CHƯƠNG 3.1: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN pot

CHƯƠNG 3: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN.
§ 3.1 Khái niệm chung.
1. Sai số tốc độ.
Sai số tĩnh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặt . Nó là giá trị tương đối
của độ sụt tốc tương ứng với tải định mức so với tốc độ đặt khi không tải lý tưởng

*
%100%
ω
ω
ωω
∆=
−
=
od
od
s
trong đó ω
ôđ
: Tốc độ ứng với tải định mức
: tốc độ tương ứng với tải định mức
Nếu tốc độ không tải lý tưởng của hệ không xác định định được thì sai số tĩnh được xác định như
sau :

%100%
1
21
ω
ωω
−
=s

với ω
1
: Tốc độ ứng với phụ tải nhỏ nhất M
min
ω
2
: tốc độ tương ứng với phụ tải M = M
min
+ M
đm
Nếu đặc tính cơ là một đường thẳng thì ta có
%100%
0
βω
c
M
s =
Như vậy sai số tĩnh tốc độ phụ thuộc vào độ cứng của đặc tính cơ β , tốc đọ dặt khi không tải lý tưởng
ω
ôđ
và phụ tải trên trục động cơ M
c
. sai số càng nhỏ thì độ chính xác trong điều chỉnh càng cao

2. Dải điều chỉnh tốc độ.
Giải điều chỉnh tốc độ là tỉ số giữa tốc độ làm việc lớn nhất và nhỏ nhất ứng với phụ tải đã cho

min
max
ω

ω
=D
- Tốc độ lớn nhất ω
max
thường bị giới hạn bởi độ bền cơ học của phần quay trong máy điện, trong các
máy thông dụng chỉ cho phép ω
max
≤
(2 - 3) ω
đm
- Tốc độ nhỏ nhất trong dải điều chỉnh bị chặn bởi yêu cầu khắc phục mô men quá tải cho phép , đảm
bảo độ chính xác điều chỉnh hoặc do ttính chất đặc thù của từng hệ
Để có những tốc độ thấp ta phải giảm độ cứng cơ hoặc giảm tốc độ không tải lý tưởng ω
0.
,cả hai cách
đều làm giảm mô men ngắn mạch M
nm
và tăng sai số tĩnh s
Trong phương pháp giữ nguyên
0
ω
và thay đổi độ cứng
β
với
12
ββ
<
ta có

10

1
2.0
2101202
.
;
βωβω
βωβω
cc
nmnm
M
s
M
sMM =>==<=
Khi giữ nguyên
β
và thay đổi
0
ω
ta có

βωβω
βωβω
.
;
0
1
.0
20102
cc
nmnm

M
s
M
sMM =>==<=
50
Như vậy khi
min
ω
càng nhỏ thì M
nm2
càng nhỏ và s
2
càng lớn . Đến một mức nào đó M
nm2
sẽ không đủ
để khắc phục mô men quá tải và máy dể bị dừng đột ngột , đồng thời sai số tốc độ có thể lớn quá mức
cho phép
3. Độ tinh
Độ tinh điều chỉnh thể hiện mức khác nhau giữa hai cấp tốc độ thứ i và thứ i+1 . Nó được đánh giá
nhờ hệ số tinh

1
1
>=
+
i
i
ω
ω
ϕ

Hệ số tinh càng nhỏ càng tốt , vì càng dễ chọn được tốc độ tối ưu theo yêu cầu công nghệ . Trường
hợp lý tưởng là
1→
ϕ
, khi đó ta có điều chỉnh vô cấp . Muốn tăng độ tinh ta phải đặt phần tử điều
chỉnh trong mạch công suất nhỏ như mạch kích từ của máy điện hoặc các bộ khuyếc đại

4. Mức độ phù hợp giữa đặc tính tải cho phép của động cơ và đặc tính cơ của máy sản xuất
Đặc tính tải cho phép của máy điện
)(
.
ω
fM
cpc
=
là quan hệ giữa mô men của máy điện đó khi dòng
điện bằng định mức với tốc độ làm việc xác lập . Đôi khi khi đặc tính nayd được biểu thị theo công
suất
)(
.
ω
fP
cpc
=
, trong đó
cpccpc
MP

