Giáo trình trang bị điện (nghề tự động hoá công nghiệp trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI

GIÁO TRÌNH

MƠ ĐUN 21: TRANG BỊ ĐIỆN
NGHỀ: TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP
Ban hành kèm theo Quyết định số:……/ QĐ-CĐCG-KT&KĐCL ngày …. tháng …..
năm 2022 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng cơ giới.

Quảng Ngãi, năm 2022

(Lưu hành nội bộ)

0


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể
được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và
tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh
doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

1


LỜI MỞ ĐẦU
Trang bị điện là một trong những mô đun chun mơn mang tính đặc
trưng cao thuộc nghề Tự động hóa cơng nghiệp. Mơ đun này có ý nghĩa quyết

định đến kỹ năng cũng như kiến thức của người học. Sau khi học tập mơ đun
này, người học có đủ kiến thức để học tập tiếp các mô đun nâng cao như
Trang bị điện 2(CĐ) và Kỹ thuật lập trình.
Giáo trình này được thiết kế theo mơ đun thuộc hệ thống mơ đun/ mơn
học của chương trình đào tạo nghề TĐH cơng nghiệp để giảng dạy ở cấp trình
độ Trung cấp nghề. Ngồi ra, tài liệu cũng có thể được sử dụng cho đào tạo
ngắn hạn hoặc cho các công nhân kỹ thuật, các nhà quản lý và người sử dụng
nhân lực tham khảo. Mô đun này được triển khai sau các môn học, mô đun
Điện kỹ thuật, Vẽ điện, Đo lường điện và Máy điện. Công việc lắp đặt, vận
hành hay sửa chữa mạch điện trong máy công nghiệp là một trong những yêu
cầu bắt buộc đối với cơng nhân nghề TĐH cơng nghiệp. Mơ dun này có ý
nghĩa quyết định để hình thành kỹ năng cho người học làm tiền đề để người
học tiếp thu các kỹ năng cao hơn như: Lắp đặt các bộ điều khiển lập trình hay
các mạch điện tử cơng suất.
Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh. Tác giả rất mong
nhận được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hồn
thiện hơn.
Quảng Ngãi, ngày..... tháng ...... năm 2022
Tham gia biên soạn
1. BÙI QUANG TOẢN
2. …………..............
3. ……….............….

2

Chủ biên


Mục lục
TT

Nội dung

Trang

1

Lời mở đầu

2

2

Mục lục

3

3

Giáo trình mơ đun.

4

4

Nội dung chính của mơ đun.
Bài 1: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện

10

1. Khái niêm chung về điều chỉnh tốc độ

11

2. Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập

13

3. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha

22

Bài 2: Tự động khống chế truyền động điện

30

1. Khái niêm chung

31

2. Phương pháp thể hiện sơ đồ điện TĐKC

31

3. Các nguyên tắc điều khiển

33

4. Các sơ dồ điều khiển điển hình

40

Bài 3: Trang bị điện cho máy công nghiệp

144

1. Trang bị điện cho máy cắt gọt kim loại

145

2. Trang bị điện cho cơ cấu sản xuất

156

4

Các từ viết tắt

165

5

Tài liệu tham khảo

166

3


GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN

TÊN MƠ ĐUN: TRANG BỊ ĐIỆN
Mơ đun: MĐ 21
Thời gian thực hiện mô đun: 120giờ; (Lý thuyết: 28 giờ; Thực hành, thí
nghiệm, thảo luận, bài tập: 84giờ; Kiểm tra 8giờ)
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun: Sau khi học xong mơ đun
này học viên có năng lực
- Vị trí của mơ đun: Mơ đun được bố trí dạy sau các mơn học cơ sở
như linh kiện điện tử, đo lường điện tử, điện cơ bản, máy điện,...
- Tính chất của mơ đun: Là mô đun nghề bắt buộc.
- Trong mọi lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là các ngành công nghiệp, việc sử
dụng các máy móc để giải phóng sức lao động của con người ngày càng phổ
biến. Để nắm bắt và làm chủ các trang thiết bị ngày càng hiện đại địi hỏi cán
bộ kỹ thuật phải có những kiến thức cơ bản về cơng nghệ, bên cạnh đó là các
kỹ năng vẽ, đọc sơ đồ, phân tích và chẩn đốn sai hỏng để có thể vận hành,
bảo trì, bảo dưỡng và sửa chữa hiệu quả các trang thiết bị đó.
- Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Trung cấp nghề
Tự động hóa CN
Mục tiêu của mơ đun :
- Kiến thức:
A1. Phân tích ngun lý, cách thực hiện, phạm vi ứng dụng... của các
phương pháp điều chỉnh tốc độ (ĐChTĐ) động cơ 3 pha, động cơ một chiều.
A2. Phân tích qui trình làm việc và u cầu về trang bị điện cho máy cắt gọt
kim loại (máy khoan, tiện, phay, bào, mài...); cho các máy sản suất (băng tải,
cầu trục, thang máy, lò điện...).
- Kỹ năng:
B1. Đọc, vẽ và phân tích các sơ đồ mạch điều khiển dùng rơle công tắc tơ
dùng trong khống chế động cơ 3 pha, động cơ một chiều.
B2. Đọc, vẽ và phân tích được sơ đồ mạch điện cho các loại máy nói trên.
B3.Tính chọn được cơng suất động cơ điện dùng trang bị cho máy sản xuất
4

