Bài giảng Hệ thống truyền động điện - Chương 2: Đặc tính cơ và các trạng thái làm việc của động cơ điện

 
Hình 2.33 - Sơ đồ mở máy động cơ KĐB qua 3 cấp điện trở 
phụ và đặc tính cơ t−ơng ứng. 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 33 
Lúc bắt đầu mở máy, các tiếp điểm công tắc tơ K1, K2, K3 đều mở, cuộn dây rotor đ−ợc nối với 
cả 3 cấp điện trở phụ (R1+R2+R3) nên đ−ờng đặc tính cơ là đ−ờng 1. Tới điểm b, tốc độ động cơ đạt 
ωb và mômen giảm còn M2, các tiếp điểm K1 đóng lại, cắt các điện trở phụ R1 ra khỏi mạch rotor. 
Động cơ đ−ợc tiếp tục mở máy với điện trở phụ (R2+R3) trong mạch rotor và chuyển sang làm việc 
tại điểm c trên đặc tính 2 ít dốc hơn. Mômen tăng từ M2 lên M1 và tốc độ động cơ lại tiếp tục tăng. 
Động cơ làm việc trên đ−ờng đặc tính 2 từ c đến d. Lúc này, các tiếp điểm K2 đóng lại, nối tắt các 
điện trở R2. Động cơ chuyển sang mở máy với điện trở R3 trong mạch rotor trên đặc tính 3 tại điểm e 
và tiếp tục tăng tốc tới điểm f. Lúc này các tiếp điểm K3 đóng lại, điện trở R3 trong mạch rotor bị 
loại. Động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính tự nhiên tại g và tăng tốc đến điểm làm việc A ứng 
với mômen cản MC. Quá trình mở máy kết thúc. 
Để đảm bảo quá trình mở máy nh− đã xét sao cho các điểm chuyển đặc tính ứng với cùng một 
mômen M2, M1 thì các điện trở phụ tham gia vào mạch rotor lúc mở máy phải đ−ợc tính chọn cẩn 
thận theo ph−ơng pháp riêng. 
Ngoài sơ đồ mở máy với điện trở đối xứng ở mạch rotor, trong thực tế còn dùng sơ đồ mở máy 
với điện trở không đối xứng ở mạch rotor, nghĩa là điện trở mở máy đ−ợc cắt giảm không đều trong 
các pha rotor khi mở máy. 
2.4.4.2 Ph−ơng pháp mở máy với điện trở hoặc điện kháng nối tiếp trong mạch stator. 
Ph−ơng pháp này dùng điện trở hoặc điện kháng mắc nối tiếp với mạch stator lúc mở máy và có 
thể áp dụng cho cả động cơ rotor lồng sóc lẫn rotor dây quấn. Do có điện trở hoặc điện kháng nối 
tiếp nên dòng mở máy của động cơ giảm đi, nằm trong giá trị cho phép. Mômen mở máy của động 
cơ cũng giảm. 
Thời điểm ban đầu của quá trình mở máy, các tiếp điểm K2 đóng lại (các tiếp điểm K1 mở) để 
điện trở (hình a) hoặc điện kháng (hình b) tham gia vào mạch stator nhằm hạn chế dòng điện mở 
máy. Khi tốc độ động cơ đã tăng đến một mức nào đó (tuỳ hệ truyền động) thì các tiếp điểm K1 
đóng lại, K2 mở ra để loại điện trở hoặc điện kháng ra khỏi mạch stator. Động cơ tăng tốc đến tốc độ 
làm việc. Quá trình mở máy kết thúc. 
ba
c
~ 3
K1 K2 K2 K2K1 K1
R1 R1 R1
Đ
Đ
ba
c
K1
X1 X1
K1K2
~ 3
K2 K1
X1
K2
 C
M mmM
ω
ω
A0
Hình 2.34 - Sơ đồ mở máy dùng R1 và X1 ở mạch stator và dạng đặc tính cơ 
khi mở máy 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 34 
Sơ đồ hình 2.34 ở trên là mở máy với 1 cấp điện trở hoặc điện kháng ở mạch stator. Có thể mở 
máy với nhiều cấp điện trở hoặc điện kháng khi công suất động cơ lớn. 
2.4.4.3 Ph−ơng pháp mở máy dùng máy biến áp tự ngẫu 
Ph−ơng pháp này đ−ợc sử dụng để đặt một điện áp thấp cho động cơ khi mở máy. Do vậy, dòng 
điện của động cơ khi mở máy giảm đi. 
Các tiếp điểm K' đóng, K mở lúc mở máy. Khi K' mở, K đóng thì quá trình mở máy kết thúc. 
Ph−ơng pháp mở máy dùng cuộn kháng X và máy biến áp tự ngẫu thích hợp cho việc mở máy 
các động cơ cao áp. 
