Giáo trình Truyền động điện tự động - Chương 3: Điều chỉnh các thông số đầu ra của hệ thống truyền động điện

h cơ và ph−ơng trình của nó. 
Đ 3.2. các chỉ tiêu chất l−ợng: 
3.2.1. Chỉ tiêu chất l−ợng động (chế độ quá độ): 
* Độ quá điều chỉnh σmax (σmax ≤ 40% hoặc có thể nhỏ hơn). 
* Thời gian quá độ Tqđ (Tqđ càng nhỏ càng tốt). 
* số lần dao động n ( n = 2ữ3 là tốt). 
h ω σmax ±5%
 h∞ ≡ ωxl
0 t Tqđ 
Hình 3-1: Đặc tính quá độ 
3.2.2. Chỉ tiêu chất l−ợng tĩnh (chế độ xác lập): 
3.2.2.1. Sai số tĩnh tốc độ s% : 
Là đại l−ợng đặc tr−ng cho sự chính xác duy trì tốc độ đặt (ωđ): 
 *
*
c
0
0 1%%100.%s β=ω∆=ω
ω−ω= (3-1) 
ω - tốc độ làm việc thực của động cơ. 
ω0 - tốc độ không tải của động cơ. 
∆ωc - độ sụt tốc độ khi mômen tải thay đổi Mc = 0 → Mđm. 
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 95 
Sai số này càng nhỏ, điều chỉnh càng chính xác, và lí t−ởng ta có 
hệ điều chỉnh tuyệt đối chính xác khi S% = 0. Thực tế ng−ời ta phải 
thiết kế các hệ truyền động diều chỉnh có độ chính xác đáp ứng yêu 
cầu công nghệ của máy sản xuất, nh− truyền động chính của máy cắt 
gọt kim loại yêu cầu S% ≤ 10%, tryuền động ăn dao : S% ≤ 5%,  
3.2.2.2. Phạm vi điều chỉnh tốc độ D: 
 D max
min
=
ω
ω (3-2) 
D càng lớn càng tốt. Tuy nhiên, giá trị ωmax bị hạn chế bởi độ 
bền cơ học của động cơ, bởi điều kiện chuyển mạch. Tốc độ ωmin bị 
chặn bởi yêu cầu về mômen khởi động, về khả năng quá tải và về sai 
số tốc độ làm việc cho phép. 
* Ví dụ trên hình 3-2: 
Cũng có tr−ờng hợp phối hợp hai ph−ơng pháp điều chỉnh tốc độ 
động cơ bằng diện nh−: thay đổi điện áp phần ứng động cơ một chiều 
sẽ điều chỉnh tốc độ từ ωmin đến ωđm, và ph−ơng pháp thay đổi từ thông 
kích từ thì điều chỉnh tốc độ từ ωđm đến ωmax. 
 Trang 96 
Khi đó ta có “hệ điều chỉnh hai vùng tốc độ” và đạt đ−ợc dải 
điều chỉnh rộng: 
 Φ=ω
ω⋅ω
ω= D.DD U
đm
max
min
đm (3-3) 
Giả thiết các đặc tính cơ là tuyến tính, có độ cứng không đổi β1 
và β2 = β1, mômen tải không đổi Mc, sai số tốc độ t−ng ứng sẽ là: 
 %100.
.
M%s ; %100.
.
M%s
202
c
2
101
c
1 βω=βω= (3-4) 
 Nếu gọi bội số mômen khởi động là Knm2 = Mnm2/Mc thì: 
 %100.1%shay ; %100.
K
1%s
02
min
2
2nm
2 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
ω
ω−== (3-5) 
 ⇒ ( )ω βmin . .= −1 2 22s
M Kc nm (3-6) ω 
ω01
Qua (3-6) ta thấy đ−ợc quan hệ giữa D, s%, β và Knm. ∆ωc ωmax β1 Theo khả năng quá tải, ta có thể xác định phạm vi điều chỉnh: 
( )( ) *tn
*
min
*
min
*
tn
min
max
1
1D β
β⋅−β
−β=ω
ω= (3-7) 
ω02
Trong đó: βmin = Kqt.Mđm / ω0 ; ; Kqt
*
min K=β qt = Mnm.min / Mđm β2 ωmin
3.2.3. Độ trơn điều chỉnh tốc độ ϕ : Mnm2Mc M 
 Là sự chênh lệch giữa 2 cấp tốc độ liền nhau: 
Hình 3-2: Xác định phạm vi điều chỉnh 
 ϕ ωω=
+i
i
1 (3-8) 
Trong đó: ωi - là tốc độ ổn định đạt đ−ợc ở cấp i. 
 ωi+1- là tốc độ ổn định đạt đ−ợc ở cấp kế tiếp (i+1). 
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 97 
Hệ số ϕ càng nhỏ càng tốt, lý t−ởng là ϕ → 1: đó là hệ điều 
chỉnh vô cấp. Còn hệ điều chỉnh có cấp nếu: ϕ ≠ 1. 