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1.Nghiêm túc, tích cực, chủ động trong học tập.
C2.Chấp hành tốt các yêu cầu qui định về bài học và làm thực hành.
1. Chương trình khung nghề Tự động hóa cơng nghiệp

Mã

Thời gian học tập (giờ)

MH/
MĐ

I

Số
tín
chỉ

Tên mơ đun, mơn học

Tổng
số

Trong đó
Thực
hành/
Lý
thực

Kiểm
thuyết tập/thí
tra
nghiệm/b
ài tập

Các mơn học chung/đại cương
12

255

94

148

13

MH 01

Chính trị

2

30

15

13

2

MH 02

Pháp luật

1

15

9

5

1

MH 03

Giáo dục thể chất

1

30

4

24

2

MH 04

Giáo dục quốc phòng và an ninh

2

45

21

21

3

MH 05

Tin học

2

45

15

29

1

MH 06

Ngoại ngữ (Anh văn)

Các môn học, mô đun chuyên
môn ngành nghề
Môn học, mô đun cơ sở

4

90

30

56

4

77
24

1668
435

468
185

1088
214

112
36

MH 07

Kỹ thuật an toàn lao động

2

30

21

6

3

MH 08

Nguyên lý máy - chi tiết máy

3

45

31

10

4

MH 09

Điện kỹ thuật

2

30

21

7

2

MH 10

Vẽ kỹ thuật

2

30

15

13

2

MĐ 11

Máy điện

4

90

35

49

6

MĐ 12

Điện cơ bản

3

60

23

31

6

MĐ 13

Kỹ thuật điện tử cơ bản

3

60

13

43

4

MĐ 14

AutoCAD

3

60

18

36

6

MĐ 15

Kỹ thuật nguội

2

30

8

19

3

Môn học, mô đun chuyên môn

53

1233

283

874

76

Kỹ thuật số

3

75

20

49

6

II

II.1

II.2
MĐ 16

5


Mã

Thời gian học tập (giờ)

MH/
MĐ

Số
tín
chỉ

Tên mơ đun, mơn học

Tổng
số

Trong đó
Thực
hành/
Lý
thực
Kiểm

thuyết tập/thí
tra
nghiệm/b
ài tập
15
27
3

MĐ 17

Kỹ thuật cảm biến

2

45

MĐ 18

Điện tử cơng suất

2

45

15

28

2

MĐ 19

PLC cơ bản

4

90

26

56

8

MĐ 20

PLC nâng cao

3

60

10

42

8

MĐ 21

Trang bị điện

5

120

28

84

8

MĐ 22

Thiết bị và hệ thống tự động

4

90

26

58

6

MĐ 23

Vi điều khiển

4

90

26

57

7

MĐ 24

Gia cơng cơ khí trên máy cơng cụ

4

75

24

48

3

MĐ 25

4

90

30

55

5

4

90

23

61

6

MĐ 27

Điều khiển khí nén - thủy lực
Lắp đặt vận hành hệ thống cơ
điện tử
Mạng truyền thông công nghiệp

4

75

25

46

4

MĐ 28

Thực tập tốt nghiệp

10

288

15

263

10

89

1923

562

1236

125

MĐ 26

Tổng cộng

2. Chương trình chi tiết mơ đun
Số
TT

1
2
3

Tổng
số

Tên các bài trong mơ đun

Thời gian
Thực hành, Kiểm
Lý
thuyết thí nghiệm, tra
thảo luận,
bài tập

21
22

2
2

41

4

Cộng:
120
28
84
3. Điều kiện thực hiện mơ đun:
3.1. Phịng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn

8

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện.
Tự động khống chế truyền động
điện.
Trang bị điện máy công nghiệp.