=
. Nếu tốc độ là định mức thì đương nhiên ta có

dmcpc
MM =
.
và
dmcpc
PP =
.
. khi điều chỉnh
dm
ωω
≠
nên dù ta giữ dòng định mức không đổi nhưng mô men máy
điện vẫn có thể khác giá trị định mức (
dmcpc
MM ≠
.
) . Nói chung M
c,cp
và P
c.cp
là những hàm của tốc
độ phụ thuộc phương pháp điều chỉnh.
- Nếu như trên toàn dải điều chỉnh đặc tính này luôn trùng đặc tính cơ của máy sản xuất như trên
hình vẽ thì khi làm việc ở bất kỳ tốc độ nào mô men cản trên trục động cơ cũng bằng mô men tải cho
phép
dmcpc
MM =
.

Nếu đặc tính cơ của động cơ khác máy sản xuất như chỉ ra trên hình vẽ

khi đó động cơ chỉ làm việc với
dmc
MM =
.
, nghĩa là với I=I
đm
ở một tốc độ
3
ω
nào đó mà thôi . Trong
vùng
cpcc
MM
.21
, <<<
ωωω
nên máy điện non tải , I<I
đm .
Ngược lại trong vùng
cpcc
MM
.23
, ><<
ωωω
máy điện sẽ bị làm việc quá tải.
51
5. Huớng điều chỉnh
Hướng điều chỉnh là chiều hướng biến đổi tốc độ so với giá trị tốc độ trên đặc tính cơ bản . Có thể
điều chỉnh dưới cơ bản (

cb
ωω
<
) hoặc trên cơ bản
cb
ωω
>
. Đa số các trường hợp là điều chỉnh
dưới cơ bản , nhưng cũng có hệ thống cho phép điều chỉnh theo hai phía như các hệ F-Đ , V-Đ
6. Tính kinh tế
Tính kinh tế có ý nghĩa rất quan trọng. Để đánh giá tính kinh tế , ta phải xét đến năng suất của máy sản
xuất do phương án truyền động đem lại , vốn đầu tư cơ bản , chi phí vận hành , độ tin cậy , tính phổ
cập của thiết bị và các chỉ tiêu năng lượng khi làm việc ở tốc độ điều chỉnh
Chỉ tiêu năng lượng bao gồm hiệu suất và công suất , chúng càng lớn càng tốt . nếu trong một chu kỳ
hệ thồng phải làm việc với nhiều tốc độ xác lập từ
min
ω
đến
max
ω
thì ta đánh giá các chỉ tiêu này theo
giá trị trung bình

∫
∫
−
=
−
=
max

max
min
max
min
max
)cos(
min
1
cos
)(
min
1
ω
ω
ω
ω
ωω
ωω
ϕ
ωωη
ωω
η
d
d
tb
tb
§3.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
I . Khái niệm chung
Về khía cạnh điều chỉnh tốc độ , động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ
khác do có cấu trúc điều khiển đơn giản , chất lượng điều chỉnh cao , dải điều chỉnh rộng. Thực tế có

hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh :
- Điều chỉnh điện áp cho phần ứng động cơ
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ
Cấu trúc mạch động lực của hệ TĐĐ động cơ một chiều bao giờ cũng cần có sự biến đổi . Trong
công nghiệp thường sử dụng bốn bộ biến đổi chính
- Bộ biến đổi kiểu máy điện
- Bộ biến đổi điện từ
- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn
- Bộ biến đổi xung áp một chiều
Tương ứng với các bộ biến đổi ta có các hệ truyền động
- Hệ truyền động điện máy phát - động cơ
- Hệ truyền động điện máy điện khuyếc đại - động cơ
- Hệ truyền động điện khuyếc đại từ - động cơ
- Hệ truyền động điện chỉnh lưu thiristor - động cơ
- Hệ truyền động điện xung áp- động cơ
Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động , điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều có loại điều
khiển theo mạch kín và điều khiển theo mạch hở . Hệ điều chỉnh tự động truyền động điện có cấu
trúc phức tạp nhưng chất lượng và dải điều chỉnh tôt hơn
II. Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp nguồn
1. Đặc tính điều chỉnh
Đối với máy điện một chiều , khi giữ cho từ thông không đổi và điều chỉnh điện áp trên phần ứng thì
dòng điện và mô men sẽ thay đổi và do đó tốc độ sẽ thay đổi . Để tránh những biến động lớn về gia tốc
và lực động trong hệ TĐĐ phương pháp này thường chỉ sử dụng cho động cơ kích từ độc lập tuy nhiên
có thể sử dụng cho cả động cơ kích từ nối tiếp
Để điều chỉnh điện áp phần ứng ta phải sử dụng bộ nguồn điều áp , bộ biến đổi kiểu van Sơ đồ khối
và sơ đồ thay thay thế của hệ như sau
52
Trong hệ thống bộ BĐ dùng để biến nguồn điện xoay chiều thành một chiều và sdd của nó có thể thay
đổi được . Điện trở trong của nó R
b

phụ thuộc vào thiết bị . Thông thường nó có giá trị xấp xỉ điện trở
trong của động cơ điện .
Bằng cách viết phương trình cân bằng điện áp cho động cơ ta có thể viết được phương trình đặc tính
như sau
( )
b u b u
E E I R R= − +
.
b b u
u
dm dm
E R R
I
k k
ω
+
= −
Φ Φ
0( )
DK
U
M
ω ω
β
= −
Trong đó
dm
Φ
: từ thông định mức của động cơ

0
ω
: Tốc độ không tải lý tưởng

β
: Độ cứng đường đặc tính cơ
Vì từ thông động cơ không đổi nên độ cứng của đặc tính cơ cũng không đổi tuy nhiên đặc tính cơ của
hệ mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên ( do có thêm R
b
) . Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào tín hiệu
U
đk
của bộ biến đổi .
Đối với dải điều chỉnh của hệ thống thì của hệ thống được giới hạn bởiđiện áp phần ứng định mức .
Tốc độ ω
min
được giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mô men cản là định mức .
ax 0 ax
min 0min
dm
m m
dm
M
M
ω ω
β
ω ω
β
= −
= −

Để đảm bảo khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mô men khởi động :
min ax
.
KD cm M dm
M M K M= =
Trong đó K
M
là hệ số quá tải về mô men . Do họ đặc tính cơ là đường thăng song song nên ta có thể
viết
min min
0 ax
0 ax
1
( ) ( 1)
1
( 1) / 1
dm
nm dm M
dm m
m
dm
M dm M
M
M M K
M
M
D
K M K
ω
β β

ω β
ω
β
β
= − = −
−
−
= =
− −
Khi thay đổi các giá trị của sđđ bộ biến đổi , ta sẽ có các tốc độ không tải lý tưởng khác nhau còn độ
cứng của đường đặc tính là không đổi vì vậy chúng là các đường thẳng song song nhau .
53
Với một cơ cấu máy cụ thể thì các thông số ω
0max
, K
M
, M
đm
là cụ thể thì phạm vi điều chỉnh D phụ
thuộc tuyến tính vào β . Ta có
0 ax
. /
10
1
m dm
M
M
K
ω β
≤

−
Như vậy mếu tải có trị số không đổi thì dải điều chỉnh không vượt quá 10 , đối với các MSX có yêu
cầu cao về dải điều chỉnh và độ chính xác khi duy trì tốc độ thì hệ thông trên không thoả mãn
Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính thấp nhất là :
0min min
0min 0min
0min
dm
cp
s
M
s s
ω ω
ω
ω ω
β ω
−
∆
= =
= ≤
Các giá trị M
đm
, ω
0min
, s
cp
là xác định nên có thể tính được giá trị β
min
sao cho sai số không vượt quá
mức cho phép