3.2.4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải: 
Với các động cơ thì chế độ làm việc tối −u th−ờng là chế độ định 
mức của động cơ. Để sử dụng tốt động cơ khi điều chỉnh tốc độ cần 
l−u ý đến các chỉ tiêu nh−: dòng điện động cơ không v−ợt quá dòng 
định mức của nó, đảm bảo khả năng quá tải về mômen (trong khoảng 
thời gian ngắn), đảm bảo yêu cầu về ổn định tĩnh khi có nhiễu v.v... 
trong toàn giải điều chỉnh. 
Vì vậy khi thiết kế hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ, ng−ời ta 
th−ờng chọn hệ truyền động cũng nh− ph−ơng pháp điều chỉnh, sao 
cho đặc tính điều chỉnh của hệ bám sát yêu cầu đặc tính của tải. Nếu 
đảm bảo đ−ợc điều kiện này thì tổn thất trong quá trình điều chỉnh sẽ 
nhỏ nhất. 
3.2.5. Chỉ tiêu kinh tế: 
Nhiều tr−ờng hợp, chỉ tiêu kinh tế là chỉ tiêu quyết định sự lựa 
chọn ph−ơng án truyền động. Hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ 
cần đạt có vốn đầu t− thấp, giá thành hạ, chi phí vận hành, bảo quản, 
sửa chữa ít, đặc biệt là tổn thất năng l−ợng khi điều chỉnh và vận hành 
nhỏ. Năng suất của máy sản xuất do hệ điều chỉnh mang lại. 
Tổn thất năng l−ợng bao gồm tổn thất nhiệt và tổn thất cơ: 
 (3-9) ∫∫ ω−ω+ωω−ω
∆+∆∆
ω
ω
Σ
2
1
2
1
t
t
0c0
c.tj
dt).(Md).(J= 
WW=W
Việc tính toán cụ thể các chỉ tiêu liên quan nêu trên sẽ cho thấy 
hiệu quả kinh tế, thời gian hoàn vốn và lợi ích nhờ việc sử dụng hệ 
điều chỉnh đã chọn. Th−ờng ng−ời ta căn cứ các chỉ tiêu kỹ thuật để đề 
xuất vài ph−ơng án điều chỉnh, sau đó tính toán kinh tế để so sánh 
hiệu quả và quyết định chọn hệ thống hoặc ph−ơng pháp điều chỉnh 
thông số đầu ra của động cơ. 
 Trang 98 
Đ 3.3. các ph−ơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 
 điện một chiều bằng thay đổi thông số: 
3.3.1. Ph−ơng pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách 
 thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng: 
Từ ph−ơng trình đặc tính cơ tổng quát: 
 M
)K(
R+R
K
U
2
−f−−
φ−φ=ω (3-10) 
Ta thấy rằng khi thay đổi R−f thì ω0 = const còn ∆ω thay đổi, vì 
vậy ta sẽ đ−ợc các đ−ờng đặc tính điều chỉnh có cùng ω0 và dốc dần 
khi R−f càng lớn, với tải nh− nhau thì tốc độ càng thấp (hình 3-3): 
 ω 
Nh− vậy: 0 ω1 > ω2 > ... , nh−ng nếu 
ta tăng R−f đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M ≤ Mc và nh− thế 
động cơ sẽ không quay đ−ợc và động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch, 
ω = 0. Từ lúc này, ta có thay đổi R−f thì tốc độ vẫn bằng không, nghĩa 
là không điều chỉnh tốc độ động cơ đ−ợc nữa, do đó ph−ơng pháp điều 
chỉnh này là ph−ơng pháp điều chỉnh không triệt để. 
ωđm
ω0
Mc M 
b) 
 Hình 3-3: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi R−f. 
 b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi R−f. 
Rktf
U−
+ - 
Ckt 
Ikt
I−
e 
R−f
a) 
ω1
ω2
R−f1
R−f2
TN 
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 
 Trang 99 
3.3.2. Ph−ơng pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách 
 thay đổi từ thông kích từ của động cơ: 
Từ ph−ơng trình đặc tính cơ tổng quát: 
ω φ φ
ω ω
= −
⇒ −
U
K K
M− −
0
R
=
Σ
∆ω
( )2 (3-11) 
Ta thấy rằng khi thay đổi φ thì ω0 và ∆ω đều thay đổi, vì vậy ta 
sẽ đ−ợc các đ−ờng đặc tính điều chỉnh dốc dần (độ cứng β càng giảm) 
và cao hơn đặc tính cơ tự nhiên khi φ càng nhỏ, với tải nh− nhau thì 
tốc độ càng cao khi giảm từ thông φ (hình 3-4): 
Nh− vậy: φđm > φ1 > φ2 > ... thì ωđm < ω1 < ω2 <... , nh−ng nếu 
giảm φ quá nhỏ thì có thể làm cho tốc độ động cơ lớn quá giới hạn 
cho phép, hoặc làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu đi do dòng 
phần ứng tăng cao, hoặc để đảm bảo chuyển mạch bình th−ờng thì cần 
phải giảm dòng phần ứng và nh− vậy sẽ làm cho mômen cho phép trên 
trục động cơ giảm nhanh, dẫn đến động cơ bị quá tải. 
