Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP, HỆ T-Đ CÓ ĐẢO CHIỀU, DÙNG
2 BỘ BIẾN ĐỔI, ĐIỀU KHIỂN RIÊNG
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
1.1. Giới thiệu về động cơ điện một chiều
1.1.1. Cấu tạo động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần cảm bố trí ở phần tĩnh (stato),
phần ứng (roto).
A. Phần tĩnh (stator)

a, Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường goomg lõi sắt cực từ và dây cuốn kích từ lồng
ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày
0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thế dùng thép khối. Cực từ được
gắn chặt vào vỏ máy bằng các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách
điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được
nối tiếp với nhau.

1.
2.
3.
4.

Bulông
Vỏ máy
Lõi sắt cực từ
Dây quấn kích từ

Hình 1.1. Cực từ chính của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

b, Cực từ phụ: Các cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và 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 được gắn vào vỏ máy nhờ những
bulông.
c, Cổ góp: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong máy
điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.
d, Các bộ phận khác
Bao gồm:
- Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn
cho người khỏi chạm vào điện. trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá
đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang.
- Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có
chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được đặt
có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì
dùng vit cố định lại.
B. Phần động (Roto)
a, Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng
dung để dẫn từ,thường được làm băng
tôn Silic có phủ một lớp cách điện sau
đó được ép lại để giảm tổn hao dòng
Fucô gây nên. Trên các lá thép có dập
các rãnh để khi ép lại tạo thành các rãnh
đặt cuộn dây phần ứng vào. Lõi sắt là
hình trụ tròn và được ép cứng vào với
trục tạo thành một khối thống nhất.
Trong các máy điện công suất trung bình
trở lên người ta thường dập các rãnh để
khi ép lại tạo thành các lỗ thông gió
làm mát các cuộn dây và mạch từ.

1. Rãnh Lỗ, 2. Thông gió
Hình 1.2. Lõi sắt phần ứng.

b, Dây quấn phần ứng:


Dây quấn phần ứng là phần phát 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 có công
suất dưới vài kW thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng
đây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi
quay bị vãng ra lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn.
Nêm có làm bằng tre, gỗ ha bakelit.
c, Cổ góp:
Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp bao gồm nhiều phiến
đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một
hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và
trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của
các phần dây quấn và các phiến góp được dễ dàng.
d, Các bộ phận khác:
- Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường chế tạo theo

kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục máy, khi động cơ
- quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây

quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy.
- Trục máy: 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. Nguyên lý hoạt động 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 hỗ lên dòng điện trên dây quấn phần
ứng tạo ra momen tác dụng lên rotor làm cho rotor quay. Nhờ có vành đảo chiều nên dòng điện
xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng điện 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 với momen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện từ và bằng:
Pđt = M. = Eư.Iư
Trong đó: M là momen điện từ
Iư là dòng điện phần ứng
Eư là suất điện động phần ứng

(1.1)


là tốc độ góc phần ứng
1.1.

Phương trình đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Động cơ điện một chiều kích tù độc lập có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần bố trí ở phần tĩnh
có các cuộn dây kích từ sinh ra từ thông , phần ứng là phần quay nối với điện áp lưới qua
vành góp và chổi than. Tác động giữa từ thông và dòng điện phần ứng I ư tạo nên momen quay
động cơ. Khi động cơ quay các thanh dẫn phần ứng cắt qua từ thông tạo nên sức điện động E ư
. Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện kích từ độc lập được trình bày trên hình 1.4

Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
1.2.1. Xây dựng phương trình đặc tính cơ điện một chiều kích từ độc lập
Giả thiết mạch từ động cơ chưa bão hòa khe hở không khí đồng đều, phản ứng phần ứng

được bù đủ, các thông số động cơ không đổi. Ta có thể lập sơ đồ thay thế máy điện một chiều
kích từ độc lập trên hình 1.5.

Hình 1.5. Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập.


