Giáo trình Truyền động điện (Nghề: Điện công nghiệp) - Trường CĐ Cộng đồng Lào Cai

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
NGHỀ ĐÀO TẠO: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Lào Cai, năm 2017


BÀI MỞ ĐẦU

KHÁI QUÁT CHUNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1. Định nghĩa hệ thống truyền động điện tự động:
Hệ truyền 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 như gia cơng truyền tín hiệu thơng tin để điều
khiển q trình biến đổi năng lượng đó theo u cầu cơng nghệ.
2. Cấu trúc chung:

Hình 1-1: Mơ 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 cơng
nghệ; GN: Mạch ghép nối; VH: Người vận hành.
Cấu trúc của hệ TĐĐ TĐ gồm 2 phần chính:
- Phần lực (mạch lực): từ lưới 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
như: 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 lưu tiristor, bộ điều áp một chiều, biến tần transistor, tiristor). Động cơ có các
loại như: động cơ một chiều, xoay chiều, các loại động cơ đặc biệt.
- Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh
tham số và cơng nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và
cho người 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


3. Phân loại hệ thống truyền động điện tự động:
- Truyền động điện khơng điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với
lưới 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 điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều 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 hệ truyền động điện tự động điều
khiển số, hệ truyền động điện tự động điều khiển tương tự, hệ truyền động điện tự động
điều khiển theo chương trinh ...
- Theo đặc điểm truyền động ta có hệ truyền động điện tự động động cơ điện một
chiều, động cơ điện xoay chiều, động cơ bước, v.v.
- Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động khơng tự động và hệ truyền động
điện tự động.
- Ngồi ra, cũng có hệ truyền động điện khơng đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền
động đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v.
CHƯƠNG 1: CÁC ĐẶC TÍNH VÀ TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA HỆ
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Bài 1- CƠ HỌC TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

1. Các đại lượng đặc trưng cho các phần tử cơ học

2


1.2.2.1 Quy đổi mô men cản Mc và lực cản Fc về trục động cơ
+ Quan niệm về sự tính đổi như việc dời điểm đặt từ trục này về trục khác
của mơmen hay lực có xét đến tổn thất ma sát ở trong bộ truyền lực. Thường quy
đổi mômen cản Mc, (hay lực cản Fc) của bộ phận làm việc về trục động cơ.

Hình 1-2- Mơ men tang trống (trống tời TT) Mt ,
qua hộp giảm tốc (Bộ truyền lực TL) có tỷ số truyền là i
+ Giả sử tính tốn và thiết kế người ta cho giá trị của mô men tang trống
(trống tời TT) Mt , qua hộp giảm tốc (Bộ truyền lực TL) có tỷ số truyền là i và
hiệu suất là ỗi . Mô men này sẽ tác tác động lên trục động cơ có giá trị Mcqd gọi là
mô men quy đổi.
- Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ của hệ
TĐĐTĐ:
Pdc  M cqd . 

M cqd 

M t t
i

Mt
 i .i

Trong đó : ựt - tốc độ góc của tang trống
ự - tốc độ góc quy đổi trên trục động cơ.
i

d
t

ựd – tốc độ góc trên trục động cơ
Nếu là tải trọng G sinh ra lực Fc có vận tốc chuyển động là v nó xẽ tác động
lên trục động cơ một mô men Mcqd
Fc .V
 M cqd . d
 i . t
M cqd 

Fc .V
F
 c
 i . t  d  .

Trong đó:
ủ = ựd /Vgọi là tỷ số quy đổi.
3


ỗ = ỗi.ỗt - hiệu suất hệ truyền lực gồm bộ truyền lực và tang trống.
ỗt - hiệu suất của tang trống.
1.2.2.1 Quy đổi mơ men qn tính về trục động cơ
Các cặp bánh răng có moment qn tính J1,J2....Jk, mơ men qn tính Jt,
khối lượng qn tính m và mơmen qn tính động cơ Jd đều có ảnh hưởng đến

tính chất động học của hệ truyền động.
Nếu xét điểm khảo sát là đầu trục động cơ và quán tính chung của hệ
truyền động tại điểm này gọi là Jqd (mơ men qn tính quy đổi). lúc đó phương
trình động năng của hệ là
J qd .

 d2
2
2
J  2 J  2 mV 2
 J d . d  ( J 1 kd J ....  J k k )m t t 
2
2 ( k )  t 2
2
2
J qd2  J d  
2
2
2
ik
it

1

Trong đó:
ik = ự /ựk - tỉ số truyền từ trục thứ i.
it = ự /ựt - tỉ số truyền từ trục tang trống
Jqd - mômen quán tính quy đổi về trục động cơ.
1.3 Đặc tính cơ của động cơ điện và máy sản xuất
1.3.1 Đặc tính cơ của động cơ điện

Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và moment của
động cơ. Ta có đặc tính cơ tự nhiên của động cơ, nếu như động cơ vận hành ở chế
độ định mức (điện áp, tần số, từ thông định mức và không nối thêm các điện trở,
điện kháng vào động cơ). Trên đặc tính cơ tự nhiên ta có thể làm việc định mức
có giá trị Mđm, đm. Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi
các tham số nguồn hoặc thêm các điện trở, điện kháng vào động cơ.
Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm độ cứng
đặc tính cơ  và được tính.
β=

ΔM
Δω

(1-1)

 lớn ta có đặc tính cơ cứng,  nhỏ đặc tính cơ mềm,  đặc tính cơ tuyệt đối
cứng.
Truyền động có đặc tính cơ cứng tốc độ thay đổi rất ít khi moment biến đổi
lớn. Truyền động cơ có đặc tính cơ mềm tốc độ giảm nhiều khi moment tăng
(xem H.1-3)

3
4

2
1

M

Hình 1-3 Độ cứng đặc tính cơ
1- Đặc tính cơ mền
2- Đặc tính cơ cứng
3- Đặc tính cơ tuyệt đối cứng
1.3.2 Đặc tính cơ của máy sản xuất
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng. Tuy vậy phần lớn nó được biểu
diễn dưới dạng biểu thức tổng quát:

M C = M C 0 + ( M ® m - M C0 )(

ω α
)
ω® m

(1-2)

Trong đó:
M∞ – Moment ứng với tốc độ  = 0
Mđm – Moment ứng với tốc độ định mức đm
MC – Moment ứng với tốc độ 
Ta có các trường hợp:
- ỏ = 0, MC = Mđm = const, các cơ cấu nâng hạ, băng tải, cơ cấu ăn dao máy
cắt gọt thuộc loại này (đường 1, H.1-4a).
- ỏ = 1, moment tỉ lệ bậc nhất với tốc độ, thực tế rất ít gặp, về loại này có thể
lấy ví dụ cho máy phát một chiều tải thuần trở (đường 2, H.1-4a).
- ỏ = 2, moment tỉ lệ bậc hai với tốc độ, là đặc tính của các máy bơm, quạt
gió (đường 3, H.1-4a)
- ỏ = -1, moment tỉ lệ nghịch với tốc độ, các cơ cấu máy cuốn dây, cuốn
giấy, các truyền động quay trục trính máy cắt gọt kim loại có đặc tính
thuộc loại này (đường 4, H.1-4a).

Ngoài ra một số cơ cấu của các máy có đặc tính khác, ví dụ:
- Moment phụ thuộc vào góc quay MC = f() hoặc moment phụ thuộc vào
đường đi MC = f(S), trong thực tế các máy cơng tác có pittơng, các máy
trục khơng có cáp cân bằng có đặc tính thuộc loại này.
- Moment phụ thuộc vào số vòng quay và đường đi MC = f(,S) như các loại
xe điện.
- Moment cản phụ thuộc vào thời gian MC = f(t), ví dụ như máy nghiền đá,
quặng.
Trên H.1-4b và c biểu diễn đặc tính của moment cản phản kháng và moment cản
thế năng.
- Moment cản thế năng (như trong các cơ cấu nâng hạ tải trọng), có đặc tính
MC = const và khơng phụ thuộc vào chiều quay (H.1-4b).
- Moment cản phản kháng luôn luôn chống lại chiều quay như moment ma
sát, moment của cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại v.v..(hình 1-4c)
5



1

2
3

 đm
4
M
MC0
M Hình 1-4a
Hình 1-4a




Mc

Mc

Mc

M

M
Mc

2

1

Hình 1-4b

Hình 1-4c

1.4 Các trạng thái làm việc của hệ truyền động điện
Trong hệ truyền động điện, bao giờ cũng có q trình biến đổi năng lượng
điện - cơ. Chính q trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của truyền
động điện. Ta định nghĩa: Dịng cơng suất điện Pđiện có giá trị dương nếu như có
chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành
công suất cơ Pcơ = M. cấp cho máy sản xuất.
Công suất cơ này có giá trị dương nếu như moment động cơ sinh ra có
cùng chiều với tốc độ quay.

Ngược lại, cơng suất điện có giá trị âm nếu nó có chiều từ động cơ về
nguồn, cơng suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và
moment động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay.
Moment của máy sản xuất được gọi là moment phụ tải hay moment cản.
Nó cũng được định nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với dấu của moment động
cơ.
6


Phương trình cân bằng cơng suất của hệ truyền động là:
Pđ = PC + P
Trong đó:
Pđ - cơng suất điện
PC - công suất cơ
P – tổn hao công suất
Tuỳ thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc
của động cơ gồm: trạng thái động cơ và trạng thái hãm, (xem bảng 1-1)
- Trạng thái động cơ bao gồm chế độ có tải và khơng tải
- Trạng thái hãm gồm hãm không tải, hãm tái sinh, hãm ngược và hãm động
năng.
Hãm tái sinh Pđiện < 0, Pcơ > 0 cơ năng biến thành điện năng trả về lưới
Hãm ngược Pđiện > 0, Pcơ < 0 điện năng và cơ năng chuyển thành tổn thất P
Hãm động năng Pđiện = 0, P cơ < 0 cơ năng biến thành công suất tổn thất P

