THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU


Đ ề t à i : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU
CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
MỤC LỤC
Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU .
1.1.Tổng quan về động cơ điện một chiều .
1.1.1. Cấu tạo động cơ điện một chiều .
1.1.1.1. Phần tĩnh .
1.1.1.2. Phần quay .
1.1.2. Các thông số đinh mức .
1.1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều .
1.2. Phương trình đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều
.
1.3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều .
1.3.1. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở
phụ .
1.3.2. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ thông
kích từ của động cơ .
1.3.3. Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp
phần ứng .
1.4.Các đặc tímh cơ khi hãm .
1.4.1. Hãm tái sinh .
1.4.2. Hãm ngược .

1.4.3. Hãm động năng .
1.5. Các đặc tính cơ khi đảo chiều quay .
1.6. Các chỉ tiêu chất lượng .
1.6.1. Phạm vi điều chỉnh D .
2
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.6.2. Độ trơn điều chỉnh φ .
1.6.3. Sai số tốc độ .
1.6.4. Mức độ phù hợp giữa đặc tính tải cho phép và đặc tính cơ .
1.6.5. Hướng điều chỉnh .
1.6.6. Miền tải điều chỉnh có hiệu quả .
1.6.7. Khả năng tự động hoá .
1.6.8. Chỉ tiêu kinh tế .
Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ BỘ CHỈNH LƯU BA PHA THYRISTOR .
2.1. Hệ chỉnh lưu thyristor động cơ và thyristor .
2.1.1. Giới thiệu về thyristor .
2.1.2. Hệ chỉnh lưu thyristor .
2.1.3. Nguyên lý điều chỉnh điện áp phần ứng .
2.2. Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu ba pha không đảo chiều .
2.2.1. Nguyên lý làm việc hệ chỉnh lưu .
2.2.2. Hiện tượng trùng dẫn .
2.2.3. Nghịch lưu phụ thuộc .
2.2.4. Hệ T – Đ không đảo chiều .
2.3. Tổng quan về bộ chỉnh lưu cầu ba pha có đảo chiều .
2.3.1. Nguyên tắc cơ bản để xây dựng hệ truyền động T - Đ đảo chiều .
2.3.2. Phương pháp điều khiển chung .
2.3.3. Phương điều khiển riêng .
Chương 3 : TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .
3.1. Tính chọn mạch động lực .

3.1.1. Sơ đồ mạch động lực hệ chỉnh lưu cầu ba pha thyristor .
3.1.2. Các thông số của động cơ .
3.1.3. Tính chọn thyristor .
3.1.4. Tính chọn máy biến áp chỉnh lưu .
3.2. Giới thiệu mạch điều khiển .
3.2.1. Sơ đồ nguyên lý .
3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
3.2.2. Nguyên tắc điều khiển .
3.2.2.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính .
3.2.2.2. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos .
3.2.3. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển .
3.2.3.1. Khâu đồng pha .
3.2.3.2. Khâu so sánh .
3.2.3.3. Khâu khếch đại .
3.2.3.4. Khâu tạo xung chùm .
3.2.4. Sơ đồ mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động .
3.3. Tính toán các thông số mạch điều khiển .
3.3.1. Tính biến áp xung .
3.3.2. Tính tầng khếch đại cuối cùng .
3.3.3. Chọn cổng AND .
3.3.4. Chọn tụ C
3
và R
9
.
3.3.5. Tính chọn bộ tạo xung chùm .
3.3.6. Tính chọn khâu so sánh .
3.3.7. Tính chọn khâu đồng pha .

