Lý Thuyết Đồ Án Dieu Khien Dog Co Dc.doc

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
Trường ĐH SPKT Hưng Yên
Khoa Điện - Điện Tử
----------o0o---------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
----------***---------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
Nhóm sinh viên thực hiện:
Tên đề tài: Thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều.
 Số liệu cho trước:
- Các tài liệu và giáo trình chuyên môn.
- Các dụng cụ đo lường và khảo sát.
 Nội dung cần hồn thành.
- Phân tích, lựa chọn phương án.
- Vận dụng lý thuyết vào thực hành.
- Tính tốn và thiết kế sản phẩm
Sản phẩm của đề tài đảm bảo các yêu cầu sau :
+ Có bảo vệ quá dịng.
+ Có sử dụng các dụng cụ đo dịng điện và điện áp.
+ Sản phẩm của đề tài đảm bảo tính mỹ thuật và kĩ thuật.
-

Quyển thuyết minh và sản phẩm hoạt động theo đúng nội dung của đề tài.

Giáo viên hướng dẫn

Ngày giao đề:
Ngày hoàn thành:
Ngày 10 tháng 06 năm 2011
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
1


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

...............................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
..........................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
........................................................ ...........................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
..........................

....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
...............
Ngày......tháng .... năm 2011
Giáo viên hướng dẫn

2


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

MỤC LỤC
CHƯƠNG: Tổng quan về động cơ điện một chiều................................5
1.1 . Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều.................................................5
1.2 . Cấu tạo động cơ điện một chiều..........................................................5
1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều...................................6
1.4. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập.................7
1..5 . Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc
lập....................................................................................................................10
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ VAN BÁN DẪN ĐIỀU KHIỂN......................22
2.1 Thyristor..................................................................................................22
CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH LỰC..............................25
3.1. Khái quát chung.......................................................................................25
3.2. Chọn sơ đồ chỉnh lưu động cơ.................................................................25

CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN VÀ PHÂN TÍCH MẠCH ĐIỀU KHIỂN...............30
4.1 Giới thiệu chung.................................................................................30
4.2 Một số hệ thống điều khiển ng b...................................................31
4.3. Hệ thống điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến
tính .................32
4.4. Các khâu trong hệ thống điều khiển thẳng đứng tuyến
tính................34
4.5 Tỡm hiu v mch TCA 785.....................................................................38
4.5.1. S đồ nguyên lý.............................................................................39
4.5.2 Nguyên lí làm việc của TCA 785....................................................43
CHƯƠNG 5: LỰA CHỌN THIẾT KẾ MẠCH...............................................45
5.1 Lý luận chọn sơ đồ thiết kế mạch..........................................................45
5.2 Sơ đồ nguyên lý của mạch.......................................................................46
3


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

5.3 Nguyên lý hoạt động...............................................................................47
5.4 Ngun lý hoạt động của mạch..............................................................49
5.5 Tính tốn lựa chọn van động lực và bảo vệ van.....................................49
5.6 Tính chọn các phần tử mạch điều khiển................................................52
5.7 Tính chọn biến áp xung..........................................................................52

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN...............................................................55
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của nhân loại ngành công nghệ kỹ thuật Điện- Điện
Tử đang từng bướcdến với tầm cao của tri thức và khoa học. Tuy là một nứoc đi

