Giáo Trình Truyền động điện – Trường Trung cấp Kinh tế Kỹ thuật Quận 12

Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

LỜI GIỚI THIỆU
Giáo Trình Truyền động điện là tài liệu dùng để dạy cho học sinh, sinh viên chuyên
ngành điện dân dụng và cơng nghiệp. Nhằm hình thành các kiến thức ứng dụng, kỹ năng
phân tích các trạng thái làm việc của động cơ và thái độ nghề nghiệp cơ bản ở trình độ trung
cấp, cao đẳng trong phạm vi mơn học. Ngồi ra, nó có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho
các kỹ thuật viên, học sinh, sinh viên, công nhân trong các lĩnh vực nghề nghiệp có nội
dung thực hành liên quan.
Nội dung giáo tình bao gồm các phần: Đặc tính cơ của động cơ điện,
Điều chỉnh tốc độ truyền động điện, Chọn công suất động cơ
điện.
Tài liệu do các giáo viên bộ môn điện dân dụng và công nghiệp, khoa công nghệ điệnđiện lạnh, Trường Trung cấp Kinh Tế Kỹ Thuật Quận 12 thành phố Hồ Chí Minh biên soạn,
theo chương trình khung của sở Lao Động Thương Binh Xã Hội. Hy vọng giáo trình này sẽ
giúp cho các giáo viên và học sinh, sinh viên trong việc giảng dạy, học tập môn học đạt kết
quả tốt, với chất lượng và hiệu quả cao.
Với kinh nghiệm và trình độ còn hạn chế, tác giả rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp, chỉ bảo của các chuyên gia, giáo viên, giảng viên, và các bạn đọc quan tâm, để bổ
sung điều chỉnh cho giáo trình ln được cập nhật và hoàn thiện theo hướng cơ bản, hiện
đại phù hợp với điều kiện Việt Nam và nhu cầu xã hội.
Mọi ý kiến xin gửi về :
Khoa Công Nghệ điện – điện lạnh
Trường trung cấp kinh tế kỹ thuật Quận 12
Số 36HT11 – Phường Hiệp Thành – Quận 12
Chúng tôi xin chân thành cám ơn các đồng nghiệp trong khoa công nghệ điện – điện
lạnh, trường Trung cấp kinh tế Kỹ Thuật Quận 12 đã có những đóng góp quý báu để cuốn
giáo trình được hồn thành.
TP.HỒ CHÍ MINH, ngày…..tháng…. năm 2017
Tham gia biên soạn

GV. Nguyễn Thành Công
Chủ biên

.

.
Trang 1


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

MỤC LỤC

TÊN MƠ ĐUN:

TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Mã mô đun: MH15

.

.
Trang 2


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

I. Vị trí, tính chất của mơn học:
- Vị trí: Trước khi học mơn học này cần hồn thành các mơ đun và môn học cơ sở, đặc
biệt các mô đun và môn học: Mạch điện; Trang bị điện; Máy điện.
- Tính chất: Là môn chuyên ngành thuộc các môn học đào tạo nghề bắt buộc.
II. Mục tiêu mơn học
-

Về kiến thức:

+

Trình bày được nguyên tắc và phương pháp điều khiển tốc độ của hệ truyền động điện.

+

Đánh giá được đặc tính động của hệ điều khiển truyền động điện.

-

Về kỹ năng:

-

+

Tính chọn được động cơ điện cho hệ truyền động không điều chỉnh.

+

Lựa chọn được các bộ biến đổi phù hợp với yêu cầu hệ truyền động

Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo.
III. Nội dung môn học:
1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:
Thời gian (giờ)
Thực
Số

Tên chương mục

TT

Tổng

Lý

số

thuyết

hành, thí
nghiệm,
thảo luận,

Kiểm
tra

bài tập
1

2
3
4
5
6

Bài mở đầu: Khái quát chung về hệ
truyền động điện
Bài 1.
Cơ học truyền động điện.
Bài 2. Các đặc tính và trạng thái làm
việc của động cơ điện.
Bài 3. Điều khiển tốc độ truyền động
điện.
Bài 4. Ổn định tốc độ của hệ thống
truyền động điện.
Bài 5. Đặc tính động của hệ truyền
động điện.

.

1

1

2

2

10

10

10

10

7

6

8

8

1

.
Trang 3


Giáo trình truyền động điện
7

Trường TC KTKT Q12

Bài 6. Chọn công suất động cơ cho hệ
truyền động điện.
Cộng:

7

6

1

45

43

2

BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG
ĐIỆN
1. Khái quát chung về hệ truyền động
1.1.1. Định nghóa:


Truyền động điện (TĐĐ) là quá trình dùng năng lượng điện
(điện năng) biến đổi thành năng lượng cơ học (cơ năng) để
truyền động lực nhằm làm vận hành một hệ thống máy
.
.
Trang 4


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

móc thiết bị hoặc một dây chuyền sản xuất trong công
nghiệp.


