Giáo trình Truyền động điện CĐ Nghề Công Nghiệp Hà Nội

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Chủ biên: Bùi Chính Minh
Đồng tác giả: Nguyễn Đức Đài

GIÁO TRÌNH

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Hà Nội - 2011
1


LỜI NÓI ĐẦU
Giáo trình Truyền động điện được biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu giảng
dạy và học tập của Giảng viên, Sinh viên trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà
Nội. Nội dung giáo trình được phát triển dựa trên chương trình đào tạo mô đun
Truyền động điện, nghề Điện công nghiệp do Tổng cục Dạy nghề ban hành và
đưa vào giảng dạy tại trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội năm học 2012­
2013. Nội dung giáo trình mang tính lôgic về kiến thức của toàn bộ chương trình
đào tạo, đồng thời hướng tới mục tiêu hình thành và phát triển năng lực thực hiện
hoạt động nghề nghiệp cho người học. Dạy học tích hợp được lựa chọn trong
giáo trình nhằm tạo ra các tình huống liên kết tri thức các môn học, đó là cơ hội
phát triển các năng lực của sinh viên. Khi xây dựng các tình huống vận dụng kiến
thức người học sẽ phát huy được năng lực tự lực, phát triển tư duy sáng tạo (kiến
thức, kỹ năng, và thái độ nghề nghiệp). Giáo trình được trình bày với 11 bài, đi từ
lý thuyết cơ sở đến thực hành những kiến thức cơ bản. Đặc biệt trong nội dung
giáo trình đã giới thiệu được những nội dung thực hành cơ bản của lĩnh vực
truyền động điện, đi từ các truyền động điện hệ hở tới truyền động điện hệ kín.
Giới thiệu cơ bản về các bộ biến đổi AC, DC bán dẫn thế hệ mới, kết hợp với các
động cơ cho những hệ thống truyền động điện hiện đại.

Mặc dù nhóm biên soạn đã cố gắng phát triển giáo trình sao cho phù hợp và
hiệu quả nhất với sinh viên cao đẳng nghề Điện công nghiệp, nhưng chắc chắn
vẫn còn nhiều thiếu sót.
Chúng tôi mong nhận được những ý kiến đóng góp của bạn đọc và đồng
nghiệp để giáo trình hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến xin được gửi về: Trường cao
đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội, 131 Thái Thịnh, Đống Đa, Hà Nội.
NHÓM TÁC GIẢ
Hà Nội, ngày..... tháng....năm ....
Tham gia biên soạn giáo trình
1. Bùi Chính Minh – Chủ biên
2. Nguyễn Đức Đài

2


Tuyên bố bản quyền
Tài liệu này là loại giáo trình nội bộ dùng trong nhà trường với
mục đích làm tài liệu giảng dạy cho giáo viên và học sinh, sinh viên nên
các nguồn thông tin có thể được tham khảo.
Tài liệu phải do trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội in ấn
và phát hành.
Việc sử dụng tài liệu này với mục đích thương mại hoặc khác với
mục đích trên đều bị nghiêm cấm và bị coi là vi phạm bản quyền.
Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm
ơn các thông tin giúp cho nhà trường bảo vệ bản quyền của mình.
Địa chỉ liên hệ:
Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội.
131 – Thái Thịnh – Đống Đa – Hà Nội
Điện thoại:

(84­4) 38532033

Fax:

(84­4) 38533523

Website: www.hnivc.edu.vn

3


MỤC LỤC
Nội dung
Mục tiêu của mô đun……………………………………………………..
Nội dung của mô đun…………………………………………………….
Yêu cầu về đánh giá hoàn thành mô đun………………………………..
BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG
ĐIỆN……………………………………………………………………
1. Cấu trúc chung của hệ thống TĐĐ…………………………………….
1.1. Định nghĩa hệ TĐĐ………………………………………………
1.2. Phân loại hệ TĐĐ…………………………………………………
1.3. Phương trình chuyển động………………………………………
1.4. Mômen cản phản kháng…………………………………………
1.5. Mômen cản thế năng……………………………………………
2. Cơ học truyền động điện………………………………………………
2.1. Các khâu cơ khí của truyền động điện, tính toán qui đổi các đại
lượng về trục động cơ……………………………………………………
2.2. Đặc tính cơ của máy sản xuất, động cơ…………………………
2.3. Các trạng thái làm việc xác lập của hệ truyền động điện………
BÀI 2: CÁC ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG

CƠ ĐIỆN………………………………………………………………...
1. Đặc tính của động cơ điện DC, các trạng thái khởi động và hãm…….
1.1 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập………...
1.2 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp…….......
2. Đặc tính của động cơ điện không đồng bộ, các trạng thái khởi động
và hãm……………………………………………………………………
2.1 Các đặc tính………………………………………………………
2.2 Ảnh hưởng của các thông số tới đặc tính cơ…………………….
2.3 Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ biến trở……………..
2.4 Khởi động và xác định điện trở khởi động………………………
2.5 Đặc tính cơ trong các trạng thái hãm……………………………..
3. Đặc tính của động cơ điện đồng bộ, các trạng thái khởi động và
hãm………………………………………………………………………
BÀI 3: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ TĐĐ ­ ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ CỦA HỆ
TĐĐ­ ĐẶC TÍNH ĐỘNG CỦA HỆ TĐĐ……………………………....
1. Điều khiển tốc độ TĐĐ………………………………………………..
1.1 Khái niệm về điều chỉnh tốc độ hệ truyền động điện; tốc độ đặt;
chỉ tiêu chất lượng của hệ TĐĐ…………………………………………
1.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh sơ đồ mạch……
1.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh thông số của
động cơ.......................................................................................................
1.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp nguồn…..
1.5. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi
thông số nguồn…………………………………………………………..
1.6. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng sơ đồ nối tầng
(cascade)………………………………………………………………….
2. Ổn định tốc độ làm việc của hệ TĐĐ…………………………………
2.1. Khái niệm về ổn định tốc độ; độ chính xác duy trì tốc độ………

Trang

8
8
10
10
10
10
11
11
13
13
13
13
15
18
22
22
13
40
46
46
49
52
53
54
57
62
62
62
65
68