 Trang 100 
3.3.3. Ph−ơng pháp điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách 
 thay đổi điện áp phần ứng của động cơ: 
Từ ph−ơng trình đặc tính cơ tổng quát: 
ω φ φ
ω ω
= −
⇒ −
U
K K
M − −
0
R
=
( )2
∆ω
 (3-12) 
Ta thấy rằng khi thay đổi U− thì ω0 thay đổi còn ∆ω = const, vì 
vậy ta sẽ đ−ợc các đ−ờng đặc tính điều chỉnh song song với nhau. 
Nh−ng muốn thay đổi U− thì phải có bộ nguồn một chiều thay đổi 
đ−ợc điện áp ra, th−ờng dùng các bộ biến đổi (hình 3-5): 
Các bộ biến đổi có thể là: Bộ biến đổi máy điện: dùng máy phát 
điện một chiều (F), máy điện khuếch đại (MĐKĐ); Bộ biến đổi từ: 
khuếch đại từ (KĐT) một pha, ba pha; Bộ biến đổi điện tử - bán dẫn: 
các bộ chỉnh l−u (CL) dùng tiristor, các bộ băm điện áp (BĐA) dùng 
tiristor, transistor,  
ω 
ωđm
ω02
Mc Mn2 Mn1 M
b) 
 Hình 3-4: 
a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi φ. 
b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi φ.
Rktf
U−
+ - 
Ckt 
Ikt
I−
e 
a) 
ω1
ω2 φ2
φ 
ω01
ω0đm φ1 φđm
ω ~
ωđm
ω2
M’c Mc M 
b)
 Hình 3-5: a) Sơ đồ điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi U−. 
 b) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐMđl bằng cách thay đổi U−. 
U−đm
ω1
ω0đm
U−
I− e 
a) 
Ckt Ikt
+ - 
BBĐ U−1>0 
U−=0 -U−đm -
U’−1<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 
 Trang 101 
* Ví dụ 3-1: 
Cho ĐMđl có các thông số: 
 Pđm = 29KW; Uđm = 220V; Iđm = 151A; nđm = 1000vg/ph; 
 R− = 0,07Ω; và hệ số quá tảI Kqt = 2. 
Hảy xác định tốc độ cực tiểu và dải điều chỉnh theo khả năng 
quá tải yêu cầu ? 
* Giải: 
Điện trở định mức của động cơ: 
 Rđm = Uđm / Iđm = 220V / 151A = 1,45Ω 
Giá trị t−ơng đ−ơng của điện trở phần ứng: 
 R−
* = R− / Rđm = 0,07Ω /1,45Ω = 0,048 
Độ cứng đặc tính cơ tự nhiên: βtn* = 1/R−* = 20,8 
Độ cứng đặc tính cơ thấp nhất: βmin* = Kqt = 2 
Giá trị t−ơng đối của tốc độ cực đại (tức tốc độ định mức của 
động cơ) sẽ là: 
 *
0
đm
0
đm*
max
*
max
11
n
nn β−==ω
ω=ω= = 1 - R−* 
 = 1 - 0,048 = 0,0952 
Tốc độ không tải lý t−ởng: 
 ph/vg1050
0952,0
ph/vg1000
n
nn *
đm
đm
0 === 
Giá trị t−ơng đối của tốc độ cực tiểu: 
 5,0
2
1111n *
min
*
min
*
min =−=β−=ω= 
 Trang 102 
Vậy tốc độ quay cực tiểu của động cơ là: 
 ph/vg525ph/vg1050.5,0n.nn 0
*
minmin ===
Từ giá trị của tốc độ cực đại và tốc độ cực tiểu, ta rút ra phạm vi 
điều chỉnh tốc độ: 
 9,1
525
1000
n
nD
min
max === 
Từ biểu thức (3-7) thay β*min = Kqt = 2; β*tn = 20,8; ta cũng đ−ợc 
kết quả D = 1,9. 
 ω 
ω0 βtnωđm
Βmin
ωmin 
0 Mđm Mc.max = Mnm.min M 
 Hình 3-6: Sơ đồ giải thích về phạm vi điều chỉnh tốc độ 
 theo khả năng quá tải yêu cầu 
Qua ví dụ trên ta thấy phạm vi điều chỉnh nh− vậy là rất hep. 
Tuy nhiên, nếu xét theo yêu cầu về sai số tốc độ cho phép thì dảI 
điều chỉnh còn hẹp hơn nữa hoặc thậm chí còn không thể điều chỉnh 
đ−ợc tốc độ. Thực vậy, ta biết: 
 s% = ∆ωc* = R*−Σ 
 ωmin = ω0 - ωc.cp ; và ω
*
min = 1 - s% = 1 - R*−Σ 
Nếu s%cp = 10% thì D = 1,05 ≈ 1, nghĩa là hầu nh− không thể 
điều chỉnh đ−ợc. 
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 103