Giáo trình Truyền động điện tự động - Chương 2: Đặc tính cơ của động cơ điện (Phần 4)

92,084,1.27,0K.XX 22e2'2
Theo yêu cầu của đề bài ta có thể chọn đặc tính hãm động năng 
có mômen tới hạn là: Mth.đn = Mh.max = 2,5Mđm. 
Tốc độ tới hạn có thể chọn bằng tốc độ hãm ban đầu: *thω
 ođm
*
bđ
*
th /ωω=ω=ω
Khi đó ta có đặc tính hãm là đ−ờng 2 trên hình 2-38. Rõ ràng 
đặc tính này có hiệu quả hãm thấp vì mômen giảm gần nh− tuyến tính 
từ tốc độ ban đầu ωbđ = ωđm cho đến ω = 0. 
Để cho việc hãm có hiệu quả cao, ta cần tạo ra một đặc tính cơ 
đảm bảo bao một diện tích lớn nhất giữa nó với trục tung của đồ thị 
(vùng gạch sọc trên hình 2-44). Khi đó mômen hãm trung bình trong 
toàn bộ quá trình hãm sẽ là lớn nhất. Việc tính toán cho thấy đặc tính 
cơ dạng này có tốc độ tới hạn: * = 0,407. tu.thω
 Trang 83 
Hình 2-43: a)Sơ đồ nối dây ĐK khi HĐN TKT 
 b) Sơ đồ nguyên lý tạo mômen hãm HĐN TKT
+
+ +
+
Φ 
K F 
F 
e2 
i2 R 
ω 
Mh 
b) 
ĐK MSX 
H H
Rđch
CL
a) 
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 
Vậy đặc tính cơ hãm động năng đ−ợc chọn là đ−ờng (1) trên 
hình 2-44. 
Từ biểu thức của mômen tới hạn hãm động năng (biểu thức 2-
106) ta rút ra biểu thức tính dòng điện xoay chiều đẳng trị I1: 
A4,43
05,11.3
)92,005,11.(7,104.2.2,110.5,2 
X3
)XX(2.M
I
2
2
'
2ođn.th
1
=+=
=+ω=
à
à
Qua hệ số tỷ lệ A của sơ đồ nối dây stato vào nguồn điện một 
chiều khi hãm, ví dụ chọn sơ đồ 1 trong bảng 2-2, ta có: 
815,032A == , ta xác định đ−ợc dòng điện một chiều cần thiết: 
 Imc = I1/A = 43,4/0,815 = 53A 
Từ biểu thức của tốc độ tới hạn (2-74) ta xác định đ−ợc giá trị 
điện trở trong mạch rôto khi hãm: 
 Trang 84 
 Ω=+=+ω= à 87,4)92,005,11.(407,0)XX(R '2*th' t2
T−ơng ứng với giá trị tr−ớc khi qui đổi là: 
 Ω=== 44,184,1/87,4K/RR 22e' t2t2ω 
Vậy điện trở phụ cần nối vào mạch rôto là: 
 Rh = R2t - r2 = 1,44 - 0,132 = 1,308 Ω 
2.4.5. Đảo chiều động cơ ĐK: 
Giả sử động cơ đang làm việc ở điểm A theo chiều quay thuận 
trên đặc tính cơ tự nhiên thuận với tải Mc: 
th
th
th
thth
as2
s
s
s
s
)as1(M2M
++
+= (2-108) 
 Trang 85 
ω 
ω0 
 0 Mc M
A (đ/cT) 
b) 
 sthT 
-ω0 
Hình 2-45: a) Sơ đồ nối dây ĐK khi đảo 2 trong 3 pha 
 stato động cơ ĐK 
 b) Đặc tính cơ khi làm việc thuận (A) và ng−ợc (B) 
ĐK 
~
R2f
a) 
MSX M
’
c 
sthN
B (đ/cN) 
ω0 0,05 
ωbđ =ωđm 
(1)
(2)
ω*th.t− 
Mh.max = Mth.đn Mđm 3,1Mđm M 
Hình 2-44: Đặc tính cơ TN và đặc tính cơ hãm ĐN 
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 
Muốn đảo chiều động cơ, ta có thể đảo chiều từ tr−ờng stato 
(±ωo), hay đảo thứ tự pha điện áp (u1) động cơ ĐK (th−ờng đảo 2 trong 
3 pha stato). Khi đảo chiều, dòng đảo chiều rất lớn nên phải cho thêm 
điện trở phụ vào mạch rôto để hạn chế Iđch ≤ Icp. 
Khi động cơ ĐK làm việc ở chiều ng−ợc lại thì Mth sẽ đảo dấu 
và sth > 1 nh− hình 2-45: 
Động cơ quay ng−ợc chiều t−ơng ứng với điểm B trên đặc tính 
cơ tự nhiên bên ng−ợc, hoặc trên đặc tính cơ nhân tạo ng−ợc. 