Từ sơ đồ thay thế ta có phương trình cân bằng điện áp:
Uư = Eư + (Rư + Rf)Iư

(1.2)

Trong đó: Uư : điện áp phần ứng, V
Eư : sức điện động phần ứng, V
Rư : điện trở của mạch phần ứng, Ω
Rf : điện trở phụ trong mạch phần ứng, Ω
Iư : dòng điện mạch phần ứng , A
Với Rư = rư + rcf + rb + rct
rư : điện trở cuộn dây phần ứng
rcf : điện trở cuộn cực từ phụ
rb : điện trở cuộn bù
rct : điện trở tiếp xúc giữa chổi điện và phần góp.
Sức điện động Eư của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
Eư = K

(1.3)

Trong đó: K= hệ số cấu tạo của động cơ
p: Số đôi cực từ chính.
N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng dưới một mặt cực từ.
a: Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng.

Ф: Từ thông kích từ dưới một cực từ, Wb.

ω: Tốc độ góc, rad/s.
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì
Eư = Ken
Và
Vì vậy

ω= =
Eư = n

Ke = : Hệ số sức điện động của động cơ,
Ke =

(1.4)


Từ công thức 1.1 và 1.2 ta có: Uư = KФω + (Rư+Rf)Iư


ω= -

(1.5)

Biểu thức 1.4 là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Mặt khác mômen điện từ của động cơ được xác định:
M = KФ Iư

(1.6)

Từ 1.4 và 1.5 ta được: ω = - M

(1.7)

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập
Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông = const , thì phương trình đặc tính cơ là
(1.6) là tuyến tính. Dạng đặc tính cơ động cơ được biểu diễn như sau.

Hình 1.6. Đặc tính cơ điện của động cơ
điện một chiều kích từ độc lập.

Hình 1.7. Đặc tính cơ điện của động cơ
điện một chiều kích từ độc lập.

Ảnh hưởng của một số tham số đến đặc tính cơ
a, Ảnh hưởng của điện trở phần ứng
- Giả thiết: Uư = Uđm ; = đm (const)
Thay đổi điện trở phần ứng bằng cách mắc thêm Rf vào mạch phần ứng.

1.2.

-

Phương trình đặc tính cơ:
ω = - M = ω0 − ∆ω
(1.8)
Phân tích:
+ ω0 = const : họ đặc tính cơ sẽ có chung tốc độ không tải lý tưởng
β

+ Khi Rf càng lớn,

càng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng dốc, đặc tính cơ càng mềm

=
+ Rf = 0 ta có đặc tính cơ tự nhiên: =

(1.9)
(1.10)


-

Hình 1.8. Các đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập khi thay đổi điện trở phụ
mạch phần ứng.
Nhận xét:
+ Họ đặc tính cơ ứng với Rf thay đổi là các đường thẳng nằm phía dưới đường đặc tính cơ
tự nhiên và chung ω0
+ Đưa Rf vào phần ứng có thể giảm momen nhắn mạch (hay dòng điện khởi động)
+ Ứng dụng:
• Hạn chế dòng khởi động
• Điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.

b, Ảnh hưởng của điện áp phần ưng
-

Giả Thiết: Rf = 0; = đm
Thay đổi điện áp phần ứng theo hướng giảm so với Uđm. Vì điện áp đặt vào phần ứng không
thể thay đổi vượt quá giá trị định mức. Trong trường hợp này, độ dốc (hay độ cứng)
không thay đổi:

=

-

Tốc độ không tải lý tưởng: ω0 = . Khi Uư giảm ω0 theo.


