Bài giảng Thực hành truyền động điện - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Bộ lao động thương binh và xà hội
Trường đại học sư phạm kỹ thuật nam định

Th.s PHM VN CHNH
Th.s Phạm thị hoa

tập bài giảng

thực hành truyền động điện

Nam định 2012


LỜI NÓI ĐẦU
Động cơ điện là các thiết bị động lực chính để truyền động trong các máy cơng
nghiệp. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện là các yêu cầu chính khi nghiên cứu ứng dụng
động cơ điện đáp ứng các yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển hiện đại trong các
dây chuyền sản xuất tự động.
Ngày nay, do ứng dụng tiến bộ kỹ thuật điện tử công suất, tin học các hệ truyền
động được thay đổi một cách đáng kể. Các bộ biến đổi điện tử công suất được chế tạo
hoàn chỉnh ứng dụng khoa học tiên tiến và các phương pháp tính để điều chỉnh tốc độ
động cơ đáp ứng yêu cầu công nghệ, đạt chất lượng cao tiết kiệm điện năng, giảm kích
thước và giá thành của hệ.
Để thống nhất các nội dung giảng dạy, có tài liêu nghiên cứu cho các giảng viên
và sinh viên khi thực hành các hệ truyền động với động cơ điện một chiều, xoay chiều
và đặc biệt trên cơ sở của các thiết bị điện điều khiển và các động cơ điện được trang
bị hiện đại tại trung tâm thực hành. Nội dung chủ yếu về xây dựng các đặc tính cơ khi
điều chỉnh theo các phụ tải khác nhau, điều chỉnh tốc độ và điều khiển theo hệ thống
truyền động. Bộ môn Kỹ thuật điều khiển biên tập bài giảng thực hành truyền động
điện theo các bài tập cơ bản sau:
Bài1. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Bài 2 . Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Bài 3. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp
Bài 4. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
Bài 5. Điều chỉnh tốc độ động cơ đặc biệt
Tập bài giảng thực hành truyền động điện được biên soạn theo hướng mở có
thể thực hành theo nhiều dạng bài tập về hệ thống truyền động hiện đại để điều khiển
tốc độ động cơ một chiều và xoay chiều khơng đồng bộ. Trong q trình biên soạn
nhóm tác giả đã cố gắng tham khảo nhiều nguồn tài liệu, cập nhật các kiến thức mới,
các nguồn tài liệu cung cấp một số hãng thiết bị, các thiết bị thực tế về điều khiển
truyền động hiện đại, trao đổi ý kiến chuyên môn của các bạn đồng nghiệp, song vẫn
hạn chế về thông tin và khả năng nên nội dung khơng tránh khỏi thiếu sót. Rất mong
các thầy, cơ giáo, bạn đọc đóng góp để nhóm tác giả hồn thiện tốt hơn. Nội dung
đóng góp xin giử về bộ môn Kỹ thuật điều khiển- Khoa Điện – Điện tử trường đại học
Sư phạm Kỹ thuật Nam Định.
Tác giả

1


Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................................... 1
Bài 1: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP .......... 3
Bài 2: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP ........ 34
Bài 3: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ HỖN HỢP ....... 53
Bài 4: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA .................... 74
Bài 5: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐẶC BIỆT ............................................. 120
PHỤ LỤC ............................................................................................................................... 137
HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG BIẾN TẦN SIEMENS ............................................................... 137

2

Bài 1:
ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
I. Mục tiêu học tập
1. Kiến thức:

- Nắm được cấu tạo động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
- Nắm được các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ
độc lập.
2. Kĩ năng:

- Nối dây và vận hành mạch điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ
độc lập .
- Xây dựng đặc tính điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập dựa vào các số liệu đo được.
3. Thái độ:

- Nghiêm túc học tập, tích cực luyện tập.
- Tổ chức nơi làm việc gọn gàng ngăn lắp.
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

II. Tóm tắt lý thuyết

1. Cấu tạo của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm hai phần là phần tĩnh (Stato) và phần
động (Rotor).

 Phần tĩnh gồm cực từ chính, cực từ phụ, gơng từ, chổi than, nắp máy.
- Cực từ chính là phần để tạo ra từ trường một chiều gồm có lõi sắt và cuộn
dây kích từ.
- Cực từ phụ gồm giữa các cực từ chính để cải thiện tình trạng đổi chiều. Cực
từ phụ được làm bằng thép khối trên đặt các cuộn dây quấn.
- Gông từ là phần nối tiếp các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong máy điện
lớn gông từ làm bằng thép đúc, trong các máy điện nhỏ gông từ bằng thép lá ghép lại.
- Chổi than dùng để đưa dòng điện từ ngoài vào máy. Các chổi than được đặt
lên giá đựng chổi than và luôn tỳ lên hai vành góp nhờ hai lị xo.
- Nắp máy dùng để bảo vệ các chi tiết của máy.
3


 Phần quay gồm lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, phiến góp, cánh quạt,
trục máy.
- Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, có dạng hình trụ trịn được ép cứng vào với
trục máy tạo thành một khối thống nhất.
- Dây quấn phần ứng sinh ra sức điện động.
- Vành góp dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành dòng điện một
chiều.
- Cánh quạt dùng để làm mát động cơ.
- Trục máy dùng để đặt lõi thép phần ứng và vành góp.

