Giáo trình Truyền động điện tự động - Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện (Phần 1)

i ω > ω0: lúc này máy sản xuất nh− là nguồn 
động lực quay rôto động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát 
năng l−ợng 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
EUII
ổ
ổ
hổ <−==
Σ
 ; Mh = Kφ.Ih < 0 ; 
Mômen động cơ đổi chiều (M < 0) và trở nên ng−ợc chiều với 
tốc độ, trở thành mômen hãm (Mh). 
+ Hãm tái sinh khi giảm điện áp phần ứng (U−2 < U−1), lúc này 
Mc là dạng mômen thế năng (Mc = Mtn). Khi giảm điện áp nguồn đột 
ngột, nghĩa là tốc độ ω0 giảm đột ngột trong khi tốc độ ω ch−a kịp 
giảm, do đó làm cho tốc độ trên trục động cơ lớn hơn tốc độ không tải 
lý t−ởng (ω > ω02). Về mặt năng l−ợng, 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 l−ợng trả lại nguồn (hay còn gọi là hãm tái sinh), hình 2-5b. 
 ω 
 U−1 I−
E1ω01 
+ 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 + ω0 ⇒ - ω0, động cơ sẽ dần 
chuyển sang đ−ờng đặc tính có -U−, và sẽ làm việc tại điểm B 
(⏐ωB⏐>⏐- ω0⏐). Về mặt năng l−ợng, do thế năng tích luỹ ở trên cao 
lớn sẽ tuôn vào động cơ, làm cho động cơ trở thành máy phát, phát 
năng l−ợng trả lại nguồn, hình 2-5c. 
 Trang 35 
Ih A ω02U−2 HTS E2
Mhbđ
B 
0 Mc Mω 
Ih < 0 ωôđ Hình 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 ω0U− E E 
Hãm tái sinh (HTS),
Trạng thái máy phát
Mh M 
Hình 2- 5a: Hãm tái sinh khi có động lực quay động cơ. 
Trạng thái động cơ
ω ω M 
Mh 
0 
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng 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 th−ờng 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 ng−ợc: 
Hãm ng−ợc là khi mômen hãm của động cơ ng−ợc chiều với tốc 
độ quay (M↑↓ω). Hãm ng−ợc có hai tr−ờng hợp: 
a) Đ−a điện trở phụ lớn vào mạch phần ứng: 
Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đ−a 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 (ωôđ = ωE và ωôđ↑↓ωA) trên đặc tính cơ có thêm R−f lớn, và 
đoạn DE là đoạn hãm ng−ợc, động cơ làm việc nh− một máy phát nối 
tiếp với l−ới điện, lúc này sức điện động của động cơ đảo dấu nên: 
 Trang 36 
I
U E
R R
U K
R R
M K I
h
f f (2-31) 
h h
= ++ =
+
+
=
⎫
⎬⎪
⎭⎪
− −
− −
−
− −
φω
φ
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 ω = 0, 
động cơ ở chế độ ngắn mạch (điểm D trên đặc tính có R−f ) nh−ng 
mômen của nó vẫn nhỏ hơn mômen cản: Mnm < Mc; Do đó mômen cản 
của tải trọng sẽ kéo trục động cơ quay ng−ợc và tải trọng sẽ hạ xuống, 
(ω < 0, đoạn DE trên hình 2-6a). Tại điểm E, động cơ quay theo chiều 
hạ tải trọng, tr−ờng hợp này sự chuyển động cử hệ đ−ợc thực hiện nhờ 
thế năng của tải. 
b) Hãm ng−ợc 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 
ω 
ωbđ
ω0
Ih
-U− -E 
I−U−
E 
Mc M
HTS 
-ω0 B 
A 
ωôđ
Hình 2- 5c: Hãm tái sinh khi đảo chiều 
 điện áp phần ứng động cơ (+U− ⇒ -U−). 
E−
ω 
U− I−
ω0
Hình 2-6a: a) Sơ đồ hãm ng−ợc bằng cách thêm R−f. 
 b) Đặc tính cơ khi hãm ng−ợc bằng thêm R−f. 
Mnm Mc M 
HN E 
A 
ωôđ
B 
D 
b) 
IhU−
E−
Rktf
U−
+ -
Ckt 
Ikt
I−
e 
R−f
a) 
(+R−f) 
ω 
M 
(Nâng) 
Mc 
(Hạ) Mh ω 
Mc 
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng 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 ng−ợc, lúc này dòng hãm và 
mômen hãm của động cơ: 
⎪⎭
⎪⎬
⎫
<φ=
+
φω+−=+
−−=
0IKM
 0<
RR
KU
RR
EUI
hh
fổổ
ổ
fổổ
ổổ
h
 (2-32) 
Ph−ơng trình đặc tính cơ: 
 M
)K(
R+R
K
U
2
ổfổổ
φ−φ
−=ω (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 l−ới điện (điểm A), thực hiện cắt 
phần ứng động cơ ra khỏi l−ới 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. 
