Đề tài tìm hiểu điều khiển cắt chopper hệ truyền động điện với động cơ điện 1 chiều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
CHUN NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU
KHIỂN

ĐỀ TÀI: Tìm hiểu điều khiển cắt chopper hệ truyền động điện với động
cơ điện 1 chiều

Giảng viên hướng dẫn: Mai Hồng Cơng Minh
Sinh viên thực hiện:
Tạ Cao Cường – 18810410002
Nguyễn Tùng Dương – 18810410124
Nguyễn Đình Đức – 18810410213
Lớp: D13 CNKTDK

HÀ NỘI, 6/2022


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
1. Tên đề tài đồ án: Tìm hiểu điều khiển cắt chopper hệ truyền động điện với động
cơ một chiều.

2. Nhiệm vụ:

- Giới thiệu chung về hệ truyền động điện
- Tìm hiểu Speed Torque convention and Multiquadrant Operation
- Tìm hiểu quy đổi mơ men về trục động cơ
- Tìm hiểu đặc điểm Momen tốc độ của động cơ 1 chiều (Torque-Speed

characteristic of DC Motors) : động cơ kích từ độc lập (shunt), động cơ nối
tiếp (serie)

- Tìm hiểu điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều kích từ độc lập (Speed Control
of Separtely Excited DC Motor): điện trở phần ứng (armature resistance
control), điện áp phần ứng (armature voltage control), từ thơng (field
control), v.v.

- Tìm hiểu điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp(Speed Control
of Series Motor)

- Các chế độ hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập (Braking of Separate
Excited): hãm tái sinh (regenerative braking), hãm động lực (dynamic
braking), plugging

- Single phase Full Controlled Converter-Fed Separately Excited Dc Motor:
discontinuous armature current (Điều khiển hoàn toàn đơn pha động cơ 1
chiều kích từ độc lập: dịng phần ứng ngắt qng), continuous operation

- Single phase Half Controlled Converter-Fed Separately Excited Dc Motor
discontinuous current operation, continuous current operation

- Chopper fed DC Drives
- Dynamic Braking Using DC chopper
- Close loop control of DC Drives


MỤC LỤC

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN....................1

1.1 Cấu trúc và phân loại hệ thống truyền động điện.........................................1
1.1.1 Cấu trúc của hệ thống truyền động điện................................................1
1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện.....................................................2
1.2 Các khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện...................................2
1.2.1 Đặc tính cơ của máy sản xuất................................................................2
1.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện................................................................4
1.2.3 Trạng thái làm việc của hệ TĐĐ...........................................................5
1.3 Tính đổi các đại lượng cơ học......................................................................8
1.3.1 Mômen và lực quy đổi..........................................................................8
1.3.2 Quy đổi mơmen qn tính và khối lượng qn tính..............................9
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU...................................10
2.1 Giới thiệu chung về động cơ một chiều kích từ độc lập.............................10
2.1.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều kích từ độc lập..............10
2.1.2 Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập............................10
2.1.4 Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm...................................................18
2.2 Giới thiệu chung về động cơ một chiều kích từ nối tiếp............................23
2.2.1. Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ nối tiếp........................................23
2.2.2 Các trạng thái hãm..............................................................................25
2.2.3 Đảo chiều............................................................................................28
2.2.4 Nhận xét về động cơ một chiều kích từ nối tiếp..................................29
2.3 Một số ứng dụng của động cơ một chiều...................................................30
Chương 3: ĐIỀU KHIỂN CẮT CHOPPER HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
VỚI ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU............................................................................31
3.1 Giới thiệu về điều khiển chopper của động cơ một chiều..........................31
3.1.1 Kiểm soát kháng..................................................................................31
3.1.2. Bộ động cơ máy phát điện (Bộ MG)..................................................32
3.1.3. AC Link Chopper (Biến tần-Chỉnh lưu).............................................32
3.1.4. DC Chopper (Bộ chuyển đổi nguồn DC sang DC).............................32
3.2. Nguyên lý hoạt động của chopper.............................................................33
3.3 Kiểm soát tỷ lệ thời gian............................................................................35

