Giáo Trình Truyền động điện Tự động - ThS. Khương Công Minh

ThS. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

ThS. khơng công minh
bộ môn: tự động - đo lờng - khoa điện
trờng đại học bách khoa đà nẵng

giáo trình

truyền động điện
tự động

(Lu hành nội bộ)
Đà nẵng 2005


ThS. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Chơng 1:

lời nói đầu
Để phục vụ kịp thời cho việc học tập và giảng dạy của sinh viên
và giáo viên khoa Điện trờng Đại học Bách khoa Đà nẵng cũng nh
sinh viên các trung tâm, và làm tài liệu tham khảo cho các kỹ s điện
và các ngành có liên quan, chúng tôi đà biên soạn giáo trình truyền
động điện tự động (tập1, 2). Giáo trình gồm hai phần:
Phần 1 (Tập1): Trình bày những kiến thức cơ bản về: các đặc
tính của máy sản xuất, của động cơ; các phơng pháp điều chỉnh tốc
độ động cơ, các hệ bộ biến đổi - động cơ; quá trình quá độ trong hệ
thống truyền động điện tự động; chọn công suất động cơ...
Phần 2 (Tập2): Trình bày hệ điều khiển tự động (ĐKTĐ) truyền
động điện nh: phân tích các nguyên tắc điều khiển tự động; các phần
tử điều khiển và bảo vệ; tổng hợp hệ TĐĐTĐ theo đại số logic...
Nội dung của giáo trình (Phần 1) gồm 6 chơng:
Chơng 1: Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động.
Chơng 2: Đặc tính cơ của động cơ điện.
Chơng 3: Điều chỉnh tốc độ động cơ điện theo các thông số.
Chơng 4: Điều chỉnh tốc độ hệ "Bộ biến đổi - Động cơ điện".
Chơng 5: Quá trình quá độ trong hệ thống truyền động điện.
Chơng 6: Tính chọn công suất động cơ.
Nội dung của giáo trình (Phần 2) gồm 5 chơng:
Chơng 1: Khái niệm chung về hệ thống điều khiển tự động
truyền động điện (HT ĐKTĐ TĐĐ).
Chơng 2: Những nguyên tắc điều khiển tự động.
Chơng 3: Các mạch bảo vệ và tín hiệu hóa.
Chơng 4: Phần tử điều khiển logic - số.
Chơng 5: Tổng hợp hệ ®iỊu khiĨn logic.

Kh¸i niƯm chung vỊ hƯ trun ®éng ®iƯn
tù động.

Đ 1.1. Mục đích và yêu cầu:
+ Nắm đợc cấu trúc chung của hệ thống truyền động điện tự
động (HT-TĐĐTĐ).
+ Nắm đợc đặc tính của từng loại động cơ trong các hệ thống
truyền động điện tự động cụ thể.
+ Phân tích đợc các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ và
vấn đề điều chỉnh tốc độ trong các hệ bộ biến đổi - động cơ .
+ Khảo sát đợc quá trình quá độ của HT-TĐĐTĐ với các thông
số của hệ hoặc của phụ tải.
+ Tính chọn các phơng án truyền động và nắm đợc nguyên
tắc cơ bản để chọn công suất động cơ điện.
+ Nắm đợc các nguyên tắc cơ bản điều khiển tự động HTTĐĐTĐ.
+ Phân tích và đánh giá đợc các mạch điều khiển tự động điển
hình của các máy hoặc hệ thống đà có sẵn.
+ Nắm đợc nguyên tắc làm việc của phần tử điều khiển logic.
+ Tổng hợp đợc một số mạch điều khiển logic.
+ Thiết kế đợc các mạch điều khiển tự động của các máy hoặc
hệ thống theo yêu cầu công nghệ.

Do hạn chế về thông tin cũng nh khả năng nên nội dung giáo
trình chắc chắn còn nhiều vấn đề cần hoàn thiện.
Rất mong các bạn đồng nghiệp và độc giả đóng gãp ý kiÕn. Th−
gãp ý xin gưi vỊ cho ThS. Khơng Công Minh, Giáo viên khoa điện,
Trờng đại học Bách khoa, Đại học Đà nẵng.
Tác giả

Trang 1


ThS. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Cấu trúc của hệ TĐĐ TĐ gồm 2 phần chính:

Đ 1.2. Cấu trúc và phân loại hệ thống
truyền động điện tự động (tđđ tđ)
1.2.1. Cấu trúc của hệ thống truyền động điện tự động:
* Định nghÜa hƯ thèng trun ®éng ®iƯn tù ®éng:
+ HƯ trun động điện tự động (TĐĐ TĐ) là một tổ hợp các
thiết bị điện, điện tử, v.v. phục vụ cho cho việc biến đổi điện năng
thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên các máy sản
suất, cũng nh gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá
trình biến đổi năng lợng đó theo yêu cầu công nghệ.
* Cấu trúc chung:
Phần điện

Ths. Khơng Công Minh

Phần cơ

- Phần lực (mạch lực): từ lới điện hoặc nguồn điện cung cấp
điện năng đến bộ biến đổi (BBĐ) và động cơ điện (ĐC) truyền động
cho phụ tải (MSX). Các bộ biến đổi nh: bộ biến đổi máy điện (máy
phát điện một chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), bộ biến đổi
điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà), bộ biến đổi điện tử, bán
dẫn (Chỉnh lu tiristor, bộ điều áp một chiều, biến tần transistor,
tiristor). Động cơ có các loại nh: động cơ một chiều, xoay chiều, các

loại động cơ đặc biệt.
- Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lờng,
các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều
khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và cho ngời vận hành. Đồng thời
một số hệ TĐĐ TĐ khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động
khác hoặc với máy tính điều khiển.
1.2.2. Phân loại hệ thống truyền động điện tự động:

Lới

Bbđ

msx

đc

R

Rt

k

kt

vh

gn

Hình 1-1: Mô tả cấu trúc chung của hệ TĐĐ TĐ
BBĐ: Bộ biến đổi; ĐC: Động cơ điện; MSX: Máy sản xuất; R và RT: Bộ

điều chỉnh truyền động và công nghệ; K và KT: các Bộ đóng cắt phục vụ
truyền động và công nghệ; GN: Mạch ghép nối; VH: Ngời vận hành

Trang 2

- Truyền động điện không ®iỊu chØnh: th−êng chØ cã ®éng c¬ nèi
trùc tiÕp víi lới điện, quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định.
- Truyền động có điều chỉnh: tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ
mà ta có hệ truyền động điện ®iỊu chØnh tèc ®é, hƯ trun ®éng ®iƯn
tù ®éng ®iỊu chỉnh mô men, lực kéo, và hệ truyền động điện tự động
điều chỉnh vị trí. Trong hệ này có thể là hệ truyền động điện tự động
nhiều động cơ.
- Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển mà ta có hƯ trun ®éng
®iƯn tù ®éng ®iỊu khiĨn sè, hƯ trun ®éng ®iƯn tù ®éng ®iỊu khiĨn
t−¬ng tù, hƯ trun ®éng điện tự động điều khiển theo chơng trình ...
- Theo ®Ỉc ®iĨm trun ®éng ta cã hƯ trun ®éng ®iƯn tự động
động cơ điện một chiều, động cơ điện xoay chiều, động cơ bớc, v.v.
- Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không tự động và
hệ truyền động điện tự động.
- Ngoài ra, còn có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo
chiều, hệ truyền động ®¬n, trun ®éng nhiỊu ®éng c¬, v.v.
Trang 3