30
35

7
11

55

10

3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ....
6


3.3. Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình thực

hành, bộ dụng cụ nghề điện, thiết bị điện công nghiệp,…
3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các mạch trang bị
điện trong nhà máy, xí nghiệp cơng nghiệp.
4. Nội dung và phương pháp đánh giá:
4.1. Nội dung:
- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học
cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp.
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mơn học.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
4.2. Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy mơn học như sau:
4.2.1. Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo
Thơng tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao
động – Thương binh và Xã hội.
- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ
giới như sau:
Điểm đánh giá

Trọng số

+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1)

40%

+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)

+ Điểm thi kết thúc môn học
4.2.2. Phương pháp đánh giá
Phương pháp Phương pháp
đánh giá
tổ chức
Thường

Viết/

60%

Hình thức
kiểm tra

Chuẩn đầu ra
đánh giá

Số
cột

Tự luận/

A1, C1

1

7

Thời
điểm

kiểm tra
Sau 10


xuyên

Thuyết trình Trắc nghiệm/
Báo cáo
Định kỳ
Viết và
Tự luận/
A2, B1,B2,
thực hành Trắc nghiệm/
C1,C2
thực hành
Kết thúc môn
Vấn đáp và
Vấn đáp và A1, A2, B1, B2,
học
thực hành
thực hành
B3,C1,C2
trên mơ
hình
4.2.3. Cách tính điểm

giờ.
8

Sau 20

giờ

1

Sau 120
giờ

- Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc mô đun được chấm
theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân.
- Điểm mô đun là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của
mô đun nhân với trọng số tương ứng. Điểm mơ đun theo thang điểm 10 làm
trịn đến một chữ số thập phân.
5. Hướng dẫn thực hiện mô đun
5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Tự động hóa
5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun
5.2.1. Đối với người dạy
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu,
thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi
thảo luận nhóm….
* Thực hành:
- Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra.
- Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo
viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học.
- Sử dụng các mơ hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng
dụng các hệ truyền động dùng trang bị điện, các loại thiết bị điều
khiển.
* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra.
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng các thành viên
trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả
nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm.

8


5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ
được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư
viện, tài liệu...)
- Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả
- Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng
>30% số giờ tích hợp phải học lại mơ đun mới được tham dự kì thi lần sau.
- Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa
làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ
được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người
học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã
phân cơng để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của
nhóm.
- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
- Tham dự thi kết thúc mô đun.
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
6. Tài liệu tham khảo
- Trang bị điện - điện tử cho máy công nghiệp dùng chung - Vũ Quang Hồi
- NXB Giáo dục 1996.
- Điều khiển tự động truyền động điện - Trịnh Đình Đề - NXB Đại học và
trung học chuyên nghiệp 1983.
- Các đặc tính của động cơ trong truyền động điện - Dịch giả Bùi Đình
Tiếu - NXB Khoa học và Kỹ thuật 1979.
- Truyền động điện tự động - Bùi Đình Tiếu; Đặng Duy Nhi - NXB Khoa
học và Kỹ thuật 1982.
- Phân tích mạch điện máy cắt gọt kim loại - Võ Hồng Căn; Phạm Thế Hựu
- NXB Công nhân kỹ thuật 1982.

9


BÀI 1: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Giới thiệu:

Mã bài: MĐ21-01

Động cơ điện là một loại động cơ được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực
công nghiệp, nông nghiệp và trong đời sống xã hội hiện nay. Vấn đề ĐChTĐ
động cơ luôn được quan tâm và là một trong những đối tượng nghiên cứu
chính của lĩnh vực truyền động điện.
Đối với những người công tác trong ngành Tự động hóa cơng nghiệp thì
mảng kiến thức về lĩnh vực này là khơng thể thiếu. Nó là tiền đề cho việc tiếp
thu, thực hiện các mạch tự động khống chế, các mạch trang bị điện cho máy
sản xuất...
Mục tiêu:
- Thực hiện ĐChTĐ động cơ 3 pha, động cơ một chiều đúng phương pháp.
- Nhận dạng, phân tích được dạng đặc tính cơ ứng với các trạng thái
ĐChTĐ khác nhau.
- Áp dụng các phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với từng loại động
cơ, phù hợp với đặc tính, trạng thái làm việc của hệ thống sản xuất.
Phương pháp giảng dạy và học tập bài 1
- Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực
(diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học nhớ các
phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 3 pha, động cơ một chiều
- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học
Điều kiện thực hiện bài học
- Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Phịng học chun mơn

- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
- Học liệu, dụng cụ, ngun vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình,
tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Khơng có
Kiểm tra và đánh giá bài học
- Nội dung:
10


 Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu
kiến thức
 Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
 Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học
cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
- Phương pháp:
 Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
 Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 1h
 Kiểm tra định kỳ thực hành: 1h
Nội dung chính:
1. Khái niệm chung
1.1. Khái niệm về điều chỉnh tốc độ
Tốc độ quay của động cơ có vai trị quan trọng trong truyền động cho
máy sản xuất. Tùy vào qui trình cơng nghệ khác nhau mà người ta cần những
tốc độ khác nhau, có khi cần những tốc độ rất cao, khoảng (6.000 - 10.000)
rpm, nhưng cũng có khi cần những tốc độ vài mươi vịng hoặc chỉ vài vịng
mỗi phút mà thơi.

Để làm được điều này, người ta có thể dùng những bộ đổi tốc cơ khí
(hộp số) hoặc thay đổi trực tiếp tốc độ động cơ (hình 1.1).
ĐChTĐ bằng
phương pháp cơ khí

ĐChTĐ động cơ

Động cơ

Bộ
truyền động

Cơ cấu
sản xuất

Hình 1.1: mơ hình truyền động cho máy sản xuất

11


Vấn đề thay đổi, điều chỉnh tốc độ động cơ là một đề tài ln được
nghiên cứu. Chính nó đã làm sản sinh ra nhiều loại máy điện mới có khả năng
ĐChTĐ rộng hơn và cũng chính nó quyết định phần lớn giá thành sản phẩm.
ĐChTĐ là tác động một cách có chủ định của con người vào mạch
động cơ để làm thay đổi dạng đặc tính cơ, nhằm đạt được tốc độ mong muốn
do qui trình sản xuất yêu cầu.
1.2. Các chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ
a. Phạm vi điều chỉnh
Còn gọi là tầm điều chỉnh, là tỉ số giữa tốc độ cao nhất và tốc độ thấp
nhất có thể điều chỉnh được.

D=

nmax
nmin

(1.1)

nmax: tốc độ cao nhất.
nmin : tốc độ thấp nhất.
 D = 1 - 10: Đối với ĐC - DC kích từ độc lập, kích từ song song.
 D = 1 - 3: Đối với ĐKB.
b. Tính trơn trợt
Còn gọi là độ bằng phẳng, độ mịn, độ tinh. Nó được biểu thị bằng tỉ số
giữa 2 cấp tốc độ kề nhau:
 =

ni 1
ni

(1.2)

   1: Hệ trơn trợt (hệ được điều chỉnh mịn, tinh).
   1: Hệ điều chỉnh nhảy cấp.
c. Hướng điều chỉnh:
Là khả năng có thể điều chỉnh cao hơn hay thấp hơn tốc độ cơ bản (tốc
độ định mức).
d. Độ cứng của đặc tính cơ:
Là tỉ số giữa sự thay đổi của mô men tải và sự thay đổi tương ứng của tốc
độ động cơ.

=

M
n

(1.3)

Với:
12


 M: độ thay đổi mô men tải;
 n: độ thay đổi tốc độ quay của động cơ;
   : đặc tính cơ tuyệt đối cứng (lý tưởng).
  = 100 -10: đặc tính cơ cứng (ĐKB, ĐC - DC kích từ độc lập, kích từ
song song).
   10: đặc tính cơ mềm (ĐC - DC kích từ nối tiếp).
 Độ cứng của đặc tính cơ biểu thị qua độ dốc của đường biểu diễn:
Đường biểu diễn càng ít dốc thì độ cứng càng cao.
e. Độ ổn định:
Là khả năng giữ vững tốc độ khi phụ tải thay đổi, phụ thuộc vào đặc tính
cơ. Đặc tính cơ càng cứng thì độ ổn định càng cao.
= 

n

 = 100 -10
  10
M

f. Tính kinh tế:

HìNH 1.2: Độ CứNG CủA ĐặC TíNH Cơ

Các tiêu chuẩn kỹ thuật phải đi đơi với tính kinh tế, nghĩa là có xét đến
chi phí đầu tư, chi phí vận hành, thuận tiện trong thao tác bảo quản, thiết bị sử
dụng phổ thông dễ thay thế...
1.3. Yêu cầu chung của việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện
- Dãi điều chỉnh phải đủ rộng.
- Sự thay đổi tốc độ đáp ứng được yêu cầu thay đổi tốc độ của thiết bị
mang tải.
- Điều chỉnh dễ dàng.
2. Đều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều (ĐC - DC)
2.1.Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên của ĐC - DC KTĐL
a.Phương trình đặc tính cơ tự nhiên

