Giáo trình điện - Chương 7: Động cơ điện 1 chiều pdf

Chơng 7
Động cơ điện một chiều

7-1. Đại cơng

Nh đã biết ở chơng 5, máy điện một chiều có thể làm việc ở chế độ máy phát khi
E > U và ở chế độ động cơ khi E < U. Khi làm việc ở chế độ máy phát chiều của
mômen điện từ và chiều của tốc độ quay ngợc nhau, còn dòng điện và s.đ.đ. cùng
chiều. Trong chế độ động cơ điện thì mômen và tốc độ cùng chiều, còn dòng điện và
s.đ đ. ngợc chiều nhau. Việc chuyển từ chế độ máy phát sang chế độ động cơ xảy ra
hoàn toàn tự động không cần thay đổi gì ở mạch nối, cụ thể là khi giảm dòng kích
thích khiến cho s.đ.đ. của máy phát E hạ đến mức E < U, dòng trong phần ứng sẽ tự
động đổi chiều, năng lợng sẽ chuyển theo chiều ngợc lại và máy phát nghiễm nhiên
trở thành động cơ.
Động cơ điện một chiều đợc dùng phổ biến trong công nghiệp, giao thông vận tải
và nói chung trong những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm
vi rộng (máy cán thép, máy công cụ, )
Cũng nh máy phát, theo cách kích thích từ, động cơ điện một chiều đợc phân
thành các loại nh sau: động cơ điện một chiều kích thích độc lập, kích thích song
song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp. Sơ đồ nối dây của các loại động cơ này
tơng tự nh ở trờng hợp máy phát. ở động cơ kích thích độc lập I

= I; ở động cơ
kích thích song song và hỗn hợp I = I

+ I
t
; ở động cơ kích thích nối tiếp I = I

= I
t

.
Trên thực tế, đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song song
hầu nh giống nhau nhng khi cần công suất lớn ngời ta thờng dùng động cơ điện
kích thích độc lập để điều chỉnh dòng kích thích thuận lợi và kinh tế hơn mặc dù loại
động cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên ngoài. Ngoài ra, khác với máy
phát điện một chiều kích thích nối tiếp, động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp
đợc dùng rất nhiều, chủ yếu trong ngành kéo tải bằng điện.
Trong chơng này chúng ta sẽ nghiên cứu các vấn đề chính của các loại động cơ
điện một chiều bao gồm vấn đề mở máy, đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ.

7-2. Mở máy động cơ điện một chiều

Để mở máy động cơ điện một chiều đợc tốt cần phải thực hiện đợc những yêu
cầu sau đây:
1) Mômen mở máy M
mm
phải có trị số cao nhất có thể có để hoàn thành quá trình
mở máy trong thời gian ngắn nhất.
2) Dòng điện mở máy I
mm
đợc hạn chế đến mức thấp nhất để dây quấn khỏi bị
cháy hoặc ảnh hởng xấu đến đổi chiều.
Trong tất cả mọi trờng hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo có
max
,
nghĩa là trớc khi đóng động cơ vào nguồn điện, biến trở điều chỉnh dòng kích thích

65
phải ở vị trí ứng với trị số nhỏ nhất để sau khi đóng động cơ vào nguồn động cơ đợc
kích thích đến mức tối đa và nh vậy mômen ứng với mỗi trị số của dòng điện I

luôn
luôn lớn nhất. Ngoài ra phải đảm bảo không xảy ra đứt mạch kích thích vì nếu mạch
kích thích bị đứt thì = 0, M = 0, động cơ không quay đợc do đó E

= 0 và
,
,
u
u
R
U
I =

sẽ có trị số rất lớn làm cháy vành góp và dây quấn.
Khi mở máy, chiều quay của động cơ điện một chiều phụ thuộc vào chiều của
mômen. Để đổi chiều quay của động cơ (tức đổi chiều mômen) có thể dùng hai phơng
pháp: hoặc đổi chiều từ thông (đổi chiều dòng kích thích) hoặc đổi chiều dòng điện
trong phần ứng. Điều đó có thể thực hiện đợc bằng cách tráo đổi cách nối đầu dây
quấn phần ứng hoặc các đầu dây quấn kích thích trớc lúc mở máy. Vấn đề đổi chiều
quay của động cơ điện lúc đang quay về nguyên tắc cũng có thể thực hiện đợc bằng
cả hai phơng pháp trên, tuy nhiên trên thực tế chỉ dùng phơng pháp đổi chiều dòng
phần ứng I

vì nh đã biết dây quấn kích thích có nhiều vòng dây do đó hệ số tự cảm L
rất lớn và việc thay đổi chiều dòng điện kích thích dẫn đến sự xuất hiện s.đ.đ. tự cảm
rất lớn gây ra quá điện áp đánh thủng cách điện của dây quấn kích thích.
Sau đây ta xét các phơng pháp mở máy động cơ điện một chiều.
7.2.1. Mở máy trực tiếp
Phơng pháp này đợc thực hiện bằng cách đóng thẳng động cơ điện vào nguồn