ThS. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Đ 1.3. ĐặC TíNH CƠ CủA MáY SảN XUấT Và ĐộNG CƠ
1.3.1. Đặc tính cơ của máy sản xuất:

Ths. Khơng Công Minh


c

+ Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và
mômen cản của máy sản xuất: Mc = f().
+ Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn
chúng đợc biếu diễn dới dạng biểu thức tổng quát:



Mc = Mco + (M®m - Mco) ⎜⎜
⎝ ωđm ⎠

ω
d

e

ω

M'c

Mc

Mc

M

M

f

ω®m

q

M'c

(1-1)

Trong ®ã:
Mc - mômen ứng với tốc độ .
Mco - mômen ứng với tốc độ = 0.
Mđm - mômen ứng với tốc độ định mức đm
+ Ta có các trờng hợp số mũ q ứng với các tải:
Khi q = -1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tơng ứng các cơ cấu
máy tiện, doa, máy cuốn dây, cuốn giấy, ... (đờng c hình 1-2).
Đặc điểm của loại máy này là tốc độ làm việc càng thấp thì
mômen cản (lực cản) càng lớn.
Khi q = 0, Mc = Mđm = const, tơng ứng các cơ cấu máy nâng
hạ, cầu trục, thang máy, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt, ...
(đờng d hình 1-2).
Khi q = 1, mômen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, tơng ứng các cơ
cấu ma sát, máy bào, máy phát một chiều tải thuần trở, (đờng e hình
1-2).
Khi q = 2, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tơng ứng các cơ cấu
máy bơm, quạy gió, máy nén, (đờng f hình 1-2).

+ Trên hình 1-2a biểu diễn các đặc tính cơ của máy sản xuất:
Trang 4

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Mđm
a)

M
b)

c)

Hình 1-2: a) Các dạng đặc tính cơ của các máy sản xuất

c: q = -1; d: q = 0; e: q = 1; f: q = 2.
b) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính thế năng.
c) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính phản kháng.
+ Ngoài ra, một số máy sản xuất có đặc tính cơ khác, nh:
- Mômen phụ thuộc vào góc quay Mc = f() hoặc mômne phụ
thuộc vào đờng đi Mc = f(s), 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 đờng đi Mc = f(,s)
nh các loại xe điện.
- Mômen phụ thuộc vào thời gian Mc = f(t) nh máy nghiền đá,
nghiền quặng.
Trên hình 1-2b biểu diễn đặc tính cơ của máy sản xuất có
mômen cản dạng thế năng.
Trên hình 1-2c biểu diễn đặc tính cơ của máy sản xuất có
mômen cản dạng phản kh¸ng.

Trang 5


ThS. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

1.3.2. Đặc tính cơ của động cơ điện:
+ Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và
mômen của động cơ: M = f().
+ Nhìn chung có 4 loại đặc tính cơ của các loại động cơ đặc
trng nh: động cơ điện một chiều kích từ song song hay độc lập
(đờngc), và động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp hay hỗn hợp
(đờngd), động cơ điện xoay chiều không đồng bộ (đờnge), đồng
bộ (đờngf), hình 1-3.

f
e

Ths. Khơng Công Minh

=

M
M
; nếu đặc tính cơ tuyến tính thì: =
;

Hoặc theo hệ đơn vị tơng đối: * =

Hoặc tính theo đồ thị: =
Trong đó:

c
d

+ m là tỉ lệ xích
của trục tốc độ

+ Đặc tính cơ tự nhiên: là đặc tính có đợc khi động cơ nối theo
sơ đồ bình thờng, không sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ khác và
các thông số nguồn cũng nh của động cơ là định mức. Nh vậy mỗi
động cơ chỉ có một đặc tính cơ tự nhiên.
+ Đặc tính cơ nhân tạo hay đặc tính cơ điều chỉnh: là đặc tính
cơ nhận đợc sự thay đổi một trong các thông số nào đó của nguồn,
của động cơ hoặc nối thêm thiết bị phụ trợ vào mạch, hoặc sử dụng
các sơ đồ đặc biệt. Mỗi động cơ có thể có nhiều đặ tính cơ nhân tạo.

(1-2a)

dM *
;
d*

(1-2b)

Trong đó: M và là lợng sai phân của mômen và tốc độ
tơng ứng; M* = M/Mđm ; * = /đm ; hoặc ω* = ω/ωcb .

+ mM lµ tØ lƯ xÝch
cđa trơc mômen

M
Hình 1-3: Các đặc tính cơ của bốn loại động cơ điện
* Thờng ngời ta phân biệt hai loại đặc tính cơ:

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

+ là góc tạo thành
giữa tiếp tuyến với
trục tại điểm xét
của đặc tính cơ.

mM
tg ; (hình 1- 4)
m

(1-3)




m

XL

mM

M()

M

Hình 1- 4: Cách tính độ cứng
đặc tính cơ bằng đồ thị
+ Động cơ không đồng bộ có độ cứng đặc tính cơ thay đổi giá
trị ( > 0, < 0).
+ Động cơ đồng bộ có đặc tính cơ tuyệt đối cứng ( ).

1.3.3. Độ cứng đặc tính cơ:

+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ
cứng ( 40).

+ Đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, ngời ta đa ra khái niệm
độ cứng đặc tính cơ và đợc định nghĩa:

+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tÝnh c¬
mỊm (β ≤ 10).

Trang 6

Trang 7


ThS. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Đ 1.4. CáC TRạNG THáI LàM VIệC CủA Hệ TĐĐTĐ
+ Trong hƯ trun ®éng ®iƯn tù ®éng bao giê cịng cã quá trình
biến đổi năng lợng điện năng thành cơ năng hoặc ngợc lại. Chính
quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của hệ truyền
động điện. Có thể lập Bảng 1-1:

TT

Biểu đồ
công suất

Pđiện

Pcơ

P

0

=0

= Pđiện

Pđ

- Động cơ

1

P

Pđ
2

P

P

0

0

4

Pc

P

= Pđ - Pc

<0

= Pcơ

Pc

<0

<0

0

<0

P

= Pc - Pđ

P

= Pc + Pđ

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

ở trạng thái động cơ: Ta coi dòng công suất điện Pđiện có giá trị
dơng nếu nh nó 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 và đợc tiêu thụ tại cơ cấu công tác của máy. Công suất cơ
này có giá trị dơng nếu nh mômen động cơ sinh ra cùng chiều với
tốc độ quay.
ở trạng thái máy phát: thì ngợc lại, khi hệ truyền động làm
việc, trong một điều kiện nào đó cơ cấu công tác của máy sản xuất có
thể tạo ra cơ năng do động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ đủ
lớn, cơ năng đó đợc truyền về trục động cơ, động cơ tiếp nhận năng
lợng này và làm việc nh một máy phát điện. Công suất điện 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 động cơ sinh ra
ngợc chiều với tốc độ quay.
Mômen của máy sản xuất đợc gọi là mômen phụ tải hay
mômen cản. Nó cũng đợc định nghĩa dấu âm và dơng, ngợc lại với
dấu mômen của động cơ.

