Tài liệu Giáo trình truyền động điện tử P2 doc

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Chơng 2:

ĐặC TíNH CƠ CủA Động cơ điện
Đ 2.1. KHáI NIệM CHUNG
Chơng 1 đà cho ta thấy, khi đặt hai đờng đắc tính cơ M() và
Mc() lên cùng một hệ trục tọa độ, ta có thể xác định đợc trạng thái
lamg việc của động cơ và của hệ (xem hình 1-2 và hình 1-3): trạng
thái xác lập khi M = Mc ứng với giao điểm của hai đờng đặc tính
M() và Mc(); hoặc trạng thái quá độ khi M Mc tại những vùng có
xl ; trạng thái động cơ thuộc góc phần t thứ nhất và thứ ba; hoặc
trạng thái hÃm thuộc góc phần t thứ hai và thứ t.
Khi phân tích các hệ truyền động, ta thờng coi máy sản xuất đÃ
cho trớc, nghĩa là coi nh biết trớc đặc tính cơ Mc() của nó. Vậy
muốn tìm kiếm một trạng thái làm việc với những thông số yêu cầu
nh tốc độ, mômen, dòng điện động cơ v... ta phải tạo ra những đặc
tính cơ của động cơ tơng ứng. Muốn vậy, ta phải ta phải nắm vững
các phơng trình đặc tính cơ và các đặc tính cơ của các loại động cơ
điện, từ đó hiểu đợc các phơng pháp tạo ra các đặc tính cơ nhân tạo
phù hợp với máy sản xuất đà cho và điều khiển động cơ sao cho có
đợc các trạng thái làm việc theo yêu cầu công nghệ.
Mỗi động cơ có một đặc tính cơ tự nhiên xác định bởi các số
liệu định mức của nó. Trong nhiều trờng hợp ta coi đặc tính này nh
loạt số liệu cho trớc. Mặt khác nó có thể có vô số đặc tính cơ nhân
tạo có đợc do biến đổi một hoặc vài thông số của nguồn, của mạch
điện động cơ, hoặc do thay đổi cách nối dây của mạch, hoặc do dùng
thêm thiết bị biến đổi. Do đó bất kỳ thông số nào có ảnh hởng đến
hình dáng và vị trí của đặc tính cơ, đều đợc coi là thông số điều

khiển động cơ, và tơng ứng là một phơng pháp tạo đặc tính cơ nhân
tạo hay đặc tính điều chỉnh.
Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện có thể viết theo dạng
thuận M = f() hay dạng ngợc = f(M).
Trang 20

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

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

Ukt
Ikt

Rktf

+

-

Ckt

Ikt

Rf

E

U

I

E

+

U

Rktf
Rf

I

-

a)

b)

Hình 2-1: a) Sơ đồ nối dây động cơ ®iƯn mét chiỊu kÝch tõ ®éc lËp.
b) S¬ ®å nèi dây động cơ điện một chiều kích từ song song.
2.2.2. Các thông số cơ bản của ĐMđl:

Các thông số định mức:
nđm(vòng/phút); đm(Rad/sec); Mđm(N.m hay KG.m); đm(Wb);
fđm(Hz); Pđm(KW); Uđm(V); Iđm(A); ...
Các thông số tính theo các hệ đơn vị khác:
* = ω/ω®m ; M* = M/M®m ; I* = I/I®m; Φ* = Φ/Φ®m; R* = R/R®m;
Rcb = U®m/I®m,;
ω%; M%; I%; ...
Trang 21


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

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

(2-1)

Trong ®ã:

ω=

M®t = KφI−

p.N

⋅ φ ⋅ ω = K
2a

(2-2)

Vậy:

E = Ke.n

(2-3)

K
= 0,105.K
9,55

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

M õt M

K K

(2-6)

Thay giá trị I vào (2-4), ta cã:

2 πn
n
=
ω=
60 9,55
Ke =

(2-5)

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

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

Và:

(2-4)

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

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

Hoặc:

U ổ R ổ + R ổf
Iổ

K
K

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

U là điện áp phần ứng động cơ, (V)

E=

Giáo Trình: Truyền ®éng ®iƯn Tù ®éng

ω=


R ỉΣ
U ỉ R ỉ + R ổf

=

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

(2-7)

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

=

(2-8)

Uổ
gọi là tốc độ không tải lý tởng.
K

(2-9)

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

Từ các phơng trình đặc tính cơ điện (2-4) và phơng trình đặc
tính cơ (2-8) trên, với giả thiết phần ứng đợc bù đủ và = const thì
ta có thể vẽ đợc các đặc tính cơ - điện (hình 2-2a) và đặc tính cơ