với U
mm
= U
đm
. Nh vậy ngay lúc đầu mở máy rôto cha quay, s.đ.đ. E

= 0 và dòng
điện phần ứng bằng
,,
,
,
uu
u
u
R
U
R
EU
I =

=
. Vì trong thực tế R
*
= 0,02 ữ 0,1, nên với điện
áp định mức U
*
= 1 dòng điện I

sẽ có trị số rất lớn và bằng (5 ữ 10)I
đm

. Với dòng điện
lớn nh vậy có thể gây nguy hiểm cho động cơ, vì vậy phơng pháp mở máy trực tiếp
chỉ đợc áp dụng cho những động cơ điện có công suất vài trăm oát. ở cỡ động cơ này
R

tơng đối lớn, do đó khi mở máy I

(4 ữ 6)I
đm
. Trong những trờng hợp đặc biệt
có thể cho phép mở máy trực tiếp những động cơ có công suất vài kilôoat.
7.2.2. Mở máy bằng biến trở
Để hạn chế dòng điện mở máy, tránh
gây nguy hiểm cho động cơ ngời ta
dùng biến trở mở máy. Biến trở mở máy
gồm một số điện trở nối tiếp nhau và
mắc nối tiếp với mạch phần ứng (hình 7-
1). Nh vậy trong quá trình mở máy ta
có:

mmi
u
i
u
RR
EU
I
+

=

,
,

trong đó i là chỉ số ứng với thứ tự các
bậc điện trở.
Biến trở mở máy đợc tính sao cho
I
mm
= (1,4 ữ 1,7)I
đm
đối với các động cơ
công suất lớn và I
mm
= (2,0 ữ 2,5)I
đm
đối
với các động cơ công suất nhỏ.




R
2
R
3


66
Hình 7-1
Sơ đồ mở máy động cơ điện một chiều

kích thích song song bằng biến trở
-
3
2
M
T
+
0
1
4

5

I

R
4

R
1
R
đc
a
b
I
t
Trớc khi mở máy tay gạt T đặt ở vị trí 0, con trợt của biến trở điều chỉnh ở mạch
kích thích đặt ở vị trí b (R
đc
= 0), động cơ hở mạch. Khi bắt đầu mở máy, đa tay gạt T

về vị trí 1, mạch phần ứng bắt đầu xuất hiện dòng điện, cuộn kích thích nhờ cung đồng
M nên đợc đặt vào toàn bộ điện áp định mức, do đó đạt giá trị cực đại và không đổi
trong suốt quá trình mở máy. Nếu mômen do động cơ sinh ra lớn hơn mômen cản (M >
M
C
) thì rôto động cơ bắt đầu quay, s.đ.đ. E sẽ tăng tỉ lệ với tốc độ quay n. Do sự xuất
hiện và tăng lên của E làm cho dòng điện I

và mômen M giảm theo khiến cho tốc độ
quay n của động cơ tăng chậm hơn (hình 7-2). Khi I

giảm đến trị số (1,1 ữ 1,3)I
đm
ta
đa tay gạt T sang vị trí 2, vì một bậc điện trở bị loại trừ nên I

lập tức tăng đến giới
hạn trên của nó, kéo theo M, n và E tăng. Sau đó I

và M lại giảm theo quy luật trên.
Lần lợt chuyển tay gạt T đến các vị trí 3,
4, 5. Quá trình trên cứ lặp lại cho đến khi
n n
đm
thì R
mm
cũng đợc loại trừ hoàn
toàn và động cơ làm việc với toàn bộ điện
áp. Sự biến thiên của I, M và n trong quá
trình mở máy đợc trình bày trên hình 7-

2. Từ hình vẽ 7-2 ta thấy mỗi khi một bậc
điện trở bị loại trừ, I và M tăng với hằng
số thời gian T

0, đó là do hệ số tự cảm
của phần ứng rất bé. Trái lại sự giảm của I
và M xảy ra chậm hơn vì phụ thuộc vào sự
tăng của E hay tốc độ n, nghĩa là phụ
thuộc vào hằng số thời gian T
cơ
rất lớn của
cả khối quay.
Số bậc điện trở mở máy và trị số của











Hình 7- 2
Quan hệ I, M và n đối với thời
gian t khi mở máy động cơ
I
, M
1

n
n
5
3

4
2
I

M
M
c
t
0
mỗi bậc đợc thiết kế sao cho dòng điện mở máy cực đại và cực tiểu ở mỗi bậc đều
nh nhau để đảm bảo quá trình mở máy đợc tốt nhất.
7.2.3. Mở máy bằng điện áp thấp (U
mm
< U
đm
)
Phơng pháp này đòi hỏi phải dùng một nguồn điện độc lập có thể điều chỉnh đợc
điện áp để cung cấp cho phần ứng của động cơ, trong khi đó mạch kích thích phải đợc
đặt dới điện áp U = U
đm
của một nguồn khác.
Đây là phơng pháp thờng dùng hơn cả để mở máy động cơ điện một chiều công
suất lớn. Ngoài việc mở máy ra nó còn kết hợp để điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi
điện áp.

