CHƯƠNG 2.1: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐIỆN potx

CHƯƠNG 2 : ĐẶC TÍNH CƠ CỦA CÁC ĐỘNG CƠ ĐIỆN
§2.1 Các khái niệm cơ bản
I . Khái niệm về đặc tính cơ
1. Định nghĩa
Mối quan hệ giữa tốc độ n hoặc với mô men sinh ra của động cơ hoặc của máy sản xuất gọi là
đặc tính cơ của động cơ hoặc máy sản xuất
Đặc tính cơ có thể viết ở hai dạng : Hàm thuận và hàm ngược
- Hàm thuận n = f (M) hoặc = f(M)
Hàm thuận hay được sử dụng để đánh giá chất lượng tĩnh của hệ truyền động điện
- Hàm ngược M = f(n) hoặc M = f (ω)
Hàm ngược thường được sử dụng trong việc tính toán giải tích
2. Phân loại đặc tính cơ
- Đặc tính cơ tĩnh : mối quan hệ = f (M) của động cơ trong những trạng thái làm việc xác lập
của
- Đặc tính cơ động : là qũy tích các điểm có tọa độ ( M
i
, ω
i
) trong thời gian của quá trình quá
độ hay còn được gọi là qũy đạo pha của hệ
- Đặc tính cơ điện : Là mối quan hệ giữa tốc độ của động cơ và dòng điện phần ứng hoặc mạch
động lực
n = f (I) hoặc = f(I)
Đặc tính cơ điện dùng để đánh giá mức độ chịu tải của động cơ về mặt dòng điện
Đối với đặc tính cơ tĩnh và đặc tính cơ động thì mỗi đặc tính lại được chia làm 2 loại
- Đặc tính cơ tự nhiên : là đặc tính cơ ứng với các thông số của động cơ là định mức
- Đặc tính cơ nhân tạo : là đặc tính cơ thu được khi ta thay đổi các thông số của động cơ
3. Độ cứng của đặc tính cơ
Độ cứng của đặc tính cơ biểu thi sự thay đổi của tốc độ khi mô men thay ®æi

ωω

β
∆
∆
==
M
d
dM

ϕ
ω
β
tg
d
dM
A
==
Đễ dễ phân biệt thì độ cứng của động cơ ta ký hiệu là β còn của máy sản xuất là β
c
II. Hệ đơn vị tương đối sử dụng trong truyền động điện
Để thuận tiện cho việc tính toán thiết kế , hoặc so sánh đánh giá các hệ truyền động điện , người ta
thường sử dụng hệ đơn vị tương đối .
Muốn biểu diễn một đại lượng nào đó dưới dạng đơn vi tương đối ta lấy trị số của nó chia cho trị số
của đại lượng cơ bản tương ứng đã chọn . Trong truyền động điện các đại lượng cơ bản thường chọn
là các đại lượng định mức như :
U
đm
, I
đm
, ω
đm

, M
đm
R
đm
Để ký hiệu ta dùng dấu * trên các đại lượng đó . Ví dụ trị số tương đối của điện áp
6

%100.%
dmdm
U
U
U
U
U
U ==
••
tương tự của dòng điện
dm
I
I
I =
•
; mô men
dm
M
M
M =
•
và từ thông
dm

Φ
Φ
=Φ
•
Khi sử dụng ta cần chú ý :
- Đối với các máy điện một chiều kích từ độc lập và hỗn hợp , tốc độ cơ bản là ω
0
; với các
máy đồng bộ và không đồng bộ tốc độ cơ bản là tốc độ không tải lý tưởng ; với các máy điện
một chiều kích từ nối tiếp tốc độ cơ bản là tốc độ định mức
- Đại lượng cơ bản của điện trở là điện trở định mức
Với các máy một chiều

)(Ω=
dm
dm
dm
I
U
R
Với động cơ không đồng bộ ro to dăy quấn thì điện trở định mức của ro to R
đm
bao gồm điện
trở của cuộn dây roto ở một pha r
2
cộng với điện trở phụ R
f
mắc nối tiếp vào mỗi pha sao cho khi
roto đứng yên , mạch stato đặt vào điện áp định mức , tần số định mức thì dòng ở mỗi pha có trị
số định mức . Khi roto đấu hình sao thì tổng trở định mức ở mỗi pha là

)(
3
2
2
2
Ω=
dm
nm
dm
I
E
Z

E
2nm
: sđđ giữa 2 vành góp khi roto đứng yên còn stato có thông số định mức
I
2đm
: dòng điện định mức ở mỗi pha của roto
do trong các động cở không đồng bộ x
2đm
<< Z
2đm
nên ta có R
2đm
= Z
2đm
Nếu mạch roto đấu tam giác thì điện trở định mức ở mỗi pha tính quy đổi sang đấu sao là
∆Υ

≈
dmdm
RR
22
2
1
III. Đặc tính cơ của máy sản xuất
Trong thực tế sản xuất có nhiều loại máy sản xuất khác nhau , tuy nhiên đặc tính cơ của chúng có thể
biểu diễn bằng biểu thức tổng quát sau

x
dm
c
ccdmcc
MMMM








−+=
ω
ω
)(
00
Trong đó M
c

: Mô men cản trên trục máy sản xuất ứng với tốc độ nào đó
M
co
: Mô men cản trên trục máy sản xuất ứng với tốc độ ω=0
M
cđm
: Mô men cản trên trục máy sản xuất ứng với tốc độ ω
đm
x : số tự nhiên đặc trưng cho từng đặc tính
1. Với x=0 M
c
= const
Đặc tính dạng này thường có trong các cơ cấu nâng hạ , các băng chuyền
2. Với x=1 M
c
tỷ lệ với bậc nhất tốc độ
Mô men này thường có trên trục của máy phát điện một chiều kích từ độc lập khi làm việc với
tải thuần trở , mô men cản do ma sát trượt sinh ra
3. Với x=2 M
c
tỷ lệ với bình phương tốc độ
Mô men cản dạng này thường xuất hiện trong các bơm ly tâm , quạt gió
4. Với x= -1 M
c
tỷ lệ nghịch với tốc độ
Thường có trong các máy cắt gọt kim lọai
7
IV. Các trạng thái làm việc xác lập của truyền động điện
1. Khái niệm về trạng thái làm việc xác lập
Hệ thống truyền động điện làm việc ở trạng thái xác lập khi mô men quay của động cơ cân bằng