Biểu đồ công Pđiện
suất

Pcơ

P

Trạng thái làm
việc

0

=0

= Pđiện

- Động cơ không
tải

Pc

0

0

= Pđ - Pc

- Có tải

Pc

=0

<0

=  Pcơ 

Hãm khơng tải

Pc

<0

>0

= Pc – Pđ 

- Hãm tái sinh

Pđ
1
P
Pđ
2
P

3
P
Pđ
4
P
Pđ

Pc
P

7


5

Pc

6

=0

<0

= Pc + Pđ 

- Hãm ngược

=0

<0

=  Pcơ 

- Hãm
năng

P

động

Bảng 1-1 Trạng thái hãm và trạng thái động cơ được phân bố trên đặc tính cơ
(M) ở góc phần tư thứ I, III: trạng thái động cơ, góc phần tư thứ II, IV: trạng
thái hãm (xem H.1-4)

I Trạng thái động
cơ

I Trạng thái hãm

Mđ
Mđ

PC = Mđ. > 0


PC = Mđ. < 0


MC

MC
M
Mđ

Mđ

PC = Mđ. > 0


III

MC

PC = Mđ. < 0

Trạng thái động
cơ

I
V



MC

Trạng thái hãm

Hình 1-4: Trạng thái làm việc của truyền động điện trên các góc phần tư đặc tính
cơ.

Bài 2: Các đặc tính và trạng thái làm việc

của động cơ điện
2.1. Đặc tính cơ của động cơ một chiều, các trạng thái khởi động và hãm
8


2.1.1.Đặc tính cơ, trạng thái khởi động và hãm của động cơ một chiều kích
từ độc lập và song song
2.1.1.1 Phương trình đặc tính cơ

- Phương trình cân bằng điện áp:
RKT
KT
Uư = Eư + Iư.Rư (1)
Trong đó:
RP
Uư - điện áp đặt vào mạch phần ứng (V)
Ư
Eư - sức điện động phần ứng (V)
Rư = rư + rcf + rb + rct + Rf
rư - điện trở cuộn dây phần ứng
hình 2-1a - Động cơ DC
rcf - điện trở cuộn cực từ phụ
kích từ độc lập
rb - điện trở cuộn bù
rct - điện trở tiếp xúc của chổi điện
Rf - điện trở phụ trong mạch phần ứng ()
RKT
KT
Np
Mặt khác: Eư =
.. = K..
(2)
2πa

Trong đó:
K=

Np
2πa

hệ số cấu tạo của động cơ

RP

Ư

hình 2-1b - Động cơ DC
N - số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây
kích từ song song
phần ứng
p - số đơi cực từ chính
 - từ thơng kích từ dưới một cực từ, Wb
 - tốc độ góc, rad/s
a - Là số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vịng/phút) thì:
Eư = KE..n
(3)
n
2 n
=
60
9,55
Np
Vì vậy: Eư =
..n
60a
Np
KE =
hệ số sức điện động của động cơ

60a

Và:  =

K
 0,105K
9,55
R
U
Từ (1) và (2) ta có:  = ­ - ­ Σ I ­ (rad/s) (4)
KΦ K Φ

KE =

Biểu thức (4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ, mặt khác mô men
điện từ Mđt của động cơ được xác định bởi:
Mđt = K..Iư
(5)
9


 Iư =

M ®t
KΦ

Thay giá trị Iư vào (4) ta được:
=

U­

R
- ­ Σ 2 M ®t
KΦ ( KΦ)

(6)

Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mơ men cơ trên trục động cơ bằng mô
men điện từ, ta ký hiệu M. Nghĩa là Mđt = Mcơ = M
Vậy:  =

U­
R
- ­Σ 2 M
KΦ ( KΦ)

(rad/s)

(7)

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
2.1.1.2 Đường đặc tính cơ :
Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông  = const,
Đặt a =

U­
R
; b = ­ Σ 2 ta có  = a - bM
KΦ
( KΦ)

thì các phương trình đặc tính cơ là phương trình bậc nhất. Nên đường đặc tính cơ
điện và đặc tính cơ là đường thẳng được biểu diễn trên hình 2-2a và hình 2-2b:




0

0

đm

đm

I
Iđm

M
Mđ

Inm

hình 2-2a
Đặc tính cơ điện

Mn
hình 2-2b
Đặc tính cơ

Theo đồ thị trên, khi Iư = 0 hoặc M = 0 ta có:

=

U­
= 0
KΦ

(8)

0 được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ
Khi  = 0 ta có:
Iư =

U
= Inm
R ­Σ

M = K..Inm = M nm
Inm, M nm được gọi là đòng điện ngắn mạch và mô men ngắn mạch.
2.1.1.3 Khởi động động cơ 1 chiều kích từ độc lập và song song
10