sau về ngành công nghệ kỹ thuật Điên- Điện tử và ứng dụng nó vào đời sống
nhưng Việt Nam cũng đang từng bước hoà nhập để đi cùng với xu hướng chung
của thời đại. Máy móc sẽ thay thế con người thúc đẩy sự phát triển của nền kinh
tế.
Việc sử dụng động cơ điện trong sản xuất và đời sống là rất rộng rãi, đặc biệt là
động cơ điện một chiều bởi vì động cơ điện một chiều có rất nhiều ưu điểm so với
động cơ xoay chiều .Nhưng gắn liền với việc sử dụng động cơ điện một chiều là
quá trình điều chỉnh , đảo chiều tốc độ động cơ sao cho phù hợp với yêu cầu thực
tế.Vì vậy để đáp ứng yêu cầu đó nhóm chúng em thực hiện với đề tài: “ Điều
chỉnh tốc độ của động cơ một chiều ”
Sau thời gian làm đồ án với sự cố gắng của cả nhóm cùng với sự giúp đỡ
tận tình của thầy ĐỖ THÀNH HIẾU và các thầy cô trong khoa Điện - Điện Tử
đến nay đồ án của chúng em đã hoàn thành.
Tuy đồ án của chúng em đã được hồn thành nhưng do kiến thức cũng như
tài liệu cịn hạn chế cho nên bản đồ án của chúng em khơng tránh khỏi nhữn sai
sót. Vậy chúng em kính mong thầy cơ và các bạn đóng góp ý kiến xây dựng để đồ
án của chúng em đựoc hoàn thiện hơn và chúng em có kinh nghiệm bổ sung kiến
thức được tốt hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !

4


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.3 Giới thiệu chung về động cơ điện 1 chiều:
Như ta đã biết máy phát điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện

hoặc động cơ điện. Động cơ điện một chiều là thiết bị quay biến đổi điện năng
thành cơ năng. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Động
cơ điện một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và giao thông
vận tải. Động cơ điện một chiều gồm những loại sau đây:
- Động cơ điện một chiều kích từ song song
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
- Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
1.4 Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều gồm có 2 phần : Phần tĩnh (stator) và phần động
(rôtor)
1.2.1. Phần tĩnh (stator)
Gồm các phần chính sau:
a. Cực từ chính:
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn
kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật
điện. Cực từ được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulơng. Dây quấn kích từ được
quấn bằng dây đồng bọc cách điện.
b. Cực từ phụ:
Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều
c. Gông từ:
5


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
d. Các bộ phận khác
- Nắp máy

- Cơ cấu chổi than.
1.2.2. Phần quay (rotor)
Gồm các bộ phận sau:
a. Lõi sắt phần ứng:
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật
điện dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập
hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào
b. Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dịng điện chạy qua. Thường làm
bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết
diện trịn, trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật.
Dây quấn được cách điện với rãnh của lõi thép.
c. Cổ góp:
Cổ góp hay cịn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng
điện xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đi
nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một
hình trụ trịn. Đi vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của
các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng.
d. Các bộ phận khác:
- Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy.
- Trục máy: Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy
thường làm bằng thép Cacbon tốt.
1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:
b

+

A

F®t

I

n

I

a
c
F®t

-

B

d

6


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MƠN HỌC

Hình 1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều
Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần
ứng có dịng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dịng điện nằm trong từ trường sẽ
chịu lực điện từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định
theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vịng vị trí các thanh dẫn
ab, cd đổi chỗ nhau do có phiến góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều lực tác
dụng không đổi đảm bảo động cơ có chiều quay khơng đổi. Khi động cơ quay

các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động E ư chiều của s.đ.đ xác
định theo quy tắc bàn tay phải.
Ở động cơ điện một chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên
Eư còn gọi là sức phản điện động.
Phương trình cân bằng điện áp: U= Eư+Rư.Iư
Trong đó:

Rư: điện trở phần ứng
Iư: dịng điện phần ứng
Eư: sức điện động

Theo yêu cầu của đề bài ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều
kích rừ độc lập. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có dịng điện kích từ
khơng phụ thuộc vào dịng điện phần ứng nghĩa là từ thơng của động cơ không
phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ.
+

-

U­

I

E
KT

IKT
+

UKT

-

Hình2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
1.4. Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập
Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ.

7


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông...) động cơ vận hành ở chế
độ định mức với đặc tính cơ tự nhiên (Mđm , wđm).
Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồn
hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ.
Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc
tính cơ

được tính như sau
lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi
nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng.
đặc tính cơ tuyệt đối cứng.

