Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện ppt

1
Chương 2
ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN
2.1 Khái niệm chung
2.2 ĐTC của động cơ điện một chiều kích
từ độc lập (song song)
2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích
từ nối tiếp
2.4 ĐTC của động cơ điện không đồng bộ
2.5 Các đặc tính công tác của động cơ
đồng bộ
2.1 Khái niệm chung
• Khi đặt 2 ĐTC của động cơ M(ω) và của
máy sản xuất M
c
(ω) lên cùng một tọa độ ta
có thể xác định được trạng thái hoạt động
của động cơ hoặc của hệ:
+ Trạng thái xác lập.
+ Trạng thái quá độ.
+ Trạng thái động cơ.
+ Trạng thái hãm
2
2.1 Khái niệm chung
• Đơn vị tương đối:
- Đại lượng cơ bản thường được chọn:
U
đm
, I
đm
, ω

đm
hoặc ω
0
, M
đm
, φ
đm
, R
cb
,
- Đại lượng tương đối dùng ký hiệu "*", ví dụ:
*
dm
U
U
U
=
*
dm
I
I
I
=
*
dm
M
M
M
=
*

dm
ω
ω =
ω
*
0
ω
ω =
ω
*
cb
R
R
R
=
Câu hỏi
• Mỗi máy sản xuất có bao nhiêu ĐTC tải,
có thể thay đổi được không?
• Mỗi động cơ có bao nhiêu ĐTC tự nhiên,
bao nhiêu ĐTC nhân tạo?
• Khi động cơ kéo tải, số điểm làm việc ổn
định là bao nhiêu?
• Vậy làm thế nào có thể điều khiển/thay đổi
trạng thái của hệ trong mặt phẳng [M,ω]?
3
2.2 ĐTC của 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 ĐTC của 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
4
2.2.2 Phương trình đặc tính cơ (ĐTC)
a) Xây dựng phương trình ĐTC
- Phương trình cân bng in áp phn
ng và mch kích t:
Laplace
−
− − −t − −t − − −t − −
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 ó: R
ư
t
= R
ư
+R
f
ư

; L
ư
t
=L
ư
+L
f
ư
; T
ư
= L
ư
t
/R
ư
t
;
T
kt
= L
kt
/R
kt
a) Xây dựng phương trình ĐTC
- Theo lý thuyt máy in:
E
ư
= k
φ
.ω và M = k

φ
.I
ư
φ
= c.I
kt
trong ó
- Phương trình chuyn ng:
pN
k
2 .a
=
π
Laplace
c t c t
d
M M J . M M J .p.
dt
ω
− = → − = ω
5
b) Cấu trúc của động cơ
b) Cấu trúc của động cơ
Khi mạch từ đã xác lập k
φ
=const:
6
c) Phương trình ĐTC
− −
−t −

U 1 T .p
R .I
k k
+
ω = −
φ φ
( )
− −
−t
2
U 1 T .p
R .M
k
k
+
ω = −
φ
φ
phương trình c tính cơ-in có xét quá 
phương trình TC có xét quá 
- Trạng thái xác lập t = ∞ hay p = 0:
− − f −
−
U R R
I
k k
+
ω = −
φ φ
( )

− − f −
2
U R R
.M
k
k
+
ω = −
φ
φ
Phương trình “đặc tính cơ
điện” biu th quan h
ω = f(I
u
)
Phương trình“đặc tính
cơ” biu th quan h
ω = f(M)
c) Phương trình ĐTC
7
d) Đường đặc tính cơ và đường đặc
tính cơ điện
φ ≈ const ⇒ ω = f(I
u
) và ω = f(M) tuyn tính
I
u
d) Đường đặc tính cơ và đường
đặc tính cơ điện
- Khi I

ư
= 0, M = 0:
−
0
U
k
ω = = ω
φ
“tốc độ không tải lý tưởng”
- Khi ω = 0:
−
u nm
− f −
U
I I
R R
= =
+
“dòng điện ngắn mạch”
I
u
8
d) Đường đặc tính cơ và đường đặc tính cơ điện
và:
−
nm nm
− f−
U
M .k I .k M
R R

= φ = φ =
+
“momen ngắn mạch”
hay "momen khởi
động"
-  cng c tính cơ:
( )
2
− f −
k
dM
d R R
φ
β = = −
ω +
hay
( )
2
− f−
k
dM
d R R
φ
β = =
ω +
e) Các dạng khác của phương trình ĐTC
- Dng 1:
∆ω
ω
0

A
M
ω
trong ó:
− f−
−
R R
.I
k
+
∆ω =
φ
:“ st tc ”
- Dng 2:
M.
1
0
β
−ω=ω
ω = ω
0
- ∆ω
- Dng 3:
( )
2
−
− f− − f −
k
U
M k . .