Hình 1.9. Các đặc tính của động cơ một chiều kích từ độc lập khi giảm áp đặt vào phần ứng
động cơ.
- Nhận xét:
+ Họ đặc tính là những đường thẳng song song với đặc tính cơ tự nhiên.
+ Khi giảm Uư thì momen mở máy , dòng điện khởi động của động cơ giảm và tốc độ
động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định.
+ Ứng dụng:
• Điều chỉnh tốc độ động cơ
• Hạn chế dòng điện trong khi khởi động.
c, Ảnh hưởng của từ thông
-

-

Giả thiết: Uư = Uđm ; Rf = 0
- Thay đổi từ thông Ф , muốn thay đổi từ thông ta thay đổi dòng điện kích từ Ikt động cơ
trong đoạn tuyến tính của đặc tính từ hóa.
Trong trường hợp này, tốc độ không tải: ω0x =
Tốc độ không tải tăng khi từ thông giảm.
Độ cứng đặc tính cơ: β = = var
Khi từ thông giảm độ cứng đặc tính cơ mềm

-

1.3.

Hình 1.10. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi giảm từ thông.
Nhận xét:
+ Ta có một họ đặc tính cơ với ω0x tăng dần và độ cứng của đặc tính cơ giảm nhanh khi
giảm từ thông.
+ Khi thừ thông thay đổi
• Dòng điện ngắn mạch Inm = không đổi
• Momen mở máy: Mmm=KФInm thay đổi.

Các bước vẽ đặc tính cơ
a) Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên

Xác định hai điểm:
- Điểm thứ nhất: điểm không tải lý tưởng (Iư = 0, ω = ω0)

ω0 = ; KФ =
- Điểm thứ hai: điểm định mức (Iư =Iđm , ω = ωđm)

ωđm =
Đặc tính cơ điện tự nhiên (hình 1.11a)


Hình
1.11.
Cách vẽ
đặc tính
cơ điện

tự nhiên
(a) và
đặc tính
cơ tự nhiên (b) của động cơ một chiều kích từ độc lập.
Đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.11b)
Điểm thứ nhất: (M=0; = 0 )
Xác định 0 như ở đặc tính cơ điện.
- Điểm thứ hai: (M = Mđm , = đm ).
Trong đó:
Mđm = (N.m)
b) Cách vẽ đặc tính cơ nhân tạo
Đặc tính biến trở: Các đặc tính biến trở đều đi qua điểm không tải lý tưởng 0, vì vậy khi vẽ
đặc tính này chỉ cần xác định điểm thứ hai. Thường chọn là điểm ứng với giá trị định mức,
hoặc điểm ngắn mạch.
Đối với đặc tính cơ điện
ứng với Iđm
Đối với đặc tính cơ
ứng với Mđm
-

Từ phương trình đặc tính cơ điện tự nhiên (1.4) ta có:
đm

=

Và từ phương trình đặc tính biến trở tính được tại Iđm:
= đm .

(1.11)

Hình 1.12. Các vẽ đặc tính biến trở của động cơ điện một chiều kích từ độc lập


a) Đặc tính cơ điện; b) Đặc tính cơ.
c) Cách vẽ đặc tính giảm từ thông

Đặc tính cơ điện

-

ω0 =
Khi giảm từ thông, tốc độ không tải động cơ tăng tỷ lệ với độ suy giảm của từ thông. Còn
dòng Inm giữ nguyên không đổi. Vì vậy khi vẽ đặc tính cơ điện ta cần xác định hai điểm: điểm
không tải lý tưởng ứng với giá trị suy giảm từ thông vafddieemr còn lại là dòng ngắn mạch Inm
Gọi độ suy giảm từ thông là: x = ta có 0x = TN.x là giá trị tốc độ không tải khi giảm từ thông.

-

Dòng điện ngắn mạch Inm được tính: Inm =

Ta có:

(1.12)

Cách vẽ đặc tính cơ điện giảm từ thông được chỉ trên hình ….
Đặc tính cơ
Cách vẽ đặc tính cơ giảm từ thông cũng tương tự như đặc tính cơ điện nhung thay vào giá trị
Inm không đổi ở đặc tính cơ điện bằng giá trị momen mở máy thay đổi:
Mmm =

(1.13)

d) Cách vẽ đặc tính giảm điện áp

Tốc độ không tải: ω0x = . Giảm điện áp Uư thì 0 giảm theo.
Độ cứng đặc tính cơ không thay đổi : β =
Như vậy thay đổi điện áp đặt vào điện áp phần ứng ta được một họ đặc tính cơ song song với
đặct ính cơ tự nhiên

Hình 1.13. Đặc tính cơ điện khi giảm từ thông.

