GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ DC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐÔNG CƠ DC

T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ
DC VÀ
ĐỘNG CƠ BƯỚC

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 1


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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 I ư . 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.
SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 2


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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 '=

PN
nφ
60a

Trong đó :

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:
SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 3


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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
+
A2

F1
+
F2

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

Ru,
U
−
I ,
K Eφ
K Eφ u

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 4


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

Ta có : M = KM . Iư .φ
⇒

I u, =
n=

M
K M .φ

R,
U
− u
M
K E .φ K E .K M .φ 2

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

R , + RP
U
− u
M
K E .φ K E .K M .φ 2

n
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
SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 5


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

Ta thấy đặc tính cơ cứng và tốc độ rất ít thay
đổi khi P2 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

+
-

V

Ikt
+

+
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
SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 6


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

I = IƯ = Ikt
Đặc tính cơ:

n = f(M)

Iư = kI .φ
M = kM. IƯ. φ = kM. kI. φ 2 = k2. φ 2 φ = M k hay
Với

k=

kM
kI

−

k I .R u '
kE

Ta có:
n

n=

k .U

kE . M

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
SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang
Vùng
làm7
việc


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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

1

4
3

2

M
Đặc tính cơ
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

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 8


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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.
SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 9


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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.

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH

Trang 10


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ
nhau.

GVHD: Thầy

Sơ đồ dùng hai động cơ liên kết nối hở với

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.

S% =

ω od − ω
100%
ω od

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 11

(1-1)


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

Trong đó:

ω
: Tốc độ ứng với tải đònh mức.
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:
MC
β

∆ω =
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.
SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 12


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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
Hình 1_1
Mđm Mđm.Kqt

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 dm K qt − 1
( K qt − 1)
β

ω0 −

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 13

(1-6)


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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:
∆ω =

M dm
β

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 − S cp

(1-9)

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:

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 14


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ
η=

E.I u
P2
=
=
P1 E.I u + R.I u2

ω
M .R
ω+
( K .Φ) 2

GVHD: Thầy

(1-10)

Trong đó:
P2 = E.I u = M .ω : Công suất đưa ra đầu trục
P1 = P2 + ∆P = M .ω +

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

Trong đó:
ω* =

ω
ω0

M* =
R* =

M
M DM
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.
SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 15

T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

Khối điều
khiển

Bộ
Động cơ
biến
DC
đổi
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.

Bộ
Đảo
Chie
àu

+
Vi
-

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

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH Phản
Trang hồi
16

Động cơ
DC


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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 n 0. Còn độ cứng
của đặc tính cơ β được giữ nguyên như hình vẽ:
n

W0min
wmin
w1’min

1’

Mđm
Hình1_5

Eb0 Eb1 Eb2

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 17

M


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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



Động cơ
DC

w

Hồi
tiếp vòng kín.
Hình 1_6: Sơ đồ điều khiển

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.
SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 18


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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

với : TM =

(1-14)

J
: Hằng số cơ.
β

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 .

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 19

dω
dt

(1-17)


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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 + G1 ( s ).H 1 ( s )
1 + G2 ( s ).H 2 ( s)

(1-23)

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) = −

(1-24)

(1-25)

1
B (1 + s.Tu )

(1-26)

( K .Φ ) 2
H 2 (s) =
Ru (1 + s.Tu )
∑

(1-27)

Nếu xét ở chế độ không tải lúc M t = 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 )

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

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 20

(1-28)

T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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

(1-28)
Đặt

Ru

TM 1

B
∑
=
( KΦ) 2 + Ru

KM =

K .Φ
( KΦ ) + Ru

∑

B

TM

(1-29)
2

∑

B

(1-30)
Vậy phương trình (1-28) được viết lại là:
KM
ω ( s)
=
U u ( s) 1 + s.TM 1

(1-31)
KM2
ω (s)
KΦ
=
=
I u ( s) B (1 + s.TM ) 1 + s.TM

(1-32)
Với
KM2 =

Uu(s)

R

K .Φ
B

1

(1 + s.Tu )

Iu(s)

u∑
Eu(s
)
SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
TrangK.Φ
21

Mt(s
)

K .Φ

1
B(1 + s.TM )

ω(s)


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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,
SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 22


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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.
SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 23


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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 t on khác tof nên khi có
xung kích thì dòng qua tải là tăng dần lên đến điểm cuối
của ton 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.

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 24


T.K. MÔ HÌNH CHIẾT CHAI DI ĐỘNG
HOÀNG MINH TRÍ

GVHD: Thầy

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 I ư 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.

SVTH: ĐÀO THỊ DUY TRINH
Trang 25