Tài liệu Truyền động điện tự động (phần 2) docx

Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 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 đã cho ta thấy, khi đặt hai đờng đắc tính cơ M() và
M
c
() 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 = M
c
ứng với giao điểm của hai đờng đặc tính
M() và M
c
(); hoặc trạng thái quá độ khi M M
c
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 M
c
() 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 đã 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
Đ 2.2. ĐặC TíNH CƠ CủA động cơ một chiều
kích từ độc lập (ĐM
đl
)
2.2.1. Sơ đồ nối dây của ĐM
đl
và ĐM
ss
:
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 công suất vô cùng 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 (ĐM
ss

).









2.2.2. Các thông số cơ bản của ĐM
đl
:
Các thông số định mức:
n
đm
(vòng/phút);
đm
(Rad/sec); M
đm
(N.m hay KG.m);
đm
(Wb);
f
đm
(Hz); P
đm
(KW); U
đm
(V); I

đm
(A);
Các thông số tính theo các hệ đơn vị khác:

*
= /
đm
; M
*
= M/M
đm
; I
*
= I/I
đm
;
*
= /
đm
; R
*
= R/R
đm
;
R
cb
= U
đm
/I
đm,

;
%; M%; I%;
Trang 21
a) b)
H
ình 2-1: 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.
Ckt
R
ktf
I
kt
I

I

I
kt
+ U -
+ U
kt
-
R
ktf
R
f
E
R
f
E

+ U

-
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
2.2.3. Phơng trình đặc tính cơ - điện và đặc tính cơ của ĐM
đl
:
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 đó:
U

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

=

K
a2
p
.N

=E (2-2)

a2
N.p
K

=
là hệ số kết cấu của động cơ.
Hoặc: E = K
e
.n (2-3)
Và:
55,9
n
60
n2
=

=
Vậy: K
e
=
55,9
K
= 0,105.K
R

là điện trở mạch phần ứng, R

= r

+ r
ctf
+ r
ctb
+ r
tx
, ().
Trong đó: r

là điện trở cuộn dây phần ứng của động cơ ().
R
ctf
là điện trở cuộn dây cực từ phụ của động cơ ().
R
ctb
là điện trở cuộn dây cực từ bù của động cơ ().
R
ctb
là điện trở tiếp xúc giữa chổi than với cổ góp của
động cơ ().
R
f
là điện trở phụ mạch phần ứng.
I

là dòng điện phần ứng.
Từ (2-1) và (2-2) ta có:
Trang 22

I
K
R+R
K
U
ổ
ổfổổ



= (2-4)
Đây là phơng trình đặc tính cơ - điện của động cơ một chiều
kích từ độc lập.
Mặt khác, mômen điện từ của động cơ đợc xác định:
M
đt
= KI

(2-5)
Khi bỏ qua tổn thất ma sát trong ổ trục, tổn thất cơ, tổn thất thép
thì có thể coi: M
cơ
M
đt
M
Suy ra: I

=

K
M

K
M
õt
(2-6)
Thay giá trị I

vào (2-4), ta có:

M
)K(
R
K
U
M
)K(
R+R
K
U
2
ổổ
2
ổfổổ



=

=

(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
- (2-8)
Trong đó:

=
K
U
ổ
0
gọi là tốc độ không tải lý tởng. (2-9)


)K(
R
)K(
RR
2
ổ
2
fổổ

=

+
=

gọi là độ sụt tốc độ. (2-10)
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 đờng thẳng.
Trang 23
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động











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:

M
)K(
R
K

U
2
õm
ổõm
õm
ổõm



= (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 có:

nm
ổfổ
ổ
ổ
I
RR
U
I =
+
= (2-12)
Và:
nmnm
ổfổ
ổ
MKIK
RR

U
M ==
+
=
(2-13)
Trong đó: I
nm
- gọi là dòng điện (phần ứng) ngắn mạch
M
nm
- gọi là mômen ngắn mạch
Trang 24
Từ (2-7) ta xác định đợc độ cứng đặc tính cơ :

ổfổ
2
RR
)K(
d
dM
+

=

=
(2-14)
Đối với đặc tính cơ tự nhiên:

ổ
2

dm
tn
R
)K(
=
(2-15)
Và:
*

*
tn
R
1
= (2-16)
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:

= ,
I
U
)1.(5,0R
õm
õm
õmổ
(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:
a) Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên:
Đặc tính cơ tự nhiên có thể vẽ qua 2 điểm: là điểm định mức
[M
đm
;
đm
] và điểm không tải lý tởng [M = 0; =
0
]. Hoặc điểm
không tải lý tởng [M = 0; =
0
] và điểm ngắn mạch [M
nm
; = 0].
Hoặc điểm định mức [M
đm
;
đm
] và điểm ngắn mạch [M
nm
; = 0].
Trang 25

0


đm
TN

nt

NT


I
đm
I
nm
I

a
)



0


đm
TN

nt

NT


M
đm
M
nm
M
b
)
H
ình 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.
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
Tốc độ góc định mức:

rad/s3,230
55,9
2200
55,9
n
õm
õm
===
Mômen (cơ) định mức:

Nm 6,28
3,230
1000.6,6

1000.P
M
õm
õm
õm
==

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

Wb 091
3,230
26,0.35220
R.IU
K
õm
ổõmõm
õm
=

=


=

Tốc độ không tải lý tởng:

rad/s7,241

91,0
220
K
U
õm
õm
0
=

=
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 [M
nm
; 0]
Nm 770
26,0
220
91,0
R
U
KI.KM

dm
nmnm
====
Vậy 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.

Nm.s 5,2
3,2307,241
6,28
M0
M
d
dM
õm0
õm
tn
=

=


=


=

=
Trang 26
b) Xây dựng đặc tính cơ nhân tạo có R
f
= 0,78

:
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
R

f
= 0,78) qua các điểm không tải lý tởng [0;
0
] và điểm tơng
ứng với tốc độ nhân tạo [M
đm
;
nt
]:

(rad/s)

241,7







Ta tính đợc giá trị mômen (cơ) định mức:
Nm 66,28
3,230
1000.6,6
1000.P
M
õm
õm
õm
==

=
Và tính tốc độ góc nhân tạo:

rad/s3,183
91,0
35).26,126,0(220

K
I).RR(U
õm
õmổfổõm
nt
=
+
=

+

=

Ta có 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
230,3
Ư
183,3

0 28,6

M (Nm)
H
ình 2 - 3: Đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
2.2.4. Đặc tính cơ khi khởi động ĐM
đl
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 ĐM
đl
bằng phơng pháp đóng trực
tiếp thì dòng khởi động ban đầu rất lớn: I
kđbđ
= U
đm
/R

(10 ữ 20)I
đm
,
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.
+ Để đảm bảo an toàn cho máy, thờng chọn:
I
kđbđ
= I
nm
I

cp
= 2,5I
đm
(2-
18)
+ 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.
I
kđbđ
= I
nm
=

RR
U
fổổ
õm
+
= (2ữ2,5)I
đm
I
cp
; (2-19)
* Xây dựng các đặc tính cơ - điện khi khởi động ĐM
đl
:
- Từ các thông số định mức (P
đm
; U

đm
; I
đm
; n
đm
,
đm
; ) và thông
số tải (I
c
; M
c
; P
c
; ), số cấp khởi động m, ta vẽ đặc tính cơ tự nhiên.
- Xác định dòng điện khởi động lớn nhất: I
max
= I
1
= (2
ữ
2,5)I
đm
- Xác định dòng điện khởi động nhỏ nhất: I
min
= I
2
= (1,1
ữ
1,3)I

c
- Từ điểm a(I
1
) kẽ đờng a

0
nó sẽ cắt I
2
= const tại b; từ b kẽ
đờng song song với trục hoành nó cắt I
1
= const tại c; nối c

0
nó sẽ
cắt I
2
= const tại d; từ d kẽ đờng song song với trục hoành thì nó cắt
I
1
= 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 I
1
= const, ta sẽ có đặc tính khởi
động abcde XL.
Trang 28
Nếu điểm cuối cùng gặp đặc tính TN mà không trùng với giao
điểm của đặc tính cơ TN và I
1

= const thì ta phải chọn lại I
1
hoặc I
2
rồi
tiến hành lại từ đầu.