 Trang 38 
Ph−ơng trình đặc tính cơ khi hãm động năng: 
 M
)K(
R+R
2
hổ
φ−=ω (2-34) 
Tại thời điểm hãm ban đầu, tốc độ hãm ban đầu là ωhđ nên sức 
điện động ban đầu, dòng hãm ban đầu và mômen hãm ban đầu: 
0IKM
 0<
RR
K
RR
EI
KE
hdhd
hổ
hd
hổ
hd
hd
hdhd
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬
⎫
<φ=
+
φω−=+−=
φω=
 (2-35) 
ω 
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 d−ới tác dụng của tải sẽ kéo động 
cơ quay theo chiều ng−ợc lại (ωôđ1 hoặc ωôđ2). 
 Trang 39 
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. 
ω 
ωbđ ω0
I−U−
E−
Mc M 
HĐN 
A 
ωôđ2
B1
b) 
ωôđ1
B2
Rh1
Rh2
0 
C2
C1
a) 
U + -
Ikt
RktfCkt 
I−
e 
Rh
Mbđ2 Mbđ1
ωbđ
ω0
U− I−
E−
Mc M
HN 
D 
A 
ωôđ
B 
C 
b) 
Mc
’
I
E
h
-U−
−
-
Rktf
U−
+ - 
Ckt 
Ikt
I−
e 
R−f
a)
Hình 2-6b: a) Sơ đồ hãm ng−ợc bằng cách đảo chiều U−. 
 b) Đặc tính cơ khi hãm ng−ợc bằng cách đảo U−.
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 
b) Hãm động năng tự kích từ : 
Động cơ đang làm việc với l−ới điện (điểm A), thực hiện cắt cả 
phần ứng và kích từ của động cơ ra khỏi l−ới 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. 
Ph−ơng trình đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ: 
 M 
)K(
RR+R
2
hktổ
φ
+−=ω (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 ph−ơng pháp hãm ng−ợc, hãm động năng có hiệu quả hơn 
khi có cùng tốc độ hãm ban đầu, nhất là tốn ít năng l−ợng hơn. 
 Trang 40 
2.2.6. Các đặc tính cơ khi đảo chiều ĐMđl: 
Giả sử động cơ đang làm việc ở điểm A theo chiều quay thuận 
trên đặc tính cơ tự nhiên thuận với tải Mc: 
 ω φ φ= -
U
K K
M− đm
đm
− đm
đm
R
( )2
 (2-37) 
Với M = Mc thì ω = ωA = ωThuận
Muốn đảo chiều động cơ, ta có thể đảo chiều điện áp phần ứng 
hoặc đảo chiều từ thông kích từ động cơ. Th−ờng đảo chiều động cơ 
bằng cách đảo chiều điện áp phần ứng. Khi đảo chiều điện áp phần 
ứng thì ω0 đảo dấu, còn ∆ω thì không đảo dấu, đặc tính cơ khi quay 
ng−ợc chiều: 
 M
)]I(K[
RR
)I(K
U
2
ổ
fổổ
ổ
ổ
φ
+−φ
−=ω (2-38) 
Động cơ quay ng−ợc chiều t−ơng ứng với điểm A’ trên đặc tính 
cơ tự nhiên bên ng−ợc, hoặc trên đặc tính cơ nhân tạo. 
 Trang 41 
ω 
ωôđ
ω0
Mc M 
-ωôđ
A’
b) 
Mc
’
-
Rktf
U−
+ -
Ckt
Ikt
I−
e 
R−f
a)
Hình 2-8: a) Sơ đồ hãm ng−ợc bằng cách đảo U−. 
 b) Đặc tính cơ khi hãm ng−ợc bằng cách đảo U−. 
(ĐCth) 
(ĐCng)
A 
ω 
ω 
M 
M
Hình 2-7b: a) Sơ đồ hãm động năng tự kích từ. 
 b) Đặc tính cơ khi hãm động năng tự kích từ . 
a)
U + - 
Ikt
Ckt 
I−
e 
Rh
ω 
U− I−ω0 E−
ωhbđ
Mc M
HĐN 
A 
ωôđ2
B1B2
b)
ωôđ1
Rh1Rh2
0 Mhđ2Mhđ1
C2
C1
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng 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: 0,26Ω; 
Tr−ớc khi hãm động cơ làm ở điểm định mức A(M = Mđm , ω = ωđm); 
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: φ = φđm. 
Đặc tính cơ của động cơ tr−ớc 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 tr−ớc khi hãm là điểm định mức A, có: 
 I− = Iđm = 35A, t−ơng ứng mômen định mức Mđm; 
ωA = ωđm = 230,3rad/s (xem ví dụ 2-1) 
Sức điện động của động cơ tr−ớc 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 
đ−ợc 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 Mh.max = Mh.bđ
Vì φ = φđm 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 đ−ợc xác định theo 
(2-34): 
Ω==
=φω=φω=
Σ
Σ
01,3
70
9,210R
I
E
I
K
I
KR
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: 
 Rh = R−Σ - R− 
Rh = 3,01 - 0,26 = 2,75 Ω. 
 Trang 43 
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.
ω 
ωbđ ω0
I−U−
E−
Mc M
HĐN 
KTĐL 
A B 
b)
ωôđ
Rh
0 
C 
a)
U + - 
Rktf
Mh.max 
Ikt
Ckt 
I−
e 
Rh