3.3.8. Tính chọn nguồn nuôi .
3.3.9. Tính toán máy biến áp nguồn nuôi và đồng pha .
3.3.10. Tính chọn điôt cho bộ chỉnh lưu nguồn nuôi .
3.4. Tính chọn các thiết bị bảo vệ cho mạch động lực .
3.4.1. Sơ đồ mạch động lực có các thiết bị bảo vệ .
3.4.2. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn .
3.4.3. Bảo vệ quá dòng cho van .
3.4.4. Bảo vệ quá áp cho van .
3.5. Thiết kế cuộn kháng lọc .
3.5.1. Xác định góc mở cực tiểu và cực đại .
3.5.2. Xác định các thành phần sóng hài .
3.5.3.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc .
4
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
3.5.4. Thiết kế kết cấu cuộn kháng lọc .
Chương 4 : MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHỈNH LƯU THYRISTOR – ĐỘNG
CƠ CÓ ĐẢO CHIỀU QUAY TRÊN MATLAB – SIMULINK .
4.1. Các khối có sẵn trong Simulink .
4.1.1. Máy điện một chiều .
4.1.2.Khối tạo xung điều khiển các thyristor .
4.2. Kết quả mô phỏng .
5
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
LỜI NÓI ĐẦU
Trong công cuộc đổi mới công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước hiện
nay , vấn đề áp dụng khoa hoạ kỹ thuật vào các quy trình sản suất là vấn đề
cấp bách hàng đầu . Cùng với sự phát của một số nghành như điện tử , công
nghệ thông tin , nghành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã phát triển

vược bậc .Tự động hoá các quy trình sản suất đang được phổ biến , có thể
thay sức lao động con người , đem lại năng suất cao chất lượng sản phẩm
tốt .
Hiện nay , các hệ thống dây chuyền tự động trong các nhà máy , xí
nghiệp được sử dụng rất rộng rãi , vận hành có độ tin cậy cao . Vấn đề quan
trọng trong các dây chuyền sản suất là điều khiển điều chỉnh tốc độ động cơ
hay đảo chiều quay động cơ để nâng cao năng suất .
Với hệ truyền động điện một chiều được ứng dụng nhiều trong các yêu
cầu điều chỉnh cao , cùng với sự phát triển không ngừng của kỹ thuật điện tử
và kỹ thuật vi điện tử . Hệ truyền động một chiều điều chỉnh đồng thời điện
áp phần ứng động cơ và từ thông đã trở thành giải pháp tốt cho các hệ thống
có yêu cầu chất lượng cao .
Ở nước ta hiện nay một số dây chuyền nhập ngoại , với một số lý do
khách quan cho nên một số thiết bị khi có vấn đề sự cố phải nhờ đến chuyên
gia nước ngoài . Về việc thay thế và điều khiển từng bước để hội nhập cùng
với sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật .
Trong quá trình nghiên cứu không thể tránh khỏi thiếu sót kính mong
quý thầy cô chỉ bảo để em được hiểu thêm , có kiến thức nhất định để phục
vụ cho chuyên nghành của mình sau này .
Em xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp đỡ của thầy Khương Công
Minh và các thầy cô tự động hoá và đo lường đã hướng dẫn , giúp đỡ , tạo
điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài này .
Em xin chân thành cảm ơn !
6
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Đà nẵng , ngày …… tháng …… năm
2008 .
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Minh Ánh

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNH CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .
7
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Trong thời đại ngày nay , hầu hết các dây chuyền sản xuất của công
nghiệp đang dần dần được tự động hoá bằng cách áp dụng các khoa học kỹ
thuật tiên tiến của thế giới . Tuy thế động cơ điện một chiều vẫn được coi là
một loại máy quan trọng trong các nghành công nghiệp , giao thông vận tải
và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc quay liên tục trong phạm vi
rộng như cán thép ,hầm mỏ ….Vì động cơ điện một chiều có đặc tính điều
chỉnh tốc độ rất tốt .
1.1.1. Cấu tạo :
Động cơ điện một chiều gồm có hai phần :

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Hình 1-1: Mặt cắt dọc động cơ điện.
Cấu tạo:

1- võ máy ( gông từ )
2- cực từ chính
3- dây quấn cực từ chính
4- cực từ phụ
5- dây quấn cực từ phụ
6- dây quấn phần ứng
7- lõi sắt phần ứng
8- rãnh phần ứng
8
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
9- răng phần ứng
10- má cực từ
1.1.1.1. Phần tĩnh ( stator ) : đây là phần đứng yên của máy , nó bao gồm
các bộ phận chính sau :
- Cực từ chính : là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cự từ và và
dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ . Lõi sắt cực từ làm bằng nhữnh lá
thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt . Dây
quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện kỹ thành một khối và
tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ .Các cuộn dây kích từ đặt
trên các cực từ này nối nối tiếp vói nhau .
-Cực từ phụ : cực từ phụ đặt giữa các tự từ chính và dùng để cải thiện
đổi chiều .Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân
cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính .
Cực từ phụ dược gắn vào võ nhờ những bulông .
-Gông từ : gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đôngf thời
làm võ máy . Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và
hàn lại . Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc .Có khi trong máy điện
nhỏ dùng gang làm võ máy .
-Các bộ phận khác :nó gồm có các bộ phận

+ Nắp máy : để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư
hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện . Trong máy điện
nhỏ và vừa , nắp máy còn có tác dụng làm giá đở ổ bi . Trong những trường
hợp này nắp thường làm bằng gang .
+ Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài . Cơ cấu
chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt
kên cổ góp . Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với
giá . Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng
chổ . Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại .
9
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1.1.2 . Phần quay ( roto ) :Đây là phần quay ( động ) của động cơ gồm có
các bộ phận sau .
- Lõi sắt phần ứng : Là lõi sắt dùng để dẫn từ .Thường dùng những tấm
thép kỹ thuật điện ( thép hợp kim silic ) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở
hai lớp mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên . Trên
lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào .
+ Trong những máy cỡ trung bình trở lên ,người ta còn dập những lỗ
thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thẻ tạo được những lỗ thông gió dọc
trục .
+ Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng
đoạn nhỏ . Giũa các đoạn ấy có đẻ một khe hở gọi là khe thông gió ngang
trục . khi máy làm việc , gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt .
+ Trong máy điện nhỏ , lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục .
- Dây quấn phần ứng : Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện
chạy qua . Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện .
Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có thiết diện tròn . Trong máy điện
vừa và lớn , thường dùng dây có tiết diện chử nhật dây quấn được cách điện
cẩn thận vói rãnh của lõi thép .

Để tránh khi bị văng ra do lực li tâm , ở miệng rãnh có dùng nêm để đè
chặt hoặc phải đai chặt dây quấn . Nêm có thể làm bằng tre ,gỗ hay bakelit .
- Cổ góp : Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều ,dùng để đổi
chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều .
Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình đuôi nhạn cách điện
vói nhau bằng lớp mica dầy 0.4 đến 1.2mm và hợp thành hình trụ tròn . Hai
đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chử V ép chặt lại . Giũa vành ốp và trụ
tròn cũng cách điện bằng mica .Đuôi vành góp có cao hơn lên một tí để hàn
các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dể dàng .
- Các bộ phận khác : Gồm có cánh quạt và trục máy .
10
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
+ Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy . Máy điện một chiều
thường chế theo kiểu bảo vệ . Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió .Cánh quạt
lắp trên trục máy ,khi máy quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy . Gió đi
qua vành góp , cực từ , lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm
nguội máy .
+ Trục máy : Là phần trên đó đặt lõi sắt phần ứng , cổ góp , cánh quạt
và ổ bi . Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt .
1.1.2. Các thông số định mức .
Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những
điều kiện mà xưỡng chế tạo đã qui định . Chế độ đó được đặt trưng bằng
những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức
.Trên nhãn máy thường ghi những đai lượng sau :
Công suất định mức P
dm
( kw hay w );
Điện áp dịnh mức U
dm