13


+

U
Eư

Iư

Đ

RP
CKĐ

RFK

IKT

UKT

+

–

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý ĐC – DC KTĐL

 Rư: điện trở dây quấn phần ứng.
 Eư: sức phản điện của động cơ.
 RP: biến trở điều chỉnh.
 RFK: biến trở điều chỉnh mạch kích từ.
 Iư: dịng điện qua phần ứng động cơ.
 IKT: dòng điện qua mạch kích từ.
Giả sử RP = 0, phương trình cân bằng điện áp là:
U = Eư + Iư Rư

(1.4)

Trong đó:
Eư = KE  n

(1.5)

Với: KE = pN là hệ số sức điện động.

60a

Trong đó:
 : từ thơng chính do cực từ tạo ra [Wb];
 N: số thanh dẫn tác dụng.
 n: tốc độ quay [rpm];
 a: số đôi mạch nhánh song song.
 p: là số đôi cực từ của động cơ.
Thay (1.5) vào (1.4), phương trình trên trở thành: U = KE  n + Iư Rư .
Hay là:
n=

I .R
U
 U U
KE KE

(1.6)

14


Nếu các thơng số của máy là định mức thì (1.6) trở thành:
U dm
I .R
 Udm U
K E  dm K E  dm

n=

(1.7)

(1.7) gọi là phương trình đặc tính cơ - điện của ĐC - DC KTĐL.
Mặt khác: Mđt = KM  Iư là mô men điện từ của ĐC.
Suy ra Iư = M dt

(1.8)

KM 

Với: KM = p.N là hệ số mô men
2 .a

Lập tỉ số K M ; tính được kết quả KM = 9,55KE

(1.9)

KE

Thay (1.8); (1.9) vào (1.7) kết quả là:
n=

U dm
Ru
M dt

K E  dm 9,55.( K E  dm ) 2

(1.10)

(1.10) gọi là phương trình đặc tính cơ của ĐC - DC KTĐL.
Từ (1.7) và (1.10) đặt:
n0 =
n =
mức.

U dm
: là tốc độ không tải lý tưởng của ĐC.
K E . dm
I Udm .RU
K E . dm

=

RU .M dt
: là độ sụt tốc độ khi tải định
9,55( K E . dm ) 2

Vậy (1.7) và (1.10) trở thành

nđm = n0 – n.

Đặc tính cơ tự nhiên của ĐC có dạng như hình 1.4.
n
n0

n

nủm

0
Inm; Mnm

Iủm; Mủm

Hình 1.4: Đặc tính cơ của ĐC - DC KTĐL
15

I; M


b.Phương pháp vẽ đặc tính cơ tự nhiên
Vì đặc tính cơ tự nhiên là một đường thẳng nên chỉ cần xác định hai
điểm là có thể vẽ được đường thẳng đó. Hai điểm cần xác định là:
 Điểm khơng tải lý tưởng: có tọa độ (0, n0).
 Điểm định mức: tọa độ là (Iđm , nđm ).
Căn cứ vào (1.10) nhận thấy, muốn tìm no thì phải tìm được KE, nghĩa
là phải tìm được Rư.
 Rư được tính như sau:
Xuất phát từ cơ sở: Khi máy làm việc ở trạng thái định mức thì tổn hao

trên dây quấn phần ứng chiếm 1 tổng tổn hao trong máy. Nghĩa là:
2

I2đm Rư = 1 (Uđm Iđm - Pđm ).
2

Rư =

U dm I dm  Pdm

2
2 I dm

(1.11)

Mặt khác: Pđm – UđmIđm; Nên suy ra:
Rư = (1 - )

U dm
2 I dm

(1.12)

Rư được tính bởi (1.11) hoặc (1.12).
b.Vấn đề mở máy và phương pháp hạn chế dịng điện mở máy
Phương trình cân bằng điện áp đã cho:
Uđm = Eư + Iưđm .Rư

và Eư = KE  n.