(hình 2-2b) là những ®−êng th¼ng.
Trang 23


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

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



0

=

0

đm

đm

TN

nt

nt

NT

Iđm
a)

TN

Inm

I

(Kdm ) 2
tn =
Rổ
Mnm M

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

Và:

U ổõm
R ổõm

M
Kõm (Kõm ) 2

(2-11)

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

Iỉ =
Vµ:


= I nm
R ỉ + R ỉf


M=
⋅ Kφ = I nm ⋅ Kφ = M nm
R æ + R æf

(2-12)

Trang 24

1
R *−

(2-16)

R æ = 0,5.(1 − ηâm )

U âm
,Ω

I õm

(2-17)

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

(2-13)

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

*tn =

(2-15)

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

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

=

(2-14)

Đối với đặc tính cơ tự nhiên:

NT

Mđm
b)

dM
( K ) 2
=
d
R ổ + R ổf

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


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

n õm 2200
=

= 230,3 rad/s
9,55 9,55

Mômen (cơ) định mức:

M õm =

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

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

Tốc độ góc định mức:

õm =

Ths. Khơng Công Minh

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

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

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

(rad/s)
241,7
230,3
183,3

Ư

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

K âm =

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

Tốc độ không tải lý tởng:

0 =

U õm
220
=
241,7 rad/s
K õm 0,91

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

M nm = K.I nm = Kφ ⋅

U dm
220
= 0,91 ⋅
= 770 Nm
R−
0,26

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

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

0

28,6

M (Nm)
H×nh 2 - 3: Đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo

Ta tính đợc giá trị mômen (cơ) định mức:

M õm =

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

Và tính tốc độ góc nhân tạo:

nt =

U õm (R ổ + R æf ).I âm
Kφâm

=

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

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


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

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

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

+

18)

Ikđbđ = Inm Icp = 2,5Iđm

(2-

+ Muốn thế, ngời ta thờng đa thêm điện trở phụ vào mạch
phần ứng ngay khi bắt đầu khởi động, và sau đó thì loại dần chúng ra

để đa tốc độ động cơ lên xác lập.
Ikđbđ = Inm =

U õm
= (2ữ2,5)Iđm Icp ;
R ổ + R ổf

(2-19)

* Xây dựng các đặc tính cơ - điện khi khởi động ĐMđl:
- Từ các thông số định mức (Pđm; Uđm; Iđm; nđm, đm; ...) và thông
số tải (Ic; Mc; Pc; ...), số cấp khởi động m, ta vẽ đặc tính cơ tự nhiên.
- Xác định dòng điện khởi động lớn nhất: Imax = I1 = (2ữ2,5)Iđm
- Xác định dòng điện khởi động nhỏ nhất: Imin = I2 = (1,1ữ1,3)Ic
- Từ điểm a(I 1) kẽ đờng a0 nó sẽ cắt I2 = const tại b; từ b kẽ
đờng song song với trục hoành nó cắt I1 = const tại c; nối c0 nó sẽ
cắt I2 = const tại d; từ d kẽ đờng song song với trục hoành thì nó cắt
I1 = const tại e; ...
Cứ nh vậy cho đến khi nó gặp đờng đặc tính cơ tự nhiên tại
điểm giao nhau của đặc tính cơ TN và I1 = const, ta sẽ có đặc tính khởi
động abcde...XL.
Trang 28

Rktf

Ckt
Ikt

+ Để đảm bảo an toàn cho máy, thờng chọn:
I

-

U

K2 K1

2
1

Rf2 Rf1

0

0

XL

d
b

h

TN

e
2

c

1

e

a
Ic I2

I1

I

b)

a)

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

∆ωTN =
Rót ra:

Rỉ
I1 ;
Kφ

R ỉfi =

∆ωNT =

R ỉ + R ổf
I1 ;
K

NT TNi
Rổ;
TN

Qua đồ thị ta có:

R æf 1 =

ha − he
ae
Ræ =
Ræ;
he
he

T−¬ng tù nh− vËy:
Trang 29

(2-20)
(2-21)

Ths. Khơng Công Minh

R ổf 2 =

Giáo Trình: Truyền động ®iƯn Tù ®éng

ce
hc − he
Rỉ;
Rỉ =
he
he

VËy: λ =

§iƯn trë tỉng ứng với mỗi đặc tính cơ:

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

(2-22)

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

=m

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

(2-27)

m=

lg(R 1 / R ổ )
lg

(2-28)

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

Tại điểm c trên hình 2-3b ta có:

(2-23)

Trong quá trình khởi động, ta lấy:

Trang 30

(2-26)