( V ) ;
Dòng điện định mức I
dm
( A ) ;
Tốc độ định mức n
dm
( vg/ph ) ;
Ngoài ra còn ghi kiểu máy , phương pháp kích từ , dòng điện kích từ và
các số liệu về dòng điện sử dụng ……
Cần chú ý là công suất định mức của động cơ ở đây là công suất cơ đưa
ra ở đầu trục động cơ .
1.1.3 . Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều ;
- Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện
của dòng một chiều thành cơ năng . Trong quá trình biến đổi đó , một phần
năng lượng của dòng xoay chiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần
ứng và mạch kích từ , phần còn lại năng lượng được biến thành cơ năng trên
trục động cơ .
- Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn
phần ứng sẽ sinh ra từ trường ở phần tĩnh . Từ trường này có tác dụng tương
hổ lên dòng điện trên dây quấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm
11
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
cho roto quay . Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh
lưu thành dòng một chiều đưa vào dây quấn phần ứng . Điều này làm cho lực
từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều và làm động
cơ quay theo một hướng .
- Công suất ứng vói mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công
suất điện từ và bằng :
P

dt
= M . ω = E
ư
.I
ư
; (1-1)
Trong đó : M : là mômen điện từ ;
I
ư
: Dòng điện phần ứng ;
E
ư
: Suất điện động phần ứng ;
ω : Tốc độ góc phần ứng ;
và ω =
60
2 n
π
;
1.2 . PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ ĐIỆN CỦA
ĐM
ĐL
;
- Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không
đổi thì mạch kích từ thường mắt song song vói mạch phần ứng , lúc này
động cơ được gọi động cơ kích từ song song .
12
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Hình 1-2 : Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song ;

- Khi nguồn điện một có công suất không đủ lớn thì mạch phần ứng và
kích từ mắt vào hai nguồn một chiều độc lập nhau , lúc này động cơ được
gọi là kích từ độc lập .


Hình 1-3 : Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập .
13
I
ư
←
E
R
f
_
+
U
ư
C
kt
I
kt
R
kt
_
+
U
kt
U
ư
E

I
ư
R
ktf
–
+
C
kt
I
kt
R
f
I
ư
←
I
ư
←
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Do trong thực tế đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích
thích song song hầu như là giống nhau , nên ta sét chung đặc tính cơ và đặc
tính cơ điện của động cơ điện kích từ độc lập .
-Theo sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hình
(2-2) ta viết được phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng ở chế
độ xác lập như sau :
U
ư
= E + (R
ư

+ R
f
).I
ư
; (1-2)
Trong đó : U
ư
:Điện áp phần ứng ( V ) ;
E : Suất điện động phần ứng ( V ) ;
R
f
: Điện trở phụ trong mạch phần ứng ( Ω ) ;
R
ư
:Điện trở của phần ứng (Ω ) ;
Với R
ư
= r
ư
+ r
cf
+ r
cb
+ r
tx
;
Trong đó : r
ư
: Điện trở dây phần ứng (Ω) ;
r

cf
: Điện trở cực từ phụ (Ω) ;
r
cb
: Điện trở cuộn bù (Ω) ;
r
tx
: Điện trở tiếp xúc của chổi điện (Ω) ;
Sức điện động E của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức :
E =
a
NP
2
.
π
.Φ. ω = KΦ. ω
(1-3)
Trong đó : P : Số đôi điện cực chính ;
N : Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng ,
a : Số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng ,
ω : Tốc độ góc ( rad/s) ;
Φ : Từ thông kích từ chính một cực từ ( Wb ) ;
Đặt K =
a
NP
2
.
π
: Hệ số kết cấu của động cơ .
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì E = K

c
.Φ.n
và
14
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
ω =
60
2 n
π
=
55,9
n
;
Vì vậy : E
ư
=
a
NP
.60
.
. Φ.n = K
c
.Φ.n =
55,9
K
.Φ.n = 0,105K.Φ.n ;
Trong đó : K
c
: Hệ số sức điện động của động cơ .

Từ các phương trình trên ta có :
ω =
.