ĐỘNG CƠ
ĐIỆN
Hệ thống TĐĐ
là
một tập hợp bao gồm các thiết bị dùng để

biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ và cả các
thiết bị dùng để điều khiển, hỗ trợ quá trình biến đổi đó.
TÍN HIỆU ĐẶT

1.1.2. Cấu trúc:
Một hệ thống TĐĐ, trong trường hợp tổng quát, bao gồm

các phần tử cơ bản sau:

NGUỒN
NĂNG LƯNG

BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT

MÁY SẢN XUẤT HAY CƠ CẤU CHẤP HÀNH

BỘ
ĐIỀU KHIỂN

Hình1.1: Sơ đồ cấu trúc một hệ thống truyền động điện

* Nguồn năng lượng: Cung cấp toàn bộ năng lượng đầu
vào để làm cơ sở vận hành cho cả hệ thống truyền động.
* Bộ biến đổi công suất: Biến đổi và điều khiển năng
lượng nguồn sang dạng thích hợp với động cơ và yêu cầu của
tải.
* Bộ điều khiển: Có chức năng theo dõi và điều khiển để
đảm bảo sự hoạt động và tính ổn định của hệ truyền động.
* Tín hiệu đặt: Bao gồm các thông số, chỉ tiêu, các tín
hiệu đã được chuẩn hóa theo các yêu cầu điều khiển.
* Động cơ điện: Dùng để biến đổi điện năng thành cơ
năng (chế độ động cơ) hay cơ năng thành điện năng (chế độ
máy phát khi thực hiện các trạng thái hãm điện)

.

.
Trang 5


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

* Máy sản xuất hay cơ cấu chấp hành: Dùng để thực hiện
các quy trình sản xuất cụ thể cũng như các yêu cầu công
nghệ nhất định.
1.1.3. Phân loại hệ thống TĐĐ:
Các hệ thống TĐĐ được phân loại theo nhiều hình thức
khác nhau:
1.1.3.1. Theo số lượng động cơ truyền động:



Truyền động nhóm : Là hệ truyền động trong đó chỉ gồm
một động cơ kéo một nhóm gồm nhiều máy sản xuất.



Truyền động đơn động cơ: Trong hệ thống TĐĐ này, một động
cơ điện kéo toàn bộ hệ truyền động của một máy sản
xuất. Các chuyển động phức tạp khác nhau trong máy đều
lấy từ động cơ duy nhất đó thông qua các kết cấu cơ khí tương
thích.



Truyền động đa động cơ: Làhệ thống mà trong đó mỗi
chuyển động riêng biệt của một máy sản xuất (lớn) là do
một động cơ riêng biệt nhất định thực hiện.
1.1.3.2. Theo đặc điểm của chuyển động truyền động:



Truyền động quay: Việc truyền động trong hệ thống được thực
hiện dưới dạng các chuyển động quay tròn, có hoặc không
có các trạng thái thay đổi chiều quay của động cơ.



Truyền động thẳng: Việc truyền động trong hệ thống được
thực hiện dưới dạng các chuyển động thẳng, tịnh tiến, qua lại,

chuyển động trượt…
1.1.3.3. Theo chế độ làm việc của hệ thống:



Chế độ làm việc liên tục: Hệ thống truyền động điện vận
hành liên tục trong thời gian lâu dài



Chế độ làm việc gián đoạn: Hệ thống truyền động điện làm
việc trong những khoảng thời gian ngắn hạn, gián đoạn, có
thể lặp lại hoặc không lặp lại.
1.1.3.4. Theo phân loại nguồn điện cung cấp:
.

.
Trang 6


Giáo trình truyền động điện


Trường TC KTKT Q12

Truyền động điện xoay chiều: Nguồn năng lượng cung cấp cho
toàn bộ hệ thống truyền động điện là nguồn điện xoay
chiều và việc truyền động điện được thực hiện bằng các
động cơ điện xoay chiều.