74
91
98
100
100
4


2.2. Hệ truyền động vòng kín ………………………………………
2.3. Hạn chế dòng điện trong truyền động điện tự động…………….
3. Đặc tính động của hệ truyền động điện……………………………….
3.1. Đặc tính động của truyền động điện……………………………..
3.2. Quá độ cơ học; quá độ điện ­ cơ trong hệ truyền động điện……..
3.3. Khởi động hệ truyền động điện, thời gian mở máy………………
3.4. Hãm hệ truyền động điện, thời gian hãm; dừng máy chính xác….
BÀI 4: CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG
ĐIỆN…………………………………………………………………….
1. Phương pháp chọn động cơ truyền động cho tải theo nguyên lý phát
nhiệt………………………………………………………………………
1.1 Phương trình phát nóng và nguội lạnh của máy điện…………….
1.2 Các chế độ làm việc của động cơ điện trong hệ truyền động điện..
2. Chọn công suất động cơ cho truyền động không điều chỉnh tốc độ…
2.1 Chọn công suất động cơ làm việc cho tải dài hạn…………………
2.2 Chọn công suất động cơ làm việc ngắn hạn………………………
2.3 Chọn công suất động cơ cho phụ tải ngắn hạn lặp lại……………..
3. Tính chọn công suất động cơ cho truyền động có điều chỉnh tốc độ…
4. Kiểm nghiệm công suất động cơ…………………………………….
4.1 Kiểm nghiệm phát nóng động cơ bằng phương pháp tổn thất trung
bình………………………………………………………………………
4.2 Kiểm nghiệm phát nóng động cơ theo đại lượng dòng điện đẳng

trị…………………………………………………………………………
BÀI 5: TỰ ĐỘNG KHỐNG CHẾ TĐĐ – MỘT SỐ THIẾT BỊ TRONG
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TĐĐ…………………………………………
1. Tự động khống chế TĐĐ……………………………………………..
1.1. Khái quát chung về điều khiển tự động truyền động điện……..
1.2. Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện……………
2. Một số thiết bị dùng trong điều khiển tự động TĐĐ…………………
2.1 Bộ khởi động mềm………………………………………………..
2.2. Bộ biến tần ……………………………………………………….
2.3. Bộ điều khiển máy điện servo……………………………………
2.4. Bộ điều khiển tốc độ động cơ một chiều…………………………
BÀI 6: THỰC HÀNH NHẬN DẠNG CÁC KHÂU CƠ KHÍ CƠ BẢN
CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ TÍNH TOÁN MÔMEN CẢN, LỰC
CẢN VỀ TRỤC ĐỘNG CƠ ĐIỆN……………………………………...
1. Nhận dạng đông cơ điện và máy phát điện……………………………
2. Nhận dạng các bộ biến đổi………………………………………...
3. Nhận dạng các cơ cấu truyền động……………………………………
4. Nhận dạng các máy sản xuất………………………………………….
5. Tính toán, qui đổi các đại lượng cơ khí về trục động cơ……………...
BÀI 7: THỰC HÀNH TÌM HIỂU CÁC ĐẶC TÍNH CỦA ĐỘNG CƠ
MỘT CHIỀU VÀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ VỚI TRẠNG THÁI
KHỞI ĐỘNG VÀ HÃM…………………………………………………
1. Đặc tính trạng thái khởi động và hãm của động cơ điện DC…………
1.1 Đặc tính cơ………………………………………………………...
1.2 Khảo sát chế độ khởi động và hãm……………………………….
2. Đặc tính trạng thái khởi động và hãm của động cơ điện không đồng

101
104
108

108
110
113
115
118
118
118
120
121
121
122
123
124
126
126
127
130
130
130
137
165
165
173
186
192

203
203
204
204

208
209

210
210
210
212
5


bộ…………………………………………………………………………
2.1 Đặc tính cơ………………………………………………………...
2.2 Khảo sát chế độ khởi động và hãm……………………………….
3. Đặc tính trạng thái khởi động và hãm của động cơ điện đồng bộ……
3.1 Đặc tính cơ………………………………………………………..
3.2 Khởi động và hãm………………………………………………..
BÀI 8: THỰC HÀNH ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ…………….
1. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ theo sơ đồ mạch………………..
2. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi thông số nguồn………
2.1 Hệ truyền động một chiều………………………………………..
2.2 Hệ truyền động xoay chiều……………………………………….
3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi thông số của động cơ…………
BÀI 9: THỰC HÀNH ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN…………………………………………………
1. Hệ truyền động vòng kín……………………………………………..
2. Hạn chế dòng điện trong truyền động điện tự động………………….
BÀI 10: THỰC HÀNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ CHO
TRUYỀN ĐỘNG KHÔNG ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ…………………...
1. Tính chọn công suất động cơ cho truyền động không điều chỉnh tốc
độ………………………………………………………………………..

2. Kiêm nghiệm công suất động cơ………………………………………
BÀI 11: THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN BẰNG CÁC
BỘ BIẾN ĐỔI…………………………………………………………..
1. Hệ truyền động có bộ khởi động mềm – động cơ không đồng bộ……
2. Hệ truyền động Biến tần – động cơ KĐB…………………………….
3. Hệ truyền động Servor………………………………………………...
4­ Hệ truyền động chỉnh lưu có điều khiển ­ động cơ một chiều……….
Tài liệu tham khảo………………………………………………………..

212
212
213
214
214
214
216
216
216
216
217
217
220
220
220
223
223
223
226
226
226

226
226
230

6


TỪ VIẾT TẮT DÙNG TRONG GIÁO TRÌNH
Tên đầy đủ
Dòng điện xoay chiều (Anternating Curren)
Biến áp tự ngẫu
Dòng điện một chiều (Direct current)
Bộ biến đổi điện áp xoay chiều
Động cơ
Động cơ một chiều
Động cơ không đồng bộ
Động cơ đồng bộ
Hệ truyền động máy phát – động cơ
Hệ thống truyền động điện
Quá trình quá độ
Truyền động điện
Hệ truyền động Thyristor – động cơ một chiều
Hệ truyền động Xung điện áp­ động cơ

Viết tắt
AC
BATN
DC
ĐAXC
ĐC

ĐCMC
ĐC KĐB
ĐC ĐB
F­Đ
HTTĐD
QTQĐ
TĐĐ
T­Đ
XĐA­Đ

7


MÔ ĐUN: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Mã số mô đun: MĐ24
Mục tiêu của mô đun:
Kiến thức:
­ Trình bày nguyên tắc và phương pháp điều khiển tốc độ của hệ truyền động
điện;
­ Đánh giá đặc tính của hệ điều khiển truyền động điện;
­ Tính chọn động cơ điện cho hệ truyền động không điều chỉnh;
­ Phân tích cấu tạo, nguyên lý của một số thiết bị điển hình như: soft stater,
inverter, các bộ biến đổi;
­ Lựa chọn các bộ biến đổi phù hợp với yêu cầu hệ truyền động.
Kỹ năng:
­ Phân tích, tính chọn, lắp ráp và vận hành được các hệ truyền động điện.
Thái độ:
­ Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, tác phong công nghiệp cho sinh viên.
Nội dung của mô đun

Số
TT

1
2
3

4
5

6

7

8

Thời gian
Tên các bài trong mô đun
Tổng
Lý
Thực Kiểm
số thuyết hành tra*
Bài 1: Những khái niệm cơ bản về
4
4
hệ Truyền động điện (TĐĐ)
1
Bài 2: Các đặc tính và trạng thái 16
15
làm việc của động cơ điện.

