Đồ án điều khiển động cơ 1 chiều

Tài liệu tham khảo

1
LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây cả nước ta đang bước vào công cuộc công
nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, sự giáo dục đóng vai trò quan trọng trong
công cuộc này đặc biệt là đào tạo ra đội ngũ có tay nghề cao biết kết hợp chặt
chẽ lý thuyết và thực tiễn vào lao động sản xuất.
Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện điện tử
, công nghệ
thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được
nhiều tiến bộ mới. Tự động hoá quá trình sản xuất đang được phổ biến rộng
rĩa trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói
riêng. Tự động hoá không những làm giảm nhẹ sức lao động cho con người
mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao độ
ng, cải thiện
chất lượng sản phẩm.
Với mục tiêu công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, ngày càng có
thêm nhiều xí nghiệp mới sử dụng kỹ thuật cao, đòi hỏi cán bộ kỹ thuật và kỹ
sư điện những kiến thức về điện tử công suất, về truyền động điện, về vi mạch
và xử lý trong công tác kỹ thuật hiệ
n tại.
Để đáp ứng những nhu cầu khó khăn đó em được giao nhiệm vụ làm đồ
án "Thiết kế bộ điều khiển động cơ một chiều kích từ độc lập".
Việc làm đồ án tốt nghiệp đã giúp em ôn lại phần lý thuyết đã được học
ở trường kết hợp với thực tiễn lao động sản xuất của nhà máy trong thời gian
em thực tập đã giúp em hiểu sâu hơn, biết vận dụng được lý thuyết được học
ở trường vào thực tiễn.
Đồ án của em gồm có 5 chương, giới thiệu về công nghệ cán thép nóng,
các biểu thức tính toán, đưa ra phương án chọn công suất động cơ. Vấn đề

điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều, phân tích tính toán mạch lực và
mạch đi
ều khiển. Tổng hợp hệ thống truyền động điện động cơ một chiều và
mô phỏng bằng Simulink.
Tài liệu tham khảo

2

CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CÔNG NGHỆ CÁN

1.1. LÝ THUYẾT CÁN
Cán là một hình thức gia công bằng áp lực để làm thay đổi hình dạng
và kích thước của vật thể kim loại dựa vào biến dạng dẻo của nó.
Yêu cầu quan trọng trong quá trình cán là ứng suất nội biến dạng dẻo,
không được lớn, đồng thời kim loại vẫn giữ được độ bền cao.
Cán là phương pháp biến dạng kim loại giữa hai trục cán quay ngược
chiều, phôi được biến dạng liên tục và di chuyể
n nhờ sự quay liên tục của trục
cán, ma sát giữa trục cán và phôi. Phôi cán ăn vào trục cán nhờ lực ma sát tiếp
xúc giữa phôi và trục cán, do cấu tạo trục quay nên khi phôi bị lực ma sát T
kéo vào khe hở giữa hai trục cán phát sinh ra lực P, lực P ta gọi là lực cán.
Dưới tác dụng của lực cán P vật cán bị giảm chiều cao từ H tơi h, phần kim
loại bị biến dạng trên chủ yếu làm cho vật cán dài ra, còn một phần làm cho
vật cán giãn r
ộng từ B tới b.

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình cán trong trục phẳng
Tài liệu tham khảo

3

1.2. MÁY CÁN
Máy cán là loại máy gia công kim loại bằng áp lực để cán ra sản phẩm
có hình dạng và kích thước nhất định, máy gồm 3 bộ phận chính như hình
H1.2
Giá cán là một thiết bị nằm trong máy cán mà tại đó xảy ra quá trình
cán. Cấu tạo giá cán như hình H1.3
Động cơ điện dùng động cơ một chiều, nguồn một chiều được cấp từ bộ
chỉnh lưu riêng.


Hình 1.2: Cấu tạo máy cán


Tài liệu tham khảo

4


H1.3. Cấu tạo giá cán
1.3. CÁC BIỂU THỨC TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU KIỆN CÁN
Khi cho phôi kim loại vào hộp cán thì phôi bị kẹp và ép chặt giữa hai
trục cán quay ngược chiều nhau, kết quả là bề dày của phôi giảm đi, chiều dài
của phôi tăng lên, chiều rộng cũng tăng chút ít.
Coi máy cán có hai trục cán giống hệt nhau, quay ngược chiều nhau với
cùng tốc độ và phôi cán có cơ tính đồng đều, kí hiệu các đại lượng của phôi.