3.4. Kiểm soát giới hạn hiện tại.......................................................................37


3.5. Điều khiển Chopper của Bộ truyền động động cơ DC được kích thích riêng
biệt...................................................................................................................38
Chương 4: MƠ PHỎNG......................................................................................42
4.1. Giới thiệu phần mềm mô phỏng matlab/Simulink....................................42
4.2 Mô phỏng hệ thống....................................................................................44
KẾT LUẬN.........................................................................................................46


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Mơ tả cấu trúc chung của hệ TĐĐ.........................................................6
Hình 1. 2 Đặc tính cơ của một số MSX.................................................................8
Hình 1. 3 Độ cứng đặc tính cơ.............................................................................10
Hình 1. 4 Trạng thái làm việc của truyền động điện............................................13
Hình 2. 1 Sơ đồ nguyên lý của động cơ một chiều kích từ độc lập......................15
Hình 2. 2 Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập...........17
Hình 2. 3 Đồ thị đặc tính điều chỉnh động cơ bằng cách thay đổi điện trợ phụ...20
Hình 2. 4 Đồ thị đặc tính điều chỉnh động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
............................................................................................................................21
Hình 2. 5 Đồ thị đặc tính điều chỉnh động cơ bằng cách thay đổi từ thơng.........22
Hình 2. 6 Đặc tính cơ hãm tái sinh......................................................................23
Hình 2. 7 Đặc tính cơ khi hãm ngược..................................................................24
Hình 2. 8 Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập của động cơ 1 chiều kích từ độc
lập........................................................................................................................ 26
Hình 2. 9 Sơ đồ hãm động năng kích từ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập........................................................................................................................ 27
Hình 2. 10 Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp..................28
Hình 2. 11 Đặc tính từ hóa của động cơ một chiều kích từ nối tiếp.....................29

Hình 2. 12 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính của động cơ một chiều kích từ nối tiếp khi
thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng................................................................30
Hình 2. 13 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính của động cơ một chiều kích từ nối tiếp khi
đảo chiều điện áp phần ứng.................................................................................31
Hình 2. 14 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính của động cơ một chiều kích từ nối tiếp khi
hãm động năng kích từ độc lập............................................................................32
Hình 2. 15 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính của động cơ một chiều kích từ nối tiếp khi
hãm động năng kích từ tự kích............................................................................33
Hình 2. 16 Sơ đồ nguyên lý và đặc tính của động cơ một chiều kích từ nối tiếp khi
đảo chiều.............................................................................................................34
Hình 3. 1 AC-Link chopper..................................................................................32
Hình 3. 2 Symbol of chopper................................................................................33
Hình 3. 3 Elementary chopper circuit...................................................................33
Hình 3. 4 Dạng sóng điện áp và dịng điện............................................................34
Hình 3. 5 Constant Frequency Control..................................................................35
Hình 3. 6 Current Limit control............................................................................37
Hình 3. 7 Động cơ DC kích thích riêng biệt cung cấp một máy cắt......................38
Hình 4. 1 Mơ phỏng kiểm sốt tốc độ của động cơ DC sử dụng Chopper............42
Hình 4. 2 Kết quả mơ phỏng kiểm sốt tốc độ của động cơ DC sử dụng Chopper
khi dùng bộ điều chỉnh PI.....................................................................................43
Hình 4. 3 Kết quả mơ phỏng kiểm sốt tốc độ của động cơ DC sử dụng Chopper
khi dùng bộ điều chỉnh PID..................................................................................43