Hình 1.1. Cấu tạo của động cơ điện một chiều
1.Vành góp; 2. Cổi than; 3. Rotor; 4. Cực từ; 5. Cuộn dây kích từ;
6. Lõi thép Stato; 7. Cuộn dây phần ứng
2. Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập cuộn kích từ CKĐ được cấp điện từ
một nguồn tách biệt với nguồn điện cấp cho cuộn dây phần ứng (hình 1.2a).

Ở động cơ điện kích từ song song cuộn dây kích từ và cuộn dây phần ứng được
cấp điện bởi cùng một nguồn (hình 1.2b). Trong trường hợp này mà nguồn điện có
cơng suất lớn hơn nhiều so với cơng suất của động cơ thì tính chất động cơ sẽ tương tự
như động cơ kích từ độc lập.
Trong đó:
EA : là sức điện động cảm ứng trong dây quấn phần ứng;
CP : là cuộn dây phụ;
CB : là cuộn dây bù;
CKT : là cuộn dây kích từ;
4


Rpư : là điện trở phụ mạch phần ứng;
Rpkt : là điện trở phụ mạch kích từ.
UA

+
E
If

CP

IA

CB

Rpư

Rpkt

CKT

(a)

Uf

+

-

UA

+
E
If

CP

IA

CB

Rpư

Rpkt

CKT

(b)

Hình 1.2. Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều
a.Kích từ độc lập; b. Kích từ song song

3. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
a.Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
- Điện áp mạch phần ứng:

UA = EA + IAR

- Sức điện động phần ứng:

- Mômen quay của động cơ:

EA = k = ken
M  k I A

- Phương trình biểu diễn quan hệ tốc độ và mômen quay:


UA
R

M  0  
K ( K ) 2

0 

UA
K

 

R
M
( K ) 2

Trong đó:
M : là mơmen quay của động cơ;
UA : là điện áp đặt vào động cơ;
IA : là dòng điện phần ứng;
5


EA : là sức điện động phần ứng;
If : là dịng điện kích từ;
Uf : là điện áp mạch kích từ;
 : là từ thông động cơ;

k : là hệ số hằng số phụ thuộc kết cấu động cơ; ke=0,105k;
=2n/60=0,105n;

R : là điện trở mạch phần ứng
R = rA + rCB + rCP + Rpư
Với: rA là điện trở cuộn dây phần ứng.

Với điều kiện K là hằng số, đặc tính cơ có dạng đường thẳng như hình 1.3.



0

0

M

Hình 1.3. Dạng đặc tính cơ của động cơ điện
một chiều kích từ độc lập
b. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
* Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
- Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ.
- Điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh D=10:1.
- Độ cứng đặc tính cơ được giữ khơng đổi trong tồn dải điều chỉnh.

- Chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay đổi UAUAđm)

* Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
- Từ thông càng giảm, tốc độ động cơ càng lớn.
- Điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh D=3:1.
- Độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông.

- Chỉ thay đổi được tốc độ về phía tăng (vì chỉ có thể thay đổi <đm).

* Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng
- Điện trở mạch phần ứng càng tăng, tốc độ động cơ càng giảm.

6


- Về nguyên tắc, phương pháp cho phép điều chỉnh trơn nhờ thay đổi đều điện
trở. Nhưng vì dịng điện phần ứng lớn, việc chuyển đổi điện trở sẽ khó khăn nên thực

tế chỉ chuyển đổi điện trở từng cấp. Dải điều chỉnh D=5:1.
- Độ cứng đặc tính cơ giảm khi tăng điện trở mạch phần ứng.
- Chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay đổi R>Rpư).
III.Thiết bị, dụng cụ, vật tư phục vụ 1 bàn thực hành
TT

Tên thiết bị

lượng

bộ

1

Bộ nguồn một chiều không điều chỉnh (chỉnh lưu

bộ

1

Ampe kế số một chiều

cái

2

Bộ biến trở phụ cho mạch kích từ (2,2KΩ)

bộ

1

cái

1

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

3

Bộ nguồn một chiều điều chỉnh (chỉnh lưu dùng

4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
16
17

Số

tính

1
2

Đơn vị

Thiết bị đo cơng suất kiểu bột từ
SCR)

dùng điốt)

Vôn kế số một chiều

Công tắc nguồn tổng 3 pha
Khớp nối

cái

bộ

cái
bộ

Nắp che khớp nối

cái

Bút thử điện

cái

Dây nối

1

1

1
1

1

m

30

Đồng hồ vạn năng

cái

1

Kìm cắt

cái

Kìm mỏ nhọn
Tuốcnơvít

Băng dính cách điện

cái

1

cái

1

cuộn
7

1

1

1


 Thiết bị đo công suất kiểu bột từ

Thiết bị được xây dựng dựa trên sự tổng hợp một cách hợp lý các thiết bị chức
năng sau:
- Thiết bị phanh hãm kiểu bột từ
- Thiết bị điều khiển lực hãm
- Thiết bị đo tốc độ (vịng/phút) và đo mơmen (kg-cm)