Từ phương trình: Iư =

U­ - E ­
(1)
R ­Σ

 Imm =

U-E

(2)

R ­Σ

Từ cơng thức trên cho thấy dịng kích từ nhỏ nên dòng điện của động cơ chủ yếu
là dòng phần ứng vì vậy dịng điện phần ứng khi khởi động là chiếm đa số dòng
khởi động của động cơ (gọi là dòng mở máy Imm)
- Khi bắt đầu mở máy tốc độ rơ to bằng 0 thì E bằng 0, nên ta có:
Imm =

U
= (1020)Iđm (3)
R ­Σ

 Mơ men mở máy: Mmm = KM.đm.Imm
(4)
Từ (3) và (4)  Mmm = (1020)Mđm (5)
* Kết luận:
- Từ phương trình (3) cho thấy khi mở máy, dòng mở máy rất lớn, sẽ ảnh hưởng
đến lưới điện và phụ tải dùng chung lưới điện.
- Từ phương trình (5) cho thấy khi khởi động thì mơ men khởi động rất lớn gây
rung giật làm ảnh hưởng xấu về mặt cơ học và ảnh hưởng đến hệ truyền động.
Vậy để giảm bớt các ảnh hưởng nêu trên cần phải hạn chế dòng mở máy sao cho:
Imm = (1,52,5)Iđm
* Giải pháp giảm dòng mở máy:
a/ Mở máy động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song bằng điện trở
phụ ở mạch phần ứng.
- Khi khởi động ta mắc các điện trở phụ sau đó ta loại dần các điện trở trong q

trình khởi động(hình 2-3a).

RKT

KT

Rf1

Rf3

Rf2

Ư

hình 2-3
a-

G1

G3

G2


0
 đm

A
1
2

4

0

Mc

MD M n

hình2-3b

11 3

M


I mm 

U
r­  rtx  rcp  rcb  R f 1  R f 2  R f 3

- Khi bắt đầu mở máy thì: n = 0, Mmm = (1,52,5)Mđm động cơ làm việc trên
đường đặc tính số 4 hình 2-3b
- Khi tốc độ tăng thì mơ men giảm, khi mơ men giảm MD = (1,11,3)Mđm thì loại
điện trở phụ thứ 3. Động cơ làm việc trên đường đặc tính số 3 hình 2-3b, lúc này
mơ men tăng bằng với mô men mở máy.
- Tốc độ tiếp tục tăng đến n2 > n1 thì mơ men lại giảm về MD, lúc này loại điện
trở phụ thứ 2, động cơ chuyển sang làm việc trên đường đặc tính số 2 hình 2-3b.
Mơ men lại tăng lên bằng mơ men mở máy. Tốc độ tăng lên n3 > n2, mơ men
giảm đến MD thì loại điện trở phụ thứ nhất, động cơ chuyển sang làm việc trên
đường đặc tính cơ tự nhiên, đường số 1 hình 2-3b. Mơ men lại tăng kim lên bàng

Mmm.
- Tốc độ tiếp tục tăng lên điểm làm việc ổn định tại điểm A thì tốc độ của động
cơ ổn định.
b/ Mở máy động cơ bằng giải pháp thay đổi điện áp phần ứng.(hình 2-4a)
- Ta có: Imm

U
=
R ­Σ

RKT

KT
 điện áp U

giảm

thì Imm giảm

Ư

- Đường đặc tính:
Từ cơng thức:  =

U­
R
- ­Σ 2 M
KΦ ( KΦ)

Bộ biến đổi điện áp

  = a - b.M
 Thay đổi U tức là thay đổi a cịn
khơng đổi

b.M
hình 2-4a

+ Khi n = 0 thì Mmm  Uư = U1. Động
cơ làm việc trên đường đặc tính số 3
hình 2-4b
+ Khi n = n1 (n1 > 0) mô men giảm
xuống bằng MD, tức là từ (1,11,3)Mđm
thì tăng U ư = U2 (U2 > U1). Động cơ làm
việc trên đường đặc tính số 2 hình 2-4b,
mơ men tăng bằng Mđm
+ Khi n = n2 (n2 > n1) mô men giảm
bàng MD thì Uư = U3 (U3 > U 2). Động cơ
làm việc trên đường đặc tính số 1 hình
2-4b (U3 = Uđm).
2.1.1.4 Trạng thái hãm động cơ điện
12