Bài 3: Điều khiển tốc độ TĐĐ­Ổn 15
15
định tốc độ của hệ TĐĐ­ Đặc tính
động của hệ TĐĐ
Bài 4: Chọn công suất động cơ
3
3
cho hệ truyền động điện.
1
Bài 5: Tự động khống chế TĐĐ ­ 33
14
18
Một số thiết bị dùng trong điều
khiển tự động TĐĐ
Bài 6: Thực hành nhận dạng các
khâu cơ khí cơ bản của hệ truyền
động và tính toán mômen cản, lực
cản về trục động cơ điện
Bài 7: Thực hành tìm hiểu các đặc
tính của động cơ DC và động cơ
không đồng bộ với trạng thái khởi
động và hãm
Bài 8: Thực hành điều chỉnh tốc
độ động cơ

6

6

22

2

20

16

1

14

1
8


9
10

11

Bài 9: Thực hành ổn định tốc độ
8
làm việc của hệ truyền động điện
Bài 10: Thực hành chọn công
4
suất động cơ cho truyền động
không điều chỉnh tốc độ
Bài 11: Thực hành điều khiển 23
động cơ điện bằng các bộ biến đổi
Cộng:

150

1

7

1

3

2

19

58 87

2
5

* Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành và
được tính bằng giờ thực hành
Yêu cầu về đánh giá hoàn thành mô đun:
Áp dụng hình thức kiểm tra tích hợp giữa lý thuyết với thực hành. Các nội
dung trọng tâm cần kiểm tra là:
­ Lý thuyết:
+ Các đặc tính của động cơ, các phương pháp điều khiển tốc độ truyền động
điện;
+ Các phương pháp ổn định tốc độ truyền động điện;
+ Chọn được công suất động cơ phù hợp yêu cầu của tải;
+ Các đặc tính kỹ thuật của biến tần, khởi động mềm...

­ Thực hành:
+ Vẽ được đặc tính cơ của động cơ điện bằng thí nghiệm;
+ Lắp đặt và vận hành các mạch khởi động, điều chỉnh tốc độ, mạch hãm
động cơ điện;
+ Tính chọn công suất động cơ phù hợp với phụ tải;
+ Nhận dạng các thiết bị điều khiển truyền động;
+ Khởi động mềm, dừng mềm, hãm động cơ;
+ Đặt chế độ làm việc, đạt tham số cho biến tần;
+ Xử lý các lỗi trong các bộ điều khiển truyền động.

9


BÀI 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Mục tiêu:
Kiến thức:
­ Trình bày khái niệm, đặc điểm, ý nghĩa của hệ truyền động điện;
­ Giải thích cấu trúc chung và phân loại hệ truyền động điện;
­ Tính toán qui đổi mômen cản, lực cản, mômen quán tính về trục động cơ;
­ Xây dựng phương trình chuyển động của hệ truyền động điện.
Kỹ năng:
­ Nhận dạng được các khâu cơ khí cơ bản của hệ truyền động điện;
­ Phân biệt được các trạng thái làm việc của hệ truyền động điện.
Thái độ:
­ Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, lắng nghe, ghi chép đầy đủ.
Nội dung
A. LÝ THUYẾT
1. Cấu trúc chung của hệ thống TĐĐ
1.1. Định nghĩa hệ TĐĐ
* Khái niệm về hệ thống truyền động điện:

Hệ thống truyền động điện là tập hợp các thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị từ,
thiết bị điện tử phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện ­ cơ cũng như gia công
truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó.
* Cấu trúc chung của một hệ thống truyền động điện
Lưới
BBĐ

Đ

TBL

M

ĐK

Lệnh đặt

Hình 1.1. Cấu trúc chung của một hệ thống truyền động điện
Tuy nhiên trong thực tế không phải hệ thống truyền động điện nào cũng có
đầy đủ cấu trúc như hình 1.1
­ Trong hệ thống truyền động điện gồm có 2 phần: phần điện và phần cơ khí.
a. Phần điện
+ BBĐ: là bộ biến đổi biến điện năng từ lưới công nghiệp có tần số và điện
áp cố định thành dạng (điện) cần thiết với những thông số yêu cầu để cấp cho
động cơ. Thường là bộ biến đổi máy điện (máy phát 1 chiều, xoay chiều), bộ biến
đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bão hoà), bộ biến đổi điện tử (chỉnh lưu
thyristor, biến tần transisto).
+ Đ: là động cơ điện là đối tượng điều khiển của truyền động điện, nó có thể
là:
10

o Động cơ điện một chiều: động cơ điện một chiều kích từ độc lập, động cơ điện
một chiều kích từ song song, động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, động cơ
điện một chiều kích từ hỗn hợp.
o Động cơ điện xoay chiều: động cơ không đồng bộ, động cơ đồng bộ.
Ngoài ra còn có thể sử dụng một số loại động cơ đặc biệt khác.
+ ĐK: là bộ điều khiển. Gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số
và công nghệ, ngoài ra còn có các thiết bị điều khiển đóng, cắt phục vụ công
nghệ và cho người vận hành. Một số hệ điều khiển tự động có mạch ghép nối với
các thiết bị tự động khác trong dây truyền sản xuất.
b. Phần cơ khí
+ TBL: khâu truyền và biến lực có nhiệm vụ là truyền năng lượng được cấp
cho bộ phận làm việc của máy như: hộp số, thanh răng – bánh răng, đai truyền..
+ M: máy sản xuất, đó là các bộ phận chuyển động của máy.
* Nguyên lý chung
Điện năng của lưới điện công nghiệp có tần số và điện áp cố định được bộ
biến đổi biến thành dạng nguồn điện phù hợp với các thông số yêu cầu để cấp
cho động cơ, động cơ biến điện năng thành cơ năng rồi qua khâu truyền lực TBL
năng lượng được cấp cho bộ phận làm việc của máy sản xuất. Để điều khiển máy
theo yêu cầu công nghệ người ta sử dụng bộ điều khiển.
1.2. Phân loại hệ TĐĐ
Truyền động điện có rất nhiều loại, có thể phân loại chúng bằng nhiều cách
khác nhau:
a. Phân loại theo loại động cơ sử dụng trong hệ
­ Truyền động một chiều: sử dụng động cơ điện một chiều.
­ Truyền động xoay chiều: có 2 loại
+ Truyền động đồng bộ: sử dụng động cơ đồng bộ.
+ Truyền động không đồng bộ: sử dụng động cơ không đồng bộ.
­ Truyền động bước: sử dụng động cơ bước.