2 Các chỉ tiêu chất lượng
Về mặt năng lượng đây là phương pháp điều chỉnh triệt để nghĩa là có thể điều chỉnh tốc độ trong bất
kỳ vùng tải nào . Đặc tính cơ mềm hơn so với đặc tính cơ tự nhiên nhưng cứng hơn so với các phương
pháp khác .
Phần tử điều chỉnh đặt trong mạch điều khiển của bộ biến đổi là mạch có công suất nhỏ nên thao tác
điều chỉnh tốt hơn
Dải điều chỉnh với tốc độ cực đại là tốc độ cơ bản còn tốc độ thấp nhất được giới hạn bởi sai số tĩnh
trong điều chỉnh ( D ≈ 10 )
Về mặt hiệu suất khi làm việc trong chế độ xác lâp và coi đặc tính cơ của phụ tải là
* *
( )
x
c
M
ω
=
thì ta
có
*
* * * 1
( )
u
x
r
ω
η
ω ω
−
=
+

II . Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh từ thông kích từ
Phương pháp điều chỉnh từ thông kích từ được áp dụng cho tất cả các loại động cơ một chiều . Trong
vấn đề điều chỉnh thường tiến hành theo chiều giảm kích từ do máy điện khi thiết kế điểm làm việc là
điểm gần bão hoà của mạch từ .
Điều chỉnh từ thông kích từ là điều chỉnh mô men điện từ của động cơ M = kФI
ư
và sức điện động của
động cơ E
ư
=kФω . Mạch kích từ là phi tuyến nên hệ điều chỉnh từ thông cũng là hệ phi tuyến
k
k
b k
e
d
i
r r dt
Φ
= +
+
Trong đó r
k
: Điện trở cuộn dây kích từ
r
b
: Điện trở trong của bộ nguồn
W
k
: Số vòng dây cuộn kích từ
Ở chế độ xác lập ta có mối quan hệ

54
k
k
b k
e
i
r r
=
+
Thông thường khi điều chỉnh từ thông điện áp phần ứng được giữ không đổi , đặc tíng cơ thấp nhất là
đặc tính cơ tự nhiên . Tốc độ ω
max
được giới hạn bởi độ bền cơ học của động cơ . Khi giảm từ thông để
tăng tốc độ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp bị xấu đi , để đảm bảo điều kiện bình
thường ta phải giảm I
ư
nên mô men động cơ sẽ giảm và độ cứng của đặc tính cơ cũng giảm
2
u
( )k
R
β
Φ
Φ
= −
Do điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ mà từ thông định mức nằm ở
chỗ tiếp giáp và vùng bão hoà của đặc tính từ hoá có thể coi việc điều chỉnh tuyến tính và hằng số C
phụ thuộc vào thông số kết cấu của máy điện
k
k

b k
Ce
Ci
r r
Φ = =
+
III . Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp kết hợp điện áp và từ thông
Phần lớn các hệ TĐĐ động cơ một chiều kết hợp cả điều chỉnh điện áp và từ thông . Cấu trúc của hệ
như sau :
Tuỳ theo yêu cầu từng loại công nghệ , việc phối hợp giữa hai kênh điều khiển điện áp và từ thông sẽ
có đặc điểm khác nhau . Có 3 loại điều chỉnh như sau
1. Điều chỉnh hai vùng kế tiếp nhau
Vùng điều chỉnh điện áp :( Điện áp thay đổi từ
0
dm
U÷
) , từ thông được giữ không đổi ở giá trị
định mức , khả năng sinh mô men của động cơ là không đổi , công suất tăng tuyến tính , tốc độ tăng
từ
0
dm
ω
÷
Vùng điều chỉnh từ thông : (Từ thông thay đổi từ
mindm
Φ ÷ Φ
) Khi điều chỉnh điện áp U = U
đm
tốc
độ động cơ