với mô men cản, nghĩa là :
M
đg
= M
đ
- M
c
= 0
Trong trạng thái làm việc xác lập tốc độ của động cơ không đổi và không phụ thuộc thời gian
nghĩa là
0=
dt
d
ω
. Vì mô men của động cơ trong chế độ tĩnh là một hàm của tốc độ nên sự cân
bằng M
đ
=M
c
chỉ tồn tại khi mô men cản cũng là một hàm của tốc độ hoặc có trị số không đổi.
Nếu mô men cản lại phụ thuộc vào các đại lượng khác thì điều kiện xác lập không bao giờ tồn tại
mà chỉ có trạng thá tựa xác lập . Trong trạng thái tựa xác lập giá trị tức thời của mô men và tốc
độ đều thay đổi , còn giá trị trung bình của mô men động cơ và mô men cản bằng nhau do giá trị
trung bình của tốc độ không đổi
Theo quy ước về dấu của các mô men trong phương trình chuyển động thì ở trường hợp mô men
động cơ cùng chiều tốc độ còn mô men cản ngược chiều tốc độ , các đặc tính cơ của động cơ và
của máy sản xuất được biểu diễn trên cùng một góc phần tư của mặt phẳng tọa độ . Giao điểm A
của chúng chính là điểm làm việc xác lập của hệ
2. Trạng thái động cơ và trạng thái máy phát
a . Trạngthái động cơ

Là trạng thái mà mô men của động cơ cùng chiều với tốc độ nghĩa là M , ω >0 . Trong trạng thái
này điện năng từ lưới qua động cơ sẽ biến thành cơ năng đưa ra trên trục
b. Trạng thái máy phát
8
Là trạng thái mà mô men của động cơ ngược chiều với tốc độ nghĩa là M . ω <0 . Trong trạng
thái này máy điện làm việc như một phanh hãm . mô men hãm được sinh ra do quá trình biến đổi
ngược năng lượng từ cơ ra điện
V. ổn định tĩnh và tiêu chuẩn ổn định tĩnh
Trạng thái xác lập của hệ truyền động điện là M
đ
= M
c
, đặc trưng cho trạng thái này là mô men
và tốc độ không đổi . Đây có thể được xem làmột trạng thái cân bằng của hệ thống truyền động
điện đối với tọa độ . Trạng thái cân bằng này có thể bị phá vỡ nếu những thông số trong hoặc
ngoài của hệ thống thay đổi như : Điện áp lưới , sự biến thiên của phụ tải
Sau khi trạng thái cân bằng cũ bị phá vỡ hệ thống có thể xác lập được một trạng thái cân bằng
mới hoặc không thể xác lập được trạng thái cân bằng nào
Quá trình cân bằng có thể được chia làm hai loại :
- Quá trình diễn biến nhanh nên bắt buộc phải xem xét đến quán tính điện từ và quán tính cơ
học của hệ . Độ ổn định tương ứng của loại này gọi là ổn định động
- Quá trình diễn biến chậm đến mức có thể bỏ qua quán tính điện từ và quán tính cơ học của hệ
, nghĩa là chỉ cần quan tâm đến trạng thái ban đầu và cuối cùng của hệ . Dộ ổn định tương
ứng với loại này gọi là độ ổn định tĩnh của hệ thống truyền động điện
Phát biểu về tiêu chuẩn ổn định tĩnh :
“ Điều kiện cần và đủ để một trạng thái xác lập của hệ thống truyền động điện ổn định là gia số tốc
độ , đặc trưng cho hiện tượng mất cân bằng và mô men động xuất hiện khi đó phải ngược dấu nhau ,
nghĩa là
0<
∆

ω
dg
M
“
Để xét ổn định tĩnh của hệ thống truyền động điện ta có thể dựa vào đặc tính cơ của động cơ và của
phụ tải
Điểm A là điểm làm việc xác lập , ở vùng lân cận điểm xác lập với số gia
ω
∆
nhỏ ta có thể coi
đặc tính cơ là một đường thẳng các tiếp tuyến với đặc tính cơ tại A hợp với trục tung các góc là
ψϕ
,
9
Với các giả thiết trên ta có

ωβ
ωβ
∆=∆
∆=∆
cc
d
M
M
và
ωββ
∆−=∆−∆= )(
ccddg
MMM
từ đó ta rút ra

c
dg
M
ββ
ω
−=
∆
Trong trường hợp tổng quát M
đg
,
ω
∆
có thể dương hoặc âm . Để dễ xét ổn định tĩnh ta luôn giả
thiết
ω
∆
> 0 . Vậy tiêu chuẩn ổn định tĩnh chỉ còn lại là M
đg
< 0 , nghĩa là đảm bảo

cc
cd
MM
ββββ
<⇒<−
<∆−∆
0
0
Thì điểm xác lập của hệ là ổn định tĩnh .Theo tiêu chuẩn ổn định tĩnh ta xét cho truyền động dùng
động cơ không đồng bộ với các dạng tải khác nhau

Trong lý thuyết hệ thống có thể làm việc ở điểm 1 và 2 nhưng điểm 2 có độ dự trữ ổn định kém ,
độ trượt lớn , tổn hao nhiều
2.2 . Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
I . Thành lập phương trình đặc tính
1 . Đặc điểm
Đặc điểm của động cơ là dòng điện kích từ không phụ thuộc vào phụ tải mà chỉ phụ thuộc vào
điện áp và điện trở mạch kích từ
Để đảm bảo các điều kiện như trên thì ta mắc động cơ theo các cách sau:
- Nếu nguồn một chiều có công suất và điện áp không đổi thì mạch kích từ được mắc // với
mạch phần ứng
- Nếu nguồn một chiều có công suất không dủ lớn thì nguồn kích từ phải độc lập với nguồn
phần ứng.Ta có sơ đồ nguyên lý như sau
10
2. Thành lập các phương trình đặc tính
Từ phương trinh cân bằng điện áp mạch phần ứng
U
l
= E + (R
ư
+ R
f
)I
ư
Trong đó U
l
: Điện áp phần
R
ư
= r
ư