Tài liệu tham khảo

5

H 1.4. Sơ đồ cán phôi
H: Bề dày
B: Chiều rộng
L: Chiều cao
F: Tiết diện
L
2
> L
1
, H
2
< H
1
, B
2
> B
1
, F
2
< F
1

1.3.1. Các thông số cơ bản
a. Hệ số kéo dài
Là tỷ số chiều dài sau khi cán và trước khi cán
()
2
1
L

1
L
λ= >
(1-1)
Sau n lần cán, hệ số kéo dài toàn phần
i
n
λ= λ
π
(1-2)
Nếu coi thể tích phôi không đổi (V
1
≈ V
2
) thì
Tài liệu tham khảo

6
2221
1112
LV/FF
LV/FF
λ= = = (1-3)
Nếu coi độ mở rộng là không đáng kể (B
1
≈B
2
) thì

22 11 1

11 22 2
LFHBH
LFHBH
λ= = = = (1-4)
b. Cung ngoạm
Là cung tròn trên trục cán tiếp xúc với phôi cán (cung AB ở hình H1.5).
c. Góc ngoạm
Là góc tâm α ứng với cung ngoạm vùng biến dạng và vùng gạch chéo
của phôi cán trên hình H1.5
Tại mỗi thời điểm cho cùng biến dạng là thể tích kim loại giới hạn bởi
cung ngoạm α và các mặt phẳng thẳng đứng tại đầu và trục của kim loại và tại
đầu ra khỏi trục của kim loại tương ứng qua các đi
ểm A và B.
Tài liệu tham khảo

7
1.3.2. Điều kiện để trục cán ngoạm được kim loại:








H1.5. Lực của trục cán tác dụng lên phôi
Trục cán ngoạm phôi và cán ép được là nhờ lực ma sát tiếp xúc xuất
hiện trên cung ngoạm AB khi trục quay. Nhưng ngoài trục kéo vào do trục
cán gây ra còn lực đẩy ra.
Nếu lực đẩy lớn hơn lực kéo vào thì trục cán không ngoạm được phôi.

Lúc ngoạm phôi trục cán tác dụng phôi lực
P
→
, đồng thời lực ma sát
T
→

tiếp tuyến với mặt tròn trục cán có xu hướng kéo phôi vào trục cán, phân tích
P
→
và
T
→
theo các phương yy và xx ta thấy.
Nếu P
x
>T
x
thì trục cán không ngoạm được phôi
Nếu P
x
<T
x
thì trục cán ngoạm được phôi
Vậy, điều kiện ngoạm phôi là T
x
≥ P
x
hay T ≥ T tgα (1-5)
Vì lực ma sát trượt T = P Kms = Ptgδms

Trong đó Kms: hệ số ma sát trượt
δms: góc ma sát trượt, nên biểu thức (1-5) có thể viết lại như sau:
PKms = P lg δms ≥ P tgα.
Suy ra, điều kiện trục ngoạm được phôi là
α
T
x
T

'

Tài liệu tham khảo

8
Kms ≥ tgα (1-6)
Hay δms ≥ α (1-7)
Kết luận: trục cán chỉ ngoạm được phôi khi hệ số ma sát trượt lớn hơn
tang của góc ngoạm hay góc ma sát trượt lớn hơn góc ngoạm.
Khi cán nóng: Kms = m (1,05 – 0,0005t) = 0,25 ÷ 0,60
Trong đó:
t: Nhiệt độ kim loại,
0
C
m: Hệ số m = 1, cán nóng trên trục thép
a. Độ nén (ép)
Δh = H
1
– H
2
(1-8)

