xây dựng mô hình thí nghiệm đặc tính động cơ điện một chiều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2011- 43

S KC 0 0 3 3 6 8

Tp. Hồ Chí Minh, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐẶC TÍNH
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Mã số: T2011 - 07

Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Vinh Quan
Người tham gia: Trần Quang Thọ

TP. HCM, 2011


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

CHƢƠNG 1:

MỞ ĐẦU

Ngày nay trong cuộc sống hằng ngày chúng ta thƣờng xuyên gặp hệ truyền động
điện ở bất kỳ nơi đâu. Nhƣ trong các nhà máy xí nghiệp ở các dây chuyền sản xuất.
Trong cuộc sống hàng ngày chúng ta cũng cần và sử dụng nhiều nhƣ thang máy, cầu

trục, cần trục,... Nhƣ vậy có thể nói truyền động điện đã khẳng định đƣợc vai trò của
nó trong cuộc sống và trong lao động sản xuất. Do sự phát triển ngày càng mạnh mẽ
của kỹ thuật điện tử và tin học nên các hệ truyền động điện cũng có các bƣớc phát
triển nhảy vọt.
Nhƣ đã biết trong hệ thống truyền động điện không thể thiếu động cơ điện. Động
cơ điện tạo ra moment quay để kéo cơ cấu sản xuất hoạt động nên nó đóng vai trò rất
quan trọng trong hệ truyền động điện của cơ cấu sản xuất.
Để chọn đƣợc loại động cơ hoạt động phù hợp với tính chất của tải thì ta cần phải
biết đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính của tải. Một vấn đề đặt ra là trong thực tế
có nhiều động cơ bị mất nhãn thì làm sao để ta chọn đƣợc cho phù hợp với yêu cầu
hoạt động trong sản xuất. Chính vì lẽ đó mà tác giả đã chọn đề tài: Khảo Sát Đặc Tính
Cơ Của Động Cơ Một Chiều.
Ngoài ra với đề tài này sẽ cung cấp cho những sinh viên các ngành có liên quan
đến bộ môn điện có cách nhìn trực quan và thực tế hơn về đặc tính cơ của động cơ.
Trong đề tài này nội dung nghiên cứu đƣợc sắp xếp theo các chƣơng:
 Chƣơng 1: Chƣơng mở đầu
 Chƣơng 2: Giới thiệu chung về động cơ một chiều
 Chƣơng 3: Đặc tính cơ của động cơ một chiều
 Chƣơng 4: Mạng neuron
 Chƣơng 5: Thi công


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

CHƢƠNG 2:

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN
MỘT CHIỀU

Trong mọi ngành sản xuất hiện nay, các công nghệ tiên tiến, các dây chuyền

thiết bị hiên đại đang du nhập vào nƣớc ta. Tác dụng của các công nghệ mới, thiết bị
hiện đại đã và đang góp phần tích cực thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại
hoá. Các máy điện hiện đại trong mọi lĩnh vực đa phần hoạt động nhờ vào điện năng
thông qua các thiết bị chuyển đổi điện năng thành cơ năng, nhiệt năng...trong các dây
chuyền hiện đại, các thiết bị máy móc khác muốn hoạt động, vận hành không thể
không kể đến các động cơ điện.
Trong rất nhiều máy móc cần đến các loại động cơ điện một chiều với những
mức công suất khác nhau phù hợp với chức năng hoạt động của nó.
Động cơ điện một chiều dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng
thành điện năng.
Động cơ điện một chiều gồm có những loại:
o Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
o Động cơ điện một chiều kích từ song song
o Động cơ đện một chiều kích từ nối tiếp
o Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp hay kích từ bằng nam châm
vĩnh cửu.
Nói tóm lại động cơ điện một chiều đƣợc sử dụng rộng rãi và phổ biến trong
các dây chuyền sản xuất, các cơ cấu vận hành nhƣ thang máy, máy nâng,...Nó có vai
trò quan trọng và cần thiết trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá của đất
nƣớc ta hiện nay. Với cấu tạo không quá phức tạp và khó khăn cho chúng ta chế tạo và
sửa chữa. Góp phần cải thiện cuộc sống, sức lao động của con ngƣời nói chung và
nhân dân Việt Nam ta nói riêng.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

2.1

Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính: phần tĩnh (Stator) và

phần động (Rotor).

