CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỌNG cơ và các PHƯƠNG PHÁP điều CHỈNH tốc độ ĐỘNG cơ DC

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ DC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC
I. Giới thiệu về động cơ một chiều
1. Khái niệm
Ngày nay, mặc dù điện xoay chiều được sử dụng rất rộng rãi. song máy điện
một chiều vẫn tồn tại, đặc biệt là động cơ điện một chiều.
Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi cần
momen mở máy lớn hoặc trong yêu cầu điều chỉnh tốc độ và phạm vi rộng.
Trong các thiết bò tự động, các máy điện khuếch đại, các động cơ chấp hành
cũng là máy điện một chiều. Ngoài ra, các máy điện một chiều còn thấy trong các
thiết bò ô tô, tàu thủy, máy bay, các máy phát điện một chiều điện áp thấp dùng
trong thiết bò điện hóa, hàn điện với chất lượng cao.
Nhược điểm chủ yếu của máy điện một chiều là có cổ góp làm cho cấu tạo
phức tạp, đắc tiền , kém tin cậy và nguy hiểm trong môi trường dễ nổ. Khi sử dụng
động cơ một chiều cần phải có nguồn một chiều kèm theo.

2.

Nguyên lý làm việc

Khi cho điện áp một chiều U vào 2 chổi điện A và B, trong dây quấn phần ứng
có dòng điện Iư . các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chòu lực
Fđt tác động làm cho rô to quay. Chiều lực xác đònh theo qui tắc bàn tay trái.
Phương trình điện áp:
U = + Rư Iư .
Trong đó:

là sức phản điện.
Iư là dòng điện trong dây quấn phần ứng
Rư là điện trở của dây quấn phần ứng.

U là điện áp đưa vào.


Sức điện động của động cơ điện một chiều:
Fu '=

Trong đó :

PN
nφ
60a

p là số đôi cực từ chính.
N là số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần cứng.
a là số đôi cực nhánh song song của cuộn dây.
n là tốc độ quay (vòng / phút).
φ là từ thông kích từ dưới một cực từ (wb).

Mômen điện từ của động cơ:
M dt =

PN
.I u . φ
2π .a

Momen điện từ là momen quay, cùng chiều với tốc độ quay n.

3.

Điều chỉnh tốc độ

Ta có phương trình: = U – Rư Iư
Thay trò số

= kE . φ. n

Ta có phương trình tốc độ:
Ta có các phương pháp điều chỉnh tốc độ:

n =


U − Ru , I u ,
K E .φ

Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng:

Khi thêm điện trở vào mạch phần ứng, tốc độ sẽ giảm. Tổn hao trên
phần ứng lớn nên chỉ số sử dụng với động cơ công suất nhỏ.


Thay đổi điện áp U:

Nguồn điện một chiều điều chỉnh được dùng để cung cấp điện áp cho
động cơ. Phương pháp này được sử dụng nhiều.


Thay đổi từ thông:


Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng điện kích từ.

Khi điều chỉnh tốc độ ta kết hợp các phương pháp trên với nhau.
Ví dụ: phương pháp thay đổi từ thông kết hợp với phương pháp thay đổi
điện áp thì phạm vi điều chỉnh rất rộng. Đây là ưu điểm lớn của động cơ điện
một chiều.

4.

Đặc tính động cơ điện kích từ song song
Iư

A1 Ikt
+

+

+
-

F1

-

-

A2

F2

Kích từ song song
Đường đặc tính cơ: n = f(M)

Ru,
U
−
I ,
K Eφ
K Eφ u

n =

Ta có : M = KM . Iư .φ
I u, =

⇒

n=

M
K M .φ

U − Ru ,
M
K E .φ K E .K M .φ 2

Để thay đổi tốc độ ta thêm điện trở Rp
n=

n

R , + RP
U

− u
M
K E .φ K E .K M .φ 2

RP = 0
RP ≠ 0
M


Đường đặc tính cơ


Đặc tính làm việc:

Đặc tính làm việc được xác đònh khi điện áp và dòng điện kích từ không
thay đổi. Đó là các quan hệ giữa tốc độ n, momen M, dòng điện phần ứng I ư và
hiệu suất η theo công suất có trên trục P2 :
In

n

Iư

η
M
P2
Ta thấy đặc tính cơ cứng và tốc độ rất ít thay đổi khi P 2 thay đổi nên
được dùng trong máy cắt kim loại, máy công cụ. Điều chỉnh tốc độ với yêu cầu
cao sẽ được dùng động cơ kích từ độc lập.