+ r
cf
+ r
cb
+ r
ct
: Điện trở mạch phần ứng
R
f
: Điện trở phụ mắc thêm vào mạch phần ứng
I
ư
: Dòng điện phần ứng
Sđđ của phần ứng được xác định theo biểu thức sau :
φωφω
π
kE
a
pN
==
2
Trong đó :
p : Số đôi cực từ chính
N : Tổng số thanh dẫn của cuộn dây phần ứng
a : Số mạch nhánh song song
φ
: Từ thông kích từ dưới một cực
ω
: Tốc độ góc
k : hệ số cấu tạo động cơ

Thay vào và biến đổi ta được

I
k
RR
k
U
fu
l
φφ
ω
+
−=
Hoặc viết ở dạng tương đối

*
* *
* *
* *
u f
l
R R
U
I
ω
+
= −
Φ Φ
Đây là các phương trình đặc tính cơ - điện của động cơ ở dạng thường và dạng tương đối
Mặt khác M

đt
của động cơ được xác định theo biểu thức

IkI
a
pN
M
dt
φφ
π
==
2
Ta rút ra

φ
k
M
I
dt
=
Thay vào phương trình cơ điện ta được

dt
fu
l
M
k
RR
k
U

2
)(
φ
φ
ω
+
−=
Hoặc viết ở dạng tương đối

*
2*
**
*
*
*
)(
dt
fu
l
M
RR
U
φφ
ω
+
−=
11
Nếu bỏ qua các tổn thất năng lương bên trong động cơ thì khi đó M
đt
= M

cơ
= M và phương trình
đặc tính cơ của động cơ là

M
k
RR
k
U
fu
l
2
)(
φ
φ
ω
+
−=
- Khi I = 0 hoặc M = 0 khi đó ta có
0
ω
φ
ω
==
k
U
l
được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của
động cơ
- Khi

0=
ω
ta có

nmnm
nm
fu
l
MIkM
I
RR
U
I
==
=
+
=
φ
I
nm
và M
nm
là dòng điện và mô men ngắn mạch
Từ các phương trình trên mối quan hệ
ω
=f(M) và
ω
= f(I) được biểu diễn như hình sau:

II. Các thông số ảnh hưởng đến đặc tính cơ

1. ảnh hưởng của thông số R
f
Giả thiết rằng U
l
= U
đm
, Φ = Φ
ddm
, muốn thay đổi điện trở tổng của mạch phần ứng ta thay
đổi R
f
Trong trường hợp này ta có

const
k
U
dm
dm
===
0
ω
φ
ω
Độ cứng của đặc tính cơ

Var
RR
k
d
dM

fu
dm
=
+
==
2
)(
φ
ω
β
R
f
càng lớn thì độ cứng
β
càng nhỏ nghĩa là đặc tính càng dốc . Khi R
f
= 0 ta có đặc tính cơ tự
nhiên với
u
dm
tn
R
k
2
)(
φ
β
−=
có giá trị là lớn nhất
ở hệ đơn vị tương đối

*
*
1
u
tn
R
−=
β

Như vậy khi thay đổi điện trở R
f
ta được một họ đặc tính như trên hình vẽ

12
2. ảnh hưởng của điện áp U
l
Giả thiết rằng R
f
= const , Φ = Φ
ddm
,khi thay đổi điện áp phần ứng ta có

Tốc độ không tải lý tưởng
Var
k
U
dm
l
==
φ

ω
0
Độ cứng của đường đặc tính cơ
const
RR
k
d
dM
fu
dm
=
+
==
2
)(
φ
ω
β
Như vậy khi thay đổi điện áp phần ứng ta được một họ đường đặc tính cơ nhân tạo song song với
nhau
3. ảnh hưởng của từ thông kích từ Φ
Giả thiết rằng R
f
= const , U= U
dm
,khi thay đổi từ thông kích từ Φ
kt
ta có
Tốc độ không tải lý tưởng
Var

k
U
l
==
φ
ω
0
Độ cứng của đường đặc tính cơ
Var
RR
k
d
dM
fu
=
+
==
2
)(
φ
ω
β
Đối với đường đặc tính cơ điện
const
R
U
I
dm
nm
==

không phụ thuộc vào từ thông kích từ , còn ở
đường đặc tính cơ
VarIkM
nmxnm
==
φ
max
Do cấu trúc của máy điện cho nên việc điều chỉnh từ thông chỉ tiến hành theo chiều giảm.Các
đường đặc tính cơ nhân tạo được trình bày trên hình vẽ .
13
III. Phương pháp xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo
Để xây dựng được đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập (song song ) ta
cần biết các thông số sau đây
P
đm
,U
đm
, I
đm
,n
đm
,

R
ư
, η
đm

1. Cách dựng đường đặc tính cơ điện , cơ tự nhiên
Vì các đường đặc tính cơ là các đường thẳng cho nên khi xây dựng đường đặc tính cơ ta chi cần

xác định 2 điểm đặc biệt : Điểm không tải và điểm làm việc định mức
a. Đặc tính cơ điện tự nhiên
- Điểm không tải có tọa độ [ I = 0 ;
0
ωω
=
] trong đó các điểm này được xác định như sau :

dm
udmdm
dm
dm
dm
RIU
k
k
U
ω
φ
φ
ω
−
=
=
0
- Điểm định mức có tọa độ [ I = I
đm
;
dm
ωω

=
] trong đó các điểm được xác định như sau :
55,9
dm
dm
n
=
ω

b. Đặc tính cơ tự nhiên
- Điểm thứ nhất được xác định như trong đặc tính cơ điện
- Điểm thứ 2 có tọa độ [ M = M
đm
;
dm
ωω
=
] trong đó
dm
dm
dm
P
M
ω
=
2. Cách dựng đường đặc tính cơ nhân tạo
a. Đặc tính biến trở
Mọi đặc tính biến trở đều đi qua điểm không tải lý tưởng
0
ωω