Từ hình (1-5) ta có
H
1
= H
2
+ 2BC
Nên Δh =
(
)
(
)
2BC 2 OB OC 2 R RCos=−=−α
(1-9)
Δh = D (1 - cosα)
b. Độ mở rộng (ngang)
Mục đích của cán là làm nhỏ và kéo dài phôi nên việc tăng chiều rộng
của phôi là điều không mong muốn. Độ mở rộng sẽ tăng khi tăng độ nén
đường kính trục cán và hệ số ma sát.
ΔB = B
2
– B
1
(1-10)
ΔB = a.Δh (1-11)
Trong đó
a: hệ số do chú ý đến ảnh hưởng củ T
0

a = 0,25 khi T
0

>1000
0
C
a = 0,35 khi T
0
<1000
0
C
c. Sự vượt trước và chậm sau
Tài liệu tham khảo

9
Khi cán, sự vượt trước là hiện tượng tốc độ ra V
2
của phôi lớn hơn tốc
độ dài V của trục cán (H1.6).
Độ vượt trước đặc trưng bởi tỷ số:

[]
2
VV
~%
V
−
=

Trong đó
V: Tốc độ dài trục cán
V
2

: Tốc độ phôi ra khỏi trục cán
Còn sự chậm sau là hiện tượng tốc độ và trục cán V
1
của phôi nhỏ hơn
tốc độ dài V của trục cán.


H1.6: Hiện tượng vượt trước chậm sau
Như vậy ta có
V
1
< V < V
2
Và trong vùng biến dạng, tốc độ phôi tăng dần từ V
1
đến V
2
nên sẽ có
một tiết diện nào đó. Tốc độ phôi bằng tốc độ dài trục cán. Tiết diện này gọi
là tiết diện tới hạn. Góc tâm tương ứng γ gọi là góc tới hạn.
Lý thuyết cán cho biết, góc tới hạn tính theo công thức
V
γ
α
Tài liệu tham khảo

10
ms
1
22

⎛⎞
ααα
γ= − <
⎜⎟
2δ
⎝⎠
(1-13)
Trong đó: α là góc ngoạm
δ
ms
là góc ma sát
Tiết diện tới hạn phân bố ở nửa bên phải góc ngoạm (H1.5) là


1
NB AB
2
<
có độ vượt trước có thể xác định theo góc tới hạn
=
2
1
R
H
γ
(1-14)
ở đây: R – bán kính trục cán (mm)
H
1
– bề dày phôi trước khi cán (mm)

d. Áp lực lên trục cán khi cán
Khi cán, trục cán đặt một ngoại lực lên phôi để thắng nội trở biến dạng
của phôi. Phản lực của phôi gây ra áp lực lên trục cán.
Nếu ngọi P
th
là áp suất ép trung bình (N/mm
2
) và F
tx
là diện tích tiếp
xúc giữa phôi và trục cán (mm
2
) thì phản lực toàn phần đặt lên 1 trục cán là
P = P
th
. F
tx
[N]
Trị số áp suất ép trung bình phụ thuộc vào thành phần hoá học của
phôi, T
0
là bề dày phôi, độ nén và tốc độ cán
Hệ số ma sát và nhiều yếu tố khác nữa.
F
tx
= B
tb
. l
Trong đó
B

th
=
12
BB
2
+

l: dây cung AB chắn góc ngoạm α
l =


AB AC Dsin
2
α
≈=

Tài liệu tham khảo

11
Vì
sin 1 cos
22
α−α
= và theo (1-9)
D(1-cosα) = Δh nên
h1
sin
22DD
αΔ
== (1-18)

⇒ Áp lực lên trục cán khi cán
P = P
tb
. B
th
.
[
]
B. h NΔ
(1-19)
Trị số áp suất trung bình thường tính theo công thức của xelicop

()
()
c
tb c
2H
P 1,15.K . A A 1
h1
δ
=−
Δδ−
(1-20)
Trong đó K
c
: giới hạn chảy của vật liệu phôi

ms
2D
f

h
δ=
Δ


()
1
2
1
2
0
2
H
11 1
H
H
A
H1
δ
δ
⎡⎤
⎛⎞
+−δ−
⎢⎥
⎜⎟
⎢⎥
⎝⎠
=
⎢⎥
δ+

⎢⎥
⎢⎥
⎣⎦

H
0
: bề dày phôi
Tài liệu tham khảo

12


H17: Thông số kỹ thuật khi cán
1.4. TÍNH MÔ MEN TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CÁN
1.4.1. Phương pháp Xelicốp
Phương pháp này được dựa theo áp suất trung bình để tính toán mô
men truyền động trục cán bao gồm
Mô men hữu ích M
hi
cần để làm biến dạng phôi và khắc phục lực ma
sát giữa phôi với trục cán trong khu vực cung ngoạm.
Mô men ma sát M
ms
để thắng lực ma sát ở các ổ trục và các khâu truyền
động khác.
Mô men không tải M
0
.
Mô men động M
đ