n
n0
A

1

3

0

Mc

MD

hình 2-4b

2
Mnm

M


một chiều kích từ độc lập và song song
+ Hãm động cơ của một hệ truyền động điện nhằm một trong các mục đích sau:
- Dừng hệ truyền động điện
- Giữ hệ thống đứng yên trong khi hệ đang chịu một lực có xu hướng gây chuyển
động
- Gìm cho hệ truyền động điện làm việc ở một tốc độ ổn định
- Giảm tốc độ hệ truyền động điện
1. Hãm tự do
Là cách hãm mà khi động cơ đang làm việc ổn định ta thực hiện cắt điện cấp vào
động cơ, lúc đó động cơ sẽ quay theo qn tính, sau một khoảng thời gian thì n =
0, M = 0.
2. Dùng phanh hãm
Cắt điện cấp vào động cơ rồi dùng phanh hãm, hãm trục động cơ để tốc độ giảm
về 0 và mô men giảm về 0. Dùng phương pháp hãm này động cơ dừng rất nhanh.
3. Hãm tái sinh
- Là trạng thái sảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý

tưởng ứng với mọi đặc tính cơ và động cơ đang làm việc.
- Khi động cơ làm việc ở chế độ ĐC thì nĐC > n0, động cơ tiêu thụ điện năng sinh
ra cơ năng, khi hãm tái sinh tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng, lúc
này động cơ trở thành máy phát điện phát ra điện năng trả về lưới. Như vậy trong
động cơ có hai dịng điện ngược chiều nhau nên sinh ra hai mơ men ngược chiều
nhau thực hiện hãm động cơ.
* Đường đặc tính ( hình 2-5)
n
2
n0
nđm

A
1
M

0

MC
hình 2-5

4. Hãm ngược
Hãm ngược là trạng thái đổi nối mạch điện động cơ để tạo ra mơ men có chiều
ngược lại với chiều quay của động cơ đang có.
a/ Hãm ngược nhờ đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng
13


Ví dụ: Động cơ truyền động cho một cơ cấu nâng hạ
- Khi nâng tải (hình 2-6a) động cơ có n = nN, M = MĐ (mô men quay của động

cơ)
nĐ M
đ
M
Rf

Ư
Tải

K

hình 2-6a

MC là mơ men cản phụ thuộc vào trọng lượng của tải. Lúc này động cơ làm việc
trên đường đặc tính số 1 hình 2-6c và ổn định tại điểm A, điện trở mạch phần ứng
bị loại.

n

Rf

Ư
K

n0

M

nđm

đ

B

A
1

n M
2

M

D

Tải

0

MB

MC
C

hình 2-6b

hình 2-6c

- Khi hạ tải (hình 2-6b): Nối điện trở phụ vào mạch phần ứng nên Iư giảm dẫn đến
MĐ giảm nên MB < MC
14

Ban đầu: n = nA Sau đó nĐC giảm đến điểm D thì n = 0 và bắt đầu quá trình hãm
tải chiều quay ngược lại và ta nói bắt đầu q trình hãm ngược, đường đặc tính
hãm ngược là đường số 2 đoạn DC hình 2-6c.
b/ Hãm ngược nhờ đổi nối đảo chiều quay
kt

kt

Rf

Rf

Ư
nT

Ư
nN
K

K

Hình 2-7a

Hình 2-7b

* Hãm ngược nhờ đảo chiều quay có thể thực hiện bằng cách đổi chiều dịng điện
cấp vào cuộn kích từ, hoặc đảo chiều phần ứng. Trong thực tế thường dùng hãm
ngược bằng cách đảo chiều phần ứng.

* Xét hình 2-7a: Giả sử động cơ đang làm việc bình thường chiều quay thuận NT
thì điện trở phụ tải bị loại nhờ tiếp điểm K đóng, động cơ làm việc ổn định trên
đường đặc tính cơ số 1 tại điểm A.
* Xét hình 2-7b: Dịng điện phần ứng đổi chiều so với hình 2-a nên sẽ sinh ra một
mơ men ngược lại với hình 2-7a, chuyển điểm làm việc ổn định A sang A/ (hình
2-7c) nếu khơng có điện trở phụ nối vào mạch phần ứng và chuyển sang điểm B
nếu có điện trở phụ nối vào mạch phần ứng.
- Tại A/ có mơ men ngược MA/
- Tại điểm B có mơ men ngược MB
 MA/ > MB
Mặt khác mơ men lớn thì có dịng lớn, vậy nếu động cơ đang làm việc ổn định tại
điểm A muốn thực hiện hãm ngược bằng cách đảo chiều dịng điện vào phần ứng
thì nên nối điện trở phụ vào mạch phần ứng nhằm hạn chế dòng điện hãm lớn.
- Khi đổi chiều dịng điện sinh ra mơ men ngược. Ví dụ mơ men MB ngược chiều
với mơ men ban đầu, đồng thời cũng sinh ra tốc độ có chiều ngược với chiều ban
đầu và kết quả là mô men triệt tiêu nhau giảm dần làm tốc độ giảm theo. Cụ thể
khi mơ
n
men
giảm
đến
n0
điểm D
A/
B
nđm
A
thì n =
0 kết
(2)