LỜI MỞ ĐẦU
Trong công cuộc đổi mới công nghiệp hoa hiện đại hoá đất nước hiện nay,
vấn đề áp dụng khoa hoa kỹ thuật vào các quy trinh sản suất là vấn đề cấp bách
hàng đầu . Cùng với sự phát của một số nghành như điện tử, công nghệ thông tin ,
nghành kỹ thuật điều khiển và tự động hoa đã phát triển vược bậc . Tự động hoá
các quy trình sản suất đang được phổ biển, có thể thay sức lao động con người,

đem lại năng suất cao chất lượng sản phẩm tốt. Vì vậy hơm nay chúng em sẽ tìm
hiểu về đề tài “Tìm hiểu điều khiển cắt chopper hệ truyền động điện với động cơ
điện 1 chiều”.
Trong q trình nghiên cứu khơng thể tránh khỏi thiếu sót kính mong q
thầy cơ chỉ bảo để bọn em dược hiểu thêm, có kiến thức nhất định để phục vụ cho
chuyên ngành của mình sau này.


Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

1.1 Cấu trúc và phân loại hệ thống truyền động điện
1.1.1 Cấu trúc của hệ thống truyền động điện
Hệ truyền động điện là một tổ hợp các thiết bị điện, điện tử, v.v. phục vụ
cho cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác
trên các máy sản suất, cũng như gia công truyền tín hiệu thơng tin để điều khiển
q trình biến đổi năng lượng đó theo u cầu cơng nghệ.

Hình 1. 1 Mô tả cấu trúc chung của hệ TĐĐ
BBĐ: Bộ biến đổi; ĐC: Động cơ điện; MSX: Máy sản xuất; R và RT: Bộ
điều chỉnh truyền động và công nghệ; K và

: các Bộ đóng cắt phục vụ truyền

động và cơng nghệ; GN: Mạch ghép nối; VH: Người vận hành.
Cấu trúc của hệ TĐĐ TĐ gồm 2 phần chính:

- Phần lực (mạch lực): từ lưới điện hoặc nguồn điện cung cấp điện năng đến
bộ biến đổi (BBĐ) và động cơ điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX).
Các bộ biến đổi như: bộ biến đổi máy điện (máy phát điện một chiều, xoay
chiều, máy điện khuếch đại), bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn

kháng bảo hoà), bộ biến đổi điện tử, bán dẫn (Chỉnh lưu tiristor, bộ điều áp

1


một chiều, biến tần transistor, tiristor). Động cơ có các loại như: động cơ
một chiều, xoay chiều, các loại động cơ đặc biệt.

- Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều
chỉnh tham số và cơng nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục
vụ cơng nghệ và cho người vận hành. Đồng thời một số hệ TĐĐ TĐ khác
có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác hoặc với máy tính điều
khiển.
1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện

- Truyền động điện khơng điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp
với lưới điện, quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định.

- Truyền động có điều chỉnh: tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có hệ
truyền động điện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh
mô men, lực kéo, và hệ truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí. Trong
hệ này có thể là hệ truyền động điện tự động nhiều động cơ.

- Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự động
điều khiển số, hệ truyền động điện tự động điều khiển tương tự, hệ truyền
động điện tự động điều khiển theo chương trình ...

- Theo đặc điểm truyền động ta có hệ truyền động điện tự động động cơ điện
một chiều, động cơ điện xoay chiều, động cơ bước, v.v.

- Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không tự động và hệ truyền
động điện tự động.

- Ngồi ra, cịn có hệ truyền động điện khơng đảo chiều, có đảo chiều, hệ
truyền động đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v.

1.2 Các khái niệm cơ bản về hệ thống truyền động điện
1.2.1 Đặc tính cơ của máy sản xuất
+ Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen cản
của máy sản xuất:
(1.1)
2


+ Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng được
biếu diễn dưới dạng biểu thức tổng qt:

(1.2)
Trong đó:
-

- mơmen ứng với tốc độ 

-

- mômen ứng với tốc độ = 0.