để khắc phục lực quán tính tạo gia tốc. Mô men động
xuất hiện khi đảo chiều và khi thay đổi tốc độ.
()
®®
djd.n
M
j
ha
y
MNm
dt 9,55dt
ω
==
(1-21)
[J] – kgm
2

Tổng ba thành phần mô men đầu là mô men cản tĩnh toàn phần
Vậy mô men cán là
Δ
α
α
Tài liệu tham khảo

13
M = M
hi
+ M
ms
+ M

0
+ M
đ

Mô men không tải thường bằng vài phần trăm mô men định mức của
động cơ kéo.
M
0
= (3 ÷ 5)% M
đm

Mô men hữu ích tính từ áp lực trên tục cán. Nếu coi biến dạng phôi
giống nhau ở 2 phía trục cán (
α
1
= α
2
) (H 1-7) ta có
Lực tác dụng P
1
= P
2
= P. Giá lực a
1
= a
2
= a và mô men tác dụng để
quay một trục cán là
M
1

= p.a = p. ϕ. l (1-23)



H1.8. Sơ đồ tính lực cán
Với P tính theo (1-19)
l tính theo (1-18)
ϕ =
a
l
là tỷ số giữa giá lực và chiều dài cung ngoạm
Cán nóng
ϕ = 0,5
α
α
Tài liệu tham khảo

14
Thay (1-18), (1-19) vò (1-23) có
M
1
= P
tb
. B
tb
ϕ. R. Δh
Mô men truyền động cho cả hai trục
M
hi
= 2P

tb
. B
tb
. ϕ. R. Δh (1-24)
Mô men ma sát tính theo công thức

1hi1
ms
Pd 1 M Pd
M1
ii
⎛⎞
μ+μ
⎛⎞
=+−
⎜⎟
⎜⎟
η
⎝⎠
⎝⎠
(1-25)
Trong đó:
P: áp suất lên trục cán (N/mm
2
)
d: đường kính ngõng trục cán (mm)
μ
1
: hệ số ma sát trong ổ bi
i: tỉ số truyền

1.4.2. Phương pháp suát tiêu hao năng lượng
Là phương pháp dùng đường cong suất tiêu hoa năng lượng xây dựng
từ thực nghiệm. Đường cong này biểu thị năng lượng tiêu hao trên một đơn vị
khối lượng sản phẩm theo độ kéo dài hay chiều dầy phôi sau các lần cán.
Đường cong này thay đổi theo hình dạng Prophin phôi theo tiết diện
phôi lúc đầu và lúc cuối, theo nhiệt độ và thành phần hoá học của phôi cũng
như theo loại máy cán, kết cấu…
Đường cong suất tiêu hao năng lượng có dạng như hình (H1.8) thường
nó biểu thị quan hệ w=f(x) theo độ kéo dài hoặc tiết diện phôi.
Tài liệu tham khảo

15

H1.9: Đường cong suất tiêu thụ năng lượng khi cán

Phương pháp này sẽ càng chính xác nếu các điều kiện cán tính toán
càng sát với điều kiện xây dựng đường cong suất tiêu hao năng lượng. Do
vậy, khi tính toán phải chọn đường cong càng gần điều kiện máy thiết kế càng
tốt. Nếu có sai khác thì phải điều chỉnh mô men cán cho lần cán đang tính sẽ
là:
M = M
tđ
+ M
ms
= 1,4. 10
7
. ΔW. F. D (1-26)
Trong đó:
F: tiết diện phôi ở lần cán đang tính (mm
2

