Bài giảng máy điện I - Phần 1 Máy điện một chiều - Chương 7 potx

CHƯƠNG 7 : ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
 7.1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
 7.2: MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
7.3: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH THÍCH
SONG SONG HOẶC ĐỘC LẬP
Next
Phần I
Back
 7.4: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH THÍCH NỐI TIẾP
 7.5: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH THÍCH HỖN
HỢP
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
1. Phân loại:
 7.1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN
U
I
I
kt
I
ư
Hình b
U
I I
I
ư
Hình c
U
I
I
ktss
I

ktnt
Hình d
I
ư
I
ư
I
U
I
kt
U
kt
Hình a
+ Động cơ một chiều kích thích hỗn hợp: I = I
ư
+ I
kt
(hình d).
+ Động cơ một chiều kích thích độc lập: I
ư
= I (hình a).
+ Động cơ một chiều kích thích song song: I = I
ư
+ I
kt
(hình b).
+ Động cơ một chiều kích thích nối tiếp: I
ư
= I = I
kt

(hình c).
Next
Chương 7
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
2. Phương trình cân bằng áp:
Công suất điện đưa vào đầu động cơ kích thích song song là:
P
1
= U.(I
ư
+ I
kt
)
P
đt
= P
1
- (p
cu
.
kt
+ p
cu.ư
)
 E
ư
I
ư
= U.(I

ư
+ I
kt
) - (U.I
kt
+ I
ư
2
.R
ư
)  E
ư
= U - I
ư
.R
ư
3. Phương trình cân bằng mômen:
P
đt
= p
Fe
+ p
cơ
+ P
2







2Fecodt
PPPP
M
đt
= M
0
+ M
2
Đặt: M
0
+ M
2
= M
CT
(Mômen cản tĩnh)
 M
đt
= M
CT
Trong đó: M
0
: mômen cản không tải.
M
2
: mômen phụ tải.
Next
Chương 7
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

P
1
P
đt
p
cu.ư
+ p
cu.kt
p
Fe
p
cơ
P
2
1. Yêu cầu khi mở máy:
 7.2. MỞ MÁY ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
Dòng mở máy phải được hạn chế đến mức nhỏ nhất để tránh cho
dây quấn khỏi bị cháy hoặc ảnh hưởng xấu đến đổi chiều.
Mô men mở máy phải có trị số cao nhất có thể có để hoàn thành
quá trình mở maý nghĩa là đạt được tốc độ quy định trong 1 thời
gian ngắn nhất.
2. Các phương pháp mở máy:
- Khi mở máy trong mọi trường hợp đều phải đảm bảo có 
max
nghĩa là trước khi đóng động cơ vào nguồn điện, biến trở điều chỉnh
dòng kích thích phải đặt ở vị trí sao cho điện trở kích thích nhỏ nhất
để mômen đạt giá trị lớn nhất ứng với mọi giá trị của dòng phần
ứng.
Next
Chương 7

Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
a. Mở máy trực tiếp:
Tại thời điểm đầu: n = 0  E
ư
= 0  U = I
ư
.R
ư
 I
ư
=
 I
mm
= I
ư
= (5  10)I
đm
.
Vì dòng mở máy lớn nên phương pháp này ít được sử dụng. Chủ
yếu dùng cho động cơ công suất vài trăm oát (vì R
ư
tương đối lớn
nên I
mm
 (4  6)I
đm
).

