83
ø
CHÖÔNG 8
ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU
§ 8.1. Ñaïi cöông
Ñoäng cô ñieän moät chieàu ñöôïc duøng raát phoå bieán trong coâng nghieäp, giao
thoâng vaän taûi vaø noùi chung ôû caùc thieát bò caàn ñieàu chænh toác ñoä quay lieân tuïc trong
moät phaïm vi roäng raõi.
1. Nguyeân taéc nghòch ñaûo cuûa caùc maùy ñieän :
Giaû söû maùy ñang laøm vieäc ôû cheá ñoä maùy phaùt treân löôùi ñieän coù U = const vaø
sinh ra M
ñt
laø moâ men haõm ñoái vôùi moâ men quay M
1
cuûa ñoäng cô sô caáp keùo maùy
phaùt. Luùc ñoù, doøng ñieän phaàn öùng cuûa maùy phaùt:
Neáu giaûm φ hoaëc n cuûa maùy phaùt thì s.ñ.ñ cuûa noù seõ giaûm. Khi giaûm moät
caùch thích ñaùng vôùi E
ö
< U. Luùc ñoù I
ö
seõ ñoåi daáu vaø coù chieàu ngöôïc vôùi chieàu ban
ñaàu (h8-1b). Nhöng vì U = const
neân chieàu cuûa I
t
trong daây quaán kích thích hay laø
teân cuûa caùc cöïc töø chính seõ khoâng ñoåi. Nhö vaäy M
ñt
seõ ñoåi daáu vaø maùy chuyeån
sang laøm vieäc ôû cheá ñoä ñoäng cô. Taùch ñoäng cô sô caáp keùo maùy phaùt ñieän ra ta coù
ñoäng cô ñieän moät chieàu. Trong quaù trình chuyeån ñoåi nhö vaäy, treân truïc maùy coù 2
ñoäng cô: Ñoäng cô sô caáp vaø ñoäng cô ñieän moät chieàu coù theå gaây ra hö hoûng cho
boä maùy. Cho neân trong sô ñoà cuûa caùc maùy phaùt ñieän khi laøm vieäc song song ñeàu
coù khí cuï ñieän töï ñoäng caét maùy phaùt ñieän ra khoûi löôùi ñieän khi doøng ñieän cuûa maùy
phaùt ñieän ñoåi chieàu.
2. Phaân loaïi caùc ñoäng cô ñieän moät chieàu :
Cuõng nhö maùy phaùt ñieän, ñoäng cô
ñieän moät chieàu ñöôïc phaân loaïi theo caùch kích thích thaønh caùc ñoäng cô ñieän moät
chieàu kích thích ñoäc laäp, kích thích song song, kích thích noái tieáp vaø kích thích hoãn
hôïp. Caàn chuù yù raèng ôû ñoäng cô ñieän moät chieàu kích thích ñoäc laäp I
ö
= I;
ôû ñoäng cô
ñieän moät chieàu kích thích song song vaø hoãn hôïp I = I
ö
+ I
t
; ôû ñoäng cô ñieän
kích thích noái tieáp I = I
ö
= I
t
. Sô ñoà noái daây cuûa chuùng töông töï nhö maùy phaùt
ñöôïc trình baøy ôû hình 8.2
Hình 8.1 Chuyeån ñoåi maùy ñieän moät chieàu kích thích
song song töø cheá ñoä maùy phaùt sang cheá ñoä ñoäng cô
ö
ö
ö
R
UE
I−
=
Ñoäng cô
Maùy phaùt
Iö
IöIt
It
wt
wt
MñtF Mc
MñtÑ
n
n
M1
84
ø
Hình 8.2 Sô ñoà nguyeân lyù caùc ñoäng cô ñieän moät chieàu
§ 8.2 Môû maùy ñoäng cô ñieän moät chieàu
Quaù trình môû maùy laø quaù trình ñöa toác ñoä ñoäng cô ñieän töø n = 0 ñeán toác ñoä
n = n
ñm
.
• Yeâu caàu khi môû maùy :
- Doøng ñieän môû maùy (I
mm
) phaûi ñöôïc haïn cheá ñeán möùc thaáp nhaát.
- Moment môû maùy (M
mm
) phaûi ñuû lôùn.
- Thôøi gian môû maùy phaûi nhoû.
- Bieän phaùp vaø thieát bò môû maùy phaûi ñôn giaûn vaän haønh chaéc chaén.
• Töø caùc yeâu caàu treân chuùng ta coù caùc phöông phaùp môû maùy sau ñaây:
- Môû maùy tröïc tieáp (U = U
ñm
).