5.

Đặc tính động cơ điện kích từ độc lập


Iư

Ikt
+

+
-

V

+
-

-

Vkt

Kích từ độc lập
Ưu điểm: khi làm việc máy không bò ảnh hưởng bởi Ikt
Nhược: tốn kinh phí do nguồn kích.

6.

Đặc tính động cơ điện kích từ nối tiếp
Iư

V

+

+
-

-

Kích từ nối tiếp
I = IƯ = Ikt
Đặc tính cơ:

n = f(M)

Iư = kI .φ
M = kM. IƯ. φ = kM. kI. φ2 = k2. φ2 hay
kM
kI

k=

Với

φ= Mk

Ta có:
n k .U

n=

kE . M

−

k I .R u '
kE

n

M


Đặc tính cơ
Phương trình đặc tính có dạng Hyperpon _ đặc tính cơ mềm, dễ thay đổi
tốc độ hơn kích từ song song. Nhưng dễ gây hỏng động cơ khi tăng tốc độ. Do
đó, không cho phép động cơ kích từ nối tiếp mở máy không tải hoặc tải nhỏ.
 Đặc tính làm việc:

I

ngh

M

η
n
P2
Vùng làm việc

Động cơ làm việc với tốc độ n nhỏ hơn ngh.
Khi chưa bão hòa momen quay động cơ tỷ lệ với bình phương dòng điện,
tốc độ giảm theo tải, động cơ kích từ nối tiếp thích hợp trong chế độ tải nặng
nề.

7.

Đặc tính động cơ điện kích từ hỗn hợp
Iư

+
Kích từ hổn hợp


n

4
1

3

2

Đặc tính cơ

M

Các dây quấn kích từ có thể nối thuận (từ trường 2 dây quấn cùng chiều) làm
tăng từ thông, hoặc nối ngược (từ trường 2 dây quấn ngược nhau) làm giảm từ thông.
Đặc tính cơ động cơ kích từ hỗn hợp khi nối thuận (đường 1) sẽ là trung bình

giữa đặc tính cơ của động cơ kích từ somg song (đường 2) và nối tiếp (đường 3) ở hình
trên.
Các động cơ làm việc nặng nề, dây quấn kích từ nối tiếp là dây kích từ chính,
dây quấn kích từ song song là phụ và nối thuận. Dây quấn kích từ song song bảo đảm
tốc độ động cơ không tăng quá lớn khi M nhỏ.
Động cơ kích từ hỗn hợp có dây quấn kích từ nối tiếp là kích từ phụ và nối
ngược, có đặc tính rất cứng (đường 4), tốc độ hầu như cố đònh khi momen thay đổi.
Thích hợp với các động cơ yêu cầu tốc độ ít thay đổi.

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DC
Trong công nghiệp đòi hỏi có nhiều cấp tốc độ khác nhau, tùy theo yêu cầu
cần thiết mà người ta chọn cấp tốc độ này hay cấp tốc độ khác. Để có các cấp tốc độ
khác nhau, ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số truyền hay thay đổi
tốc độ của chính động cơ truyền động.


Thông thường để chỉnh tinh tốc độ ta dùng phương pháp thay đổi tốc độ của
động cơ truyền động, các phương pháp điều chỉnh sau:

1.

Điều chỉnh các thông số ở mạch của máy điện
-

Điều chỉnh điện trở của mạch phần ứng.

-

Điều chỉnh kích từ của động cơ.

Phương pháp điều chỉnh này có tốc độ cứng, đặc tính cơ giảm nên độ chính xác
trong việc duy trì tốc độ không cao, phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp, độ tinh điều chỉnh
kém. Khi điều chỉnh càng sâu thì sai số tốc độ tăng và mement ngắn mạch giảm,
nghóa là độ chính xác duy trì tốc độ và khả năng quá tải kém.
Phương pháp này không được khuyến khích thực hiện.

2.

Thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn cung cấp cho
phần ứng động cơ.
-

Hệ thống máy phát- động cơ.

-

Hệ biến đổi van điều khiển (SCR)-động cơ.

-

Hệ điều áp van _ từ _ động cơ (khuếch đại từ _ động cơ).

-

Hệ điều áp nguồn _ động cơ.