(3)
(1)
thúc
M
D
15
0
MC
-M/B
-M/c
hình 2-7c

-n0


quá trình hãm ngược bắt đầu quá trình khởi động quay ngược, như vậy đường đặc
tính hãm ngược là đoạn BD hình 2-7c.
5. Hãm động năng
- Hãm động năng của một động cơ điện kích từ độc lập và kích từ song song là
trạng thái mà động năng của hệ truyền động tích luỹ trong q trình làm việc
được biến đổi thành điện năng thông qua động cơ làm việc ở chế độ máy phát,
điện năng phát ra được tiêu thụ dưới dạng nhiệt trên điện trở hãm.
- Để hãm động năng cần phải giữ kích từ cịn phần ứng được cắt điện và nối với
điện trở hãm. Phần ứng quay trong từ trường của phần cảm sẽ xuất hiện sức điện
động cảm ứng tạo ra dòng điện hãm và mơ men hãm ngược với chiều quay đang
có của động cơ.
a/ Hãm động năng kích từ độc lập
n
kt

n0
B

Iư

/

B

A

nđm

Ư
Rhãm

2
1

K

M
MB 0

hình 2-8a

MC

hình 2-8b

- Giả sử động cơ đang làm việc ổn định trên đường đặc tính tự nhiên tại điểm A,
muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập ta giữ ngun dịng điện cấp cho
cn kích từ và cắt điện vào phần ứng lúc này rô to vẫn quay theo quán tính cắt
các đường sức từ do cuộn kích từ sinh ra, sinh ra sức điện động cảm ứng trên dây
quấn rơ to đồng thời tiếp điểm K đóng hình thành dịng điện cảm ứng chạy qua
điện trở hãm có chiều ngược với dịng điện chính Iư nên sinh ra mơ men có chiều
ngược với mơ men ban đầu do dịng điện chính sinh ra làm mơ men tổng giảm
dần nên tốc độ giảm, khi tốc độ n = 0 thì M = 0. kết thúc quá trình hãm, điện trở
hãm càng nhỏ thì mơ men hãm càng lớn và ngược lại. cụ thể ta có đường đặc tính
hãm số 1 hình 2-8b, có điện trở lớn hơn điện trở hãm của đường đặc tính số 2
hình 2-8b. Vậy nên chọn đường số 1 vì hạn chế được rung giật do mơ men hãm
lớn nhưng có nhược đểm là hãm lâu. Nên chọn điện trở hãm sao cho Ih max ≤
2,5Iđm

16


b/ Hãm động năng kích từ tự kích
n
kt

Ikt

n0

Iư
Iư

B

Ư
Iư

/

B

2

A

nđm
1

Rhãm

M

K

MB

hình 2-9a

0

MC

hình 2-9b

- ở chế độ động cơ làm việc bình thường thì động cơ làm việc trên đường đặc tính
cơ tự nhiên ổn định tại điểm A, giả sử muốn thực hiện hãm động năng thì ta thực
hiện cắt điện cuộn kích từ phần ứng động cơ, lúc này rô to vẫn quay theo quán
tính nên sẽ cắt các đường sức từ dư trên cực từ chính sinh ra Sđđ cảm ứng trên
dây quấn rơ to. Sđđ cảm ứng này kín mạch qua cuộn kích từ và điện trở hãm nhờ
tiếp điểm K hình thành dịng điện cảm ứng đi qua cuộn kích từ có chiều cùng
chiều với dịng điện IKT nên từ trường của cực từ chính khơng đổi chiều, dịng
điện chạy trong phần ứng ngược chiều với dịng điện chính Iư do đó tạo ra mơ
men ngược với mơ men ban đầu do dòng Iư sinh ra, bắt đầu thực hiện q trình
hãm ngược, q trình hãm mơ men giảm dần làm tốc độ giảm dần, khi tốc độ
bằng 0 thì mơ men bằng 0 kết thúc qua trình hãm.
- Điện trở hãm càng nhỏ thì mơ men hãm càng lớn và ngược lại vì:
Iư =

E
R ­ Σ + Rt ®

mà

Rtđ =

Rh .Rkt
R h + R kt

Mhãm =K M.cư.Icư
Trong đó:
cư là từ thơng do dịng điện cảm ứng trong cuộn kích từ sinh ra
Icư là dịng điện cảm ứng chạy trong phần ứng
Mà: Icư = I1 + I2
Trong đó:

I1 là dịng cảm ứng chạy trong cuộn kích từ
I2 là dịng cảm ứng chạy trong điện trở hãm
Cụ thể là đường đặc tính cơ số 1 có điện trở hãm lớn hơn điện trở hãm trên
đường đặc tính cơ số 2 hình 2-9b.
2.1.2.Đặc tính cơ, trạng thái khởi động và hãm của động cơ một chiều kích
từ nối tiếp
Rf
KT
Ư
17
hình 2-10a

