CHƯƠNG II đặc TÍNH cơ của ĐỘNG cơ điện

CHƯƠNG II ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN
I/ Khái niệm chung :
Đặc tính cơ là mối quan hệ giữa tốc độ và moment của động cơ.
n = f(M) hay M = f (n)
Ngoài ra đối với động cơ DC còn có 1 loại nữa. Đó là đường đặc tính
cơ điện biểu diễn mối quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ.
n = f(I) hay I = f (n)
 Có 2 loại đặc tính cơ : Đặc tính nhân tạo và đặc tính tự nhiên.
Để đơn giản thuận tiện trong tính toán, người ta có thể dùng trong hệ
tương đối. Muốn biểu diễn dưới dạng của hệ đơn vị tương đối , người ta lấy
giá trị thực chia cho giá trị định mức của tham số tương ứng.
 Các giá trị định mức : Uđm, Iđm, Wđm, Mđm, nđm, φđm ….
 Các giá trị tương đối :U*, I*, W*, M* , n *,φ* …
U* = hay U*% =
I* =
n* =

100%

M* =
R* =

* Trị số giá trị Rcb :
 Ở động cơ DC : Rcb =
 Ở động cơ không đồng bộ : Điện kháng của mỗi pha rất nhỏ so với tổng
trở định mức nên có thể coi gần đúng.
R2cb = Z2cb


 Khi mạch roto đấu sao :
R2cb =

E2nm : suất điện động của Roto
I2đm : Dòng định mức của roto
 Khi mạch Roto đấu tam giác :
R2cb∆ = 1/2 R2cbΥ
II/ Đặc tính cơ đối với động cơ DC :
1/ Động cơ DC kích từ độc lập :
+ Thành lập phương trình đặc tính cơ :
* Phương trình cân bằng sức điện động trên phần ứng của động cơ :
U = E + RΣI
RΣ = Rư + R f
 E = U - (Rư + Rf)I
+ Mặt khác :
E = CEφn
CE =
- CE hệ số cấu tạo của động cơ.
- N số thanh dẫn tác dụng lên phần ứng của động cơ.


- a số đôi mạch nhánh song song.
n=
Đây chính là đặc tính cơ điện của động. Đường biểu diễn mối quan hệ
giữa tốc độ và dòng phần ứng.
- Bên cạnh đó : Moment điện từ do động cơ sinh ra được xác định.
M = CMφI
- CM hệ số moment của động cơ
CM =  I =

Lấy giá trị I thế vào đặc tính cơ điện thì sẽ có được phương trình đặc
tính cơ của động cơ :
n=

n=
 Cách vẽ đặc tính cơ :
* Đặc tính cơ tự nhiên
Khi vẽ đặc tính cơ tự nhiên thì cần xác định 2 điểm. Vì qua 2 điểm
có thể vẽ được 1 đường thẳng.
 Điểm 1 : Xác định tốc độ không tải lý tưởng.
n=


hay
n=
 Tốc độ không tải :
no =
Khi động cơ làm việc ở đặc tính cơ tự nhiên thì tốc độ n chính là tốc
độ định mức.
n = nđm =
- Lập tỷ số :
=
+ Vậy :
no = nđm
@ Do vậy điểm 1 cần xác định : A(0,no)
 Điểm 2 :
Xác định điểm tại đó giá trị tốc độ và moment đạt trạng thái định
mức:B (Mđm,nđm)
Từ công thức trên có thể suy ra được giá trị của nđm,
* Còn giá trị của moment định mức
P=M* ω=M
M = 9,55
 Mđm = 9,55
 Kết luận :

Từ 2 điểm A(0,no) và B(Mđm,nđm) thì xác định được đường đặc tính cơ
tự nhiên.
* Giá trị của Rư :
Rư =
* Độ cứng của đặc tính cơ :
βTN = = * Vẽ đặc tính nhân tạo bằng cách thêm điện trở phụ :
Cũng tương như khi vẽ đặc tính tự nhiên thì phải xác định 2 điểm.
 Điểm 1 : Xác định tốc độ không tải lý tưởng
no =
- Vậy : A(0,no)
 Điểm 2 : Xác định điểm mà tại đó giá trị đạt trạng thái định mức của động
cơ.
nnt =
nTN =
+ Lập tỷ số :
nnt = nTN
* Vậy điểm 2 : B (Iđm,nnt)
Từ điểm A,B xác định được đường đặc tính cơ nhân tạo của động cơ.
2/ Động cơ DC kích từ nối tiếp :
+ Phương trình đặc tính cơ :


E

kt

I

+ Phương trình cân bằng điện áp :
U = RΣ I + E
RΣ = R ư + Rf + R k
E = CEφn
n=
+ Moment được tính bởi :
M = CMIφ
- Nếu φ = CI
 M = CMkI2
 I=
n=
* Do đó hàm tốc độ có dạng Hyperbol
@ Cách vẽ đường đặc tính cơ :
- Đặc tính tự nhiên :
Dựa vào đường đặc tính vạn năng chọn tùy ý các giá trị dòng I%. Dựa
vào đường U% = ϕ(I%) và M% = δ(I%) để xác định các giá trị M%
và n% tương ứng. Sau đó tính các giá trị n, I, M xác thực bởi công
thức.
Ii % =

Mi% =


ni% =
+ Lập bảng giá trị :
n
I
M

n1

I1
M1

n2
I2
M2

n3
I3
M3

n4
I4
M4

….
….
….

…..
….
….

nn
In
Mn

- Dựa vào các giá trị trong bảng vẽ được đường đặc tính tự nhiên của động
cơ.
- Đặc tính nhân tạo :

Cũng tương tự như cách vẽ đặc tính tự nhiên. đặc tính lúc này còn có
sự ảnh hưởng bởi giá trị điện trở được nối thêm vào.
@ Trên đặc tính tự nhiên :
nTN =
@ Khi thêm điện trở phụ Rt
nNT =
@ Chọn I cố định, lập tỷ số
=
Rồi tương tự lập bảng giá trị như ở đặc tính tự nhiên. Dựa vào bảng
giá trị vẽ được đường đặc tính nhân tạo.
3/ Các tham số ảnh hưởng đến đặctính cơ của động cơ :
Từ phương trình đặc tính cơ hay đặc tính tốc độ của động cơ :
n=
n=


# Cho thấy được đường đặc tính của động cơ phụ thuộc vào 3 yếu tố : Điện
trở, điện áp và từ thông.
+ Anh hưởng của điện trở Rf trên mạch phần ứng :
# Ở đặc tính tự nhiên :
n=
# Ở đặc tính nhân tạo :
n=
- Từ đó cho thấy khi thay đổi điện trở trong mạch phần ứng thì tốc độ không
tải lý tưởng là :
no =
- Còn tốc độ dốc hay độ biến thiên tốc độ ∆n
∆n =
Lúc đó đường đặc tính được thay đổi thì có độ cứng mềm hơn. Điều
đó có nghĩa là độ dốc tỷ lệ nghịch với độ cứng.

+ Ảnh hưởng của độ điện áp nguồn vào phần ứng :
Khi thay đổi điện áp nguồn thì tốc độ không tải lý tưởng no thay đổi,
còn độ dốc thì giữ cố định không đổi.
n=
- Từ đó cho thấy khi thay đổi điện áp nguồn thì đặc tính cơ nhận được là
đường thẳng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên.


n
no
no1
no2

TN
NT1
NT2
I

+Anh hưởng của từ thông :
- Từ thông thay đổi thì giá trị tốc độ cũng thay đổi
n=
- Do vậy khi φ = Var  n = Var. Lúc này cả tốc độ không tải lẫn độ dốc của
đường đặc tính đầu thay đổi.
+ Chú ý : Khi thay đổi φ thì thông thường người ta có khuynh hướng giảm từ
thông vì khi tính toán nhà chế tạo thường chọn từ thông định mức φđm là từ
thông bảo hòa.
Không được giảm từ thông quá thấp vì lúc đó sẽ ảnh hưởng đến kết
cấu máy.
φ giảm  n tăng mà Inm cố định  M giảm.

II/ Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha :
1/ Phương trình đặc tính :
- I1 Dòng chạy trong Stator
- I2 Dòng từ hóa
- I2' Dòng Roto đã qui đổi về Stator
I2' = kII2
* kI hệ số qui đổi dòng
kI =
- E2 suất điện động định mức của Roto
- U1 Điện áp dây định mức của nguồn
kE =
- s hệ số trượt.
s=
- no tốc độ từ trường = 60f/p
- n tốc độ quay.
X'2 = kx * X2
R'2 = kR * R2
Kx = kR = kEkI
- Từ tất cả các công thức trên :
 I'2 =
Phương trình trên chính là phương trình đặc tính tốc độ của động cơ.
@ Phương trình đặc tính cơ thì được thành lập thì :


- Công suất điện từ chuyển từ Stator sang Rotor :
P12 = Mđt
Pcơ = Mcơ
 ∆Pcu = P12 - Pcơ = M
∆Pcu2 = 3I'2R'2 = M

M =
hay
M=
- Đó chính là phương trình đặc tính cơ.
Muốn vẽ đặc tính cơ thì chỉ có một phương pháp đó là vẽ từng điểm
rồi nối lại.
- Mt giá trị moment lớn nhất gọi là moment tới hạn.
- St hệ số trượt ứng với Mt
Lấy = 0 Mt, St
Mt = ±
St = ±
+ Trong đó :
Xn = X1 + X'2
" + " ứng với trạng thái động cơ.
" - " ứng với trạng thái máy phát.
- Thông thường khi tính toán người ta sử dụng phương pháp gần đúng.
M=
+ Trong đó :


 =

- Khi điện trở không đáng kể so với điện kháng :
S t = ; Mt =
M=
- Khi R1 ≈ R2  ε ≈ st
M= =
 St =

 St ≈ Sđm [ λM ± ]

- λM hệ số tới hạn
λM =
Mđm = 9550
Sđm =
2/ Các tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ :
Từ phương trình đặc tính trên chỉ có 2 giá trị S t, Mt là gây ảnh hưởng
đến đặc tính, mà 2 giá trị đó lại phụ thuộc vào các tham số khác.
a/ Ảnh hưởng của điện áp nguồn :
Khi điện áp đặt vào cuộn dây Stator của động cơ giảm đi, các thông số
khác giữ nguyên thì chỉ có giá trị moment tới hạn M t thay đổi và do đó giá trị
moment M của động cơ sẽ bị giảm đi theo tỷ lệ bậc 2 so với mức độ giảm
điện áp.


Điều này làm cho khả năng mang tải của động cơ giảm đi, đường đặc
tính thu hẹp lại. Do đó độ dốc của đường đặc tính giảm đi vì β giảm.

Mt =
 M= M=
 dM = dS
n = no (1 - S)
dn = - nods  dM = β= =S

St

M3

M2

M1

M


b/ Ảnh hưởng của điện trở vào điện kháng trên Stator :
Khi cho thêm điện trở vào stator sẽ làm cho hệ số trượt giảm xuống.
St =
Mt =

+ Khi có điện trở và điện kháng

St =
Mt =

+ Từ đó cho thấy khi thên điện trở và điện kháng vào stator thì moment động
cơ cũng giảm  khả năng mang tải của động cơ không cao.
c/ Ảnh hưởng của điện trở trên mạch Roto :
Trường hợp này chỉ xảy ra đối với động cơ Roto dây quấn.
* Khi thêm điện trở tr6en mạch Roto :

St =


Do đó hệ số trượt được tăng lên, còn đối với moment tới hạn M t không
phụ thuộc vào R2f nên moment M của động cơ giữ nguyên không thay đổi.
Tuy nhiên trong khoảng 0 < St < 1 khi Rf tăng thì moment ngắn mạch
của động cơ tăng lên. Với giá trị R f thích hợp, st = 1 thì moment ngắn mạch
của động cơ đạt giá trị cực đại.
Nếu Rf tăng quá cao, st > 1 thì moment ngắn mạch giảm xuống. Do đó
khi tăng Rf trong mạch Roto thì sẽ làm tăng moment khởi động của động

cơ. Nhưng nếu tăng lên quá giới hạn thì dòng trong mạch Roto giảm đi.
Điều đó sẽ làm giảm công suất điện từ của động cơ và moment điện từ của
động cơ sẽ giảm theo.