Về các chỉ tiêu kỹ thuật và năng lượng thì phương pháp điều áp xung được
đánh giá tốt.
Trước hết nó là phương pháp điều chỉnh triệt để, nghóa là có thể điều chỉnh tốc
độ trong bất kỳ vùng tải nào, kể cả khi không tải lý tưởng. Đặc tính cơ điều chỉnh đảm

bảo được sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá tải lớn, dải điều chỉnh rộng và tổn hao năng
lượng thấp. Bởi vì đặc tính cơ của phương pháp tuy mềm hơn đặc tính cơ tự nhiên
nhưng cứng hơn khi dùng phương pháp điều chỉnh thông số. Mặt khác vì phần tử điều
chỉnh đặc trong mạch điều khiển của bộ biến đổi là mạch có công suất nhỏ, nên độ
tinh chỉnh cao, thao tác nhẹ nhàng và có khả năng cải thiện thành hệ tự động vòng
kín.
Nhược điểm: là phải dùng bộ biến đổi phức tạp nên vốn đầu tư cơ bản và vận
hành phí cao. Tuy nhiên với các ưu điểm trên, phương pháp này tạo được năng
suất cao, tổn thất năng lượng ít do đó được sử dụng rộng rãi.


3. Điều chỉnh sơ đồ
-

Sơ đồ phân mạch phần ứng.

-

Sơ đồ dùng hai động cơ DC liên kết nối cứng với nhau.

-

Sơ đồ dùng hai động cơ liên kết nối hở với nhau.

4. Phương pháp điều rộng xung
Điện áp ra bao gồm những xung có bề rộng thay đổi được và biên độ là hằng
số. Yêu cầu là mạch có khả năng đóng ngắt ở tần số cao, có thể đóng ngắt riêng cho
từng ngắt khác nhau. Các loại mạch này thích hợp cho các mạch động lực dùng
transistor công suất, việc đóng ngắt nhiều lần, nếu ta thay đổi được các độ rộng xung
trong một chu kỳ thì ta có thể hạn chế được sóng hài bậc cao.

Với những nhận xét ưu điểm của bốn phương pháp điều chỉnh trên ta nhận
thấy: Để điều chỉnh tốc độ động cơ DC cần có dải điều chỉnh rộng, đòi hỏi chất lượng
điều chỉnh cao, ta chọn phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ DC bằng phương pháp
điều rộng xung nghóa là thay đổi được ton và fxung= 1/T = const.

III. CHỈ TIÊU CHẤT LƯNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Một hệ thống truyền động điện điều chỉnh có thể là tự động nếu có dùng các
khâu hồi tiếp để lập thành vòng kín hoặc là bán tự động khi chỉ điều khiển vòng hở
và chỉ bằng tay.
Chất lượng của hệ được đánh giá nhờ các chỉ tiêu sau đây:

1.

Sai số tónh tốc độ

Sai số tónh tốc độ là đại lượng đặc trưng cho độ chính xác duy trì tốc độ đặt. Nó
là giá trò tương đối của độ sụt tốc ứng với tải đònh mức so với tốc độ đặt khi không tải
lý tưởng.
ω od − ω
100%
S% = ω
od

Trong đó:
ω

: Tốc độ ứng với tải đònh mức.

(1-1)

ω od

: Tốc độ không tải lý tưởng ứng với giá trò đặt.

Vì đặc tính cơ của hệ thống là đường thẳng nên ta có quan hệ:
∆ω =

MC
β

S% =

MC
β .ω od

(1-2)

Như vậy sai số tốc độ phụ thuộc vào độ cứng của đặc tính cơ β, tốc độ đặt khi
không tải lý tưởng ωod và phụ tải trên trục động cơ Mc.
Sai số ∆ càng nhỏ nghóa là độ chính xác càng cao thì hệ càng tốt.
Nói chung các hệ bán tự động có độ chính xác không cao, đa số phương pháp
điều chỉnh thông số có S lớn còn phương pháp điều chỉnh nguồn thì S nhỏ hơn nhiều.