Truyền động điện một chiều: Nguồn năng lượng cung cấp cho
toàn bộ hệ thống truyền động là nguồn một chiều và việc
truyền động điện được thực hiện bằng các động cơ điện một
chiều. Loại này còn được phân ra 2 loại hình dựa theo thiết bị
biến đổi nguồn như sau:
* Hệ Máy phát - Động cơ (F-Đ): Động cơ điện một chiều
được cấp nguồn từ một máy phát điện một chiều.
* Hệ Chỉnh lưu - Động cơ (CL-Đ): Động cơ điện một chiều
được cấp nguồn một chiều thông qua một bộ chỉnh lưu từ
lưới xoay chiều.
1.1.3.5. Theo đặc tính thay đổi các thông số điện của
hệ thống:



Truyền động không điều chỉnh: Động cơ truyền động được nối
trực tiếp với nguồn điện và làm việc với một tốc độ nhất
định. Các thông số điện của hệ thống chỉ bị thay đổi do ảnh
hưởng của các nhiễu loạn bên ngoài.



Truyền động có điều chỉnh: Các thông số điện của hệ
thống có thể được thay đổi nhờ các thiết bị điều khiển. Tùy
theo từng yêu cầu công nghệ của các máy sản xuất mà có
truyền động điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh vị trí, điều chỉnh
lực hoặc moment.
1.2. Các khái niệm cơ bản về đặc tính cơ của máy sản

xuất:
1.2.1. Đặc tính cơ của máy sản xuất:
Đặc tính cơ của máy sản xuất hay đặc tính cơ của phụ tải
là quan hệ giữa moment của phụ tải với tốc độ quay. Theo
các kết quả thực nghiệm, đặc tính cơ của phụ tải được biểu
diễn dưới dạng phương trình tổng quát sau:
.

.
Trang 7


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

Mc = Mco + (Mcđm – Mco) (

ω α
)
ω dm

(1.1)

Trong đó:


Mc

: Moment cản ứng với tốc độ ω. (Còn gọi là

moment phụ tải).


Mco : Moment cản ứng với tốc độ ω = 0.



Mcđm : Moment cản (định mức) ứng với tốc độ ω =
ωđm.



α

: Hệ số làm việc phụ thuộc vào tính chất của

từng loại máy sản xuất.
1.2.2. Các dạng đặc biệt của đặc tính cơ của máy sản
xuất:
1.2.2.1. Đồ thị đặc tính cơ của máy sản xuất:

Hình 1.2: Đồ thị biểu diễn các đặc tính cơ của máy sản xuất
1.2.2.2. Các dạng đặc biệt của đặc tính cơ:
Từ phương trình tổng quát của đặc tính cơ của máy sản
xuất (hay đặc tính cơ phụ tải):
Mc = Mco + (Mcđm – Mco) (

ω α
)

ω dm

Ta có các trường hợp sau:


α = 0: Phương trình (1.1) trở thành:
.
Trang 8

.


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12
Mc = Mcđm

Đặc tính cơ là đường (1) trên hình 1.2. Đó là đặc tính cơ của
các cơ cấu nâng-hạ các tải trọng lượng, các băng tải khi khối
lượng di chuyển không thay đổi trong suốt quá trình truyền
động, cơ cấu ăn dao của máy cắt gọt kim loại,… Trường hợp
này moment cản không phụ thuộc vào tốc độ.


α = 1: phương trình (1.1) trở thành :
Mc =

M Cdm − M C 0
ω + M C0
ω

Đặc tính cơ là đường (2), đây chính là đặc tính cơ của máy
phát điện một chiều với tải thuần trở. Trường hợp này
moment cản tỉ lệ bậc nhất với tốc độ.


α = 2: phương trình (1.1) trở thaønh:
Mc =

M Cdm − M C 0 2
ω + M C0
ω dm

Đặc tính cơ là đường (3), là đặc tính cơ của các máy bơm ly
tâm, máy quạt gió,... Trường hợp này moment cản tỉ lệ bậc
hai với moment tốc độ.


α = -1: phương trình (1.1) trở thành:
Mc =

( M Cdm − M C 0 )ω dm
+ M C0
ω

Đặc tính cơ là đường (4), đây là đặc tính cơ của cơ cấu
các máy cuốn dây, cuộn giấy, truyền động quay trục chính
của các máy cắt gọt kim loại,... Moment cản ở đây tỉ lệ
nghịch với tốc độ.
Đặc tính moment của phụ tải được phân biệt thành hai loại:

Đặc tính của moment cản phản kháng (moment cản thụ động)
và đặc tính của moment cản thế năng (moment cản tích cực).