dm
ω ω
=
ta giảm từ thông động cơ từ
mindm
Φ ÷ Φ
. Công suất động cơ không đổi , mô men
động cơ suy giảm tỉ lệ nghịch với tốc độ tức là M~1/ω . Đặc tính có dạng sau
55
2. Nguyên lý điều chỉnh điện áp và từ thông , dòng điện phần ứng không đổi
Trong một số hệ truyền động có tải biến thiên theo chu kỳ dễ gây nên hiện tượng quá dòng điện vì
vậy người ta sử dụng nguyên lý điều chỉnh đồng thời điện áp và từ thông để giữ cho dòng phần ứng
không đổi trong suốt quá trình điều chỉnh . Đặc tính điều chỉnh có dàng sau
Tuy nhiên phương pháp này cũng có nhược điểm là không phát huy được khả năng sinh mô men của
động cơ
3. Nguyên lý điều chỉnh điện áp và từ thông , sức điện động phần ứng không đổi
Trong thực tế sản xuất truyền động cho cơ cấu cuộn hoặc cán phải điều chỉnh cả độ dài và lực căng .
Để thực hiện yêu cầu này người ta dùng nguyên lý điều chỉnh kết hợp điện áp và từ thông . Trong đó
điều khiển từ thông và điện áp sao cho sức điện động động cơ không đổi trong suốt dải điều chỉnh .
Đặc tính được trình bày như sau :
IV . Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ
Phương pháp này gọi là phương pháp biến trở , có thể dùng cho các động cơ một chiều kích từ độc
lập , nối tiếp và hỗn hợp .
-Sơ đồ nguyên lý của mạch điều chỉnh như sau :
56
-Đặc tính cơ trong quá trình điều chỉnh như sau :
-Nguyên lý điều chỉnh bằng phương pháp này được giải thích như sau :
Giả sử động cơ đang làm việc xác lập trên đường đặc tính cơ tự nhiên ứng với tải là Mc và tốc độ làm
việc là ω
1

. Để tiến hành điều chỉnh tốc độ ta đóng thêm một điện trở R
f
vào mạch phần ứng . Khi đó
dòng phần ứng I
ư
giảm đột biến , tốc độ động cơ do có quán tính nên chưa thể biến đổi kịp . Trên
đường đặc tính điểm làm việc chuyển từ a đến b . Dòng điện phần ứng giảm làm cho mô men quay
của động cơ giảm M < Mc nên tôc độ động cơ giảm dần . Do tốc độ giảm nên sđđ của động cơ E = k
Φω giảm làm cho dòng điện phần ứng I
ư
lại tăng lên . Kết quả là mô men của động cơ lại tăng dần
cho đến khi M = Mc thì động cơ làm việc tại điểm xác lập nhưng với tốc độ ω
2
< ω
1
tương ứng với
điểm a’ trên đặc tính điều chỉnh
-Phương trình đặc tính cơ trong quá trình điều chỉnh
( )
u
2
f
R R
U
M
k
k
ω
+
= −

Φ
Φ
-Dựa vào tốc độ điều chỉnh ω
2
và Mc ta có thể xác định được R
f
cần đưa thêm vào trong quá trình
điều chỉnh
Ta có:
0
( )
M
M
β ω ω β
ω
∆
= − =
∆
1 0 1 2 0 2
0 21
2 0 1
0 2
0 1
( ) ( )
1
c
f u
Thay M M
R R
β ω ω β ω ω