,
,
φφ
K
RR
K
U
f
u
u
+
−
I
ư
(1-4)
Đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều .kích từ
độc lập .
Mặt khác ta có mômen điện từ của động cơ ở chế độ xác lập được xác
định theo biểu thức :
M
dt
= K.Φ.I
ư
; (1-5)
Suy ra I
ư

=
φ
.K
M
dt
, thay I
ư
vào (1-4) ta có
ω =
2
).(
.
,,
φ
φ
K
RR
K
U
f
uu
+
−
.M
dt
;
(1-6)
Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất ma sát trong ổ trục thì ta có thể coi
mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ và ký hiệu là M :
M

dt
= M
co
= M ;
Suy ra : ω =
2
).(
.
,,
φ
φ
K
RR
K
U
f
uu
+
−
.M ; (1-7)
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập .
- Có thể biểu diễn phương trình đặc cơ dưới dạng khác .
ω = ω
0
- ∆ω ; (1-8)
Trong đó : ω
0
=
φ

.
,
K
U
u
; Gọi là tốc độ không tải lý tưởng .
15
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
∆ω =
2
).(
,
φ
K
RR
f
u
+
.M =
2
).(
,
φ
K
R
u
∑
.M :Gọi là độ sụt tốc .
Giả thiết phần ứng được bù đủ từ thông của động cơ Φ = const , thì các

phương trình đặc tính cơ điện (1-4) và phương trình đặc tính cơ (1-7) là
tuyến tính . Đồ thị của chúng được biểu diễn trên đồ thị là những đường
thẳng .
Nếu xét đến tất cả các tổn thất thì : M
co
= M
dt
± ∆M ;
Hình 1- 4 : Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập
Theo đồ thị trên khi I
ư
= 0 hoặc M = 0 thì ta có : ω = ω
0
=
φ
.
,
K
U
u
, lúc
này động cơ đạt tốc độ không tải lý tưởng .
Còn khi ω = 0 thì ta có :
16
I
ư
I
nm
0
ω

0
I
dm
ω
dm
ω
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
I
ư
=
f
u
u
RR
U
+
,
,
= I
nm
; (1-9)
Và M = K.Φ.I
nm
=M
nm
;
(1-10)
Với I
nm

, M
nm
: Gọi là dòmg điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch .
Hình 1- 5 : Đặc tình cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
.
1.3 . CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ CỦA ĐM
ĐL
;
Từ phương trình đặc tính cơ (1-7) ta thấy có ba tham số ảnh hưởng đến
phương trình đặc tính cơ đó là từ thông , điện áp phần ứng , điện trở phần
ứng của động cơ .thay đổi các tham số trên ta thay đổi được tốc độ và
17
M
M
nm
0
ω
0
M
dm
ω
dm
ω
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
mômen động cơ theo ý muốn . Do phương trình đặc tính cơ phụ thuộc vào ba
tham số trên ,tương ứng với đó ta sẽ có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ
động cơ .
1.3.1 . Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐM
dl

bằng cách thay đổi
điện trở phụ R
f
.
Giả thiết U
ư
= U
dm
= const và Φ = Φ
dm
= const
Ta có phương trình đặc tính cơ tổng quát :
ω =
2
'
).(.
,,
φφ
K
RR
K
U
fu
uu
+
−
.M hay ω = ω
0
- ∆ω ;
Tốc độ không tải lý tưởng : ω

0
=
φ
.
,
K
U
u
= const ;
(1-11)
Độ cứng đặc tính cơ : β =
ω
∆
∆M
= –
f
u
dm
RR
K
+
,
2
).(
φ
;
(1-12)
Muốn thay đổi tốc độ động cơ thì ta thay điện trở phần ứng bằng cách
mắt thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng của động cơ . Khi thay đổi điện
trở phụ R

f
thì tốc độ không tải lý tưởng ω
0
= cont , còn ∆ω sẽ thay đổi theo
R
f
như vậy lúc này các đường đặc tính cơ sẽ thay đổi nhưng vẫn đi qua điểm
cố định là ω
0
. Từ (1-12) ta thấy khi điện trở phụ R
f
= 0 thì β có giá trị lớn
nhất ứng với đường đặc tính cơ tự nhiên , còn khi R
f
càng lớn thì β càng nhỏ
và tốc độ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định . Như vậy khi thay đổi
điện trở phụ của động cơ ta sẽ được một họ đặc tính cơ có dạng như hình 1-6
.
18
U
ư
E
I
ư
R
ktf
–
+
C
kt

I
kt
R
f
I
ư
←
I
ư
←
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Hình 1- 6 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
bằng cách thay đổi điện phụ của mạch phần ứng .