2. Phạm vi điều chỉnh
Phạm vi điều chỉnh D là tỉ số giữa tốc độ làm việc lớn nhất và nhỏ nhất ứng với
phụ tải đã cho.
D=

ω MAX

ω MIN

(1-3)

Tốc độ lớn nhất ωmax thường bò giới hạn bởi độ bền cơ của phần quay của động
cơ. Một số máy điện một chiều tốc độ lớn nhất còn bò giới hạn bởi điều kiện chuyển
mạch vì khi tốc độ lớn tia lửa phát sinh trên cổ góp dưới các chổi than sẽ mạnh lên và
có thể không cho phép. Vì vậy thông thường chỉ cho phép
ωmax≤ (1-3)ωđm.
Tốc độ nhỏ nhất ωmin trong dải điều chỉnh bò chặn bởi yêu cầu khắc phục
moment quá tải cho phép, bảo đảm độ chính xác điều chỉnh (s%).
Tốc độ cực đại trong dải điều chỉnh khi Mc = Mđm
ω max = ω o -

M dm
β

(1-4)

Với yêu cầu đảm bảo khả năng quá tải khi ta thấy đặc tính thấp nhất phải có
moment ngắn mạch bằng moment tải cực đại (hinh1-1).
M nm = M cMAX = K qt M dm


Trong đó: Kqt: Hệ số quá tải do máy gây ra.
ω
ω0
ωmax
ω0min
ωmin

α

Mđm Mđm.Kqt
Hình 1_1

M

Từ hình trên ta có thể tính được tốc độ nhỏ nhất ứng với moment tải đònh mức.
ωmin = (Kqt.Mđm – Mđm)tgα

(1-5)

Suy ra:
ωmin = Mđm(Kqt - 1).1/β
Từ (1-4) và (1-5) ta có:
D=

ω MAX
ω MIN

M dm
β * −1
β
=
=
M
K qt − 1
( K qt − 1) dm
β

ω0 −

(1-6)

Trong đó:
β* =

ω 0 .β
1
= *
M dm Ru + Rb*

Độ cứng tương đối của đặc tính cơ: β*
Trường hợp máy sản xuất có yêu cầu cao về độ chính xác duy trì tốc độ thì
phải điều chỉnh D được xác đònh theo sai số tốc độ cho phép (s cp) ứng với đường đặc
tính thấp nhất ta có:
S cp =

ω 0 min − ω min
∆ω
=
ω 0 min
ω 0 min

(1-7)


Vì tốc độ làm việc được xác đònh tương ứng bởi tải đònh mức nên:
M dm

β

∆ω =

ω 0 MIN = ω MIN +

M dm
β

Thay vào phương trình (1-7)
ω MIN =

1 − S cp M dm
.
S cp
β

(1-8)

Từ (1-4) và (1-8) ta xác đònh được:

D=
D=

ω MAX
ω MIN


M 
 ω 0 − dm .S cp. β

β 
=
(1 − S cp ).M dm

( β * − 1).S cp

(1-9)

1 − S cp

3. Hiệu suất
Nếu bỏ qua các đại lượng tổn thất bất biến trong hệ thì phần tổn thất chủ yếu
sẽ nằm trong mạch phần ứng, nên hiệu suất của hệ là:
η=

E.I u
P2
ω
=
=
2
M .R
P1 E.I u + R.I u
ω+
( K .Φ) 2

(1-10)

Trong đó:
P2 = E.I u = M .ω : Công suất đưa ra đầu trục

P1 = P2 + ∆P = M .ω +

Trong đó:
ω* =

ω
ω0

M* =

M
M DM

M 2 .R
ω*
=
: Công suất đưa vào
( K .Φ ) 2 ω * + R * .M *


R* =

R.M DM
1
=
*
β
ω 0 .( K .Φ) 2

Ngoài tổn hao trong phần ứng còn có tổn thất trong các thiết bò biến đổi. Khi đó

hiệu suất của toàn hệ thống là:
η = ηư +ηsc
Trong đó:
ηsc: hiệu suất của thiết bò biến đổi.

4. Hệ điều khiển
Hệ điều khiển tốc độ động cơ DC phân thành hai loại:
-

Hệ thống hở.

-

Hệ thống kín.

a. Hệ thống hở
Hệ thống hở còn gọi là hệ thống bán tự động, nó thực hiện nguyên tắc khống
chế cứng, tức là tín hiệu ra không cần đo lường để hồi tiếp chuyển về đầu vào. Mọi
sự biến đổi của tín hiệu ra không phản ánh vào thiết bò điều khiển.
Khối điều khiển

Bộ biến đổi

Động cơ DC

Hình 1_2: Sơ đồ khối của hệ thống hở.