SPEED METER (r.p.m)

DIGITAL

MAX 5 kg-cm

TORQUE METER (kg-cm)

RPM

DIGITAL

Kg-cm

ZERO ADJ

POWER SW TORQUE ADJ

TORQUE SW

I

I

O

T

>

O

MAGNETIC POWER BRAKE Power(W)=0,01026 x speed(RPM) x Torque(kg-cm)

Hình 1.4. Mơ hình thiết bị đo cơng suất kiểu bột từ

8


Thiết bị đo công suất nối trục một cách dễ dàng với các máy điện quay cần tiến
hành thí nghiệm; dễ dàng điều chỉnh tăng hoặc giảm tải máy điện thí nghiệm bằng
cách thay đổi lực hãm. Hai đại lượng tốc độ và mơmen được đo chính xác và được
hiển thị bằng số.
Để tiến hành thí nghiệm với thiết bị đo công suất kiểu bột từ. Núm điều chỉnh
“TORQUE ADJ” quay hết về theo chiều ngược chiều kim đồng hồ; “POWER SW” đặt
ở “0” trước khi cấp nguồn cho động cơ thí nghiệm, kiểm tra ghép nối trục của máy thí
nghiệm với thiết bị đo cơng suất đã đảm bảo chưa, bắt chặt các vít cố định của hai đế
máy, sau khi các bước trên đã làm tốt ta tiến hành cấp điện cho động cơ động cơ quay
trong vòng một phút (để cho bột từ bên trong thiết bị đo cơng suất kiểu từ bám đều),
sau đó cấp nguồn xoay chiều 220V cho thiết bị đo công suất kiểu bột từ, bật công tắc
đặt về”I” lúc này đèn báo nguồn sang, quạt làm mát của thiết bị đo công suất kiểu bột
từ quay, đồng thời điều chỉnh “ZERO ADJ” theo dõi trên màn hiện số kg-cm hiện số
00000.
Tiến hành điều chỉnh “TORQUE ADJ” đồng thời quan sát trên màn hiển thị kgcm chỉ số kg-cm, điều chỉnh đến vị trí mà giá trị kg-cm cần đặt lên trục động cơ thí
nghiệm cần đo.
Ví dụ: động cơ cần thí nghiệm có các thơng số sau:U = 220V, P = 0,25 KW, n =
1720 vịng/phút. Cần tính tải trọng chỉ thị giá trị kg-cm khi tải định mức, có thể theo
cơng thức sau đây:
F(kg) 

P(out )
250 W


 1,66(kg )
1,027.L.n 1,027.0,85.1720

Trong công thức trên:
P(out)=1,027.M.n: là công suất truyền ra trên trục động cơ;
M: là mômen quay;
L: là độ dài giữa cân và bột từ L = 0,85 m;
N: là tốc độ quay của động cơ;
1kg = 9,807 n.M;

IV. Thực hành

1. Tìm hiểu cấu tạo động cơ điện một chiều kích từ độc lập
a.Xác định các thông số định mức của động cơ

Dựa vào thông tin ghi trên nhãn máy, ghi lại các thơng số định mức của động

cơ điện một chiều kích từ độc lập vào trong bảng 1.1.

9


Bảng 1.1: Bảng số liệu định mức của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

TT

Thơng số

1

Điện áp phần ứng

3

Điện áp kích từ

2

Kí hiệu

Trị số định mức

Dịng điện phần ứng

4

Dịng điện kích từ

5

Tốc độ quay

b.Xác định các đầu dây quấn của động cơ

Dựa vào thông tin ghi trên nhãn máy và các kí hiệu trên máy, ghi lại các đầu

dây quấn của động cơ điện một chiều vào trong bảng 1.2.

Bảng 1.2: Bảng kí hiệu các đầu dây quấn của động cơ

TT
1
2

Dây quấn

Kí hiệu các đầu dây

Dây quấn phần ứng

Dây quấn kích từ độc lập

2. Kết nối bộ biến đổi - động cơ điện một chiều kích từ độc lập

a.Sơ đồ kết nối bộ biến đổi - động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc
độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ (hình 1.5)
If

+

F1

A1
M

-

Rft

F2

A2

10

Ia

+
V

-

Bộ
nguồn
một
chiều
(dùng
SCR)

U


A1

A2

F1

F2

S1

S2

T

A1
S1
S3

>

S2

S3 F1

F2

M/G

A2

Hình 1.5.Sơ đồ kết nối mạch điện điều chỉnh tốc độ động cơ điện
kích từ độc lập bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

- Cuộn dây kích từ độc lập (F1-F2) được đấu nối tiếp với biến trở phụ Rft

(02,2KΩ).

- Mạch kích từ được cấp điện một chiều từ bộ nguồn một chiều không điều

chỉnh. Đồng hồ ampe mét If đo dịng điện mạch kích từ If.
- Mạch phần ứng được cấp điện một chiều từ bộ nguồn một chiều điều chỉnh
được điện áp.
- Đồng hồ ampe mét Ia đo dòng điện phần ứng IA , đồng hồ vôn kế V đo điện áp
phần ứng động cơ.
b.Sơ đồ kết nối bộ biến đổi - động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh tốc
độ bằng cách thay đổi từ thơng động cơ (hình 1.6)

Cuộn dây kích từ độc lập (F1-F2) được đấu nối tiếp với biến trở phụ Rft

(02,2KΩ). Điều chỉnh từ thông động cơ thơng qua điều chỉnh biến trở Rft.