Hình 1.14. Đặc tính cơ khi giảm từ thông.

1.5. Phương pháp khởi động điện trở khởi động
Nếu khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng cách đóng trực tiếp thì tốc độ
ban đầu bằng 0 do vậy dòng khởi động ban đầu rất lớn (Imm = 10 20Iđm)


Như vậy nó đốt nóng động cơ và gây sụt áp điện lưới, hoặc làm chuyển mạch khó khăn,
momen mở máy lớn sẽ tạo ra những xung động lực làm cho động cơ không tốt về mặt cơ học.
Trường hợp sẽ xấu hơn khi ta mở máy, đảo chiều hay hãm động cơ.
Để đảm bảo an toàn khi mở máy người ta thường chọn
Imm Icp = 2,5Iđm
Muốn thế người ta thường đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng ngay khi bắt đầu khởi
động, ngay sau đó loại dần các cấp điện trở để đưa động cơ lên tốc độ định mức.
Imm = = (2 2,5)Iđm Icp
Công suất động cơ lớn thì chọn Imm nhỏ.
Trong quá trình mở máy tốc độ của động cơ tăng dần, sức điện động của động cơ cũng tăng
dần và dòng điện giảm dần.
Eư = K.. ω

Ι=
Do đó momen mở máy giảm đặc tính cơ được thể hiện như sau:
Khi bắt đầu cấp điện cho động cơ với toàn bộ điện trở khởi động momen ban đầu cửa động
cơ sẽ có giá trị là Mmm. Momen này lớn hơn momen cản tĩnh M c do đó động cơ bắt đầu được
tăng tốc, tốc độ càng tăng lên thì momen càng giảm xuống theo đường cong ab. Trong quá
trình đó momen động giảm dần nên hiệu quả gia tốc cũng giảm theo. Đến với một mức độ nào
đó ứng với điểm b tiếp điểm 1G đóng lại cấp điện trở đầu tiên bị loại. Và ngay sau đó động cơ
lại được tăng tốc động cơ lại làm việc ứng với điểm c và tiếp điểm 2G đóng lại loại cấp điện trở
thứ hai và cứ tiếp tục như vậy khi đạt lên tốc độ định mức thì lúc đó loại hết 3 cấp điện trở.

Hình 1.15. Đặc tính cơ của khởi động điện trở khởi động.


1.6. Khái quát các trạng thái hãm hoặc động cơ đó
Hãm là trạng thái làm việc của động cơ, khi động cơ sinh ra momen có chiều ngược với
chiều tốc độ quay.
Truyền động điện có ba trạng thái hãm:
+ Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0.
+ Hãm ngược: Pđiện > 0, Pcơ < 0.
+ Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0.
1.6.1. Hãm tái sinh
Hãm tái sinh của truyền động điện là động cơ nhận cơ năng từ máy sản xuất và biến năng
lượng này thành điện năng phát vào lưới điện. Động cơ đóng vai trò là máy phát.
I
R

U

E

Hình 1.16. Sơ đồ thay thế mạch điện.
Với điều kiện: sức điện động của nó phải lớn hơn điện áp lưới cung cấp tức là Eư > Uư.
Khi đó Iư = < 0, Iư đảo dấu cùng chiều Eư. Do đó công suất động cơ Pđ = Eư.Iư > 0, công
suất lưới điện Plưới = Uư.Iư < 0.
Hãm tái sinh có hai loại: - Hãm tái sinh do thế năng .
- Hãm tái sinh do động năng.
Xét cơ cấu nâng hạ.
- Khi nâng tải, động cơ làm việc trên đặc tính cơ nằm ở góc phần tư thứ I, ω cùng chiều M,
M ngược chiều Mc
Mc