R

U
b. Mở máy nhờ biến trở:
ĐC
U
I
kt
0 T
1
2
3
4
5
M
r
mm
- Khi mở máy nhờ biến trở dòng được tính:
mmi
i

RR
EU
I



R
mmi
là điện trở mở máy thứ i.
Next
Chương 7

Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
- Biến trở mở máy được tính sao cho:
I
mm
= (1,4  1,7)I
đm
đối với các động cơ công suất lớn
I
mm
= (2  2,5)I
đm
với động cơ công suất nhỏ.
Quá trình mở máy được biểu diễn như hình vẽ:
n
1 2 3 4 5
0
M
M
c
M
I
ư
n
I
1
I
2
M
1

M
2
Next
Chương 7
Back
Thường dùng mở máy cho những động cơ công suất lớn để kết hợp
cả việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.
c) Mở máy bằng điện áp thấp
(U
mm
< U
đm
):
Phải dùng 1 nguồn độc lập
có thể điều chỉnh điện áp
được để cung cấp cho phần
ứng động cơ. Một nguồn khác
U = U
đm
để cung cấp cho
mạch kích thích.
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
1. Đặc tính cơ:
 7.3. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH THÍCH
SONG SONG HOẶC ĐỘC LẬP
Từ phương trình: E = C
e
.

.n 

Thay M = C
M
.

.I
ư
ta có: (1)






e

e
C
R.IU
C
E
n
2
Me

e
.C.C
R.M
C
U
n







Với điều kiện: U = const, I
kt
= const khi M
(hoặc I
ư
) thay đổi thì từ thông 

cũng hầu
như không đổi.
Động cơ này được dùng trong trường hợp tốc độ hầu như không đổi
khi tải thay đổi (máy cắt kim loại )
0
n
n
0
M
đm
M(I
ư
)
Next
Chương 7
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

k
R.M
nn

0

Với và k = C
e
.C
M
.



e
0
C
U
n
2


(1) 
2. Điều kiện ổn định của động cơ:
Xét đặc tính M = f(n) của động cơ điện và M
c
= f(n) của tải như hình vẽ:
Ta có:
với:
là quán tính phần quay.

dt
d
jMM
c


g4
GD
j
2

Trường hợp a: P là điểm làm
việc của hệ thống có M = M
c
hay
0
dn
dM

Nếu vì lý do nào đó tốc độ tăng: n = n
lv
+ n thì M
c
> M  Động
cơ bị ghìm, tốc độ giảm dần về điểm P  n = n
lv
. Ngược lại: nếu tốc
độ giảm  M
c
< M  động cơ được gia tốc và đạt tốc độ làm việc.

Như vậy: điều kiện làm việc ổn định của hệ thống là:
dn
dM
dn
dM
c

Trường hợp b: Nếu tốc độ tăng đột nhiên sẽ khiến cho động cơ điện
có M > M
c
làm tốc độ tiếp tục tăng mãi hoặc sự giảm tốc độ sẽ dẫn
đến hậu quả là tốc độ giảm mãi.
dn
dM
dn
dM
c

Vậy: hệ thống làm việc không ổn định ứng với điều kiện
dn
dM
dn
dM
c

dn
dM
dn
dM
c


Next
Chương 7
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
M
0
M
M
c
P
Hình a
n
lv
n
n
Hình b
0
M
M
M
c
P
n
n
n
lv
3. Điều chỉnh tốc độ:
2
Me


e
.C.C
R.M
C
U
n






a. Phương pháp thay đổi từ thông:

1
n
0
n
0đm
n
01
n
02

2

đm
M
Bằng cách thay đổi trị số của biến trở trong

mạch kích thích. Các đường này có n
0
>
n
0đm
và giao nhau tại 1 điểm trên trục hoành
ứng với (n = 0, I
ư
= )

R
U
b. Thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng:
0
n
n
0
R
f
= 0
R
f1
R
f2
R
f3
M


k

RR.M
nn
f
0


Next
Chương 7
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
c) Phương pháp thay đổi điện áp:
0
M
U<U
đm
U=U
đm
U>U
đm
n
02
n
01
n
03
n
Việc cung cấp điện áp cho động
cơ được thực hiện bằng 1 nguồn độc
lập bằng cách ghép thành tổ hợp
máy phát - động cơ.