R R R R
φ
= φ − ω
+ +
βω
−
=
nm
MM
hay
9
e) Các dạng khác của phương trình ĐTC
- Dng 4 ( ơn v tương i):
* * *
* *
− − f −
−
* *
U R R
.I
+
ω = −
φ φ
( )
* * *
* *
− − f −
* 2
*
U R R

.M
+
ω = −
φ
φ
trong ó: ω* = ω/ω
0
; U
ư
* = U
ư
/U
m
; φ* = φ/φ
m
= kφ/kφ
m
;
I
ư
* = I
ư
/I
m
; M* = M/M
m
;
R
ư
* = R

ư
/R
m
; R
fư
* = R
fư
/R
m
;
dm
dm
dm
I
U
R =
ng vi M = M
c
(xác lp) s có tc  xác lp ω
xl
:
I
ư
= I
c
= M
c
/kφ : “dòng điện tải”
2.2.3 Đặc tính tự nhiên
(R

fư
= 0, U
ư
= U
m
;
φ
=
φ
m
)
- Phương trình TC t nhiên:
( )
dm −
2
dm
dm
U R
M
k
k
ω = −
φ
φ
- Phương trình c tính cơ-in t nhiên:
dm −
−
dm dm
U R
I

k k
ω = −
φ φ
- Tc  không ti và  cng TC t nhiên:
dm
0.tn
dm
U
k
ω =
φ
( )
2
dm
tn
−
k
R
φ
β =
*
tn
*
−
1
R
β =
10
2.2.3 Đặc tính tự nhiên
•  ơn v tương i: φ = φ

m
⇒φ* =1 ⇒M* =I*.
⇒ phương trình TC t nhiên  ơn v tương i:
ω* = 1 - R
ư
*.I* = 1 - R
ư
*.M*
- Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog
• T nhãn máy hoc catalog ta thưng bit các s liu
sau: P
m
[kW], n
m
[vòng/phút], U
m
[V], I
m
[A], η
m
,
R
u
[Ω],
• Cn xác nh 2 trong 3 im:
1. điểm không tải [0, ω
0
].
2. điểm định mức [M
m

, ω
m
]
hoc [I
m
, ω
m
].
3. điểm ngắn mạch [M
nm
,0]
hoc [I
nm
, 0].
11
- Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog
- Điểm định mức:
−
ω =
1
®m
®m
n [vg/ph]
[s ]
9,55
=
ω
®m
®m
-1

dm
P [W]
M [Nm]
[s ]
=
η
®m
®m
®m ®m
P [W]
I [A]
.U [V]
⇒ [M
m
,ω
m
] hay [I
m
,ω
m
]
- Điểm không tải:
−
φ =
ω
®m − ®m
®m
®m
U R I
k

≈ − η Ω
®m
− ®m
®m
U
R 0,5.(1 ) ,
I
dm
dm
0
k
U
φ
=ω
⇒ [0,ω
0
]
- Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog
- Điểm ngắn mạch:
=
®m
nm
−
U
I
R
= φ
®m
nm ®m
−

U
M k .
R
1
2
3
I
M
ω
ω
0
0
I
nm
M
nm
ω
m
I
m
M
m
Bài tập: Xây dng và
v TC  ơn v tuyt
i và tương i ca
ng cơ mt chiu
KTL có các s liu
catalog: P
m
=10kW,

U
m
=220, η
m
=0,87,
n
m
= 2250vg/ph.
áp án
12
2.2.4 Các đặc tính nhân tạo
T phương trình (2-6):
( )
− − f −
2
U R R
.M
k
k
+
ω = −
φ
φ
⇒ R
fư
, U
ư
, φ có th thay i.
a) Đặc tính nhân tạo “biến trở”: (U
ư