­ Truyền động đặc biệt: sử dụng các loại động cơ đặc biệt khác.
b. Phân loại dựa vào mức độ tự động hoá
­ Truyền động không điều chỉnh: động cơ chỉ làm việc ở một cấp tốc độ đặt.
­ Truyền động điều chỉnh: động cơ được điều chỉnh và làm việc ở nhiều cấp
tốc độ khác nhau.
­ Truyền động bán tự động ứng dụng nguyên tắc điều khiển vòng hở.
­ Truyền động tự động: ứng dụng các phương pháp điều khiển vòng kín.
c. Phân loại theo chiều quay của động cơ
­ Hệ truyền động đảo chiều: động cơ làm việc ở cả hai chiều quay.
­ Hệ truyền động không đảo chiều: động cơ chỉ quay được một chiều.
1.3. Phương trình chuyển động
1.3.1. Đặt vấn đề
Khi nghiên cứu hệ thống truyền động điện, người ta thường quan tâm đến các
thông số sau:
+ Mômen (lực) gây chuyển động Mđ(M); Fđ(F);
+ Mômen (lực)cản lại chuyển động MC(FC);
+ Tốc độ chuyển động ω, v;
+ Thời gian chuyển động t.
Bốn thông số này liên quan với nhau bởi phương trình chuyển động của hệ thống
truyền động điện, đó là những phương trình cân bằng lực hoặc cân bằng mômen
11


của toàn hệ.
1.3.2. Phương trình chuyển động tịnh tiến
Giả thiết một vật có khối lượng m chuyển động với vận tốc v trong thời gian t
mv 2
nó sẽ có động năng: A 
2
Và sinh ra một công suất động trong hệ thống:

dA
dv v 2 dm
(1­1)
Pdg 
 m.v. 
dt
dt 2 dt
Khi xem xét chuyển động này trong hệ thống truyền động điện và gọi Pđ là công
suất do động cơ điện sinh ra, PC là công suất cản của máy sản xuất:
 Pđg= Pđ ­PC
(1­2)
2
dv v dm
Cân bằng (1­1) và (1­2)  Pd  PC  m.v. 
dt 2 dt
Trong thực tế, đa số các hệ thống truyền động điện có khối lượng m =const
dv
 Pd  PC  m.v.
(1­3)
dt
(1­3) là phương trình chuyển động cơ bản của hệ thống truyền động điện chuyển
động tịnh tiến.
1.3.3. Phương trình chuyển động quay
Giả thiết một vật có khối lượng m chuyển động quay với vận tốc , vật này
có mômen quán tính J, khi đó động năng tích luỹ của vật quay là W  J

2

2
Công suất động sinh ra:

dW
d  2 dJ
Pdg 
 J

dt
dt
2 dt
d  2 dJ
Pdg  Pd  PC  J 

dt
2 dt
Pđ: công suất gây chuyển động của động cơ.
Pc: công suất cản của máy sản xuất.
Do chuyển động quay có mômen quán tính J = const
d
 Pd  PC  J 
(1­4)
dt
Biểu thức (1­4) là phương trình chuyển động cơ bản của hệ thống truyền động
điện chuyển động quay.
Khi sử dụng ta thường chuyển (1­3), (1­4) (chia cả hai vế cho , v)

dv
dt
d
(1  4)  M d  M c  J
dt
(1  3)  Fd  Fc  m

FC: lực cản của cơ cấu chuyển động tịnh tiến; Fđ: lực động cơ; MC: mômen cản
của cơ cấu chuyển động quay; Mđ: mômen động cơ;
Nhận xét:
12


­ Dấu của Mđ được xác định: chọn chiều quay của động cơ và gọi đó là chiều
quay thuận của động cơ. Nếu Mđ cùng chiều với chiều quay thuận thì trong
phương trình trước nó có dấu dương, ngược lại thì có dấu âm.
­ Dấu của MC được xác định: nếu ngược chiều với chiều quay thuận thì trong
phương trình chuyển động lấy dấu dương, ngược lại nếu cùng chiều với chiều
quay thuận thì lấy dấu âm.
­ Căn cứ vào phương trình chuyển động cơ bản ta đánh giá trạng thái
làm việc của hệ thống.
1.4. Mômen cản phản kháng
Là mômen cản có chiều tác dụng thay đổi khi chuyển động đảo chiều quay,
luôn có xu hướng chống lại chuyển động do động cơ gây ra.
Trong thực tế đa số máy sản xuất có mômen cản mang tính chất này, ví dụ
như mômen ma sát, mômen của cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại.v.v..

Hình1.2a Biểu diễn mô men
cản có tính chất thế năng, Mc
có giá trị không đổi.

Hình 1.2b Biểu diễn mô men
cản có tính chất phản kháng,
Mc có giá trị không đổi.

1.5. Mômen cản thế năng

Là mômen cản có chiều tác dụng không đổi khi chuyển động đảo chiều quay,
lúc có xu hướng chống lại lúc thì hỗ trợ cho chuyển động của trục quay động cơ.
Trong thực tế, những bộ phận chuyển động của một số cơ cấu sản xuất trong quá
trình làm việc là tịnh tiến và thay đổi độ cao thường có tính chất này. Ví dụ như
mômen cản trên trục của hệ thống nâng hạ của cầu trục, cần trục v.v...
2. Cơ học truyền động điện
2.1. Các khâu cơ khí của truyền động điện, tính toán qui đổi các đại lượng về
trục động cơ
t, 
* Cấu trúc Jđ , đ, Mđ Jqt , Mqt
(2)
điển hình của
(3)
(1)
Mt , t , Jt
hệ thống truyền
(2)
động điện
(3)
(4)
v, F, m

(5)

Hình 1.3 Cấu trúc điển hình của hệ thống

G

13

Trong đó:
1­ Động cơ điện; 2­ Khớp nối; 3­ Hộp biến tốc:  vào =  đ; ra =  t; 4­ Tang
trống để quấn cáp; 5­Tải.
Vậy:
­ Phần cơ khí của hệ thống là từ trục động cơ và các bộ phận của máy sản
xuất (2,3,4,5);
­ Quá trình truyền năng lượng cơ từ trục động cơ đến bộ phận cuối cùng của
máy sản xuất sinh ra tổn hao năng lượng, đặc trưng bằng hiệu suất η;
­ Các bộ phận cơ khí của hệ thống truyền động điện được coi là phần tử cứng
tuyệt đối. Do vậy quá trình truyền lực từ bộ phận cơ khí này sang bộ phận cơ khí
khác không bị biến dạng;
­ Thay thế toàn bộ các khâu cơ khí bằng mẫu
cơ học đơn khối như hình vẽ:
+ MCqđ: mômen cản qui đổi về trục động cơ.
+ Jqđ: mômen quán tính qui đổi về trục động
cơ.
+ Mđ,  đ: Mômen quán tính và tốc độ quay
Mđ
đ
MCqđ
của động cơ.
* Mục đích của việc tính quy đổi:
Trong sơ đồ động học trên ta thấy: động cơ, các bánh răng, tang quay có
chuyển động quay với các tốc độ khác nhau, có mômen quán tính J khác nhau, có
mômen quay khác nhau. Các mômen và các lực tác dụng vào hệ thống cơ tại
những điểm đặt khác nhau. Vì vậy muốn tính chọn được công suất của động cơ
cần viết phương trình cân bằng lực hay cân bằng mômen của toàn hệ. Khảo sát
sự chuyển động, các trạng thái làm việc trên các phần cơ khí của của hệ thì ta
phải tính quy đổi tất cả các đại lượng cơ học như mômen, lực, mômen quán tính