+ Phơng trình cân bằng công suất của hệ TĐĐ TĐ là:
Pđ = Pc + P

(1-4)

Trong đó: Pđ là công suất điện; Pc là công suất cơ;
thất công suất.

P là tổn

tái sinh

- Trạng thái động cơ gồm: chế độ có tải và chế độ không tải.
Trạng thái động cơ phân bố ở góc phần t I, III của mặt phẳng (M).

HÃm

- Trạng thái hÃm có: HÃm không tải, HÃm tái sinh, HÃm ngợc
và HÃm động năng. Trạng thái hÃm ở góc II, IV của mặt phẳng (M).

ngợc

- HÃm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành điện năng
trả về lới.
HÃm

Pc
6

không tải

HÃm

Pđ
5

có tải

HÃm
=0

Pđ

không tải
- Động cơ

Pc

Pc
3

Trạng thái
làm việc

Ths. Khơng Công Minh

=0

<0
Trang 8

= Pcơ

động năng

- HÃm ngợc: Pđiện > 0 , Pcơ < 0, điện năng và cơ năng chuyển
thành tổn thất P.
Trang 9


ThS. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

- HÃm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành công
suất tổn thất P.
* Các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M, ]:
Trạng thái động cơ: tơng ứng với các điểm nằm trong góc phần
t thứ nhất và góc phần t thứ ba của mặt phẳng [M, ], hình 1 - 5.
Trạng thái máy phát: tơng ứng với các điểm nằm trong góc
phần t thứ hai và góc phần t thứ t của mặt phẳng [M, ], hình 1 5. ở trạng thái này, mômen động cơ chống lại chiều chuyển động, nên
động cơ có tác dụng nh bộ hÃm, và vì vậy trạng thái máy phát còn có
tên gọi là "trạng thái hÃm".

M

Mc


II

M

Mc

Trạng thái ®éng c¬
M ω > 0 ; M cω < 0 ;
Mc
M
III

G
Trạng thái động cơ
Mc()
M > 0 ; M c < 0 ;
II I
M
III IV
Trạng thái máy phát
Mc()
M < 0 ; M cω > 0 ;
Mc
M(ω)
ω M
IV

§ 1.5. TíNH ĐổI CáC ĐạI LƯợNG CƠ HọC
1.5.1. Mômen và lực quy ®ỉi:
+ Quan niƯm vỊ sù tÝnh ®ỉi nh− viƯc dời điểm đặt từ trục này về
trục khác của mômen hay lực có xét đến tổn thất ma sát ở trong bộ
truyền lực. Thờng quy đổi mômen cản Mc, (hay lực cản Fc) của bộ

phận làm việc về trục động cơ.
+ Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ
của hệ TĐĐTĐ:
- Khi năng lợng truyền từ động cơ đến máy sản xuất:
Ptr = Pc + P

(1-5)

Trong đó: Ptr là công suất trên trục động cơ, Ptr = Mcqđ.,
(Mcqđ và - mômen cản tĩnh quy đổi và tốc độ góc trên trục
động cơ).
(Mlv và lv - mômen cản và tốc độ góc trên trục làm việc).

P là tổn thất trong các khâu cơ khí.
* Nếu tÝnh theo hiƯu st hép tèc ®é ®èi víi chun động quay:

Ptr =

Hình 1 - 5: Biểu diễn các trạng thái làm việc
trên mặt phẳng [M, ]

Pc M lv .lv
=
= M cqd .ω
ηi
ηi

(1-6)

M lv .ωlv M lv

=
;
ηi .ω
ηi .i

(1-7)

Mcq® =

Rót ra:
Trong đó:

Trang 10

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Pc là công suất của máy sản xuất, Pc = Mlv.lv ,

M()
I

Trạng th¸i m¸y ph¸t
M ω < 0 ; M cω > 0 ;

Ths. Khơng Công Minh

i - hiệu suất của hộp tốc độ.
i=

- gọi là tỷ số truyền của hộp tốc ®é.
ωlv
Trang 11


ThS. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Trong đó:

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Trong đó: Jqđ - mômen quán tính quy đổi về trục động cơ.

* Nếu chuyển động tịnh tiến thì lực quy đổi:

M cqõ =

Ths. Khơng Công Minh

Flv
.

Đ - tốc độ góc trên trục động cơ.

(1-8)

JĐ - mômen quán tính của động cơ.

= i.t - hiệu suất bộ truyền lực.

Ji - mômen quán tính của bánh răng thứ i.

t - hiệu suất của tang trống.

mj - khối lợng quán tính của tải trọng thứ j.
ii = ω/ωi - tØ sè trun tèc ®é tõ trơc thø i.

ρ = ω/vlv - gäi lµ tû sè quy ®ỉi.

ρ = ω/vj - tØ sè quy ®ỉi vËn tốc của tải trọng.

- Khi năng lợng truyền từ máy sản xuất đến động cơ:
Ptr = Pc - P

* Ví dụ: Sơ đồ truyền động của cơ cấu nâng, hạ :

(tự chứng minh).

1.5.2. Quy đổi mômen quán tính và khối lợng quán tính:

Jđ , Mđ , đ

+ Điều kiện quy đổi: bảo toàn động năng tích luỹ trong hệ
thống:

c

i, i

1

d

2

n

W=

W

(1-9)

i

3

t , Jt , Mt , ηt

1

4

ω
2

2

Chun ®éng quay:

W = J.

Chun động tịnh tiến: W = m.

f

(1-10)

vlv,Flv

v2
2

G

(1-11)

Nếu sử dụng sơ đồ tính toán phần cơ dạng đơn khối, và áp dụng
các ®iỊu kiƯn trªn ta cã:
n
v
ω2Â
ω2Â
ωi2 q
= JÂ ⋅
+ ∑ Ji
+ mj j
J qõ
2

2
2
2
1
1

Hình 1- 6: Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ

c động cơ điện; d hộp tốc độ;
e tang trống quay; f tải trọng

2



n

jqõ = J Â + ∑
1

m
Ji
+ ∑ 2j
2
ii
1 ρj

(1-12)

4

Ta cã:

J qâ = J Â + ∑
1

q

Trang 12

e

(1-13)
Trong ®ã: it =

Ji Jt m j
+ +
i i2 i 2t ρ 2j

(1-14)

ω
- tØ sè trun tèc ®é tõ trơc tang trèng.
ωt
Trang 13


ThS. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Đ 1.6. PHƯƠNG TRìNH ĐộNG HọC CủA Hệ TĐĐ TĐ
+ Là quan hệ giữa các đại lợng (, n, L, M, ...) víi thêi gian:

r
r
d (Jω)
Mi =
∑
dt
i =1

(1-15)

+ NÕu coi m«men do động cơ sinh ra và mômen cản ngợc
chiều nhau, và J = const, thì ta có phơng trình dới dạng số học:

M Mc = J

d
dt

(1-16)

* Nếu chọn và lấy chiều của tốc độ làm chuẩn thì: M(+) khi
M và M(-) khi M. Còn Mc(+) khi Mc; Mc(-) khi Mc.
Nh ở trên đà nêu, khi M = Mc thì hệ TĐĐTĐ làm việc xác lập.
Điểm làm việc xác lập là giao điểm của đặc tính cơ của động cơ điện
(M) với đặc tính cơ của máy sản suất (Mc). Tuy nhiên không phải
bất kỳ giao điểm nào của hai đặc tính cơ trên cũng là điểm làm việc

xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định, ngời ta gọi là ổn định
tĩnh hay sự làm việc phù hợp giữa động cơ với tải.
Để xác định điểm làm việc, dựa vào phơng trình động học:

Theo hệ đơn vÞ SI: M(N.m); J(kg.m2); ω(Rad/s); t(s).
Theo hƯ kü tht: M(KG.m); GD(KG.m2); n(vg/ph); t(s):

M − Mc =

GD 2 dn
⋅
375 dt

(1-17)

J

J dn
⋅
9,55 dt

d
Mômen động: Mđg = M M c = J
dt

d ⎡⎛ ∂M ⎞ ⎛ ∂M c ⎞ ⎤
= ⎜
⎟ ⋅ (ω − ωx )
⎟ −⎜
dt ⎢⎣⎝ ∂ω ⎠ x ⎝ ∂ω ⎠ x ⎥⎦

⎛ ∂M ⎞ ⎛ ∂M c ⎞
⎟ <0
⎟ −⎜
⎜
⎝ ∂ω ⎠ x ⎝ ∂ω ⎠ x

(1-18)

Hay:

β - βc < 0

- Khi M®g < 0 hay M < Mc , thì

A

d
> 0 hệ tăng tốc.
dt

(M)


B
M

d
< 0 hệ giảm tốc.
dt

- Khi Mđg = 0 hay M = Mc , thì d/dt = 0 hệ làm việc xác
lập, hay hệ làm việc ổn định: = const.
Trang 14

(1-22)



Từ phơng trình (1-19) ta thấy rằng:
- Khi Mđg > 0 hay M > Mc , th×

(1-21)

* VÝ dơ: XÐt hai điểm giao nhau của các đặc tính cơ:
(1-19)

(1-20)

Ngời ta xác định đợc điều kiện xác lập ổn định là:

Theo hệ hỗn hợp: M(N.m); J(kg.m2); n(vg/ph); t(s):

M Mc =

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Đ 1.7. ĐIềU KIệN ổN ĐịNH TĩNH CủA Hệ TĐĐ TĐ

n

Dạng tổng quát:

Ths. Khơng Công Minh

(MC)
c
Hình 1- 7: Xét điểm làm việc ổn định
Trang 15


ThS. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Tại các điểm khảo sát thì ta thấy ba điểm A, B, C là các điểm
làm việc xác lập ổn định. Điểm D là điểm làm việc không ổn định.
Trờng hợp: A: < c vì < 0 và c = 0 xác lập ổn định.
B: > c vì > 0 và c1 = 0 không ổn định.
Đ 1.8. ĐộNG HọC CủA Hệ TĐĐ TĐ
Trong hệ TĐĐ TĐ có cả các thiết bị điện + cơ, trong đó các bộ
phận cơ có nhiệm vụ chuyển cơ năng từ động cơ đến bộ phận làm việc
của máy sản xuất và tại đó cơ năng đợc biến thành công hửu ích.
Động cơ điện có cả phần điện (stato) và phần cơ (roto và trục).
BĐ

ĐC

TL

MSX

Ths. Khơng Công Minh

Tính đàn håi lín cịng cã thĨ xt hiƯn ë nh÷ng hƯ thống có mạch
động học dài mặc dù trong đó không chứa một phần tử đàn hồi nào.
Sự biến dạng trên từng phần tử tuy nhỏ nhng vì số phần tử rất lớn nên
đối với toàn máy nó trở nên đáng kể.
Trong những trờng hợp trên phần cơ khí của hệ không thể thay
thế tơng đơng bằng mẫu cơ học đơn khối mà phải thay thế bằng
mẫu cơ học đa khối, hình 9b.
MĐ 1
Mđh
J1
Động cơ

ĐK

Phần cơ

Hình 1- 8: Sơ đồ cấu trúc hệ TĐĐ TĐ
Phần cơ phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu và loại máy, chúng rất
đa dạng và phức tạp, bởi vậy phải đa về dạng điển hình đặc trng cho
các loại, phần cơ có dạng tổng quát đặc trng đó gọi là mẫu cơ học
của truyền động điện.
Mẫu cơ học (đơn khối) là một vật thể rắn quay xung quanh một
trục với tốc độ động cơ, nó có mômen quán tính J, chịu tác động của
mômen động cơ (M) và mômen cản (Mc), hình 9.

M
Hình 1- 9: Mẫu cơ học

J

2

Khâu
đàn hồi

a)
M

Phần điện

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động



MC

F1

J2

Fđh
Máy sản xuất

Jđ

K

m2

F2

Fđh
b)

JC

MC

C

c)

Hình 1- 10: Mẫu cơ học đa khối của hệ chuyển động quay (a),
chuyển động tịnh tiến (b) có khâu cơ khí đàn hồi,
và hệ trục mềm đàn hồi (c).
Nếu quy đổi mômen và mômen quán tính về một trục tốc độ nào
đó (động cơ hoặc máy sản xuất) thì trong phần lớn các trờng hợp hệ
truyền động có khâu đàn hồi phần cơ của nó có thể thay tơng đơng
bởi mấu cơ học đa khối gồm 3 khâu: khâu 1 gồm rôto hoặc phần ứng
của động cơ với những phần tử nối cứng với động cơ nh hộp tốc độ,
trống tời v.v...; khâu 2 là khâu đàn hồi không quán tính; khâu 3 là
khâu cơ của máy sản xuất; nh hình 1- 9b. Trong đó Mđh là mômen
đàn hồi.

Mc

Trang 16

m1

Khâu
đàn hồi

Trang 17


ThS. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Câu hỏi ôn tập
1. Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống truyền động điện là gì ?
2. Có máy loại máy sản xuất và cơ cấu công tác ?

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

14. Phân biệt các trạng thái động cơ và các trạng thái hÃm của
động cơ điện bằng những dấu hiệu nào ? Lấy vị dụ thực tế về trạng
thái hÃm của động cơ trên một cơ cấu mà anh (chị) đà biết ?
15. Chiều của dòng năng lợng sẽ nh thế nào khi động cơ làm
việc ở trạng thái động 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 mà các anh (chị) đà biết ?

16. Chiều của dòng năng lợng sẽ nh thế nào khi động cơ làm
việc ở trạng thái máy phát ?

4. Mômen cản hình thành từ đâu ? Đơn vị đo lờng của nó ? Công
thức quy đổi mômen cản từ trục của cơ cấu công tác về trục động cơ ?