Ta có : 0 < R
f1
< R
f2
< R
f3
< … thì ω
dm
> ω
1
> ω
2
> ω
3
> ….nhưng nếu

ta tăng R
f
đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M ≤ M
c
dẫn đến động cơ sẽ
quay không được và động cơ sẽ làm việc ở chế độ ngắn mạch ω = 0 , đến
bây giờ ta có thay đổi R
f
thì động cơ vẫn không không quay nữa . Do đó
phương pháp này gọi là phương pháp điều chỉnh tốc độ không triệt để .
Hình 1-7 : Đặc tình điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
bằng cách thay đổi điện trở phụ phần ứng .
19
ω
M
nm
TN
R
f1
R
f2
M
c
M
0
ω
0
R
f3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC

ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Vậy ứng vói một phụ tải M
c
nào đó nếu R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ
càng giảm ,đồng thời dòng điện ngắn mạch I
nm
và mômen ngắn mạch M
nm

càng giảm , cho nên người ta thường dùng phương pháp này để hạn chế
dòng điện khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản .
1.3.2 Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐM
đl
bằng cách thay đổi từ thông
kích từ của động cơ .
Giả thiết điện áp phần ứng : U
ư
= U
dm
= const ;
Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát :
ω =
2
'
).(.
,
φφ
K

R
K
U
u
u
∑
−
.M ;
→ ω = ω
0
- ∆ω ;
Trong trường hợp này tốc độ không tải : ω
0x
=
φ
.
,
K
U
u
;
Độ cứng đặc tính cơ : β = –
,
2
).(
u
x
R
K
φ

;
Ta thấy rằng thay đổi từ thông Φ thì ω
0
và ∆ω đều thay đổi theo , Dẩn đến
ω thay đổi theo . Vì vậy ta sẽ được họ các đường đặc tính điều chỉnh dốc dần
(Do độ cứng đặc tính cơ β giảm ) và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi Φ
càng nhỏ ,với tải như nhau thì tốc độ càng khi giảm tư thông Φ .
Như vậy : ứng với Φ
dm
> Φ
1
> Φ
2
>…….thì ω
dm
< ω
1
< ω
2
<……, nhưng
nếu giảm Φ quá nhỏ thì ta có thể làm cho tốc độ động cơ quá lớn quá giới
hạn cho phép , hoạt làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi , do dòng phần
ứng tăng cao , hoặt để đảm bảo chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm
dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho momen cho phép trên trục động cơ
giảm nhanh , dẩn đến động cơ bị quá tải .
20
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Hình : 1-8 : Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐM

đl
bằng cánh thay đổi từ thông
Φ .
Hình :1-9 :Đăc tính điều chỉnh tốc độ ĐM
dl
bằng cách thay đổi từ thông
Φ .
1.3.3 . phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐM
dl
bằng cách thay đổi điện áp
phần ứng của động cơ .
Giả thiết từ thông Φ = Φ
dm
= const , khi ta thay đổi điện áp phần ứng
theo hướng giảm so với U
dm
.
Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát :
21
U
ư
C
kt
←
E
I
ư
I
kt
R

ktf
+
-
M
c
M
M
n2
M
n1
ω
ω
02
ω
01
ω
0dmm
ω
2
ω
1
ω
dm
Φ
1
Φ
2
Φ
dm
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC

ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
ω =
2
).(.
,,
φφ
K
R
K
U
uu
−
. M
→ ω = ω
0
- ∆ω ;
Ta có :
Tốc độ không tải : ω
0x
=
dm
x
K
U
φ
.
;
Độ cứng đặc tính cơ : β =
,
2

