Bài giảng Hệ thống truyền động điện - Chương 6: Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện (3 tiết)

độ quay trên trục động cơ hay của cơ cấu chấp hành là một thông số đặc trưng quan 
trọng xác định trạng thái của hệ thống truyền động điện. Do vậy, người ta dựa vào thông số 
này để điều khiển sự làm việc của hệ thống. Lúc này mạch điều khiển phải có phần tử thụ cảm 
được chính xác tốc độ làm việc của động cơ - gọi là rơle tốc độ. Khi tốc độ đạt được đến 
những trị số ngưỡng đã đặt thì rơle tốc độ sẽ phát tín hiệu đến phần tử chấp hành để chuyển 
trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện đến trạng thái mới yêu cầu. 
Rơle tốc độ có thể cấu tạo theo nguyên tắc ly tâm, nguyên tắc cảm ứng, cũng có thể 
dùng máy phát tốc độ. Đối với động cơ điện một chiều có thể gián tiếp kiểm tra tốc độ thông 
qua sức điện động của động cơ. Đối với động cơ điện xoay chiều có thể thông qua sức điện 
động và tần số của mạch rôto để xác định tốc độ. 
Hình 6.3 trình bày sơ lược cấu tạo của rơle tốc độ kiểu cảm ứng. Rôto (1) của nó là một 
nam châm vĩnh cửu được nối trục với động cơ hay cơ cấu chấp hành. Còn stato (2) cấu tạo 
như một lồng sóc và có thể quay được trên bộ đỡ của nó. Trên cần (3) gắn vào stato bố trí má 
động (11) của 2 tiếp điểm có các má tĩnh là (7) và (15). 
ω
1 2
3
4
15117
5
Khi rôto không quay các tiếp điểm (7),(11) và (15),(11) mở, vì các lò xo giữ cần (3) ở 
chính giữa. Khi rôto quay tạo nên từ trường quay quét stato, trong lồng sóc có dòng cảm ứng 
chạy qua. Tác dụng tương hỗ giữa dòng này và từ trường quay tạo nên mômen quay làm cho 
stato quay đi một góc nào đó. Lúc đó các lò xo cân bằng (4) bị nén hay kéo tạo ra một mômen 
chống lại, cân bằng với mômen quay điện từ. 
Tuỳ theo chiều quay của rôto mà má động (11) có thể đến tiếp xúc với má tĩnh (7) hay 
(15). 
Trị số ngưỡng của tốc độ được điều chỉnh bởi bộ phận (5) thay đổi trị số kéo nén của lò 
xo cân bằng. 
Hình 6.3 - Cấu tạo rơle 
tốc độ kiểu cảm ứng. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 83 
Khi tốc độ quay của rôto bé hơn trị số ngưỡng đã đặt, mômen điện từ còn bé không 
thắng được mômen cản của các lò xo cân bằng nên tiếp điểm không đóng được. Từ lúc tốc độ 
quay của rôto đạt giá trị lớn hơn hoặc bằng ngưỡng đã đặt thì mômen điện từ mới thắng được 
mômen cản của các lò xo làm cho phần tĩnh quay, đóng tiếp điểm tương ứng theo chiều quay 
của rôto. 
b) Mạch điều khiển truyền động điện điển hình theo nguyên tắc tốc độ : 
Ta cũng lấy trường hợp điều khiển mở máy động cơ để xét những ví dụ cụ thể. 
Như đã thấy ở ví dụ trước, việc ngắn mạch các điện trở khởi động trong mạch phần ứng 
động cơ có thể thực hiện được ở tốc độ ω1, ω2 và ω3. Để làm các phần tử kiểm tra tốc độ, ở 
đây ta dùng các côngtăctơ gia tốc 1G, 2G và 3G có cuộn dây mắc trực tiếp vào 2 đầu phần 
ứng động cơ, nó tiếp thụ được điện áp tỷ lệ với tốc độ động cơ với sai lệch nhỏ. 