ω ω
β
β ω ω
ω ω
ω ω
= = − = −
−
=
−
 
−
⇒ = −
 ÷
−
 
3.2.3 Hệ thống máy phát - động cơ ( F-Đ )
1. Nguyên lý điều chỉnh
Hệ thông máy phát - động cơ là một trong các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
chiều bằng phương pháp thay đổi điện áp đặt vào phần ứng . Ta có sơ đồ nguyên lý như sau
57
Trong sơ đồ động cơ Đ là đối tượng cần điều chỉnh tốc độ gọi là động cơ chấp hành .Bộ biến đổi BĐ
bao gồm động cơ sơ cấp ĐS và máy phát F . Đây là một bộ biến đổi hai cấp : Động cơ sơ cấp ĐS biến
đổi điện năng xoay chiều thành cơ năng trên trục động cơ của nó rồi truyền sang trục của máy phát F .
Máy phát F biến đổi cơ năng đó thành điện năng một chiều để cung cấp cho động cơ Đ . Máy phát F
còn có chức năng điều khiển .Nhờ biến trở kích BTF mà ta có thể thay đổi được sđđ của máy phát ,
như vậy mỗi vị trí của biến trở sẽ tương ứng với một tốc độ đặt ở động cơ Đ
Để làm nguồn kích từ cho F và Đ ta sử dụng một máy phát kích từ FK được nối đồng trục với đông cơ
ĐS . Nguồn kích từ này có thể là acquy hoặc các bộ chỉnh lưu . Ngoài ra trên sơ đồ còn có bộ tiếp
điểm thuận nghịch T,N dùng để đổi chiều dòng kích từ của máy phát nhằm mục đích đảo chiều quay
của động cơ chấp hành . Biến trở BTĐ dùng để điều chỉnh thêm từ thông động cơ khi cần mở rộng dải

điều chỉnh .
a. Khi tốc độ động cơ sơ cấp không đổi
Khi máy phát F được quay với tốc độ ω
f
cố định . Sđđ E
f
của nó phụ thuộc vào dòng điện kích từ I
kf
của nó theo luật đường cong từ hoá . Nếu coi máy phát không bão hoà từ nên ta có

kfffffff
IkkE
αωω
=Φ=

trong đó
a
pN
k
f
π
2
=
là hệ số cấu trúc máy phát
Φ
f
là từ thông kích từ của máy phát

α
là hệ số góc của đường đặc tính từ hoá và

kff
I∆∆Φ= /
α
Để phân tích sự làm việc của hệ thống F-Đ ta thay thế máy phát F và sđđ E
f
vào vị trí của bộ BĐ và
E
b
. Khi đó ta có các phương trình đặc tính :

M
k
R
I
k
k
I
k
R
I
k
k
dd
kf
dd
ff
u
dd
kf
dd

ff
2
)( Φ
−
Φ
=
Φ
−
Φ
=
αω
ω
αω
ω

Với R = R
ư
+ R
đ
: Điện trở tổng của mạch phần ứng
Tốc độ không tải lý tưởng của động cơ Đ được xác định theo biểu thức :
kf
dd
ff
I
k
k
Φ
=
αω

ω
0
và độ cứng của đường đặc tính cơ
R
k
dd
fd
2
)( Φ
−=
β
58
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi dòng kích từ của máy phát tốc độ không tải lý tưởng của động cơ sẽ
thay đổi còn độ cứng của đường đặc tính cơ được giữ nguyên . Do đó các đặc tính điều chỉnh là một
họ đường thẳng song song với nhau

Các đường đặc tính trong họ F-Đ mềm hơn đường đặc tính cơ tự nhiên , thông thường
tnfduduf
RR
ββ
2
1
≈⇒≈
Tuy nhiên những kết quả trên chỉ đúng với khi
const
dst
==
ωω
, còn khi không thoả mãn điều kiện
này thì các đường đặc tính sẽ có dạng khác

b. Khi tốc độ động cơ sơ cấp biến đổi
Khi xem xét ta bỏ qua các tổn thât trong máy điện , khi đó mô men trên trục động cơ sơ cấp bằng mô
men điện từ của máy phát

uffFdtds
IkMM Φ==
.

Dòng điện phần ứng có thể biểu diễn theo mô men M của động cơ chấp hành

dd
u
k
M
I
Φ
=
Do đó
M
k
k
M
d
ff
ds
Φ
Φ
=
Viết phương trình đặc tính cơ của động cơ sơ cấp theo dạng đường thẳng ta sẽ có mối quan hệ giữa tốc
độ của máy phát

f
ω
với mô men của động cơ chấp hành

M
Ik
R
k
I
k
k
M
k
k
M
ds
kff
dd
kf
dd
dsf
dsdd
ff
ds
ds
ds
dsdsf









+
Φ
−
Φ
=⇒
Φ
Φ
−=−==
β
ααω
ω
β
ω
β
ωωω
222
.0
.0.0
1
Đây là phương trình của động cơ chấp hành khi tốc độ máy phát F
const
f
≠
ω
. trong trường hợp náy

