Tài liệu Chương 2_ Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều pptx

Chương 2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
2.1. Khái niệm chung
Trong quá trình làm việc, tốc độ của động cơ thường bị thay đổi do sự biến thiên
của tải, của nguồn và do đó gây ra sai lệch tốc độ thực với tốc độ đặt, làm giảm năng
suất của máy sản xuất. Chính vì vậy việc điều khiển tốc độ động cơ là một yêu cầu cần
thiết và tất yếu đối với các máy sản xuất.
Như ta biết rằng hầu hết các máy sản xuất đều đòi hỏi có nhiều tốc độ, nhưng tuỳ
theo từng công việc, điều kiện làm việc mà ta lựa chọn các tốc độ khác nhau. Muốn có
được các tốc độ khác nhau trên máy, ta có thể thay đổi cấu trúc cơ học của máy như tỉ số
truyền hoặc thay đổi tốc độ của động cơ truyền động chính… Nhưng ở đây chúng ta chỉ
khảo sát theo phương pháp thay đổi tốc độ của động cơ truyền động.
Ở động cơ một chiều, việc điều chỉnh tốc độ động cơ có nhiều ưu việt hơn so với
các loại động cơ khác. ĐCĐMC không những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà
cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển lại đơn giản hơn các loại động cơ khác và đạt chất
lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh rộng.
Từ phương trình đặc tính cơ, ta có các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ :
+ Mắc thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.
+ Thay đổi từ thông kích từ
+ Thay đổi điện áp phần ứng.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng
để tăng R
ư
chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độ quay định mức
và luôn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ
điện. Vì vậy phương pháp này ít dùng và chỉ dùng trong cần trục.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách mắc thay đổi từ thông (
Φ
) đựơc sử

dụng trong hệ truyền động có công suất lớn hoặc có yêu cầu về tốc độ làm việc lớn hơn
tốc độ cơ bản. Vì phương pháp này được thực hiện trên mạch kích từ của động cơ ( phần
kích từ có công suất rất nhỏ so với công súât động cơ) nên dễ dàng thay đổi tốc độ và đạt
hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên, ta chỉ có thể điều chỉnh theo hướng giảm từ thông, tức là
điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức và giới hạn điều chỉnh bị hạn chế bởi
các điều kiện cơ khí và đổi chiều của máy.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
không gây thêm tổn hao trong động cơ điện nhưng đòi hỏi phải có nguồn riêng, có điện
10
Chương 2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
áp điều chỉnh được. Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ quay dưới tốc độ định
mức vì không thể nâng cao điện áp hơn điện áp định mức của động cơ điện.
Và để thực hiện việc điều chỉnh tốc độ theo các phương pháp điều chỉnh tốc độ
trên thì cần có các bộ biến đổi. Các bộ biến đổi đó sẽ cấp điện áp cho mạch phần ứng
động cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Các bộ biến đổi được sử dụng phổ biến trong công
nghiệp hiện nay là:
+ Bộ biến đổi máy điện : gồm có động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều hoặc
máy điện khuếch đại
+ Bộ biến đổi từ : Khuếch đại từ
+ Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn : Chỉnh lưu Thysistor
+ Bộ biến đổi xung áp một chiều : Thysistor hoặc Tranzitor
Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động như sau :
+ Hệ truyền động máy phát - động cơ ( F - Đ)
+ Hệ truyền động máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ – Đ)
+ Hệ truyền động khuếch đại từ - động cơ ( KĐT- Đ)
+ Hệ truyền động chỉnh lưu thysistor - động cơ ( T- Đ)
+ Hệ truyền động xung áp - động cơ ( XA – Đ)…
2.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Từ phương trình đặc tính cơ
M

K
RR
K
U
fu
u
.
)(
2
Φ
+
−
Φ
=
ω
ta thấy tốc độ động cơ phụ
thuộc vào các tham số U
ư,
Φ, R
f
. Khi ta giữ nguyên momen tải và thay đổi giá trị của
một trong ba tham số U
ư,
Φ, R
f
ta sẽ được một đường đặc tính cơ mới tương ứng với
một tốc độ mới.
2.2.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng
Muốn thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ R
f

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều kích từ độc lập
11
D
ckd
U
kt
R
kt
R
f
U
ư
Chương 2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Nếu ta giữ điện áp phần ứng U
ư
= U
dm
= const ; và từ thông Φ = Φ
dm
= const; thay
đổi điện trở phần ứng ta sẽ được:
+ Tốc độ không tải lý tưởng:
ΦΚ
=
ΟΧ
.
U
dm
ω