).(
u
dm
R
K
φ
= const ;
.
Hình 1-10 :Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐM
dl
bằng cách thay đổi U
ư
Ta thấy rằng khi thay đổi U
ư
thì ω
0
thay đổi còn ∆ω = const , vì vậy ta
sẽ được họ các đường đặc tính điều chỉnh song song với nhau . Nhưng muốn
thay đổi U
ư
thì phải có bộ nguồn một chiều thay đổi đươc điện áp ra , thường
là dùng các bộ biến đổi .
Các bộ biến đổi có thể là :
+ Bộ biến đổi máy điện : Dùng máy phát điện một chiều ( F ) , máy điện
khếch đại
( MĐKĐ ) .
22
U
dk
+

-
C
kt
BBĐ
←
←
U
ư
I
ư
I
kt
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
+ Bộ biến đổi từ : Khếch đại từ ( KĐT ) một pha , ba pha .
+ Bộ biến đổi điện từ - bán dẩn :Các bộ chỉnh lưu ( CL ) , các bộ băm
điện áp ( BĐA ) , dùng transistor và thuyistor .

Hình 1-11 :Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐM
dl
bằng cách thay đổi điện áp
phần ứng U
ư
.
Ta thấy rằng , khi thay đổi điện áp phần ứng ( giảm áp ) thì mômen
ngắn mạch M
nm
, và dòng điện ngắn mạch I
nm
của động cơ giảm và tốc độ

cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định . Do đó phương pháp này cũng
được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi
động .
1.4. CÁC ĐẶC TÍNH CƠ KHI KHI HÃM ĐM
ĐL
.
Hãm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngược chiều với tốc
độ , hay còn gọi là chế độ máy phát . Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
có ba trạng thái hãm :
1.4.1. Hãm tái sinh :
Hãm tái sinh khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý
tưởng
23
M
c
M
U
2
U
3
U
1
ω
03
ω
01
ω
02
0
ω

U
dm
ω
0
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
( ω > ω
0
) . Khi hãm tái sinh , sức điện động của động cơ lớn hơn điện áp
nguồn
( E > U
ư
) , động cơ làm việc như một máy phát song song với lưới và trả
năng lượng về nguồn , lúc này thì dòng hãm và mômen hãm đã đổi chiều so
với chế độ động cơ .
Khi hãm tái sinh :
I
h
=
R
KK
R
EU
uu
φωφω
−
=
−
0
,,

( 1-
13)
M
h
= KФ.I
h
< 0
- Một số trường hợp hãm tái sinh :
a ) Hãm tái sinh khi ω > ω
0
: Lúc này máy sản suất như là nguồn động
lực quay rôto động cơ , làm cho động cơ trở thành máy phát , phát năng
lượng trả về nguồn .
Vì E > U
ư
, do đó dòng điện phần ứng sẽ thay đổi chiều so với trạng thái
động cơ:
I
ư
= I
h
=
∑
−
,
,
u
u
R
EU

< 0 ;
M
h
= KФ.I
h
< 0 ;
Mômen động cơ đổi chiều ( M < 0 ) và trở nên ngược chiều với tốc độ
và trở thành mômen hãm ( M
h
) .
24
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG THYRISTOR ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC
ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Hình 1-12 : Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ .
b ) Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng ( U
ư2
< U
ư1
) :
Lúc này M
c
là dạng mômen thế năng ( M
c
= M
tn
) . Khi giảm điện áp
nguồn đột ngột , nghĩa là tốc độ ω
0
giảm đột ngột trong khi tốc độ ω chưa
kịp giảm , do đó làm cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý

tưởng ( ω > ω
02
) . Về mặt năng lượng , do động năng tích luỹ ở tốc độ cao
lớn sẽ tuôn vào trục động cơ làm cho động cơ trở thành máy phát phát năng
lượng trả lại nguồn ( hay còn gọi là hãm tái sinh ) .
25
ω
M
c
M
M
hbđ
0
A
B
ω
01
ω
02
HTS
E
1
< U
ư1
I
ư
> 0
E
2
> U

ư2
I
h
< 0
ω
ω
0
0
M
M
h
Trạng thái động cơ
Hãm tái sinh (HTS)
Trạng thái máy phát
M
h
ω
ω
M
ω
h
E < U
ư
I
ư
> 0
E > U
ư
I
h

< 0