)
D: đường kính trục làm việc (mm)
ΔW: hiệu sthnl của lần cán đang tính
1.5. TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ.
Các động cơ một chiều công suất lớn dùng cho máy cán có cấu tạo đảm
bảo đặc tính động tốt nhất ở công suất định mức đã cho. Người ta dùng rộng
rãi các động cơ một chiều có nhiều tốc độ. Các động cơ này cho phép giảm
đường kính phần ứng và do đó giảm mô men quán tính của động cơ với cùng
công suất.
Kw.h/tÊn
Tài liệu tham khảo

16
Nâng cao tốc độ dài phần ứng, nâng cao hiệu suất mở rộng được dải
chỉnh tốc độ nhờ thay đổi điện áp.
Lựa chọn đúng công suất của động cơ điện có một ý nghĩa kinh tế rất
lớn bởi vì nó đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định giá thành ban đầu
và giá thành tiêu thụ vận hành ở các hệ thống truyền động điện khác nhau.
Sử
dụng động cơ điện công suất nhỏ hơn quy định có thể làm thay đổi
phá vỡ chế độ công tác bình thường của máy móc, làm giảm năng suất và có
thể gây nên sự cố, bản thân động cơ có thể bị hư hỏng.
Trường hợp như vậy không những làm giá thành ban đầu tăng lên mà
còn làm tăng tổn hao năng lượng vì hiệu suất của động cơ giảm.
Mô men truyền độ
ng trục cán từ (1-16)
M = M
tđ
+ M
ms

= 1,4. 10
7
. ΔW. F. D
M = 1,4. 10
7
. 376. 1444.10
-6
. 200.10
-3

M = 1250 (KNm)
Trong đó
ΔW = 376. 10
3
là STHNL của lần cán đang tính và lần cán trước đó
F = 1444 mm
2
tiết diện cán ở lần cán đang tính
D = 200mm đường kính trục làm việc.
Từ các chỉ số M
đt
= 1250 (KNm) α =
KW.RN
164 t.m
⎛⎞
⎜⎟
⎝⎠

T = 5195 (Tm
2

)
Ta tính được công suất của động cơ ở lần cán có tiêu hao năng lượng
lớn nhất.

®m
®m
J 164.5195
P
M 1250
α
==
=556 (KW)
Trong đó
P
đm
: công suất định mức [KW]
Tài liệu tham khảo

17
M
đm
: mô men định mức [KNm] (mô men truyền động)
J: mô men quán tính phần ứng [T.m]
2
trục cán
α: chỉ số kỹ thuật của động cơ
Vậy ta chọn động cơ loại M
π9000-1300
Loại ĐC
P

đm
(Kw)
U
(V)
n
(vg/ph)
M
đm
α
U
kt
I
kt
Mπ6-1300
600 600 600/1300 1250 164 262V/68V 25A/66A

Tài liệu tham khảo

18
CHƯƠNG II: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU

2.1. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU.
2.1.1. Khái niệm chung
Quan hệ giữa tốc độ và mô men của động cơ gọi là đặc tính cơ của
động cơ.
ω = f (M) hoặc n = f(M)
Quan hệ giữa tốc độ và mô men của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của
máy sản xuất.
Các đặc tính cơ trên có thể biểu diễn ở dạng hàm thuận hoặc hàm
ngược, ví dụ:

ω = f (M) hay M = f(ω).
Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ một chiều, người ta còn sử dụng đặc
tính có điện. Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện
trong mạch động cơ. w = f (I) hay n = f(I).
Trong các biểu thức trên:
ω: tốc độ góc rad/s
n: tốc độ quay v/ph
M: mô men Nm
Trong nhiều trường hợp, để đơn giản trong tính toán hoặc dưới dạng so
sánh, đánh giá các chế độ làm việc của truyền động điện, người ta có thê dùng
hệ đơn vị tương đối.
Muốn biểu diễn một đại lượng nào đó dưới dạng tương đối ta lấy tri số
của nó chia cho trị số cơ bản củ
a đại lượng đó. Trị số cơ bản được chọn là:
U
đm
, I
đm
, w
đm
, n
đm
, f
đm
, R
đm
.
Với đại lượng tương đối ta dùng ký hiệu “*”
ví dụ: điện áp tương đối là U
*

