Bài giảng Hệ thống truyền động điện - Chương 3: Điều chỉnh tốc độ truyền động điện

ện rò chảy qua Tiristor. Khi tăng U đến Uch (điện áp chuyển trạng thái), bắt 
đầu quá trình tăng nhanh chóng của dòng điện, Tiristor chuyển qua trạng thái mở. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 54 
U
I
Uch
UZ
HI
0
3
2
1
4
Đoạn 2 ứng với giai đoạn phân cực thuận của J2. Trong giai đoạn này mỗi một lượng tăng nhỏ 
của dòng điện ứng với một lượng giảm lớn của điện áp đặt lên Tiristor. Đoạn 2 còn gọi là đoạn điện 
trở âm. 
Đoạn 3 ứng với trạng thái mở của Tiristor. Khi này cả 3 mặt ghép đã trở thành dẫn điện. Dòng 
điện chảy qua tiristor chỉ còn bị hạn chế bởi điện trở mạch ngoài. Điện áp rơi trên tiristor rất nhỏ, 
khoảng 1V. Tiristor còn giữ ở trạng thái mở chừng nào i còn lớn hơn dòng duy trì IH (holding 
current). 
Đoạn 4 ứng với trạng thái tiristor bị đặt dưới điện áp ngược. Dòng điện ngược rất nhỏ, khoảng 
vài chục mA. Nếu tăng U đến UZ thì dòng điện ngược tăng lên mãnh liệt, mặt ghép bị chọc thủng, 
tiristor bị hỏng. 
Bằng cách cho những giá trị Ig > 0 khác nhau chúng ta sẽ nhận được một họ các đặc tính V-A 
với các Uch nhỏ dần đi (hình 3.16). 
ZU
HI
0
U
Uch
I
g3I
g2I I =0g1
Ta có thể nhận xét: 
- Đối với điôt, nó sẽ thông ngay khi được phân áp thuận nếu điện áp UAK > Ungưỡng 
(0,1÷0,5V). 
Hình 3.15 - Đặc tính Vôn-Ampe của Tiristor. 
Hình 3.16 - Họ đặc tính Vôn-Ampe của Tiristor ứng với các 
giá trị khác nhau của dòng điều khiển IG. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 55 
- Đối với Tiristor thì phân áp thuận chỉ là một điều kiện nên tiristor chưa thông. Cùng với 
phân áp thuận còn phải có xung dòng điều khiển đưa vào cực điều khiển G. Dòng điều khiển càng 
lớn, đặc tính V-A của tiristor càng giống đặc tính V-A của điôt. Tới một giá trị cực đại của dòng 
điều khiển thì đặc tính V-A của tiristor giống như của điôt. Do vậy, tiristor còn được gọi là điôt có 
điều khiển. 
- Khi điôt hoặc tiristor thông thì điện trở trong của chúng rất nhỏ nên sụt áp trên chúng không 
đáng kể. 
3.4.3.3 Các sơ đồ chỉnh lưu Thyristor 
R
L
T1 T2
3T T4
~
dI
dU
~
T3
T1
4T
2T
dI
L
R
Ud
T4
T2
a
b
c
RL
I d
Ud
T1
2T
3T
2aU
2bU
2cU
A
B
C
Trong các sơ đồ chỉnh lưu trên, giá trị điện áp trung bình một chiều ra tải phụ thuộc vào góc 
điều khiển kích mở của Thyistor: Ud = Ud0.cosα. 
a) Sơ đồ chỉnh lưu Thyristor 
hình cầu 1 pha 
b) Sơ đồ chỉnh lưu Thyristor 
hình cầu 3 pha 
c) Sơ đồ chỉnh lưu Thyristor 
hình tia 3 pha 
Hình 3.17 - Các sơ đồ chỉnh lưu Tiristor. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 56 
Do đó, khi thay đổi góc điều khiển α thì ta sẽ thay đổi được giá trị điện áp trung bình ra tải. 
Nếu tăng giá trị góc điều khiển α thì điện áp trung bình sẽ giảm, ngược lại, giảm α thì điện áp trung 
bình sẽ tăng. Giá trị lớn nhất của điện áp trung bình ra tải là Ud0, ứng với góc α = 0. 