Đ
ba
c
K KK
~ 3
K'
K'
BATN
CD
2.4.4.4 Ph−ơng pháp đổi nối Υ - ∆ khi mở máy 
Động cơ KĐB làm việc bình th−ờng ở sơ đồ mắc ∆ các cuộn stator thì khi mở máy có thể mắc 
theo sơ đồ Y. Thực chất của ph−ơng pháp này là giảm điện áp đặt vào cuộn dây stator khi đổi nối vì 
Uph = Ud khi mắc ∆, còn khi mắc Y thì điện áp giảm 3 lần: 
Uph = 3
dU 
2.4.5 Đảo chiều quay động cơ điện KĐB 
Để đảo chiều quay của động cơ KĐB, cần đảo chiều quay của từ tr−ờng quay do stator tạo ra. 
Muốn vậy, chỉ cần đảo chiều hai pha bất kỳ trong 3 pha nguồn cấp cho stator. Đặc tính cơ khi đảo 
chiều quay nằm ở góc phần t− thứ III. 
Hình 2.35 - Sơ đồ mở máy động cơ KĐB dùng MBA tự ngẫu. 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 35 
CDA
CDB
a b
c
−ω
ω
ω
2.5 Các trạng thái hãm của động cơ điện KĐB 
2.5.1 Hãm tái sinh 
Đặc tính hãm tái sinh của động cơ KĐB nh− hình vẽ. Động cơ điện xoay chiều KĐB ở chế độ 
hãm tái sinh khi tốc độ động cơ v−ợt quá tốc độ đồng bộ ω0. Khi hãm tái sinh thì động cơ làm việc ở 
chế độ máy phát. 
ω
ω
Đ
F
N
K'
K
MM
s
s
s=0
thF
thĐs
s=1
thF thĐ
ω < ω
ω > ω
Từ công thức (2.36) và (2.37), loại trừ tr−ờng hợp dấu (+) đối với chế độ động cơ ta có ở chế độ 
máy phát: 
22
1
2
nm
th
XR
R
s +−=
'
 (2.43) 
)( 22110
2
1
2
3
nm
ph
th
XRR
U
M +−−= ω (2.44) 
Hình 2.36 - Sơ đồ đảo chiều quay động cơ KĐB và đặc tính cơ khi 
đảo chiều quay. 
Hình 2.37 - Đặc tính cơ hãm tái sinh động cơ KĐB. 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 36 
Qua đó ta thấy ở chế độ máy phát, độ tr−ợt tới hạn sthF đổi dấu so với động cơ, còn mômen tới 
hạn có trị số lớn hơn trị số mômen tới hạn ở chế độ động cơ. 
Chế độ hãm tái sinh của động cơ KĐB đ−ợc thiết kế trên đoạn NK', góc phần t− thứ II. 
2.5.2 Hãm ng−ợc 
a) Hãm ng−ợc nhờ đ−a điện trở phụ vào mạch phần ứng 
Động cơ KĐB rôto dây quấn truyền động cho cơ cấu nâng-hạ của một của một cầu trục, đang 
làm việc nâng tải tại điểm A trên đặc tính cơ 1 ở góc phần t− thứ I với mômen cản MC và tốc độ 
quay nâng ωA (các tiếp điểm K đóng). 
Để dừng và hạ vật xuống, ta đ−a điện trở RP đủ lớn vào mạch phần ứng (các tiếp điểm K mở ra), 
động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc tính có điện trở 2 cùng với tốc độ ωA. Mômen của 
động cơ giảm xuống (MB < MC) nên tốc độ động cơ giảm. Lúc này vật P vẫn đ−ợc nâng lên nh−ng 
với tốc độ nâng nhỏ dần. Tới điểm D thì ω = 0 và vật dừng lại nh−ng vì mômen động cơ nhỏ hơn 
mômen cản (MD < MC) nên vật bắt đầu tụt xuống. Động cơ đảo chiều quay (ω < 0). Động cơ bắt đầu 
làm việc ở trạng thái hãm ng−ợc (tốc độ âm đi xuống, mômen d−ơng có xu h−ớng kéo vật P đi lên). 
R
K
KB
~
K
p
ω
M
C Mth
ω0
A
Aω B
D
E
MB
1
2
ωE
M
Aω
P
CM
MĐ
P
ĐMωA
MC
Đặc tính hãm ng−ợc nằm ở góc phần t− thứ IV. Điểm làm việc hãm của động cơ chuyển theo 
đặc tính hãm từ D đến E. Tại đây MĐ = ME = MC, động cơ quay đều, hãm ghìm vật để hạ vật xuống 
đều với tốc độ ωE. 
b) Hãm ng−ợc nhờ đảo chiều quay 
Hình 2.38 - Hãm ng−ợc động cơ KĐB nhờ đ−a điện trở phụ vào mạch 
phần ứng. 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 37 
C
M MthM
1
ω
0ω A
MC
E
D
D'
B B'
23
E'
E
ω
CM
Đω
M
F
M
Đ ω
C
MĐ
Đ ω Đ
M
MC
KK
pR
KB
~
Động cơ điện KĐB rôto dây quấn đang làm việc với tải có mômen cản phản kháng tại điểm A 
trên đ−ờng đặc tính cơ 1, sơ đồ nối dây nh− hình vẽ. Để hãm máy, ta đổi thứ tự hai pha bất kỳ trong 
3 pha cấp cho stato để đảo chiều quay động cơ. Động cơ chuyển điểm làm việc từ A trên đặc tính 1 
sang điểm B' trên đặc tính 2. Do quán tính của hệ cơ, động cơ coi nh− giữ nguyên tốc độ ωA khi 
chuyển đặc tính. Quá trình hãm ng−ợc bắt đầu. Khi tốc độ động cơ giảm theo đặc tính hãm 2 tới 
điểm D' thì ω = 0. Lúc này, nếu cắt điện thì động cơ sẽ dừng. Đoạn hãm ng−ợc là B'D'. Nễu không 
cắt điện thì nh− tr−ờng hợp ở hình 2.82a, động cơ có MD' > MC nên động cơ bắt đầu tăng tốc, mở 
máy chạy ng−ợc theo đặc tính cơ 2 và làm việc ổn định tại điểm E' với tốc độ ωE' theo chiều ng−ợc. 