G


2.1.2.1 Phương trình đặc tính cơ:
Uư = Eư + Iư.Rư = KΦ  + IưRư (1)
Trong đó: Uư - điện áp đặt vào mạch phần ứng (V)
Eư - sức điện động phần ứng (V)
Rư = rư + rcf + rb + rct + Rf + Rkt
rư - điện trở cuộn dây phần ứng
rcf - điện trở cuộn cực từ phụ
rb - điện trở cuộn bù
rct - điện trở tiếp xúc của chổi điện
Rf - điện trở phụ trong mạch phần ứng ()
Rkt - điện trở cuộn dây kích từ
U ­ R­ Σ
I­
KΦ KΦ
U

R
Mặt khác  = ­ - ­ Σ 2 M
KΦ ( KΦ)

Từ (1) ta có:  =

(2)
(3)

Trong các phương trình trên từ thơng  biến đổi phụ thuộc dịng điện trong mạch
kích từ. Để đơn giản khi thành lập phương trình đặc tính cơ ta giả thiết từ thơng
phụ thuộc tuyến tính với dịng điện kích từ
 = CIkt
C là hệ số tỷ lệ
Nếu phản ứng phần ứng được bù đủ
 = CIư
Thế vào phương trình (2) ta có
=

U­
R
A
- ­ Σ = 1 - B (4)
KCI ­ KC
I

Trong đó đặt A1 =
Ta cũng có I ­ =

R

U­
;B=
KCI ­
KC

M
(5)
KC

Thay 5 vào 4 có
ω=

A1 KC
M

-B=

A2
M

- B (6) đây là phương



trình đặc tính cơ
trong đó A2 = A1 KC
2.1.2.2 Đường đặc tính cơ
Từ phương trình đặc tính cơ ta được đờng
đặc tính cơ như hình 2-10b
18

M
hình 2-10b


2.1.2.3 Khởi động động cơ một chiều kích từ nối tiếp
- Khi khởi động động cơ một chiều kích từ nối tiếp nó cũng tương tự như động cơ
một chiều kích từ độc lập, dịng khởi động rất lớn do đó cần phải có biện pháp để
giảm dịng khởi động, muốn vậy áp dụng phương pháp khởi động qua các cấp
điện trở phụ.
KT

Rf1

Rf2

Rf3

Ư

hình 2-11a

G1

G2

G3

- Khi bắt đầu khởi động thì cả ba điện trở phụ đều nối vào mạch phần ứng:
I mm1 =

U-E
R Σ1

với R1 = Rư + RKT + Rf1 + Rf2 +Rf3

Động cơ làm việc trên đường đặc tính số 1 hình 2-11b
- Khi động cơ đạt đến tốc độ n = n1 thì loại điện trở phụ Rf1 động cơ chuyển sang
làm việc trên đường đặc tính cơ số 2 hình 2-11b
I mm2 =

U-E
R Σ2

với R2 = Rư + RKT + Rf2 +Rf3

- Khi động cơ đạt đến tốc độ n = n2 (n2 > n1) thì loại điện trở phụ Rf2 động cơ
chuyển sang làm việc trên đường đặc tính cơ số 3 hình 2-11b
I mm3 =

U-E
R Σ3

với R3 = Rư + RKT +Rf3

- Khi động cơ đạt đến tốc độ n = n3 (n2 > n2) thì loại điện trở phụ Rf2 động cơ
chuyển sang làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên tăng tốc độ đến điểm làm
việc ổn định tại điểm A

19

I­ =

U-E
RΣ

với


R = Rư + RKT

đm
TN
3
2
1

M

0
Mđm
Mmm
2.1.2.4 Hãm động
cơ một chiều kích
hình 2-11b
từ nối tiếp
1. Hãm ngược
a/ Hãm ngược bằng cách nối với điện trở phụ
- áp dụng với những động cơ có chức năng nâng hạ tải

- Khi nâng tải động cơ làm việc bình thường trên đường đặc tính cơ tự nhiên và
ổn định tại điểm A lúc đó điện trở phụ bị loại
- Khi hạ tải điện trở phụ được nối vào mạch phần ứng M
I0 Cgiảm  M giảm  n
giảm, thực hiện quá trình hãm ngược động cơ làm việc trên đường đặc tính cơ số
1 (đoạn CD) hình 2-12b.


đ

A
B

Rf

KT
Ư

TN
M

G

0

C

MC

D

hình 2-12b

hình 2-12a

b/ Hãm ngược bằng cách đảo chiều quay
20


Rf

KT

Hình a

Ư
n
G
n
Rf

KT

Ư

Hình b

G

- Giả sử động cơ đang làm việc bình thường trên đường đặc tính cơ tự nhiên ổn
định tại điểm A thì điện trở phụ bị loại, động cơ được nối dây và có chiều quay

- Muốn thực hiện hãm ngược ta đổi chiều dòng điện vào phần ứng động cơ tạo ra
mô men ngược chiều với mô men ban đầu, bắt đầu thực hiện quá trình hãm
ngược lúc này điện trở phụ nối vào để hạn chế dịng điện hãm. Đặc tính cơ của
động cơ đoạn BE.
- Khi bắt đầu thực hiện hãm ngược có tốc độ B = A, sau đó tốc độ giảm dần vê
0 kết thúc quá trình hãm ngược và bắt đầu quá trình khởi động ngược.