J, khối quán tính m của các phần tử cơ khí trong toàn hệ về trục động cơ.
2.1.1 Qui đổi mômen cản MC, lực cản FC về trục động cơ
Nguyên tắc của tính toán qui đổi là đảm bảo năng lượng của hệ trước và sau
khi qui đổi không thay đổi hay công suất không đổi.
a. Quy đổi mômen cản MC về trục động cơ
Giả thiết tang trống có mômen là Mt, tốc độ góc  t, hộp tốc độ có hiệu suất
, tỉ số truyền i, động cơ có tốc độ góc  đ
Pt = t.Mt; PC = MC. đ.
Theo định luật bảo toàn năng lượng:
M . M
Mt.t = MC. đ.  M C  t t  t
d .
i.
Với

d
 i là tỉ số truyền.
t

MC 

Mt
với MC: là mômen cản tĩnh của tang quay đã qui đổi về trục động
 .i

cơ.
b. Qui đổi lực cản FC về trục động cơ
14

Giả thiết trọng tải G sinh ra lực FC và vận tốc chuyển động tịnh tiến là v.
Tính qui đổi FC về trục động cơ.
Điều kiện là giữ công suất của tải trọng không thay đổi:
F .v F .
MC  C t  C
Từ: Pt = FC.vt và PC = MC đ. 
d .

v
Với t   là bán kính qui đổi. Vậy Mômen cản do tải trọng sinh ra qui đổi về

d

trục động cơ là:

MC 

Fc





2.1.2 Tính qui đổi tất cả mômen quán tính về trục động cơ
Giả sử: động cơ có mômen quán tính Jđ, hộp biến tốc có K bánh răng mỗi
bánh răng của nó có mômen quán tính J1, J2, J3.... Jk và mỗi bánh răng quay với
tốc độ  1, 2, 3.....k. Tang quay có mômen quán tính Jt, tốc độ góc  t, tải
trọng có khối quán tính m, tốc độ chuyển động v.
1
1

W  J t .t2 và Wqd  J qd .d2
Từ
2
2
2

J
 J qd  J t . t2  2t
d i
2.2. Đặc tính cơ của máy sản xuất, động cơ
2.2.1 Đặc tính cơ của máy sản xuất.
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng nhưng phần lớn chúng đều có thể
biểu diễn bằng biểu thức tổng quát sau:
MC = MC0 + (MCđm ­ MC0)(

c x
)
cdm

Trong đó:
MC: mômen cản trên trục của máy sản xuất ứng với tốc độ  C.
MC0: mômen cản của máy sản xuất khi không quay ( C = 0).
MCđm: mômen cản định mức là mômen trên trục của máy sản xuất ứng với tốc
độ góc định mức.
x: những số tự nhiên đặc trưng cho từng dạng đặc tính cơ của máy sản xuất
x = { 0, 1, ­1, +2}

(1) ứng với: x = 0; Mc = const  Mc
(1) (2)
= Mcđm   c = 0.

(3)
+ Các cơ cấu nâng hạ hàng
(tời,cần trục, cần trục).
+ Truyền động ăn dao của máy đm
cắt gọt kim loại.
(2) Ứng với: x = 1 Mômen tỷ lệ bậc
(4)
nhất với tốc độ  c = const > 0. Trog
thực tế rất ít gặp.
0
MC0 Mđm
M
+Là mômen cản trên trục của
máy phát điện một chiều kích từ độc
Hình 1.4 Đặc tính cơ của một số loại
lập khi làm việc với phụ tải thuần trở.
máy sản xuất

15


+Mômen cản do ma sát trượt sinh ra.
(3) Ứng với: x = 2, MC tỷ lệ bậc hai với tốc độ,  C biến đổi và dương, mômen phụ
tải của quạt gió của máy bơm ly tâm.
(4) Ứng với x = ­1, MC tỷ lệ nghịch với tốc độ, C biến đổi và âm
+Mômen của truyền động chính của máy tiện, phay, khoan;
+Mômen cản do ma sát nhớt sinh ra.
Ngoài ra, một số cơ cấu của máy có đặc tính khác, ví dụ:
­ Mômen phụ thuộc vào góc quay Mc = f() hoặc mômen phụ thuộc vào
đường đi Mc = f(s), trong thực tế các máy công tác có pittông, các máy trục

không có cáp cân bằng có đặc tính thuộc loại này.
­ Mômen phụ thuộc vào số vòng quay và đường đi Mc = f(, s) như các loại
xe điện.
­ Mômen phụ thuộc vào thời gian Mc = f(t), ví dụ như máy nghiền đá, quặng.
2.2.2 Đặc tính cơ của động cơ
a. Khái niệm
­ Đặc tính cơ của động cơ điện: là quan hệ giữa tốc độ quay trên trục động cơ và
mômen trên trục động cơ
 = f(M)
Hay M = ()
n = f(M)
M =  (n)
­ Đặc tính cơ điện của động cơ: là quan hệ giữa tốc độ quay trên trục động cơ
với dòng điện trong mạch động lực (dòng điện này tỷ lệ với phụ tải, khi tải thay
đổi thì dòng cũng thay đổi). Nó cho phép ta biết được các giá trị dòng điện trong
quá trình làm việc của hệ thống từ đó tính toán được các thiết bị đo lường, bảo
vệ.
b. Phân loại
­ Đặc tính cơ tĩnh: là biểu thị mối quan hệ  = f(M) ở những điểm làm việc xác
d
 0 ) của hệ thống truyền động điện.
lập (
dt
Mục đích:
+ Dùng đánh giá chất lượng tĩnh hệ thống;
+ Xác định điều kiện đầu (bờ) của quá trình quá độ.
­ Đặc tính cơ động:  = f(M) ở những trạng thái không xác lập của hệ thống
truyền động điện.
Mục đích: đánh giá chất lượng động của hệ thống.
­ Đặc tính cơ tự nhiên:  = f(M) với điều kiện:

+ Điện áp nguồn, tần số định mức. (thông số nguồn là định mức)
+ Sơ đồ đấu dây bình thường. (theo nhà chế tạo động cơ)
+ Không nối thêm điện trở và điện kháng. (các phần tử phụ bên ngoài)
+ Điểm làm việc định mức: Mđm,  đm
­ Đặc tính cơ nhân tạo:  = f(M) có được khi thay đổi các thông số của nguồn,
hoặc thay đổi các thông số của động cơ, hoặc thay đổi cách đấu dây, hoặc dùng
thêm các phần tử phụ.
c. Độ cứng đặc tính cơ
Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm độ cứng
đặc tính cơ . Nó cho ta biết mức độ thay đổi của tốc độ khi mômen thay đổi.
Định nghĩa
16


Độ cứng đặc tính cơ biểu thị mức độ thay đổi tốc độ trong phạm vi phụ tải
thay đổi cho phép.
dM


­ độ cứng đặc tính cơ của động
d
cơ.
dMc
c 
­ độ cứng đặc tính cơ của
d c
máy sản xuất.