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

Tại điểm b trên hình 2-3b ta có:

I1
= λ = const
I2

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

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

Rm = R− + (R−f m)

U®m - E1
R2

R

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

R m = λR æ

R2 = R− + Rf (2) = R + (Rf 2)

I1 =

Giáo Trình: Trun ®éng ®iƯn Tù ®éng

Rót ra:

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

U − E1
I 2 = õm
R1

Ths. Khơng Công Minh

(2-24)

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

Trang 31

(2-29)


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

* Ví dụ 2-2:

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

Ths. Khơng Công Minh

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

+
Ckt

Trớc hết ta xác định các số liệu cần thiết của động cơ:
Điện trở định mức: Rđm = Uđm/Iđm = 220V/120A = 1,83.
Điện trở phần øng: R− = R−*.R®m = 0,08.1,83 = 0,146Ω.
Tèc ®é gãc ®Þnh møc: ω®m = n®m/ 9,55 = 420/ 9,55 = 44 rad/s.
Từ thông của động cơ và hệ số kết cÊu cđa nã:

Kφ âm =

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

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

= m +1

U õm
220
= 2+1

2,5
R ổ .I 2
0,146.98

Kiểm nghiệm lại giá trị dòng ®iÖn I1:
I1 = λ.I2 = 2,5.98A = 245A ≈ 2I®m
Trang 32

I



-

U
Ikt

* Giải:

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Rktf
K2 K1

2
1

Rf2 Rf1

0

0

XL

d
b

h

TN

e
2

c

1

e

a
Ic I 2

I1

I

b)

a)

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

Theo (2-26) ta xác định đợc các cấp điện trở tổng với hai
đờng đặc tính nhân tạo:
R1 = R = 2,5.0,146 = 0,365
R2 = R1 = 2,5.0,365 = 0,912
Và các điện trở phụ của các cấp sẽ là:
Rf1 = R1 - R
= 0,365 - 0,146 = 0,219 Ω
R−f2 = R2 - R−f1 - R−
= 0,912 - 0,219 - 0,146 = 0,547 Ω
Trang 33


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

2.2.5. Các đặc tính cơ khi hÃm ĐMđl:

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

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

U ổ E æ Kφω0 − Kφω
=
<0
R
R
M h = KφI h < 0

Ih =






(2-30)

Ths. Khơng Công Minh

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

Iổ = Ih =

HÃm tái sinh (HTS),
Trạng thái máy phát



M

Trạng thái động cơ

Mh
Mh

0

M

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

Uổ E
< 0 ; Mh = K.Ih < 0 ;
R ổ

Mômen động cơ đổi chiều (M < 0) và trở nên ngợc chiều với
tốc độ, trở thành mômen hÃm (Mh).
+ HÃm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (U2 < U1), lúc này
Mc là dạng mômen thế năng (Mc = Mtn). Khi giảm điện áp nguồn đột
ngột, nghĩa là tốc độ 0 giảm đột ngột trong khi tốc độ cha kịp
giảm, do đó làm cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độ không tải

lý tởng ( > 02). Về mặt năng lợng, do động năng tích luỹ ở tốc độ
cao lớn sẽ tuôn vào trục động cơ làm cho động cơ trở thành máy phát,
phát năng lợng trả lại nguồn (hay còn gọi là hÃm tái sinh), hình 2-5b.


* Một số trạng thái hÃm tái sinh:

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

Ih < 0
ôđ
U I > 0

0
U
E
E

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ih
U2

01

E2 HTS
Mhbđ

02

U1 I
A

E1

B

0

Mc M

Hình 2- 5b: HÃm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm
điện áp phần ứng động cơ (U2 < U1).

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


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Ths. Khơng Công Minh

U + E
U + K
=

R − + R −f
R − + R −f ⎬
⎪
M h = KI h


Trong thực tế, cơ cấu nâng hạ của cầu trục, thang máy, thì khi
nâng tải, động cơ truyền động thờng làm việc ở chế độ động cơ
(điểm A hình 2-5c), và khi hạ tải thì động cơ làm việc ở chế độ máy
phát (điểm B hình 2-5c).