Moment cản thế năng không phụ thuộc vào chiều quay như
các tác động của tải tạo ra từ lực đàn hồi của các lò xo,…
.
.
Trang 9


Giáo trình truyền động điện


Trường TC KTKT Q12

Moment cản phản kháng luôn luôn chống lại chiều quay như
moment ma sát, moment của cơ cấu ăn dao trong các máy cắt
gọt kim loại …

MC
0

-MC

M

0

MC

M

(a) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất
(b)có
Dạng
tínhđặc
thếtính
năng
cơ của máy sản xuất có tính phản kháng.
xuất có tính thế năng.
Hình 1.3: Đồ thị biểu diễn các đặc tính cơ có tính thế năng và phản kháng

2. Phụ tải và phần cơ của truyền động điện
Phần cơ của hệ truyền động điện bao gồm các phần tử chuyển động từ rotor động cơ
cho đến cơ cấu công tác. Mỗi phần tử chuyển động được đặc trưng bởi các đại lượng sau:
- Lực tác động (F): N (Niuton)
- Momen tác động (M): Nm (Niuton mét)
- Tốc độ góc (ω): rad/s (radian/giây)
- Tốc độ thẳng (v): m/s (mét/giây)
- Momen quán tính (J): kgm2 (kilogam khối mét bình phương)
- Khối lượng (m): kg (kilogam khối).

.

.
Trang 10


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

Chú ý: Nếu các đại lượng trên cho theo các đơn vị khác thì khi tính tốn cần đổi về hệ đơn
vị đo lường quốc tế (SI) như đã nêu trên. Ví dụ, nếu lực cho theo KG, momen cho theo KGm,
2

2

tốc độ cho theo vịng/phút, qn tính cho theo momen đà GD với đơn vị là KGm , thì:
2

2

- 1KG = 9.8 N; 1KGm = 9.8 Nm; 1 vòng/phút = 9,55 rad/s; GD [KGm2] = 4J [Kgm ].

BÀI 1: CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Mục tiêu:
- Nhận dạng được các khâu cơ khí cơ bản của hệ truyền động điện.
- Tính tốn qui đổi mơ men cản, lực cản, mơ men qn tính về đầu trục động cơ.
- Xây dựng được phương trình chuyển động của hệ truyền động điện.
- Phân biệt được các trạng thái làm việc của hệ truyền động điện.
- Rèn luyện đức tính chủ động, nghiêm túc trong học tập và công việc.
.

.
Trang 11


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

Nội dung:
1. Các khâu cơ khí của truyền động điện, tính tốn qui đổi các khâu cơ khí của truyền
động điện.
Khi nghiên cứu sự làm việc của hệ thống TĐĐ, ta thường
chú ý đến ba yếu tố:


Lực hay Moment:

(F, M)



Tốc độ chuyển động:



Thời gian chuyển động: (t).

(ω).

Chuyển động của một hệ thống TĐĐ thông thường chỉ
gồm hai loại: Chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay.
1.1. Hệ thống chuyển động tịnh tiến:
Trong hệ thống chuyển đông tịnh tiến, thông thường vật
chuyển động có khối lượng không đổi hoặc được xem như
không đổi (vì lượng thay đổi là nhỏ so với khối lượng toàn bộ

phần chuyển động), nên theo định luật II Newton, ta có phương
trình của chuyển động tịnh tiến:

Fđ – Fc = Fa = ma = m.

dv
dt

(1.3)

Trong đó :


Fc : lực cản chuyển động của cơ cấu sản xuất



Fđ : lực phát động do động cơ điện sinh ra



Fa : lực tạo ra gia tốc cho chuyển động



m : khối lượng quán tính của vật chuyển động



a=

dv
dt

(N)
(N)
(N)

: gia tốc chuyển động

(kg)

(m/s2)

1.2. Hệ thống chuyển động quay:
Trong hệ thống chuyển động quay, nếu cũng xem moment
quán tính là không đổi thì tương tự, áp dụng định luật II
Newton, ta cũng có:

Mđ – Mc = Mε = J.ε = J.
.

dω
dt

(1.4)
.

Trang 12

Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

Trong đó:


Mc: moment cản do cơ cấu sản xuất tác dụng lên hệ
thống

(N.m)



Mđ: moment do động cơ điện tạo ra

(N.m)



Mε: moment tạo ra gia tốc góc cho chuyển động (N.m)



J : moment quán tính của hệ truyền động quay



ε =

dω
dt

: gia tốc góc của hệ thống

(N.m)

(rad/s2)

Các phương trình (1.3) và (1.4) là các phương trình cơ bản
của hệ chuyển động tịnh tiến và của hệ chuyển động quay.
Tốc độ quay khi tính theo đơn vị (v/p) là n và khi theo tính đơn
vị (rad/s) là ω được biểu diễn theo quan hệ sau:

ω = 2p

n
1
=
n
60 9.55

(rad/s)