=
, như vậy ta chỉ cần xác định
thêm điểm định mức . Điểm này có tọa độ :
- Với đặc tính cơ điện [ I
đm
,
ntdm
ω
]
14
- Với đặc tính cơ [ M
đm
,
ntdm
ω
]
Trong đó giá trị của
ntdm
ω
được xác định như sau
Từ phương trình đặc tính cơ điện tự nhiên ta có

dm
udmdm
dm
k
RIU
φ
ω
−

=

Từ phương trình đặc tính biến trở ta có

dm
fudmdm
ntdm
k
RRIU
φ
ω
)( +−
=
Tiến hành lập tỉ số
dm
ntdm
ω
ω
và biến đổi ta có

udmdm
fudmdm
dmntdm
RIU
RRIU
−
+−
=
)(
ωω

Như vậy từ các giá trị trên ta sẽ dựng được đường đặc tính biến trở
b. Đặc tính giảm từ thông
Việc xây dựng đường đặc tính cơ nhân tạo dựa vào đặc tính cơ tự nhiên. Ta xác định 2 điểm :
Điểm không tải [ I = 0 ; M = 0 hoặc
x0
ωω
=
] và điểm định mức [ I = I
đm
; M = M
đm
hoặc
ntdmxntdm
ωωωω
∆−==
0
]
- Với đặc tính cơ điện :
Điểm thứ nhất ứng với I = 0 ta có :








===
x
dm

x
dm
dm
dm
dm
dm
x
k
U
k
U
φ
φ
ω
φ
φ
φφ
ω
00
*
Với giả thiết rằng mạch từ chưa bão hòa thì khi đó ta có
kt
CI=
φ
C: hệ số tỉ lệ
Do đó









≈
ktx
ktdm
x
I
I
00
ωω
Điểm thứ 2 ứng với I
đm
ta cần xác định độ sụt tốc độ nhân tạo tương ứng :
dm
udm
ntdm
k
RI
φ
ω
=∆
Hoặc có thể xác định
ntdm
ω
∆
dựa vào độ sụt tốc định mức trên đặc tính cơ điện tự nhiên
ntdm
ω

∆
theo biểu thức sau :








∆=∆
x
dm
tndmntdm
φ
φ
ωω
hoặc








∆≈∆
x
dm
tndmntdm

I
I
ωω
Trong đó
dm
udm
tndm
k
RI
φ
ω
=∆
Dựa vào các thông số trên ta xác định được điểm thứ 2 và tiến hành dựng đặc tính
15
- Với đặc tính cơ :
Điểm thứ nhất được xác định như ở trên
Điểm thứ 2 ứng với M
đm
ta cần xác định độ sụt tốc độ tương ứng
2
)(
x
udm
tndm
k
RM
φ
ω
=∆
Từ các phương trình đặc tính cơ tự nhiên và giảm từ thông ta có

2








∆=∆
x
dm
tndmntdm
φ
φ
ωω
hoặc
2








∆≈∆
x
dm

tndmntdm
I
I
ωω
Ta có đường đặc tính được vẽ như sau
Khi xây dựng nếu chưa biết R
ư
thì ta có thể xác định như sau:
dmdm
dm
dm
dmu
R
I
U
r )1(5,0)1(5,0
ηη
−=−=
và trong các phương trình thường lấy R
ư
= r
ư
IV . Khởi động và cách xác định điện trở khởi động cho động cơ điện một chiều kích từ độc
lập
1. Khởi động động cơ
Khi khởi động động cơ , dòng điện khởi động ban đầu (dòng điện ngắn mạch) với đặc tính tự
nhiên được xác định :

u
dm

nm
R
U
I =
ở những động cơ công suất trung bình và lớn R
ư
thường rất nhỏ

dmnm
dm
dm
u
II
I
U
R
)2520(
)05,004,0(
÷=
÷=

16
Với dòng điện lớn như vậy không thể cho phép về mặt chuyển mạch và phát nóng cũng như
sụt áp trên lưới điện
Để hạn chế dòng điện khi khởi động , ta phải sử dụng một điện trở nối tiếp với mạch phần
ứng gọi là điện trở khởi động R
f
. Trị số của R
f
được chọn sao cho

dm
fu
dm
nm
I
RR
U
I )5,22( ÷≤
+
=
Điện trở này sẽ được cắt đần ra khỏi mạch phần ứng trong quá trình khởi động.Ta có sơ đồ
khởi động như sau ( 1K, 2K ,3K là các tiếp điểm khống chế quá trình khởi động
2. Các phương pháp xác định điện trở khởi động
a.Phương pháp đồ thị
Phương pháp này được tiến hành theo các bước sau đây:
-Dựa vào các thông số của động cơ tiến hành dựng đường đặc tính cơ tư nhiên.
-Chọn 2 giới hạn chuyển đổi của dòng điện khởi động : Giới hạn dòng điện trên I
1
được chọn
đảm bảo điều kiện phát nóng của động cơ

dm
II )5,22(
1
÷≤
Dòng điện chuyển cấp I
2
được chọn để không làm giảm thời gian khởi động

dm
II )3,11,1(
2
÷≥
hoặc I
c
-Đặt I
1
, I
2
lên trục hoành , từ I
1
, I
2
kẻ 2 đường dòng song song với trục tung cắt đường đặc tính
cơ tự nhiên tại 2 điểm a,b . Từ điểm b kẻ đường song song với trục hoành cắt đường dóng I
2
tại c .
Nối
0
ω
,c ta được đường đặc tính biến trở thứ 1 . Đặc tính này cắt đương dóng I
1
tại d . Tại d lại kẻ
đường song song với trục hoành cắt đường dóng I
2
tại e . Nối
0
ω
, e ta được đặc tính biến trở thứ 2

. Tiếp tục làm như vậy cho đến khi đồ thị thỏa mãn các điều kiện sau :
+ Số đặc tính biến trở bằng số cấp khởi động m yên cầu .
+ Đặc tính biến trở cuối cùng phải cắt trục hoành tại điểm I
1
ứng với
0=
ω

- Xác định giá trị của các cấp điện trở khởi động
Từ
0
=
ω
kẻ đường song song với trục hoành cắt đường dòng I
1
tại i
ứng với I
1
trên đặc tính cơ điện tự nhiên ta có :