độ sụt tốc của động cơ chấp hành sẽ tăng thêm một lượng

M
Ik
ds
kff
β
α
ω
222
'
=∆
nên đặc tính cơ của nó sẽ mềm đi . Lượng sụt tốc này tỷ lệ với bình phương dòng điện kích từ nên các
đặc tính càng cao thì càng mềm
2. Các chỉ tiêu chất lượng
Ta có các trạng thái làm việc của hệ thống F-Đ được mô tả như trên hình vẽ
59
Ở góc phần tư thứ nhất , Đ làm việc ở trạng thái động cơ với chiều quay thuận còn ở góc phần tư thứ 3
với chiều quay ngược . Khi đó E
ư
và E
f
ngược chiều nhau và
fu
EE <
, nghĩa là
0
ωω
<
, dòng I

ư
chạy theo chiều E
f
, máy phát cung cấp năng lượng còn động cơ nhận năng lượng . Sơ đồ được chỉ ra
trên hình a
Trong miền nằm giữa đường ĐN và trục tung góc thứ hai và góc thứ tư ( Với cả hai chiều quay ) Đ
làm việc ở trạng thái hãm tái sinh . Khi đó E
ư
và E
f
vẫn ngược chiều nhau nhưng
fu
EE >
nghĩa là
0
ωω
>
dòng I
ư
chạy theo chiều E
u
, như vậy động cơ cấp điện năng còn máy phát thu điện năng .
Năng lượng náy được tạo ra bởi phần thế năng hoặc động năng tích luỹ trong các bộ phận chuyển
động của hệ trong quá trình làm việc trước đó . Động cơ Đ đóng vai trò máy phát để biến cơ năng trên
trục của nó thành điện năng chuyển vào mạch phần ứng . Máy phát F lại làm việc như một động cơ để
biến điện năng thành cơ năng chuyển sang động cơ ĐS . Cuối cùng ĐS biến cơ năng thành điện năng
xoay chiều trả về lưới điện .
Nếu cho I
kf
= 0 thì trong trường hợp lý tưởng thì E

f
= 0 sơ đồ thay thế có dạng hình c . Đây là trường
hợp hãm động năng động cơ với điện trở hãm ở mạch ngoài là R
ưf
, tương ứng ta có đặc tính hãm là
đường ĐN
3.2.4 Hệ biến đổi van - động cơ ( V - Đ )
1. Bộ biến đổi van
Bộ biến đổi van có điều khiển là bộ điều chỉnh điện áp một chiều . Khi nối nó vào mạch phần ứng
động cơ một chiều kích từ độc lập ta sẽ có hệ truyền động van - động cơ ( Hệ V-Đ)
Một bộ biến đổi van bao gồm máy biến áp động lực , tổ van , cuộn kháng và hệ thống điều khiển .Ta
có sơ đồ của bộ biến đổi hình tia và hình cầu như sau
BA: biến áp động lực dùng để biến đổi trị số điện áp của lưới phù hợp với cấp điện áp của động cơ .
Ngoài ra nó còn có chức năng biến đổi số pha , tạo điểm trung tính khi cần thiết , hạn chế biên độ dòng
điện ngắn mạch , giảm tốc độ tăng dòng trong van và cải thiện hình dạng dòng điện trong mạch .
Ta có sơ đồ thay thế của bộ biến đổi van như sau
60
Trong sơ đồ thay thế ΔU : sụt áp thuận trên một van
R = R
ba
+ R
ư
+ R
kh
; L = L
ba
+ L
ư
+ L
kh

R , L : Điện trở và điện kháng tổng của mạch điên
e
2
: sđđ pha thứ cấp máy biến áp với sơ đồ chỉnh lưu hình tia và sđđ dây với
so đồ chỉnh lưu cầu
Để cho đơn giản ta giả thiết dòng ngược và sụt áp thuận trên van bằng 0 : i
ng
= 0 ; ΔU = 0 ; e
2
=
E
2m
sinΩt và các thông số của mạch điện R , L là không đổi .
Nếu van mở tại thời điểm t
α
0
tương ứng với góc α
0
= Ωt
α0
từ gốc của đường hình sin e
2
từ sơ đồ thay
thế ta có :
2 0
sin( )
u
m u
di