• Nguyên lý điều chỉnh
Đối với động cơ DC khi giữ điện áp phần ứng không đổi, ta thay đổi độ rộng
xung kích thì tốc độ của động cơ sẽ thay đổi và tránh được những biến động lớn về gia

tốc và động lực trong hệ.

+
Vi
-

Bộ
Đảo
Chiều


Hình1_3: Sơ đồ nguyên lý tổng quát.
Bộ biến đổi đảo chiều có nhiệm vụ thay đổi chiều điện áp đặt lên động cơ.
b. Hệ thống kín
Hệ thống kín còn gọi là hệ thống điều khiển tự động, nó thực hiện nguyên tắc
điều khiển có phản hồi, tức là tín hiệu ra được đo lường và phản hồi đến đầu vào bộ
điều khiển để tạo ra tín hiệu điều khiển và thông qua bộ biến đổi điều chỉnh lại tốc
độ động cơ tương ứng với giá trò tín hiệu đặt.

Khối điều khiển

Bộ biến đổi

Động cơ DC

Phản hồi
Hình1_4: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín.
Khi sử dụng hệ thống điều khiển bán tự động thường sai số tốc độ tónh tương
đối lớn do đặc tính cơ tự nhiên của động cơ thường gặp đều có độ cứng không đủ lớn.
Đặc biệt là khi điều chỉnh dưới tốc độ cơ bản, độ cứng giảm hoặc tốc độ không tải lý

tưởng giảm. Vì vậy trong thực tế khi điều khiển động cơ người ta thường dùng hệ kín
để giảm sai số tốc độ và mở rộng dải điều chỉnh. Vì sai số tónh của tốc độ phụ thuộc
vào độ cứng của động cơ nên biện pháp chủ yếu dùng để ổn đònh hóa trong hệ là làm
tăng độ cứng đặc tính cơ, muốn vậy thông số điều chỉnh phải thay đổi tự động theo
giá trò phụ tải sao cho đủ khả năng bù trừ lượng sụt tốc do tải gây ra. Do đó người ta
sử dụng các vòng hồi tiếp dòng điện, tốc độ truyền động tự động vòng kín.
• Nguyên lý điều khiển tự động vòng kín
Trong hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC bằng cách đổi dấu điện áp cung
cấp phần ứng động cơ. Khi đó tốc độ làm việc của động cơ được điều chỉnh nhờ thay


đổi tốc độ không tải lý tưởng n0. Còn độ cứng của đặc tính cơ β được giữ nguyên như
hình vẽ:
n

W0min
wmin
w1’min

1’

Eb0 Eb1 Eb2

Mđm

M

Hình1_5
Giả sử các đặc tính của hệ có độ cứng là β và khi điều chỉnh đến tốc độ ωmin thì
sai số tónh vượt quá giới hạn cho phép.

S=

ω 0 MIN − ω MIN
ω MIN

(1-11)

5. Khảo sát hệ điều chỉnh tốc độ động cơ DC theo vòng kín
Động cơ DC kích từ độc lập được sử dụng rộng rãi trong truyền động điện, điều
khiển vòng hở không thoả mãn yêu cầu đặt ra về cơ cấu. Vì thế hệ thống đòi hỏi yêu
cầu chính xác cao nghóa là cần phải thay đổi góc kích trong quá trình biến đổi tải, nên
giải quyết bằng hệ thống điều khiển vòng kín.

U
wđ

wt
-

Khối điều khiển

k

Bộ biến đổi

Hồi tiếp



Động cơ DC

w


Hình 1_6: Sơ đồ điều khiển vòng kín.
Khi moment tải thì tín hiệu đầu vào là:
ωt = ωđ + ωht
Tín hiệu điều khiển (k) tăng làm thay đổi góc kích và làm tăng điện áp phần
ứng do đó làm tăng moment động cơ nên sự thay đổi tốc độ được giảm bớt đáng kể và
cứ như thế trong trạng thái quá độ mà giá trò moment động cơ và M 0 cân bằng, hay
nói cách khác là hệ cứng tăng modul độ cứng đặc tính cơ.
Đây là vấn đề chủ yếu trong hệ kín.
Nhờ hệ điều khiển vòng kín có đặc điểm làm hệ truyền động có độ chính xác
cao, tác dụng nhanh, ảnh hưởng của thành phần nhiễu bò hạn chế, tính được hàm
truyền với ẩn số là Iư.
I u ( s) =

U u ( s) − Eu ( s )
1 U u ( s ) − Eu ( s)
=
.
Ru − Lu ( s ) Ru
1 − S .Tu
∑
∑

(1-12)

Tư: Thời hằng của mạch phần ứng.
Tu =

ω (s) =

Iu
Ru

(1-13)

∑

M ( s) − M t ( s ) 1 M ( s) − M t ( s )
= .
B + J .S
β
1 + S .TM

(1-14)

J

với : TM = β : Hằng số cơ.