= U
m
, φ = φ
m
)
- Phương trình:
( )
®m
− f −
2
®m
®m
U
R R
.M
k
k
+
ω = −
φ
φ
®m
− f −
−
®m ®m
U
R R
.I
k k
+

ω = −
φ φ
- Tc  không ti:
®m
0 0.tn
®m
U
const
k
ω = ω = =
φ
2.2.4 C
á
c đ
ặ
c t
í
nh nhân t
ạ
o
- Độ sụt tốc   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
( ) ( )
− f −
c c c c.tn c.Rf
2 2
®m ®m
R R
.M .M
k k
∆ω = + = ∆ω + ∆ω
φ φ
M
c
TN, R
fư
=0
NT, R
fu
∆ω
c.tn
∆ω
c.Rf

ω
0
∆ω
c
13
2.2.4 Các đặc tính nhân tạo
-  cng TC:
( )
2
®m
nt
− f− f −
k
1
~
R R R
φ
β =
+
- Dòng in ngn mch:
®m
nm
− f − f−
U
1
I ~
R R R
=
+
- Momen ngn mch:

nm ®m nm
f −
1
M k .I ~
R
= φ
⇒ Tăng Rfư ….
2.2.4 Các đặc tính nhân tạo
b) Đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp phần ứng U
ư
:
(R
fư
= 0, φ = φ
m
)
- Phương trình:
( )
− −
2
®m
®m
U R
M
k
k
ω = −
φ
φ
− −

−
®m ®m
U R
.I
k k
ω = −
φ φ
- Tc  không ti:
−
0 −
®m
U
~ U
k
ω =
φ
- Độ sụt tốc   Mc hay Ic:
( )
− −
c c c c.tn
2
®m
®m
R R
.M .I const
k
k
∆ω = = = ∆ω =
φ
φ

14
2.2.4 Các đặc tính nhân tạo
-  cng TC:
( )
2
®m
tn
−
k
const
R
φ
β = = β =
- Dòng in ngn mch:
−
nm −
−
U
I ~ U
R
=
- Momen ngn mch:
nm ®m nm −
M k .I ~ U
= φ
⇒ Khi gim U
ư
< U
m
…

2.2.4 Các đặc tính nhân tạo
c) Đặc tính nhân tạo khi thay đổi từ thông
φ
φφ
φ
:
(R
fư
= 0, U
ư
= U
đm
)
- Phương trình:
®m
−
−
U
R
.I
k k
ω = −
φ φ
( )
®m
−
2
U
R
M

k
k
ω = −
φ
φ
- Tc  không ti:
®m
0
U
1
~
k
ω =
φ φ
-  st tc   M
c
hay I
c
:
( )
−
c c
2 2
R
1
.M ~
k
∆ω =
φ
φ

-  cng TC:
( )
2
2
−
k
~
R
φ
β = φ
15
2.2.4 Các đặc tính nhân tạo
- Dòng in ngn mch:
®m
nm nm.tn
−
U
I I const
R
= = =
- Momen ngn mch:
φ
φ
=
~I.kM
nm
nm
⇒ Khi gim φ < φ
m
…

φ
φφ
φ
2
< φ
φφ
φ
1
< φ
φφ
φ
đm
φ
φφ
φ
2
< φ
φφ
φ
1
< φ
φφ
φ
đm
Câu hỏi
1. Trong 3 ưng TC nhân to, TC NT nào có  st
tc  ∆ω
c
nh nht và bng bao nhiêu?
2. Trong 3 ưng TC nhân to, TC NT nào có 

cng TC β ln nht và bng bao nhiêu?
3. Da vào các TC cơ nhân to, hãy ưa ra các phương
pháp khi ng ng cơ mt chiu kích t c lp.
4. Da vào các TC cơ nhân to, hãy ưa ra các phương
pháp thay i tc  ng cơ mt chiu kích t c
lp.
5. So sánh các TC nhân to?
16
Bài tập 2-2
Dng c tính cơ t nhiên và nhn xét v dng c tính
ca ng cơ in mt chiu kích t song song. S liu cho
trưc: ng cơ loi làm vic dài hn, cp in áp 220V,
công sut nh mc 6,6kW; tc  nh mc 2200
vòng/phút; dòng in nh mc 35A; in tr mch phn
ng gm in tr cun dây phn ng và cc t ph:
0,26Ω.
áp án
Bài tập 2-3
Dng c tính cơ t nhiên và nhn xét v dng c tính
ca ng cơ in mt chiu kích t song song. S liu
cho trưc: ng cơ loi làm vic dài hn, cp in áp
220V, công sut nh mc 4,4kW; tc  nh mc 1500
vòng/phút; hiu sut nh mc 0,85.
17
2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
II I
III IV
Chế độ động cơ
M>0, ω>0,