++
CK
_
¦
_
3G
2G
1G
3G 2G 1G
§g
§g
+ D 3
M
5
§g
_
0
M
ω
ω 1
2
ω
ω
0
M
2 M 1
ω 3
(I )2 (I )1
1
2
3
4
0
t 1 t 2
uU
t
t 3
U
U1G
U2G
U3G
e
Trên hình 6.4 các tiếp điểm chuyển đổi trạng thái cần xảy ra ở tốc độ (ω1,I2), (ω2,I2) và 
(ω3,I2). Ở các điểm này, điện áp trên 2 đầu phần ứng sẽ là: 
U1 = Kφω1 + I2.r− 
U2 = Kφω2 + I2.r− 
U3 = Kφω3 + I2.r− 
Giả sử ta cắt điện trở theo thứ tự r1, r2, r3 thì phải chọn côngtăctơ có điện áp hút lần lượt 
là: 
Uhút1G = U1 
Uhút2G = U2 
Uhút3G = U3 
Hình 6.4 - Điều khiển khởi động động cơ ĐMđl theo nguyên 
tắc tốc độ. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 84 
Hoạt động của sơ đồ: Sau khi ấn nút mở máy M, côngtăctơ Đg có điện đóng mạch phần 
ứng động cơ vào nguồn qua 3 điện trở phụ r1, r2 và r3. Động cơ gia tốc trên đường đặc tính cơ 
(1). Khi tốc độ động cơ đạt đến trị số ω1 điện áp trên 2 đầu côngtăctơ 1G đạt trị số hút U1, do 
đó 1G hút, loại trừ điện trở r1, động cơ sẽ chuyển sang gia tốc trên đường đặc tính cơ (2). Khi 
tốc độ động cơ đạt đến trị số ω2(ω2 > ω1) điện áp trên 2 đầu côngtăctơ 2G đạt trị số hút U2, do 
đó 2G hút, loại trừ tiếp điện trở r2, động cơ sẽ chuyển sang gia tốc trên đường đặc tính cơ (3). 
Khi tốc độ động cơ đạt đến trị số ω3(ω3 > ω2) điện áp trên 2 đầu côngtăctơ 3G đạt trị số hút 
U3, do đó 3G hút, điện trở r3 bị ngắn mạch, động cơ sẽ chuyển sang gia tốc trên đường đặc 
tính cơ tự nhiên, cho đến điểm làm việc ổn định. 
c) Nhận xét về điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc tốc độ: 
Ưu điểm là đơn giản và rẻ tiền, thiết bị có thể là côngtăctơ mắc trực tiếp vào phần ứng 
động cơ không cần thông qua rơle. Nhược điểm là thời gian mở máy và hãm máy phụ thuộc 
nhiều vào mômen cản MC, quán tính J, điện áp lưới U và điện trở cuộn dây côngtăctơ. Các 
côngtăctơ gia tốc có thể không làm việc vì điện áp lưới giảm thấp, vì quá tải hoặc vì cuộn dây 
quá phát nóng, sẽ dẫn đến quá phát nóng điện trở khởi động, có thể làm cháy các điện trở đó. 
Khi điện áp lưới tăng cao có khả năng tác động đồng thời các côngtăctơ gia tốc làm tăng dòng 
điện quá trị số cho phép. 
Trong thực tế ít dùng nguyên tắc này để khởi động các động cơ, thường chỉ dùng 
nguyên tắc này để điều khiển quá trình hãm động cơ. 
6.4 Điều khiển tự động theo nguyên tắc dòng điện. 
a) Nội dung nguyên tắc: 
Dòng điện trong mạch phần ứng động cơ cũng là một thông số làm việc rất quan trọng 
xác định trạng thái của hệ truyền động điện. Nó phản ánh trạng thái mang tải bình thường của 
hệ thống, trạng thái mang tải, trạng thái quá tải cũng như phản ánh trạng thái đang khởi động 
hay đang hãm của động cơ truyền động. Trong quá trình khởi động, hãm, dòng điện cần phải 
đảm bảo nhỏ hơn một trị số giới hạn cho phép. Trong quá trình làm việc cũng vậy, dòng điện 
có thể phải giữ không đổi ở một trị số nào đó theo yêu cầu của quá trình công nghệ. 
Ta có thể dùng các côngtăctơ có cuộn dây dòng điện hoặc rơle dòng điện kiểu điện từ 
hoặc các khóa điện tử hoạt động theo tín hiệu vào là trị số dòng điện để điều khiển hệ thống 
theo các yêu cầu trên. 
Dòng điện mạch phần ứng động cơ dùng làm tín hiệu vào trực tiếp hoặc gián tiếp cho 
các phần tử thụ cảm dòng điện nói trên. Khi trị số tín hiệu vào đạt đến giá trị ngưỡng xác định 
có thể điều chỉnh được của nó thì nó sẽ phát tín hiệu điều khiển hệ thống chuyển đến những 
trạng thái làm việc yêu cầu. 
b) Mạch điều khiển truyền động điện điển hình theo nguyên tắc dòng điện: 
Xét mạch điều khiển hãm ngược động cơ xoay chiều 3 pha rôto dây quấn khi đảo chiều. 
Vì những lí do tương tự như đã phân tích trong chương 2, khi đảo chiều quay động cơ 
xoay chiều 3 pha rôto dây quấn cần phải đưa thêm vào mạch rôto một điện trở phụ lớn hơn trị 
số điện trở phụ cần thiết đưa vào khi khởi động. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 85 
Ta có thể dùng mạch điều khiển theo nguyên tắc dòng điện sau đây để điều khiển việc 
đưa vào và loại ra phần điện trở phụ đó mỗi lần đảo chiều quay động cơ. 