Hình 2.1: Phần tĩnh và phần động của động cơ điện một chiều
Các thành phần:
Frame: võ máy
Pole Piece: cực từ
Field Winding: cuộn cảm
Armature: phần ứng
Commutator: cổ góp
Carbon Brush: chổi than
2.1.1 Phần tĩnh
2.1.1.1 Cực từ chính
Cực từ chính là phần sinh ra từ trƣờng gồm có lõi sắt và cuộn dây:
Lõi sắt cực từ đƣợc làm từ các lá thép kỹ thuật hoặc thép cacbon đƣợc ép lại với
nhau và tán chặt thành một khối các cực từ đƣợc gắn vào vỏ máy bằng các bulông.
Một cặp cực từ (đôi cực) gồm hai cực nam - bắc đặt đối xứng với nhau qua trục động
cơ, tuỳ theo động cơ mà số cặp cực từ có thể có 1,2,3, hoặc nhiều hơn.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

Các máy điện nhỏ cực từ đƣợc làm bằng thép khối. Dây quấn kích từ làm bằng dây
đồng có tiết diện tròn hoặc chữ nhật đƣợc sơn cách điện và đƣợc quấn thành từng
cuộn. Các cuộn dây đƣợc mắc nối tiếp với nhau. Các cuộn dây đƣợc bọc cách điện cẩn
thận trƣớc khi đặt vào các cực từ.

Hình 2.2: Cực từ chính
2.1.1.2 Cực từ phụ
Cực từ phụ đƣợc đặt giữa các cực từ chính để cải thiện tình trạng đổi chiều. Cực
từ phụ đƣợc làm bằng thép khối trên đặt các cuộn dây quấn. Dây quấn cực từ phụ

tƣơng tự nhƣ dây quấn cực từ chính.
2.1.1.3 Gông từ
Gông từ là phần nối tiếp các cực từ. Đồng thời gông từ làm vỏ máy, từ thông
móc vòng qua các cuộn dây và khép kín sẽ chạy trong mạch từ. Trong máy điện lớn
gông từ làm bằng thép đúc, trong các máy điện nhỏ gông từ làm bằng thép lá đƣợc uốn
lại thành hình trụ tròn rồi hàn.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

2.1.1.4 Các bộ phận khác
- Nắp máy: Nắp máy dùng để bảo vệ các chi tiết của máy tránh không cho các
vật bên ngoài rơi vào trong máy có thể làm hỏng cuộn dây, mạch từ... Đồng thời nắp
máy để cách ly ngƣời sử dụng với bộ phận của máy khi động cơ đang quay, đang có
điện. Ngoài ra nắp máy còn là giá đỡ ổ bi của trục động cơ.
- Cơ cấu chổi than (chổi điện): Cơ cấu chổi than để đƣa dòng điện từ ngoài
vào nếu máy là động cơ và đƣa dòng điện ra nếu máy là phát điện. Cơ cấu chổi than
gồm có 2 chổi than làm từ than cacbon thƣờng là hình chữ nhật. Hai chổi than đƣợc
đựng trong hộp chổi than và luôn tỳ lên hai vành góp nhờ 2 lò xo. Hộp chổi than có thể
thay đổi đƣợc vị trí sao cho phù hợp.
2.1.2

Phần quay

2.1.2.1 Lõi sắt phần ứng
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thƣờng đƣợc làm bằng tôn Silic dầy 0,5mm có
phủ một lớp cách điện sau đó đƣợc ép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy Phucô
gây ra. 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 đƣợc ép cứng vào với trục tạo thành một khối
thống nhất.