Dòng điện trung bình qua tải: 
d
d
Z
U
I = với Zd = 22 RX L + 
Trường hợp trong mạch tải có thêm suất điện động phản kháng: 
d
d
Z
EU
I
−= 
3.4.3.4 Hệ truyền động T - Đ 
Trong hệ thống truyền động chỉnh lưu điều khiển - động cơ một chiều (hay hệ Thyristor - 
Động cơ một chiều), bộ biến đổi điện là các mạch chỉnh lưu điều khiển có điện áp ra tải Ud phụ 
thuộc vào giá trị của góc điều khiển. Chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng 
hoặc dòng điện kích thích động cơ, tuỳ theo yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể dùng các sơ 
đồ chỉnh lưu thích hợp. 
a) Hệ thống T-Đ không đảo chiều 
Các sơ đồ thường gặp: 
§K1
CL1
BA1
BA2
CL2
CK§CK
CL1
BA1
§K2
CL2
BA2
CK§CK
§K2
CK§
BA1
CL1 CL2
BA2
§K1
CK
T3
T1
4T
2T
§
CK
§K 
CK
C
B
A
T2cU 3
2bU
2aU
T2
T1
§
§K
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 57 
TTT3 4 4
~
c
b
a
TTT1 2 2
CK
§
§K
Vai trò của máy biến áp trong các sơ đồ chỉnh lưu: 
 - Biến đổi điện áp phù hợp. 
 - Cách ly với lưới điện xoay chiều và cải thiện dạng sóng. 
 - Tạo ra điểm trung tính cần thiết (đối với các sơ đồ hình tia). 
Việc sử dụng máy biến áp trong mạch tùy thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu. 
Vai trò của cuộn kháng CK: Điện áp sau khi chỉnh lưu là một hàm tuần hoàn không sin. Khai 
triển Fourier ta sẽ được một hàm trong đó có tồn tại các thành phần sóng hài bậc cao. Cuộn kháng 
CK dùng lọc các thành phần bậc cao đó để lấy thành phần một chiều A0. 
f(t) = A0 + ΣAisiniωt + ΣBicosiωt 
Trong thực tế không thể lọc hết hoàn toàn các thành phần sóng hài bậc cao, do đó còn tồn tại 
thành phần dòng điện xoay chiều chạy qua động cơ làm động cơ nóng hơn so với trường hợp làm 
việc trong hệ F-Đ. 
 b) Hệ thống T-Đ có đảo chiều 
§K1
§K2
CKCB
CB
CB
CB
§
CB
CB
CB
CB CK
§
~
Hình 3.18 - Các sơ đồ thường gặp hệ truyền động T-Đ không đảo chiều. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 58 
~
§
T
N
N
T
CK
CK§
+
_
§KU
U§K
~
§
CK
~
CK§
Có thể đảo chiều động cơ bằng hai cách: Đảo chiều điện áp phần ứng hoặc đảo chiều từ thông 
kích từ. 
Trong các sơ đồ đảo chiều trên, cuộn kháng cân bằng CB dùng để chặn dòng điện cân bằng 
chảy qua hai bộ chỉnh lưu khi đảo chiều. 
3.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều 3 pha KĐB (2 tiết) 
Động cơ điện xoay chiều được dùng rất phổ biến trong một dải công suất rộng vì có kết cấu 
đơn giản, dễ chế tạo, dễ vận hành, nguồn điện sẵn (lưới điện xoay chiều). Tuy nhiên, trong các hệ 
cần điều chỉnh tốc độ, đặc biệt với dải điều chỉnh rộng thì động cơ xoay chiều được sử dụng ít hơn 
động cơ một chiều vì còn gặp nhiều khó khăn. Gần đây, nhờ sự phát triển của kỹ thuật điện tử, bán 
dẫn, việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ đã có nhiều khả năng tốt hơn. 
3.5.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto. 
Phương pháp này chỉ được sử dụng với động cơ rotor dây quấn và được ứng dụng rất rộng rãi 
do tính đơn giản của phương pháp. Sơ đồ nguyên lý và các đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phần 
ứng như hình 3.20. 
~
R'2
0
ω 0
ω
M
MthMth
Rp1
p2R
tn
nt1
nt2
Hình 3.19 - Các sơ đồ hệ truyền động T-Đ có đảo chiều thường gặp. 
Hình 3.20 - Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha 
bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 59 
Nhận xét: 
- Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ về phía giảm. 
- Tốc độ càng giảm, đặc tính cơ càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn định trước sự lên 
xuống của mômen tải. 
- Dải điều chỉnh phụ thuộc trị số mômen tải. Mômen tải càng nhỏ, dải điều chỉnh càng hẹp. 
- Khi điều chỉnh sâu (tốc độ nhỏ) thì độ trượt động cơ tăng và tổn hao năng lượng khi điều 
chỉnh càng lớn. 