~
N T
2G
1G
H
RH
rp2
rp1
rh
RH ~
H
1G
2G
H
1G
1
3 5
7 9
11 13
ω
ΙΙ2
1Ι 0
Yêu cầu đối với rơle hãm RH thụ cảm dòng điện rôto: khi dòng điện rôto lớn hơn trị số 
khởi động thì nó phải tác động, khi dòng điện rôto đã giảm nhỏ về gần trị số khởi động (I1) thì 
nó phải nhả để chuẩn bị cho quá trình khởi động tiếp theo. 
Vậy phải chỉnh định trị số Inhả của RH lớn hơn I1 một ít, tất nhiên trị số Ihút của nó sẽ lớn 
hơn I1 và xác định theo hệ số trở về của nó. 
Trong mạch hình 6.5 không vẽ phần điều khiển các côngtăctơ thuận (T) và ngược (N). 
Giả sử động cơ đang làm việc theo chiều quay thuận, nghĩa là bộ khống chế chỉ huy 
đang ở vị trí 2 phía phải. Muốn đảo chiều quay động cơ, ta quay bộ khống chế KC về phía 
ngược. Khi bộ khống chế lướt qua vị trí 0, các côngtăctơ H, 1G, 2G mất điện nên các tiếp 
điểm của chúng nhả ra đưa cả 3 điện trở vào mạch rôto. Khi lướt đến vị trí 2 phía trái, dòng 
điện rôto xuất hiện lúc này lớn hơn trị số chỉnh định hút của rơle RH, nên RH tác động mở 
tiếp điểm RH(1-3), bảo đảm cho cả 3 điện trở tham gia vào việc hạn chế dòng điện, quá trình 
hãm ngược động cơ được tiến hành. 
Khi tốc độ động cơ giảm gần đến 0 thì dòng điện rôto cũng giảm đến trị số nhả của rơle 
RH, rơle RH nhả đóng tiếp điểm RH(1-3), công tăctơ H có điện, điện trở hãm ngược rh được 
loại ra ngoài, động cơ bắt đầu quá trình khởi động theo chiều ngược với hai cấp điện trở hạn 
chế rp1 và rp2. 
c) Nhận xét về điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc dòng điện: 
- Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, sự làm việc của sơ đồ không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ 
cuộn dây côngtăctơ, rơle. 
- Nhược điểm: Độ tin cậy thấp, có khả năng đình chỉ gia tốc ở cấp trung gian nếu động 
cơ khởi động bị quá tải, dòng điện không giảm xuống đến trị số nhả của rơle dòng điện. 
Hình 6.5 - Điều khiển hãm ngược động cơ xoay chiều 3 pha rôto dây 
quấn khi đảo chiều theo nguyên tắc dòng điện. 
Bộ môn TĐ-ĐL, Khoa Điện 86 
Nguyên tắc dòng điện được ứng dụng chủ yếu để tự động điều khiển quá trình khởi 
động động cơ một chiều kích thích nối tiếp và động cơ xoay chiều rôto dây quấn. 
6.5 Các nguyên tắc điều khiển khác 
Ngoài 3 nguyên tắc điều khiển được áp dụng rộng rãi nhất mà ta đã xét ở trên, cũng có 
thể tiến hành điều khiển các quá trình hay máy móc sản xuất theo những thông số đo lường 
khác như: Điều khiển theo công suất và chiều công suất mômen, sức căng, nhiệt độ, ánh 
sáng... 
Một trong những nguyên tắc rất hay dùng là nguyên tắc điều khiển theo đường đi (hay 
nguyên tắc hành trình). 
Khi quá trình thay đổi trạng thái làm việc của hệ có quan hệ chặt chẽ với vị trí của các 
bộ phận động của máy (đầu máy, bàn máy, mâm cặp...) thì ta có thể dùng các thiết bị đặc biệt 
- gọi là công tắc hành trình, đặt tại những vị trí thích hợp trên đường đi của các bộ phận đó. 
Khi bộ phận động di chuyển đến những vị trí này sẽ tác động lên các công tắc hành trình, 
công tắc hành trình sẽ phát những tín hiệu điều khiển hệ thống đến các trạng thái làm việc 
mới. Ví dụ như đặt các công tắc cuối cùng để hạn chế hành trình bàn máy bào, máy doa, cầu 
trục hoặc là đặt các công tắc hành trình để đảo chiều, giảm tốc độ cho máy bào giường. 
KH
A B
N T
Hình 6.6 - Điều khiển theo 
nguyên tắc hành trình.