(1.5)

Mε = J. ε =

Vì vậy (1.4) trở thành:

1 dn
9.55 dt

(1.6)
Từ các phương trình (1.3) và (1.4) ta thấy:

Khi a =

dv
dt

Hoặc ε =

Khi a =

dv
dt

Hoặc ε =

Khi a =

dv
dt

> 0 nghóa là: Fđ > Fc
dω
dt

>0

<0
dω
dt

<0

Hệ
thống
tăng tốc

đang

nghóa là: Mđ > Mc
Hệ
thống
nghóa là: Fđ <
Fc
giảm tốc

đang

nghóa là: Mđ < Mc

= 0 nghóa là: Fđ = Fc

.

Hệ thống làm việc ổn

định

.
Trang 13


Giáo trình truyền động điện

Hoặc ε =

dω
dt

=0

Trường TC KTKT Q12

nghóa là: Mđ = Mc

Trong trường hợp này, hệ sẽ chuyển động đều hoặc quay
đều
1.3. Xét dấu moment:
Tùy thuộc vào quá trình chuyển hóa và tiêu thụ năng
lượng trong hệ thống TĐĐ mà một động cơ tại bất kỳ thời
điểm nào, luôn chỉ có thể tồn tại ở một trong hai trạng thái
làm việc là Trạng thái động cơ hoặc Trạng thái hãm (trạng
thái máy phát)
Quy tắc xét dấu moment phải tương ứng với chiều chuyển
động, người ta quy ước các moment hướng cùng chiều quay
của truyền động có giá trị dương, còn các moment hướng

ngược chiều quay của truyền động sẽ có giá trị âm.
Đối với việc xét dấu tốc độ, người ta quy ước chiều
chuyển động của động cơ là dương, bất chấp động cơ quay
theo chiều nào. Và vì vậy:
* Moment của động cơ ở trạng thái động cơ sẽ mang dấu
dương vì nó hướng theo chiều quay động cơ, còn ở trạng thái
hãm là âm vì hướng ngươcï chiều quay động cơ.
Phương trình cân bằng công suất của một hệ TĐĐ là:
Pđ = Pc + ∆P
Trong đó: Pđ – công suất điện cung cấp cho hệ TĐĐ
Pc – công suất cơ mà hệ tiêu thụ

∆P – tổn thất công suất
Quan hệ giữa Pc và MĐ theo biểu thức sau:
Pc = MĐ .ω
* Moment của máy sản xuất hay moment cản có dấu tùy
thuộc vào phân loại sau:

.

.
Trang 14


Pc = MĐ. < 0

Pc = MĐ. < 0

Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12
Pc = MÑ. < 0

+ Moment cản phản kháng luôn có chiều chống lại chuyển
động do động cơ tiến hành. Moment sẽ đảo chiều khi đổi
chiều quay của động cơ.
Các moment cản loại này thường là moment ma sát, moment
cắt của các máy cắt gọt kim loại…
+ Moment cản thế năng luôn có chiều tác động không
thay đổi khi động cơ đổi chiều quay. Do vậy, nếu ở chiều quay
này, moment cản thế năng gây cản trở chuyển động thì ở
chiều quay ngược lại, nó sẽ hỗ trợ chuyển động.
Moment cản thế năng chính là các trường hợp moment cản
trong các cơ cấu nâng-hạ cần trục, cẩu trục, palăng…
v

v

Hình 1.4: Các trạng thái làm việc của động cơ điện trên các
góc phần tư đặc tính cô.

.

.
Trang 15


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

Hình 1.5: Các loại moment cản
(a) Moment cản phản kháng; (b) Moment cản thế năng
1.4. Quy đổi các đại lượng về trục động cơ:
Một hệ thống truyền động điện có thể gồm nhiều bộ
phận chuyển động, các bộ phận đó có thể có những hình
thức chuyển động khác nhau theo những tốc độ chuyển động
khác nhau.
Khi nghiên cứu về quá trình vận hành của hệ thống TĐĐ,
ta cần thành lập phương trình chuyển động của toàn bộ hệ
thống. Các phương trình (1.3), (1.4) chỉ đúng khi toàn bộ các đại
lượng đều được khảo sát ở cùng một thời điểm và tại cùng
vị trí nhất định nào đó. Do đó ta phải tính toán quy đổi các
đại lượng lực cản Fc, moment cản Mc, moment quán tính J, khối
lượng quán tính m về một điểm, thông thường là trục động
cơ.
Nguyên tắc tính quy đổi dựa trên cơ sở định luật bảo
toàn năng lượng, nghóa là công suất hoặc động năng của hệ
thống trước và sau quy đổi phải bằng nhau.