7-3. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

7.3.1. Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Từ các biểu thức (2-19) và (5-19) có thể suy ra đặc tính cơ n = f(M) của động cơ
điện một chiều:



=

=
e
uu
e
C
RIU
C
E
n
,,
(7-1)
Vì M = C
M
I

nên biểu thức (7-1) có thể viết dới dạng:

67

2

,



=
eM
u
e
CC
MR
C
U
n
(7-2)
Biểu thức (7-2) đợc gọi là phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều.
Trong truyền động điện lực một vấn đề quan trọng đợc đặt ra là phải phối hợp tốt
đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của tải hoặc của máy công tác. Tuỳ theo
tính chất của truyền động điện mà có thể có những yêu cầu khác nhau đối với động cơ
điện, thí dụ tốc độ không đổi hoặc thay đổi nhiều khi mômen cản thay đổi. Để thoả
mãn những yêu cầu đó cần phải dùng những loại động cơ khác nhau có đặc tính cơ
thích hợp.
Từ biểu thức (7-2) ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều có
thể thực hiện đợc bằng cách thay đổi các đại lợng , R

và U.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông đợc áp dụng tơng
đối phổ biến, có thể thay đổi tốc độ đợc liên tục và kinh tế. Trong quá trình điều chỉnh
hiệu suất C
te
vì sự điều chỉnh dựa trên sự tác dụng lên mạch kích thích có công suất

rất nhỏ so với công suất của động cơ. Cần chú ý rằng, bình thờng động cơ làm việc ở
chế độ định mức với kích thích tối đa ( =
max
) nên chỉ có thể điều chỉnh theo chiều
hớng giảm , tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức và giới hạn
điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đổi chiều của máy.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để
tăng R

chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dới tốc độ quay định mức và
luôn kèm theo tổn hao năng lợng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ
điện. Vì vậy phơng pháp này chỉ đợc áp dụng ở động cơ điện có công suất nhỏ. Trên
thực tế thờng dùng ở động cơ điện trong cầu trục.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi điện áp cũng chỉ cho phép
điều chỉnh tốc độ quay dới tốc độ định mức vì không thể nâng cao điện áp hơn điện
áp định mức của động cơ điện. Phơng pháp này không gây thêm tổn hao trong động
cơ điện, nhng đòi hỏi phải có nguồn riêng có điện áp điều chỉnh đợc.
Sau đây ta xét đặc tính cơ và cách điều chỉnh tốc độ của từng loại động cơ điện.
7.3.2. Động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc kích thích song song
Với những điều kiện U = C
te
, I
t
= C
te
, khi M (hoặc I

) của động cơ thay đổi, từ
thông của động cơ hầu nh không đổi vì ảnh hởng làm giảm của phản ứng ngang
trục rất nhỏ, cho nên biểu thức (7-2) có thể viết dới dạng:

k
M
nn =
0
(7-3)
trong đó:


=
e
C
U
n
0
- là tốc độ của động cơ khi M = 0, gọi là tốc độ không tải lý tởng;
,
2
u
Me
R
CC
k

=
- biểu thị độ cứng của đặc tính cơ. k càng lớn, đặc tính cơ càng cứng.
Nhìn vào biểu thức (7-3) ta thấy, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích
song song là một đờng thẳng nh trình bày ở hình 7-3. Đờng đặc tính cơ ứng với

68

69
trờng hợp U = U
đm
, =
đm
và trên mạch
phần ứng không có điện trở phụ đợc gọi là
đặc tính cơ tự nhiên.
Do R

rất nhỏ nên khi tải thay đổi từ
không đến định mức tốc độ giảm rất ít
(khoảng 2 ữ 8% tốc độ định mức), cho nên
đặc tính cơ của động cơ điện kích thích song
song rất cứng. Với đặc tính cơ nh vậy, động
cơ điện một chiều kích thích song song đợc
dùng trong trờng hợp tốc độ hầu nh không
đổi khi tải thay đổi (máy cắt gọt kim loại,
quạt, ).
a. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi
điện trở phụ R
f
trên mạch phần ứng

Khi nối thêm điện trở phụ vào mạch phần
ứng thì biểu thức (7-2) có dạng:

n

n
n
0
0
M
M
đm
Hình 7-3. Đặc tính cơ của động
cơ điện một chiều kích thích song
M
đm
(I
đm
)
M(I

)
n
n
0

0
R
f
= 0
R
f1
R
f2
R

f3
R
f3
> R
f2
> R
f1
2
0
)(
,

+
=
Me
f
u
CC
MRR
nn
(7-4)
Ta thấy rằng nếu R
f
càng lớn đặc tính cơ
có độ cứng càng thấp và do đó đặc tính càng
mềm, nghĩa là tốc độ sẽ thay đổi nhiều khi tải
thay đổi. Hình 7-4 trình bày các đặc tính cơ
ứng với các trị số khác nhau của R
f
trong đó

đờng ứng với R
f
= 0 là đặc tính cơ tự nhiên.
Giao điểm của những đờng đặc tính cơ trên
với đờng mômen cản của tải M
C
= f(n) cho
biết trị số tốc độ xác lập khi điều chỉnh tốc độ
bằng thay đổi điện trở phụ R
f
.