4. Đặc tính làm việc:
a) Đặc tính tốc độ: n = f(I
ư
) giống đặc tính cơ:





.C
R.I
C
U
n
e

e
b) Đặc tính mômen: M = f(I
ư
) khi U = U
đm
= const
 M = C
M
.

.I
ư
Do I
kt

= const khi U = const  

= const
 M = f(I
ư
) là đường thẳng.
M
0
I
ư
c) Đặc tính hiệu suất:  = f(I
ư
)
Khi U = U
đm
= const.

max
được tính với dòng điện tải I
ư
= 0,75I
đm
.
Khi đó tổn hao không đổi trong động cơ
(p
cơ
+ p
Fe
) bằng tổn hao biến đổi trong mạch
phần ứng (phụ thuộc r

dq
và tỷ lệ I
ư
2
)
0
0,75I
đm
I
ư

max

Next
Chương 7
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
1. Đặc tính cơ của động cơ 1 chiều kích thích nối tiếp:
7.4: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH THÍCH NỐI TIẾP
Vì I = I
ư
= I
kt
 trong phạm vi rộng có thể biểu thị 

= K

.I (1)
Trong đó: K


= const khi I < 0,8I
đm
và giảm đi 1 chút khi I > 0,8I
đm
do ảnh hưởng bão hoà của mạch từ.
M = C
M
.

.I
ư
. Thay 

ở phương trình (1) vào ta
có:
M
2
2
M
C
K.M
K
CM








M
C
K.M



2
Me

e
.C.C
R.M
C
U
n









K.C
R
K.M.C
CU
e


e
M
(2)
Nếu bỏ qua R
ư
thì n tỉ lệ với hay .
M
U
2
2
n
C
M 
Khi mạch từ chưa bão hoà đặc tính cơ có dạng hypecbol bậc 2.
Next
Chương 7
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
0 M
n
Động cơ một chiều kích thích nối tiếp với đặc tính cơ rất mềm
được ứng dụng trong những nơi cần điều kiện mở máy nặng nề và
cần thay đổi tốc độ trong 1 vùng rộng (cầu trục, xe điện )
Khi n giảm thì M tăng và ngược lại. Trong
trường hợp mất tải (I = 0, M = 0) thì n có trị số rất
lớn vì thế loại động cơ này không cho phép làm
việc trong điều kiện có thể mất tải (đai truyền ).
2. Điều chỉnh tốc độ:
a) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông:
Việc thay đổi từ thông trong động cơ kích từ nối tiếp có thể thực hiện

theo 3 phương pháp:
Next
Chương 7
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Mắc điện trở sun vào dây quấn kích thích. (Hình a)
U
R
kt
R
S
ĐC
I
ư
(a)
U
ĐC
W
kt
W'
kt
I
ư
(b)
U
R
Sư
R
kt
I

ư
(c)
Mắc điện trở sun vào mạch phần ứng. (Hình c)
Thay đổi số vòng dây của dây quấn kích thích. (Hình b)
Next
Chương 7
Back
Hai biện pháp đầu
cho cùng 1 kết quả:
nếu dòng kích thích
ban đầu là I
kt
thì
dòng sau khi điều
chỉnh là I'
kt
= k.I
kt
Với k là hệ số giảm.
+ Trường hợp a: + Trường hợp b:
1
RR
R
k
Skt
S



1

W
W
k
kt
kt

'
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Vì I
kt
giảm nên các phương pháp này chỉ điều chỉnh được  < 
đm
và tốc độ sẽ thay đổi trong vùng trên định mức và đường đặc tính
sẽ nằm về phía trên của đặc tính tự nhiên (đường 2).
0
(5)
(4)
M
(2)
(1)
(3)
n
+ Trường hợp c: Mắc sun vào mạch
phần ứng  tổng trở của mạch sẽ bé đi làm
cho dòng điện I
kt
tăng lên và  tăng  n
giảm.
Phương pháp này chỉ điều chỉnh tốc độ dưới
vùng định mức và đường đặc tính cơ tương