- Mạch kích từ được cấp điện một chiều từ bộ nguồn một chiều khơng điều
chỉnh. Đồng hồ ampe mét If đo dịng điện mạch kích từ If.
- Mạch phần ứng được cấp điện một chiều từ bộ nguồn một chiều điều chỉnh
được điện áp.
11


- Đồng hồ ampe mét Ia đo dòng điện phần ứng IA , đồng hồ vôn kế V đo điện áp
phần ứng động cơ.

If

+

F1

A1

Ia

M
Rft

A1

A2

F1

F2

S1

S2

T

F2

V

A2

-

Bộ
nguồn
một

chiều
(dùng
điốt)

U

A1
S1
S3

>

+

S2

S3 F1

F2

M/G

A2

Hình 1.6. Sơ đồ kết nối mạch điện điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi từ thơng động cơ

3. Điều chỉnh tốc độ theo yêu cầu
a. Xây dựng đặc tính điều chỉnh tốc độ khi khơng có phản hồi
a1. Đặc tính điều chỉnh tốc độ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ

Bước 1: Lựa chọn thiết bị, máy móc đặt vào bàn thực hành và lắp trên giá thực
hành.
12


Bước 2: Nối dây các thiết bị theo sơ đồ kết nối mạch điện điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi điện áp phần ứng (hình
1.5).
Bước 3: Xoay các núm điều chỉnh theo chiều ngược chiều kim đồng hồ đến khi
không vặn được nữa thì thơi (chú ý lực vặn nhẹ tránh làm hỏng các núm điều chỉnh).
Nút điều chỉnh nguồn một chiều cấp điện cho động cơ của bộ nguồn một chiều điều
chỉnh điện áp bằng SCR. Núm điều chỉnh thiết bị đo công suất kiểu bột từ như mục III.
Bước 4: Kiểm tra lại nối dây theo sơ đồ nối dây, các cầu chì ln đặt ở định
mức và điều chỉnh kg-cm trên thiết bị đo công suất kiểu bột từ về “00000”.
Bước 5: Đóng cầu dao cấp nguồn xoay chiều 220V cho bộ nguồn một chiều
không điều chỉnh dùng điốt. Cấp nguồn xoay chiều 220V cho các đồng hồ đo dòng Ia
và đo điện áp V và cấp nguồn xoay chiều 220V cho thiết bị đo công suất kiểu bột từ.
Bước 6: Điều chỉnh biến trở Rft trong mạch kích từ để dịng điện kích từ động
cơ đạt giá trị định mức.
Bước 7: Đóng cầu dao cấp nguồn xoay chiều ba pha220V cho bộ nguồn một
chiều điều chỉnh bằng SCR.
Bước 8: Trên thiết bị đo công suất kiểu bột từ bật cơng tắc SW sang vị trí “I”.
Bước 9: Trên bộ nguồn một chiều điều chỉnh bằng SCR cơng tắc SW đặt ở vị
trí “ON”, tiến hành điều chỉnh điện áp một chiều để đạt được giá trị định mức là 220V
DC.
Bước 10: Điều chỉnh từ từ “TORQUE ADJ” của bộ hãm thiết bị đo công suất
kiểu bột từ đến khi kg-cm đạt giá trị mômen định mức của động cơ.
Bước 11: Duy trì mơmen hãm của động cơ kg-cm là định mức. Tiến hành điều
chỉnh bộ nguồn một chiều điều chỉnh bằng SCR để đạt được ba mức điện áp khác nhau
là 220V/190V/160V. Ứng với mỗi mức giá trị điện áp đó ghi lại giá trị điện áp, dòng

điện và tốc độ của động cơ vào trong bảng 1.3.
Bảng 1.3.
UA (V)
220

n(v/p)

IA (A)

190
160

Bước 12: Điều chỉnh bộ nguồn một chiều điều chỉnh bằng SCR để đạt được
điện áp ra định mức 220V cấp cho động cơ.
Bước 13: Duy trì điện áp 220V cấp cho phần ứng động cơ, đồng thời điều
chỉnh từ từ “TORQUE ADJ” của bộ hãm thiết bị đo công suất kiểu bột từ để giảm tải
13


của động cơ về 0. Lấy số liệu về sự thay đổi tốc độ và dòng điện phần ứng của động
cơ theo mômen khi cấp điện áp định mức cho phần ứng động cơ.
Ghi lại các cặp giá trị của mômen kg-cm và tốc độ quay rpm của động cơ hiển
thị trên SPEED METER và TORQUE METER của thiết bị đo công suất kiểu bột từ,
đồng thời cũng ghi lại giá trị tương ứng của dòng điện phần ứng động cơ trên ampe
mét Ia vào bảng 1.4.
M