= const
+ Độ cứng đặc tính cơ:
RR
fu
+
Φ
Κ
−=
Χ
).(
2
β
= var

Hình 2.2. Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phần ứng
- Ta thấy khi R
f
càng lớn (
β
càng nhỏ) đặc tính cơ càng dốc. Do vậy phương
pháp này chỉ cho phép giảm tốc độ bằng cách tăng điện trở mạch phần ứng
- Trong thực tế, khi thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng sẽ gây ra một tổn hao
công suất rất lớn và không thể điều chỉnh trơn tốc độ nên phải điều chỉnh theo từng cấp
điện trở. Chính vì vậy , phương pháp này không được phổ biến như 2 phương pháp thay
đổi điện áp phần ứng và từ thông kích từ.
2.2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông kích từ
Giả thiết ta giữ điện áp phần ứng U
ư
= U
dm

= const ; điện trở phần R
ư
= const ; và
thay đổi dòng điện kích từ I
kt
của động cơ. Điều này tương ứng với việc từ thông của
mạch từ sẽ thay đổi .
Ta được:
+ Tốc độ không tải:
ΦΚ
=
ΟΧ
.
U
dm
ω
= var
+ Độ cứng đặc tính cơ:
R
u
)(
.
2
Φ
Κ
Χ
−=
β
= var
(rad/s)

0
TN
M
c
M (N.m)
R
f1
R
f2
R
f3
0
12
M
M
nm
Φ
dm
ω
ω0
ω
01
ω
02
Φ
1
Φ
dm
Inm
I

Φ
2
ω
0
ω
01
ω
02
ω
o2
=
Φ
1
Φ
2
(rad/s)
(rad/s)
Chương 2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Hình 2.3. Đặc tính cơ (b) – cơ điện (a) của động cơ khi giảm từ thông
Đặc điểm :
+Do cấu trúc của máy, nên thực tế chỉ sử điều chỉnh giảm từ thông. Khi giảm từ
thông thì ω
ox
tăng dần ( ω
0
<ω
01
<ω
02
<…) , độ cứng đặc tính cơ

β
giảm. Nên phương
pháp này dùng để tăng tốc độ ω>ω
0

+ Do việc điều chỉnh đựơc thực hiện ở mạch kích từ, có dòng kích từ nhỏ hơn rất
nhiều so với mạch lực, nên công suất tổn hao ít. Đây là ưu điểm nổi bật của động cơ điện
một chiều ( kích từ độc lập ) so với các loại động cơ khác.
+ Phương pháp này chịu ảnh hưởng của hiện tượng từ dư và các nhiễu, làm ảnh
hưởng xấu đến chất lượng của các hệ truyền động đảo chiều bằng kích từ.
+ Khi giảm từ thông để tăng tốc độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện
chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình
thường thì cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là momen cho phép trên
trục động cơ giảm rất nhanh. Và do đó giá trị lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn
chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện.
2.2.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
Nếu giữ
Φ
=
Φ
dm
= const ; R
ư
= const và thay đổi điện áp theo hướng giảm so với
U
dm
, ta được :
Tốc độ không tải :
Φ
Κ

=
Χ
Χ
dm
o
U
.
ω
=var
Độ cứng đặc tính cơ:
R
u
).(
2
ΦΚ
−=
β
= const
13
(a)
(b)
M
nm1
M
nm2
(A)
(N.m)
Chương 2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Hình 2.4. Đặc tính cơ của động cơ khi giảm điện áp phần ứng
Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta được một họ đặc tính

cơ song song với đặc tính cơ tự nhiên và có độ cứng đặc tính cơ là không đổi, trong đó
đường đặc tính cơ tự nhiên là là đặc tính cơ lúc vận hành ở chế độ định mức (điện áp,
tần số, từ thông đạt giá trị định mức và không nối thêm điện trở, điện kháng vào động
cơ)
Khi giảm điện áp phần ứng đặt vào động cơ thì dòng điện ngắn mạch sẽ giảm
( I
nm
=
R
U
u
dm
), momen ngắn mạch của động cơ ( M
nm
= K
Φ
.I
nm
) cũng sẽ giảm. Và do
vậy tốc độ động cơ cũng giảm ứng với một phụ tải nhất định
...
21
ωωω
〉〉
dm
Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cho phép điều chỉnh
dưới tốc độ định mức (Vì không thể tăng cao hơn điện áp định mức của động cơ điện).
 Kết luận
Từ việc phân tích các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều
kích từ độc lập, em thấy phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần

ứng có rất nhiều ưu điểm ( nổi bật nhất là độ cứng đặc tính cơ không thay đổi) phù hợp
với động cơ công suất nhỏ, điều chỉnh tốc độ ở vùng dưới tốc độ định mức, momen tải
không đổi trong toàn dải điều chỉnh.
Vậy trong mô hình thực, em chọn phương pháp thay đổi điện áp phần ứng
để điều chỉnh tốc độ động cơ
ω
0
ω
01
TN
M
đm
M (N.m)
ω
dm
ω
ω
02
ω
04
ω
03
ω
4
ω
3
ω
2
ω
1

14
(rad/s)