1.4.1. Sơ đồ nguyên lý:

+
-

U­

+
CKT

E­

E­

RKT

Rf

-

U­
Rf

IKT
CKT

RKT

Hình 3: Sơ đồ nguyên lý động cơ điện 1 chiều
Khi nguồn điện 1 chiều có cơng suất lớn và điện áp khơng đổi thì mạch kích
từ thường mắc song song với mạch phần ứng.
Khi nguồn điện một chiều có cơng suất khơng đủ lớn thì mạch điện phần
ứng và mạch kích từ mắc vào 2 nguồn một chiều độc lập.
1.4.2. Phương trình đặc tính cơ:

Trường hợp Rf= 0:
U= E + Iư.Rư
(1)
Trong đó; E= Ke. .n
(2)
8


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
Ke =

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

: hệ số sức điện động của động cơ

a: số mạch nhánh song song của cuộn dây
K=

: hệ số cấu tạo của động cơ

: tốc độ góc tính bằng rad/s
p: số đơi cực chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.
Thế (2) vào (1) ta có:
Hoặc:

=

(3)

n=

(4)

Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(I ư) gọi là phương trình đặc tính cơ
điện.
Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5): là mơmen điện từ của động cơ.
Suy ra: n=

là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1

chiều kích từ độc lập.
Hoặc: =
trong đó:

=
0

: tốc độ khơng tải lý tưởng
: độ sụt tốc độ

1.4.3.Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ:
Từ phương trình đặc tính cơ:

=

ta nhận thấy muốn thay đổi

tốc độ ta có thể thay đổi , Rf , U.
 Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const):

Độ cứng đặc tính cơ:

=

giảm. Nếu Rf càng lớn thì tơcf độ động

cơ càng giảm đồng thời dịng ngắn mạch và mơmen ngắn mạch cũng giảm. Cho
nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng và điều chỉnh
tốc độ động cơ ở phía dưới tốc độ cơ bản.
 Trường hợp thay đổi U< Uđm

9


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
Tốc độ khơng tải

ĐỒ ÁN MƠN HỌC

giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ

=

const. Khi thay đổi điện áp ta thu được 1 họ các đường đặc tính song
song. Phương pháp này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế
dòng khởi động.
 Ảnh hưởng của từ thông:
Muốn thay đổi

ta thay đổi dịng kích từ Ikt khi đó tốc độ khơng tải

tăng. Độ cứng đặc tính cơ:

=

giảm.

1.5. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ
độc lập:
1.5.1. Khái niệm chung:
1.5.1.1. Định nghĩa:
Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các
thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi
từ thơng… Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới
phù hợp với yêu cầu. Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:
Biến đổi các thơng số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển
tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất.
Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính phức
tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh. Vì vậy, ta khảo sát sự điều
chỉnh tốc độ theo phương pháp thứ hai.
Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi
phụ tải thay đổi của động cơ điện.
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu
việt hơn so với các loại động cơ khác. Khơng những nó có khả năng điều chỉnh
tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn,
đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng.
1.5.1.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:
Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ
vào các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:
10

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

a. Hướng điều chỉnh tốc độ:
Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn
hay bé hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường
đặc tính cơ tự nhiên.
b.Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh):
Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất n max và tốc độ bé
nhất nmin mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức: D =
nmax/nmin.
Trong đó:
- nmax: Được giới hạn bởi độ bền cơ học.
- nmin: Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường
người ta chọn nmin làm đơn vị.
Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng
hệ thống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh.
c. Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ:
Độ cứng:  = M/n. Khi  càng lớn tức M càng lớn và n nhỏ nghĩa là
độ ổn định tốc độ càng lớn khi phụ tải thay đổi nhiều. Phương pháp điều chỉnh
tốc độ tốt nhất là phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng của
đường đặc tính cơ. Hay nói cách khác  càng lớn thì càng tốt.
d. Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ:
Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ. Độ liên tục khi điều
chỉnh tốc độ  được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:
=
Trong đó: ni : Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i.

ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 ).
Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó.
 tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục. Lúc
này hai cấp tốc độ bằng nhau, khơng có nhảy cấp hay cịn gọi là điều chỉnh tốc
độ vô cấp.
  1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp.
11


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

e. Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất
làm việc của động cơ  là cao nhất khi tổn hao năng lượng Pphụ ở mức thấp
nhất.
f. Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:
Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một
hệ thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống.
Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp
nhất, sử dụng thiết bị phổ thông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn
cho nhau.
1.5.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng:
Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh
điện áp trên mạch phần ứng thì dịng điện, moment sẽ khơng thay đổi. Để tránh
những biến động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương
pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường
được áp dụng cho động cơ một chiều kích từ độc lập.
Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều

áp như: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ…
Các bộ biến đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng
một chiều và điều chỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo u cầu.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n 0 = Uđm/KEđm. Độ cứng của đường đặc

tính cơ:
Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc độ khơng tải lý
tưởng sẽ thay đổi nhưng độ cứng của đường đặc tính cơ thì khơng thay đổi.

12


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Như vậy: Khi ta thay đổi điện áp thì độ cứng của đường đặc tính cơ khơng
thay đổi. Họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với đường đặc tính
cơ tự nhiên:

n
n0
ncb
n1
n2
n3

TN ( Uđm )

U1
U2
U3

MC

Uđm > U1 > U2 > U3
ncb > n1 > n2 > n3
M

Hình 4: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng thực
chất là giảm áp và cho ra những tốc độ nhỏ hơn tốc độ cơ bản n cb. Đồng thời
điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào bộ nguồn có điện áp thay đổi
một cách liên tục và ngược lại.
Theo lý thuyết thì phạm vi điều chỉnh D = . Nhưng trong thực tế động cơ
điện một chiều kích từ độc lập nếu khơng có biện pháp đặc biệt chỉ làm việc ở
phạm vi cho phép: Umincp =

nghĩa là phạm vi điều chỉnh:

D = ncb/nmin = 10/1. Nếu điện áp phần ứng U < U mincp thì do phản ứng phần ứng
sẽ làm cho tốc độ động cơ không ổn định.
 Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt
vào phần ứng động cơ sẽ giữ nguyên độ cứng của đường đặc tính cơ nên
được dùng nhiều trong máy cắt kim loại và cho những tốc độ nhỏ hơn
ncb.

13

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

 Ưu điểm: Đây là phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghĩa là có
thể điều chỉnh tốc độ trong bất kỳ vùng tải nào kể cả khi ở không tải lý
tưởng.
 Nhược điểm: Phải cần có bộ nguồn có điện áp thay đổi được nên vốn
đầu tư cơ bản và chi phí vận hành cao.

1.5.3. Điều chỉnh tốc độ bằng các thay đổi từ thơng:
+



U



-

Iư
Eư
Ckt
+



Rkt

Ukt





-

Hình 5: Sơ đồ ngun lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng
Điều chỉnh từ thơng kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh
moment điện từ của động cơ M = KMIư và sức điện động quay của động cơ
Eư = KEn. Thơng thường, khi thay đổi từ thơng thì điện áp phần ứng được giữ
nguyên giá trị định mức.
Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện cơng suất trung bình,
người ta thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ
thông do tổn hao công suất nhỏ. Đối với các máy điện cơng suất lớn thì dùng
các bộ biến đổi đặc biệt như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ
biến đổi van…
Thực chất của phương pháp này là giảm từ thơng. Nếu tăng từ thơng thì
dịng điện kích từ Ikt sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ. Do đó, để điều

14


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

chỉnh tốc độ chỉ có thể giảm dịng kích từ tức là giảm nhỏ từ thông so với định
mức. Ta thấy lúc này tốc độ tăng lên khi từ thông giảm: n =
Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch Mn = KM In nên khi
Mn giảm theo.

giảm sẽ làm cho

Độ cứng của đường đặc tính cơ:
Khi giảm thì độ cứng  cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn. Nên ta có họ
đường đặc tính cơ khi thay đổi từ thơng như sau:

n
n1
n2

1

2

đm

ncb
0

MC M2

M1

Mn

đm > 1 >
2
ncb < n1 <
n2
M

Hình 6: Họ đặc tính cơ khi thay đổi
từ thông.