Bảng 1.4. Giá trị đo M, n, IA khi UA=220V

n

Ia

Bước 14: Lặp lại bước 12, 13. Chỉ khác ở bước 12, điều chỉnh bộ nguồn một
chiều điều chỉnh bằng SCR để đạt được điện áp ra là 190V và ở bước 13 cần duy trì
điện áp 190V cấp cho phần ứng động cơ.
Ghi lại các giá trị đo mơmen, tốc độ và dịng điện của động cơ khi UA=190V
vào bảng 1.5.
M

Bảng 1.5. Giá trị đo M, n, IA khi UA=190V

n

Ia

Bước 15: Lặp lại bước 12, 13. Chỉ khác ở bước 12, điều chỉnh bộ nguồn một
chiều điều chỉnh bằng SCR để đạt được điện áp ra là 160V và ở bước 13 cần duy trì
điện áp 160V cấp cho phần ứng động cơ.
Ghi lại các giá trị đo mơmen, tốc độ và dịng điện của động cơ khi UA=160V
vào bảng 1.6.
Bảng 1.6. Giá trị đo M, n, IA khi UA=160V
M
n

Ia

14

 Những cơng việc cần chú ý trong q trình tiến hành thực hành:

- Trước khi tiến hành thực hành cần phải kiểm tra lại các thiết bị, máy móc có
gẫy, vỡ, kẹt…hay khơng? Nếu tất cả các thiết bị, máy móc đều tốt thì tiến hành thực
hành theo tuần tự các bước nêu ở trên.
- Trong quá trình thực hành cần duy trì dịng điện kích từ của động cơ là định
mức.
- Trong lúc tiến hành thực hành, nếu có sự cố bất ngờ thì phải lập tức ấn vào
nút mầu đỏ công tắc nguồn tổng trên môđun nguồn xoay chiều để bảo vệ an toàn cho
người và thiết bị.
b. Điều chỉnh tốc độ điện một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi từ thông
động cơ

a2. Đặc tính điều chỉnh tốc độ khi thay đổi từ thơng động cơ
Bước 1: Lựa chọn thiết bị, máy móc đặt vào bàn thực hành và lắp trên giá thực
hành.
Bước 2: Nối dây các thiết bị theo sơ đồ kết nối mạch điện điều chỉnh tốc độ
động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng cách thay đổi từ thơng động cơ (hình
1.6).
Bước 3: Xoay các núm điều chỉnh theo chiều ngược chiều kim đồng hồ đến khi
không vặn được nữa thì thơi (chú ý lực vặn nhẹ tránh làm hỏng các núm điều chỉnh).
Nút điều chỉnh nguồn một chiều cấp điện cho động cơ của bộ nguồn một chiều điều
chỉnh điện áp bằng SCR; Núm điều chỉnh biến trở Rft ; Núm điều chỉnh thiết bị đo
công suất kiểu bột từ như mục III.
Bước 4: Kiểm tra lại nối dây theo sơ đồ nối dây, các cầu chì ln đặt ở định
mức và điều chỉnh kg-cm trên thiết bị đo cơng suất kiểu bột từ về “00000”.
Bước 5: Đóng cầu dao cấp nguồn xoay chiều 220V cho bộ nguồn một chiều
không điều chỉnh dùng điốt. Cấp nguồn xoay chiều 220V cho các đồng hồ đo dòng Ia
và đo điện áp V và cấp nguồn xoay chiều 220V cho thiết bị đo cơng suất kiểu bột từ.
Bước 6: Đóng cầu dao cấp nguồn xoay chiều ba pha 220V cho bộ nguồn một

chiều điều chỉnh bằng SCR.
Bước 7: Trên thiết bị đo công suất kiểu bột từ bật công tắc SW sang vị trí “I”.
Bước 8 Trên bộ nguồn một chiều điều chỉnh bằng SCR cơng tắc SW đặt ở vị
trí “ON”, tiến hành điều chỉnh điện áp một chiều để đạt được giá trị định mức là 220V
DC.
Bước 9: Duy trì điện áp định mức cấp cho động cơ. Đồng thời điều chỉnh tăng
từ từ “TORQUE ADJ” của bộ hãm thiết bị đo công suất kiểu bột từ đến khi kg-cm đạt
giá trị mômen định mức của động cơ.
15


Bước 10: Điều chỉnh biến trở Rft để dòng điện kích từ bằng 0,9Ifđm, đồng thời
điều chỉnh từ từ núm “TORQUE ADJ” của bộ hãm thiết bị đo công suất kiểu bột từ
để giảm tải của động cơ dần về không tải, đồng thời lấy số liệu về sự thay đổi tốc độ,
dòng điện phần ứng động cơ.
Ghi lại các cặp giá trị của mômen kg-cm, tốc độ quay rpm của động cơ hiển thị
trên SPEED METER, TORQUE METER của thiết bị đo cơng suất kiểu bột từ và dịng
điện phần ứng trên ampe mét Ia vào bảng1.7.
M

Bảng 1.7. Giá trị đo M, n, IA khi UA=220V, If=0,9Ifđm

n

IA
Bước 11: Lặp lại bước 10. Chỉ khác điều chỉnh biến trở Rft để dịng điện kích từ
bằng 0,7Ifđm Ghi lại các giá trị đo mơmen, tốc độ, dịng điện phần ứng của động cơ vào
bảng 1.8.
M