Khi vừa đóng điện mở máy động cơ chưa quay (n = 0) nên Eư = 0; nghĩa
là toàn bộ điện áp nguồn dùng cân bằng với sụt áp trên dây quấn phần ứng,
khi đó:
Uđm = Iư R ư ; Đặt I’ư = Imm ;

Suy ra: Imm = U dm .
Ru

Do Rư rất bé nên Imm sẽ tăng rất cao từ (10 - 20)Iđm, nên phải hạn chế
dòng điện này còn khoảng (2 - 2,5)Iđm bằng cách đóng thêm RP vào mạch

phần ứng; khi đó:
Imm =

U dm
= (2 - 2,5)Idm
Ru  R P

16

(1.13)


Ví dụ 1.1: Động cơ DC - KTĐL có Pđm = 15KW; Uđm = 220V; Iđm =
81,5;
nđm = 1600Rpm.
a. Vẽ đặc tính cơ tự nhiên.
b. Tính điện trở phụ cần đóng thêm vào mạch động cơ để Imm = 2Iđm.
Giải
- Điện trở dây quấn phần ứng:
Rư = U dm I dm  Pdm = 220.81,5  15.000 = 0,22.
2 I dm

281,5

- Tích số từ thơng và hệ số sức điện động (KE ):
KE = U dm  I dm .Ru = 220  81,5.0,22 = 0,1263.
n dm

1600

- Tốc độ không tải lý tưởng:
no = U dm = 220 = 1742Rpm.
KE

0,1263

n = no - nđm = 1742 - 1600 = 142 Rpm.
a. Đặc tính cơ tự nhiên vẽ như hình 1.4.
b. Tính điện trở mở máy
Imm = 2Iđm = 2.81,5 = 163A.
Imm =

U dm
= 2Iđm  RP = U dm - Rư = 220 - 0,22 = 1,13.
Ru  R P
2 I dm
163

2.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
Từ (1.7) và (1.10) dễ dàng nhận thấy tốc độ quay của ĐC - DC phụ
thuộc vào:
 Điện áp nguồn (U);
 Điện trở trong mạch phần ứng (RP); và
 Từ thông trong mạch kích từ ().
Như vậy khi thay đổi các tham số này thì tốc độ quay của ĐC sẽ thay
đổi. Sau đây sẽ khảo sát lần lượt các phương pháp nêu trên.
a. ĐChTĐ bằng cách thay đổi điện trở trong mạch phần ứng
Giả sử U = Uđm = conts và  = đm = conts.
Muốn thay đổi điện trở phần ứng, người ta nối thêm điện trở phụ RP vào
mạch phần ứng. Sơ đồ nguyên lý như hình 1.5a.

17


Eư

Iư

Đ

+

RP1

RP2

2
3

U

n

1
OFF

n0

TN (Rư)

nđm

n1
CKĐ

RFK

IKT

NT1 (RP1)

n2
NT2 (RP2)

UKT
Mcđm

+
a. Sơ đồ nguyên lý

Mđt

b. Họ đặc tính cơ

Hình 1.5: ĐCTĐ ĐC - DC KTĐL bằng điện trở phụ

Khi đó biểu thức (1.10) trở thành:
n=

Ru  R p
U dm


M dt
K E  dm 9,55.( K E  dm ) 2

Nghĩa là: n0 =
n =
tăng.

U dm
= const và
K E . dm
RU  RP
M dt sẽ tăng lên. RP càng lớn thì n càng
9,55( K E . dm ) 2

Họ đặc tính cơ có dạng như hình 1.5b.
 Đặc điểm:
-

Độ cứng giảm, tốc độ điều chỉnh bé hơn tốc độ định mức.
D = 2 – 2,5.
Tổn hao năng lượng khá lớn trên RP.
Điều chỉnh nhảy cấp.
Dùng trong điều chỉnh mở máy và dừng máy.

 Chú ý: Không thể điều chỉnh trơn bằng biến trở con chạy được, vì
khi đó sẽ sinh tia lửa điện rất lớn phá hỏng biến trở, kém an toàn... mà phải
dùng nhiều cấp điện trở khác nhau và có phương pháp đổi nối phù hợp.
18

b. ĐChTĐ bằng cách thay đổi từ thông
Khi thiết kế động cơ, người ta đã tính tốn ở trạng thái bảo hịa của lõi
thép, nên chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông. Muốn thế, tiến
hành mắc thêm một biến trở vào mạch kích từ (Rfk) để điều chỉnh như hình
1.5a.
Từ (1.7) và (1.10) cho thấy tốc độ quay tỉ lệ nghịch với từ thông, nghĩa

là:

n0 =

U dm
nên khi từ thơng  giảm thì n0 sẽ tăng lên.
K E . dm

Khi đó độ sụt tốc độ sẽ là:
n = I dm .Ru 
K E .

RU
M dt nên khi  giảm thì n0 cũng tăng lên
9,55( K E . dm ) 2

(bậc 1 so với dòng điện và bậc 2 so với mơ men).