B
A
 đm
TN

M
E

0 MC

hình 2-13c
2. Hãm động năng
a/ Hãm động năng kích từ độc lập
G
kt

Ư

K

K
Rhãm

G

Rf

21

G1


hình 2-14a

B

A

 đm

TN

M
0

MC

hình 2-14a
- Giả sử động cơ đang làm việc bình thường trên đường đặc tính cơ tự nhiên ổn
định tại điểm A (tiếp điểm G mở, K, G1 mở)
- Muốn thực hiện hãm động năng thì mở K, G 1, Đóng G. Cuộn kích từ được cấp
điện từ nguồn độc lập bên ngồi có chiều trùng với chiều dịng điện lúc động cơ
làm việc bình thường, cịn phần ứng được nối với điện trở hãm Rh, bắt đầu quá

trình hãm động năng giống như động cơ một chiều kích từ độc lập, đường đặc
tính đoạn B0.
b/ Hãm động năng kích từ tự kích
kt

Ư

K

K
Rhãm

G

hình 2-15a
Giả sử động cơ đang làm việc bình thường trên đường đặc tính cơ tự nhiên ổn
định tại điểm A muốn thực hiện hãm động năng ta mở K cắt điện vào phần ứng
và cuộn kích từ, đồng thời đóng G để nối điện trở hãm vào mạch phần ứng, bắt
đầu quá trình hãm động năng kích từ tự kích.

B
A
đm
TN
22

M
0

MC

hình 2-15b
- Quá trình hãm diễn ra như sau:
Khi cắt điện động cơ nhở mơ men qn tính nên động cơ vẫn quay cắt các đường
sức từ dư trong cuộn kích từ sinh ra dịng điện cảm ứng trên cuộn dây stato, dòng
điện này đi từ phần ứng qua điện trở hãm, cuộn kích từ rồi về phần ứng. Dịng
điện cảm ứng trong phần ứng ngược chiều với dòng điện chính nên sinh ra mơ
men ngược với mơ men lúc động cơ làm việc ban đầu, bắt đầu thực hiện quá trình
hãm động năng làm tốc độ động cơ giảm dần khi tốc độ động cơ bằng 0 thì mơ
men hãm bằng 0 kết thúc quá trình hãm động năng, đặc tính hãm đoạn B0.
2.1.3. Đặc tính cơ, các trạng thái khởi động và hãm của động cơ một chiều
kích từ hỗn hợp
- Động cơ kích từ hỗn hợp nghĩa là cuộn kích từ chia làm hai phần, một phần nối
tiếp với phần ứng và một phần song song với phần ứng. Nên đặc tính cơ và các
trạng thái làm việc của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp là sự pha trộn của
động cơ một chiều kích từ nối tiếp và song song.
2.2. Đặc tính cơ, các trạng thái khởi động và hãm của động cơ điện không
đồng bộ
2.2.1 Đặc tính cơ:
* Phương trình đặc tính cơ
3U 12ph .R 2/
M
/
2
S.0 . ( R1  RS2 ) 2  X nm
Trong đó:
U1ph là điện áp pha đặt vào cuộn dây phần cảm
R1 điện trở một pha cuộn dây phần cảm
R2 là điện trở một pha cuộn dây phần ứng quy đổi theo cuộn dây phần cảm



S là hệ số trượt



S=

n1 - n

0 là tốc độ không tải lý tưởng  =
 0 =



n1
2n
60

2 πn 0
60

0
đm

A
=f(M)

Xnm là trở kháng ngắn mạch Xnm = X 1 + X 2/

X1 trở kháng một pha cuộn dây phần cảm
X 2/ trở kháng một pha phần ứng quy đổi
theo phần cảm
* Đường đặc tính cơ (hình 2-16a)
- Mc: mơ men tải định mức
- Mmm: mơ men mở máy
23

(Sth)th

M
0

M Mn Mfh

hình 2-16a


- Mth: mô men tới hạn
3U 12ph

Mth = 

2
1

2 0 ( R1  R  X

M
2

nm

)

Mth

M=f(S)

Dấu (+) ứng với mỗi trạng thái động cơ
Dấu (-) ứng với mỗi trạng thái máy phát
- Sth: hệ số trượt tới hạn
R2/

Sth = 

2
1

R X

S
0

2
nm

- Ngồi ra cịn có đường đặc tính cơ biểu
diễn mối quan hệ giữa mơ men và hệ số
trượt (hình 2-16b).

Sth
hình 2-16b

2.2.2. Khởi động động cơ khơng đồng bộ
1. Khởi động động cơ không đồng bộ bằng điện trở đối xứng ở mạch rô to

CD

0

A

đ
2
1

TN

Đ
2
G2

1

G2
Rf2
G1

G1
Rf1

24

0

M
MC

MB Mnm

Mth