-

- mômen ứng với tốc độ định mức đm

Hình 1. 2 Đặc tính cơ của một số MSX


Ta có các trường hợp số mũ q ứng với các tải:

- Khi q = -1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng các cơ cấu hình máy
tiện, doa, máy cuốn dây, cuốn giấy, ... (1)
Đặc điểm của loại máy này là tốc độ làm việc càng thấp thì mơmen cản
(lực cản) càng lớn.

- Khi q = 0, Mc = Mđm = const, tương ứng các cơ cấu máy nâng hạ, cầu trục,
thang máy, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt, ... (2)

- Khi q = 1, mômen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, tương ứng các cơ cấu ma sát,
máy bào, máy phát một chiều tải thuần trở…(3)

- Khi q = 2, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy bơm,
quạy gió, máy nén,…(4)
3




Ngồi ra, một số máy sản xuất có đặc tính cơ khác, như:

- Mơmen phụ thuộc vào góc quay Mc = f();hoặc mômen phụ thuộc vào
đường đi Mc = f(s), các máy cơng tác có pittơng, các máy trục khơng có cáp
cân bằng có đặc tính thuộc loại này.

- Mơmen phụ thuộc vào số vòng quay và đường đi Mc = f( ,s) như các loại xe
điện.

- Mômen phụ thuộc vào thời gian Mc = f(t) như máy nghiền đá, nghiền quặng.

1.2.2 Đặc tính cơ của động cơ điện
Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của
động cơ:
M = f()


(1.3)

Thường người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ:

+ Đặc tính cơ tự nhiên: là đặc tính có được khi động cơ nối theo sơ đồ bình
thường, khơng sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ khác và các thông số nguồn cũng
như của động cơ là định mức. Như vậy mỗi động cơ chỉ có một đặc tính cơ tự
nhiên.
+ Đặc tính cơ nhân tạo hay đặc tính cơ điều chỉnh: là đặc tính cơ nhận được
sự thay đổi một trong các thơng số nào đó của nguồn, của động cơ hoặc nối thêm
thiết bị phụ trợ vào mạch, hoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt. Mỗi động cơ có thể có
nhiều đặ tính cơ nhân tạo.
Độ cứng đặc tính cơ:
+ Đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm “độ cứng
đặc tính cơ ” và được tính:
(1.4)
nếu đặc tính cơ tuyến tính thì:

(1.5)

là lượng sai phân của mômen M và

Hoặc theo hệ đơn vị tương đối:
.
4


Hình 1. 3 Độ cứng đặc tính cơ
+ Động cơ khơng đồng bộ có độ cứng đặc tính cơ thay  đổi giá trị (> 0,
< 0).
+ Động cơ đồng bộ có đặc tính cơ tuyệt đối cứng (  ).
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ cứng (  40).
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ mềm (  10).

1.2.3 Trạng thái làm việc của hệ TĐĐ
Trong hệ truyền động điện tự động bao giờ cũng có q trình biến đổi năng
lượng điện năng thành cơ năng hoặc ngược lại. Chính q trình biến đổi này quyết
định trạng thái làm việc của hệ truyền động điện.
TT Biểu đồ công suất

Pđiện

Pcơ

 P

Trạng thái làm
việc

1

0

=0

= Pđiện

- Động cơ khơng
tải

2

0

=0

= Pđ - Pc

-

Động

cơ

có

tải( chế độ động
cơ)