- Môû maùy baèng bieán trôû.
- Môû maùy baèng ñieän aùp thaáp ñaët vaøo phaàn öùng (U < U
ñm
).
Trong taát caû moïi tröôøng hôïp khi môû maùy bao giôø cuõng phaûi baûo ñaûm töø
thoâng
ñm
φ=φ nghóa laø bieán trôû maïch kích töø R
ñc
phaûi ôû trò soá nhoû nhaát ñeå sau khi
ñoùng ñieän, ñoäng cô ñöôïc kích thích toái ña vaø
öM
ICM
δ
Φ= lôùn nhaát. Phaûi ñaûm baûo
khoâng ñeå ñöùt maïch kích thích vì trong tröôøng hôïp ñoù Φ = 0 , M = 0 ñoäng cô khoâng
quay ñöôïc vaø do ñoù söùc phaûn ñieän ñoäng E
ö
= 0 → I
ö
= U / R
ö
raát lôùn laøm chaùy daây
quaán vaø vaønh goùp.
Muoán ñoåi chieàu quay cuûa ñoäng cô coù theå duøng moät trong hai phöông phaùp
hoaëc ñoåi chieàu doøng ñieän phaàn öùng I
ö
hoaëc ñoåi chieàu doøng ñieän kích thích I
t
.
Thoâng thöôøng treân thöïc teá chæ ñoåi chieàu I
ö
vì daây quaán kích töø coù nhieàu voøng daây
neân heä soá töï caûm L
t
raát lôùn vaø söï thay ñoåi I
t
daãn ñeán söï thay ñoåi s.ñ.ñ töï caûm raát
lôùn gaây ra ñieän aùp ñaùnh thuûng caùch ñieän cuûa daây quaán.
1. Môû maùy tröïc tieáp :
Phöông phaùp naøy ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñoùng thaúng
ñoäng cô vaøo nguoàn ñieän vôùi ñieän aùp ñònh möùc. Nhö vaäy ngay luùc khôûi ñoäng rotor
I
ö
+-
A
1
A
2
U
+-
I
t
F
1
F
2
I
Iö
-
+-
I
t
S
1
S
2
+
A
1
A
2
I
ö
U
I
Iö
I
ö
+-
A
1
A
2
U
+-
U
t
I
t
S
1
S
2
I
Iö
-
+-
It
S1
S2
+
A1A2
Iö
U
I
It
F1
F2
Iö
85
ø
chöa quay n=0 neân E
ö
= 0 vaø
Trong thöïc teá neân vôùi ñieän aùp ñònh möùc U* = 1
thì doøng I
ö
seõ raát lôùn:
Doøng ñieänmôû maùy quaù lôùn laøm hö hoûng coå goùp, xung löïc treân truïc laøm hö
hoûng truïc maùy.Neân phöông phaùp naøy chæ aùp duïng ñoái vôùi nhöõng ñoäng cô coâng suaát
nhoû khoaûng vaøi traêm watt trôû xuoáng vì côõ coâng suaát naøy maùy coù R
ö
lôùn. Do ñoù khi
môû maùy I
ö
= I
mm
≤ (4 ÷ 6)I
ñm
.
2. Môû maùy nhôø bieán trôû :
Ñeå traùnh nguy hieåm cho ñoäng cô ngöôøi ta phaûi giaûm doøng ñieän môû maùy I
mm
baèng caùch noái bieán trôû môû maùy R
mm
vôùi phaàn öùng. Doøng ñieän phaàn öùng cuûa ñoäng
cô ñöôïc tính theo bieåu thöùc:
Trong ñoù: i laø chæ thöù baäc cuûa caùc baäc ñieän trôû.