I>0, U>0, U>E
P = M.ω>0
P = U.I >0
Chế độ máy phát
M<0, ω>0,
I<0, U>0, U<E
P = M.ω<0,
P = U.I<0
Chế độ máy phát
M>0, ω<0,
I>0, U<0, |U|<|E|
P = M.ω<0,
P = U.I<0
Chế độ động cơ
M<0, ω<0,
I<0, U<0, |U|>|E|
P = M.ω>0,
P = U.I>0
M, I
ω
ωω
ω
E
I
U
I
I
U
E
IV

I
U
E
II
I
U
E
III
• Mặt phẳng trạng thái [M,ω
ωω
ω] hệ TĐĐ (mặt phẳng bốn góc phần tư):
2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
- Trạng thái động cơ: là trng thái mà mômen ng cơ sinh
ra h tr vic quay. Hay chiu ca momen ng cơ cùng
chiu vi chiu ca tc  quay.
+ M (I
ư
) và ω cùng chiu => P
cơ
= M.ω = M
c
.ω > 0
+ ng cơ làm vic  các góc ¼ th I (ω>0; M và I > 0)
và góc ¼ th III (ω<0; Mvà I<0).
- Trạng thái máy phát (hãm): là trng thái mà mômen
ng cơ sinh ra chng li s quay. Hay, chiu ca mômen
ng cơ ngưc chiu vi chiu ca tc  quay. + M (I
ư
)

và ω ngưc chiu => P
cơ
= M.ω = M
c
.ω < 0
+ ng cơ làm vic  các góc ¼ th II (ω>0; M và I < 0)
và góc ¼ th IV (ω<0; Mvà I>0).
18
2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
a) Hãm tái sinh (lω
ωω
ωl > lω
ωω
ω
0
l, |U|<|E|)
II I
III IV
ω
ω
ωω
ω
0
M
C
M
C1
A
B

Đ
C
P
cơ
M.ω
ωω
ω
P
đ
U.I
∆
∆∆
∆P
đ
Chế độ động cơ
Đ
C
P
cơ
M.ω
ωω
ω
P
đ
U.I
∆
∆∆
∆P
đ
Chế độ hãm tái sinh

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
|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 xy ra khi
h ti  cn trc, máy
nâng h có ti trng

nng, hoc khi iu
chnh in áp phn ng
gim t ngt làm ω
0
<
ω và ω chưa kp gim.
1
2
ω
ω
0
1
2
M
c
M
h
19
2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
b) Hãm ngược:
ω
ωω
ω
ngược dấu với
ω
ωω
ω
0
Có hai trưng

hp xy ra hãm
ngưc:
+ Thêm Rfư đủ
lớn vào mạch
phần ứng động
cơ
2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
Đ
C
P
cơ
M.ω
ωω
ω
P
đ
U.I
∆
∆∆
∆P
đ
Chế độ động cơ
Đ
C
P
cơ
M.ω
ωω
ω

P
đ
U.I
∆
∆∆
∆P
đ
+∆
∆∆
∆P
Rfu
Chế độ hãm ngược
E
I
U E
I
R
u
R
fu
K
( )
M.
k
RR
k
U
2
fuuu
φ

+
−
φ
=ω
trong ó
( )
φ
=ω>
φ
+
=ω∆
k
U
M.
k
RR
u
0
2
fuu
, do ó ω <0.
I
U E
IV
R
u
R
fu
K
20

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
+ Đảo ngược
cực tính điện áp
mạch phần ứng
động cơ (hay đổi
chiều quay tốc
độ không tải lí
tưởng
ω
0
):
2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
Đ
C
P
cơ
M.ω
ωω
ω
P
đ
U.I
∆
∆∆
∆P
đ
Chế độ động cơ
Đ

C
P
cơ
M.ω
ωω
ω
P
đ
U.I
∆
∆∆
∆P
đ
+∆
∆∆
∆P
Rfu
Chế độ hãm ngược
I
U E
I
R
u
R
fu
K
trong ó
, do ó ω >0.
I
U E