6. Hàm truyền của động cơ kích từ độc lập
Iư

V

+
-

Ikt
+
-

+
Vkt
-


Hình 1_7: Sơ đồ tương đương của động cơ
Phương trình cân bằng điện áp
U u = E + Ru

∑

.I u + Lu .

dI u
dt

(1-15)

E = K .Φ.ω

(1-16)

Phương trình cân bằng moment trên trục động cơ.
M = M t + B.ω M = M t + B.ω + J .

dω

dt

(1-17)

Trong đó:
M = K .Φ.ω

(1-18)

Từ các phương trình (2-15) đến (2-18) viết dưới dạng toán tử.
U u ( s) = Eu ( s) + Ru

∑

.I u ( s ) + s.I u ( s ).Lu

(1-19)

Eu ( s ) = K .Φ dm .ω ( s)

(1-20)

M ( s ) = M t ( s ) + B.ω ( s ) + s.J .ω ( s)

(1-21)

M ( s ) = K .φ dm .ω ( s)

(1-22)

từ phương trình (1-19) có quan hệ giữa tốc độ và điện áp phần ứng và moment tải:
ω (s) =

G1 ( s )
G2 ( s)
U u ( s) +
M t ( s) (1-23)
1 + G1 ( s ).H 1 ( s )
1 + G2 ( s ).H 2 ( s)

Với
G1 ( s ) =
=

B.Ru

Ru

∑

∑

1
1
K .Φ.
(1 + s.Tu )
(1 + s.TM ) B

K .Φ
(1 + s.Tu )(1 + s.TM )

H 1 ( s ) = K .Φ
G2 ( s) = −

1
B (1 + s.Tu )

(1-24)

(1-25)
(1-26)


H 2 (s) =

( K .Φ ) 2
Ru (1 + s.Tu )
∑

(1-27)

Nếu xét ở chế độ không tải lúc Mt = 0, thay (1-26) vào (1-23) ta được:
ω (s)
=
I u ( s) ( KΦ) 2 + Ru

∑

K .Φ
.B (1 + s.Tu )(1 + s.TM )

(1-28)

Ta thấy rằng Tu≤ TM nên:
(1 + s.Tu )(1 + s.TM ) ≈ (1 + s.TM )

Vậy (1-27) được viết lại là:
ω (s)
K .Φ
K .Φ
=
=
.
2
2
I u ( s) ( KΦ) + Ru B (1 + s.TM ) ( KΦ ) + Ru B
∑
∑
1 + s.

1
Ru
∑
2
( KΦ) + Ru

∑

B

TM

28)
Đặt

Ru

TM 1

B
∑
=
( KΦ) 2 + Ru

KM =

K .Φ
( KΦ ) + Ru
2

∑

∑

B

TM

B

(1-29)

(1-30)

Vậy phương trình (1-28) được viết lại là:
KM
ω ( s)
=
U u ( s) 1 + s.TM 1

(1-31)

KM 2
ω ( s)
KΦ
=
=
I u ( s) B(1 + s.TM ) 1 + s.TM

(1-32)

Với
KM2 =

K .Φ
B

(1-

Mt(s)
Uu(s)

Ru

Eu(s)

∑

1
(1 + s.Tu )

Iu(s)

1
B(1 + s.TM )

K .Φ

ω(s)

K.Φ

Hình 1_8: Sơ đồ cấu trúc của hệ kín
Sử dụng công thức (1-31) ta có:
I ( s) ω ( s )
K
1 + s.TM
I ( s)
= u .

= M .
U u ( s) ω ( s) U u ( s) K M 2 1 + s.TM 1

(1-33)

Đặt
K M1 =

KM
B
=
2
K M 2 ( K .Φ ) + Ru

∑

B

Vậy:
I u ( s)
1 + s.TM
= K M1
U u ( s)
1 + s.TM 1

Khi phân tích động cơ DC kích từ độc lập có thể phân tích thành hai khối sau:

Uu(s)

K M 1 (1 + s.TM )

1 + s.TM 1

Iu(s)

KM2
1 + s.TM 1

ω(s)

Hình 1-9: Sơ đồ cấu trúc đơn giản hoá

IV. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ DÙNG
TRANSISTOR
1.