E t E U Ri L
dt
α
Ω + = + ∆ + +
Đặt T = L/R : Hằng số thời gian điện từ của mạch
Φ = arctg (ΩT) : Góc pha của mạch
Nghiệm của phương trình vi phân trên sẽ là :
[ ] [ ]
{ }
0 2 0 2 0
cos sin( ) exp( .cot ) cos sin( )
u m m
i RI E E t g E E t
ϕ α ϕ ϕ ϕ α ϕ
= + − − −Ω − − Ω + −
Trong đó I
0
là giá trị ban đầu của dòng điện trong mỗi khoảng dẫn của van . Dòng điện i
ư
có dạng đập
mạch nên có thể phân tích thành thành phần một chiều và xoay chiều . Giá trị trung bình của thành
phần một chiều như sau :
2 0
0
1 1
sin sin( )
2 2 2 2 2
u u m
p p E
I i dt E

R
λ
λ λ
λ α
π π
 
= = + −
 
 
∫
Trong đó λ là khoảng tồn tại của một xung dòng còn gọi là khoảng thông của van . Đối với trạng thái
dòng điện liên tục và biên liên tục thì λ = 2π/p còn đối với trạng thái dòng điện gián đoạn thì λ <
2π/p .
Ở trạng thái dòng điện liên tục , van này chưa khoá thì van kế tiếp đã mở , việc mở của van này là điều
kiện để khoá van kế tiếp . Trên đầu ra của bộ biến đổi ta luôn nhận được điện áp lấy trực tiếp từ các
đầu nối của dây quấn thứ cấp máy biến áp . Nếu bỏ qua sụt áp trên các van thì điện áp ra của bộ biến
đổi ở trạng thái dòng liên tục sẽ là đường bao của các sđđ thứ cấp của MBA . Giá trị trung bình của nó
được xác định như sau :
2 /
( ) cos
2
p
b b bm
p
E e t dt E
α π
α
α
π
+

= Ω =
∫
Trong đó
0
2 p
π π
α α
 
= − −
 ÷
 
là góc mở van tính từ thời điểm chuyển mạch tự nhiên
61
2
sin
bm m
p
E E
p
π
π
=
là sđđ lớn nhất của bộ biến đổi ứng với trường hợp α=0
2. Đặc tính cơ của động cơ
Ở trạng thái dòng điện liên tục từ sơ đồ thay thế ta có phương trình đặc tính cơ
2
cos
cos
( )
bm b u kh

u
dm dm
bm b u kh
dm dm
E U R R R
I
k k
E U R R R
M
k k
α
ω
α
ω
− ∆ + +
= −
Φ Φ
− ∆ + +
= −
Φ Φ
Đối với các van bán dẫn ΔU = 0 nên có thể bỏ qua . Như vậy các đường đặc tính cơ là các đường
thẳng . Độ cứng của đường đặc tính cơ là
( )
2
dm
u b kh
k
R R R
β
Φ

=
+ +
Và tốc độ không tải lý tưởng
0
dm
os - U
'
k
bm
E c
α
ω
∆
=
Φ
Thay đổi góc mở các van từ 0 - 180
0
sđđ của bộ biến đổi biến thiên từ +E
bm
- -E
bm
và ta có được một
họ đường thẳng song song nhau tại góc phần tư thứ 1 và 4 trên hệ toạ độ . Những đặc tính không tồn
tai ở góc 2 và 3 là do các van không cho dòng điện phần ứng đảo chiều . Đặc tính cơ được vẽ như sau :

Ta nhận thấy rằng các đặc tính của hệ V-Đ mềm hơn so với đặc tính cơ tự nhiên do có điện trở R
b
của
bộ biến đổi .
62