- Khi hạ tải, ta đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ω ngược chiều M và cùng chiều


Hình 1.17. Đặc tính cơ hãm tái sinh khi hạ tải.
1.6.2. Hãm ngược
Hãm ngược là trạng thái làm việc của truyền động điện, trong đó động cơ nhận cả điện năng
và cơ năng tạo ra mômen hãm Mh có chiều ngược với chiều quay.
a. Hãm ngược do thế năng

E

U

R

I

Hình 1.18. Sơ đồ thay thế.
Sức điện động cùng chiều với điện áp lưới, động cơ làm việc như một máy phát.

Pl = U.I > 0
Pđ = E.I > 0
Khi truyền động làm việc ở chế độ này ở góc phần tư thứ nhất, giảm tốc độ động cơ về
không rồi quay ngược.


Hình 1.19. Đặc tính hãm ngược do thế năng.
Khi động cơ làm việc ổn định tại điểm a ta mắc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng, động
cơ sẽ làm việc ở điểm b, tại b mômen do động cơ sinh ra nhỏ hơn M c nên động cơ bắt đầu giảm
tốc độ. Đến điểm c, tốc độ động cơ bằng 0, mômen động sơ sinh ra nhỏ hơn mômen tải nên
động cơ bắt đầu quay ngược. Đến điểm d, mômen động cơ sinh ra bằng M c nên hệ ổn định với
tốc độ hạ ωôđ. Đoạn cd là đoạn đặc tính hãm ngược.
b. Hãm ngược do động năng
Giả sử động cơ làm việc ở điểm a như hình 1.17, ta đổi chiều điện áp phần ứng. Do sức điện
động chưa đổi dấu nên:
Iư = -

U

E

R
I

Hình 1.20. Sơ đồ thay thế.
Để hạn chế dòng điện hãm ta đưa thêm điện trở phụ vào phần ứng, khi đó động cơ làm việc
tại điểm b, tại b mômen đã đổi chiều chống lại chiều quay của động cơ nên tốc độ động cơ
giảm trên đoạn bc. Tại c tốc độ bằng 0, nếu vẫn đặt điện áp vào phần ứng thì động cơ sẽ quay
ngược và là việc ổn định tại điểm d.
Dòng điện hãm: Ih = và Mh = .Ih

Hình 1.21. Hãm ngược bằng phương pháp đảo cực tính điện áp phần ứng.
1.6.3. Hãm động năng
Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc nwh một máy phát mà năng lượng cơ học
của động cơ đã tích lũy được trong quá trình làm việc trước đó biến thành điện năng, tạo ra
mômen hãm.
Khi động cơ đang quay muốn thực hiện hãm động năng thfi ta cắt phần ứng của động cơ
khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở hãm.
Ta có phương trình đặc tính cơ: ω= - M
Khi = const thì ω phụ thuộc vào Rh. Khi Rh càng nhỏ đặc tính cơ càng cứng, mômen hãm
càng lớn, hãm càng nhanh.

Hình 1.22. Sơ đồ hãm động năng.
Với Mc là phản kháng thì động cơ sẽ dừng hẳn, đặc tính hãm động năng là đoạn b 10 hoặc
b20. Với Mc là thế năng thì dưới tác động của tải sẽ kéo động cơ quay theo chiều ngược lại đến
làm việc ổn định tại M = Mc. Đoạn b1C1 hoặc b2C2 cũng gọi là đặc tính hãm động năng.