Tröôùc khi môû maùy phaûi ñeå R
mm max
, R
ñc min
. Gaït tay gaït T veà vò trí 1 ta coù doøng
ñieän môû maùy I
mm1
baèng: ∑
+
=
mmö
ñm
mm1 RR
U
I
,Vì khi môû maùy n = 0 neân
0nΦCE δeö
=.=
Do daây quaán kích thích ñöôïc noái tröïc tieáp vôùi nguoàn neân töø thoâng Φ = Φ
ñm
. Neáu moâ
men do ñoäng cô sinh ra lôùn hôn moâ men caûn treân truïc M
Ñ
> M
c
thì n ↑ → E
ö
↑ →
I
ö
↓ → M ↓. Khi I
ö
= I
mm2
= (1,1 ÷ 1,3)I
ñm
ta gaït tay gaït T ñeán vò trí 2 vì 1 baäc ñieän trôû
bò loaïi tröø neân I
ö
↑ ñeán I
mm1
: I
ö
↑ → M ↑ → n ↑ → E
ö
↑ → I
ö
↓ → M ↓ khi I
ö
↓ ñeán
I
mm2
ta gaït T ñeán vò trí 3 vaø laàn löôït ñeán vò trí 4, 5. Quaù trình treân cöù laëp laïi cho ñeán
khi n
Ñ
= n
ñm
thì R
mm
cuõng bò loaïi tröø khoûi maïch phaàn öùng. Neáu R
mm
heát maø n
Ñ
chöa
baèng n
ñm
thì ñieàu chænh R
ñc
. Muoán döøng maùy ta keùo tay gaït T veà vò trí ban ñaàu soá 0,
toác ñoä maùy chaäm laïi chaäm laïi, vaø caét nguoàn ñieän ñöa vaøo ñoäng cô. Giôùi haïn treân
cuûa doøng ñieän môû maùy I
mm1
ñöôïc choïn sao cho thoûa maõn ñieàu kieän ñoåi chieàu doøng
Hình 8.3 Sô ñoà môû maùy ñoäng cô ñieän moät
chieàu kích thích song song baèng bieán trôû Hình 8.4 Caùc quan heä Iö , M, n theo thôøi gian
khi môû maùy ñoäng cô.
ö
ñm
ö
öñm
mmö
R
U
R
EU
II =
−
==
ñm
ñmö.
ö
U
.IR
0.10.02R
*
=÷=
∑
+
−
=
mmiö
öñm
ö
RR
EU
I
ñmömm
I1050II
)(
÷== hay
1050 ÷=Ι=
Ι
Ι
*mm
ñm
mm
t
0
Imm2
Imm1
Iö, M, n
t2
t1t3t4t5
n
Iö
M
MC
Rñc
U
ñm
Rmm
It
m
TIö
Ñ
86
ø
ñieän (tia löûa) treân caùc choåi than. Giôùi haïn döôùi cuûa doøng ñieän I
mm2
ñöôïc choïn sao
cho thoûa maõn ñieàu kieän: ;
J: Moâment quaùn tính cuûa khoái quay;
ω:toác ñoä goùc cuûa roto.
Thöôøng choïn I
mm1
= (1,5 ÷ 1,75)I
ñm
, I
mm2
= (1,1 ÷ 1,3)I
ñm
.
3. Môû maùy baèng ñieän aùp thaáp
U
mm
< U
ñm
Trong caùc thieát bò coâng suaát lôùn, bieán trôû môû maùy raát coàng keành vaø ñöa laïi
naêng löôïng toån hao lôùn, nhaát laø khi phaûi môû maùy luoân. Neân trong moät soá thieát bò
ngöôøi ta duøng môû maùy khoâng bieán trôû baèng caùch ha ñieän aùp ñaët vaøo ñoäng cô luùc
môû maùy. Duøng toå maùy phaùt - ñoäng cô (Heä thoáng WARD - LEONARD h8.5) nguoàn
ñieän aùp coù theå ñieàu chænh ñöôïc cuûa maùy phaùt cung caáp cho phaàn öùng cuûa ñoäng
cô, trong khi ñoù maïch kích thích cuûa maùy phaùt vaø ñoäng cô phaûi ñöôïc ñaët döôùi 1
ñieän aùp ñoäc laäp khaùc. Phöông phaùp naøy chæ aùp duïng cho ÑCÑKTÑL. Thöôøng ñöôïc
keát hôïp vôùi ñieàu chænh n.
0
>
ω
=Μ−Μ=Μ
dt
d
J.
cÑñl
Hình 8.5 Sô ñoà noái daây cuûa heä thoáng Ward - Leonard thay ñoåi ñieän aùp ñeå ñieàu khieån
moät ÑCÑKTÑL (ha). Heä thoáng maùy phaùt- ñoäng cô goàm 3 boä phaän: Maùy kích töø nhoû,
ñoäng cô sô caáp, maùy phaùt ñieän DC ñieàu khieån (hb).