Khi động cơ hãm ng−ợc theo đặc tính 2, điểm B' có mômen nhỏ nên tác dụng hãm không hiệu 
quả. Thực tế phải tăng c−ờng mômen hãm ban đầu (Mhãm ≈ 2,5Mđm) nhờ vừa đảo chiều từ tr−ờng 
quay của stato, vừa đ−a thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch rôto. Động cơ sẽ hãm ng−ợc theo đặc 
tính 3 (đoạn BD). Tới D mà cắt điện thì động cơ sẽ dừng. Nếu không cắt điện, động cơ sẽ tăng tốc 
theo chiều ng−ợc lại và làm việc tại điểm E với tốc độ ωE < ωE'. Nếu lúc này lại cắt điện trở phụ RP 
thì động cơ sẽ chuyển sang làm việc trên đặc tính 2 tại điểm F và tăng tốc tới điểm E'. 
2.5.3 Hãm động năng 
Để hãm động năng một động cơ điện KĐB đang làm việc ở chế độ động cơ, ta phải cắt stator ra 
khỏi l−ới điện xoay chiều (mở các tiếp điểm K ở mạch lực) rồi cấp vào stator dòng điện một chiều 
để kích từ (đóng các tiếp điểm H). Thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở Rkt. 
Hình 2.39 - Hãm ng−ợc động cơ KĐB nhờ đảo chiều quay. 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 38 
c
a b
Đ
K KK
~ 3
-
+
H
H
Rkt
Vì cuộn dây stato của động cơ là 3 pha nên khi cấp kích từ một chiều phải tiến hành đổi nối và 
có thể thực hiện theo một trong các sơ đồ sau. 
+
- -
+
+
- 
+
- 
+
- 
Do động năng tích lũy, rôto tiếp tục quay theo chiều cũ trong từ tr−ờng một chiều vừa đ−ợc tạo 
ra. Trong cuộn dây phần ứng xuất hiện một dòng điện cảm ứng. Lực từ tr−ờng tác dụng vào dòng 
cảm ứng trong cuộn dây phần ứng sẽ tạo ra mômen hãm và rôto quay chậm dần. Động cơ điện xoay 
chiều khi hãm động năng sẽ làm việc nh− một máy phát điện có tốc độ (do đó tần số) giảm dần. 
Động năng qua động cơ sẽ biến đổi thành điện năng tiêu thụ trên điện trở ở mạch rôto. 
Nếu tr−ớc khi hãm, động cơ làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ 1 thì khi hãm động năng, động 
cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc tính hãm động năng 2 ở góc phần t− thứ II. Đặc tính 
hãm động năng của động cơ xoay chiều 3 pha KĐB có dạng nh− hình ... Tốc độ động cơ giảm dần 
theo đặc tính về O trên đoạn đặc tính hãm động năng BO. Tại điểm O, động cơ sẽ dừng nếu tải là 
phản kháng. Nếu tải có tính chất thế năng thì tải sẽ kéo động cơ quay ng−ợc cho đến khi ổn định tại 
điểm D (góc phần t− thứ IV). 
Hình 2.40 - Sơ đồ nối dây hãm động năng động cơ KĐB. 
Hình 2.41 - Các cách cấp kích từ một chiều cho cuộn stator 3 pha khi hãm 
động năng động cơ KĐB. 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 39 
ω MD
F 1
M
C
ω
0ω ĐAB
F
A
ω
D
Điện trở mạch rôto và dòng kích từ cấp cho stato lúc hãm động năng có ảnh h−ởng tới dạng đặc 
tính cơ khi hãm. 
Trên hình vẽ 2.43, các đặc tính hãm 1 và 2 ứng với cùng một dòng kích từ nh− nhau (Ikt1 = Ikt2) 
nh−ng điện trở hãm trong mạch rôto khác nhau (Rh1 < Rh2). 
M
ω
2
1
4
3
-b
Đ
a
c
H
K K K
~ 3
Rkt
H
+
H H
hR
Hình 2.42 - Đặc tính cơ hãm động năng kích từ độc lập động cơ KĐB. 
Hình 2.43-Họ các đặc tính cơ khi hãm động 
năng kích từ độc lập động cơ KĐB. 
Hình 2.44-Sơ đồ nối dây hãm động năng 
kích từ độc lập động cơ KĐB.