CHƯƠNG II
HỆ TRUYỀN ĐỘNG T-Đ, CÓ ĐẢO CHIỀU, DÙNG HAI BỘ BIẾN ĐỔI, ĐIỀU KHIỂN
RIÊNG
2.1. Giới thiệu chung
2.1.1. Cấu trúc của hệ truyền động điện và phân loại
Định nghĩa hệ thống truyền động điện
Hệ truyền động là một tập hợp các thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện tử, phục vụ cho
việc biến đổi năng lượng điện-cơ cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá
trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ.
• Cấu trúc chung
•

-

-

Hình 2.1. Mô tả cấu trúc chung của hệ truyền động.
BBĐ- Bộ biến đổi; ĐC- Động cơ truyền động; MSX- Máy sản xuất; RT- Bộ điều chỉnh công
nghệ; KT – Các bộ đóng ngắt phục vụ công nghệ; R- Các bộ điều chỉnh; GN- Bộ ghép nối; VHNgười vận hành.
2.1.2. Cấu trúc của hệ truyền động điện gồm hai phần chính
Phần lực (mạch lực): từ lưới điện hoặc nguồn điện cung cấp điện năng đến bộ biến đổi (BBĐ)
và động cơ điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX). Các bộ biến đổi như: bộ biến đổi nhứ:
bộ biến đổi máy điện (máy phát điện một chiều, xoay chiêu, máy điện khuếch đại), bộ biến đổi
điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bão hòa), bộ biến đổi điện từ, bán dẫn (chỉnh lưu tiristor, bộ
điều áp một chiều, biến tần transistor). Động cơ có các loại như: động cơ một chiều, xoay
chiều, các loiaj động cơ đặc biệt.
Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và
công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và cho người vận hành.
Đồng thời một số hệ truyền động điện khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác
hoặc với máy tính điều khiển.
2.1.3. Phân loại hệ thống truyền động điện

-

-

Truyền động không điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với lưới điện, quay máy
sản xuất với một tốc độ nhất định.
Truyền động có điều chỉnh: tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có hệ truyền động điện điều
chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện điều chỉnh momen, lực kéo, và hệ truyền động điện tự động

điều chỉnh vị trí. Trong hệ này có thể là hệ truyền động điện nhiều động cơ.
Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự động điều khiển số, hệ
truyền động điện điều khiển tương tự, hệ truyền động điện điều khiển theo chương trình…
Theo đặc điểm truyền động ta có hệ truyền động điện động cơ một chiều, động cơ điện xoay
chiều, động cơ bước,…
Ngoài ra, còn có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn,
truyền động nhiều động cơ,…
2.1.4. Hệ T-Đ có đảo chiều
- Khi đảo chiều quay động cơ hệ truyền động cần phải giải phóng động năng tích lũy của
phần cơ ở chiều đang quay. Khi tốc độ động cơ giảm về không hệ truyền động sẽ khởi động
theo ngược lại. Điều này có nghĩa truyền động cần qua chế độ hãm và nó sẽ chuyển trạng thái
làm việc qua ba góc phần tư.
- Đối với hệ T-Đ đảo chiều qua cũng tương tự như hệ F-Đ cần thực hiện chế độ hãm tái sinh
ở vùng tốc độ cao và chuyển sang hãm ngược ở tốc độ thấp.
- Do chỉnh lưu tiristo chỉ dẫn dòng theo một chiều và nó chỉ điều khiển được khi mở, còn
khóa phụ thuộc vào điện áp lưới. Nên hệ T-Đ đảo chiều khó khăn và phức tạp hơn hệ máy
phát-động cơ.
- Khi hệ T-Đ hãm tái sinh, bộ chỉnh lưu làm việc ở chế độ nghịch lưu, biến đổi năng lượng
dòng một chiều hãm tái sinh, hệ T-Đ cần có các điều kiện:


+ Bộ biến đổi (bộ chỉnh lưu): E d đảo chiều nên Pd = Ed.I < 0 góc kích mở α= bộ chỉnh lưu
làm việc ở chế độ nghịch lưu.
+ Động cơ: E cùng chiều I nên P đc = E.I > 0, động cơ phát năng lượng làm việc như một
máy phát.
+ Do thysistor dẫn dòng theo một chiều, I = > 0 với E đã đảo chiều nên ω đảo chiều => E
< 0 => |Ed| > |E|.