Các phương pháp đảo chiều quay


Để đảo chiều động cơ có thể thiết kế hệ đảo chiều theo ba phương pháp sau:
a. Đảo chiều dòng kích từ
Phương pháp này dùng một bộ biến đổi đơn trong mạch phần ứng và một bộ
tiếp điển đảo chiều trong mạch kích từ. Phương pháp này đơn giản về mặt thiết bò, giá
thành hạ, thuận tiện trong việc vận hành, bảo quản. Nhưng do quán tính mạch từ của
mạch kích từ lớn nên thời gian đảo chiều của động cơ có thể đến vài giây.
b. Đảo chiều dòng phần ứng bằng một bộ biến đổi đơn và một bộ tiếp điểm
đảo chiều trong mạch phần ứng
Phương pháp này thời gian đảo chiều nhanh hơn phương pháp trên và sơ đồ
tương đối đơn giản. Nhược điểm của nó là phải dùng các tiếp điểm của mạch động
lực. Ta sử dụng quy luật điều khiển bộ biến đổi để đảm bảo đóng cắt tiếp điểm khi
dòng phần ứng gần bằng không, nhưng khi đó tác động của hệ thống trong các quá

trình quá độ phải bắt buộc diễn ra theo trình tự nhất đònh, do đó làm tác động nhanh.
c. Đảo chiều cực tính điện áp trên mạch phần ứng dùng bộ biến đổi kép
Phương pháp này tuy phức tạp nhưng tránh được những nhược điểm của hai
phương pháp trên. Bộ biến đổi kép gồm hai bộ biến đổi đơn, một để tạo điện áp
thuận, một tương ứng với điện áp ngược. Tương ứng với hai chiều quay của động cơ.
Việc bố trí hai bộ biến đổi đơn thành bộ biến đổi kép được thực hiện như sau:
Tùy theo giá trò điện áp k mà xung kích điều khiển cả hai bộ biến đổi thay
đổi. Như vậy một bộ biến đổi sẽ hoạt động ở chế độ chỉnh lưu, còn bộ kia sẽ hoạt
động trong chế độ nghòch lưu.
Ta có:
Ud = Ud1 – Ud2
Ud: Điện áp trung bình đặt lên động cơ.
Trong bộ biến đổi kép lý tưởng, điện áp ở đấu ra của mỗi bộ biến đổi bằng với
điện áp trên tải, còn dòng thì có thể chạy qua tải theo chiều phụ thuộc vào khoá đảo
chiều quay của động cơ.

2. Chế độ làm việc
a. Chế độ làm việc xác lập


Khi làm việc trong chế độ xác lập với điện áp điều khiển dương thì vận tốc
không đổi ứng với vận tốc nào đó. Lúc đó trong hai bộ biến đổi có một bộ biến đổi
làm việc tích cực cung cấp dòng cho tải, bộ còn lại trong trạng thái chờ và không có
tác dụng gì đối với tải.
b. Chế độ máy phát
Giả sử khi có một xung kích cho bộ biến đổi với một chuỗi xung có các khoảng
ton khác toff nên khi có xung kích thì dòng qua tải là tăng dần lên đến điểm cuối của t on
thì dòng qua tải giảm dần, lúc này là động cơ trả năng lượng về lưới nên động cơ được
xem như máy phát, đến khi động cơ được kích dẫn bởi xung kế tiếp thì lúc đó dòng
bắt đầu tăng lên.

Xung kích

Iư

Giản đồ xung kích

c. Đảo chiều quay động cơ
Để thay đổi chiều quay của động cơ ta cần đổi dấu điện áp quy đònh vận tốc.
Theo lý thuyết, vận tốc của động cơ không thể thay đổi tức thời được vì trong động cơ


còn có cuộn kháng do đó dòng Iư chưa giảm về không thì bộ biến đổi hai đã được kích
bởi khóa đảo chiều và dòng điện phần ứng lập tức đổi dấu và động cơ ở chế độ hãm
ngược. Lúc này bộ biến đổi hai làm việc tích cực còn bộ biến đổi một ở trạng thái chờ
và buộc động cơ phải quay theo chiều ngược lại đến già trò xác lập.