1.4.1. Quy đổi moment cản về trục động cơ:
Đối với cơ cấu trên hình 1.6, moment cản Mc trên tang quay
cần phải được quy đổi về trục động cơ, tức là cần xác định
giá trị moment quy đổi tương ứng Mqđ đặt trên trục động cô. Hay
.

.
Trang 16

m

m
m


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

nói cách khác, giá trị moment quy đổi Mqđ về trục động cơ là
giá trị moment của động cơ cần có tại trục của nó để sau khi
truyền qua hệ truyền lực tới tang quay phải có giá trị đủ lớn
để thắng moment cản Mc.
Công do động cơ sinh ra truyền tới tang trống là:
Mqđ . ω

Đ

.η.t

Trong đó: η hiệu suất của cơ cấu truyền lực từ động cơ tới
tang quay:

η = η1 . η2

(1.7)

Theo định luật bảo toàn năng lượng thì công này bằng
công ở tang quay, tức là:
Mqđ . ω

Đ

. η. t = Mc . ω T . t

M qd =

Hay:

i=
Với:

Mc
η .i

(N.m)

ωD
ωT

(1.8)

(1.9)

Trong đó: i là tỷ số truyền lực từ trục động cơ tới trục
tang trống.
i = i 1 . i2 . i3 …

(1.10)

Vậy, động cơ muốn khắc phục được moment cản Mc tại trục

tang quay thì phải sinh ra một moment Mqđ trên trục của nó tính
theo công thức (1.8)
1.4.2. Quy đổi lực cản của moment tịnh tiến thành
moment trên trục động cơ:
Đối với cơ cấu truyền động trên hình (1.6) khi tính quy đổi
về trục động cơ lực Fc do vật chuyển động tịnh tiến gây ra với
một tốc độ v. Công mà động cơ cần có được tính bởi công
thức sau:
Fc . v . t
Vậy:

Mqđ .ωđ . η.t =Fc.v.t

.

.
Trang 17


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

Hay:

Fc .ρ
η

Mqđ =

(N.m)

(1.11)

Trong đó ρ là bán kính quy đổi của chuyển động tịnh tiến
về trục động cơ.
1.4.3. Quy đổi moment quán tính về trục động cơ
Moment quán tính J và khối quán tính m đặc trưng cho tính “ ì ”
cùa một vật chuyển động quay tròn và chuyển động thẳng.
Trong một hệ thống TĐĐ, các phần tử chuyển động đều có
moment quán tính (nếu là chuyển động quay) hoặc khối quán
tính (nếu là chuyển động thẳng) và khi khảo sát tính toán
cũng cần quy đổi chúng về trục động cơ.
Để tính quy đổi moment quán tính của tang quay Jt trên trục
quay T4 thành moment quán tính quy đổi Jqđ trên trục động cơ, ta
tính động năng tích lũy của tang quay:
J T .ω D
2

2

Và động năng tích lũy trên trục động cơ tương ứng với
moment quy đổi Jqđ
J qd .ω T

2

2

Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có:

J qd .ω T
2

Suy ra :

2

=

J T .ωT
2

Jqđ =

2

JT
i2

(1.12)

1.4.4. Quy đổi khối quán tính của chuyển động tịnh tiến
thành moment quán tính trên trục động cơ:
Trên hình (1.6) chuyển động tịnh tiến của khối m tích lũy
được một động năng:

.

.
Trang 18

Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12
mv 2
2

Ta có moment quán tính quy đổi tương ứng được suy từ định
luật bảo toàn năng lượng:
J qd .ω T
2

2

=

mv 2
2

Jqđ = mρ2

Suy ra:

(1.13)

Tổng quát, với hệ TĐĐ được biểu diễn như trên hình 1.6 thì
toàn bộ các moment quán tính, khối quán tính được quy đổi về
trục động cơ sẽ tạo ra 1 moment quán tính của toàn bộ hệ
thống:

Jqđ hệ thống = JĐ +

J2

J3

2

2

i2

+

i3

JT

+

iT

2

+ mρ2

Trục1 Trục2 Trục3

Trục4

Phương trình động lực học viết trên trục động cơ (Trục 1) là:

MĐ - Mqđ = Jqđ hệ thống .

dω D
dt

Với Mqđ là moment tính từ khâu cuối cùng của hệ truyền
động. (Đối với ví dụ trên, moment quy đổi Mqđ

được tính theo

công thức (1.11))
2. Đặc tính cơ của máy sản xuất, động cơ.
-

Đặc tính cơ của máy sản xuất
+ Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và mơmen cản của máy sản

xuất:
Mc = f(ω)
+ Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng được biếu diễn
dưới dạng biểu thức tổng quát:

Trong đó:
.

