Ch−¬ng11 §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu
11.1 §¹i c−¬ng
§éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu ®−îc sö dông nhiÒu trong giao th«ng vμ nh÷ng n¬i cÇn ®iÒu chØnh
tèc ®é liªn tôc trong d·i réng.
Ph©n lo¹i ®éng c¬ 1 chiÒu còng nh− m¸y ph¸t: kÝch thÝch ®éc lËp, song song, nèi tiÕp vμ
hæn hîp
11.2 Më m¸y ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu.
Yªu cÇu:
- M«men më m¸y cμng lín cμng tèt ®Ó dÓ dμng thÝch øng víi t¶i
- Dßng ®iÖn më m¸y cμng bÐ cμng tèt
C¸c ph−¬ng ph¸p më m¸y.
1. Më m¸y trùc tiÕp
Theo ph−¬ng ph¸p nμy khi cÇn më m¸y ta chØ viÖc
®ãng th¼ng ®éng c¬ vμo l−íi.
§Æc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p: T¹i t = 0, khi ®ã n = 0
nªn E = Ce
φ
n = 0, dßng ®iÖn më m¸y lóc ®ã lμ:
uu
mm R
U
R
EU
I=
−
= v× R− rÊt bÐ, th−êng R−* = 0,2 -
0,1 nªn Imm = (5-10)I®m
H×nh 7.1 Më m¸y nhê
biÕn trë
Ph−¬ng ph¸p nμy chØ ®−îc ¸p dông cho c¸c ®éng c¬
cã c«ng suÊt bÐ, v× víi c¸c ®éng c¬ nμy R− t−¬ng ®èi lín
2. Më m¸y nhê biÕn trë.
S¬ ®å më m¸y nh− h×nh 7.1.
Do cã biÕn trë m¾c nèi tiÕp vμo m¹ch phÇn øng
nªn dßng ®iÖn më m¸y ®−îc tÝnh.
fufu
mm RR
U
RR
EU
I+
=
+
−
=.
§iÖn trë Rf ®−îc chän sao cho Imm = (1,4-1,7)I®m
®èi víi ®éng c¬ lín vμ Imm = (2,0-2,5)I®m víi ®éng c¬
bÐ.
Theo s¬ ®å h×nh 7.1 qu¸ tr×nh më m¸y ®−îc tiÕn
hμnh nh− sau:
Khi t < 0, con tr−ît cña R®c ®Ó ë vÞ trÝ b ®Ó
φ
t cã
gi¸ trÞ cùc ®¹i, chuyÓn m¹ch CM ®Æt ë vÞ trÝ sè 1, toμn bé ®iÖn trë phô ®−îc nèi nèi tiÕp víi
dq phÇn øng
H×nh 7.2 Qu¸ tr×nh më m¸y
nhê biÕn trë m¾c vμo m¹ch phÇn
Khi t = 0, ®éng c¬ ®−îc ®ãng vμo l−íi ®iÖn, cã dßng ®iÖn I− vμ
φ
t phÇn øng sÏ xuÊt
hiÖn m«men M = CM
φ
tI− nÕu M > MC ®éng c¬ sÏ quay, tèc ®é ®éng c¬ t¨ng tõ 0 ®Õn 1
gi¸ trÞ nμo ®ã, s.®.® t¨ng theo n, (E = Ce
φ
tn). Khi E t¨ng lªn th×
fu
uRR
EU
I+
−
= gi¶m xuèng,
M¸y ®iÖn 2 52
dÉn tíi M gi¶m xuèng, gia tèc gi¶m xuèng. I− vμ M gi¶m theo quy luËt hμm mò, phô thuéc
vμo h»ng sè thêi gian R−-L− cña d©y quÊn phÇn øng.
T¹i thêi ®iÓm t = t1 khi I− = (1,1 - 1,3)I®m quay chuyÓn m¹ch sang vÞ trÝ 2, c¾t bít mét
phÇn Rf ra khái m¹ch phÇn øng, dßng ®iÖn I− l¹i t¨ng lªn, M t¨ng lªn vμ n l¹i tiÕp tôc t¨ng.