Vậy khi phụ tải thay đổi trong phạm vi
cho phép nếu tốc độ  thay đổi ít thì người ta

nói rằng đặc tính cơ đó có độ cứng lớn. 0 Hình 1.5 Xác định độ cứng M
Ngược lại thì người ta gọi đặc tính cơ đó
của đặc tính cơ bằng đồ thị
mềm.
Hệ thống truyền động điện trong phạm vi làm việc mong muốn đường đặc
tính cơ  lớn (cứng) để tốc độ động cơ ổn định.
Cách xác định độ cứng
Để xác định độ cứng đặc tính cơ có 2 cách:
Cách 1: Bằng đồ thị;
Cách 2: Giải tích khi có phương trình đặc tính cơ.
Ta đi vào phương pháp cụ thể là xác định độ cứng đặc tính cơ bằng đồ thị:
Tại điểm A bất kỳ kẻ tiếp tuyến với điểm đó, tiếp tuyến kéo dài cắt trục tung
(trục tốc độ) tạo thành góc  với quy ước chiều dương ngược chiều kim đồng
hồ.

Vậy:  = tg
a
(1)
d. Đặc tính cơ của một số động cơ
thông dụng
o
(2)
+ Đường đặc tính cơ của động
cơ đồng bộ là đường thẳng nằm
b
ngang (1):
(4)
(3)
 = tg =  đặc tính cơ là
cứng tuyệt đối

(2) là đường đặc tính cơ của
động cơ điện một chiều kích từ độc
lập, ta thấy  không đổi và 2 >


2

 tg2 < 0

(3) là đường đặc tính của động
cơ điện một chiều kích từ nối tiếp,
đặc tính cơ dạng đường cong

 3 >

0

M

Hình 1.6 Đặc tính cơ của một số động cơ



 tg3 < 0   = var
2
Đối với động cơ không đồng bộ đặc tính cơ có dạng như hình (4) ta thấy 
biến đổi cả về dấu và trị số. Theo dấu của  người ta chia ra thành hai đoạn cơ
bản: đoạn ab có  âm gọi là đoạn làm việc, và đoạn bc có  dương gọi là đoạn
không làm việc.
2.3. Các trạng thái làm việc xác lập của hệ truyền động điện

17


Trong hệ thống truyền động điện bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng
lượng điện ­ cơ. Chính quá trình biến đổi năng lượng này quyết định trạng thái
làm việc của truyền động điện. Ta định nghĩa dòng công suất điện có giá trị
dương nếu như có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi
công suất điện thành công suất cơ Pcơ=M. cấp cho máy sản xuất.
Công suất cơ này có giá trị dương nếu như mômen động cơ sinh ra có
chiều cùng chiều với tốc độ quay. Ngược lại công suất có giá trị âm nếu nó có
chiều từ động cơ về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản
xuất về động cơ và mômen sinh ra ngược chiều với tốc độ quay.
Mômen của máy sản suất được gọi là mômen phụ tải hay mômen cản. Nó
được định nghĩa dấu (­) và dấu (+) ngược lại với dấu mômen của động cơ.
Phương trình cân bằng công suất của hệ truyền động là:
PĐ= PC + P
Trong đó: PĐ: công suất điện, PC: công suất cơ, P: tổn thất công suất.
Tuỳ thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc của
động cơ gồm: trạng thái động cơ và trạng thái hãm.
­ Trạng thái động cơ bao gồm chế độ có tải và không tải;
­ Trạng thái hãm bao gồm trạng thái hãm không tải, hãm tái sinh, hãm ngược, và
hãm động năng:
+ Hãm tái sinh: PĐ < 0; PC <0, cơ năng biến thành điện năng trả về lưới;
+ Hãm ngược: PĐ > 0; PC <0, điện năng và cơ năng biến đổi thành mômen
hãm động cơ;
+ Hãm động năng: PĐ = 0; PC < 0; năng lượng biến thành công suất tổn thất
P dưới dạng điện, nhiệt.
Biểu đồ
công suất
PĐ

PĐ

PC

P

Trạng thái làm việc

>0

=0

= PĐ

Động cơ không tải

>0

>0

= PĐ­

Có tải

P

PĐ
PC

PC

P

PC

=0

<0

= PC

Hãm không tải

<0

<0

= PC ­

Hãm tái sinh

P

PĐ
PC
P

PĐ

18


PĐ
PC

>0

<0

PC

Hãm ngược

=PC

Hãm động năng

PĐ

P

P

= PC +

=0

<0

2.3.1 Khái niệm về trạng thái làm việc xác lập
Từ phương trình chuyển động: MĐ ­ MC = J

dω
, hệ thống làm việc xác lập
dt

d
 0   = xl = const.
dt
Quá trình này có thể bị phá vỡ do nhiều nguyên nhân: điện áp lưới thay đổi,
các thông số của hệ thống truyền động điện biến thiên, khi gia công kim loại gặp
một chất liệu cứng hơn mômen tải thay đổi...
Theo quy ước về dấu của các mômen trong phương trình chuyển động thì ở
mômen động cơ cùng chiều với tốc độ còn mômen cản ngược chiều với tốc độ vì
vậy ta có thể biểu diễn trên cùng một hệ trục tọa độ. (để cho gọn ta ký hiệu
mômen động cơ và tốc độ động cơ: M,  )
Điều kiện ổn định của truyền động điện:
Ổn định của hệ thống truyền động điện rất quan trọng nó ứng với điểm làm
việc xác lập của hệ thống (M = Mc) trong quá trình làm việc do nhiều nguyên
nhân chủ quan và khách quan điểm làm việc xác lập bị phá vỡ. Nếu hệ thống
truyền động điện sau một thời gian tự trở về được điểm ổn định ta nói hệ thống
đó làm việc ổn định. Nếu không quay trở về được ta nói hệ thống làm việc không
ổn định và người ta chia ra quá trình mất ổn định làm 2 loại:
+ Loại thứ nhất có mức độ diễn biến nhanh nên bắt buộc phải xét đến quán
tính điện từ và cơ học của hệ. Độ ổn định tương ứng với loại này gọi là ổn định
động.
+ Loại thứ 2 có mức độ diễn biến chậm đến mức có thể bỏ qua quán tính điện
từ và cơ học, nghĩa là chỉ cần quan tâm đến trạng thái đầu và trạng thái cuối của
quá trình. Độ ổn định tương ứng với loại này gọi là độ ổn định tĩnh của hệ thống

truyền động điện.