Họ đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ có dạng như Hình 1.6.
n

n
n02

n01

n02
đm

2

1

n01

1
2

n0đm

Inm

đm

n0đm
I

Inmđm
b. Đặc tính cơ

a. Đặc tính cơ - điện

Hình 1.6: Đặc tínhCơ - Điện và đặc tính cơ khi ĐCTĐ bằng
cách thay đổi từ thông ĐC - DC KTĐL

 Đặc điểm:
- Độ cứng giảm.
- Điều chỉnh lớn hơn tốc độ định mức (tốc độ động cơ tăng lên khi tải
bé hơn định mức).
- Điều chỉnh trơn, do dịng điện trong mạch kích từ có giá trị nhỏ nên
thường sử dụng được biến trở con chạy.
- D= 1 – 3.
 Chú ý: Chỉ được điều chỉnh đến giới hạn nhỏ nhất của từ thông là:
đc 

1
đm
3

(1.14)

19

I


c. ĐChTĐ bằng cách thay đổi điện áp nguồn
Giả sử  = đm = conts; điện trở phần ứng Rư = conts. Khi thay đổi điện
áp phần ứng theo hướng giảm Uđm, các thơng số của đặc tính cơ là:
- Tốc độ không tải lý tưởng: n0X =
- Độ sụt tốc độ: n = I dm .Ru 
K E .

UX

= var.
K E  dm

RU
M dt = conts.
9,55( K E . dm ) 2

Do UX < Uđm nên n0X < n0đm; và n khơng đổi nên họ đặc tính cơ là
những đường thẳng có độ dốc khơng đổi và song song với đặc tính tự nhiên
(hình 1.7).
n

n0đm
TN (Uđm)
n01
NT1 (U1)
n02
NT2 (U2)

Iđm

I

Hình 1.7: Đặc tính cơ khi ĐCTĐ bằng cách thay đổi điện áp nguồn
ĐC - DC KTĐL

 Đặc điểm:
- Độ cứng không đổi là những đường thẳng song song với đặc tính tự
nhiên.
- Điều chỉnh thấp hơn tốc độ cơ bản.

- Có thể điều chỉnh tinh hoặc nhảy cấp tùy thuộc vào bộ nguồn DC
được sử dụng.
- D = 1 – 30.

20


 Giới thiệu hệ thống F - Đ dùng ĐChTĐ ĐC - DC.
3

RF

đsc

fk

f

EF

CKF

CKĐ

RKF

RKĐ

CD

+

RĐ
đ

CC
XS



Hình 1.8: Hệ thống F - Đ dùng ĐCTĐ ĐC - DC

 ĐSC: Động cơ sơ cấp; Là ĐKB cung cấp cơ năng cho FK và F.
 FK: Máy phát kích; Là máy phát DC kích từ song song cấp nguồn
kích từ cho F và Đ.
 F: Là máy phát điện DC cấp nguồn cho động cơ Đ làm việc.
 Đ: Là ĐC - DC KTĐL cần điều chỉnh tốc độ để cấp cơ năng cho cơ
cấu sản xuất.
 CCSX: Là cơ cấu sản xuất (máy công tác).
 Nguyên lý hoạt động
Cấp nguồn cho ĐKB; ĐKB quay để FK phát ra điện áp nên F và Đ được
kích từ.
Nguồn điện do F phát ra cung cấp trực tiếp cho động cơ Đ làm việc.
Khi điều chỉnh RKF làm dịng kích từ của máy phát F thay đổi nên điện
áp phát ra cũng thay đổi và tốc độ động sẽ thay đổi theo.
Muốn đảo chiều quay thì đóng cầu dao CD về hướng ngược lại.
Mặt khác nếu điều chỉnh RKĐ thì tốc độ động cơ Đ cũng sẽ được điều
chỉnh bằng phương pháp thay đổi từ thông.
 Tốc độ quay của động cơ được tính.
n = E F  RF  RD I U .

KE

KE

21


Nếu F và Đ là 2 máy có thơng số giống hệt nhau thì RF = RĐ = R khi đó:
n = E F  2R I U .
KE

KE

 Nhận xét:




n lớn hơn trong trường hợp dùng trực tiếp nguồn DC nên độ cứng
thấp hơn.
Tốc độ không tải lý tưởng n0 tăng hơn một ít (do EF  UDC). Họ đặc
tính cơ có dạng như hình 1.9.

Trong hình 1.9; Đường số 1 là đặc tính cơ tự nhiên khi dùng nguồn DC
thơng thường. Cịn đặc tính cơ tự nhiên khi dùng trong hệ thống F - Đ là
đường số 2.
n

 Đặc điểm:







2 (EF)

Độ cứng không đổi là những
đường thẳng song song với đặc
tính tự nhiên.

1 (UDC)

EF1

Điều chỉnh tinh và có tốc độ thấp
hơn tốc độ cơ bản.

EF2

D = 1 - 30.

M; I

Dùng nhiều máy điện nên công
suất đặc lớn, hiệu suất thấp.



Giá thành cao, diện tích lắp đặt lớn,



phí tổn nhiều.

Hình 1.9: Họ đặc tính cơ khi
ĐCTĐ bằng hệ thống F - D

3. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha
3.1. Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên
I1

X1

I2/

R1

X2 /

I0

U1P

X0

R2/
s

R0

HÌNH 1.10: SƠ ĐỒ THAY THẾ 1 PHA CỦA ĐKB 3
PHA

 X1,R1: Điện kháng và điện trở của cuộn dây stato.
22


 X0, R0: Điện kháng và điện trở của mạch từ.
 X2/ , R2/: Điện kháng và điện trở của mạch rô to đã qui đổi về stato.
 Nhắc lại các định nghĩa cơ bản:
 Tốc độ từ trường quay: n = 60 f
p

 Hệ số trượt: s = n0  n
n0

Dựa vào sơ đồ thay thế tính được:
U 1P

I 2/ =

X

1

 X 2/



2


R 

  R1 

s


/
2

(1.15)

2

Bỏ qua tổn hao cơ trong máy thì tổn hao cơng suất được tính:
/2
P = 3 I 2 .R2 / = M .n0  M .n = M ( n0 - n ) = M .n0 . (n0  n)

9,55

9,55

9,55

9,55

n0

Hay là: M .n0 .s = 3.I2/2R2/;
9,55

Suy ra M =

3.I 2/ 2

R2/
s

(1.16)

n0
9,55

Đặt X1 + X2/ = Xn; Thay (1.15) vào (1.16); Phương trình đặc tính cơ có
dạng:
M=

3.U 21P .R2/
/
n0 .s  2 
R
 X n  R1  2

9 ,55 
s









2






(1.17)

n

s

n0

s= 0

Đặc tính cơ tự nhiên biểu diễn
trong hình 1.11.

A

nđm

sth

C
B

Hình 1.11: Đặc tính cơ tự nhiên của
ĐKB 3 PHA
23

0 s=1

MCđm Mth

M


Với:
2
Mth = 3.U 1P

2n0
.X n
9,55

: Là mô men tới hạn
(1.18)

/
2

sth =  R : Là hệ số trượt tới hạn
Xn

 Điểm ổn định và đoạn đặc tính làm việc của hệ thống
- Xét tại điểm A: Giã sử tốc độ quay tăng lên sẽ làm cho mô men giảm
xuống, nên dịng điện rơ to cũng giảm theo và tốc độ được giảm xuống trở lại.
Điểm A là điểm làm việc ổn định.
- Xét tương tự tại điểm B: Nếu tốc độ tăng lên, thì mơ men tăng theo
nên dịng điện rô to cũng tăng lên và tốc độ tiếp tục tăng lên. Điểm B là điểm
không ổn định.
 Kết luận: Đoạn đặc tính làm việc của động cơ là đoạn từ no - A - C.
3.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ
a. ĐChTĐ bằng cách thay đổi điện áp nguồn
Căn cứ vào (1.18) khi điện áp nguồn thay đổi, mô men tới hạn sẽ giảm
và hệ số trượt tới hạn khơng thay đổi, có thể dùng các phương pháp sau đây
để điều chỉnh tốc độ:
a1. Dùng cuộn kháng, biến áp tự ngẫu
Sơ đồ nguyên lý và họ đặc tính cơ như hình 1.12. Trường hợp này, người
ta mắc nối tiếp cuộn kháng với động cơ hoặc dùng biến áp tự ngẫu để giảm
nguồn cung cấp cho động cơ.
Cũng có thể dùng điện trở phụ nối tiếp trong mạch stator, nhưng nếu
cùng một giá trị mơ men mở máy thì khi dùng điện kháng phụ đặc tính cơ
nhân tạo nhận được sẽ cứng hơn nên người ta thường dùng điện kháng mà ít
khi dùng điện trở phụ.
n
n0
sth

BAT

XP

ĐK

ĐK

Uủm > U1 >
U

U1

Mth2 Mth1 Mth
b. Họ đặc tính cơ

a. Sơ đồ ngun lý

Hình 1.12: ĐChTĐ ĐKB 3 PHA bằng cách thay đổi điện áp nguồn
24

M