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng có thể điều
chỉnh được tốc độ vô cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản.
Theo lý thuyết thì từ thơng có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng đến
vô cùng. Nhưng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất:
nmax = 3.ncb tức phạm vi điều chỉnh: D =

=

Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi điều
chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ khơng
thể đổi chiều dịng điện và chịu được hồ quang điện. Do đó, động cơ khơng
được làm việc q tốc độ cho phép.
Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng có
thể điều chỉnh tốc độ vô cấp và cho những tốc độ lớn hơn ncb. Phương pháp này
được dùng để điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là máy bào
15


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

giường. Do quá trình điều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên
tổn thất năng lượng ít, mang tính kinh tế.
1.5.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần
ứng:
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch
phần ứng có thể được dùng cho tất cả động cơ điện một chiều. Trong phương
pháp này điện trở phụ được mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động cơ theo
sơ đồ ngun lý như sau:

+



U



Iư

Rf

E

Ckt Rkt
+



UKT

-







-

Hình 7: Sơ đồ ngun lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở
phụ trên mạch phần ứng.
Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

Khi thay đổi giá trị điện trở phụ Rf ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng:
và độ cứng của đường đặc tính cơ:
n0 

U dm
const
K E  dm

2
;   K E K M  dm

Ru  R f

sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi. Khi Rf càng lớn,  càng nhỏ nghĩa là đường
đặc tính cơ càng dốc. Ứng với giá trị R f = 0 ta có độ cứng của đường đặc tính

cơ tự nhiên được tính theo cơng thức sau:
16


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Ta nhận thấy TN có giá trị lớn nhất nên đường đặc tính cơ tự nhiên có độ
cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có đóng điện trở phụ trên mạch phần
ứng. Vậy khi thay đổi giá trị Rf ta được họ đặc tính cơ như sau:

n
n0

TN

ncb
n1

Rf1

n2

Rf2

n3

0

0 < Rf1 < Rf2 < Rf3
ncb > n1 > n2 > n3

MC

M, I

Rf3

Hình 8:Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng.
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần
ứng được giải thích như sau: Giả sử động cơ đang làm việc xác lập với tốc độ
n1 ta đóng thêm Rf vào mạch phần ứng. Khi đó dịng điện phần ứng I ư đột ngột
giảm xuống, còn tốc độ động cơ do qn tính nên chưa kịp biến đổi. Dịng I ư
giảm làm cho moment động cơ giảm theo và tốc độ giảm xuống, sau đó làm
việc xác lập tại tốc độ n2 với n2 > n1.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ n < n cb.
Trên thực tế không thể dùng biến trở để điều chỉnh nên phương pháp này sẽ
cho những tốc độ nhảy cấp tức độ bằng phẳng  xa 1 tức n1 cách xa n2, n2 cách
xa n3…
Khi giá trị nmin càng tiến gần đến 0 thì phạm vi điều chỉnh:
17


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
D=

Trong thực tế, Rf càng lớn thì tổn thất năng lượng phụ tăng. Khi động cơ

làm việc ở tốc độ n = ncb/2 thì tổn thất này chiếm từ 40% đến 50%. Cho nên, để
đảm bảo tính kinh tế cho hệ thống ta chỉ điều chỉnh sao cho phạm vi điều
chỉnh:
D=
Khi giá trị Rf càng lớn thì tốc độ động cơ càng giảm. Đồng thời dòng điện
ngắn mạch In và moment ngắn mạch Mn cũng giảm. Do đó, phương pháp này
được dùng để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ cơ bản. Và
tuyệt đối không được dùng cho các động cơ của máy cắt kim loại.
Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ
trên mạch phần ứng chỉ cho những tốc độ nhảy cấp và nhỏ hơn ncb.
Ưu điểm: Thiết bị thay đổi rất đơn giản, thường dùng cho các động cơ cho
cần trục, thang máy, máy nâng, máy xúc, máy cán thép.
Nhược điểm: Tốc độ điều chỉnh càng thấp khi giá trị điện trở phụ đóng vào
càng lớn, đặc tính cơ càng mềm, độ cứng giảm làm cho sự ổn định tốc độ khi
phụ tải thay đổi càng kém. Tổn hao phụ khi điều chỉnh rất lớn, tốc độ càng thấp
thì tổn hao phụ càng tăng.
1.5.5. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng các rẽ mạch phần ứng:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ
mạch phần ứng có sơ đồ nguyên lý như sau:
+