Tiêu chuẩn ổn định tĩnh phát biểu:
Điều kiện cần và đủ để một trạng thái
o
B
c=f(Mc)
xác lập của hệ thống truyền động điện ổn xlB
A
)
định là gia số tốc độ (đặc trưng cho hiện xlA
=f(M)
tượng mất cân bằng) và mômen động xuất
hiện khi đó phải ngược dấu nhau:
M dg
M
<0
M

c
Mđ
Có nghĩa là:  > 0  Mđg < 0
M
 < 0  Mđg > 0
Hình 1.7 Điểm làm việc xác lập
d
Mà
Mdg= M ­ Mc = J
dt
khi MĐ ­ MC = 0 

19


Giả sử hệ thống truyền động điện có đặc tính cơ như hình 1.7.
Để xét ổn định tĩnh của hệ thống truyền động điện ta có thể dựa vào đặc tính cơ
của động cơ và đặc tính cơ của phụ tải. Trên hình 1.7, A là điểm làm việc xác lập
với xlA, giả sử vì một lý do nào đó hệ tăng tốc lên điểm B:  = xlB ­ xlA > 0
 Mđg < 0, tương tự như vậy khi giảm tốc  < 0  Mđg > 0, hệ thống truyền
động điện ổn định tại A.
Một cách gần đúng, khi gia số tốc độ đủ nhỏ có thể coi đặc tính cơ của động
cơ và của phụ tải là thẳng, nghĩa là thay các đặc tính cơ bằng các tiếp tuyến của
chúng tại điểm xác lập. Các tiếp tuyến này tạo với trục  theo chiều dương các
góc .





c= f(Mc)

c= f(Mc)
3
1

= f(M)

= f(M)
2

0

Mc

4

M

0

c= f(Mc)
c

M

Hình 1.8 Điểm làm việc ổn định và không ổn định
Với giả thiết trên ta có: M = .; Mc = . ; Mđg = ( ­ c).
M
 đg     c  0     c

Vậy để hệ thống làm việc ổn định thì độ cứng của động cơ phải nhỏ hơn độ cứng
của máy sản xuất.
Trên hình 1.8 ta thấy:
Tại 1:
c = tg00 = 0
  <  c  là điểm làm việc ổn định
 = tg < 0
Tại 2:
c = tg00 = 0
  >  c  là điểm làm việc không ổn định

Tại 3:
Tại 4:

 = tg > 0
c = tgc > 0
 = tg < 0
c = tgc > 0

  < c  là điểm làm việc ổn định
  < c  là điểm làm việc ổn định

 = tg > 0
2.3.2 Trạng thái động cơ và trạng thái máy phát
a. Trạng thái động cơ
Trạng thái mômen của động cơ cùng chiều với tốc độ nghĩa là M. > 0. Ở trạng
thái này điện năng từ lưới qua động cơ sẽ biến thành cơ năng đưa ra trục động cơ.
Nếu biểu diễn trên hệ tọa độ [M,  ] thì chế độ động cơ được biểu diễn ở góc
phần tư thứ I và thứ III.
b. Trạng thái máy phát
20



(II) Trạng thái máy phát ở
chiều quay thuận

(I) Trạng thái động cơ quay
thuận

M.  < 0
M <0 ; > 0

M.  > 0
M >0 ; > 0

0
(III) Trạng thái động cơ
quay ngược
M.  > 0
M <0 ; < 0

M
(IV) Trạng thái máy phát ở
chiều quay ngược
M.  < 0
M >0; < 0

Hình 1.9 Các trạng thái làm việc của máy điện

Trạng thái máy phát của động cơ là trạng thái mà mômen quay của động cơ
ngược chiều với tốc độ nghĩa là M.  < 0. Ở trạng thái này động cơ sẽ làm việc
như một máy phát, mômen hãm sinh ra do quá trình biến đổi năng lượng từ cơ ra
điện và đóng vai trò là mômen hãm Mhãm. Điểm làm việc được biểu diễn trên đồ
thị ở góc phần tư thứ II và thứ IV.
B. THẢO LUẬN NHÓM
Phân tích một số hệ truyền động trong thực tế để phân loại và hiểu tính chất
của tải trong TĐĐ.
C. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ:
Mục tiêu

Nội dung
Điểm
­ Trình bày khái niệm, đặc điểm, ý nghĩa của hệ truyền
động điện.
­ Giải thích cấu trúc chung và phân loại hệ truyền động
điện.
Kiến thức
5
­ Tính toán qui đổi mômen cản, lực cản, mômen quán tính
về trục động cơ.
­ Xây dựng phương trình chuyển động của hệ truyền động
điện.
­ Nhận dạng được các khâu cơ khí cơ bản của hệ truyền
động điện.
Kỹ năng
3
­ Phân biệt được các trạng thái làm việc của hệ truyền
động điện.
­ Cẩn thận, lắng nghe, ghi chép đầy đủ
Thái độ
2
Tổng
10
D. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
21


1. Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống truyền động điện là gì?
2. Phân loại máy sản xuất và cơ cấu công tác theo đặc tính cơ?
3. Hệ thống truyền động điện gồm các phần tử và các khâu nào? Lấy ví dụ

minh họa ở một máy sản xuất trong thực tế?
4. Mômen cản là gì? Đơn vị đo lường của nó? Công thức quy đổi mômen cản
từ trục của cơ cấu công tác về trục động cơ?
5. Mômen quán tính là gì? Đơn vị đo lường của nó? Công thức tính quy đổi
mômen quán tính về trục động?
6. Thế nào là mômen cản thế năng? Đặc điểm của nó thể hiện trên đồ thị theo
tốc độ? Lấy ví dụ một cơ cấu có mômen cản thế năng.
7. Thế nào là mômen cản phản kháng? Lấy ví dụ một cơ cấu có mômen cản
phản kháng.
8. Định nghĩa đặc tính cơ của máy sản xuất. Phương trình tổng quát của nó
và giải tích các đại lượng trong phương trình?
9. Hãy vẽ dạng đặc tính cơ của các máy sản xuất sau: truyền động chính máy
tiện; cơ cấu nâng hạ cầu trục, truyền động bàn máy bào, máy bơm ly tâm.
10. Viết phương trình chuyển động cho hệ truyền động điện có phần cơ dạng
mẫu cơ học đơn khối và giải thích các đại lượng trong phương trình?
11. Dùng phương trình chuyển động để phân tích các trạng thái làm việc của
hệ thống truyền động tương ứng với dấu của các đại lượng M và Mc?
12. Định nghĩa đặc tính cơ của động cơ điện?
13. Định nghĩa độ cứng đặc tính cơ? Có thể xác định độ cứng đặc tính cơ
theo những cách nào?
14. Phân biệt các trạng thái động cơ và các trạng thái hãm của động cơ điện
bằng những dấu hiệu nào? Lấy ví dụ thực tế về trạng thái hãm của động cơ trên
một cơ cấu thực tế?
15. Chiều của dòng năng lượng sẽ như thế nào khi động cơ trong hệ TĐĐ
làm việc ở trạng thái động cơ?
16. Chiều của dòng năng lượng sẽ như thế nào khi động cơ trong hệ TĐĐ
làm việc ở trạng thái máy phát?
17. Điều kiện ổn định hệ tĩnh của hệ TĐĐ là gì? Phân tích một điểm làm việc
xác lập ổn định tĩnh trên tọa độ [M, ω] và [Mc, ω].