R

Ed

L

I

E

Hình 2.2. Giản đồ thay thế hệ T-Đ khi hãm tái sinh.
Công suất động cơ Pđ = E.Id > 0 phát công suất, công suất bộ biến đổi P b = Ed.Id < 0 thu công
suất.
2.2. Phân tích hệ truyền động T-Đ, có đảo chiều, dùng hai bộ biến đổi, điều khiển chung
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý mạch lực
a) Mạch lực
-

Về tư tưởng thiết kế, người ta cố gắng đưa hệ T-Đ đảo chiều tương tự như hẹ máy phát động
cơ.
Về mạch lực có hai sơ đồ: Sơ đồ đấu chéo Hình 2.2a và sơ đồ dấu song song ngược có cuộn
kháng cân bằng Hình 2.2b.


B1

B1

B2

a)

B2

B1

b)
Hình 2.3. Mạch lực hệ T-Đ đảo chiều điều khiển chung

.

-

-

Đối với sơ đồ đấu chéo cần biến áp ba cuộn dây, còn đối với sơ đồ đấu song song ngược bắt
buộc có cuộn kháng cân bằng. Tuy khác nhau về cấu trúc nhưng vốn đầu tư hai mạch lực này
tương đương nhau về lượng về đồng, sắt và số tiristo. Ta xét cấu trúc hệ truyền động T-Đ đảo
chiều điều khiển chung đấu song song ngược.
Để có thể có đặc tính điều chỉnh như hệ máy phát động cơ người ta dùng nguyên tắc điều khiển
chung tức là hai bộ biến đổi được cùng phát xung điều khiển, nhưng lại ràng buộc với nhau
theo điều kiện:
+ = 180o
(2.1)
Điều này dẫn đến:
=
(2.2)


Hình 2.4. Đặc tính điều khiển chung.
Ta thấy dặc tính hoàn toàn đối xứng nhau. Với một tín hiệu điều khiển chung Uđk cho ta hai
giá trị Ed1 và Ed2 bằng nhau về giá trị ngược nhau về dấu. Tức là một bộ làm việc ở chỉnh lưu

thì bộ thứ hai sẵn sàng làm việc ở nghịch lưu.

Ta có sơ đồ thay thế :

Hình 2.5. Sơ đồ thay thế hệ T-Đ đảo chiều điều khiển chung.
-

Trên sơ đồ thay thế bộ một B1 làm việc ở chế độ chỉnh lưu, bộ hai B2 làm việc ở chế độ nghịch
lưu.
Nếu Ed1 > E thì |EdII| > E tức là chỉ có dòng Id1, còn dòng IdII không có truyền động làm việc ở
chế độ động cơ.
Khi giảm tốc độ là giảm Ed1 < E thì |EdII| < E. Dòng Id1 không có và dòng IdII chạy từ phần
ứng đông cơ sang bộ hai B2, truyền động làm việc ở chế độ hãm tái sinh.


-

Còn trường hợp khi truyền động làm việc theo chiều ngược lại bộ hai B2 làm việc ở chỉnh lưu
và bộ một làm việc ở nghịch lưu quá trình giảm tốc cũng xảy ra tương tự.
Khi đảo chiều thuận sang chiều ngược và ngược sang thuận ta có quá trình tương tự như ở máy
phát động cơ. Chỉ khác là vai trò máy phát được thay thế bằng hai bộ biến đổi.
2.2.2. Đặc tính cơ
Ta có: Uư = E + IưRưΣ
U ư = E d + Uv
E = KФ , I =
= - I
= - M

Hình 2.6. Sơ đồ thay thế chỉnh lưu tiristo –
động cơ một chiều.

2.2.4. Vẽ đặc tính cơ
Giả sử động cơ có các thông số: U2 = 10V, = 300 = 0V, Rư = 2Ω, = 4
Ta có: = - M = 5,1 – 0,125M