, mô men tương đối là M
*
.
Tài liệu tham khảo

19
như vậy một số thông số có thể tính được trong hệ đơn vị tương đối
nhự sau:
*
®m
U
U
U
=
;
*
®m
M
M
M
=
;
®m
W
W=
W

*
®m
φ

φ
φ

Việc trọn các đại lượng cơ bản là tùy ý, sao cho các biểu thức tính toán
được đơn giản, thuận tiện như: Tốc độ cơ bản ở động cơ một chiều kích từ
hỗn hợp và kích từ độc lập là tốc độ không tải lý tưởng
ω
0
, còn đối với động
cơ kích từ nối tiếp thì tốc độ cơ bản là
ω
đm
.
2.1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điệnáp không
đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng (hình 2.1a).

H2.1. Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều
a. Kích từ song song b. Kích từ độc lập

Khi nguồn một chiề
u có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần
ứng và mạch điện kích từ mắc vào hai nguồn độc lập nhau. Lúc này động cơ
được gọi là động cơ kích từ độc lập (hình 21b).
Cct Rkt
Rf
I
I
Rf
Uö

Rkt
Ukt
Uö
Tài liệu tham khảo

20
2.1.2.1. Phương trình đặc tính cơ
Theo sơ đồ hình 2.1a và hình 2.1b ta có thể viết phương trình cân bằng
điện áp của mạch phần ứng như sau:
U
ư
= E
ư
+ (R
ư
+ R
f
)I
ư
. (2-1)
Trong đó:
U
ư
: điệnáp phần ứng, V
E
ư
: sức điện động phần ứng, V
R
ư
: điện trở mạch phần ứng, Ω

I
ư
: dòng điện của mạch phần ứng, A
Với: R
ư
= r
ư
+ r
cf
+ r
b
+ r
ct

r
ư
: điện trở cuộn dây phần ứng
r
cf
: điện trở cuộn dây cực từ phụ
r
ct
: điện trở tiếp xúc cuộn bù
Sức điện động E
ư
của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức

−
PN
E K

2a
=φω=φω
π
(2-2)
Trong đó:
P: số đôi cực từ chính
N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a: số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
φ: từ thông kích từ dưới một cực từ
ω: tốc độ góc rad/s

P.N
K
2a
=
π
:hệ số cấu tạo của động cơ.
Từ (2-1) và (2-2) ta có

−−f
−
URR
.I
K. k.
+
ω= −
φφ
(2-3)
Tài liệu tham khảo

21
Biểu thức (2-3) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ.
Mặt khác, mô men điện từ M
đt
của động cơ được xác định bởi
M
đt
= K.φ.I
ư
(2-4)

®t
−
M
I
K.
=
φ
: thay giá trị I
ư
vào (2-3) ta có

()
−−f
2
®t
URR
.M
K.
K.

+
ω= −
φ
φ
(2-5)
Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ
bằng mô men điện từ, ta ký hiệu là M. Nghĩa là:
M
đt
= M
cơ
= M
()
−−f
2
URR
M
K.
K.
+
ω= − −
φ
φ
(2-6)
Đây là phương tình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập.
Giả thiết phần ứng được bù đủ, từ thông
φ = const, thì các phương trình
đặc tính cơ điện (2-3) và phương trình đặc tính cơ (2-6) là tuyến tính. Đồ thị
của chúng được biểu diễn trên hình 2-2 và 2 – 3 là những đường thẳng.

Theo các đồ thị, khi I
ư
= 0 hoặc M = 0 ta có:

−
0
U
K.
ω= =ω
φ
(2-7)
ω
0
được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập.