22


BÀI 2: CÁC ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC
CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Mục tiêu:
Kiến thức:
­ Xây dựng đặc tính cơ của các động cơ điện một chiều (DC), động cơ điện
không đồng bộ, động cơ điện đồng bộ.
Kỹ năng:
­ Phân tích được các trạng thái làm việc của các loại động cơ;
­ So sánh được đặc tính của các loại động cơ, phạm vi ứng dụng của các
động cơ dùng trong truyền động điện.
Thái độ:
­ Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, lắng nghe, ghi chép đầy đủ.
Nội dung
A. LÝ THUYẾT
1. Đặc tính của động cơ điện một chiều, các trạng thái khởi động và hãm
Như trong bài 1 đã nêu, quan hệ giữa tốc độ và mômen của động cơ gọi là
đặc tính cơ của động cơ:  = f(M) hoặc n = f(M).
Quan hệ giữa tốc độ và mômen của máy sản xuất gọi là đặc tính cơ của máy
sản xuất  c = f(Mc) hoặc nc = f(Mc).
Các đặc tính cơ có thể biểu diễn ở dạng hàm ngược, ví dụ M = f( ) hay M =
f(n).
Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ một chiều người ta còn sử dụng đặc tính
cơ điện. Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch
động lực của động cơ:  = f(I) hoặc n = f(I).
Trong các biểu thức trên: ­  : tốc độ góc, rad/s;
­ n: tốc độ quay, v/ph;
­ M: mômen, Nm.

Trong nhiều trường hợp, để đơn giản trong tính toán hoặc dễ dàng so sánh,
đánh giá chế độ làm việc của truyền động điện, người ta có thể dùng hệ đơn vị
tương đối.
Muốn biểu diễn một đại lượng nào đó dưới dạng đơn vị tương đối ta lấy trị
số của nó chia cho trị số cơ bản của đại lượng đó. Các đại lượng cơ bản thường
được chọn: Uđm, Iđm, đm, Mđm, đm, Rcb.
Với đại lượng tương đối ta dùng ký hiệu “*” ví dụ điện áp tương đối là U*,
mômen tương đối là M*. Các thông số có thể tính được trong hệ đơn vị tương đối
như sau:
U* 

U
U
hoặc U * % 
100%
U dm
U dm

Tương tự các thông số:
I* 

I
I dm

; M* 

M

R



; * 
; R* 
; * 
; hoặc  * 
M dm
dm
Rcb
dm
0

Việc chọn các đại lượng cơ bản là tùy ý, sao cho các biểu thức tính toán được
thuận tiện như:
23


­ Tốc độ cơ bản của động cơ một chiều kích từ độc lập và kích từ hỗn hợp và
tốc độ không tải lý tưởng  o, tốc độ cơ bản của động cơ không đồng bộ và động
cơ đồng bộ là tốc độ đồng bộ 1. Còn đối với động cơ kích từ nối tiếp tốc độ cơ
bản là đm.
­ Trị số điện trở cơ bản là Rcb
Với các động cơ một chiều: Rcb 

U dm
I dm

Với các động cơ không đồng bộ thông thường điện kháng định mức ở mỗi pha
của rôto rất nhỏ so với tổng trở định mức nên ta có thể coi gần đúng là:
R2cb =

E2 nm
3.I 2 dm

Trong đó: ­ E2đm: sức điện động ngắn mạch của rôto;
­ I2đm: dòng điện định mức ở mỗi pha rôto.
Nếu mạch rôto đấu tam giác thì điện trở định mức mỗi pha của rôto là:
R2cb =

1
R2cbY
2

1.1 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
1.1.1 Sơ đồ và đặc điểm
Khi nguồn điện một chiều có công suất lớn hơn nhiều lần công suất của động
cơ và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần
ứng, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ song song.
Khi nguồn điện một chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện phần ứng và

mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau, lúc này động cơ được
gọi là động cơ một chiều kích từ độc lập.
1.1.2 Phương trình đặc tính cơ
Khi động cơ làm việc, rôto mang cuộn dây phần ứng quay trong từ trường
của cuộn cảm (cuộn kích từ) nên trong cuộn ứng xuất hiện một sức điện động
cảm ứng có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Theo sơ đồ
nguyên lý trên hình 2.1 và hình 2.2, có thể viết phương trình cân bằng điện áp
của mạch phần ứng (rôto) như sau:
Uư = Eu + (Ru + Rp).Iu
(2.1)
Trong đó: ­ Uu: sức điện động phần ứng động cơ (V);

­ Ru: điện trở phần ứng động cơ();
24


­ Rp: điện trở phụ mạch phần ứng ();
­ Iu: dòng điện phần ứng động cơ (A).
Ru = ru + rct + rcb + rcp
­ ru: 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.
* Phương trình đặc tính cơ điện:
Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của rôto:
Eu =

pN
  K
2a

(2.2)

(2.3)

­ : từ thông qua mỗi cực từ (Wb);
­ p: số đôi cực từ chính;
­ N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng;
­ a: số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng;
­  : tốc độ góc của động cơ (rad/s).
pN
2a

Đặt K =

là hệ số kết cấu của động cơ.

Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì:
Eu = Ke..n
(2.4)
2n
n

Và  
(2.5)
60

Vì vậy:

9,55
pN
n
Eu =
60a

(2.6)

pN
­ hệ số sức điện động của động cơ,
60a
K
 0,155K

Ke =
(2.7)
9,55
R  Rf
U
I u (2.8), là phương trình đặc tính cơ điện của động
Vậy ta có:   u  u
K
K

Ke =

cơ
* Phương trình đặc tính cơ:
Mômen điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi: Mđt = K..Iu
Suy ra:

Iu =

M dt
K

Thay giá trị Iu vào (2.8) ta được:


U u Ru  R f

M dt
K
( K ) 2

(2.9)

Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng
mômen điện từ, ta ký hiệu là M, nghĩa là Mđt = Mcơ = M


U u Ru  R f

M
K
( K ) 2

(2.10)

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Đồ
thị của chúng được biểu diễn trên hình 2.3 là những đường thẳng. Theo các đồ thị
trên, khi Iu = 0 hoặc M = 0 ta có:
25