Đ 2.5. ĐặC TíNH CƠ CủA động cơ đồng bộ (ĐĐB) 
2.5.1. Đặc tính cơ của động cơ ĐĐB: 
Khi đóng stato của động cơ đồng bộ vào l−ới điện xoay chiều có 
tần số f1 không đổi, động cơ sẽ làm việc với tốc độ đồng bộ không phụ 
thuộc vào tải: 
p
f2 1
0
π=ω (2-109) 
 Trang 86 
Nh− vậy đặc tính cơ của động cơ ĐĐB này tong phạm vi mômen 
cho phép M ≤ Mmax là đ−ờng thẳng song song với trục hoành, với độ 
cứng β = ∞ và đ−ợc biểu diễn trên hình 2 -46. 
Tuy nhiên khi mômen v−ợt quá trị số cực đại cho phép M > 
Mmax thì tốc độ động cơ sẽ lệch khỏi tốc độ đồng bộ. 
 2.5.2. Đặc tính góc của động cơ ĐĐB: 
Trong nghiên cứu tính toán hệ truyền động dùng động cơ ĐĐB, 
ng−ời ta sử dụng một đặc tính quan trọng là đặc tính góc. Nó là sự phụ 
thuộc giữa mômen của động cơ với góc lệch vectơ điện áp pha của 
l−ới Ul và vectơ sức điện động cảm ứng E trong dây quấn stato do từ 
tr−ờng một chiều của rôto sinh ra: 
 M = f(θ) 
Đặc tính này đ−ợc xây dựng bằng cách sử dụng đồ thị vectơ của 
mạch stato vẽ trên hình 2-47 với giả thiết bỏ qua điện trở tác dụng 
của cuộn dây stato (r1 ≈ 0). 
Trên đồ thị vectơ hình 2-47: 
Ul - điện áp pha của l−ới (V) 
E - sức điện động pha stato (V) 
 Trang 87 
ĐKB 
~ 
Rđch
a) 
MSX 
+ Uđk - 0 Mđm M
ω 
ω0
b) 
Hình 2-46: Sơ đồ nối dây và đặc tính cơ của động cơ ĐĐB 
1U
•
•
I
•
E
C φ - θ 
Ulsinθ 
jixs B 
A 
θ 
φ 
Hình 2-47: Đồ thị vectơ của mạch stato của động cơ ĐĐB 
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 
I - dòng điện stato (A) 
θ - goác lệch giữa Ul và E; 
φ - góc lệch giữa vectơ điện áp Ul và dòng điện I. 
Xs = xà + x1 - điện kháng pha của stato là tổng của điện kháng 
 mạch từ hóa xà và điện kháng cuộn dây 1 pha của stato x1 
(Ω) 
Từ đồ thị vectơ ta có: 
 )cos(EcosUl θ−ϕ=ϕ (2-110) 
Từ tam giác ABC tìm đ−ợc: 
s
l
Ix
sinU
CA
CB)cos( θ==θ−ϕ (2-111) 
Thay (2-110) vào (2-111) ta đ−ợc: 
s
l
1 Ix
sinUEcosU θ=ϕ (2-112) 
Hay: θ=ϕ sin
x
EUcosIU
s
l
1 (2-113) 
Vế trái của (2-113) là công suất 1 pha của động cơ. 
Vậy công suất 3 pha của động cơ: 
 θ= sin
x
EU3P
s
l (2-114) 
Mômen của động cơ: 
 θω=ω= sinx
EU3PM
s0
l
0
 (2-115) 
(2-115) là ph−ơng trình đặc tính góc của động cơ ĐĐB. Theo đó 
ta có đặc tính góc là đ−ờng cong hình sin nh− trên hình 2-48. 
 Trang 88 
Khi θ = π/2 ta có biên độ cực đại của hình sin là: 
s0
l
m x
EU3M ω= (2-116) 
Ph−ơng trình (2-115) có thể viết gọn hơn: 
 M = Mmsinθ (2-117) 
Mm đặc tr−ng cho khả năng quá tảI của động cơ. Khi tải tăng 
góc lệch pha θ tăng. Nếu tải tăng quá mức 
2
π>θ , mômen giảm. 
Động cơ đồng bộ th−ờng làm việc định mức ở trị số của góc 
lệch θ = 20o ữ 25o. Hệ số tải về mômen t−ơng ứng sẽ là: 
 5,22
M
M
đm
m
M ữ==λ 
Những điều đã phân tích ở trên chỉ đúng với những động cơ 
đồng bộ cực ẩn và mômen chỉ xuất hiện khi rôto có kích từ. Còn đối 
với những động cơ đồng bộ cực lồi, do sự phân bố khe hở không khí 
không đều giữa rôto và stato nên trong máy xuất hiện mômen phản 
kháng phụ. Do đó đặc tính góc có biến dạng ít nhiều, nh− đ−ờng nét 
đứt trên hình 2-48. 
 M 
Mm 
0 π/2 π 2π θ 
3π/2 
Hình 2-48: Đặc tính góc của động cơ đồng bộ 
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 
 Trang 89 
Câu hỏi ôn tập 
1. Có thể biểu diễn ph−ơng trình đặc tính cơ của động cơ một 
chiều kích từ độc lập bằng mấy dạng ? hảy viết các dạng ph−ơng trình 
đó ? Giải thích các đại l−ợng trong ph−ơng trình và cách xác định các 
đại l−ợng đó ? Vẽ dạng đặc tính cơ điện và đặc tính cơ ĐMđl ? 