1
I
k
R
u
tn
φ
ω
=∆
Trên đặc tính biến trở 1 ta có

17

1
1
1
I
k
RR
fu
nt
φ
ω
+
=∆
Lập tỉ số
nt
nt
ω
ω
∆
∆
1
ta có

u
fu
nt
nt
R
RR

1
1
+
=
∆
∆
ω
ω
Biến đổi biểu thức trên ta có

u
tn
tnnt
f
RR
ω
ωω
∆
∆−∆
=
1
1
Từ đồ thị ta có
uuf
R
ib
bd
R
ib
ibid

R =
−
=
1
Tương tự với các đặc tính biến trở khác ta có

uuf
uuf
R
ib
fh
R
ib
ifih
R
R
ib
df
R
ib
idif
R
=
−
=
=
−
=
3
2

b. Phương pháp giải tích
Giả thiết động cơ được khởi động với m cấp điện trở , đường đặc tính dốc nhất là đường thứ m ,
lần lượt là m-1
Điện trở phụ tại mỗi cấp là r
f1
, r
f2
, r
fm
và điện trở tổng với mỗi đặc tính là
R
1
= R
ư
+r
f1

R
2
= R
ư
+r
f1
+r
f2


R
m-1
= R

ư
+r
f1
+r
f2
+ r
f(m-1)
R
m
= R
ư
+r
f1
+r
f2
+ r
f(m-1)
+r
fm
Tại điểm g trên đường đặc tính ta có
m
mdm
R
EU
I
−
=
2
Tại điểm f
1

1
−
−
=
m
mdm
R
EU
I
E
m
là sdd của động cơ ứng với
gf
ω
. Tiến hành lập tỉ số I
1
/I
2
ta có I
1
/I
2
= R
m
/R
m-1
Tương tự với các cấp khác ta có :

um
m

m
m
R
R
R
R
R
R
I
I
1
2
1
12
1
====
−
−
−
Đặt
λ
=
2
1
I
I
là bội số dòng điện khởi động ta có

um
m

m
m
R
R
R
R
R
R
I
I
1
2
1
12
1
=====
−
−
−
λ
Ta rút ra được

u
m
mm
u
u
u
RRR
RRR

RRR
RR
λλ
λλ
λλ
λ
==
==
==
=
−1
3
23
2
12
1


- Nếu biết số cấp điện trở khởi động m , R
m
,R
ư
ta tìm được bội số dòng điện kđ
18

m
u
dm
m
u

m
IR
U
R
R
1
==
λ
trong đó R
m
= U
dm
/I
1
- Nếu biết
λ
, R
m
,R
ư
ta xác định được m

λλλ
lg
1
lg
lg
1
lg
lg

lg
*
1
**
1
*
MRIRR
R
m
uuu
m
===
Khi đó trị số các cấp điện trở khởi động được xác định như sau :
u
m
mmm
u
uf
uuf
RRRr
RRRr
RRRr
RRRr
)1(

)1(
)1(
)1(
1
1

2
233
122
11
−=−=
−=−=
−=−=
−=−=
−
−
λλ
λλ
λλ
λ
Việc xác định số cấp điện trở khởi động được tính toán cụ thể như sau :
+.Cho m , yêu cầu khởi động nhanh ta có thể tiến hành như sau :
- Chọn I
1
= 2.5I
đm
và tính R
m
= U
đm
/I
1
- Tính
λ
- Xác định các cấp điện trở cần thiết r
f1

, r
f2
, r
fm.
+. Cho m , yêu cầu khởi động bình thường ta có thể tiến hành như sau :
- Chọn giới hạn dưới của dòng điện khởi động I
2
=(1.1 –1.3)I
c
hoặc I
đm
- Các định
λ
theo biểu thức
1
*
2
*
1
2
1
+
+
==
m
u
m
u
dm
MR

IR
U
λ
- Từ
λ
xác định trị số cấp điện trở cần thiết
+. Cần xác định số cấp điện trở khi không biết m :
- Tùy theo yêu cầu chọn chế độ khởi động ( bình thường , êm hoặc không êm ) và xác định
I
1
hoặc I
2
- Tính
λ
- Xác định m theo biểu thức
λλλ
lg
1
lg
lg
1
lg
lg
lg
*
1
**
1
*
MRIRR

R
m
uuu
m
===
- Nếu m không nguyên chọn lại I
1
hoặc I
2
và tính lại
- Xác định trị số của các cấp điện trở khởi động
V. Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ độc lập
Hãm là một trạng thái mà mô men động cơ sinh ra ngược lại với chiều quay của rotor. Động cơ
điện có 3 trạng thái hãm : Hãm tái sinh , hãm ngược và hãm động năng
1. Hãm tái sinh
Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của ro to lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng nhờ phụ tải có
tính thế năng . Khi hãm E > U động cơ làm việc như một máy phát điện song song với lưới.
Trong chế độ này dòng điện và mô men đổi chiều

0
0
0
<Φ=
<
Φ−Φ
=
−
=
hh
l

h
IkM
R
kk
R
EU
I
ωω
Phương trình đặc tính cơ trong quá trình hãm là
19

hh
M
k
R
I
k
R
2
00
)( Φ
+=
Φ
+=
ωωω
Đặc tính cơ được biểu diễn trên hình
* Hiệu suất trong quá trình hãm tái sinh
Khi phụ tải là định mức thì ta có
*
*

1
1
R
R
+
−=
η
a. Các trương hợp xảy ra hãm tái sinh
- ở những hệ có điều chỉnh tóc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần
ứng động cơ, HTS xảy ra trên những đoạn đặc tinh mà điện áp phần ứng có trị số nhỏ hơn
sdd của nó . H1
- ở nhưng hệ TDD có tải thế năng , HTS xảy ra khi hạ tải với tốc độ lớn hơm tốc độ không
tải .