IV
R
u
R
fu
K
( )
|M|.
k
RR
k
|U|
2
fuuu
φ
+
+
φ
−=ω
( )
u fu u
0
2
R R U
.M
k
k
+
∆ω = > ω =
φ

φ
, M <0.
21
2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
c) Hãm động năng: Hãm động năng xảy ra khi tốc độ
không tải ω
0
= 0.
2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
( )
M.
k
RR
I.
k
RR
2
hu
u
hu
φ
+
−=
φ
+
−=ω
chn R
h

sao cho I
h
≤ I
cp
= (2÷2,5)I
m
(
)
hu
2
RR
k
||
+
φ
=β
- Phương trình TC hãm ng năng:
22
• ng cơ ang làm vic ti im A, mun ưa trng
thái ca ng cơ qua im B, C, D, E, thì làm th
nào?
2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
A
ω
o
B
F
C
E

D
V
í
d
ụ
Cho ng cơ như  BT 2-2.
Xác nh tr s in
tr hãm u vào mch phn ng  hãm ng
năng ng cơ in mt chiu kích t song song
vi yêu cu mômen hãm ln nht M
hmax
=
2.M
m
. Trưc khi hãm ng cơ làm vic 
im nh mc, s dng sơ  hãm kích t c
lp.
Giải:
Ta s dng sơ  hãm ng năng kích t c lp, trong
ó m bo φ = φ
m
.
23
V
í
d
ụ
M
c
= M

m
ω
a
M
hmax
I
hmax
im làm vic trưc khi hãm là
im nh mc, ta có:
I
c
= I
ư
= I
m
= 35A, tương ng
vi momen nh mc M
m
;
ω
a
= ω
m
= 230,3 [rad/s]
S ca ng cơ trưc khi hãm:
E
a
= U
m
– I

ư
.R
ư
= 220 – 35.0,26
= 210,9 [V]
Momen (dòng in) hãm ln nht s ti thi im ban u
ca quá trình hãm, ngay khi chuyn i mch in làm vic
sang mch hãm ng năng.
V
í
d
ụ
I
hmax
= I
hb
hay M
hmax
= M
hb
Vì φ = φ
m
= const nên  m bo M
hmax
= 2 M
m
thì
I
hb
= 2.I

m
= 2.35 = 70 [A]
in tr tng mch phn ng:
Ω===
φω
=
ωφ
= 01,3
70
9,210
I
E
I
k
I
.k
R
hbd
a
hbd
a
u
ut
Vy in tr hãm u vào mch phn ng là:
R
h
= R
ut
– R
u

= 3,01 – 0,26 = 2,75 [Ω]
24
2.3
ĐTC c
ủ
a đ
ộ
ng cơ đi
ệ
n m
ộ
t chi
ề
u k
í
ch
từ nối tiếp
2.3.1 Phương trình và dạng đặc tính cơ của động cơ một
chiều kích từ nối tiếp
2.3
ĐTC c
ủ
a đ
ộ
ng cơ đi
ệ
n m
ộ
t chi
ề

u k
í
ch
từ nối tiếp
2.3.1 Phương trình và dng c tính cơ ca ng cơ mt
chiu kích t ni tip
U = E + (R
ư
+ R
f
).I
R
ư
= r
ư
+ r
cf
+ r
ct
+ r
kích t
E = kφ.ω
M = kφ.I
− − f
U R R
.I
k k
+
ω = −
φ φ

( )
− − f
2
U R R
.M
k
k
+
ω = −
φ
φ
25
2.3
ĐTC c
ủ
a đ
ộ
ng cơ đi
ệ
n m
ộ
t chi
ề
u k
í
ch
từ nối tiếp
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”
u u f 2
U R R A
B
k.c
k.c.M M
+
ω = − = −
“phương trình đặc tính cơ”
trong ó

c
.
k
U
A
1
=
c
.
k
RR
B
fu
+
=
c.k.AA
12
=
2.3
ĐTC c
ủ
a đ
ộ
ng cơ đi
ệ
n m
ộ
t chi
ề
u k

í
ch
từ nối tiếp
Khi M/I → ∞: ω→ -B, tim cn ngang ω=-B
Khi M/I → 0: ω→ +∞, tim cn ng M=0, I=0