I− vμ M t¨ng gÇn nh− tøc thêi v× R− rÊt bÐ. Qu¸ tr×nh cø tiÕp tôc nh− vËy cho ®Õn khi toμn
bé Rf ®−îc c¾t ra khái m¹ch phÇn øng vμ tèc ®é ®éng c¬ ®¹t ®Õn gi¸ trÞ ®Þnh møc, h×nh 7.2.
3. Më m¸y b»ng c¸ch gi¶m ®iÖn ¸p.
Ph−¬ng ph¸p më m¸y nμy gÇn gièng nh− më m¸y nhê biÕn trë nh−ng cÇn ph¶i cã mét
bé nguån cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc ®iÖn ¸p.
11.3 §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu.
§Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu lμ quan hÖ n = f(M), ®©y lμ ®Æc tÝnh quan träng
nhÊt cña ®éng c¬.
Tõ biÓu thøc s.®.® vμ ph−¬ng tr×nh ®iÖn ¸p cña ®éng c¬ 1 chiÒu ta cã:
φφ
e
u
eC
IRU
C
E
n−
== 7.1
v× M = CM
φ
I nªn 2
eM
u
eCC
MR
C
U
n
φ
φ
−= 7.2
XÐt sù lμm viÖc æn ®Þnh cña ®éng c¬ theo sù phèi hîp ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ vμ ®Æc
tÝnh c¬ cña t¶i, h×nh 7.3a,b
Tr−êng hîp h×nh 7.3a, v× mét lý do nμo ®Êy tèc ®é cña ®éng c¬ t¨ng lªn n = nlv +
Δ
n th×
MC > M vμ ®éng c¬ sÏ bÞ h·m l¹i ®Ó trë vÒ nlv ban ®Çu øng víi ®iÓm P. Còng vËy nÕu tèc ®é
cña ®éng c¬ gi¶m xuèng th× MC < M vμ ®éng c¬ sÏ ®−îc gia tèc ®Ó trë vÒ ®iÓm P.
Sù phèi hîp ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ vμ cña t¶i nh− h×nh 7.3b th× ng−îc l¹i. NÕu tèc ®é
cña ®éng c¬ t¨ng lªn th× MC < M vμ ®éng c¬ tiÕp tôc ®−îc gia tèc vμ t¨ng m·i. NÕu tèc ®é
cña ®éng c¬ gi¶m th× nã tiÕp tôc gi¶m vÒ n = 0.
H×nh 7.3 (a) chÕ ®é lμm viÖc æn ®Þnh, (b) chÕ ®é lμm viÖc kh«ng
VËy ®iÒu kiÖn ®Ó hÖ lμm viÖc:
æn ®Þnh lμ dn
dM
dn
dM C
〈 7.4
vμ kh«ng æn ®Þnh dn
dM
dn
dM C
> 7.5
M¸y ®iÖn 2 53
1. §Æc tÝnh c¬ ®éng c¬ ®iÖn 1 chiÒu kÝch thÝch song song hoÆc ®éc lËp.
NÕu U = U®m = Cte vμ It = Cte, th× khi M thay ®æi,
φ
vÉn kh«ng ®æi, ¶nh h−ëng lμm
gi¶m
φ
do ph¶n øng phÇn øng ngang trôc rÊt bÐ kh«ng ®¸ng kÓ nªn ta cã ph−¬ng tr×nh ®Æc
tÝnh c¬:
H×nh 7.4 §Æc tÝnh c¬
®éng c¬
K
.MR
nn u
0−= 7.6
§Æc tÝnh n = f(M) lμ ®−êng th¼ng, h×nh 7.4. V× R− rÊt
bÐ nªn tõ kh«ng t¶i ®Õn ®Þnh møc,
Δ
n = (2-8)% , hai lo¹i
®éng c¬ trªn cã ®Æc tÝnh c¬ rÊt cøng, phï hîp cho c¸c m¸y
c¾t gät kim lo¹i.
a) §iÒu chØnh n b»ng c¸ch thay ®æi
φ
.