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 I
1
) ta có:

1
fổổ
NT1
ổ
TN
I
K

RR
;I
K
R

+
=

= ; (2-20)
Rút ra: ;RR
ổ
TN
TNiNT
fiổ






= (2-21)
Qua đồ thị ta có:

;R
he
ae
R
he
heha
R

ổổ1fổ
=

=
Tơng tự nh vậy:
Trang 29
H
ình 2-3: a) Sơ đồ nối dây Đm
đl
khởi động 2 cấp, m = 2
b) Các đặc tính khởi động Đm
đl
, m = 2.
Ckt
R
ktf
I
kt
I

e
K
2
K
1
R
f2
R
f1
U

+
-


0
a)

1

2
0 I
c
I
2
I
1
I

TN
XL
h
e
d
2
c
b
1
a
b)

Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
;R
he
ce
R
he
hehc
R
ổổ2fổ
=

=
Điện trở tổng ứng với mỗi đặc tính cơ:
R
1
= R

+ R
f (1)
= R

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

+ R
f (2)
= R

+ (R
f 2
)
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:
R
1
= R

+ R
f (1)
= R

+ (R
f 1
+ R
f 2
+ + R
f m
)
R
2
= R

+ R
f (2)
= R

+ (R
f 1
+ R
f 2
+ + R
f m-1
)

R
m-1
= R

+ (R
f m-1
+ R
f m
)
R
m
= R

+ (R
f m
)
Tại điểm b trên hình 2-3b ta có:

R
EU
I
1
1õm
2

= (2-22)
Tại điểm c trên hình 2-3b ta có:
I
UE
R
m
1
1
2
=
-
đ
(2-23)
Trong quá trình khởi động, ta lấy:

=
2
1
I
I
= const (2-24)

Trang 30
Vậy:

R
R
R
R

R
R
R
R
I
I
ổ
m
m
1m
3
2
2
1
2
1
======

(2-25)
Rút ra:
(2-26)

RRR
RRR

RRR
RR
ổ
m
21
ổ
1m
32
ổ
2
m1m
ổm









==
==
==
=

+ Nếu cho trớc số cấp điện trở khởi động m và R
1
, R

thì ta tính
đợc bội số dòng điện khi khởi động:


I.R
U
I.R
U
R
R
1m
2ổ
õm
m
1ổ
õm
m
ổ
1
+
=== (2-27)
Trong đó: R
1
= U
đm
/I

1
; rồi thay tiếp I
1
= I
2
.
+ Nếu biết , R
1
, R

ta xác định đợc số cấp điện trở khởi động:


lg
)R
/
Rlg(
m
ổ1

= (2-28)
* Trị số các cấp khởi động đợc tính nh sau:
(2-29)

R).1(RRR
R).1(RRR

R).1(RRR
R).1(RRR
ổ

1m
211fổ
ổ
2m
322fổ
ổm1m1fmổ
ổổmfmổ









==
==
==
==



Trang 31
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 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: P
đm
= 25KW;
U

đm
= 220V; n
đm
= 420vg/ph; I
đm
= 120A; R

*
= 0,08. Khởi động 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) M
c
410Nm. Hảy
xác định các cấp điện trở phụ.
* Giải:

Trớc hết ta xác định các số liệu cần thiết của động cơ:
Điện trở định mức: R
đm
= U
đm
/I
đm
= 220V/120A = 1,83.
Điện trở phần ứng: R

= R

*
.R

đm
= 0,08.1,83 = 0,146.
Tốc độ góc định mức:
đm
= n
đm
/ 9,55 = 420/ 9,55 = 44 rad/s.
Từ thông của động cơ và hệ số kết cấu của nó:

Wb 6,4
44
120.146,0220
I.RU
K
õm
õmổõm
õm
=

=


=
Dòng điện phụ tải: I
c
= M
c
/K
đm
= 410/4,6 = 89A 0,74I

đm
.
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 I
2
:
I
2
= 1,1.I
c
= 1,1.89A = 98 A
Ta tính đợc bội số dòng điện khởi động:

5,2
98.146,0
220
I.R
U
12
1m
2ổ
õm
==
+
+

Kiểm nghiệm lại giá trị dòng điện I
1

:
I
1
= .I
2
= 2,5.98A = 245A 2I
đm

Trang 32
Giá trị dòng khởi động thấp hơn giá trị cho phép, nghĩa là số
liệu đã tính là hợp lý.