2. Hãm ngược
Hãm ngược xảy ra khi ro to quay ngược với chiều quay tương ứng do điện áp nguồn gây ra .HN
xảy ra trong các trường hợp sau
a. Đưa thêm điện trở phụ có giá trị đủ lớn vào trong mạch ro to
Khi đó mô men ngắn mạch của đặc tính biến trở nhỏ hơn mô men cản
20
EI
RI
P
PP
P
P
dt
dt
dt
d

2
1
−=
∆−
==
η
Giả sử động cơ đang nâng tải với tốc độ xác lập ứng với điểm a trên đặc tính , khi đưa thêm điện trở
phụ vào mạch phần ứng động cơ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đặc tính biến trở. Tại b do mô
men của động cơ nhỏ hơn mô men cản nên nó giảm tốc , tải vẫn được nâng lên với tốc độ giảm dần.
Đến c tốc độ bằng 0 do mô men của động cơ nhỏ hơn mô men cản nên mô men cản bắt rô to quay
ngược lại, tải được hạ với tốc độ tăng dần.
Tại d do mô men động cơ cân bằng với mô men cản nên tải được hạ với tốc độ không đổi.
Đoạn hãm ngược là doạn cd trên đường đặc tính

hh
fu
hl
fu
l
h
IkM
RR
IkU
RR
EU
I
Φ=
+
Φ+
=

+
+
=
Trong giai đoạn HN động cơ làm việc như một máy phát mắc nối tiếp với lưới điện , biến điện năng
nhận từ lưới và cơ năng trên trục động cơ thành nhiệt năng vì vậy tổn thất năng lượng là rất lớn.
Phương trình cân bằng công suất P
đ
+ P
cơ
= P
nhiệt
U
l
I + M
ω
=(R
ư
+ R
f
)I
2
Phương trình dặc tính cơ là phương trình biến trở
b.Đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng
Sơ đồ hãm có dạng như sau
Đặc tính và quả trình hãm được chỉ ra trên hình vẽ
21
Giả sử động cơ đang làm việc xác lập tại điểm a trên đặc tính cơ tự nhiên với phụ tải là M
c
ta tiến
hành đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng , động cơ chuyển sang làm việc tại điểm b trên đường đặc

tính theo chiều ngược lại . Tại b do quán tính ro to vẫn quay theo chiều cũ nhưng tốc độ giảm dần.
Taị c tốc độ động cơ bằng 0 , nếu ta cắt động cơ ra khỏi lưới thì ro to sẽ dừng , nếu không tốc độ
động cơ sẽ quay tăng dần theo chiều ngược lại và động cơ sẽ làm việc xác lập tại điểm d trên đường
đặc tính . Đoạn bc là đoạn hãm ngược
Trong giai đoạn hãm ngược do điện áp đổi cực tính nên

0
0
)(
<Φ=
<
+
Φ+
−=
+
+−
=
hh
fu
hl
fu
l
h
IkM
RR
IkU
RR
EU
I
dòng hãm ban đầu có trị số rất lớn vì vậy phải đưa thêm điện trở phụ R

f
có giá trị đủ lớn để I
h
nằm
trong giới hạn cho phép

dmh
II )5,22( ÷≤
Phương trình đặc tính cơ có dạng như sau

M
k
RR
k
U
I
k
RR
k
U
fu
l
h
fu
l
2
)( Φ
+
+
Φ

−=
Φ
+
+
Φ
−=
ω
3. Trạng thái hãm động năng
HĐN là một trạng thái máy phát mà năng lượng cơ học tích lũy được trong quá trình làm việc
trước đó tiêu tán trong mạch phần ứng dưới dạng nhiệt . Có thể xảy ra 2 trường hợp:
a. Hãm động năng kích từ độc lập
Xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt phần ứng ra khỏi lưới và đóng kín mạch qua điện trở R
h
còn
mạch kích từ vẫn được giữ nguyên như cũ
Sơ đồ nguyên lý được chỉ ra trên hình vẽ
Tại thời điểm cắt động cơ ra khỏi lưới điện, do động năng tích lũy trong quá trình làm việc trước
đó nên ro to vẫn quay theo chiều cũ với tốc độ ban đầu ω
bđ
và có sdd ban đầu
E
bđ
= kΦω
bđ
22
Vì phần ứng được khép kín qua điện trở hãm , nên sdd ban đầu sinh ra dòng điện hãm ban đầu
được tính theo biểu thức

0
0

<Φ=
<
+
Φ
−=
+
−
=
hh
hu
bd
hu
bd
h
IkM
RR
k
RR
E
I
ω
Điện áp đặt vào phần ứng lúc hãm bằng 0 nên phương trình đặc tính cơ và cơ điện lúc này `

h
hu
h
hu
M
k
RR

I
k
RR
2
)( Φ
+
−=
Φ
+
−=
ω
ω
với I
h
và M
h
<0
Đặc tính của quá trình hãm như sau
Điện trở R
h
được chọn sao cho dòng điện hãm nằm trong giới hạn cho phép

dmhbd
II )5,22( ÷≤
Độ cứng của đường đặc tính cơ khi xảy ra hãm động năng

hu
RR
k
+

Φ
−=
2
)(
β
Phương trình cân bằng công suất
EI = (R
ư
+ R
h
) I
2
b. Hãm động năng tự kích
Nhược điểm của phương pháp hãm động năng tự kích là khi mất điện thì không thể hãm được vì
vậy hay sử dụng hãm động năng tự kích.
Hãm động năng tự kích xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt chúng ra khỏi lưới điện rồi đóng
chúng như trên sơ đồ . Lưu ý là chiều của cuộn kích từ vẫn được giữ nguyên như cũ.
23
Từ sơ đồ nguyên lý ta có I
ư
= I
h
+ I
kt
Với
hkt
hkt
u
hkt
hkt

u
u
Rr
Rr
R
k
Rr
Rr
R
E
I
+
+
Φ
−=
+
+
−=

ω
Phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ là

M
k
Rr
Rr
R
I
k
Rr

Rr
R
hkt
hkt
u
u
hkt
hkt
u
2
)(

Φ
+
+
−=
Φ
+
+
−=
ω
Trên thực tế r
kt
có giá trị rất lớn so với R
h
nên ta có thể coi
1
.
≈
+