U





RS
E

Ckt
tttt
T

IS
Iư



Rn




In

-



Rkt

Hình 9: Sơ đồ nguyên lý phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch
phần ứng.
18


KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Một hệ thống khi điều chỉnh cần tốc độ nhỏ hơn n cb và điều chỉnh nhảy cấp.
Hệ thống có độ cứng tương đối lớn và thiết bị vận hành đơn giản thì người ta
dùng phương pháp rẽ mạch phần ứng hay còn gọi là phân mạch.
Theo phương pháp rẽ mạch phần ứng thì phần ứng động cơ nối song song
với điện trở và nối nối tiếp với một điện trở khác. Phương pháp này giống với
phương pháp thay đổi điện trở trên mạch phần ứng nhưng điện áp phần ứng lại
không thay đổi. Do đó, phương pháp này địi hỏi phải:
- Điện áp đặt vào phần ứng động cơ không thay đổi.
- Vì dịng kích từ khơng thay đổi nên khi điều chỉnh tốc độ, từ thông không
đổi làm cho moment phụ tải cho phép được giữ không đổi và bằng trị số định
mức.
Ta có phương trình đặc tính cơ:
R S Rn
RS
R S  Rn
U
n

M
K E  R S  Rn
KE KM 2
R S Rn
Ru 
RS
RS  Rn
n n 0

M
R S  Rn

KE K M2
Ru 

 n' 0 n0

RS
 n0
R S  Rn

Từ phương trình trên, ta nhận thấy tốc độ động cơ nĐ < ncb. Mặt khác ta có:
Ru  Rn  Ru 

RS
 Ru
R S  Rn

 R f   Rn   PM   TN
U
 Khi : R S  : I A  dm
Độ cứng của đường đặc tính
Rn cơ rẽ mạch phần ứng PM nhỏ hơn độ cứng của
Ta
có
họ
đặc
đặc tính cơ tự nhiên TN nhưng tính
lại lớncơhơn độ cứng của đặc tính cơ có điện trở
như sau :sau:
n

phụ Rf với điện trở phụ chính là Rn.
n0

TN
Để điều chỉnh tốc độRđộng
cơ trong trường
hợp này ta R
tiến
RS2 như sau:
S1 S2
n3
n1 < n2
RS1 đổi giá trị RS:
 Giữ nguyên Rn, thay
- Khi RS = 0: Đây là trạngn2thái hãm động năng với tốc độ hãm động năng
n1
IA
nHĐN = 0.
I
MC



RS = 0
RS = 

19

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MƠN HỌC

Hình 10: Họ đặc tính cơ khi Rn = const, RS thay đổi.
Như vậy, khi giữ nguyên Rn, thay đổi giá trị RS thì vùng điều chỉnh tốc độ bị
hạn chế và modun độ lớn đặc tính cơ tăng dần khi tốc độ giảm.
 Giữ nguyên RS, thay đổi giá trị Rn:
-

Khi Rn = 0: RS khơng ảnh hưởng đến đường đặc tính cơ. Lúc này
ta xem RS như là tải nối song song với động cơ. Ta có được
đường đặc tính cơ tự nhiên.

-

Khi Rn = : Động cơ điện bị hở mạch nên khơng có điện áp rơi
trên phần ứng động cơ. Đây là trạng thái hãm động năng với
RHĐN = RS. Ta có : IB = Uđm/RS. Ta có họ đặc tính cơ như sau:

n0
nc
b

n1

n
TN ( RN =
0)
Rn1

0
n2
IB

Rn2
MC

n2 < n1 < ncb

I

Hình11:Họ đặc tính cơ khi RS = const, Rn thay đổi.
20