Bảng 1.8. Giá trị đo M, n, IA khi UA=220V, If=0,7Ifđm

n

IA

Bước 12: Lặp lại bước 10. Chỉ khác điều chỉnh biến trở Rft để dịng điện kích từ
bằng 0,5Ifđm. Ghi lại các giá trị đo mômen, tốc độ, dòng điện phần ứng của động cơ
vào bảng 1.9.
M

Bảng 1.9. Giá trị đo M, n, IA khi UA=220V, If=0,5Ifđm

n

IA
 Những cơng việc cần chú ý trong q trình tiến hành thực hành:

- Trước khi tiến hành thực hành cần phải kiểm tra lại các thiết bị, máy móc có

gẫy, vỡ, kẹt…hay không? Nếu tất cả các thiết bị, máy móc đều tốt thì tiến hành thực
hành theo tuần tự các bước nêu ở trên.

16


- Trong quá trình thực hành cần duy trì điện áp phần ứng động cơ là định mức.

- Trong lúc tiến hành thực hành, nếu có sự cố bất ngờ thì phải lập tức ấn vào

nút mầu đỏ cơng tắc nguồn tổng trên môđun nguồn xoay chiều để bảo vệ an tồn cho
người và thiết bị.

b. Xây dựng đặc tính điều chỉnh tốc độ khi có phản hồi

b1. Mơ hình hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập có
phản hồi

Trên hình 1.7 mơ tả hệ thống thiết bị cho phép khảo sát đặc tính của động cơ

một chiều trong các chế độ làm việc.

Hình 1.7. Mơ hình hệ thống điều chỉnh tốc độ

động cơ điện một chiều kích từ độc lập có phản hồi

- M1 là động cơ điện một chiều kích từ độc lập cần khảo sát. Động cơ M1 có

phần kích từ cố định.

- Đồng hồ ampe mét A1 và vôn mét V1 dùng để đo dòng điện phần ứng IA

(M1) và điện áp phần ứng UA (M1) của động cơ M1.
- Thiết bị phụ tải bao gồm:

+ Máy phụ tải một chiều G1 nối trục với động cơ.
+ Máy phụ tải một chiều M3 liên kết điện với G1.

+ Động cơ điện không đồng bộ ba pha M2 nối cùng trục với máy phụ tải M3.
+ Đồng hồ A2 cho phép đo dòng điện phần ứng của máy G1 là IA(G1).

Khi khảo sát động cơ thí nghiệm M1 ở chế độ động cơ, máy phụ tải G1 làm

việc như một máy phát trả năng lượng cho lưới điện qua thiết bị phụ tải. Khi thay đổi

dịng điện kích từ cho máy M3 (bằng cách vặn biến trở cấp nguồn), sẽ làm thay đổi

sức điện động tạo ra bởi máy M3, do đó làm thay đổi dịng qua phần ứng của máy G1.
Nhờ vậy, có thể tính được mơmen do máy phụ tải G1 sinh ra theo công thức:
17


M = KM.IA(G1), với KM = k. = const

Khi khảo sát động cơ thí nghiệm M1 ở chế độ hãm tái sinh trả năng lượng về

lưới, máy phụ tải G1 làm việc như một động cơ, chuyển năng lượng từ trục của nó tới
động cơ thí nghiệm M1. Tốc độ của động cơ M1 sẽ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng

của nó. Khi tăng dịng điện kích từ cho máy M3 (bằng cách vặn biến trở cấp nguồn) sẽ
làm tăng sức điện động tạo ra bởi máy M3, do đó làm tăng dịng điện qua phần ứng
của máy G1 và làm tăng tốc độ của máy G1.

Đặc trưng thu được dựa vào số đo dòng điện trong mạch phần ứng của máy phụ

tải G1 sẽ có sự sai lệch với thực tế vì chưa tính đến mơmen tổn thất trong tổ máy.

Muốn hiệu chỉnh cần xác định đặc trưng tổn thất của hệ thống, xác định bằng cách cắt
động cơ khảo sát M1 khỏi lưới điện và máy M3 lànguồn cung cấp năng lượng.

Sơ đồ đơn giản cho phép lấy được đặc tính cơ của động cơ được trình bầy trên

hỉnh 1.8. Mơmen cản trên trục động cơ được tạo nhờ một máy phụ tải một chiều làm
việc ở chế độ hãm động năng

Hình 1.8. Thiết bị khảo sát đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

B2.Thiết bị thực hành

Thiết bị thí nghiệm với động cơ DC (hình 1.9) gồm 3 phần:
-

Phần nguồn với cơng tắc chính và các nguồn kích từ cho tải.

-

Phần điều khiển tự động và đo lường.

-

-

 Phần nguồn PE-800

công suất.
-

Phần điều khiển động cơ DC và cấu hình ghép nối động cơ với tải trở.

Cơng tắc ba pha MAIN POWER để đóng cắt điện ba pha (R-S-T) cho phần

Bảng điện AUX POWER cấp điện 220V AC dùng cho các thiết bị phụ trợ.