17. Điều kiện ổn định tĩnh là gì ? Phân tích một điểm làm việc
xác lập ổn định tĩnh trên tọa độ [M, ] và [Mc, ].

5. Mômen quán tính là gì ? Đơn vị đo lờng của nó ? Công thức
tính quy đổi mômen quán tính từ tốc độ i nào ®ã vỊ tèc ®é cđa trơc
®éng c¬ ω ?

18. MÉu cơ học đơn khối là gì ? Khi nào thì dùng mẫu cơ học đơn
khối để khảo sát hệ thống truyền động điện ?

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.

19. Mẫu cơ học đa khối là gì ? Khi nào thì dùng mẫu cơ học đa
khối để khảo sát hệ thống truyền động điện ?

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. Phơng trình tổng
quát của nó và giải tích các đại lợng trong phơng trình ?
9. HÃy vẽ đặc tính cơ của các máy sản xuất sau: máy tiện; cần
trục, máy bào, máy bơm.
10. Viết phơng trình chuyển động cho hệ truyền động điện có

phần cơ dạng mẫu cơ học đơn khối và giải thích các đại lợng trong
phơng trình ?
11. Dùng phơng trình chuyển động để phân tích các trạng thái
làm việc của hệ thống truyền động tơng ứng với dấu của các đại
lợng M và Mc ?
12. Định nghĩa đặc tính cơ của động cơ điện ?
13. Định nghĩa độ cứng đặc tính cơ ? Có thể xá định độ cứng đặc
tính cơ theo những cách nào ?
Trang 18

Trang 19


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Chơng 2:

ĐặC TíNH CƠ CủA Động cơ điện
Đ 2.1. KHáI NIệM CHUNG
Chơng 1 đà cho ta thấy, khi đặt hai đờng đắc tính cơ M() và
Mc() lên cùng một hệ trục tọa độ, ta có thể xác định đợc trạng thái
lamg việc của động cơ và của hệ (xem hình 1-2 và hình 1-3): trạng
thái xác lập khi M = Mc ứng với giao điểm của hai đờng đặc tính
M() và Mc(); hoặc trạng thái quá độ khi M Mc tại những vùng có
xl ; trạng thái động cơ thuộc góc phần t thứ nhất và thứ ba; hoặc
trạng thái hÃm thuộc góc phần t thứ hai và thứ t.
Khi phân tích các hệ truyền động, ta thờng coi máy sản xuất đÃ
cho trớc, nghĩa là coi nh biết trớc đặc tính cơ Mc() của nó. Vậy

muốn tìm kiếm một trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu
nh tốc độ, mômen, dòng điện động cơ v... ta phải tạo ra những đặc
tính cơ của động cơ tơng ứng. Muốn vậy, ta phải ta phải nắm vững
các phơng trình đặc tính cơ và các đặc tính cơ của các loại động cơ
điện, từ đó hiểu đợc các phơng pháp tạo ra các đặc tính cơ nhân tạo
phù hợp với máy sản xuất đà cho và điều khiển động cơ sao cho có
đợc các trạng thái làm việc theo yêu cầu công nghệ.
Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số
liệu định mức của nó. Trong nhiều trờng hợp ta coi đặc tính này nh
loạt số liệu cho trớc. Mặt khác nó có thể có vô số đặc tính cơ nhân
tạo có đợc do biến đổi một hoặc vài thông số của nguồn, của mạch
điện động cơ, hoặc do thay đổi cách nối dây của mạch, hoặc do dùng
thêm thiết bị biến đổi. Do đó bất kỳ thông số nào có ảnh hởng đến
hình dáng và vị trí của đặc tính cơ, đều đợc coi là thông số điều
khiển động cơ, và tơng ứng là một phơng pháp tạo đặc tính cơ nhân
tạo hay đặc tính điều chỉnh.
Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng
thuận M = f() hay dạng ngợc = f(M).
Trang 20

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Đ 2.2. ĐặC TíNH CƠ CủA động cơ một chiều
kích từ độc lập (ĐMđl)
2.2.1. Sơ đồ nối dây của ĐMđl và ĐMss:
Động cơ ®iƯn mét chiỊu kÝch tõ ®éc lËp (§M®l): ngn mét
chiỊu cấp cho phần ứng và cấp cho kích từ độc lËp nhau.
Khi ngn mét chiỊu cã c«ng st v« cïng lớn và điện áp không

đổi thì có thể mắc kích từ song song với phần ứng, lúc đó động cơ
đợc gọi là động cơ điện một chiều kích từ song song (ĐMss).
+

Ukt

+

-

U

Rktf
Ckt

Ikt
I

E

+

U

Rktf

Ikt

Rf

E

-

Rf

I

-

a)

b)

Hình 2-1: a) Sơ đồ nối dây động cơ ®iƯn mét chiỊu kÝch tõ ®éc lËp.
b) S¬ ®å nèi dây động cơ điện một chiều kích từ song song.
2.2.2. Các thông số cơ bản của ĐMđl:
Các thông số định mức:
nđm(vòng/phút); đm(Rad/sec); Mđm(N.m hay KG.m); đm(Wb);
fđm(Hz); Pđm(KW); Uđm(V); Iđm(A); ...
Các thông số tính theo các hệ đơn vị khác:
* = ω/ω®m ; M* = M/M®m ; I* = I/I®m; Φ* = Φ/Φ®m; R* = R/R®m;
Rcb = U®m/I®m,;
ω%; M%; I%; ...
Trang 21


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

2.2.3. Phơng trình đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ của ĐMđl:
Theo sơ đồ hình 2-1a và hình 2-1b, có thể viết phơng trình cân
bằng điện áp của mạch phần ứng nh sau:
U = E + (R− + R−f).I−

(2-1)

Trong ®ã:

ω=

M®t = KφI−

p.N
⋅ φ ⋅ ω = K
2a

(2-2)

Vậy:

E = Ke.n

(2-3)

K
= 0,105.K

9,55

R là điện trở mạch phÇn øng, R− = r− + rctf + rctb + rtx , ().
Trong đó: r là điện trở cuộn dây phần ứng của động cơ ().
Rctf là điện trở cuộn dây cực từ phụ của động cơ ().
Rctb là điện trở cuộn dây cực từ bù của động cơ ().
Rctb là điện trở tiếp xúc giữa chổi than với cổ góp của
động cơ ().
Rf là điện trở phụ mạch phần ứng.
I là dòng điện phần ứng.
Từ (2-1) và (2-2) ta có:
Trang 22

M õt M

K K

(2-6)

Thay giá trị I vào (2-4), ta cã:

2 πn
n
=
ω=
60 9,55
Ke =

(2-5)

Khi bá qua tæn thÊt ma sát trong ổ trục, tổn thất cơ, tổn thất thép
thì có thể coi: Mcơ Mđt M
Suy ra: I =

p.N
K=
là hệ số kết cấu của động cơ.
2 a

Và:

(2-4)

Mặt khác, mômen điện từ của động cơ đợc xác định:

E là sức điện động phần ứng động cơ (V).

Hoặc:

U ổ R ổ + R ổf

Iổ
K
K

Đây là phơng trình đặc tính cơ - điện của động cơ một chiều
kích từ độc lập.