2. Đơn vị t−ơng đối là gì ? Đơn vị t−ơng đối của các đại l−ợng 
điện, cơ của động cơ ĐMđl đ−ợc xác định nh− thế nào ? Viết ph−ơng 
trình đặc tính cơ ở dạng đơn vị t−ơng đối ? ý nghĩa của việc sử dụng 
ph−ơng trình dạng đơn vị t−ơng đối ? 
3. Độ cứng đặc tính cơ của ĐMđl có biểu thức xác định nh− thế 
nào ? Giá trị t−ơng đối của nó ? Biểu thị quan hệ giữa độ cứng với sai 
số tốc độ và điện trở mạch phần ứng (theo đơn vị t−ơng đối). ý nghĩa 
của độ cứng đặc tính cơ ? 
4. Cách vẽ đặc tính cơ của ĐMđl ? Cách xác định các đại l−ợng: 
Mđm, ωđm, ω0, Inm, Mnm,  để vẽ đ−ờng đặc tính này ? 
5. Có những thông số nào ảnh h−ởng đến dạng đặc tính cơ của 
ĐMđl ? họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi thông số đó ? Sơ đồ nối 
dây, ph−ơng trình đặc tính, dạng của các họ đặc tính nhân tạo, nhận 
xét về ứng dụng của chúng ? 
6. Tại sao khi khởi động ĐMđl th−ờng phải đóng thêm điện trở 
phụ vào mạch phần ứng động cơ ? Các dòng điện khởi động lớn nhất 
và nhỏ nhất khi khởi động ĐMđl th−ờng khống ở mức nào ? Vẽ các 
đặc tính cơ khi khởi động ĐMđl với 2 cấp điện trở khởi động ? 
7. Động cơ ĐMđl có mấy ph−ơng pháp hãm ? Điều kiện để xảy 
ra các trạng thái hãm đó ? Sơ đồ nối dây động cơ khi thực hiện các 
trạng thái hãm ? ứng dụng thực tế của các trạng thái hãm đó ? Giải 
thích quan hệ về chiều tác dụng của các đại l−ợng điện và chiều 
truyền năng l−ợng trong hệ ở các trạng thái hãm ? 
8. Sự khác nhau giữa động cơ một chiều kích từ nối tiếp với 
ĐMđl về cấu tạo, từ thông, dạng đặc tính cơ, các ph−ơng pháp hãm ? 
Có nhận xét gì về đặc điểm và khả năng ứng dụng của ĐMnt thực tế ? 
 Trang 90 
9. Có thể biểu thị ph−ơng trình đặc tính cơ của động cơ không 
đồng bộ bằng những biểu thức nào ? Viết các ph−ơng trình đó, giải 
thích các đại l−ợng và cách xác định các đại l−ợng đó khi viết ph−ơng 
trình và dựng đặc tính cơ ? 
10. Cách vẽ đặc tính cơ tự nhiên theo các số liệu định mức trong 
catalo: dạng chính xác, dạng gần đúng và dạng tuyến tính hóa ? 
11. Biểu thức xác định độ cứng đặc tính cơ ? Biểu thị quan hệ 
giữa độ cứng đặc tính cơ với độ tr−ợt định mức và điện trở mạch rôto 
của động cơ ĐK ? 
12. Có những thông số nào ảnh h−ởng đến dạng đặc tính cơ của 
động cơ ĐK ? Cách nối dây động cơ ĐK để tạo ra đặc tính cơ nhân tạo 
khi thay đổi các thông số này ? Dạng các hộ đặc tính cơ nhân tạo và 
ứng dụng thực tế của chúng ? 
13. Vẽ các dạng đặc tính cơ khi khởi động động cơ ĐK hai cấp 
tốc độ ? Khi khởi động động cơ ĐK, các đại l−ợng: hệ số tr−ợt tới hạn, 
mômen tới hạn thay đổi nh− thế nào ? Các biểu thức xác định các đại 
l−ợng đó ? Th−ờng mômen khởi động lớn nhất của động cơ ĐK bằng 
bao nhiêu mômen tới hạn của động cơ ?
14. Động cơ ĐK có mấy trạng thái hãm ? Cách nối dây động cơ 
để thực hiện các trạng thái hãm và điều kiện để xảy ra hãm ? Giải 
thích quan hệ năng l−ợng giữa máy sản xuất (tải của động cơ) và động 
cơ ở từng trạng thái hãm ? ứng dụng thực tế của các trạng thái hãm ? 
15. Giải thích ý nghĩa của đặc tính cơ và đặc tính goác của động 
cơ đồng bộ ? Sự phụ thuộc giữa mômen cực đại của động cơ với điện 
áp l−ới ? Mômen cực đại ở đặc tính góc có ý nghĩa nh− thế nào với 
đặc tính cơ của động cơ ĐĐB ? 
Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động Ths. Kh−ơng Công Minh Giáo Trình: Truyền động điện Tự động 
 Trang 91