Nguồn kích từ DC POWERcung cấp điện thế và dịng kích từ tương ứng với động cơ
DC của bộ tải sử dụng.

18


 Phần điều khiển và ghép nối bộ tải
-

Công tắc START/STOP và khởi động từ K1 cấp điện cho bộ điều khiển DC

LYNX SM300 (Control technics) thực hiện biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp
một chiều có thể điều chỉnh được.
-

Bộ điều khiển có các lối vào:

+ Nguồn AC nối vào: 220V AC.

+ Báo trạng thái (STATUS) sẵn sàng làm việc (READY): chân 11-12 nối. Khi

có sự cố , chân 11-12 ngắt. Các chân READY được nối với khởi động từ K1. Khi có
sự cố, tự động ngắt mạch cấp cho bộ điều khiển.

+ Lối vào đặt tốc độ: +REF/10V, MIN REF và REF.IN. Trong chế độ bằng tay,

cơng tắc chọn ở vị trí MAN, thế đặt (DC SET) được lấy từ biến trở đưa vào bộ điều
khiển. Trong chế độ tự động, thế DC lấy từ lối ra khối I/O EM-235 của hệ thống PLC

để điều khiển tốc độ.

+ Lối vào đặt dòng lấy từ biến trở CURRENT SET qua các chân 1-4-6 vào lối

vào TORQUE của bộ điều khiển. Cho phép điều khiển phản hồi dòng.

+ Lối vào điều khiển vận hành RUN (ON/OFF) qua các chân 5-7.

+ Các lối vào SW1.5a,b và SW1.8a,b cho phép lựa chọn phản hồi điện áp phần

ứng (ARMATURE VOLTAGE FEEDBACK) hoặc phản hồi tốc độ (TACHO
FEEDBACK).

+ Lối vào cho máy phát tốc TACHO qua các chân 8-9.
- Bộ điều khiển có các lối ra:

+ Lối ra A1(+)-A2(-) cho phần ứng (Armature) của động cơ DC.
+ Lối ra (F1(+)-F2(-) cho cuộn kích từ của động cơ DC.

- Bộ điều khiển làm việc theo nguyên tắc chỉnh lưu có điều khiển đểtạo thế DC

ra tương ứng với giá trị đặt.
-

Động cơ một chiều khảo sát M1 loại kích từ độc lập được nối với các chốt

A1-A2 của bộ điều khiển.

- Các đồng hồ V1 và A1 được sử dụng để đo điện áp và dòng điện phần ứng.

Các đồng hồ này được đặt trên bộ đo và giao diện MI-604, được kết nối bằng dây cắm
qua các nối INPUT 1&2.

- Bộ tải bằng động cơ DC và bộ trở công suất:

+ Máy phát một chiều G1 gắn trục với động cơ một chiều M1 khảo sát.
19


+ Điện trở công suất nối với lối ra máy phát G1
 Phần điều khiển tự động và đo lường
-

Bộ nguồn POWER SUPPLY PS-800 cấp nguồn 24V DC cho các phần thiết

-

Bộ trạm PLC-803A bao gồm:

bị tương ứng.

+ Bộ điều khiển PLC-SIMATIC S7-200 (Siemens) với các chốt vào ra tương

ứng. Chốt nguồn 24V DC được bố trí thẳng hang ngang với chốt ra bộ nguồn PS-800
để thuận tiện cắm dây.

+ Khối vào ra thông minh EM-235 với 3 lối vào/ 1 lối ra tương tự (Analog).

+ Bàn điều khiển KEYPAD với các nút START/STOP cho mảng động cơ khảo

sát và bộ tải. Các nút F1 đến F4 được gán các lệnh điều khiển tương ứng.

Hệ thống cho phép điều khiển tự động tồn bộ hệ thống theo chương trình soạn

thảo ghi trong PLC.
-

Bộ đo và giao diện (MEASURE & INTERFACE UNIT) MI-604 có cấu trúc

vi xử lý cho phép đo các giá trị điện áp, dòng điện một chiều và xoay chiều, tốc độ góc
với lối ra tương ứng và đo hệ số cos.

+ Trong chế độ đo, công tắc ghi WRITE bật lên trên để cho phép đo. Công tắc

xố RESET thực hiện xố nội dung đo trước đó. Quá trình đo với chu kỳ lấy mẫu

20ms ghi kết quả đo vào bộ nhớ 32KB. Thiết bị cho phép thực hiện 2000 lần lấy mẫu

(thời gian tổng cộng 40s). Kết quả đo có thể đọc lại bằng tay khi bật công tắc READ
lên trên và sử dụng nút nhấn tiến () và lùi ()để dịch trang kết quả đo. Giá trị đo lưu
trữ lần lượt hiện lên trên màn hình.