Tõ ph−¬ng tr×nh ®Æc
tÝnh c¬ 2
eM
u
eCC
MR
C
U
n
φ
φ
−=
Khi t¨ng R®c ta chØ cã
thÓ gi¶m ®−îc tõ th«ng
φ
,
khi ®ã ta ®−îc mét hä
®−êng ®Æc tÝnh c¬ cã ®é
dèc kh¸c nhau øng víi:
φ
®m >
φ
' >
φ
'' >
φ
''' vμ n®m < n1 < n2 <
n3H×nh 7.5 §iÒu chØnh H×nh 7.6 §iÒu chØnh n
Nh− vËy theo ph−¬ng
ph¸p nμy ta cã thÓ ®iÒu
chØnh n > n®m h×nh 7.5
n b»ng b»ng c¸ch
b) §iÒu chØnh n b»ng c¸ch thay ®æi Rf.
Khi ®−a thªm Rf vμo m¹ch phÇn øng, ®Æc tÝnh c¬
lμ:
K
).MR(R
nn fu
0
+
−=
7.7
Theo ph−¬ng ph¸p nμy n0 = Cte, khi t¨ng Rf ®é
dèc cña ®Æc tÝnh c¬ t¨ng lªn, tøc lμ tèc ®é thay ®æi
nhiÒu h¬n khi t¶i thay ®æi, h×nh 7.6.
c) §iÒu chØnh n b»ng c¸ch thay ®æi U.
V× chØ cã thÓ thay ®æi ®−îc U < U®m, nªn khi
gi¶m U ta sÏ ®−îc mét hä ®Æc tÝnh cïng ®é dèc (®é cøng), h×nh 7.7
H×nh 7.7 §iÒu chØnh tèc ®é b»ng
c¸ch tha
y
®æi
U®m > U1 > U2 vμ n®m > n1 > n2
Ph−¬ng ph¸p nμy chØ cã thÓ ®iÒu chØnh ®−îc n < n®m vμ chØ ¸p dông cho c¸c ®éng
c¬ kÝch tõ ®éc lËp.
M¸y ®iÖn 2 54
2. §Æc tÝnh c¬ ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp
Lo¹i ®éng c¬ nμy cã It = I− = I vμ
φ
= K
φ
I, trong ®ã K
φ
= Cte khi I < 0,8I®,m, cßn khi
I > 0,8I®m th× K
φ
gi¶m xuèng mét Ýt do ¶nh h−ëng b¶o hßa cña m¹ch tõ.
Tõ
φ
φ
φ
K
CICM
2
MuM ==
7.8
suy ra
M
C
MK
φ
φ
=
thay vμo biÓu thøc
2
eM
u
eCC
MR
C
U
n
φ
φ
−= ta cã:
φ
φ
KC
R
MKC
.UC
n
e
u
e
M−=
7.9
H×nh 7.9 C¸c s¬ ®å ®/c tèc ®é ®.c.®.1.c kÝch tõ
bá qua R− th× M
U
~n hay 2
2
n
C
M=
7.10 VËy ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn
mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp sÏ cã d¹ng ®−êng
hypecpon, h×nh 7.8 (®−êng 1)
Tõ ®−êng ®Æc tÝnh c¬ ta thÊy ë ®éng c¬ kÝch tõ
nèi tiÕp khi M t¨ng n gi¶m rÊt nhiÒu. §Æc biÖt khi
kh«ng t¶i (I = 0, M = 0), tèc ®é cã trÞ sè rÊt lín. §iÒu
nμy rÊt nguy h¹i v× nã cã thÓ lμm g·y trôc, v× vËy víi
lo¹i ®éng c¬ nμy kh«ng ®−îc ®Ó mÊt t¶i (truyÒn ®éng
®ai). ChØ cho phÐp lμm viÖc víi c«ng suÊt tèi thiÓu P2
= (0,2-0,25)P®m H×nh 7.8 §Æc tÝnh c¬
®.c.®.1.c víi
Khi xÐt ®Õn bμo hßa, ®−êng M = f(n) lμ ®−êng
®øt nÐt.
a) §iÒu chØnh n b»ng c¸ch thay ®æi tõ th«ng
φ
.
Víi ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp viÖc thay ®æi tõ th«ng
φ
®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch: m¾c
sun d©y quÊn kÝch thÝch, h×nh 7.9a; ®iÒu chØnh sè vßng d©y kÝch thÝch, h×nh 7.9b; mÆc sun
vμo phÇn øng, h×nh 7.9c.