U là điện áp phần ứng động cơ, (V)

E=

Giáo Trình: Truyền ®éng ®iƯn Tù ®éng

ω=

U ỉ R ỉ + R ỉf

R ổ

=

M
M
K
( K ) 2
K ( K ) 2

(2-7)

Đây là phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập.
Có thể biểu diễn đặc tính cơ dới dạng khác:
= 0 -
Trong đó: 0 =

=

(2-8)

Uổ
gọi là tốc độ không tải lý tởng.
K

(2-9)

R ổ + R ổf
R ổ
=
gọi là độ sụt tốc độ. (2-10)
2
( K )
( K ) 2

Từ các phơng trình đặc tính cơ điện (2-4) và phơng trình đặc
tính cơ (2-8) trên, với giả thiết phần ứng đợc bù đủ và = const thì
ta có thể vẽ đợc các đặc tính cơ - điện (hình 2-2a) và đặc tính cơ
(hình 2-2b) là những ®−êng th¼ng.
Trang 23


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Từ (2-7) ta xác định đợc độ cứng đặc tính cơ :

0

=

0

đm

đm

TN

nt

(Kdm ) 2
tn =
Rổ

NT

Inm

I

Mđm
b)

Mnm M

Hình 2-2: a) Đặc tính cơ - điện động cơ một chiều kích từ độc lập.
b) Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập.

Và:

U ổõm
R ổõm

M
Kõm (Kõm ) 2

(2-11)

Đặc tính cơ nhân tạo (NT) là đặc tính cơ có một trong các tham
số khác định mức hoặc có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ.
Khi = 0, ta cã:

Iỉ =
Vµ:


= I nm
R ỉ + R ỉf


M=
⋅ Kφ = I nm ⋅ Kφ = M nm
R æ + R æf

(2-12)

Trang 24

1
R *−

(2-16)

R æ = 0,5.(1 − ηâm )

U âm
,Ω
I õm

(2-17)

* Ví dụ 2-1:
Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhân tạo của động cơ điện một
chiều kích từ độc lập có các số liệu sau:
Động cơ làm việc dài hạn, công suất định mức là 6,6KW; điện
áp định mức: 220V; tốc độ định mức: 2200vòng/phút; điện trở mạch
phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26; điện
trở phụ đa vào mạch phần ứng: 1,26.
* Giải:

(2-13)

Trong đó: Inm - gọi là dòng điện (phần ứng) ngắn mạch

Mnm - gọi là mômen ngắn mạch

*tn =

(2-15)

Nếu cha có giá trị R thì ta có thể xác định gần đúng dựa vào
giả thiết coi tổn thất trên điện trở phần ứng do dòng điện định mức
gây ra bằng một nửa tổn thất trong động cơ:

Đặc tính cơ tự nhiên (TN) là đặc tính cơ có các tham số định
mức và không có điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ:

=

(2-14)

Đối với đặc tính cơ tự nhiên:

nt

NT

Iđm
a)

TN

dM
( K ) 2

=
d
R ổ + R ổf

a) Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên:
Đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ qua 2 điểm: là điểm định mức
[Mđm; đm] và điểm không tải lý tởng [M = 0; = 0]. Hoặc điểm
không tải lý tởng [M = 0; = 0] và điểm ngắn mạch [Mnm; = 0].
Hoặc điểm định mức [Mđm; đm] và điểm ngắn mạch [Mnm; ω = 0].
Trang 25


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

n õm 2200
=
= 230,3 rad/s
9,55 9,55

Mômen (cơ) định mức:

M õm =

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

b) Xây dựng đặc tính cơ nhân tạo có Rf = 0,78:

Tốc độ góc định mức:

õm =

Ths. Khơng Công Minh

Khi thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng thì tốc độ không
tải lý tởng không thay đổi, nên ta có thể vẽ đặc tính cơ nhân tạo (có
Rf = 0,78) qua các điểm không tải lý tởng [0; 0] và điểm tơng
ứng với tốc độ nhân tạo [Mđm; nt]:
(rad/s)

Põm .1000 6,6.1000
=
= 28,6 Nm
õm
230,3

Nh vậy ta có điểm thứ nhất trên đặc tính cơ tự nhiên cần tìm là
điểm định mức: [28,6 ; 230,3].

241,7
230,3
183,3

c
d

Từ phơng trình đặc tính cơ tự nhiên ta tính đợc:

K âm =

U âm − I âm .R æ 220 − 35.0,26
=
= 091 Wb
õm
230,3

Tốc độ không tải lý tởng:

0 =

U õm
220
=
241,7 rad/s
K õm 0,91

Ta có điểm thứ hai của đặc tính [0; 241,7] và nh vậy ta có thể
dựng đợc đờng đặc tính cơ tự nhiên nh đờng c trên hình 2 - 3.
Ta có thể tính thêm điểm thứ ba là điểm ngắn mạch [Mnm; 0]

M nm = K.I nm = Kφ ⋅

U dm
220
= 0,91 ⋅
= 770 Nm
R−
0,26

VËy ta có tọa độ điểm thứ ba của đặc tính cơ tự nhiên [770; 0].
Độ cứng của đặc tính cơ tự nhiên có thể xác định theo biểu thức
(2-15) hoặc xác định theo số liệu lấy trên đờng đặc tính hình 2-3.

dM ∆M 0 − M âm
28,6
β tn =
=
=
= 2,5 Nm.s
=
dω ∆ω ω0 − ωâm 241,7 − 230,3
Trang 26

0

28,6

M (Nm)
H×nh 2 - 3: Đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo
Ta tính đợc giá trị mômen (cơ) định mức:

M õm =

Põm .1000 6,6.1000
=
= 28,66 Nm
õm
230,3

Và tính tốc độ góc nhân tạo:

nt =

U õm (R ổ + R æf ).I âm
Kφâm

=

220 − (0,26 + 1,26).35
= 183,3 rad/s
0,91

Ta cã tọa độ điểm tơng ứng với tốc độ nhân tạo [28,66; 183,3]
Vậy ta có thể dựng đợc đờng đặc tính cơ nhân tạo có điện trở
phụ trong mạch phần ứng nh đờng d trên hình 2 - 3.
Trang 27


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Nếu điểm cuối cùng gặp đặc tính TN mà không trùng với giao
điểm của đặc tính cơ TN và I1 = const thì ta phải chọn lại I1 hoặc I2 rồi
tiến hành lại từ đầu.

2.2.4. Đặc tính cơ khi khởi động ĐMđl và
tính điện trở khởi động:
2.2.4.1. Khởi động và xây dựng đặc tính cơ khi khởi động:
+ Nếu khởi động động cơ ĐMđl bằng phơng pháp đóng trực
tiếp thì dòng khởi ®éng ban ®Çu rÊt lín: Ik®b® = U®m/R− ≈ (10 ữ 20)Iđm,
nh vậy nó có thể đốt nóng động cơ, hoặc làm cho sự chuyển mạch
khó khăn, hoặc sinh ra lực điện động lớn làm phá huỷ quá trình cơ học
của máy.