Hình 2.3: Lõi sắt phấn ứng


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

Trong các máy điện công suất trung bình trở lên ngƣời ta thƣờng dập các rãnh để khi
ép lại tạo thành các lỗ thông gió làm mát cuộn dây và mạch từ.
2.1.2.2 Dây quấn phần ứng
Dây quấn phần ứng sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Trong
máy điện nhỏ dây quấn phần ứng có tiết diện tròn, với động cơ có công suất vừa và lớn
tiết diện dây là hình chữ nhật. Khi đặt dây quấn phần ứng vào rãnh Rotor ngƣời ta phải
dùng các nêm, chèn lên bề mặt của cuộn dây, các nêm này nằm trong rãnh đặt các
cạnh dây quấn để tránh cho dây không bị văng ra ngoài khi dây chịu lực điện từ tác
động.
2.1.2.3 Cổ góp
Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm
nhiều phiến góp bằng đồng ghép lại thành hình trụ tròn sau đó đƣợc ép chặt vào trục.
Các phiến góp đƣợc cách điện với nhau bằng các tấm mica đặt ở giữa. Đuôi các phiến
góp nhô cao để hàn đầu dây cuộn dây phần ứng, mỗi phiến góp có đuôi chỉ hàn một
đầu dây và tạo thành các cuộn dây phần ứng nối tiếp nhau.
2.1.2.4 Các bộ phận khác
- Cánh quạt: Cánh quạt dùng để làm mát động cơ. Cánh quạt đƣợc lắp trên
trục động cơ để hút gió từ ngoài qua các khe hở trên nắp máy, khi động cơ làm việc
gió từ ngoài vào qua các khe hở trên nắp máy, khi động cơ làm việc gió hút vào làm
nguội dây quấn, mạch từ.
- Trục máy: Trục máy đƣợc làm bằng loại thép cứng nhiều cacbon. Trên trục
máy đặt lõi thép phần ứng và cổ góp. Hai đầu của trục máy đƣợc gối lên 2 vòng bi ở
nắp máy.
2.2

Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Để động cơ hoạt động ta phải cấp nguồn cho cuộn dây kích từ để tạo ra từ

trƣờng, và cấp nguồn cho cuộn dây phần ứng đƣợc đƣa vào nhờ hai chổi than tì vào
hai cổ góp của phần ứng.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

Hình 2.4: phƣơng pháp đƣa điện vào cuộn dây phần ứng.
Đầu tiên ta cấp điện cho cuộn dây kích từ, cuộn cảm sẽ sinh ta một từ trƣờng
hƣớng từ cực bắc sang cực nam nhƣ hình vẽ.
Nếu nối hai chổi điện A, B vào nguồn điện một chiều, dòng một chiều sẽ chạy
trong các thanh dẫn ab, cd. Tác dụng của từ trƣờng nam châm lên các thanh dẫn có
dòng điện sẽ sinh ra lực điện từ. Độ lớn của lực điện từ đƣợc xác định theo công thức:
F = B.l.i

(2-1)

B - cảm ứng từ trung bình trong khe hở,
l - chiều dài thanh dẫn nằm trong từ trƣờng,
i - dòng điện chạy trong thanh dẫn.
Chiều của lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái (xem hình 2.5).
Lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn ở mỗi vùng cực có chiều không đổi nên
mômen do lực điện từ sinh ra cũng có chiều không đổi, làm cho khung dây quay theo
một chiều nhất định. Đó chính là nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

Hình 2.5: Mô tả nguyên lý làm việc của động cơ một chiều.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

CHƢƠNG 3:

PHƢƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ

Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ và moment của động cơ. Mỗi loại động cơ đều
có dạng đặc tính cơ khác nhau. Để cho cơ cấu truyền động làm việc ổn định ta cần
phải nắm rõ đặc tính cơ của từng loại động cơ để lựa chọn động cơ phù hợp với tính
chất của tải.
Trong chƣơng này sẽ giới thiệu về đặc tính cơ của:

3.1



Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song.



Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song
- Động cơ điện một chiều kích tƣ độc lập và động cơ điện một chiều kích từ

song song về nguyên tắc thì chúng giống nhau.

- Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện
ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho rotor (Cuộn ứng).

Hình 3.1: Sơ đồ nối dây động cơ một chiều kích từ độc lập.
- Nếu cuộn kích từ và cuộn ứng đƣợc cấp điện bởi cùng một nguồn điện thì
động cơ là loại kích từ song song.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

Hình 3.2: Sơ đồ nối dây động cơ một chiều kích từ song song.
3.1.1

Phƣơng trình đặc tính cơ

- Khi động cơ làm việc rotor mang cuộn ứng quay trong từ trƣờng của cuộn
cảm nên trong cuộn ứng lại xuất hiện một sức điện động cảm ứng, Có chiều
ngƣợc với điện áp đặt vào phần ứng của động cơ. Theo sơ đồ nối dây của động
cơ một chiều kích từ độc lập và động cơ một chiều kích từ song song ta có thể
viết phƣơng trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng nhƣ sau:
U = E + IƣRƣ 

(3-1)