+
hkt
hkt
u
Rr
Rr
R
và như vậy phương
trình trên trở thành

M
k
RR
I
k
RR
hu
u
hu
2
)( Φ
+
−=
Φ
+
−=
ω
Trong quá trình hãm tốc độ giảm dần do đó từ thông giảm dần và là hàm của tốc độ vì vậy các
đường đặc tính có dạng phi tuyến
2.3 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

I. Đặc điểm
Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ được mắc nối tiếp với cuộc dây phần ứng , vì
vậy cuộn kích từ có tiết diện lớn, số vòng dây nhỏ
Sơ đồ nguyên lý được trình bày trên hình vẽ
II. Phương trình đặc tính và dạng của chúng
Từ sơ đồ nguyên lý ta có

fdfcfktctfu
l
RRRrrrrR
IkM
IRkIREU
+=++++=
Φ=
+Φ=+=
ω
Ta rút ra được phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ
24

M
k
R
k
U
I
k
R
k
U
l

l
2
)( Φ
−
Φ
=
Φ
−
Φ
=
ω
ω
Ta nhận thấy phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ phụ thuộc cả vào từ thông Φ của động cơ
vì từ thông phụ thuộc vào dòng điện phần ứng
Để đơn giản ta giả thiết từ thông tỉ lệ tuyến tính với dòng điện kích từ nghĩa là ta có
Φ = C.I
kt
= C I
ư
Thay vào phương trình đặc tính cơ điện của động cơ ta có :

constkCAA
B
M
A
B
M
kCA
kC
M

IkCIIkM
const
kC
R
Bconst
kC
U
AB
I
A
kC
R
kCI
U
ll
==
−=−=







=⇒=Φ=
====−=−=
12
21
2
1

1
ω
ω
đặc tính cơ và cơ điện của động cơ có dạng hypebol và rất mềm. Đặc tính được trình bày trên hình vẽ


Qua đường đặc tính ta nhận thấy khi động cơ làm việc trong chế độ không tải lý tưởng I=0,M=0 thì
tốc độ không tải của động cơ sẽ rất lớn . tuy nhiên do có ma sát nên
Φ
dư
=(2 –10)%Φ
đm
nên khi không tải lý tưởng ta có

du
l
k
U
Φ
=
0
ω
do Φ
dư
rất nhỏ nên tốc độ không tải là rất lớn . Các động cơ đang sử dụng trong công nghiệp chỉ cho
phép
dm
ωω
<
max

vì vậy không được phép sử dụng động cơ MCKTNT trong các hệ truyền động
không tải hoặc tải nhỏ.
Mô men của động cơ được xác định theo công thức

2
2
2
2
)(
)(2
)(
RkC
kCU
d
dM
RkC
kCU
M
l
l
+
−==⇒
+
=
ω
ω
β
ω

Độ cứng phụ thuộc vào tốc độ , tốc độ càng giảm modul độ cứng càng tăng

III. Phương pháp xây dựng đặc tính cơ tự nhiên và biến trở
Mối quan hệ Φ =f(I
ư
) là không tuyến tính nên khi xây dựng đặc tính cơ và cơ điện phải sử dụng
phương pháp đồ thị giải tích dựa vào đường cong thực nghiệm đã cho. Người ta gọi đó là những
đường đặc tính vạn năng
)(),(
****
IfMIf ==
ω
và được xác định bằng thực nghiệm . Các đơn vị
cơ bản sử dụng trong đơn vị tương đối được chọn là các đại lượng định mức . Dựa vào các đặc tính
25
vạn năng và các thông số định mức ta dựng được các đặc tính tự nhiên , từ đó dựng được các đặc tính
biến trở
1. Phương pháp xây dựng các đặc tính tự nhiên từ các đặc tính vạn năng
Với mỗi động cơ một chiều kích từ nối tiếp ta biết các thông số sau :
P
đm
, U
dm
, I
đm
, n
đm
, R
đm
, r
kt
,

Để dựng đặc tính tự nhiên ta tiến hành như sau:
- Từ đặc tính vạn năng, ta lấy các giá trị tùy ý của dòng điện tương đối I
1
*
, I
2
*
, I
n
*
. Dựa vào đồ
thị các đặc tính vạn năng ta tìm được các giá trị tương đối ω
1
*
, ω
2
*
, ω
n
*
, M
1
*
, M
2
*
, M
n
*
Tính đổi các đại lượng tương đối ra các đại lượng tuyệt đối theo các công thức sau

dm
dm
dmdm
dm
dmdm
dm
P
MMMM
n
I
III
ω
ωωω
1000
55,9
*
*
*
==
==
=
Kết quả tính toán được ghi vào bảng sau
I
*
I
1
*
I
2

*
I
3
*
I
n
*
I(A) I
1
I
2
I
3
I
n
ω
*
ω
1
*
ω
2
*
ω
3
*
ω
n
*
ω ω

1
ω
2
ω
3
ω
n
M
*
M
1
*
M
2
*
M
3
*
M
n
*
M M
1
M
2
M
3
M
n
Dựa vào các số liệu trong bảng ta sẽ xây dựng được đường đặc tính cơ và cơ điện tự nhiên.

2. Cách xây dựng đặc tính biến trở
Từ các phương trình đặc tính cơ điện tự nhiên và đặc tính biến trở ta có

Φ
+−
=
Φ
−
=
k
RRIU
k
IRU
fdl
nt
dl
tn
)(
ω
ω
Khi có cùng dòng điện thì giá trị của từ thông Φ là như nhau nên ta có







−
+−

=
Rdl
fdl
tnnt
IRU
RRIU )(
ωω
Dựa vào các kết quả thu được ở mục 1 ta sẽ tìm dược các giá trị tốc độ nhân tạo , lập bảng và dựng
đường đặc tính
IV. Khởi động và xác định giá trị điện trở khởi động
1. Khởi động
Để khởi động ĐC 1C KTNT người ta cũng đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng rồi cắt dần ra .
Sơ đồ nguyên lý được chỉ ra trên hình vẽ