.
Trang 19

Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

Mc - mơmen ứng với tốc độ ω
Mco - mômen ứng với tốc độ ω = 0.
Mđm - mômen ứng với tốc độ định mức ωđm

Hình 1.7: Đặc tính cơ của một số MSX.
+ Ta có các trường hợp số mũ q ứng với các tải:
- Khi q = -1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng các cơ cấu hình máy tiện, doa,
máy cuốn dây, cuốn giấy, ... (1) Đặc điểm của loại máy này là tốc độ làm việc càng thấp thì
mơmen cản (lực cản) càng lớn.
- Khi q = 0, Mc = Mđm = const, tương ứng các cơ cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang
máy, băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt, ... (2)
- Khi q = 1, mômen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, tương ứng các cơ cấu ma sát, máy bào,
máy phát một chiều tải thuần trở…(3)
- Khi q = 2, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy bơm, quạy gió,
máy nén,…(4)
* Ngồi ra, một số máy sản xuất có đặc tính cơ khác, như:
- Mơmen phụ thuộc vào góc quay Mc = f(ϕ);hoặc mômen phụ thuộc vào đường đi Mc =
f(s), các máy cơng tác có pittơng, các máy trục khơng có cáp cân bằng có đặc tính thuộc loại
này.
- Mơmen phụ thuộc vào số vòng quay và đường đi Mc = f(ω,s) như các loại xe điện.
- Mômen phụ thuộc vào thời gian Mc = f(t) như máy nghiền đá, nghiền quặng.
-

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(ω) (1.3)
* Thường người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ:
.

.
Trang 20


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

+ Đặc tính cơ tự nhiên: là đặc tính có được khi động cơ nối theo sơ đồ bình thường,
khơng sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ khác và các thông số nguồn cũng như của động cơ là
định mức. Như 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 được sự thay đổi
một trong các thơng 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. Độ
cứng đặc tính cơ:
+ Đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm “độ cứng đặc tính cơ ”
và được tính:

Nếu đặc tính cơ tuyến tính thì: β = ∆ M/ ∆ω Hoặc theo hệ đơn vị tương đối: β =
dM /dω là lượng sai phân của mơmen ∆M và ∆ω

Hình 1.8: Độ cứng đặc tính cơ.
+ Động cơ khơng đồng bộ có độ cứng đặc tính cơ thay β đổi giá trị (β> 0, β< 0).
+ Động cơ đồng bộ có đặc tính cơ tuyệt đối cứng (≈ ∞ ).

+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ cứng (β ≥ 40).
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ mềm (β ≤ 10).
3. Câu hỏi bài 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 cơng tác?
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) đã biết?

.

.
Trang 21


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

4. Mơmen cản hình thành từ đâu? Đơn vị đo lường của nó? Công thức quy đổi mômen
cản từ trục của cơ cấu cơng tác về trục động cơ?
5. Mơmen qn tính là gì? Đơn vị đo lường của nó? Cơng thức tính quy đổi mơmen
qn tính từ tốc độ ωi nào đó về tốc độ của trục động cơ ω ?
6. Thế nào là mơmen cản thế năng? Đặc điểm của nó thể hiện trên đồ thị theo tốc độ?
Lấy ví dụ một cơ cấu có mơmen cản thế năng.
7. Thế nào là mơmen cản phản kháng? Lấy ví dụ một cơ cấu có mơmen cản phản
kháng.
8. Định nghĩa đặc tính cơ của máy sản xuất. Phương trình tổng qt của nó và giải tích
các đại lượng trong phương trình?
9. Hãy vẽ đặc tính cơ của các máy sản xuất sau: máy tiện; cần trục, máy bào, máy
bơm.

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 xá định độ cứng đặc tính cơ theo những
cách nào?

BÀI 2: CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA
ĐỘNG CƠ ĐIỆN
Mục tiêu
- Xây dựng được đặc tính cơ của các động cơ điện một chiều (DC), động cơ điện
không đồng bộ, động cơ điện đồng bộ.
.

.
Trang 22


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

- Phân tích được các trạng thái làm việc của các động cơ: một chiều, khơng đồng bộ,
đồng bộ.
- So sánh đặc tính của các loại động cơ, phạm vi ứng dụng của các động cơ dùng trong
truyền động điện.
- Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học.
Nội dung
1. Đặc tính của động cơ điện DC, các trạng thái khởi động và hãm.