+ Bộ giao diện có thể ghép nối với máy tính qua cổng RS-232 để trao đổi dữ

liệu. Với chương trình cung cấp. Kết quả đo ở 6 kênh có thể biểu diễn bằng đồ thị.
B3. Thực hành

20

 Đấu nối hệ thống
- Nối dây cho hệ thống:

Hình 1.9. Thiết bị điều khiển động cơ điện một chiều
21


Trên hình 1.10 mơ tả sơ đồ đấu dây đã nối sẵn cho hệ thống thiết bị t. Các động
cơ và máy phát được nối vào hệ qua trạm đặt ở phía sau khung chính.
Nối dây cho thực hành 1.11
Khi nối thiết bị đo MI-604 và hệ PLC với bảng chính, cần đặt các khối ở tầng
trên cao sao cho có nối ra thẳng hang với trạm PLC PORT và MI PORT để cắm dây
thẳng hàng theo chiều dọc.
 Tiến hành thực hành
Xác định đặc tính động cơ một chiều ở chế độ khơng tải

Hình 1.10. Sơ đồ đấu dây phần nguồn hệ thống
22


Bước 1: Nối dây cho các đồng hồ đo V1, A1, V2, A2, TG (MI PORT) với các
chốt lối vào tương ứng của bộ đo MI.
Công tắc đo của bộ đo 1 và 2 đặt ở DC.
Công tắc kiểu đặt tốc độ AUTO/MAN đặt ở MAN.

Bước 2: Vặn biến trở đặt tốc độ DC SET về 0 (vặn về rìa trái). Cơng tắc RUN
để ở vị trí ngắt (OFF). Cơng tắc phản hồi dịng để ở vị trí đóng (ON). Công tắc phản
hồi tốc độ hoặc điện áp (TACHO/ A.VOL FEEDBACK) đặt ở vị trí phản hồi tốc độ
(TACHO). Biến trở đặt dịng CURRENT SET vặn cực tiểu (rìa trái).
Bật công tắc 3 pha MAIN POWER (PE-800) để cấp điện cho phần cơng suất

(R-S-T).

Hình 1.11. Sơ đồ đấu dây phần điều khiển hệ thống

23


Bước 3: Nhấn nút K1 START/RESET để điều khiển khởi động từ K1 cấp điện
cho bộ điều khiển. Đèn báo ON báo cấp điện sáng. Đèn báo ON trên bộ điều khiển
thơng báo tình trạng sãn sàng vận hành.
Bước 4: Nối dây cấp điện áp kích từ cho máy phát G1. Vặn biến trở kích từ về 0
(rìa trái) để chạy không tải.
Bước 5: Bật công tắc khởi động RUN sang vị trí đóng (ON). Vặn biến trở DC
SET đến tốc độ định mức của động cơ (=1750v/p). Trường hợp có sai lệch hoặc sự cố,
bộ điều khiển qua lối READY sẽ tự động ngắt điện K1.
Bước 6: Chỉnh biến trở giới hạn dòng A1 đạt giá trị < 20A.
Bước 7: Vặn từ từ từng bước biến trở đặt tốc độ DC SET. Mỗi bước tiến hành ghi
giá trị tốc độ trên đồng hồ đo tốc độ (RPM) và giá trị dịng phần ứng (A1) của động cơ
M1.
Kết thúc thí nghiệm vặn biến trở đặt tốc độ DC SET về 0 (vặn về rìa trái). Cơng
tắc RUN để ở giá trị ngắt (OFF).
Chú ý khi muốn tắt điện nhanh cho hệ điều khiển điện, xoay nhẹ núm
START/RESET, hệ thống sẽ điều khiển ngắt K1.
Xác định đặc tính động cơ điện một chiều ở chế độ có tải
Bước 1: Nối dây cho các đồng hồ đo V1, A1, V2, A2, TG (MI PORT) với các
chốt lối vào tương ứng của bộ đo MI.
Công tắc đo của bộ đo 1 và 2 đặt ở DC.
Công tắc kiểu đặt tốc độ AUTO/MAN đặt ở MAN.
Bước 2: Nối dây cấp điện áp kích từ cho máy phát G1.
Bước 3: Vặn biến trở đặt tốc độ DC SET về 0 (vặn về rìa trái). Cơng tắc RUN

để ở vị trí ngắt (OFF). Cơng tắc phản hồi dịng để ở vị trí đóng (ON). Cơng tắc phản
hồi tốc độ hoặc điện áp (TACHO/A.VOL FEEDBACK) đặt ở vị trí phản hồi điện áp
(A.VOLT FEEDBACK). Biến trở đặt dịng CURRENT SET vặn cực tiểu (rìa trái).
Bật cơng tắc 3 pha MAIN POWER (PE-800) để cấp điện cho phần công suất
(R-S-T).
Bước 4: Nhấn nút K1 START/RESET để điều khiển khởi động từ K1 cấp điện
cho bộ điều khiển. Đèn báo ON báo cấp điện sáng. Đèn báo ON trên bộ điều khiển
thơng báo tình trạng sẵn sàng vận hành.
Bước 5: Bật cơng tắc khởi động RUN sang vị trí đóng (ON). Vặn biến trở DC
SET đến tốc độ định mức của động cơ (=1750v/p). Trường hợp có sai lệch hoặc sự cố,
bộ điều khiển qua lối READY sẽ tự động ngắt điện K1.
Bước 6: Chỉnh biến trở giới hạn dòng A1 đạt giá trị < 20A.
Bước 7: Đặt điện áp điều khiển tốc độ của M1 ở giá trị  = 1.
24