Tài liệu tham khảo

22

H2.2. Đặc tính cơ điện của động cơ
điện một chiều KTĐL
H2.3. Đặc tính cơ của động cơ điện
một chiều KTĐL
Khi
ω = 0 ta có

−
− nm
− f

U
II
RR
==
+
(2-8)
và M = K.
φ.I
nm
= M
nm
(2-9)
I
nm
và M
nm
được gọi là dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch.
Ngoài ra phương trình đặc tính (2-3) và (2-6) cũng có thể được viết
dưới dạng:

−
0
URI
K. K
ω= − =ω −Δω
φφ
(2-10)

()
−

2
0
URM
K.
K.
ω= − =ω −Δω
φ
φ
(2-11)
Trong đó R = R
ư
+ R
f
,
−
0
U
K.
ω=
φ


()
2
−
RR
.I .M
K.
K.
Δω = =

φ
φ

ω
ω
dm
ω
dm
ω
Tài liệu tham khảo

23
Δω
được gọi là độ sút tốc độ ứng với giá trị của M. Từ phương trình
đặc tính co (2-6) ta thấy có 3 tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: từ thông
động cơ
φ, điện áp phần ứng U
ư
, điện trở phần ứng động cơ.
2.1.2.2. Xét ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ
a. ảnh hưởng của điện áp phần ứng.
Giả thiết là R
ư
= const và φ = φ
đm
= const
Khi thay đổi điện áp phần ứng theo hướng giảm so với U
đm
, ta có tốc
độ không tải.


x
ox
®m
U
Uvar
K.
==
φ

Độ cứng đặc tính cơ
(
)
2
−
K.
R
φ
β=−
= const
Như vậy, khi thay đổi điện áp, đặt vào phần ứng động cơ ta được một
họ đặc tính cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên như hình (2-4)

H2.4. Các đặc tính của động cơ một chiều KTĐL khi giảm điện áp đặt vào
phần ứng động cơ (U
4
< U
3
< U

2
< U
1
< U
âm
)
Ta thấy rằng: khi thay đổi điện áp (giảm điện áp) thì mô men ngắn
mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ của động cơ 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.
ω
0
Tài liệu tham khảo

24
b. Ảnh hưởng của điện trở phần ứng.
Giả thiết U
ư
= U
đm
= const và φ = φ
đm
= const.
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f
vào
mạch phần ứng.
Trong trường hợp này tốc độ không tải lý tưởng.

®m
0
®m
U
K.
ω=
φ
= const
Độ cứng đặc tính cơ:
(
)
2
®m
− f
K.
M
KR
φ
Δ
β= =−
Δω +
= var
Khi R
f
càng lớn thì β càng nhỏ, nghĩa là đặc tính cơ càng dốc. Ứng với
R
f
= 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên.

()

2
®m
TN
K.
R
φ
β=−

β
TN
có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất cả
các đường đặc tính có điện trở phụ.
Như vậy, khi thay đổi điện trở phụ R
f
ta được một họ đặc tính biến trở
có dạng như hình 2-5.

H2.5. Các đặc tính của động cơ một chiều KTĐL khi thay đổi điện trở phụ
mạch phần ứng R
f4
> R
f3
> R
f2
> R
f1
.
ω
0
ω

Tài liệu tham khảo

25
Ứng với một phụ tải M nào đó, nếu R
f
càng lớn thì tốc độ động cơ càng
giảm, đồng thời dòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch cũng giảm.
Phương pháp này để hạn chế dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ
phía dưới tốc độ cơ bản.
c. Ảnh hưởng của từ thông
Giả thiết điện áp phần ứng U
ư
= U
đm
= const
Điện trở phần ứng R
ư
= const. Muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng
điện kích từ I
kt
động cơ.
Khi thay đổi I
kt
tức là thay đổi φ thì tốc độ không tải lý tưởng
®m
ox
x
U
K
ω= =

φ
var
Độ cứng đặc tính cơ :

()
2
x
−
K
R
φ
β= =
var
Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thường điều chỉnh giảm từ thông,
nên khi từ thông giảm thì
ω
0x
tăng, còn β sẽ giảm. Ta có một họ đặc tính cơ
với
ω
0x
tăng dần và độ cứng của đặc tính giảm dần khi giảm từ thông.

H2.6. Đặc tính của động cơ một chiều KTĐL khi giảm từ thông (
φ
2
<
φ
1
<

φ
đm
)
a. Đặc tính cơ điện; b. Đặc tính cơ
ω
ω
02
ω01
ω0
'
2
'
1
'K
ω
ω
0
ω01
ω02
φ2
Μχ
φ1
φ
K