Trong đó:
U: điện áp lƣới [V].
E: Sức điện động của động cơ [V].
Iƣ:: dòng điện phần ứng của động cơ [A].
Rƣ  : Điện trở toàn bộ của mạch phần ứng [].
Rƣ  = Rƣ + Rp

(3-2)

Rp: Điện trở phụ thêm vào mạch phần ứng [].
Rƣ: Điện trở mạch phần ứng [].
Rƣ = rƣ +rct+ rcb + rcp

(3-3)


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

rƣ : Điện trở cuộn dây phần ứng.
rct : Điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp.
rcb: Điện trở cuộn bù.
rcp:Điện trở cuộn phụ.
Sức điện động Eƣ của phần ứng động cơ đƣợc xác định theo biểu thức:
Eƣ =

(3-4)

Trong đó:
p: Số đôi cực từ chính
N: Thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a: số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
 : Từ thông kích từ dƣới cực từ  b

: Tốc độ góc rad/s

K=

PN
2a

Hệ số cấu tạo của động cơ

(3-5)

+ Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì:
Eƣ =Ken
Và

=

2n
=
60

Vì vậy Eƣ =

Ke =

PN
60a

PN
n
60a

Hệ số sức điện động của động cơ

(3-6)
(3-7)

(3-8)

(3-9)


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

Ke =

 0,105K

(3-10)

Từ phƣơng trình (3-1)và (3-6) ta có:

=

Ru + R f
Uu
Iƣ
KΦ
KΦ

(3-11)

Biểu thức (3-11) là phƣơng trình đặc tính cơ điện của động cơ.

Mặt khác mômen điện từ Mđt của động cơ đƣợc xác định bởi:
Mđt = KIƣ

(3-12)

Suy ra :
Iƣ =

(3-13)

Thay giá trị Iƣ vào (3-11) ta đƣợc phƣơng trình:

=

Uu
KΦ

Ru + R f
( KΦ) 2

Mđt

(3-14)

Nếu chúng ta bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ
bằng với mômen điện từ, ta ký hiệu M. Nghĩa là Mđt = Mcơ = M.

=

Uu

KΦ

Ru + R f
( KΦ) 2

M

(3-15)

Đây là phƣơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
- Giả sử rằng phần ứng của động cơ đƣợc bù đủ, từ thông  =const, thì phƣơng
trình đặc tính cơ điện(3-11) và phƣơng trình đặc tính cơ (3-14) là tuyến tính. Khi đó đồ
thị của chúng đƣợc biểu diễn trên hình vẽ là những đƣờng thẳng.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn quan hệ tuyến tính giữa tốc độ với dòng điện,
moment.
Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Theo đồ thị trên khi Iƣ = 0 hoặc M = 0 ta có:
=
Khi đó thì

Uu
KΦ

0 đƣợc

=

(3-16)

0

gọi là tốc độ không tải lý tƣởng của động cơ. Còn khi

=0

ta có từ phƣơng trình đặc tính cơ điện và phƣơng trình đặc tính cơ của động cơ điện
một chiều kích từ độc lập. Ta có:
Iƣ =

U
Ru + Rf

= Inm

Mnm = KInm

(3-17)

(3-18)

Và Inm, Mnm đƣợc gọi là dòng điện ngắn mạch và momen ngắn mạch của động
cơ.
Qua đồ thị đƣờng đặc tính cơ điện, đặc tính cơ của động cơ một chiều ta thấy đồ
thị là đƣờng thẳng. Nên phƣơng trình đặc tính cơ (3-14) có dạng là hàm bậc nhất y =
Ax +B, nên đƣờng biểu diễn trên hệ toạ độ M0  là một đƣờng thẳng với độ dốc âm.
Đƣờng đặc tính cơ cắt trục tung O  tại điểm có tung độ:

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

=
Tốc dộ động cơ

0

(3-19)

là tốc độ ứng với Mc = 0 nghĩa là khi không có lực cản nào

cả. Đó là tốc độ lớn nhất của động cơ mà không thể đạt đƣợc ổ chế độ động cơ vì
không bao giờ xảy ra đƣợc trƣờng hợp Mc = 0 (do lực ma sát luôn luôn tồn tai khi động
cơ quay). Vì vậy nhƣ ta đã nói ở trên