1.1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và kích từ song song
1.1.1. Khái niệm chung

khi đặt hai đường đặc tính cơ M(ω) và Mc(ω) lên cùng một hệ trục tọa độ, ta có thể xác
định được trạng thái làm việc của động cơ và của hệ: trạng thái xác lập khi M = M c ứng với
giao điểm của hai đường đặc tính M(ω) và M c(ω); hoặc trạng thái quá độ khi M ≠ M c tại
những vùng có ω ≠ ωxl ; trạng thái động cơ thuộc góc phần tư thứ nhất và thứ ba; hoặc trạng
thái hãm thuộc góc phần tư thứ hai và thứ tư.
Khi phân tích các hệ truyền động, ta thường coi máy sản xuất đã cho trước, nghĩa là coi
như biết trước đặc tính cơ Mc(ω) của nó. Vậy muốn tìm kiếm một trạng thái làm việc với
những thông số yêu cầu như tốc độ, mơmen, dịng điện động cơ v.v.. ta phải tạo ra những
đặc tính cơ của động cơ tương ứng. Muốn vậy, ta phải ta phải nắm vững các phương trình
đặc tính cơ và các đặc tính cơ của các loại động cơ điện, từ đó hiểu được các phương pháp
tạo ra các đặc tính cơ nhân tạo phù hợp với máy sản xuất đã cho và điều khiển động cơ sao
cho có được các trạng thái làm việc theo yêu cầu cơng nghệ.
Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số liệu định mức của nó.
Trong nhiều trường hợp ta coi đặc tính này như loạt số liệu cho trước. Mặt khác nó có thể có
vơ số đặc tính cơ nhân tạo có được 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 thơng số nào có ảnh hưởng đến hình dáng và vị trí của đặc tính cơ, đều được
coi là thông số điều khiển động cơ, và tương ứng là một phương pháp tạo đặc tính cơ nhân
tạo hay đặc tính điều chỉnh.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng thuận M = f(ω) hay
dạng ngược ω = f(M).
1.1.2. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập (ĐM đl) và kích từ song song
(ĐMss)
.

.
Trang 23

Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

a. Sơ đồ nối dây của ĐMđl và ĐMss
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (ĐM đl): nguồn một chiều cấp cho phần ứng và
cấp cho kích từ độc lập nhau.
Khi nguồn một chiều có cơng suất vơ cùng lớn và điện áp khơng đổi thì có thể mắc
kích từ song song với phần ứng, lúc đó động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ
song song (ĐMss).

Hình 3.1: a) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
b) Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ song song.
b. Các thơng số cơ bản của ĐMđl Các thơng số định mức:
nđm(vịng/phút); ωđm(Rad/sec); Mđm(N.m hay KG.m); Φđm(Wb); Pđm(KW);
Uđm(V); Iđm(A); ... Các thông số tính theo các hệ đơn vị khác: ω* = ω/ωđm ; M* =
M/Mđm ; I* = I/Iđm; Φ* = Φ/Φđm; R* = R/Rđm; Rcb = Uđm/Iđm,; ω%; M%; I%; ...
c. Phương trình đặc tính cơ, có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần
ứng như sau:

Trong đó:
Uư là điện áp phần ứng động cơ (V)
E là sức điện động phần ứng động cơ (V)

Với: φ - Từ thông qua mỗi cực từ.
p - Số đôi cực từ chính.
N - Số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng.
a - Số mạch nhánh song song của cuộn ứng.

.

.
Trang 24


Giáo trình truyền động điện

Trường TC KTKT Q12

Trong đó: rư là điện trở cuộn dây phần ứng của động cơ (Ω).
rctf là điện trở cuộn dây cực từ phụ của động cơ (Ω).
rctb là điện trở cuộn dây cực từ bù của động cơ (Ω).
rtx là điện trở tiếp xúc giữa chổi than với cổ góp của động cơ (Ω).
Rưf là điện trở phụ mạch phần ứng
Iư là dòng điện phần ứng.

Đây là phương trình đặc tính cơ - điện của động cơ một chiều kích từ độc lập (3.4).
Mặt khác, mômen điện từ của động cơ được xác định:

Khi bỏ qua tổn thất ma sát trong ổ trục, tổn thất cơ, tổn thất thép thì có thể coi:

Thay giá trị Iư vào ta có:

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Có thể
biểu diễn đặc tính cơ dưới dạng khác:

Từ các phương trình đặc tính cơ điện và phương trình đặc tính cơ trên, với giả thiết
phần ứng được bù đủ và φ = const thì ta có thể vẽ được các đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ
là những đường thẳng.

.

.
Trang 25