Hai s¬ ®å 7.9a vμ 7.9b ®Òu cã cïng mét kÕt qu¶, ®−êng 2 h×nh 7.8.
Lóc ®Çu It = I, sau khi m¾c sun hoÆc ®iÒu chØnh Wt th× It = K.It
Khi m¾c sun 1
RR
R
K
stt
st <
+
=
Khi thay ®æi Wt, 1
W
W
K
t
t<
′
=
Nh− vËy hai ph−¬ng ph¸p nμy cho tõ th«ng
φ
gi¶m nªn n t¨ng, (n > n®m)
M¸y ®iÖn 2 55
BiÖn ph¸p thø 3 m¾c sun vμo m¹ch phÇn øng, lóc nμy ®iÖn trë toμn m¹ch gi¶m xuèng
I t¨ng lªn vμ It = I t¨ng lªn,
φ
t¨ng dÉn tíi n < n®m, ®−êng 3 h×nh 7.8.
b) §iÒu chØnh n b»ng c¸ch thªm R®c vμo m¹ch phÇn øng h×nh 7.8d
Lóc nμy ®iÖn trë tæng cña toμn m¹ch t¨ng lªn nªn It = I ®Òu gi¶m xuèng, ®/c n < n®m,
®−êng 4 vμ 5, h×nh 7.8.
c) §iÒu chØnh b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p.
V× chØ cã thÓ ®/c U < U®m nªn n < n®m, ®−êng 6, h×nh 7.8.
3. §Æc tÝnh c¬ ®.c kÝch thÝch hæn hîp.
§éng c¬ kÝch tõ hæn hîp th−êng cuén kÝch thÝch nèi tiÕp ®−îc nèi thuËn (bï kÝch thÝch)
do ®ã ®Æc tÝnh c¬ cã d¹ng trung gian gi÷a kÝch thÝch song song vμ kÝch thÝch nèi tiÕp, h×nh
7.10.
§−êng 1 kÝch thÝch hçn hîp bï thuËn; ®−êng 2 kÝch thÝch hçn hîp ng−îc; ®−êng 3 kÝch
thÝch song song vμ ®−êng 4 kÝch thÝch nèi tiÕp.
11.4 C¸c ®Æc tÝnh lμm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn
mét chiÒu.
C¸c ®Æc tÝnh lμm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn mét
chiÒu lμ quan hÖ: n, M,
η
= f(I−) khi U =
U®m = Cte.
§Æc tÝnh n = f(I−) gièng nh− ®Æc tÝnh c¬ n
= f(M) v× M ~ I−.. §−êng 1 øng víi ®éng c¬ kÝch
thÝch song song, ®−êng 2, 3 víi ®éng c¬ kÝch thÝch
hæn hîp khi dq nèi tiÕp nèi thuËn vμ nèi ng−îc;
®−êng 4 víi ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp, h×nh 7.11
§Æc tÝnh M = f(I−) khi U = U®m = Cte. §©y
chÝnh lμ quan hÖ M = CM
φ
I−
Víi ®éng c¬ kÝch thÝch song song
φ
= Cte
nªn ®−êng M = f(I−) lμ ®−êng th¼ng (®−êng I).
§éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp
φ
~ I− nªn M ~ I−
2 ®Æc tÝnh m«men lμ ®−êng parabol (®−êng IV).
§éng c¬ kÝch tõ hæn hîp cã ®Æc tÝnh m«men trung gian gi÷a kÝch thÝch song song vμ nèi
tiÕp (®−êng II vμ III).
H×nh 7.10 §Æc tÝnh c¬ ®.c.®.1.c
kÝch thÝch hçn h
îp
so víi c¸c lo
¹
i ®.c
§Æc tÝnh hiÖu suÊt
η
= f(I−) khi U = U®m = Cte nh− h×nh 7.12.
HiÖu suÊt cùc ®¹i th−êng ®−îc thiÕt kÕ øng víi I− = 0,75I®m
Th−êng
η
= 0,75 - 0,85 víi ®éng c¬ c«ng suÊt bÐ vμ
η
= 0,85 - 0,94 víi ®éng c¬ c«ng
suÊt trung b×nh vμ lín.
M¸y ®iÖn 2 56