Hình 7-4. Đặc tính cơ của động cơ
điện một chiều kích thích song song
với những điện trở phụ khác nhau
b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
Phơng pháp này chỉ áp dụng đợc đối với động cơ điện một chiều kích thích độc
lập hoặc động cơ điện kích thích song song làm việc ở chế độ kích thích độc lập. Việc
cung cấp điện áp có thể điều chỉnh đợc cho động cơ từ một nguồn độc lập đợc thực
hiện trong kỹ thuật bằng cách ghép thành tổ máy phát - động cơ có sơ đồ nguyên lý
nh ở hình 7-5. Khi thay đổi điện áp U ta có một họ đặc tính cơ có cùng độ dốc (hình
7-6). ở hình 7-6, đờng 1 ứng với U
đm

, đờng 2, đờng 3 ứng với U
3
< U
2
< U
đm
và
đờng 4 ứng với U
4
> U
đm
.
Nói chung vì không cho phép điện áp đặt vào động cơ vợt quá điện áp định mức
nên phơng pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ dới tốc độ định mức,
còn việc điều chỉnh tốc độ trên tốc độ định mức không đợc áp dụng hoặc chỉ đợc áp
dụng trong một phạm vi rất hẹp. Đặc điểm của phơng pháp điều chỉnh này là lúc điều
chỉnh tốc độ, mômen không đổi vì và I

đều không đổi. Sở dĩ I

không đổi là vì khi
giảm điện áp U, tốc độ n giảm làm E cũng giảm nên:

te
u
u
C
R
EU
I

=
,
,
.
Ngày nay, tổ máy phát -động cơ thờng dùng trong các máy cắt kim loại và máy
cán thép lớn để điều chỉnh tốc độ động cơ điện với hiệu suất cao, phạm vi điều chỉnh
rộng 1 : 10 hoặc hơn nữa.












+
-

70
0
M
(
I
)

M
đm
(I
đm
)
n
n
04
n
01
n
02
n
03
4
1(U
đm
)
2
3
Hình 7-6. Đặc tính cơ của động cơ
điện một chiều kích thích độc lập
ở những điện áp khác nhau

Hình 7-7. Đặc tính cơ của động cơ
điện một chiều kích thích song song
với những dòng điện I
t
khác nhau
0

M
(
I


)

M
đm
(I
đm
)
n
n
04
n
01
n
02
n
03
4
1(
đm
)
2
3
Hình 7-5
Sơ đồ Máy phát - động cơ dùng để điều chỉnh tốc độ bằng cách
tha

y
đổi đi
ệ
n á
p
ở đ
ộ
n
g
cơ đi
ệ
n m
ộ
t chiều kích thích đ
ộ
c l
ập
Đ
C

T
M
F
Đ
C
p
I
tđc
I
tmF

c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Nếu ta thay đổi điện trở R
đc
ở mạch
kích thích (hình 7-1) thì ứng với mỗi trị số
khác nhau của điện trở mạch kích thích ta
có một giá trị của I
t
, do đó có một giá trị
của và có một đờng đặc tính cơ tơng
ứng. Trên hình 7-7 trình bày các đặc tính
cơ ứng với các giá trị khác nhau của từ
thông . Các đờng đó có n
0
> n
0đm
và có
độ dốc khác nhau, chúng gặp nhau trên
trục hoành tại điểm ứng với n = 0 và dòng
điện
,
,
u
u
R
U
I
=
.
Cần chú ý rằng, bình thờng động cơ

làm việc ở chế độ định mức với dòng kích
từ định mức nên chỉ có thể điều chỉnh
dòng kích từ (tức từ thông ) theo chiều
hớng giảm, nghĩa là chỉ điều chỉnh đợc
tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức. ở
hình 7-7, đờng thấp nhất ứng với từ
thông
đm
. Giao điểm của đờng đặc tính
mômen cản M
C
= f(n) với các đờng đặc
tính cơ cho biết tốc độ xác lập ứng với các
trị số khác nhau của từ thông.
Do hạn chế bởi các điều kiện về cơ khí
và điều kiện đổi chiều của máy nên các
động cơ thông dụng hiện nay có thể điều

chỉnh tốc độ bằng phơng pháp này trong giới hạn 1 : 2. Cũng có thể sản xuất những
động cơ giới hạn điều chỉnh 1 : 5, thậm chí đến 1 : 8 nhng phải dùng những phơng
pháp khống chế đặc biệt, do đó cấu tạo phức tạp, công nghệ chế tạo cũng khó khăn
khiến cho giá thành của máy tăng lên.
7.3.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp
ở động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, dòng điện kích thích chính là dòng
điện phần ứng I
t
= I