5

3

=0

<0

=Pcơ 

4

<0

<0

=Pc

- Hãm không tải

- - Hãm tái sinh

Pđ

5

>0

>0

=Pc+Pđ

- Hãm ngược

6

=0

=0

= Pcơ 

- Hãm động năng

Bảng 1-1: Trạng thái làm việc hệ truyền động điện
Ở trạng thái động cơ: Ta coi dịng cơng suất điện Pđiện có giá trị dương
nếu như nó có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công
suất điện thành công suất cơ: Pcơ = M.  cấp cho máy sản xuất và được tiêu thụ
tại cơ cấu công tác của máy. Cơng suất cơ này có giá trị dương nếu như mômen
động cơ sinh ra cùng chiều với tốc độ quay.
Ở trạng thái máy phát: thì ngược lại, khi hệ truyền động làm việc, trong
một điều kiện nào đó cơ cấu cơng tác của máy sản xuất có thể tạo ra cơ năng do
động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ đủ lớn, cơ năng đó được truyền về trục
động cơ, động cơ tiếp nhận năng lượng này và làm việc như một máy phát điện.
Cơng suất điện có giá trị âm nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn, cơng suất cơ có
giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và mômen động cơ sinh ra
ngược chiều với tốc độ quay. Mômen của máy sản xuất được gọi là mômen phụ
tải hay mơmen cản. Nó cũng được định nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với dấu
mơmen của động cơ.
+ Phương trình cân bằng công suất của hệ TĐĐ là:

6


(1.6)
Trong đó:

là cơng suất điện;

là cơng suất cơ; P là tổn thất công suất.

- Trạng thái động cơ gồm: chế độ có tải và chế độ khơng tải. Trạng thái
động cơ phân bố ở góc phần tư I, III của mặt phẳng  (M).
- Trạng thái hãm có: Hãm khơng tải, Hãm tái sinh, Hãm ngược và Hãm
động năng. Trạng thái hãm ở góc II, IV của mặt phẳng (M).
- Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành điện năng trả về
lưới.
- Hãm ngược: Pđiện > 0 , Pcơ < 0, điện năng và cơ năng chuyển thành tổn
thất P.
- Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành công suất tổn
thất P.
* Các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M,  ]:
Trạng thái động cơ: tương ứng với các điểm nằm trong góc phần tư thứ
nhất và góc phần tư thứ ba của mặt phẳng [M, ] hình 1. 4
Trạng thái máy phát: tương ứng với các điểm nằm trong góc phần tư thứ
hai và góc phần tư thứ tư của mặt phẳng [M,  ], hình 1. 4.

Hình 1. 4 Trạng thái làm việc của truyền động điện
7

1.3 Tính đổi các đại lượng cơ học
1.3.1 Mơmen và lực quy đổi
+ Quan niệm về sự tính đổi như việc dời điểm đặt từ trục này về trục khác của
mơmen hay lực có xét đến tổn thất ma sát ở trong bộ truyền lực. Thường quy đổi
mômen cản Mc , (hay lực cản Fc) của bộ phận làm việc về trục động cơ.
+ Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ của hệ TĐĐ:

-

Khi năng lượng truyền từ động cơ đến máy sản xuất:
(1.7)
Trong đó:
(

là cơng suất trên trục động cơ,

và đ -mơmen cản tĩnh quy đổi và tốc độ góc trên trục động cơ)
Pc là công suất của máy sản xuất, Pc = Mlv. lv

(Mlv và lv - mômen cản và tốc độ góc trên trục làm việc).
P là tổn thất trong các khâu cơ khí.


Nếu tính theo hiệu suất hộp tốc độ đối với chuyển động quay:
(1.8)
Rút ra:

(1.9)

- hiệu suất của hộp tốc độ. Trong đó:

gọi là tỉ số truyền của

hộp tốc độ.


Nếu chuyển động tịnh tiến thì lực quy đổi:

(1.10)
Trong đó:
hiệu suất bộ truyền lực.
t hiệu suất của tang trống.
8


gọi là tỷ số quy đổi.
- Khi năng lượng truyền từ máy sản xuất đến động cơ:
(1.11)
1.3.2 Quy đổi mômen quán tính và khối lượng quán tính
+ Điều kiện quy đổi: bảo tồn động năng tích luỹ trong hệ thống:
(1.12)
Chuyển động quay:

(1.13)

Chuyển động tịnh tiến:

(1.14)