2. Xác định giá trị điện trở khởi động
Ta có đồ thị để xác định điện trở khởi động như sau
26
Giả sử đã có đồ thị đặc tinh khởi động vẽ trên hình đảm bảo các điều kiện như đã nêu đối với động cơ
một chiều kích từ độc lập . Với 2 giá trị I
1
và I
2
trên mỗi đặc tính ta kẻ các đường thẳng ab,cd ,ef, gh .
Các đường thẳng này đồng qui tai điểm A ( Việc chứng minh xen tai SGK ) . Các bước tiến hành xác
định giá trị các cấp điện trở phụ được tiến hành như sau :
Bước 1 : Dựa vào các thông số của động cơ và các đặc tính vạn năng tiến hành dựng đặc tính cơ điện
tự nhiên
Bước 2 : Chọn giới hạn trên của dòng điện khởi động
dm
II )5,22(

1
÷≤
và tính điện trở tổng mạch
phần ứng tương ứng I
1
khi động cơ chưa quay
R= U
đm
/I
1
Bước 3 : Chọn giới hạn dưới của dòng điện khởi động
dm
II )3.11.1(
2
÷≥
hoặc I
c
. Từ I
2
dựa vào đặc
tính cơ điện tự nhiên tính tốc độ nhân tạo của động cơ tại điểm g trên đặc tính biến trở dốc nhất theo
biểu thức
ddm
dm
tnnt
RIU
RIU
2
2
−

−
=
ωω
kẻ đường thẳng qua h,g ta được đường tuyến tính hóa của đặc tính khởi động dốc nhất. Trên đặc tính
tự nhiên vẽ đường thẳng qua 2 điểm b,a . Đường thẳng này cắt đương hg tại điểm A
Bước 4 : Từ A dựng họ đặc tính khởi động hình tia đảm bảo các điều kiện:
- Số đặc tính biến trở bằng số cấp điện trở khởi động yêu cầu
- Điểm c và b nằm trên đường thẳng song song với trục hoành
Nếu không thỏa mãn các điều kiên trên phải chọn lại I
1
hoặc I
2
rồi dựng lại
Bước 5 : Gọi toàn bộ điện trở phụ khi khởi đông là R
f
ta có R
f
= R - R
đ
Và điện trở ở mỗi cấp









=

=
=
ff
ff
ff
R
bh
hf
R
R
bh
df
R
R
bh
bd
R
3
2
1

IV. Các trạng thái hãm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp
Động cơ một chiều kích từ nối tiếp không có trạng thái hãm tái sinh mà chỉ có trạng thái hãm ngược
và hãm động năng
1. Trạng thái hãm ngược
Xảy ra 2 trường hợp hãm ngược :
a. Đưa thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch phần ứng
Đoạn đặc tính hãm ngược được chỉ ra trên hình vẽ
Dòng điện hãm được xác định theo biểu thức
27

fd
dm
h
RR
kU
I
+
Φ+
=
ω
Trong đó từ thông
Φ
biến đổi và phụ thuộc vào tốc độ và phương trình đặc tính cơ là phương trình
đặc tính biến trở.

b. Đổi chiều điện áp đặt vào phần ứng
Trường hợp này thường sử dụng để hãm dừng máy. Chiều dòng điện kích từ cần được giữ nguyên
như trước khi hãm. Đặc tính cơ được chỉ ra trên hình vẽ
Đoạn hãm ngược là đoạn bc . Dòng điện hãm trong đoạn này được tính theo biểu thức

fd
dm
h
RR
kU
I
+
Φ+
−=

ω
Phương trình đặc tính cơ có dạng sau
M
k
RR
k
U
fd
dm
2
)( Φ
+
+
Φ
−=
ω

Trong đó R
f
là trị số điịen trở thêm vào mạch phần ứng sao cho I
hbđ
< (2-2,5)I
đm
2. Hãm động năng
a. Hãm động năng kích từ độc lập
28
Hãm động năng tự kích xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt phần ứng ra khỏi lưới điện và đóng kín
mạch thông qua điện trở hãm R
h
Còn cuộn kích từ được mắc vào nguồn thông qua R

kt
sao cho trị số
của cuộn kích từ có giá trị và chiều như cũ
Đặc tính cơ khi hãm động năng của động cơ là một thẳng đi qua gốc tọa độ và có phương trình

ctctfuu
dm
hu
rrrR
M
k
RR
++=
Φ
+
−=
2
)(
ω
Giá trị R
f
được chọn sao cho dòng điện hãm ban đầu nằm trong giới hạn cho phép
u
dm
bddm
h
R
I
k
R −

÷
Φ
=
)5,22(
ω
trong đó ω
bđ
= ω
max
tốc độ thực tế lớn nhất trong quá trình làm việc .
Đặc tính cơ là đường số 1 trên đồ thị
b. Hãm động năng tự kích
Hãm động năng tự kích xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích từ ra khỏi lưới
điện rồi đóng kín qua điện trở hãm nhưng vẫn giữ cho chiều dòng kích từ như cũ.
Ta có sơ đồ nguyên lý như trên hình vẽ
Phương trình đặc tính cơ có dạng sau
M
k
RR
hu
2
)( Φ
+
−=
ω
Và dạng của đặc tính cơ là đường số 2
29
§2.4. §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ hçn hîp
I. Các đặc tính tự nhiên và biến trở
Khi làm việc ở trạng thái động cơ sức từ động của hai cuộn kích từ có chiều trùng nhau . từ thông

chính của động cơ được tạo ra bởi từ thông tổng của các stđ nói trên :
Φ
chính
= Φ
//
+Φ
nt
F
kt
= F
kts
+ F
ktn
= W
kts
I
kts
+ W
ktn
I
ktn
Trong các biểu thức trên Φ
//
,Φ
nt
: từ thông do các cuộn kích từ song song và nối tiếp tạo ra
W
kts
, W
ktn

: Số vòng dây của cuộn song song và nối tiếp
I
kts
, I
ktn
: Dòng điện chạy qua cuộn song song và nối tiếp
Như vậy từ thông chính của động cơ phụ thuộc vào dòng điện phần ứng tức là phụ thuộc vào phụ tải .
Vì động cơ một chiều kích từ hỗn hợp có hai cuộn kt nên các đặc tính của nó có dạng trung gian giữa
động cơ kích từ độc lập và nối tiếp
Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp có dạng như sau :
30