0

đƣợc gọi là tốc độ không tải lý tƣởng của

động cơ.
Khi mà toàn bộ các thông số điện của động cơ là định mức nhƣ thiết kế và
không mắc thêm điện trở phụ vào mạch động cơ thì Rƣ  = Rƣ và phƣơng trình đặc tính
cơ của động cơ đƣợc viết là:
(3-20)
Thì khi này đƣờng đặc tính cơ đƣợc gọi là đƣờng đặc tính cơ tự nhiên và đƣờng
đặc tính cơ tự nhiên đƣợc biểu diễn nhƣ hình vẽ:

A

O

Mđm

Mnmm

M

m

Hình 3.4: Đƣờng đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện một
chiều kích từ độc lập.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

- Với đƣờng đặc tính cơ nhƣ vậy. Khi mà phụ tải của động cơ tăng dần từ M c =
0 đến Mc= Mđm (  Mc = Mđm – 0) thì tốc độ động cơ sẽ giảm dần từ xuống
=

0

-

3.1.2

đm).

Khi đó điểm A(

đm ,

đm

(

Mđm) gọi là điểm làm việc định mức của động cơ.

Ảnh hƣởng của các thông số với đặc tính cơ

Từ phƣơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Ta thấy có ba
tham số ảnh hƣởng tới đặc tính cơ của động cơ: từ thông động cơ , điện áp phần ứng
Uƣ, và điện trở phần ứng của động cơ. Chúng ta sẽ lần lƣợt đề cập những ảnh hƣởng
của các tham số này.
3.1.2.1 Ảnh hưởng của điện trở phần ứng:
Giả thiết Uƣ = Uđm = const và  = đm =const
Để thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.
Trong trƣờng hợp này tốc độ không tải lý tƣởng:

U dm
= KΦ
= const
dm

(3-21)

Hình 3.5: Họ đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc khi thay đổi điện trở
phần ứng.

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

Còn độ dốc (hay độ cứng) sẽ thay đổi theo tỷ lệ thuận theo điện trở tổng cộng phần
ứng:

( KΦ dm ) 2
 = Ru + R f

= var

(3-22)

Nhƣ vậy khi tăng điện trở phụ Rf trong mạch phần ứng ta đƣợc một họ đƣờng
đặc tính nhân tạo cùng đi qua điểm O (0,
).
Khi tăng Rf lớn,  càng nhỏ nghĩa là đƣờng đặc tính cơ càng dốc. Ứng với giá trị
Rf = 0 ta có đƣờng đặc tính cơ tự nhiên,với độ dốc:
βTN

( KΦ dm ) 2
=
Ru

(3-23)

Từ đó suy ra TN có giá trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự nhiên có độ cứng hơn tất
cả các đƣớng đặc tính có điện trở phụ.
Tóm lại khi ta thay đổi điện trở phụ Rf ta đƣợc một họ đƣờng đặc tính biến trở
có dạng nhƣ hình vẽ. Ứng với mỗi phụ tải Mc nào đó, nếu Rf càng lớn thì tốc độ động

cơ càng giảm. Cho nên ngƣời ta thƣờng sử dụng phƣơng pháp này để hạn chế dòng
điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dƣới tốc độ cơ bản.
3.1.2.2 Ảnh hưởng của điện áp phần ứng:
Giả sử từ thông  = đm = const, điện trở phần ứng Rƣ = const. Khi chúng thay
đổi điện áp theo hƣớng giảm so với Uđm. Vì điện áp đặt vào phần ứng không thể thay
đổi vƣợt qua giá trị định mức. Trong trƣờng hợp này, dộ dốc (hay độ cứng) của đặc
tính cơ không thay đổi.

( KΦ) 2
 = = const
Ru

(3-2

Còn tốc độ không tải lý tƣởng  o thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp cấp cho động
cơ:

ω0 =

U
KΦ dm

=

var

(3-25)

Nhƣ vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng, ta đƣợc một họ đƣờng đặc tính

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

cơ song song với đƣờng đặc tính cơ tự nhiên (TN) và thấp hơn đƣờng đặc tính cơ tự
nhiên. Các đƣờng đặc tính cơ này gọi là các đƣờng đặc tính cơ nhân tạo.

Hình 3.6: Họ đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc khi thay đổi điện áp
phần ứng.
Chúng ta có thể nhận thấy rằng khi thay đổi điện áp (giảm áp) thì mômen ngắn
mạch, dòng điện ngắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm ứng với
một phụ tải nhất định. Do đó phƣơng pháp này cũng đƣợc sử dụng để điều chỉnh tốc
độ động cơ và hạn chế dòng điện khi khởi động.
3.1.2.3 Ảnh hưởng của từ thông:
Giả thiết điện áp phần ứng Uƣ = Uđm = const. Điện trở phần ứng Rƣ = const. Để
thay đổi dòng kích từ Ikt nhờ biến trở Rkt mắc ở cuộn cảm. Trong trƣờng hợp này tốc
độ không tải lý tƣởng và độ dốc đặc tính cơ đều thay đổi.
+ Tốc độ không tải lý tƣởng:

(3-26)

+ Độ cứng đặc tính cơ:

(3-27)

Do cấu tạo của động cơ điện, thực tế thƣờng điều chỉnh giảm từ thông. Nên khi từ
thông giảm thì

tăng còn  giảm. Ta có một họ đặc tính cơ với

tăng dần và độ

ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

cứng của đặc tính cơ giảm dần khi giảm từ thông.
Ta nhận thấy rằng khi thay đổi từ thông:
Dòng điện ngắn mạch:
Momen ngắn mạch :

I nm =

U dm
= const
Ru

Mnm = Kđm Inm = Var

(3-28)

(3-29)

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ giảm khi giảm từ thông đƣợc
biểu diễn trên hình vẽ:

Hình 3.7: Họ đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
khi thay đổi từ thông kích từ.
3.2

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp:

3.2.1 Sơ đồ nối dây và đặc tính cơ:

Hình 3.8: a) Sơ đồ nối dây, b) Đặc tính từ hóa của động cơ kích từ nối tiếp.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: nguồn một chiều cấp chung cho phần ứng nối tiếp
kích từ.
Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy dòng kích từ chính là dòng phần ứng,nên từ thông của động
cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng và phụ tải của động cơ.
Theo sơ đồ hình….,ta có thể viết phƣơng trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng
nhƣ sau:
U= E + RIƣ = k

+ RIƣ

(3-30)

Trong đó: U là điện áp nguồn [V]
E: Sức điện động của động cơ [V].
Iƣ:: dòng điện phần ứng của động cơ cũng là dòng qua cuộn dây kích từ [A].
R = Rƣ + Rkt + Rf

(3-31)

Trong này: Rƣ điện trở phần ứng động cơ.
Rkt điện trở cuộn dây kích từ.
Rf điện trở phụ mắc vào mạch phần ứng.
Tƣơng tự nhƣ ở động cơ kích từ độc lập, từ các phƣơng trình trên ta rút ra:

(3-32)
(3-33)
Từ thông phụ thuộc dòng theo đặc tính từ hóa nhƣ đƣờng (1) hình….Đó là quan hệ
giữa từ thông với sức từ động kích từ Fkt của động cơ. Với: Fkt= Ikt.Wkt . khi cho dòng
kích từ định mức thì từ thông động cơ sẽ đạt định mức.
Để đơn giản hoá khi thành lập phƣơng trình đặc tính cơ ta coi mạch từ của động cơ là
chƣa bảo hoà, quan hệ giữa từ thông với dòng kích từ là tuyến tính nhƣ đƣờng (2)
hình….
C.Ikt (C: hệ số tỉ lệ)

(3-34)


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

nếu bỏ qua phản ứng phần ứng ta có:
C.Ikt = C.Iƣ = C.I

(3-35)

kết hợp (2.30) và (2.35) ta đƣợc phƣơng trình đặc tính cơ điện của động cơ kích từ nối
tiếp :
(3-36)
Với: A1=

= const ; B=

= const

(3-37)

Mặt khác: M = k. .I = k.C.I2

(3-38)

Nên: I =

(3-39)

Thay phƣơng trình (3-39) vào phƣơng trình (3-36) ta có phƣơng trình đặc tính cơ của
động cơ kích từ nối tiếp:
(3-40)
Trong đó A2 = A1.

= const.

Qua phƣơng trình (3-36) và (3-40) ta thấy đặc tính cơ điện và đặc tính cơ rất mềm và
có tốc độ không tải lý tƣởng bằng vô cùng. Thực tế không có tốc độ không tải lý tƣởng
của động cơ một chiều kích từ nối tiếp.

Hình 3.9: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

Nhƣ vậy đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp có dạng đƣờng
hypebol và rất mềm. Nó có hai đƣờng tiệm cận:
+ Khi I

0,

∞: Tiệm cận trục tung.

+ Khi

-B,

∞: tiệm cận đƣờng

Hình 3.10: Tiệm cận của đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp.
3.2.2 Đặc tính vạn năng của động cơ một chiều kích từ nối tiếp:
Các phƣơng trình (3-32), (3-33) và các đặc tính trên hình (3.10) đƣợc rút ra với giả
thiết đặc tính từ hoá

= f(I) là đƣờng thẳng. Tuy nhiên trong thực tế quan hệ đó là phi

tuyến nên việc viết phƣơng trình và vẽ các đặc tính cơ là rất khó khăn. Vì vậy nhà chế
tạo động cơ thƣờng cho trƣớc các đƣờng cong thực nghiệm:
và

khi không có điện trở phụ, và đƣợc gọi là đặc tính vạn

năng của động cơ một chiều kích từ nối tiếp.

Hình 3.11: Đặc tính vạn năng của động cơ kích từ nối tiếp.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

Các đặc tính này theo đơn vị tƣơng đối:

Dùng chung cho động cơ trong dãy công suất có cùng tiêu chuẩn thiết kế.
Đối với động cơ đã cho, ta chỉ lấy giá trị

nhân vào trục tung và lấy giá trị

nhân vào trục hoành, ta sẽ đƣợc đặc tính cơ tự nhiên
khác, từ giá trị

tra theo đƣờng

=f( ) ta đƣợc giá trị

= f(I) của động cơ đó. Mặt
tƣơng ứng. Nhân giá trị

đó với Mđm của động cơ đã cho ta đƣợc M. Nhƣ vậy , từ đặc tính cơ điện tự nhiên và
đặc tính cơ vạn năng ta sẽ đƣợc đặc tính cơ tự nhiên.


ĐỀ TÀI KHOA HỌC CẤP TRƢỜNG 2011

CHƢƠNG 4:

4.1

MẠNG NEURON

Giới thiệu chung về mạng neuron:

4.1.1

Lịch sử phát triển

Lịch sử mạng neuron có thể xem đƣợc tô điểm bởi nhiều màu sắc, và đƣợc tạo ra
bởi từng cá nhân trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Trƣớc năm 1940 một vài nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực mạng neuron đƣợc
xem xét. Các nhà khoa học Von Hemholtz, Ernst Mach và Ivan Pavlov đã có những
nghiên cứu lý thuyết tổng quan về vật lý, hệ tâm lý và bệnh học thần kinh. Những
nghiên cứu này làm nổi bậc lý thuyết tổng quan về sự học, sự nhìn, lập luận, v.v..
Nhƣng nó không chỉ ra mô hình toán học của tế bào thần kinh sinh học.
Thập niên 1940: Donald Hebb đã đề xuất cơ chế cho việc học trong các tế bào
thần kinh sinh học. Warren McCulloch và Walter Pitts đã đề xuất một mô hình đầu
tiên cho mạng thần kinh nhân tạo có khả năng tính toán số học bất kỳ hoặc các hàm
logic bất kỳ.
Thập niên 1950: Frank Rosenblatt đã có những thí nghiệm đầu tiên mạng thần
kinh nhân tạo và với phát minh của mạng Perceptron và luật học hỗ trợ. Rosenblatt đã
xây dựng mạng perceptron và minh chứng khả năng của mạng có thể nhận dạng mẫu
vật. Tuy nhiên, mạng perceptron chỉ có thể giải quyết đƣợc một số vấn đề giới hạn.
Cùng thời, Bernard Widrow and Ted Hoff giới thiệu một luật học mới và sử dụng
để huấn luyện mạng neuron tuyến tính thích nghi - Adaline. Mạng này có cấu trúc
tƣơng tự và khả năng giống mạng perceptron. Tuy nhiên, cả mạng perceptron và
adaline gặp phải những vấn đề giới hạn của chính bản thân của mạng. Rosenblatt và
Widrow đã đề xuất mạng mới có thể giải quyết đƣợc những giới hạn nội tại. Tuy
nhiên, họ đã không thành công trong chỉnh sữa thuật toán huấn luyện cho một mạng
phức hợp.
Thập niên 1960: Nhiều nhà khoa học tin rằng mạng neuron không phát triển đƣợc
và cũng không có một máy tính đủ mạnh để thực hiện những thí nghiệm, mạng neuron