Theo (2-26) ta xác định đợc các cấp điện trở tổng với hai
đờng đặc tính nhân tạo:
R
1
= R

= 2,5.0,146 = 0,365
R
2
= R
1
= 2,5.0,365 = 0,912
Và các điện trở phụ của các cấp sẽ là:
R
f1
= R
1
- R


= 0,365 - 0,146 = 0,219
R
f2
= R
2
- R
f1
- R


= 0,912 - 0,219 - 0,146 = 0,547


Trang 33
H
ình 2-4: a) Sơ đồ nối dây Đm

đl
khởi động 2 cấp, m = 2
b) Các đặc tính khởi động Đm
đl
, m = 2:
Đờng 1 có: R
1
= R

+ R
f1
+ R
f2
Đờng 2 có: R
2
= R

+ R
f2
Đờng TN có: R
3
= R


Ckt
R
ktf
I
kt
I

e
K
2
K
1
R
f2
R
f1
U

+
-


0
a)

1

2
0 I
c
I
2
I
1
I

TN
XL
h
e
d
2
c
b
1
a
b)
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
2.2.5. Các đặc tính cơ khi hãm ĐM
đl
:
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 đã đổi chiều so với chế độ động cơ.
Khi hãm tái sinh:

0IKM
0
R
KK
R
EU
I
hh
0
ổổ
h





<=
<

=

=
(2-30)
* 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.









Trang 34
Vì E > U

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

0
R
EU
II
ổ
ổ
hổ
<

==

; M

h
= K.I
h
< 0 ;
Mômen động cơ đổi chiều (M < 0) và trở nên ngợc chiều với
tốc độ, trở thành mômen hãm (M
h
).
+ Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (U
2
< U
1
), lúc này
M
c
là dạng mômen thế năng (M
c
= M
tn
). 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.

U
1
I

E
1

01






+
Hãm tái sinh khi đảo chiều điện áp phần ứng (+U



- U

):
lúc này M
c
là dạng mômen thế năng (M
c
= M

tn
). 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
I
h
A

02
U
2
HTS
E
2

M
hbđ
B
0
M
c
M

I
h
< 0

ôđ
H
ình 2- 5b: Hãm tái sinh khi giảm tốc độ bằng cách giảm
điện áp phần ứng động cơ (U
2
< U
1
).
U

I

> 0

0
U

E

E
Hãm tái sinh (HTS),
Trạng thái máy phát
M
h
M
H
ình 2- 5a: Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ.
Trạng thái động cơ

M
M
h
0
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
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).

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 R
f
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
ôđ

A
) trên đặc tính cơ có thêm R
f
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
UE
RR

UK
RR
MKI
h
ff
(2-31)
hh
=
+
+
=
+
+
=

Tại thời điểm chuyển đổi mạch điện thì mômen động cơ nhỏ
hơn mômen cản (M
B
< M
c
) nên tốc độ động cơ giảm dần. Khi = 0,
động cơ ở chế độ ngắn mạch (điểm D trên đặc tính có R
f
) nhng
mômen của nó vẫn nhỏ hơn mômen cản: M
nm
< M
c
; 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


bđ

0
I
h
-U

-E
I

U

E
M
c
M
HTS
-
0
B
A

ôđ
H
ình 2- 5c: Hãm tái sinh khi đảo chiều

điện áp phần ứng động cơ (+U



-U

).
E


U

I


0
H
ình 2-6a: a) Sơ đồ hãm ngợc bằng cách thêm R
f
.
b) Đặc tính cơ khi hãm ngợc bằng thêm R

f
.
M
nm
M
c
M
HN

E
A

ôđ
B
D
b)
I
h
U

E

R
ktf
U

+
-
Ckt
I
kt
I

e
R
f
a)
(+R
f

)

M
(Nâng)
M
c
(Hạ)
M
h

M
c
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 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:






<=
+
+
=
+

=

0IKM
0<
RR
KU
RR
EU
I
hh
fổổ
ổ
fổổ
ổổ
h
(2-32)
Phơng trình đặc tính cơ:

M
)K(
R+R
K
U
2
ổfổổ




= (2-33)

2.2.5.3. Hãm động năng: (cho U

= 0)
a) 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 R
h
,
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.