- Phương pháp này có thể điều chỉnh trơn nhờ biến trở nhưng do dòng phần ứng lớn nên 
thường được điều chỉnh theo cấp. 
3.5.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato. 
Thực hiện phương pháp này với điều kiện giữ không đổi tần số. Điện áp cấp cho động cơ lấy 
từ một bộ biến đổi điện áp xoay chiều. BBĐ điện áp có thể là một máy biến áp tự ngẫu hoặc một 
BBĐ điện áp bán dẫn như được trình bày ở mục trước. Hình 3.21 trình bày sơ đồ nối dây và các đặc 
tính cơ khi thay đổi điện áp phần cảm. 
~
B§§A
pR
 M
ω
0ω 
®mU1
U2U
®mU
U12U
p(R =0) 
p(R ≠0)
U1 ®mU2U
Nhận xét: 
- Thay đổi điện áp chỉ thực hiện được về phía giảm dưới giá trị định mức nên kéo theo 
mômen tới hạn giảm nhanh theo bình phương của điện áp. 
- Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ không đồng bộ thường có độ trượt tới hạn nhỏ nên phương 
pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm điện áp thường được thực hiện cùng với việc tăng điện trở 
phụ ở mạch rotor để tăng độ trượt tới hạn do đó tăng được dải điều chỉnh lớn hơn. 
- Khi điện áp đặt vào động cơ giảm, mômen tới hạn của các đặc tính cơ giảm, trong khi tốc độ 
không tải lý tưởng (hay tốc độ đồng bộ) giữ nguyên nên khi giảm tốc độ thì độ cứng đặc tính cơ 
giảm, độ ổn định tốc độ kém đi. 
3.5.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều. 
Thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ là thay đổi tốc độ không tải lý tưởng nên thay đổi 
được đặc tính cơ. Tần số càng cao, tốc độ động cơ càng lớn. 
Hình 3.21 - Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha 
bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stator. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 60 
Khi điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ thì các thông số liên quan đến tần số như cảm 
kháng thay đổi, do đó, dòng điện, từ thông,... của động cơ đều bị thay đổi theo và cuối cùng các đại 
lượng như độ trượt tới hạn, mômen tới hạn cũng bị thay đổi. Chính vì vậy, điều chỉnh tốc độ động 
cơ KĐB bằng phương pháp thay đổi tần số thường kéo theo điều chỉnh điện áp, dòng điện hoặc từ 
thông của mạch stator. 
Đặc tính cơ khi thay đổi tần số nguồn được biểu diễn trên hình 2.30 (chương 2). Khi giảm tần 
số xuống dưới tần số định mức, cảm kháng của động cơ cũng giảm và dòng điện động cơ tăng lên. 
Tần số giảm, dòng điện càng lớn, mômen tới hạn càng lớn. Để tránh cho động cơ bị quá dòng, phải 
đồng thời tiến hành giảm điện áp sao cho 
f
U ~ const. Đó là luật điều chỉnh tần số - điện áp. Các đặc 
tính cơ tuân theo luật này được biểu thị trên hình 2.31 (phần f f®m ta không thể tăng 
điện áp U > U®m nên các đặc tính cơ không giữ được giá trị mômen tới hạn. 
Người ta cũng thường dùng cả luật điều chỉnh tần số - dòng điện. 
3.5.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ. 
Đây là cách điều chỉnh tốc độ có cấp. Đặc tính cơ thay đổi vì tốc độ đồng bộ (ω0 = 
p
fπ2 ) thay 
đổi theo số đôi cực. 
Động cơ thay đổi được số đôi cực là động cơ được chế tạo đặc biệt để cuộn dây stator có thể 
thay đổi được cách nối tương ứng với các số đôi cực khác nhau. Các đầu dây để đổi nối được đưa 
ra các hộp đấu dây ở vỏ động cơ. Số đôi cực của cuộn dây rotor cũng phải thay đổi như cuộn dây 
stator. Điều này khó thực hiện được đối với động cơ rotor dây quấn, còn đối với rotor lồng sóc thì 
nó lại có khả năng tự thay đổi số đôi cực ứng với stator. Do vậy, phương pháp này được sử dụng 
chủ yếu cho động cơ rotor lồng sóc. Các động cơ chế tạo sẵn các cuộn dây stator có thể đổi nối để 
thay đổi số đôi cực đều có rotor lồng sóc. Tỷ lệ chuyển đổi số đôi cực có thể là 2:1, 3:1, 4:1 hay tới 
8:1.