§ 8.3 Ñaëc tính cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu
Tuøy theo caùch kích töø ñoäng cô ñieän moät chieàu coù nhöõng tính naêng khaùc nhau
bieåu dieãn baèng caùc ñöôøng ñaëc tính laøm vieäc, ñaëc tính cô khaùc nhau. Ñaëc tính quan
troïng nhaát laø ñaëc tính cô bieåu thò quan heä giöõa toác ñoä quay vaø moâmen : n = f(M)
I. Ñaëc tính cô vaø ñieàu chænh toác ñoä cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu:
1. Ñaëc tính cô
Töø bieåu thöùc E
ö
= C
e
Φ
δ
n⇒
ö
δE
ö
δEδE
öö
δE
ö
I
ΦC
R
ΦC
U
ΦC
RIU
ΦC
E
n−=
−
==
(8-1)
Vôùi
60a
pN
C
E
=;R
ö
= R
b
+ R
ct
+ R
f
Trong ñoù: R
ö
: Ñieän trôû phaàn öùng;
R
b
: Ñieän trôû daây quaán buø;
R
ct
: Ñieän trôû tieáp xuùc cuûa choåi than vôùi vaønh goùp;
R
f
: Ñieän trôû daây quaán cöïc töø phuï;
Ñoäng cô
sô caáp AC
ÑCÑDC
KTÑL caàn
ñieàu khieån
Nguoàn 3 pha
Kích töøMF ñieàu khieån
Khôùp noái
Bus kích töø
Heä thoáng MF-ÑC
Ñieän trôû
ñieàu chænh
b,
a,
Maùy phaùt kích
töø nhoû
Ñoäng cô sô caápMaùy phaùt ñieàu khieån
87
ø
Phöông trình (8-1) ñöôïc goïi laø phöông trình ñaëc tính toác ñoä cuûa ñoäng cô:n=f(I
ö
).
Vì:
M = CM
Φ
δ
Iö neân: (8-2)
Phöông trình (8-2) ñöôïc goïi laø phöông trình ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô: n = f(M).
Μ
..
−= 2
ME
ö
ECC
R
C
U
n
δ
δΦ
Φ
Töø (8-1) vaø (8-2) ta thaáy khi phuï taûi ñaët treân truïc ñoäng cô baèng 0, tröôøng hôïp lyù
töôûng I
ö
= 0 hoaëc M = 0 thì
Taïi n = 0 ta coù :
Ñaët :
Ñaëc tính cô vaø ñaëc tính toác ñoä cuûa ñoäng cô coù ñoä doác khoâng ñoåi coøn ñoä suït toác
ñoä bieán ñoåi theo doøng ñieän vaø moâment.
0
e
n
C
U
n=
Φ
=
δ
: Toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng
Heä soá goùc cuûa ñaëc tính toác ñoä vaø
ñaëc tính cô.
n
ö
öI
R
U
I==
nnM
ö
M
MIC
R
U
CM =Φ=Φ=
δδ
vaø
vaø
Ñoä suït toác ñoä cuûa ñaëc tính toác ñoä
vaø ñaëc tính cô taïi 1 giaù trò doøng ñieän
vaø moâ men nhaát ñònh.
Phöông trình ñaëc tính cô coù theå vieát:
n = n
0
- ∆n
∆n = n
0
-n
Bieåu dieãn treân ñoà thò:
Hình 8.6 Ñaëc tính toác ñoä cuûa ñoäng cô ñieän moät
chieàu kích töø ñoäc laäp
Hình 8.7 Ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän moät
chieàu kích töø ñoäc laäp
Trong truyeàn ñoäng ñieän 1 vaán ñeà töông ñoái quan troïng ñöôïc ñaët ra laø phaûi
coù söï phoái hôïp toát ñaëc tính cô cuûa ñoäng cô ñieän vaø ñaëc tính cô cuûa phuï taûi hoaëc
maùy coâng taùc. Thí duï : Toác ñoä cuûa heä thoáng phaûi khoâng ñoåi hay thay ñoåi nhieàu khi
moâment taûi thay ñoåi vaø ñeå thoûa maõn caùc yeâu caàu ñoù caàn phaûi duøng caùc loaïi ñoäng
cô ñieän khaùc nhau coù ñaëc tính cô thích hôïp. Söï phoái hôïp caùc ñaëc tính cô cuûa ñoäng
cô ñieän vaø cuûa taûi coøn phaûi ñaûm baûo ñöôïc tính oån ñònh trong cheá ñoä laøm vieäc xaùc
α′
=
Φδ
tang
C
R
E
ö
n
C
R
ö
E
ö′
∆=Ι
Φδ
α=
Φ
δ
tang
CC
R
ME
ö
2
n
CC
R
ME
ö∆=Μ
Φ
δ
2
→→
→
→
M
Mn
nn
n
0
n
0
n
1
n
2
∆n
1
∆n
2
→
→
→
→
I