Trang 38
Phơng trình đặc tính cơ khi hãm động năng:

M
)K(
R+R
2
hổ

= (2-34)
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:


0IKM
0<
RR
K
RR
E
I
KE
hdhd
hổ
hd
hổ
hd
hd
hdhd







<=

+

=
+
=
=
(2-35)













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 B
1
0 hoặc B
2
0),
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 39
H
ình 2-7a: a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập.
b) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập.


bđ

0
I

U

E

M
c
M
HĐN
A

ôđ2
B
1
b)

ôđ1

B
2
R
h1
R
h2
0
C
2
C
1
a)
U
+
-
I
kt
R
ktf
Ckt
I

e
R
h
M
bđ2
M
bđ1

bđ

0
U

I

E

M
c
M
HN
D
A

ôđ
B
C
b)
M
c

I
E
h
-U


-

R
ktf
U

+
-
Ckt
I
kt
I

e
R
f
a)
H
ình 2-6b: a) Sơ đồ hãm ngợc bằng cách đảo chiều U

.
b) Đặc tính cơ khi hãm ngợc bằng cách đảo U

.
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
b) Hãm động năng tự kích từ :
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 R
h
, 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.
Phơng trình đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ:

M
)K(
RR+R
2
hktổ

+
= (2-36)










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
2.2.6. Các đặc tính cơ khi đảo chiều ĐM
đl
:
Giả sử động cơ đang làm việc ở điểm A theo chiều quay thuận
trên đặc tính cơ tự nhiên thuận với tải M
c
:




=-
U
K
K
M
đm
đm
đm
đm
R

()
2
(2-37)
Với M = M
c
thì =
A

=
Thuận
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:

M
)]I(K[
RR
)I(K
U
2
ổ
fổổ
ổ
ổ

+



= (2-38)

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


ôđ

0
M
c
M
-
ôđ
A
b)
M
c

-
R
ktf

U

+
-
C
kt
I
kt
I

e
R
f
a)
H
ình 2-8: a) Sơ đồ hãm ngợc bằng cách đảo U

.
b) Đặc tính cơ khi hãm ngợc bằng cách đảo U

.
(ĐC
th
)
(ĐC
ng
)
A

M
M
H
ình 2-7b: a) Sơ đồ hãm động năng tự kích từ.
b) Đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ .
a)
U
+
-
I
kt
Ckt
I

e
R
h

U

I


0
E


hbđ
M
c

M
HĐN
A

ôđ2
B
1
B
2
b)

ôđ1
R
h1
R
h2
0
M
hđ2
M
hđ1
C
2
C
1
Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Khơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động
* Ví dụ 2-3:
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 = M
đm
, =
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
M
h.max
= 2M
đm
. 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
.

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

= I
đm
= 35A, tơng ứng mômen định mức M
đm
;

A
=
đm
= 230,3rad/s (xem ví dụ 2-1)
Sức điện động của động cơ trớc khi hãm sẽ là:
E
bđ
= E
A
= U
đm
- I

.R

E
bđ
= 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):
I
h.max
= I
h.bđ

Hoặc M
h.max
= M
h.bđ
Vì =
đm
nên mômen động cơ tỉ lệ thuận với dòng điện động
cơ khi hãm, do đó để đảm bảo điều kiện M
h.max
= 2M
đm
thì:
I
h.bđ
= 2I
đm
= 2.35 = 70A

Điện trở tổng trong mạch phần ứng động cơ đợc xác định theo
(2-34):

==
=

=

=


01,3
70
9,210
R
I
E
I
K
I
K
R
ổ
bõ.h
A
bõ.h
A
ổ
ổ

Vậy điện trở hãm phải đấu vào phần ứng động cơ khi hãm động
năng kích từ độc lập sẽ là:
R
h
= R


- R


R
h
= 3,01 - 0,26 = 2,75 .


Trang 43
H
ình 2-9: a) Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập.
b) Đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập.


bđ

0
I

U

E

M
c
M
HĐN
KTĐL
A
B
b)

ôđ
R
h
0
C
a)
U
+
-
R
ktf
M
h.max

I
kt
Ckt
I

e
R

h