9

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

2.1 Giới thiệu chung về động cơ một chiều kích từ độc lập
2.1.1 Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều kích từ độc lập
Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện. Các
thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay,
chiều của lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.
Khi phần ứng quay được nửa vịng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau.
Do có phiếu góp chiều dịng điện dữ ngun làm cho chiều lực từ tác dụng không
thay đổi. Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động E ư
chiều của suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ chiều
suất điện động Eư ngược chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện
động.
2.1.2 Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần
bố trí ở phần tĩnh có các cuộn dây kích từ sinh ra từ thơng Ф, phần ứng là phần
quay nối với điện áp lưới qua vành góp và chổi than. Tác động giữa từ thơng Ф và
dòng điện phần ứng I ư tạo nên momen quay động cơ. Khi động cơ quay các thanh
dẫn phần ứng cắt qua từ thông Ф tạo nên sức điện động Eư .
Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện kích từ độc lập được trình bày trên hình
2.3.

Hình 2. 1 Sơ đồ nguyên lý của động cơ một chiều kích từ độc lập
10




Xây dựng phương trình đặc tính cơ cho động cơ một chiều kích từ độc lập
Ta có phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau:
(2.1)
Trong đó:

 Uư : Điện áp phần ứng (V)
 Eư : Sức điện động phần ứng (V)
 Rư : Điện trở mạch phần ứng ( )
 Rf : Điện trở phụ ( )
 Iư : Dòng điện của mạch phần ứng (A)
Với

 rư : Điện trở cuộn dây phần ứng
 rcf : Điện trở cuộn dây cực từ phụ
 rb : Điện trở tiếp xúc cuộn bù
 rct : Điện trở tiếp súc của chổi điện
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
(2.2)
Trong đó:

 p : Số đơi cực từ chính
 N : Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
 a: Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng


: Từ thơng kích từ dưới một cực từ



: Tốc độ góc (rad/s)

11




:Hệ số cấu tạo của động cơ

Từ (2.1) và (2.2) ta rút ra được phương trình đặc tính cơ của động cơ:

(2.3)
Mặt khác, mô men điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi:
(2.4)
Với

.

Thay giá trị của Iư vào biểu thức (2.3) ta được:

(2.5)
Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mơmen cơ trên trục động cơ
bằng mô men điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là: Mdt = Mcơ = M

(2.6)
Biểu thức (2.6) là phương tình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích
từ độc lập.
Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thơng

= const, thì các phương trình

đặc tính cơ điện (2.3) và phương trình đặc tính cơ (2.6) là tuyến tính. Đồ thị của

chúng được biểu diễn trên hình 2.2 là những đường thẳng.

12


Hình 2. 2 Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Theo các đồ thị trên, khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có:
(2.7)


Khi

được gọi là tốc độ khơng tải lý tưởng của động cơ.
=0 ta có:

(2.8)
(2.9)
Inm và Mnm được gọi là dịng điện ngắn mạch và mơ men ngắn mạch.
Ngồi ra phương trình đặc tính (2.3) và (2.6) cũng có thể được viết dưới
dạng:
(2.10)

(2.11)
Trong đó :
(2.12)

13


(2.13)

(2.14)
được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M.
Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có 3 tham số ảnh hưởng đến đặc tính
cơ: từ thông động cơ

, điện áp phần ứng Uư, điện trở phần ứng động cơ.

2.1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ một chiều kích từ độc
lập
Về điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các
loại động cơ khác, không những nó có khả năng thay đổi tốc độ một cách dễ dàng
mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời đạt được chất
lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
Từ phương trình đặc tính cơ :

(2.15)
Suy ra có thể điều chỉnh

bằng cách:

 Điều chỉnh Rư bằng cách thêm điện trở phụ R f vào mạch


Điều chỉnh từ thông

 Điều chỉnh điện áp phần ứng U ư
2.1.3.1 Điều chỉnh điện trở phụ phần ứng
Giả thiết

và

Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R f vào
mạch phần ứng.
Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng:

(2.16)
14