc độ rộng.
Tốc độ của động cơ M được điều chỉnh được bằng cách thay đổi
điện áp trên máy phát G. Phạm vi điều chỉnh tốc độ có thể được mở
rộng nhờ điều chỉnh điện trở phụ mạch kích từ của động cơ M. Như
vậy phạm vi điều chỉnh tốc độ có thể được mở rộng theo chiều tăng
hay giảm tốc độ.

Ngoài ra, khi muốn đảo chiều động cơ M th́ ta dùng cầu dao đảo
để đảo cực tính của cuộn kích từ ở máy phát G. Kết quả là điện áp do
máy phát G sinh ra sẽ đảo cực tính và làm động cơ M đảo chiều.


1.5.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông:
Phương pháp này được sử dụng khi cần điều khiển tốc độ động cơ
lớn hơn giá trị định mức. Khi đó điện áp phần ứng động cơ được duy
tŕ không đổi bằng giá trị định mức và điều chỉnh tăng tốc độ bằng
cách giảm ḍng điện kích từ.



Phương tŕnh đặc tính cơ:
ö
ö
I
k
RR
k
U
n
E
p
E
đm
.
.55,9. F´
+
-

F
=

M
k
RR
k
U
n
E
p
E
đm
.
).(55,9
.
2
F´
+
-
F
=
ö

Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 23
U
đm

Ơ

đm

u
Ơ

n
0

H.1-14

H.1-13

Khi điều khiển tăng vận tốc bằng cách giảm ḍng kích từ(tăng giá
trị điện trở phụ ở mạch kích từ), để động cơ không quá tải th́ moment
tải phải giới hạn trong một phạm vi cho phép thiết lập bởi đường
cong quá tải.
Kết hợp điều khiển thay đổi điện áp nguồn DC và từ thông kích
từ: duy tŕ từ thông bằng định mức và thay đổi điện áp nguồn DC cấp
cho phần ứng động cơ khi điều khiển vận tốc trong giới hạn nhỏ hơn
giá trị định mức. Duy tŕ điện áp phần ứng bằng định mức và thực
hiện giảm từ thông kích từ khi điều khiển vận tốc trên giá trị định
mức (Xem đặc tính điều khiển trên h́nh H.1-14 ).


M
0
n
0

1

2

Ơ
đm
Ơ
1

Ơ
2

Ơ
đm
>
1
>
2

Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 24

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ CẦU TRỤC DÙNG
ĐỢNG CƠ MỘT CHIỀU


Cho một động cơ kích từ song song với các số liệu định mức như sau:
P
đm
= 94 (kW) U
đm

= 204 (v)

I
đm
= 524 (A) I
ktđm
=5,8 (A)
n
đm
=600(vòng/phút)



Phần tính toán thiết kế:

I. Viết phương trình đặc tính tốc độ(đặc tính cơ điện):
u
ö
.
.55,9.
I
k
R
k
U
n
EE
F´
-
F

=

Tính toán các thông số cần thiết :
I =
u
I
dm
- I
ktdm
= 524-5,8 =518,2 (A)
3
dm dm
u
2 2
dm
0.5( . )
0,5(204 524 94 10 )
0,024 ( )
524
dm
U I P
R
I
-
´ - ´
= = = W

.
204 0,024 524
0,32

600
đm đm
đm
đm
U Ru I
k
n
-
- ´
Þ F = = =

0
204
637,5 (vp/ph)
. 0,32
đm
Uđm
n
K
= = =
F


Momment định mức:
3
94 10
9,55 9,55 1496 (N/m)
600
đm
đm

đm
P
M
n
´
= ´ = ´ =

II. Phương trình đặc tính tốc độ tự nhiên:
u
u
.

I
k
R
k
U
n
EE
đm
F
-
F
=

=614 – 0,04
u
I
´

III. Vẽ phương trình đặc tính tốc độ tự nhiên:n = f(I
udm
)
A(0 ; 637,5) ; B(524; 600)
637,5
1496
Đồ án Truyền Động Điện GVHD : Lê Ngọc hội
SVTH: Tạ Văn Tiến Trang 25
I
C

I
2
I
1
J

e

g

c

a

h

f

d

b

0 I
ư
n
R
pI

R
pII

R
pIII

Đặc tính cơ tự
nhiên

n
0

n
đm
(2)

(1)

H.1
-
6

IV. Viết phương trình đặc tính cơ tự nhiên:
M
k
RR
k
U
n
E
p
E
đm
.
).(55,9
.
2
F´
+
-
F
=
ö

=
2
204 0,024
0,32 9,55 0,32
M
- ´
´

=637,5 – 0. 245M
V. Vẽ phương trình đặc tính cơ tự nhiên:
n = f(M)
C(0 , 637,5) ; D(1496 , 600)
Mở máy động cơ qua ba cấp điện trở phụ và tính điện trở phụ ở các cấp:
Tính R
p
bằng phương pháp đồ thị.














637,5
1496