= I. Vì vậy trong một phạm vi khá rộng có thể biểu thị:
= k

I (7-5)
trong đó k

là hệ số tỷ lệ và không đổi trong vùng I < 0,8I
đm
. Khi I > (0,8 ữ 0,9)I
đm
thì
k

hơi giảm xuống do ảnh hởng của bão hoà mạch từ.
Nh vậy biểu thức mômen có thể viết:



==

k
CICM
M
u
M
2
,
(7-6)
và kết hợp với biểu thức (7-2) ta có:



=
kC
R
MkC
UC
n
e
u
e
M
,
.
(7-7)
Nếu bỏ qua R

thì:

M

U
n
hay
2
2
n
C
M =
(7-8)
Nh vậy khi mạch từ cha bão hoà, đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích
thích nối tiếp có dạng của đờng hypecbôn bậc hai nh trình bày ở hình 7-8 (đờng 1).

71
Ta thấy rằng, ở động cơ điện một chiều
kích thích nối tiếp, tốc độ quay n giảm rất
nhanh khi tải tăng, đặc biệt khi mất tải (I =
0, M = 0) tốc độ có trị số rất lớn. Cũng
chính vì lý do đó mà không đợc cho loại
động cơ điện này làm việc ở điều kiện có
thể xảy ra mất tải nh dùng đai truyền, vì
khi xảy ra đứt hoặc trợt đai truyền tốc độ
động cơ tăng rất cao. Thông thờng chỉ cho
phép động cơ điện loại này làm việc với tải
tối thiểu P
2
= (0,2 ữ 0,25)P
đm
.
Trên thực tế do ảnh hởng của bão hoà
mạch từ khi tải tăng, tốc độ của động cơ

giảm ít hơn theo đờng nét đứt ở hình 7-8.
Với đặc tính cơ nh vậy, động cơ điện
một chiều kích thích nối tiếp có u điểm












n
*
2
2
1
1
3
4
5

6
0
1
M
*

Hình 7- 8.
Đặc tính cơ của động cơ điện một
chiều kích thích nối tiếp ở các trờng
hợp điều chỉnh tốc độ khác nhau
đối với những nơi cần điều kiện mở máy nặng nề và cần tốc độ thay đổi trong phạm vi
rộng, thí dụ ở các đầu máy kéo tải (xe điện, đầu máy điện, cần trục, ).
a. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Thay đổi từ thông của động cơ kích thích nối tiếp có thể thực hiện bằng những
biện pháp sau đây: rẽ mạch (mắc sun) dây quấn kích thích bằng một điện trở, thay đổi
số vòng dây của dây quấn kích thích, rẽ mạch dây quấn phần ứng nh các sơ đồ trình
bày trên hình 7-9.












72
R
st
+ U
-
w
t

I
a)
+
-
U
w
t
I
U
-
+
w
t

I
w
t
,
R
s

c)
b)
H h ình 7-9. Các sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kíc
thích nối tiếp: a) rẽ mạch dây quấn kích thích; b) thay đổi số vòng
dây của dây quấn kích thích; c) rẽ mạch dây quấn phần ứng.
ở hình 7-9a, nếu dòng điện kích thích lúc cha rẽ mạch là I
t
= I thì sau khi rẽ

mạch dòng điện kích thích sẽ giảm xuống còn I
t
= kI, trong đó
1<
+
=
stt
st
RR
R
k
với R
st

là điện trở rẽ mạch (sun).
Theo phơng pháp thứ hai (hình 7-9b), trớc lúc điều chỉnh ta có s.t.đ. F
t
= I
t
w
t
,
sau khi điều chỉnh s.t.đ. F
t
,
= I
t
w
t
,

= kF
t
. với k = w

t
/w
t
< 1.
Rõ ràng là với hai phơng pháp trên chỉ điều chỉnh đợc <
đm
và tốc độ sẽ thay
đổi đợc trong vùng trên định mức, đờng đặc tính cơ sẽ nằm trên đờng đặc tính cơ tự
nhiên (đờng 2 ở hình 7-8).
Nếu dùng phơng pháp thứ ba (hình 7-9c) thì điện trở tổng của toàn mạch sẽ bé đi,
dòng điện I
t
= I sẽ tăng lên, từ thông tăng và do đó tốc độ quay của động cơ giảm
xuống. Nh vậy phơng pháp này chỉ điều chỉnh đợc tốc độ dới vùng định mức và
đờng đặc tính cơ tơng ứng nằm ở phía dới đờng đặc tính cơ tự nhiên (đờng 3 trên
hình 7-8). Vì điện trở cuộn kích thích rất bé nên hầu nh toàn bộ điện áp của mạng
đợc đặt vào R
s
, do đó tổn hao rất lớn và hiệu suất của máy giảm đi nhiều. Mặt khác
việc tăng từ thông còn bị hạn chế bởi sự bão hoà của mạch từ nên phơng pháp này
rất ít đợc áp dụng.
b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng
Khi ghép thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng thì chỉ điều chỉnh đợc tốc độ
động cơ dới tốc độ định mức nhng tổn hao trên điện trở phụ lớn làm giảm hiệu suất
của động cơ nên phơng pháp này cũng ít đợc sử dụng. Đặc tính cơ ứng với các
trờng hợp này đợc trình bày trên hình 7-8 nh đờng 4 và 5.

c. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi điện áp
Vì không cho phép tăng điện áp đặt vào động cơ quá định mức nên phơng pháp
này chỉ điều chỉnh đợc tốc độ động cơ dới tốc độ định mức. Phơng pháp này giữ
đợc hiệu suất cao vì không gây thêm tổn hao khi điều chỉnh, đợc áp dụng rộng rãi
trong giao thông vận tải và đợc thực hiện bằng cách đổi nối từ song song sang nối tiếp
hai động cơ. Khi làm việc song song, các động cơ sẽ làm việc với U = U
đm
. Sau khi
chuyển thành đấu nối tiếp thì điện áp đặt vào động cơ là U =
2
1
U
đm
. Đặc tính cơ của
động cơ điện trong trờng hợp này có dạng nh đờng 6 trên hình 7-8.
đợc hiệu suất cao vì không gây thêm tổn hao khi điều chỉnh, đợc áp dụng rộng rãi
trong giao thông vận tải và đợc thực hiện bằng cách đổi nối từ song song sang nối tiếp
hai động cơ. Khi làm việc song song, các động cơ sẽ làm việc với U = U
đm
. Sau khi
chuyển thành đấu nối tiếp thì điện áp đặt vào động cơ là U =
2
1
U
đm
. Đặc tính cơ của
động cơ điện trong trờng hợp này có dạng nh đờng 6 trên hình 7-8.
7.3.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp 7.3.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp
Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp có thể đợc chế tạo sao cho tác dụng
của dây quấn kích thích song song và nối tiếp hoặc bù nhau hoặc ngợc chiều nhau.

Nhng trên thực tế ngời ta chỉ dùng loại động cơ điện kích thích hỗn hợp bù vì động
cơ điện kích thích hỗn hợp ngợc không đảm bảo đợc điều kiện làm việc ổn định.
Động cơ điện kích thích hỗn hợp bù có đặc tính cơ mang tính chất trung gian giữa hai
loại động cơ kích thích song song và nối tiếp. Khi tải tăng, từ thông tăng, do đó đặc
tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp bù mềm hơn so với đặc tính cơ của động cơ
kích thích song song. Tuy nhiên mức độ tăng của không mạnh nh ở động cơ kích
thích nối tiếp cho nên đặc tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp bù cứng hơn so với
đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp. Để tiện so sánh, trên hình 7-10 vẽ đặc tính
cơ của các loại động cơ điện nói trên trong đó đờng 1 ứng với kích thích hỗn hợp bù,
đờng 2 ứng với hỗn hợp ngợc, đờng 3 - kích thích song song và đờng 4 - kích
thích nối tiếp.
Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp có thể đợc chế tạo sao cho tác dụng
của dây quấn kích thích song song và nối tiếp hoặc bù nhau hoặc ngợc chiều nhau.
Nhng trên thực tế ngời ta chỉ dùng loại động cơ điện kích thích hỗn hợp bù vì động
cơ điện kích thích hỗn hợp ngợc không đảm bảo đợc điều kiện làm việc ổn định.
Động cơ điện kích thích hỗn hợp bù có đặc tính cơ mang tính chất trung gian giữa hai
loại động cơ kích thích song song và nối tiếp. Khi tải tăng, từ thông tăng, do đó đặc
tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp bù mềm hơn so với đặc tính cơ của động cơ
kích thích song song. Tuy nhiên mức độ tăng của không mạnh nh ở động cơ kích
thích nối tiếp cho nên đặc tính cơ của động cơ kích thích hỗn hợp bù cứng hơn so với
đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp. Để tiện so sánh, trên hình 7-10 vẽ đặc tính
cơ của các loại động cơ điện nói trên trong đó đờng 1 ứng với kích thích hỗn hợp bù,
đờng 2 ứng với hỗn hợp ngợc, đờng 3 - kích thích song song và đờng 4 - kích
thích nối tiếp.
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều kích thích hỗn hợp thực hiện
nh ở trờng hợp động cơ điện kích thích
song song, mặc dù về nguyên tắc có thể
áp dụng những phơng pháp điều chỉnh
tốc độ dùng cho động cơ điện một chiều