+

(2-

18)
+ Muốn thế, ngời ta thờng đa thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng ngay khi bắt đầu khởi động, và sau đó thì loại dần chúng ra
để đa tốc độ động cơ lên xác lập.
Ikđbđ = Inm =

U õm
= (2ữ2,5)Iđm Icp ;
R ổ + R ổf

(2-19)

* Xây dựng các đặc tính cơ - điện khi khởi động ĐMđl:
- Từ các thông số định mức (Pđm; Uđm; Iđm; nđm, đm; ...) và thông
số tải (Ic; Mc; Pc; ...), số cấp khởi động m, ta vẽ đặc tính cơ tự nhiên.
- Xác định dòng điện khởi động lớn nhất: Imax = I1 = (2ữ2,5)Iđm

- Xác định dòng điện khởi ®éng nhá nhÊt: Imin = I2 = (1,1÷1,3)Ic
- Tõ ®iĨm a(I 1) kẽ đờng a0 nó sẽ cắt I2 = const tại b; từ b kẽ
đờng song song với trục hoành nó cắt I1 = const tại c; nối c0 nó sẽ
cắt I2 = const tại d; từ d kẽ đờng song song với trục hoành thì nó cắt
I1 = const tại e; ...
Cứ nh vậy cho đến khi nó gặp đờng đặc tính cơ tự nhiên tại
điểm giao nhau của đặc tính cơ TN và I1 = const, ta sẽ có đặc tính khởi
động abcde...XL.
Trang 28

Rktf

Ckt

0
XL

K2 K1

2
1

Rf2 Rf1

0

Ikt

+ Để đảm bảo an toàn cho máy, thờng chọn:
Ikđbđ = Inm Icp = 2,5Iđm

-

U

d
b

h
TN

e
2
c
1

e

a

I

Ic I2

I1

I

b)

a)

Hình 2-3: a) Sơ đồ nối dây Đmđl khởi động 2 cấp, m = 2
b) Các đặc tính khởi động Đmđl, m = 2.
2.2.4.2. Tính điện trở khởi động:
a) Phơng pháp đồ thị:
Dựa vào biểu thức của độ sụt tốc độ trên các đặc tính cơ ứng
với một giá trị dòng điện (ví dụ I1 ) ta cã:

∆ωTN =
Rót ra:

Rỉ
I1 ;
Kφ

R ỉfi =

∆ωNT =

R ỉ + R ổf
I1 ;
K

NT TNi
Rổ;
TN

Qua đồ thị ta có:

R æf 1 =

ha − he
ae
Ræ =
Ræ;
he
he

T−¬ng tù nh− vËy:
Trang 29

(2-20)

(2-21)


Ths. Khơng Công Minh

R ổf 2 =

Giáo Trình: Truyền động ®iƯn Tù ®éng

hc − he
ce
Rỉ =
Rỉ;
he

he

VËy: λ =

§iƯn trë tỉng ứng với mỗi đặc tính cơ:

b) Phơng pháp giải tích:
Giả thiết động cơ đợc khởi động với m cấp điện trở phụ. Đặc
tính khởi động đầu tiên và dốc nhất là đờng 1 (hình 2-3b), sau đó đến
cấp 2, cấp 3, ... cấp m, cuối cùng là đặc tính cơ tự nhiên::
Điện trở tổng ứng với mỗi đặc tính cơ:
R1 = R− + R−f (1) = R− + (R−f 1 + R−f 2 + ... + R−f m)
R2 = R− + R−f (2) = R− + (R−f 1 + R−f 2 + ... + R−f m-1)
...
Rm-1 = R− + (R−f m-1 + R−f m)

(2-22)

+ NÕu cho tr−íc sè cÊp ®iƯn trở khởi động m và R1, R thì ta tính
đợc bội số dòng điện khi khởi động:

=m

U
U
R1
= m õm = m +1 âm
Ræ
R æ .I1
R æ .I 2

(2-27)

m=

lg(R 1 / R ổ )
lg

(2-28)

* Trị số các cấp khởi động đợc tính nh sau:

Tại điểm c trên hình 2-3b ta có:

(2-23)

Trong quá trình khởi động, ta lấy:

Trang 30

(2-26)

+ Nếu biết , R1, R ta xác định đợc số cấp điện trở khởi động:

Tại điểm b trên hình 2-3b ta có:

I1
= λ = const
I2

⎫
⎪
R m −1 = λR m = λ2 R æ ⎪
⎪
...
⎬
m −1
R 2 = λR 3 = λ R æ ⎪⎪
R 1 = λR 2 = λm R æ ⎪⎭

Trong ®ã: R1 = U®m/I1; råi thay tiÕp I1 = λI2.

Rm = R− + (R−f m)

U®m - E1
R2

I1 R 1 R 2
R
R
=
=
= ... = m −1 = m (2-25)
I2 R 2 R 3
Rm
Ræ

R m = λR æ

R2 = R− + Rf (2) = R + (Rf 2)

I1 =

Giáo Trình: Trun ®éng ®iƯn Tù ®éng

Rót ra:

R1 = R− + R−f (1) = R− + (R−f 1 + R−f 2)

U − E1
I 2 = õm
R1

Ths. Khơng Công Minh

(2-24)



R ổfm 1 = R m −1 − R m = λ(λ − 1).R æ ⎪
⎪
...
⎬
R æf 2 = R 2 − R 3 = λm −2 (λ − 1).R æ ⎪⎪
R æf 1 = R 1 − R 2 = λm −1 (λ − 1).R æ ⎪⎭
R æfm = R m − R æ = (λ − 1).R æ

Trang 31

(2-29)

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

* Ví dụ 2-2:

Cho động cơ kích từ song song có các số liệu sau: Pđm = 25KW;
Uđm = 220V; nđm = 420vg/ph; I®m = 120A; R−* = 0,08. Khëi ®éng hai
cấp điện trở phụ với tần suất 1lần/1ca, làm việc ba ca, mômen cản quy
đổi về trục động cơ (cả trong thời gian khởi động) Mc 410Nm. Hảy
xác định các cấp điện trở phụ.

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Giá trị dòng khởi động thấp hơn giá trị cho phép, nghĩa là số
liệu đà tính là hợp lý.
+
Ckt

Rktf

Trớc hết ta xác định các số liệu cần thiết của động cơ:
Điện trở định mức: Rđm = Uđm/Iđm = 220V/120A = 1,83.
Điện trở phần ứng: R = R*.Rđm = 0,08.1,83 = 0,146.
Tốc độ góc định mức: đm = nđm/ 9,55 = 420/ 9,55 = 44 rad/s.
Từ thông của động cơ và hệ số kết cấu của nó:

K õm =

U âm − R æ .I âm 220 − 0,146.120
=
= 4,6 Wb
õm
44

Dòng điện phụ tải: Ic = Mc/Kđm = 410/4,6 = 89A 0,74Iđm.
Với tần suất khởi động ít, dòng điện và mômen phụ tải nhỏ hơn
định mức, nên ta coi trờng hợp này thuộc loại khởi động bình thờng
với sè cÊp khëi ®éng cho tr−íc m = 2, dïng biểu thức (2-27), chọn
trớc giá trị I2:
I2 = 1,1.Ic = 1,1.89A = 98 A
Ta tính đợc bội số dòng điện khëi ®éng:

λ = m +1

U âm
220
= 2+1
≈ 2,5
R ỉ .I 2
0,146.98

Kiểm nghiệm lại giá trị dòng điện I1:
I1 = .I2 = 2,5.98A = 245A 2Iđm
Trang 32

0
XL

K2 K1

2
1

Rf2 Rf1

0

Ikt

* Giải:



-

U

d
b

h
TN

e
2

c
1

e

I

a
Ic I 2

I1

I

b)

a)

Hình 2-4: a) Sơ đồ nối dây Đmđl khởi động 2 cấp, m = 2
b) Các đặc tính khởi ®éng §m®l, m = 2:
§−êng 1 cã: R1 = R− + R−f1 + R−f2
§−êng 2 cã: R2 = R− + Rf2
Đờng TN có: R3 = R

Theo (2-26) ta xác định đợc các cấp điện trở tổng với hai
đờng đặc tính nhân tạo:
R1 = R = 2,5.0,146 = 0,365
R2 = R1 = 2,5.0,365 = 0,912
Và các điện trở phụ của các cấp sẽ là:

Rf1 = R1 - R
= 0,365 - 0,146 = 0,219 Ω
R−f2 = R2 - R−f1 - R−
= 0,912 - 0,219 - 0,146 = 0,547 Ω
Trang 33


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

2.2.5. Các đặc tính cơ khi hÃm ĐMđl:

HÃm là trạng thái mà động cơ sinh ra mômen quay ngợc chiều
với tốc độ, hay còn gọi là chế độ máy phát. Động cơ điện một chiều
kích từ độc lập có ba trạng thái hÃm:
2.2.5.1. HÃm tái sinh:

HÃm tái sinh khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không
tải lý tởng ( > 0). Khi hÃm tái sinh, sức điện động của động cơ lớn
hơn điện áp nguồn: E > U, động cơ làm việc nh một máy phát song
song với lới và trả năng lợng về nguồn, lúc này thì dòng hÃm và
mômen hÃm đà đổi chiều so với chế độ động cơ.
Khi hÃm tái sinh:

U ổ E æ Kφω0 − Kφω
=
<0
R
R

M h = KφI h < 0

Ih =






(2-30)

Ths. Khơng Công Minh

Vì E > U, do đó dòng điện phần ứng sẽ thay đổi chiều so với
trạng thái động cơ :

Iổ = Ih =

HÃm tái sinh (HTS),
Trạng thái máy phát



M

Trạng thái động cơ

Mh
Mh

0

M

Hình 2- 5a: HÃm tái sinh khi có động lực quay động cơ.
Trang 34

Uổ E
< 0 ; Mh = K.Ih < 0 ;
R ổ

Mômen động cơ đổi chiều (M < 0) và trở nên ngợc chiều với
tốc độ, trở thành mômen hÃm (Mh).
+ HÃm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (U2 < U1), lúc này
Mc là dạng mômen thế năng (Mc = Mtn). Khi giảm điện áp nguồn đột
ngột, nghĩa là tốc độ 0 giảm đột ngột trong khi tốc độ cha kịp
giảm, do đó làm cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độ không tải
lý tởng ( > 02). Về mặt năng lợng, do động năng tích luỹ ở tốc độ
cao lớn sẽ tuôn vào trục động cơ làm cho động cơ trở thành máy phát,
phát năng lợng trả lại nguồn (hay còn gọi là hÃm tái sinh), hình 2-5b.


* Một số trạng thái hÃm tái sinh:

+ HÃm tái sinh khi > 0: lúc này máy sản xuất nh là nguồn
động lực quay rôto động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát
năng lợng trả về nguồn.

Ih < 0
ôđ

U I > 0

0
U
E
E

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ih
U2

U1 I

01
02

E2 HTS
Mhbđ

E1

A
B

0

Mc M

Hình 2- 5b: HÃm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm

điện áp phần ứng động cơ (U2 < U1).

+ HÃm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng (+U - U):
lúc này Mc là dạng mômen thế năng (Mc = Mtn). Khi đảo chiều điện áp
phần ứng, nghĩa là đảo chiều tốc độ + 0 - 0, động cơ sẽ dần
chuyển sang đờng đặc tính có -U, và sẽ làm việc tại điểm B
(B>- 0). Về mặt năng lợng, do thế năng tích luỹ ở trên cao
lớn sẽ tuôn vào động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát
năng lợng trả lại nguồn, hình 2-5c.
Trang 35


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

U + E
U + K
=

R − + R −f
R − + R −f ⎬
⎪
M h = KI h


Trong thực tế, cơ cấu nâng hạ của cầu trục, thang máy, thì khi
nâng tải, động cơ truyền động thờng làm việc ở chế độ động cơ

(điểm A hình 2-5c), và khi hạ tải thì động cơ làm việc ở chế độ máy
phát (điểm B hình 2-5c).

Ih =




0

U I
A

bđ

E

+

Mc M

Rktf

-U

-E

Hình 2- 5c: HÃm tái sinh khi đảo chiều
điện áp phần ứng động cơ (+U -U).
2.2.5.2. HÃm ngợc:

HÃm ngợc là khi mômen hÃm của động cơ ngợc chiều với tốc
độ quay (M). HÃm ngợc có hai trờng hợp:
a) Đa điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng:

Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đa thêm Rf lớn vào mạch
phần ứng thì động cơ sẽ chuyển sang điểm B, D và làm việc ổn định ở
điểm E (ôđ = E và ôđA) trên đặc tính cơ có thêm Rf lớn, và
đoạn DE là đoạn hÃm ngợc, động cơ làm việc nh một máy phát nối
tiếp với lới điện, lúc này sức điện động của động cơ đảo dấu nên:
Trang 36

A

E
(Nâng)
M


Mc

D

e

Ih

U I

(+Rf)

Ikt

HTS
B

(2-31)

0 B

-

U
Ckt

-
ôđ0

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Rf

ôđ

I
a)

b)

Mnm Mc M

(Hạ)
HN
E

U
E

Ih

Mh



Mc

Hình 2-6a: a) Sơ đồ hÃm ngợc bằng cách thêm Rf.
b) Đặc tính cơ khi hÃm ngợc bằng thêm Rf.

Tại thời điểm chuyển đổi mạch điện thì mômen động cơ nhỏ
hơn mômen cản (MB < Mc) nên tốc độ động cơ giảm dần. Khi = 0,
động cơ ở chế độ ngắn mạch (điểm D trên đặc tính có Rf ) nhng
mômen của nó vẫn nhỏ hơn mômen cản: Mnm < Mc; Do đó mômen cản
của tải trọng sẽ kéo trục động cơ quay ngợc và tải trọng sẽ hạ xuống,
( < 0, đoạn DE trên hình 2-6a). Tại điểm E, động cơ quay theo chiều
hạ tải trọng, trờng hợp này sự chuyển động cử hệ đợc thực hiện nhờ
thế năng của tải.
b) HÃm ngợc bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng:

Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều điện áp phần ứng
(vì dòng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào để hạn chế) thì:

Trang 37