Ih =




0

U I
A

bđ

E

+

Mc M

Rktf

-U

Ih
-E

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

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

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

I

U I

A

(+Rf)

Ikt

E
(Nâng)
M


Mc

D

HTS
B

(2-31)

0 B

-

U
Ckt

-
ôđ0

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

e

Rf

a)

ôđ
b)

Mnm Mc M
(Hạ)
HN
E

U
E

Ih



Mh
Mc

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

Tại thời điểm chuyển đổi mạch điện thì mômen động cơ nhỏ

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

Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều điện áp phần ứng
(vì dòng đảo chiều lớn nên phải thêm điện trở phụ vào để hạn chế) thì:
Trang 37


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Động cơ sẽ chuyển sang điểm B, C và sẽ làm việc xác lập ở D
nếu phụ tải ma sát. Đoạn BC là đoạn hÃm ngợc, lúc này dòng hÃm và
mômen hÃm của động cơ:

Uổ Eổ
U + K

= ổ
<0 ⎪
R æ + R æf
R æ + R æf
⎬

⎪
M h = KI h < 0

Ih =

(2-32)

Ths. Khơng Công Minh

Phơng trình đặc tính cơ khi hÃm động năng:

=

+

U ổ R æ + R æf
M
−
Kφ
( Kφ ) 2

U−
Ckt

E−
Ih
-U−

Rktf

Ikt

I−

ω
ω0

B
HN
C

⎫
⎪
E hd
Kφωhd
⎪
=−
<0 ⎬
I hd = −
Ræ + Rh
Ræ + Rh
⎪
⎪⎭
M hd = KφI hd < 0

e

U I

E

A

ôđ

Mc M

b)

Hình 2-6b: a) Sơ đồ hÃm ngợc bằng cách đảo chiều U.
b) Đặc tính cơ khi hÃm ngợc bằng cách đảo U.
2.2.5.3. HÃm động năng: (cho U = 0)
a) HÃm động năng kích từ độc lập:



-

U
Ckt

a)

+

M c
D

Rf

bđ

(2-34)

E hd = Khd

(2-33)

-

Rổ + Rh
M
( K ) 2

Tại thời điểm hÃm ban đầu, tốc độ hÃm ban đầu là hđ nên sức
điện động ban đầu, dòng hÃm ban đầu và mômen hÃm ban đầu:

Phơng trình đặc tính cơ:

=

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Rktf

B2

B1

bđ

0

(2-35)

U I
A

E

Rh1

Ikt

HĐN Rh2

I

Mbđ2 Mbđ1

e

Rh

0

ôđ2
ôđ1

Mc M

C2
C1

b)

a)

Hình 2-7a: a) Sơ đồ hÃm động năng kích từ độc lập.
b) Đặc tính cơ khi hÃm động năng kích từ độc lập.

Động cơ đang làm việc với lới điện (điểm A), thực hiện cắt
phần ứng động cơ ra khỏi lới điện và đóng vào một điện trở hÃm Rh,
do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó
làm việc nh một máy phát biến cơ năng thành nhiệt năng trên điện
trở hÃm và điện trở phần ứng.

Trên đồ thị đặc tính cơ hÃm động năng ta thấy rằng nếu mômen
cản là phản kháng thì động cơ sẽ dừng hẵn (các đoạn B10 hoặc B20),
còn nếu mômen cản là thế năng thì dới tác dụng của tải sẽ kéo động
cơ quay theo chiều ngợc lại (ôđ1 hoặc ôđ2).

Trang 38

Trang 39


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

b) HÃm động năng tự kích từ :

Phơng trình đặc tính cơ khi hÃm động năng tự kích từ:

+

R ổ + R kt + R h
M
( K ) 2

B2

Ckt

I

B1

HĐN

Ikt

0
hbđ

Rh

A

=

0

ôđ2
ôđ1

E

=
Mc M
C2

+

(2-38)


-

C1

Hình 2-7b: a) Sơ đồ hÃm động năng tự kích từ.
b) Đặc tính cơ khi hÃm động năng tự kích từ .

Trên đồ thị đặc tính cơ hÃm động năng tự kích từ ta thấy rằng
trong quá trình hÃm, tốc độ giảm dần và dòng kích từ cũng giảm dần,
do đó từ thông của động cơ cũng giảm dần và là hàm của tốc độ, vì
vậy các đặc tính cơ khi hÃm động năng tự kích từ giống nh đặc tính
không tải của máy phát tự kích từ.
So với phơng pháp hÃm ngợc, hÃm động năng có hiệu quả hơn

khi có cùng tốc độ hÃm ban đầu, nhất là tốn ít năng lợng hơn.
Trang 40

(2-37)

R + R ổf
Uổ
ổ
M
K(I ổ ) [K(I ổ )]2

U

ôđ

Rktf

Ckt

b)

a)

R đm
U đm
M
K đm ( K đm ) 2

Muốn đảo chiều động cơ, ta có thể đảo chiều điện áp phần ứng
hoặc đảo chiều từ thông kích từ động cơ. Thờng đảo chiều động cơ

bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng. Khi đảo chiều điện áp phần
ứng thì 0 đảo dấu, còn thì không đảo dấu, đặc tính cơ khi quay
ngợc chiều:

Rh1

Rh2

Mhđ1 Mhđ2

e

U I

Giả sử động cơ đang làm việc ở điểm A theo chiều quay thuận
trên đặc tính cơ tự nhiên thuận với tải Mc:

Với M = Mc thì = A = Thuận

(2-36)

-

U

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

2.2.6. Các đặc tính cơ khi đảo chiều ĐMđl:

Động cơ đang làm việc với lới điện (điểm A), thực hiện cắt cả

phần ứng và kích từ của động cơ ra khỏi lới điện và đóng vào một
điện trở hÃm Rh, do động năng tích luỹ trong động cơ, cho nên động
cơ vẫn quay và nó làm việc nh một máy phát tự kích biến cơ năng
thành nhiệt năng trên các điện trở.

=

Ths. Khơng Công Minh


A

(ĐCth)

M c

Ikt

I

0

M

Mc M
(ĐCng)

Rf

e

M
a)

A

-ôđ
-



b)

Hình 2-8: a) Sơ đồ hÃm ngợc bằng cách đảo U.
b) Đặc tính cơ khi hÃm ngợc bằng cách đảo U.

Động cơ quay ngợc chiều tơng ứng với điểm A trên đặc tính
cơ tự nhiên bên ngợc, hoặc trên đặc tính cơ nhân tạo.
Trang 41


Ths. Khơng Công Minh

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Động cơ làm việc dài hạn, công suất định mức là 6,6KW; điện
áp định mức: 220V; tốc độ định mức: 2200vòng/phút; điện trở mạch
phần ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ: 0,26;
Trớc khi hÃm động cơ làm ở điểm định mức A(M = Mđm , = đm);
HÃy xác định trị số điện trở hÃm đấu vào mạch phần ứng động cơ để

hÃm động năng kích từ độc lập với yêu cầu mômen hÃm lớn nhất
Mh.max = 2Mđm. Sử dụng sơ đồ hÃm động năng kích từ độc lập nh
trong hình 2-9a.
* Giải:

Sử dụng sơ đồ hÃm động năng kích từ độc lập hình 2-9a khi đó
đảm bảo từ thông động cơ trong quá trình hÃm là không đổi: = đm.

B

Rktf
HĐN
KTĐL

Ikt
I



-

U
Ckt

Giáo Trình: Truyền động điện Tự động

Điểm làm việc trớc khi hÃm là điểm định mức A, có:

* Ví dụ 2-3:

+

Ths. Khơng Công Minh

bđ

0

ôđ

Rh
a)

U I
A

E

Mc M
C

b)

Hình 2-9: a) Sơ đồ hÃm động năng kích từ độc lập.
b) Đặc tính cơ khi hÃm động năng kích từ độc lập.

Đặc tính cơ của động cơ trớc khi hÃm là đặc tính cơ tự nhiên,
và khi chuyển sang đặc tính cơ hÃm động năng kích từ độc lập (đoạn
B0 trên hình 2-9b).
Trang 42

A = đm = 230,3rad/s (xem ví dụ 2-1)

Sức điện động của động cơ trớc khi hÃm sẽ là:
Ebđ = EA = Uđm - I.R
Ebđ = 220 - 35.0,26 = 210,9V
Từ hình 2-9b ta thấy, mômen (và dòng điện) hÃm lớn nhất sẽ có
đợc tại thời điểm ban đầu của quá trình hÃm, ngay khi chuyển đổi
mạch điện từ chế độ động cơ trên đặc tính cơ tự nhiên sang mạch điện
làm việc ở chế độ hÃm động năng kích từ độc lập (điểm B):
Ih.max = Ih.bđ
Hoặc

Rh

Mh.max

e

0

I = Iđm = 35A, tơng ứng mômen định mức Mđm;

Mh.max = Mh.bđ

Vì = đm nên mômen động cơ tỉ lệ thuận với dòng điện động
cơ khi hÃm, do đó để đảm bảo điều kiện Mh.max = 2Mđm thì:
Ih.bđ = 2Iđm = 2.35 = 70A
Điện trở tổng trong mạch phần ứng động cơ đợc xác định theo
(2-34):

R ổ =

K KφωA
E
=
= A
Iæ
I h . bâ
I h . bâ

R æΣ =

210,9
= 3,01
70

Vậy điện trở hÃm phải đấu vào phần ứng động cơ khi hÃm động
năng kích từ độc lập sẽ là:
Rh = R−Σ - R−
Rh = 3,01 - 0,26 = 2,75 Ω.
Trang 43