kích thích nối tiếp.
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều kích thích hỗn hợp thực hiện
nh ở trờng hợp động cơ điện kích thích
song song, mặc dù về nguyên tắc có thể
áp dụng những phơng pháp điều chỉnh
tốc độ dùng cho động cơ điện một chiều
kích thích nối tiếp.
Động cơ điện một chiều kích thích
hỗn hợp đợc dùng trong những nơi cần
điều kiện mômen mở máy lớn, gia tốc
quay khi mở máy lớn, tốc độ biến đổi theo
tải trong một vùng rộng nh trong máy ép,
máy bào, máy in, máy cán thép, máy nâng
tải Trong thời gian gần đây, động cơ
điện một chiều kích thích hỗn hợp đ
ợc
Động cơ điện một chiều kích thích
hỗn hợp đợc dùng trong những nơi cần
điều kiện mômen mở máy lớn, gia tốc
quay khi mở máy lớn, tốc độ biến đổi theo
tải trong một vùng rộng nh trong máy ép,
máy bào, máy in, máy cán thép, máy nâng
tải Trong thời gian gần đây, động cơ
điện một chiều kích thích hỗn hợp đ
ợc

nn
22
33
11
44
00
MM
Hình 7-10. So sánh đặc tính cơ của động
cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp với
các loại động cơ điện một chiều khác
Hình 7-10. So sánh đặc tính cơ của động
cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp với
các loại động cơ điện một chiều khác
dùng trong giao thông vận tải vì nó có u điểm hơn so với động cơ kích thích nối tiếp ở
chỗ dễ hãm bằng chế độ phát điện trả năng lợng trở về lới điện.
dùng trong giao thông vận tải vì nó có u điểm hơn so với động cơ kích thích nối tiếp ở
chỗ dễ hãm bằng chế độ phát điện trả năng lợng trở về lới điện.

7-4. đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều 7-4. đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều

Đặc tính làm việc của độn
g
cơ điện một chiều bao

g
ồm các
q
uan hệ n, M,


73
Đặc tính làm việc của độn
g
cơ điện một chiều bao
g
ồm các
q
uan hệ n, M,

= f( I

) khi U = U
đm
= C
te
.
Từ các biểu thức (7-1) và (7-2) ta thấy rằng về cơ bản đặc tính tốc độ n = f(I

) có
dạng giống đặc tính cơ n = f(M). Các đặc tính tốc độ của các loại động cơ biểu thị theo
đơn vị tơng đối đợc trình bày trên hình 7-11, trong đó đờng 1 ứng với động cơ kích

73
thích song song, đờng 2 và 3 ứng với động cơ kích thích hỗn hợp và đờng 4 ứng với

động cơ kích thích nối tiếp.
Đặc tính mômen M = f(I

) là quan hệ
M = C
M
I

. ở động cơ kích thích song
song C
te
nên M phụ thuộc vào I

theo
quan hệ bậc nhất (đờng I trên hình 7-11).
ở động cơ một chiều kích thích nối tiếp
I

nên đặc tính mô men có dạng parabol
(đờng IV) vì M I

2
. Còn ở động cơ kích
thích hỗn hợp, khi I

tăng thì cũng tăng
nhng với tốc độ chậm hơn so với sự tăng
của ở động cơ kích thích nối tiếp cho
nên đặc tính mô men có tính chất trung
gian giữa đờng I và IV (các đờng II và

III) .
Đặc tính hiệu suất

74
mô men của các động cơ điện một chiều.
Hình 7-11. Đặc tính tốc độ và đặc tính
2
,5
2
,0
1
,
5
1,0
0,5
0 0,5 1 I


I
V
M

4
3

2
1
1
n
I

II
I
I
I

=


max
0,5
Hình 7 - 12. Đặc tính hiệu suất
của các động cơ điện một chiều
f(I

) khi U =
U
đm
= C
te
của các loại động cơ điện một
chiều nói chung có dạng nh ở hình 7-12.
Hiệu suất cực đại của động cơ điện một
chiều thờng đợc tính toán với dòng điện

tải I = 0,75I
đm
và lúc đó tổn hao không đổi
trong động cơ điện (bao gồm tổn hao cơ
và tổn hao sắt) bằng tổn hao biến đổi phụ
thuộc vào điện trở của các dây quấn và tỷ

lệ với bình phơng của dòng điện I

. Hiệu
suất của động cơ điện một chiều vào
khoảng = 0,75 ữ 0,85 đối với động cơ
công suất bé, và = 0,75 ữ 0,94 ở động
cơ công suất trung bình và lớn.
Thí dụ
Cho một động cơ điện một chiều kích
thích song song có số liệu nh sau: 10 sức
ngựa, 230 V, kích thích song song, điện


1,0
I
*

trở R

= 0,35 , R
t
= 288 . Khi I

= 1,6 A thì n = 1040 vg/ph. Hỏi:
a) Muốn cho dòng điện mạch ngoài I = 40,8 A và n = 600 vg/ph thì trị số điện trở
cần thiết ghép vào mạch phần ứng bằng bao nhiêu ?
b) Với điện trở đó nếu I = 22,8 A thì tốc độ bằng bao nhiêu ?
c) Nếu I
đm
= 38,5 A, hãy tính M/M