ứng nằm dưới đường đặc tính cơ tự nhiên
(đường 3).
Nhược điểm : điện trở kích thích nhỏ nên toàn bộ điện áp lưới hầu
như đặt trên điện trở sun vì vậy tổn hao lớn và hiệu suất của động
cơ thấp. Hiệu quả của việc điều chỉnh tốc độ bằng cách tăng từ
thông  bị hạn chế bởi sự bão hoà mạch từ nên phương pháp này ít
dùng.
Next
Chương 7
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
b) Điều chỉnh bằng cách thêm điện trở vào mạch phần ứng:
U
R
đc
I
ư
Chỉ điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ định mức và
kèm theo tổn hao trên điện trở phụ làm giảm hiệu
suất của động cơ nên ít dùng. Đặc tính cơ của
trường hợp này là đường (4).
Phương pháp này chỉ điều chỉnh được n < n
đm
vì không cho phép
tăng điện áp quá định mức nhưng lại có hiệu suất cao do không có tổn
hao khi hiệu chỉnh. Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong giao
thông vận tải và thực hiện bằng cách đổi nối song song thành nối tiếp
2 động cơ.
c) Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp:
Đặc tính cơ có dạng (5).

Next
Chương 7
Back
Khi làm việc song song các động cơ sẽ làm việc ở U = U
đm
sau
khi đổi nối thành nối tiếp  làm việc với điện áp U = U
đm
/2.
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
4. Đặc tính làm việc:
a) Đặc tính tốc độ: n = f(I
ư
) khi U = U
đm
= const






.C
U
C
R.IU
n
ee

(bỏ qua R

ư
)
Có dạng hypecbol giống đặc tính cơ.
b) Đặc tính mômen: M = f(I
ư
) khi U = U
đm
= const
M = C
M
..I
ư
  I
ư
 M  I
ư
2
 Dạng đặc tính
mômen là đường Parabol

max
M, 
0
0,75I
đm
M

I
ư
c) Đặc tính hiệu suất:

Giống của động cơ kích thích song song.
Next
Chương 7
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Thực tế chỉ dùng loại đấu thuận 2 dây quấn kích thích vì khi đấu
ngược không đảm bảo điều kiện ổn định trong quá trình làm việc.
 7.5: ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH THÍCH HỖN HỢP
1. Đặc tính cơ:
Do I = I
ư
= I
kt
nên phương trình đặc tính cơ có dạng:







e
kt
C
R.IIU
n
0
n
M
(4)

(1)
(3)
(2)
(4): Đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp.
(1): Đặc tính cơ của động cơ hỗn hợp bù.
(2): Đặc tính cơ của động cơ hỗn hợp ngược.
(3): Đặc tính cơ của động cơ kích thích song song.
2. Điều chỉnh tốc độ :
Thường được điều chỉnh như ở động cơ kích thích song song.
Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi r
kt
.
Thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng.
Thay đổi điện áp.
Next
Chương 7
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
3. Đặc tính làm việc
a) Đặc tính tốc độ: n = f(I
ư
) khi U = U
đm
= const
Giống đặc tính cơ.
b) Đặc tính mômen: M = f(I
ư
)
Khi I tăng   tăng nhưng mức độ tăng chậm hơn so với động cơ
kích từ nối tiếp  đặc tính mômen có tính chất trung gian giữa 2 đặc

tính mômen của động cơ kích từ nối tiếp và kích từ song song.
1
I
ư
*
(3)
(2)
(1)
n
*
1
0
M
*
, n
*
M
*
(1)(2)(3)
 Dạng đặc tính mômen và tốc độ trong hệ
đơn vị tương đối:
(1) là của ĐC kích từ song song.
(2) là của ĐC kích từ hỗn hợp.
(3) là của ĐC kích từ nối tiếp.
c) Đặc tính hiệu suất:
4. Ưu nhược điểm:
Next
Chương 7
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU