Chuong2 TBD HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Chương 2

ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Như đã trình bày ở mục 1.1 của chương 1, động cơ điện là một khâu quan trọng
trong hệ thống truyền động điện.
Cơ cấu sản xuất của mỗi loại máy có yêu cầu công nghệ và đặc điểm riêng. Máy sản
xuất lại có rất nhiều máy: Máy gia công kim loại, máy công nghiệp dùng chung nên động cơ
điện cũng có nhiều loại và mỗi loại có tính năng và đặc điểm riêng biệt.
Trong hệ thống truyền động điện, nhiệm vụ của động cơ điện là cung cấp động lực
cho các cơ cấu sản xuất. Giữa động cơ điện và cơ cấu sản xuất phải đảm bảo một sự phù hợp
tương ứng nào đó thì hệ thống truyền động mới có thể làm việc tốt được.
Điều chỉnh tốc độ các cơ cấu sản xuất là một nhu cầu cấp thiết đối với các máy móc
dùng trong công nghiệp. Muốn nâng cao trình độ tự động hóa và năng suất của máy ta phải
dùng các hệ thống truyền động điều chỉnh có tốc độ. Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc
độ động cơ điện. Phương pháp điều chỉnh tốc độ thích hợp với cơ cấu sản xuất sẽ đảm bảo
cho quá trình sản xuất tiến hành được thuận lợi, nâng cao chất lượng sản phẩm và trong
nhiều trường hợp có thể tinh giản được cấu trúc của chúng.
2.1. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN
2.1.1. Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ
a) Động cơ điện không đồng bộ ba pha
Mối quan hệ giữa mô men quay và độ trượt có dạng như sau:
M=

3U12 R 2 '
2

2

R '
ω1s  R 1 + 2 ÷ + ( x1 + x 2 ' )
s




(2-1)

Giữa độ trượt s và tốc độ của động cơ liên hệ với nhau theo biểu thức:
ω = ω1(1-s)
(2-2)
Từ đó nếu biết M(s) ta có thể suy ra phương trình đặc tính cơ M = f(ω) của động cơ.
Từ phương trình đặc tính cơ ta vẽ được dạng của đặc tính cơ trên hình 2-1a.
M

Mth

M

A
-ω1
a)

ω1 ω

0
B

ω1

ω

b)

Mng

Hình 2-1. Đặc tính cơ của động cơ điện KĐB 3 pha
và 1 pha không có bộ phận mở máy

b) Động cơ điện không đồng bộ một pha không có bộ phận mở máy
Phương trình đặc tính cơ cũng tương tự như động cơ không đồng bộ ba pha nhưng
động cơ một pha đồng thời tồn tại 2 phương trình theo chiều quay thuận và chiều quay
ngược của từ trường quay (mô men quay dương và mô men quay âm).

-6-


M th =

3U12 R 2'
2

2

R '
ω1s th  R1 + 2 ÷ + ( x1 + x 2 ' )
s 


(2-3a)

Với sth = s
M ng =

3U12 R 2 '
2

2

R '
ω1s ng  R 1 + 2 ÷ + ( x1 + x 2 ' )
s 


(2-3b)

Với sng = 2 – s
Dạng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ một pha không có bộ phận mở máy được
trình bày trên hình 2-1b ứng với từ trường quay thuận, từ trường quay nghịch và từ trường tổng.
2.1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện đồng bộ
M
Động cơ đồng bộ có ω = ω1, mà ω1
không đổi nên tốc độ ω của động cơ không đổi.
ω1 = const
1
Trong phạm vi mô men cho phép M ≤ Mmax,
2
đặc tính cơ tuyệt đối cứng (đường 2 của hình
2-2). Khi mô men vượt quá trị số M max thì tốc
Mc
Mmm
độ động cơ sẽ mất đồng bộ. Trong hệ truyền
động điện dùng động cơ đồng bộ người ta còn
Mgđb

sử dụng đặc tính góc M = f(θ) với θ là góc
0,95ω1ω1
0
lệch pha giữa suất điện động phần ứng và điện
Hình
2-2.
Đặc
tính
cơ của ĐCĐB
áp pha đặt vào stato.
Phương trình đặc tính góc của động cơ đồng bộ rô to cực lồi có dạng:
 1 1 
mUE 0
U2
sin
θ
+
m
sin 2θ  − ÷
M =
(2-4a)
x x ÷
x d ω1
2ω1
d 
 q
Với động cơ đồng bộ rô to cực ẩn thì phương trình đặc tính góc đơn giản hơn:
mUE 0
sin θ
M = x db

ω1

(2-4b)

2.1.3. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
Tuỳ theo phương pháp kích thích khác nhau mà phương trình và dạng đặc tính cơ của
động cơ điện một chiều có dạng khác nhau.
a) Động cơ điện một chiều kích thích độc lập và song song
M

M

1- Đặc tính cơ tự nhiên;
2- Đặc tính cơ có Rph .

M

MC

a)

0

ω0

ω

2

ω

b)

0

1

c)

ω0

ω

Hình 2-3. Đặc tính cơ của ĐCĐ 1 chiều kt độc lập và song song

Phương trình đặc tính cơ của ĐCĐ 1 chiều kích thích độc lập và song song có dạng:

-7-


M=

kφU (kφ) 2 ω
−
Ru
Ru

(2-5)

Dạng đặc tính cơ của ĐCĐ một chiều kích thích độc lập và song song như hình 2-3a.
b) Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp

kk φ U 2
M=
(2-6)
(R u + kk φ ω) 2
Dạng đặc tính cơ như hình 2-3b.
c) Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp
Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp gồm cả hai cuộn kích thích nối tiếp và
song song tạo ra từ thông kích thích φ:
φ = φss + φnt
(2-7)
φss – Từ thông do cuộn kích thích song song tạo nên; φss = (0,75 ÷ 0,85)φH và không
phụ thuộc vào dòng điện phần ứng (không phụ thuộc vào tải);
φnt – Từ thông do cuộn kích thích nối tiếp tạo ra, nó phụ thuộc vào dòng điện phần
ứng. Khi phụ tải Mc = MH thì Iư = IH, tương ứng với từ thông: φntH = (0,15 ÷ 0,25)φH.
Do có hai cuộn kích thích nên đặc tính cơ của động cơ một chiều kích thích hỗn hợp
vừa có dạng phi tuyến như động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, đồng thời có tốc độ
không tải lý tưởng ω0 như của động cơ điện một chiều kích thích độc lập (hình 2-3c). Tốc độ
không tải lý tưởng có trị số khá lớn so với tốc độ định mức: ω0 = (1,3 ÷ 1,6)ωH.
2.2. MỞ MÁY VÀ ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ ĐIỆN
2.2.1. Mở máy và đảo chiều quay động cơ điện không đồng bộ
a) Động cơ không đồng bộ ba pha
Khi mở máy động cơ, dòng điện mở máy sẽ rất lớn (5 ÷ 7)I H, vì vậy người ta phải
nghiên cứu các phương pháp mở máy động cơ để giảm dòng mở máy. Như giáo trình Kỹ
thuật điện đã nêu, có các phương pháp mở máy sau để giảm dòng mở máy:
- Mắc nối tiếp điện trở hoặc điện kháng vào dây quấn stato (hình 2-4a);
- Dùng máy biến áp tự ngẫu để hạ điện áp nguồn đặt vào động cơ (hình 2-4b);
- Dùng đổi nối sao – tam giác (hình 2-4c): Phương pháp này áp dụng cho những động
cơ khi làm việc nối tam giác, khi mở máy nối sao để giảm dòng mở máy;
- Mắc thêm điện trở phụ vào dây quấn rô to (hình 2-4d): Phương pháp này chỉ áp
dụng cho động cơ rô to dây quấn, khi mở máy đưa toàn bộ điện trở, sau đó cắt dần các điện

trở.
Sự thay đổi của dòng mở máy, mô men mở máy phụ thuộc vào từng phương pháp. Họ
đặc tính cơ ứng với từng phương pháp ở trên hình 2-4h, i, k, l. Hình 2-2k, l trình bày đặc tính
mở máy khi mắc thêm điện trở phụ vào dây quấn rô to trong hai trường hợp: Mở máy với các
điện trở rô to không đối xứng và đối xứng.
Muốn đảo chiều quay động cơ không đồng bộ ba pha ta đảo chiều từ trường quay
bằng cách thay đổi thứ tự hai trong ba pha của lưới điện vào động cơ (hình 2-4e, m).
b) Động cơ không đồng bộ 1 pha
A
A
~
A máy thì sẽ không mở
Với
động cơ không đồng bộ 1 pha
~
B không có thêm bộ phận mở
B
~
~
B
máy được
C Có hai phương pháp mở máy:
C ~ vì mô men mở máy bằng không.
C~
- Mở máy dùng tụ (hoặc cuộn cảm), sơ đồ nối điện
CD1ở hình 2-4f.
- Mở máy dùngCD
vòng ngắn mạch, cấu tạo động cơ khi dùng vòng ngắn như hình 2-4g.
CD1việc
Muốn đảo chiều1 quay động cơ không đồng bộ một pha kiểu tụ điện có cuộn làm

và cuộn khởi động không phân biệt ta phải thay đổi chức năng của hai cuộn dây cho nhau,
thường gặp nhất trong động cơ máy giặt.
CK

CD

CD2

MBATN

ĐC

a)

∆

∆

2

CD2
CD3

- 8 - ĐC
b)

ĐC

Y

c)


∼
C
D
ĐC

φ&φ&'
K

ĐC
Ckđ
d)

e)

M

M

,xph = 0

xph’’ > xph’

rph2

M2
MC
0

rph2
rph1= 0

ω1 ω

rph1 = 0

0

Mở máy với điện trở
rô to đối xứng

M1

rph3

MC

i)
M1 = Mmmmax = (2 ÷ 2,5)MH
hoặc M1 = 0,85Mmax
M2 = Mmmmin = (1,1 ÷ 1,3)MC

Mmax

M

’

MC’

’

0
ω1 ω
h)
rph1 > rph2 > rph3 > rph4
rph4
rph3

0

1U1

g)
rph3>rph2>rph1

M

U1’’

xph’
MC

U

U1>U1’>U1’’

xph’

f)

ω1 ω

k)
M

0

ω1 ω
l)
Hình 2-4. Sơ đồ nối điện và đặc tính mở máy của động cơ KĐB

ω1 ω

m)

Với động cơ một pha kiểu tụ điện có cuộn làm việc và cuộn khởi động phân biệt
muốn đảo chiều quay động cơ ta phải thay đổi cực tính của một trong hai cuộn dây (đổi đầu
cuối cho đầu đầu của một trong hai cuộn dây).
2.2.2. Mở máy và đảo chiều quay động cơ điện đồng bộ

-9-


Mở máy động cơ đồng bộ phải qua hai giai đoạn:
- Giai đoạn mở máy không đồng bộ: Trên mặt các cực từ của rô to cực lồi đặt các
thanh dẫn như rô to lồng sóc của động cơ không đồng bộ hoặc dùng dây quấn kích thích với
động cơ đồng bộ rô to cực ẩn, khi đóng điện vào stato (dây quấn rô to chưa đóng điện một

chiều), động cơ được mở máy như động cơ không đồng bộ (đường 1 của hình 2-2).
- Giai đoạn kéo vào đồng bộ: Khi tốc độ quay của động cơ khoảng 95% tốc độ đồng bộ
thì đóng dây quấn rô to vào nguồn điện một chiều, động cơ sẽ được quay với tốc độ đồng bộ.
Để đảo chiều quay động cơ ba pha đồng bộ người ta cũng thực hiện giống như động
cơ không đồng bộ,
2.2.3. Mở máy và đảo chiều quay động cơ điện một chiều
Với động cơ điện một chiều, khi mở máy dòng điện lớn (10 ÷ 20) I H, để giảm dòng
mở máy còn Imm = (2 ÷ 2,5)I H người ta dùng các biện pháp sau:
- Dùng biến trở mở máy khi bắt đầu khởi động, sau đó cắt dần các điện trở để đưa
tốc độ động cơ đến chế độ xác lập (hình 2-5);
- Giảm điện áp vào động cơ khi mở máy: Phương pháp này chỉ áp dụng với động cơ
kích thích độc lập hoặc kích thích song song làm việc như kích thích độc lập.
M

M

Rph1 < Rph2 < Rph3

M1

Rph1 < Rph2 < Rph3

M1

Rph1 = 0
Rph2
Rph3

M2
MC

0

a)

ω0

Rph1= 0
M1 = Mmmmmax = (2 ÷ 2,5)MH
M2 = Mmmmin = (1,1 ÷ 1,3)MC

M2

Rph3

MC

b)

ω

Rph2

0

ω3

ω2

ω1

ω

Hình 2-5. Đặc tính mở máy của động cơ điện một chiều
a- ĐCĐ 1 chiều kt độc lập (song song); b- ĐCĐ 1chiều kích thích nối ttiếp ;

Để đảo chiều quay động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc song song người
ta thường đảo chiều dòng điện chạy trong dây quấn phần ứng.
Đặc tính mở máy của động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp dùng điện trở phụ
như động cơ điện một chiều kích thích độc lập.
2.3. HÃM ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Hãm một hệ truyền động điện nhằm đạt được một trong các mục đích sau:
- Dừng hệ truyền động điện;
- Giữ hệ thống đứng yên khi hệ thống đang chịu một lực có xu hướng gây chuyển động.
- Giảm tốc độ của hệ truyền động điện.
- Ghìm cho hệ truyền động điện làm việc với tốc độ ổn định, ví dụ: Giữ tốc độ đều
khi hạ vật ở cầu trục...
Có thể hãm động cơ theo hai phương pháp:
- Hãm cơ;
- Hãm điện.
Trạng thái hãm điện của động cơ là trạng thái động cơ sinh ra mô men điện từ ngược
với chiều quay đang có. Phương pháp hãm điện không phải dùng má phanh ép vào trục động
cơ khi phanh, có hiệu lực trong tất cả các mục đích nêu trên. Có 3 trạng thái hãm:

- 10 -


- Hãm tái sinh (hãm có hoàn trả năng lượng về nguồn): Trạng thái hãm tái sinh của
động cơ là trạng thái tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ đồng bộ ω1 đối với động cơ
xoay chiều hoặc tốc độ không tải lý tưởng ω0 với động cơ điện một chiều. Ở trạng thái hãm
tái sinh P điện < 0, P cơ < 0, cơ năng biến thành điện năng trả về lưới. Đây là phương pháp hãm

kinh tế nhất vì động cơ sinh ra điện năng hữu ích.
- Hãm ngược: Trạng thái hãm ngược của động cơ là trạng thái đổi nối mạch điện vào
động cơ để rô to quay ngược chiều với mô men điện từ của động cơ.
Ở trạng thái hãm ngược P điện > 0, P cơ < 0, động cơ nhận điện năng từ nguồn và cơ
năng trên trục động cơ biến thành nhiệt năng.
- Hãm động năng:Trạng thái hãm động năng của động cơ là trạng thái động năng của hệ
truyền động điện tích luỹ được trong quá trình làm việc biến đổi thành điện năng thông qua động
cơ. Điện năng này được tiêu thụ dưới dạng nhiệt trên điện trở hãm. Khi hãm động năng P điện = 0,
Pcơ < 0.
Tuỳ theo phương pháp kích thích mà có hai phương pháp hãm động năng:
+ Hãm động năng kích thích độc lập: Kích thích do nguồn ngoài;
+ Hãm động năng tự kích thích: Kích thích do chính dòng điện cảm ứng của động cơ khi hãm.
2.3.1. Hãm động cơ điện không đồng bộ
a) Hãm tái sinh
M

M

2p

MmaxĐC

MC
Mmm

ĐC

MC

A

ωthĐC

0

ωthMP
B ω1

0

ω
ω

ω 1’

C

p
A
ω1

ω

C

a)
MmaxMP

D

b)

c)
B

M

ĐC
MC

B

-ω1 C

0

A

ω1

ω

d)
e)
Hình 2-6. Động cơ KĐB 3 pha ở chế độ hãm tái sinh

Hãm tái sinh của động cơ không đồng bộ ba pha xảy ra trong các trường hợp sau:
* Hãm tái sinh khi máy sản xuất trở thành nguồn động lực
Trong quá trình làm việc, khi máy sản xuất (MSX) trở thành nguồn động lực làm
quay rô to động cơ với tốc độ ω > ω0, động cơ trở thành máy phát, phát năng lượng trả lại

nguồn (hình 2-6a).
Hình 2-6b cho dạng hãm tái sinh khi động cơ làm việc ở chế độ máy phát (đoạn BC).

- 11 -


* Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách tăng số đôi cực từ
Với những động cơ không đồng bộ điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi tần số
hoặc thay đổi số đôi cực từ khi giảm tốc độ thực hiện được hãm tái sinh (đoạn BC ở hình 2-6c).
* Hãm tái sinh khi đảo chiều quay động cơ
Động cơ đang làm việc ổn định ở chế độ động cơ (điểm A) khi nâng tải, nếu ta đảo
chiều quay động cơ (thay đổi thứ tự của hai trong ba pha của lưới vào động cơ, hình 2-6d)
và cho động cơ làm việc ở chế độ máy phát ( ω > −ω1 ) tại điểm B, nếu phụ tải là thế năng,
động cơ sẽ làm việc ở chế độ hãm tái sinh (đoạn BC) khi hạ hàng với tốc độ ổn định (hình 26e).
b) Hãm ngược
Hãm ngược xảy ra trong hai trường hợp:
- Đưa điện trở phụ đủ lớn vào mạch điện rô to.
- Đảo chiều quay của động cơ.
Đối với động cơ không đồng bộ, trong cả hai trường hợp hãm ngược vì s =

ω1 + ω
ω1

>1

nên dòng điện rô to có giá trị lớn. Mặt khác, vì tần số dòng điện rô to f 2 = sf lớn nên điện
kháng x2’ lớn, do đó mô men nhỏ. Vì vậy, để tăng cường mô men hãm và giảm dòng điện rô
to ta phải đưa thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch rô to đối với động cơ rô to dây quấn.
* Hãm ngược nhờ đưa điện trở phụ có trị số lớn vào mạch điện rô to
Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ rô to dây quấn truyền động cơ cấu nâng – hạ

của cầu trục khi làm việc (nâng tải- đường 1) và khi hạ (đường 2) được trình bày trên hình 27. Đoạn CD là đoạn đặc tính hãm ngược.

ω

M

Mc

MĐ

ω

Mc

MĐ

1

ĐC

P

K

D

Rph

MC
C

ωD

O

P
2

A
B

ω1
ωA

ω

Hình 2-7. Hãm ngược nhờ đưa Rph có trị số lớn vào mạch điện rô to

* Hãm ngược nhờ đảo chiều quay động cơ
Động cơ điện không đồng bộ rô to dây quấn đang làm việc với tải có mô men phản
kháng MC tại điểm A trên đường đặc tính cơ 1 (hình 2-8b). Để hãm máy, ta thay đổi thứ tự
hai trong ba pha của lưới điện vào động cơ để đảo chiều quay của động cơ (hình 2-8a). Đặc
tính cơ khi hãm ngược được trình bày trên hình 2-8b.
M

1- Đặc tính cơ tự nhiên;
2- Đặc tính cơ khi đảo chiều quay động cơ;
3- Đặc tính cơ khi đảo chiều quay và đưa thêm R ph
để tăng cường Mh (Mh ≥ 2,5MH);
4- Đặc tính cơ khi đưa điện trở phụ quá lớn.

A’B’; A’’B’’, A’’I – Các đoạn đặc tính hãm ngược

ĐC
K

Rph

2
a)

Mc

4

-ω1
C’

1

O
I

C’’
Mc

B’
B’’

- 123 b)

A
ωA ω1
A’
A’’

ω


Hình 2-8. Trạng thái hãm ngược nhờ đảo chiều quay động cơ

c) Hãm động năng
* Hãm động năng kích thích độc lập
Để hãm động năng động cơ điện không đồng bộ đang làm việc ở chế độ động cơ, ta
cắt stato ra khỏi lưới điện xoay chiều rồi cấp nguồn điện một chiều cho stato (hình 2-9a).
Dòng điện một chiều có thể điều chỉnh được nhờ biến trở điều chỉnh.
Vì dây quấn stato là dây quấn ba pha nên khi cấp nguồn điện một chiều cho dây
quấn phải tiến hành đổi nối theo một trong các sơ đồ ở hình 2-10.
Đặc tính hãm động năng kích thích độc lập ĐCKĐB được biểu diễn trên hình 2-9b.

M
Rkt

K
H

+
_

1

H

ĐC

B’
H

1- Đặc tính cơ tự nhiên;
2- Đặc tính hãm động năng ktđl ứng với I kt2 , Rh2
3- Đặc tính hãm với I kt2, Rh3, Rh3 > Rh2
4- Đặc tính hãm với Rh4 = Rh2, Ikt4 < Ikt2 .

Rh
a)

O

ωth2 ωth3

Mc

A
ωA ω
1

4

Mh4
Mh2

2

ω

A’
3

b)
Hình 2-9. Đặc tính hãm động năng kích thích độc lập của ĐCKĐB

+

+
_

+

_

+

_

+

_

Hình 2-10. Sơ đồ nối dây của stato khi cấp điện một chiều để hãm động năng

* Hãm động năng tự kích thích

Trong hãm động năng tự kích thích, từ trường lúc hãm được tạo ra do chính dòng điện
cảm ứng của phần ứng. Dòng cảm ứng xoay chiều sẽ được chỉnh lưu rồi cấp Klại kích
thích qua
K
K
điện trở hạn chế như hình 2-11. Từ trường hãm sẽ yếu dần khi tốc độ động cơ giảm (vì suất
điện động cảm ứng giảm).
Người ta thường dùng tụ điện để hãm tự
kích động cơ điện xoay chiều không đồng bộ ba pha H
H
(hình 2-12). Các tụ điện nối hình Δ mắc song song với
động cơ (hình 2-12a) và chúng được nạp điện đầy khi

∼ ∼

Rhc

- 13 -

Hình 2-11. Hãm động năng tự kích
dùng CL ba pha


động cơ làm việc tại điểm A trên đường đặc tính cơ tự
nhiên 1 (hình 2-12b). Khi cắt stato ra khỏi lưới điện
xoay chiều ba pha, các tụ điện sẽ phóng điện và tạo
ra từ trường quay với tốc độ không tải lý tưởng thấp
hơn rất nhiều với tốc độ không tải lý tưởng (tốc độ
đồng bộ ω1) của đặc tính cơ tự nhiên. Do đó, tốc độ
động cơ đang có lớn hơn rất nhiều tốc độ không tải lý

tưởng mới nên động cơ chuyển sang hãm tái sinh tại
điểm A’ trên đường đặc tính 2. Tốc độ động cơ giảm
nhanh theo đặc tính 2 đến tốc độ không tải lý tưởng
ω1’.
Trị số điện dung của tụ điện khác nhau thì đặc tính hãm bằng tụ điện sẽ khác nhau.
Điện dung càng lớn thì mô men hãm ban đầu càng lớn và tốc độ không tải lý tưởng càng nhỏ
nghĩa là quá trình hãm kéo xuống tốc độ thấp hơn (đường 3).
M

∼ ∼
K

K

∼ ∼

K

K

1
C
C

Mc

C
O

A

ωA ω1

ω1’’ ω1’
2

Mh2
Mh3

K

K

C
ω

A’
A’’
3

a)

c)

b)
Hình 2-12. Hãm động năng tự kích thích dùng tụ điện

Giá trị điện dung của tụ điện cần chọn sao cho dòng điện hãm ban đầu không vượt
quá dòng điện mở máy. Ở tần số 50Hz, độ lớn điện dung của tụ điện nối hình Δ được tính
theo công thức:
I0p

C = 3185k
(2-8)
UH
I0p – Dòng điện từ hoá pha, A;
UH - Điện áp dây định mức, V;
k - Hệ số, k quyết định giá trị của mô men hãm hay dòng điện hãm ban đầu, thường
chọn k = 4 ÷ 6; Đơn vị của điện dung C là μF.
Quá trình hãm động năng tự kích bằng tụ điện sẽ kết thúc khi tốc độ giảm còn 30 ÷ 40%
giá trị tốc độ định mức và lúc này động cơ đã bị tiêu hao tới 3/4 cơ năng dự trữ được khi
làm việc. Để dừng hoàn toàn động cơ có thể dùng phanh.
Có thể hãm bằng tụ điện theo sơ đồ đơn
K 1 K1 K 1
giản hơn như hình 2-12c.
K2
Trường hợp này muốn hiệu lực hãm như
C
ở sơ đồ hình 2-12a ta phải chọn điện dung của tụ
C
K2
điện gấp 2,1 lần điện dung tính theo công thức (2C
8).

∼

- 14 -

∼ ∼

Hình 2-13. Hãm bằng tụ điện kết hợp
với hãm động năng kt độc lập

Để khắc phục nhược điểm của phương
pháp hãm bằng tụ điện là không hãm được đến
lúc động cơ dừng hoàn toàn ta có thể kết hợp
hãm bằng tụ điện với hãm động năng kích thích
độc lập như hình 2-13. Khi kết thúc hãm bằng tụ
điện thì đóng công tắc K 2 để cấp điện một chiều
cho stato hãm động năng kích thích độc lập.
2.3.2. Hãm động cơ điện đồng bộ
Động cơ đồng bộ thường dùng phương pháp hãm động năng. Hãm tái sinh cũng có thể
gặp.
a) Hãm tái sinh
M
Động cơ điện
đồng bộ có chế độ hãm tái
sinh khi làm việc ở góc
I
phần tư thứ IV của hệ trục
toạ độ (M, ω) trên hình
ω1
2-14. Lúc này động cơ
ω
III
IV
làm việc ở chế độ máy
phát, biến cơ năng thành
điện năng hoàn trả về
Hình 2-14. Trạng thái hãm tái sinh của
lưới.

ĐCĐB
b) Hãm động năng
Khi động cơ đồng bộ đang quay, muốn hãm động năng, stato của động cơ được cắt
khỏi lưới điện xoay chiều và nối vào điện trở phụ ba pha, rô to vẫn được đóng vào nguồn
điện một chiều như cũ. Sơ đồ nguyên lý khi hãm động năng động cơ đồng bộ và đặc tính
hãm được biểu diễn trên hình 2-15. Đặc tính hãm động năng có dạng như của động cơ không
đồng bộ khi hãm động năng kích thích độc lập.
M
1
Mc
ω1

O

a)

+
_
Rkt

A
ω

A’
b)

2

Hình 2-15. Hãm động năng của động cơ đồng bộ

2.3.3. Hãm động cơ điện một chiều
a) Hãm tái sinh
* Hãm tái sinh của động cơ điện một chiều kích thích độc lập (hoặc song song)
Động cơ điện một chiều có một số trạng thái hãm tái sinh:
- Hãm tái sinh ở chế độ máy phát
Lúc này máy sản xuất như nguồn động lực quay rô to động cơ, làm cho động cơ trở
thành máy phát, phát năng lượng trở về nguồn. Đặc tính cơ khi hãm trên hình 2-16a.
- Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng

- 15 -


Nếu mô men cản có dạng mô men thế năng, khi giảm điện áp nguồn đột ngột, tốc độ
không tải ω0 giảm trong khi tốc độ ω chưa kịp giảm, làm cho tốc độ của động cơ lớn hơn tốc
độ không tải lý tưởng ω0’, động cơ trở thành máy phát, phát năng lượng về nguồn (hãm tái
sinh). Đặc tính cơ khi hãm trên hình 2-16b.
- Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng
Mô men cản là mô men thế năng, khi đảo chiều điện áp, tốc độ quay của động cơ đảo
chiều, động cơ sẽ chuyển đến làm việc ở điểm B (hình 2-16c) có ω > ω0 , động cơ trở
thành máy phát.
Trong thực tế, cơ cấu nâng - hạ của cầu trục, thang máy, khi nâng tải, động cơ làm
việc ở chế độ động cơ (điểm A đặc tính cơ hình 2-16c), khi hạ tải thì động cơ làm việc ở chế
độ máy phát (điểm B).
M

M

M

ω0

0

A

ωôđ

ω

2

D

MC

0

1
A

ωD C
ω0’ ωA

B

MC

B

ω0

ω

C
-ω0 0

ωôđ

2

A

ω0

ω

B
b)

a)

Hình 2-16. Trạng thái hãm tái sinh của ĐCĐ 1 chiều kích thích độc lập c)

* Hãm tái sinh của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp
Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp không có hãm tái sinh vì đặc tính cơ chỉ
tiệm cận với trục Oω khi M tiến tới không.
b) Hãm ngược
* Hãm ngược động cơ điện một chiều kích thích độc lập (song song)
- Hãm ngược nhờ đưa điện trở phụ vào mạch điện phần ứng
Ta xét trường hợp động cơ đang làm việc nâng tải với tốc độ ổn định, khi đưa thêm

một điện trở phụ
vào mạch phần ứng (hình 2-17) động cơ M
sẽ hãm ngược (đoạn CD) với tốc
M
độ hạ không đổi.
Ở đặc tính hãm ngược,1suất điện động của động cơ đảo dấu.
1 Động cơ làm việc như
một máy phát mắc nối
tiếp
với
lưới
điện
biến
điện
năng
nhận
từ
lưới
cơ năng trên trục
A và M
Mc
A
D
c
động cơ thành nhiệt năng
trên điện trở tổng của mạch điện phần ứng vì vậy
tổn thất năng
lượng lớn.

ωD

O

0

-ωO

2

C

B
ωA ω0

ω0

ω

C
ω

Hình 2-17. Trạng thái hãm ngược bằng cách
thêm Rph của ĐCĐ 1 chiều ktđl hoặc ss

B

D
2

Mc

C’

3
4
B’

1- Đặc tính cơ tự nhiên;
2- Đặc tính hãm khi đảo chiều điện áp với R ph = 0; Mh lớn;
3- Đặc tính hãm có R ph lớn nhưng không đảo được chiều quay
(MC < Mc);
- 16
4- Đặc tính hãm có Rph không đủ lớn, có thể đảo được
chiều
quay (MC’ > Mc)

A’
Hình 2-18. Hãm ngược nhờ đảo chiều
điện áp của ĐCĐ 1 chiều kt độc lập


- Hãm ngược nhờ đảo chiều điện áp đặt vào động cơ
Động cơ điện một chiều kích thích độc lập (song song) làm việc tại điểm A trên đặc
tính cơ 1 ở hình 2-18 với tải có mô men phản kháng M c. Để hãm máy, ta đảo cực tính điện
áp đặt vào phần ứng động cơ. Do đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích độc lập
tương đối cứng nên kết hợp việc đảo cực tính để hãm ngược với mắc thêm điện trở phụ vào
mạch điện phần ứng để mô men hãm không vượt quá 2,5M H. Các đặc tính cơ khi hãm ngược
theo phương pháp này được trình bày trên hình 2-18.
* Hãm ngược động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp
- Đưa điện trở phụ lớn vào mạch điện phần ứng (hình 2-19a)

Đoạn CD là đặc tính hãm ngược của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp.
- Hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng
Đoạn BC trên hình 2-19b là đoạn đặc tính hãm ngược của động cơ điện 1chiều kích
thích nối tiếp khi đảo chiều điện áp, nếu phụ tải là phản kháng, động cơ sẽ làm việc ổn định
ở điểm D.
M

M
D

MC

1
A

MC

A
C

D C
B
0

ω

MC
2 B

ω

b)

a)

Hình 2-19. Đặc tính hãm ngược của ĐCĐ một chiều kích thích nối tiếp

c) Hãm động năng
* Hãm động năng động cơ điện một chiều kích thích độc lập ( song song)
M
- Hãm động năng kích thích độc lập
M
MĐ
_

+
_

+

Ikt

kt
ω

Iư

Ih

Rh

b)

Mc

A
3

2

_

O

ωB’ ωB’’

Eư

Eư
a)

ω

+

MĐ

1
B’ B’’

kt

Ikt

MA’

- 17 -

M
ωA c

c

ω

c)

MA’’

ω0

ωA

ω

A’
A’’

Mc
ω

MĐ


Hình 2-20. Hãm động năng kích thích độc lập của ĐCĐ chiều kt song song

Động cơ điện một chiều kích thích song song truyền động cơ cấu nâng - hạ của một
cầu trục đang làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ 1 (hình 2-20c). Vật được cẩu lên với tốc
độ ωA. Sơ đồ nối điện như hình 2-20a.
Để hãm động năng động cơ, cuộn kích thích vẫn được giữ nguyên còn dây quấn phần
ứng được cắt khỏi lưới điện và nối kín với một điện trở hãm R h (hình 2-20b). Do động năng
tích luỹ trong động cơ, rô to vẫn tiếp tục quay trong từ trường của phần cảm, trong dây quấn
rô to sẽ xuất hiện một suất điện động, thực hiện hãm động năng qua điện trở hãm (hình 220c). Cần chọn Rh sao cho dòng điện hãm ban đầu nằm trong giới hạn cho phép: I h ≤ (2 ÷
2,5)IH.
- Hãm động năng tự kích
M
+

Ikt

_

+

Ikt

+

Eư
a)

2

kt

kt

B’
B’’

ω
ω

Iư

_

Iư
_

Ih

1

3

ωB’ ωB’’

Eư

MA’

MA’’

Rh

Mc

A
O

ω0

ωA

ω

A’’
A’

b)

c)
Hình 2-21. Hãm động năng tự kích của ĐCĐ 1chiều ktđl

Sơ đồ nguyên lý từ chế độ động cơ sang chế độ hãm động năng tự kích được trình
bày ở hình 2-21a và 2-21b. Khi động cơ đang quay, ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích thích
ra khỏi lưới điện để đóng vào điện trở hãm nhưng với chiều dòng điện kích thích vẫn phải
giữ không đổi.
Đặc tính hãm có dạng như đặc tính không tải của máy phát điện một chiều kích thích
độc lập trên hình 2-21c ở góc phần tư thứ IV.

Nếu mô men cản là phản kháng, động cơ sẽ dừng ở điểm O. Nếu mô men cản là thế
năng mà giữ nguyên mạch hãm thì tải sẽ kéo động cơ theo chiều ngược lại, hãm ghìm vật để
hạ xuống đều tại điểm B’ hoặc B’’ trên các đường đặc tính hãm.
Phương pháp hãm động năng tự kích thích không hiệu quả bằng phương pháp hãm
động năng kích thích độc lập nhưng lại có ưu điểm: Không cần nguồn điện một chiều bên
ngoài cấp cho cuộn kích thích và có thể tiến hành hãm khi mất điện.
* Hãm động năng động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp
- Hãm động năng kích thích độc lập
Sơ đồ nguyên lý của động cơ (hình 2-22a) chuyển sang chế độ hãm động năng kích

- 18 -


thích độc lập (hình 2-22b) cần phải đảm bảo dòng điện kích thích có chiều và trị số không
đổi (điều chỉnh qua điện trở điều chỉnh R kt).
Trạng thái hãm này không khác so với động cơ điện một chiều kích thích song song
đã nói ở trên nên đặc tính hãm động năng cũng là đường thẳng đi qua gốc toạ độ (hình 222c).
Iư

+

Ih

+

Eư

Eư
kt

U
Ikt

_

Rh

M

U
_

a)

kt

Rkt

1

b)
B’

Mc

A

ω
ωB
ω

Hình 2-22. Trạng thái hãm động năng kích thích độc lập của ĐCĐ A1chiều ktnt
2
’
A’
c)
- Hãm động năng tự kích

+

M

Iư
Eư
kt

_

1

Eư
Ih

B’

Ikt

Mc

A

Hình 2-23. Hãm động năng
kt tự kích của ĐCĐ 1chiều ktnt
ωB’
ω
ωA
RhcủaIkt động cơ điện một chiều
Để hãm động năng tự kích
kích thích nối
tiếp, khi động
a)
cơ đang quay ta cắt cả phần ứng lẫnb)cuộn kích thích khỏi lưới điện và đóng vào một điện trở

hãm nhưng dòng điện kích thích vẫn giữ nguyên chiều cũ. Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ
2
A’
biểu diễn trên hình 2-23b, c.
c)
Từ thông cũng giảm dần trong quá trình hãm động năng tự kích thích. Đặc tính hãm
cũng tương tự như động cơ điện một chiều kích thích song song hoặc độc lập (hình 2-23c).
2.4. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Điều chỉnh tốc độ là một trong những nội dung chính của truyền động điện tự động
nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất. Có thể điều chỉnh tốc độ bằng
phương pháp cơ khí (qua hộp bánh răng nối động cơ với cơ cấu sản xuất) hoặc bằng phương
pháp điện. Ở đây, chúng tôi chỉ đề cập đến việc điều chỉnh tốc độ theo phương pháp điện.
Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điện sẽ đơn giản được rất nhiều kết cấu cơ khí của
máy.

- 19 -

Có rất nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ. Tuỳ theo máy sản xuất mà ta
chọn một phương pháp điều chỉnh tốc độ cho phù hợp, đảm bảo quá trình sản xuất được
thuận lợi, nâng cao chất lượng và năng suất.
Để đánh giá chất lượng của phương pháp điều chỉnh tốc độ người ta căn cứ vào một số
chỉ tiêu: Sai số tốc độ tương đối Δω%, dải điều chỉnh tốc độ D; Độ trơn của điều chỉnh tốc độ γ;
Độ cứng của đặc tính cơ β; Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải; chỉ tiêu kinh
tế
Ngoài ra, trong từng trường hợp cụ thể còn có các chỉ tiêu khác nữa để đánh giá hệ
truyền động điện như khả năng tự động hoá hệ thống v.v... Việc đánh giá truyền động điện
là bài toán tối ưu đa mục tiêu, tuỳ từng trường hợp cụ thể có thể chọn ra các chỉ tiêu ưu tiên
để quyết định lựa chọn phương án điều chỉnh.
Sau đây, chúng tôi sẽ trình bày một số phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện.
2.4.1. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ
a) Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào stato
Phương pháp này được thực hiện với tần số không đổi. Điện áp cấp cho động cơ lấy
từ bộ biến đổi điện áp xoay chiều. Bộ biến đổi điện áp này có thể là máy biến áp tự ngẫu,
cuộn kháng hay điện trở hoặc bộ biến đổi điện áp bằng bán dẫn mà chúng tôi sẽ trình bày ở
chương sau. Hình 2-24 vẽ sơ đồ nối điện và các đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào
stato với động cơ rô to dây quấn.
∼3

M
3

BBĐ

Đường 1: Đtctn với U1 = U1H, Rph = 0;
Đường 2: Đtcnt với U1 < U1H, Rph = 0;
Đường 3: Đtcnt với U1 = U1H, Rph ≠ 0;

ĐC

Đường 4: Đtcnt với U1 < U1H, Rph ≠ 0.
Rph
a)

1
2
4

Mc

0
b)
Hình 2-24. Điều chỉnh ĐCKĐB 3 pha bằng cách thay đổi U1

ω1

ω

Ta thấy:
- Thay đổi điện áp chỉ thực hiện được về phía giảm điện áp nên chỉ điều chỉnh được ở
tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức, khi đó mô men cực đại, mô men mở máy giảm.
- Đối với động cơ không đồng bộ rô to dây quấn, thường thực hiện cùng với giảm
điện áp là tăng điện trở phụ mắc vào dây quấn rô to để tăng độ trượt tới hạn do đó tăng
được dải điều chỉnh lớn hơn.
- Khi giảm điện áp, tốc độ đồng bộ không thay đổi, độ cứng đặc tính cơ giảm.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp chỉ thích hợp với truyền
động điện mà mô men tải tỷ lệ với bình phương tốc độ (máy bơm, quạt gió...).

b) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn điện
Về nguyên lý, khi thay đổi tần số f của nguồn điện cấp cho động cơ thì ω1 = 2πf/p sẽ
thay đổi, ta sẽ có thể điều chỉnh được tốc độ quay của động cơ, nhưng khi thay đổi tần số thì
có thể ảnh hưởng đến chế độ làm việc của động cơ:
Nếu giữ cho điện áp U1 không đổi, khi thay đổi f thì từ thông φ cũng thay đổi:
- Khi giảm tần số f < fH: Điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức ω < ωH, nếu giữ U1
không đổi, dòng điện từ hóa sẽ tăng lên làm cho động cơ bị quá tải về từ, làm phát nóng động
cơ, giảm tuổi thọ của động cơ, thậm chí động cơ sẽ bị cháy vì nóng quá nhiệt độ cho phép.
- Khi tăng f, nếu giữ U1 = cost và phụ tải M C = const: Điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc

- 20 -


độ định mức, dòng I2 tăng, động cơ sẽ bị quá tải về dòng và sẽ bị phát nóng và bị cháy.
Vì vậy, khi thay đổi tần số, để điều chỉnh tốc độ người ta thường kết hợp với thay
đổi điện áp stato U1 và thường dùng bộ biến đổi tần số (máy biến tần) để thay đổi tốc độ
động cơ.
Đối với hệ truyền động dùng biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giữ cho khả năng
quá tải về mô men là không đổi trong cả phạm vi điều chỉnh tốc độ:
kmax =

M max
= const
M

(2-9)
M

Mmax(ω)
f ’’>fH >f ’

f‘

Mmax’

fH

MmaxH
Mmax’’

f ’’>fH >f ‘
Mmax

f ‘’
MC

b)
ω’’ ω

ωH

M

M
f ’’>fH >f ’
Mmax’’
MmaxH
Mmax’

Mmax(ω) f '

fH

fH

f ‘’

ω1’ ω1H

ω1’ ω

MC

a)
ω’

f’

Mmax’’

f '’
MC

f ’’>fH >f ’
Mmax(ω)

f'

fH

f '’

MC

MmaxH
Mmax’
d)

c)

ω
ω1H
ω1’ ω1H ω '’
ω1’
1
Hình 2-25. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số

ω
ω1'’

Quy luật điều chỉnh điện áp – tần số U 1/f thay đổi tùy theo từng loại tải.
* Khi yêu cầu điều chỉnh tốc độ đảm bảo công suất cơ không đổi nghĩa là M tỷ lệ
nghịch với tần số (trong đầu máy điện, hình 2-25a) thì:
'
U1
U1
f'
=
hay
= const.
(2-10)

U1
f
f
* Những máy yêu cầu mô men không đổi (trong máy cắt gọt kim loại, hình 2-25b) ta có:
'
U
U1
f'
=
hay: 1 = const
(2-11)
U1
f
f
* Nếu mô men tỷ lệ bậc nhất với tốc độ (đặc tính cơ của MPĐ 1 chiều kích thích độc
lập như hình 2-25c) , ta có:
U1
f3

= const

(2-12)

* Nếu yêu cầu mô men tỷ lệ với bình phương của tốc độ (như trong quạt gió, máy
bơm, hình 2-25d) ta có:

- 21 -


2

'
U
U1
f' 
=   hay: 21 = const
(2-13)
U1
f
f 
Như vậy, khi thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ, ta phải thay đổi
điện áp sao cho phải đảm bảo điều kiện ở công thức (2-9) nhưng lại phụ thuộc vào các dạng phụ
tải.
Đặc tính cơ với các điện trở r 1, r2 không đổi khi thay đổi tần số ứng với từng loại tải
có dạng như hình 2-25.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn điện có những đặc
điểm:
- Khi thay đổi tần số dòng điện stato thì tốc độ quay của động cơ sẽ thay đổi liên tục,
bằng phẳng;
- Phải sử dụng nguồn điện đặc biệt có tần số biến thiên (máy biến tần), hiện nay máy
biến tần còn tương đối phức tạp và đắt tiền. Vì vậy chỉ dùng khi có nhiều động cơ cần điều
chỉnh tốc độ theo một quy luật chung cùng sử dụng nguồn điện đặc biệt này.
c) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi số đôi cực từ p

A

B

C

A

1

1

1

B
B2

A2
A1

B1

C

C2

A1

B1

C1

A

B

C

A2

B2

C2

X

B2

C2

∼3

Y

A

B1

C1
B

C

∼3

d)

C2
B2
a)
c)
Hình 2-26. Đổi nối số đôi cực từ theo tỷ lệ 2:1 (Y/YY) và đặc tính cơ
Y

Z

YY

b)

C1
A1

A2

M

A2

ω

Động cơ thay đổi được số đôi cực từ là loại động cơ được chế tạo đặc biệt để dây
quấn stato có thể thay đổi được cách nối dây tương ứng với các số đôi cực từ p khác nhau.
Các đầu dây để đổi nối được đưa ra các hộp đấu dây ở vỏ động cơ. Số đôi cực từ của rô to
về nguyên tắc phải thay đổi như dây quấn stato, điều này khó thực hiện đối với động cơ rô
to dây quấn còn động cơ rô to lồng sóc thì dây quấn rô to có khả năng tự thay đổi số đôi cực
từ tương ứng với stato. Do vậy phương pháp này được sử dụng chủ yếu cho động cơ rô to

lồng sóc với tỷ lệ: 2:1, 3:1, 4:1 hay tới 8:1. Các sơ đồ đối nối và các đặc tính cơ tương ứng
như giáo trình Máy điện đã nêu, chúng tôi chỉ đưa ra một ví dụ về cách đổi nối Y/YY
(sao/sao kép) với tỷ lệ 2:1 và mô men tới hạn được giữ nguyên như hình 2-26d. Các đầu dây
stato được đưa ra hộp đấu dây như hình 2-26a. Hình 2-26b ứng với số đôi cực từ p = 2, hình 226c ứng với số đôi cực từ p = 1
Khi đổi nối, các đầu dây phải được nối qua các tiếp điểm của công tắc tơ. Ở phương
pháp điều chỉnh tốc độ này, công suất cho phép tăng lên hai lần, phù hợp với những tải
không đổi.
Phương pháp này có những đặc điểm sau:
- Điều chỉnh tốc độ nhảy cấp vì số đôi cực từ p là những số nguyên, dải điều chỉnh
không rộng và kích thước động cơ lớn.
- Phương pháp này có ưu điểm đơn giản, rẻ tiền và giữ nguyên độ cứng của đặc tính cơ.

- 22 -


d) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mắc vào dây quấn rô to
Phương pháp này chỉ áp dụng ở động cơ rô to dây quấn. Thông qua vành trượt trên
trục động cơ ta nối biến trở ba pha có thể điều chỉnh được vào dây quấn rô to (hình 2-27a).
Do biến trở điều chỉnh phải làm việc lâu dài nên nó có kích thước lớn hơn biến trở mở máy.
Khi thay đổi Rph thì tốc độ động cơ thay đổi (họ đường đặc tính cơ khi điện trở phụ thay đổi như
hình 2-27b). Hoặc người ta có thể điều chỉnh điện trở rô to bằng bộ biến đổi xung mà chúng
tôi sẽ trình bày ở chương
∼3 sau.
M
R2’ + rph
R2’

ĐC

Rph

a)

0

b)
Hình 2-27. Đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ ở mạch rô to

ω1

ω

Phương pháp này có những đặc điểm:
- Phương pháp có ưu điểm: Đơn giản, rẻ tiền, dễ điều chỉnh tốc độ động cơ;
- Phương pháp này có thể điều chỉnh liên tục bằng phẳng nhờ biến trở nhưng do dòng
điện rô to lớn nên thường điều chỉnh theo cấp;
- Chỉ cho điều chỉnh tốc độ về phía giảm;
- Tốc độ càng giảm, đặc tính cơ càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn định trước
sự thay đổi của tải;
- Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số mô men tải. Mô men tải càng nhỏ, dải điều chỉnh càng
hẹp, do đó khi không tải không dùng phương pháp này để điều chỉnh tốc độ được;
- Phương pháp điều chỉnh này có tổn hao năng lượng trên điện trở làm việc nên làm
giảm hiệu suất động cơ.
- Khi điều chỉnh sâu (tốc độ nhỏ) thì độ trượt của động cơ tăng, tổn hao năng lượng
khi điều chỉnh lớn.
Phương pháp này hay áp dụng cho các phụ tải dạng thế năng (M C = const).
Ngoài các phương pháp trên, người ta còn điều chỉnh tốc độ bằng nối cấp (nối động cơ
không đồng bộ rô to dây quấn với động cơ không đồng bộ khác, khi đó hai động cơ điện không
đồng bộ được nối với nhau cả về cơ lẫn về điện), điều chỉnh công suất trượt rô to, điều khiển số
v.v..
2.4.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện đồng bộ

Động cơ đồng bộ thường được sử dụng phổ biến ở dải công suất lớn hàng trăm kW
trở lên để truyền động cho các máy như: Máy bơm nước, quạt gió, máy cán, máy nghiền...
Hệ truyền động thường không đòi hỏi điều chỉnh tốc độ.
Động cơ đồng bộ có đặc tính
M
cơ tuyệt đối cứng và trong dải mô
men cho phép, tốc độ không đổi.
Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp
thay đổi các thông số của động cơ là
không thể được, nhưng khi thay đổi
tần số nguồn cung cấp thì có thể thay
đổi được tốc độ. Chỉ có thể thay đổi
ω 1’ ω 1

ω

Hình 2-28. Đặc tính cơ của ĐCĐB khi giảm f

- 23 -


theo hướng giảm tần số (đặc tính cơ
ở hình 2-28) nhờ máy biến tần.
2.4.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn động
cơ điện xoay chiều, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ được dễ dàng mà cấu
trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt được chất lượng điều chỉnh
cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
a) Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích độc lập (song song)
+

+

I

M

U

BBĐ

kt

1
2

5

4
G

Mc
K F

C

A

3

_

_

a)
ωG ωK

b)

B
E ωA
ωF ω
ω02 ω01
03

ω

D

Hình 2-29. Ðiều chỉnh tốc ðộ ÐCÐ kt ðộc lập bằng phýõng pháp thay ðổi ðiện áp

Ở phương trình đặc tính cơ (công thức 2-5) của động cơ điện một chiều kích thích
độc lập (hoặc song song), ta thấy: Khi thay đổi các yếu tố: U, φ, Rư sẽ cho những họ đặc tính
cơ khác nhau. Vì vậy, với cùng mô men tải nào đó, tốc độ động cơ sẽ khác nhau ở các đặc
tính cơ khác nhau.
Tốc độ động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc kích thích song song có thể
điều chỉnh theo những phương pháp sau:
* Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
Sơ đồ nguyên lý như hình 2-29a. Từ thông động cơ được giữ không đổi, điện áp phần
ứng được cấp từ bộ biến đổi (sẽ được đề cập kỹ ở chương sau).

Khi thay đổi điện áp cấp cho phần ứng, ta được họ đặc tính cơ ứng với các tốc độ
không tải khác nhau và có cùng độ cứng. Điện áp U chỉ có thể thay đổi về phía giảm so với
điện áp định mức (U ≤ UH) nên phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ theo hướng
nhỏ hơn tốc độ định mức.
Quá trình điều chỉnh tốc độ nhờ thay đổi điện áp được giải thích trên hình 2-29b.
Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích thích độc lập bằng biện pháp thay đổi điện
áp phần ứng có các đặc điểm:
- Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ.
- Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.
- Độ cứng của đường đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh.
- Sai số tốc độ tương đối (sai số tĩnh) của đặc tính cơ thấp nhất (ứng với điện áp nhỏ
nhất) không vượt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh.
- Dải điều chỉnh D ≈ 10:1.
- Chỉ thay đổi tốc độ phía dưới tốc độ định mức.
- Phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp ra.
* Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Muốn thay đổi từ thông của động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng điện kích thích của
động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích thích (hình 2-30a)

- 24 -


Phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích thích nghĩa là chỉ có thể
giảm dòng kích thích (I kt ≤ IktH) do đó chỉ có thể thay đổi về phía giảm từ thông. Khi giảm từ
thông, đặc tính ít dốc hơn và có tốc độ không tải lớn hơn. Họ đặc tính khi giảm từ thông như
hình 2-30b.
M
+

+

φ1 = φH > φ2 > φ3

Rkt
U

Mc1

kt

φ3

Mc2

_

_

φ2

a)
b)

ω01 ω02 ω03

ω

Hình 2-30. Điều chỉnh tốc độ ĐCĐ kt độc lập nhờ thay đổi từ thông của ĐCĐ ktđl

Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi từ thông có đặc điểm:

- Từ thông càng giảm thì tốc độ không tải lý tưởng của động cơ càng tăng, tốc độ
động cơ càng lớn.
- Độ cứng của đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông.
- Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh: D ≈ 3:1;
- Các đặc tính cơ khi thay đổi từ thông sẽ cắt nhau, do đó với tải không lớn (M c1) tốc
độ tăng khi từ thông giảm, còn ở vùng tải lớn thì khi tải lớn (M c2) tốc độ tăng hay giảm tùy
theo dòng điện kích thích. Trong thực tế, phương pháp này thường áp dụng ở vùng tải không
quá lớn so với định mức.
- Ở vùng tải nhỏ chỉ thay đổi được tốc độ theo hướng lớn hơn tốc độ định mức.
- Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích thích với
dòng điện kích thích nhỏ (2 ÷ 10)% dòng điện định mức của phần ứng nên tổn hao điều chỉnh
thấp.
* Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh điện trở ở mạch điện phần ứng
Sơ đồ nguyên lý như hình 2-31a. Khi tăng điện trở mạch điện phần ứng, đặc tính cơ
ít dốc hơn nhưng có tốc độ không tải không đổi. Tốc độ động cơ giảm khi tăng điện trở phụ
mắc nối tiếp với mạch điện phần ứng. Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ ở mạch điện
phần ứng như hình 2-31b với Rph1 < Rph2 < Rph3.
Điều chỉnh theo phương pháp này có những đặc điểm sau:
- Điện trở mạch phần ứng càng tăng, đặc tính cơ càng mềm, độ ổn định tốc độ càng
kém và sai số tốc độ càng lớn.
- Phương pháp chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ về phía nhỏ hơn tốc độ định mức.
- Tổn hao công suất trên điện trở lớn điều chỉnh lớn.
- Dải điều chỉnh phụ thuộc vào tải. Tải càng nhỏ (M 1) thì dải điều chỉnh càng nhỏ,
phương pháp này có D ≈ 5:1.
Về nguyên tắc, phương pháp này cho phép điều chỉnh trơn nhờ thay đổi đều điện trở
nhưng vì dòng điện phần ứng I ư lớn nên việc chuyển đổi điện trở sẽ khó khăn. Thực tế
thường sử dụng chuyển đổi theo từng cấp biến trở.
M

Rph3 > Rph2

+

+

Rph
U

Rph1 = 0
Rph2

kt

Rph3

Mc

_

_

a)

M1
- 25 - b)

ω0

ω

Hình 2-31. Điều chỉnh tốc độ nhờ thay đổi điện trở phần ứng ĐCĐ 1chiều ktđl

* Điều chỉnh tốc độ bằng cách phân mạch phần ứng
Nếu mắc điện trở phụ R ps song song với phần ứng thì điện trở tổng của mạch điện phần
ứng sẽ giảm, vì vậy, trên mạch chính cần mắc nối tiếp thêm một điện trở phụ R ph như hình 232a.
Đặc tính cơ là đường thẳng với tốc độ không tải lý tưởng nhỏ hơn tốc độ không tải lý
tưởng của đặc tính cơ tự nhiên. Hình 2-32b vẽ các đặc tính cơ của động cơ điện kích thích
độc lập khi phân mạch phần ứng.:
Trong sơ đồ phân mạch phần ứng, khi thay đổi R ps, Rph hay cả hai thì tốc độ không
tải lý tưởng và độ cứng của đường đặc tính cơ sẽ thay đổi. D ≈ 4 ÷5.
+
U
_

Ic
Rph

Is
Iư

Eư

α=

Rps
a)

M

+

kt

R ps
R ps + R ph

_

Đường 1: Rps1 = ∞, Rph1 = 0

3

Đường 2: Rps2 = ∞, Rph2 ≠ 0;

2

1

4

Đường 3: Rps3 ≠ 0, Rph3 ≠ 0;
Đường 4: Rps4< Rps3, Rph ≠ 0

ω0
b)
Hình 2-32. Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp phân mạch phần ứng ĐCĐ ktđl
α’ω0

αω0

ω

b) Điều chỉnh động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp
Có một số phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp:
* Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi điện trở phụ mắc nối tiếp với mạch
điện phần ứng
Sơ đồ nguyên lý của phương pháp này như hình 2-33a. Họ đặc tính cơ khi thay đổi
điện trở phụ ở hình 2-33b
Nhìn vào phương trình đặc tính cơ ở công thức (2-6) ta thấy:
- Phương pháp này
chỉ cho phép điều chỉnh theo
hướng giảm tốc độ so với
tốc độ định mức.
Iư
- Muốn tốc
M
Rph1 < Rph2 < Rph3
+ độ càng
nhỏ thì điện trở phụ càng lớn
Eư
dẫn tới tổn hao năng lượng
Rph1 = 0
càng lớn.
Rph2
- Ở những tốc độ
Rph3
kt
nhỏ, đặc tính cơ _mềm hơn
M

Rph
a)

C

b)

26 - tốc độ ĐC ktnt bằng
Hình 2-33. Điều -chỉnh
phương pháp mắc thêm điện trở phụ

ω


nên độ ổn định tốc độ rất
kém.
- Dải điều chỉnh phụ
thuộc vào trị số tải MC.
Ngoài ra, người ta còn điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp bằng
phương pháp phân mạch phần ứng hoặc phân mạch phần cảm, sơ đồ nguyên lý như hình 2-34a, b.
+

Is

+

Iư

Rps

Eư

a)

kt Ikt

_

kt
Rph

Eư

b)
Ikt

_

Iư

Rph

Hình 2-34. Sơ đồ nguyên lý điều khiển ĐCĐ 1chiều ktnt
bằng phương pháp phân mạch phần ứng và phần cảm

Is
Rps

Ngoài các phương pháp điều chỉnh tốc độ chúng tôi đã nêu trên, người ta còn dùng
các hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều khác: Hệ truyền động máy phát – động cơ

(F-Đ); hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ (KĐT-Đ); hệ truyền động tiristor – động cơ
(T-Đ); hệ truyền động xung áp - động cơ (XA-Đ)... Do thời lượng của chương trình có hạn
nên chúng tôi không trình bày ở chương này.

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2
1. Phương trình và dạng đặc tính cơ của các loại động cơ: Không đồng bộ, đồng bộ,
động cơ điện một chiều.
2. Các phương pháp mở máy và đảo chiều quay của các loại động cơ (sơ đồ nối điện
và dạng đặc tính cơ).
3. Các trạng thái hãm của các loại động cơ (sơ đồ nối điện và dạng đặc tính cơ).
4. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ các loại động cơ điện, ưu nhược điểm và phạm
vi điều chỉnh.

- 27 -


- 28 -