đm
trong hai câu hỏi trên.
d) Tính công suất đa vào động cơ điện, công suất mạch phần ứng, công suất cơ
khi I = 40,8 A.
Giải
a) Cho rằng khi tải thay đổi, từ thông là hằng số, ta có:

)(
,,
fuu
uu
RRIU
RIU
n
n
+

=

Với n = 1040 vg/ph; n
,
= 600 vg/ph; I

= 1,6 A; I
,

= I - I
t
= 40,8 -
288

230
= 40 A;
U = 230 V; R

= 0,35 .
Từ biểu thức trên ta tính đợc R
f
= 2,1 .
b) Với điện trở R
f
= 2,1 , I = 22,8 A, ta có I

= 22,8 -
288
230
= 22 A.
Tơng tự nh trên ta có:

)1,235,0(40230
)1,235,0(22230
600
,,
,
,,
+
+
==
n
n
n

Ta suy ra n
,,
= 800 vg/ph.
c) Ta có M = C
M
I

, vậy:

06,1
8,05,38
40
,
,
=

==
dm
u
dm
I
I
M
M


58,0
8,05,38
22

,,
,,
=

==
dm
u
dm
I
I
M
M

d) Công suất đa vào bằng:
P
1
= U
đm
.I = 230.40,8 = 9400 W
Công suất mạch phần ứng bằng:
P

= P
1
- P
t
= 9400 r
t
.I
2

t
= 9400 288.0,8
2
= 9216 W
Công suất cơ bằng:
P
cơ
= P
1
- P
cu.
- P
t
= 9216 40
2
.2,35 = 5296 W
(P
cu.
= I
2

(R

+ R
f
) = 40
2
(0,35 + 2,1) = 3920 W)
Câu hỏi
1. Các yêu cầu khi mở máy động cơ điện một chiều? Các phơng pháp mở máy

động cơ điện một chiều?
2. Thành lập phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích độc
lập (hay song song) và kích thích nối tiếp.
3. So sánh các đặc tính của các động cơ điện một chiều.
4. Hiện tợng gì sẽ xảy ra khi mở máy động cơ điện một chiều kích thích song
song trong trờng hợp mạch kích thích bị đứt?
5. Trình bày các phơng pháp điều chỉnh tốc độ của các động cơ một chiều kích
thích độc lập (song song) và kích thích nối tiếp.
6. Nếu chổi than đặt không đúng vị trí mà bị xê dịch ngợc chiều quay của rôto thì
tốc độ của động cơ điện sẽ nh thế nào?

75
Bài tập
1. Cho một động cơ điện kích thích song song với các số liệu sau:
P
đm
= 95 kW, U
đm
= 220 V, I
đm
= 470 A, I
tđm
= 4,25 A, R

= 0,0125 , n
đm
=
500 vg/ph. Hãy xác định:
a) Hiệu suất của động cơ;
b) Tổn hao đồng trong máy, tổn hao không tải và dòng điện không tải;

c) Mômen của động cơ;
d) Trị số dòng điện tải để hiệu suất cực đại;
e) Điện trở điều chỉnh R
f
cần thiết để động cơ quay với n = n
đm
, I

= I
đm
và từ
thông giảm đi 40% .
Đáp số : a) 91,8%
b) P
cu
=8,4 kW, P
0
= 4753,5 W;
I
0
= 25,8 A
c) M = 1814 N.m
d) I
/
= 536 A
e) R
f
= 0,45
2. Một máy phát kích thích song song có số liệu nh sau: P
đm

= 27 kW, U
đm
= 115
V, n = 1150 vg/ph, I
t
= 5 A,
đm
= 86%, R

= 0,01673 , r
ctp
= 0,00717 , 2U
tx
= 2
V. Nếu chuyển sang làm việc ở chế độ động cơ với điện áp 110 V thì có công suất ở
trục là 25 kW. Giả thiết rằng trạng thái bão hoà và hiệu suất của máy không đổi. Tính:
a) Tốc độ quay;
b) Khi đột nhiên không tải thì động cơ làm việc với tốc độ bằng bao nhiêu? (bỏ
qua dòng điện không tải và phản ứng phần ứng).
Đáp số : a) 954 vg/ph
b) 1031 vg/ph
3. Cho một máy phát điện kích thích song song có P
đm
= 27 kW, U
đm
= 115 V,
n
đm
= 1150 vg/ph, I
t

= 5 A, hiệu suất
đm
= 86%. Điện trở mạch phần ứng R

= 0,02 ,
2U
tx
= 2 V.
a) Nếu đem dùng nh một động cơ điện (bỏ qua tác dụng của phản ứng phần ứng)
với U
đm
= 110 V, P
đm
= 25 kW, = 0,86. Hãy tính tốc độ n.
b) Tốc độ không tải của động cơ?
Đáp số : a) n
D
= 1030 vg/ph
b) n
0D
= 1105 vg/ph




76