Website: Email : Tel : 0918.775.368
Tổng quan về hệ thống đo và điều chỉnh
tốc độ của động cơ điện
Trong thực tế sản xuất, gia công chế tạo cũng nh để tạo ra sản phẩm cho
mọi ngành, mọi nghề. Nh ta đã biết để tạo ra mỗi sản phẩm, mỗi chi tiết đều phải
qua rất nhiều nguyên công mà trong mỗi một nguyên công lại có những tốc độ
phù hợp để tạo ra năng suất, chất lợng của sản phẩm. Chính vì vậy mà việc đo và
điều chỉnh tốc độ của động cơ điện là một việc rất cần thiết nhất trong phơng
thức sản xuất theo dây chuyền.
Việc đo và xử lý tốc độ cùng với việc điều khiển động cơ điện nó là hệ
điều chỉnh truyền động điện.
Cấu trúc chung của một hệ thống đo lờng và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện.
M là động cơ truyền động quay máy sản xuất.
M
sx
là máy sản xuất.
BĐ là thiết bị biến đổi năng lợng cấp cho động cơ.
ĐK là hệ thống điều khiển.
ĐTĐ là tín hiệu đặt.
ĐL là hệ thống đo lờng về tốc độ của động cơ và máy sản xuất.
Hệ thống đo tốc độ và điều khiển động cơ điện tách làm hai phần.
- Đo tốc độ.
- Điều khiển động cơ.
Ta lần lợt nghiên cứu và xét từng phần.
Phần thứ nhất: đo tốc độ động cơ điện
I. Khái niệm chung về việc đo tốc độ
Tốc độ của động cơ có thứ nguyên là số vòng/1 phút nó là một đại lợng vật
lý không mang đặc trng của đại lợng điện vậy để do đợc tốc độ quay của mọi
động cơ nói chung cũng nh động cơ điện nói riêng ngời ta phải biến đổi nó ra
XLTH BĐ M
ĐK ĐL

Tín hiệu chuẩn
Website: Email : Tel : 0918.775.368
một đại lợng khác để phù hợp và tiện lợi đồng thời đáp ứng đợc cáp chính xác
theo yêu cầu của công việc.
Trong quá khứ việc ứng dụng của cơ học và quang học đã giúp ích cho kỹ
thuật đo lờng. Hiện tại và tơng lai với tốc độ phát triển ngày một hoàn thiện hơn
của ngành điện kể cả về lý thuyết và những công nghệ cao trong kỹ thuật điện tử
thì điện tử đã góp rất nhiều trong sự phát triển cho thiết bị đo lờng. Các đại lợng
điện và không điện đợc cảm biến đo lờng chuyển đổi sang tín hiệu điện. Các tín
hiệu này đợc các mạch điện tử chế biến cho phù hợp với mạch đo, mạch thu thập
dữ liệu đo lờng.
Những u điểm của mạch điện tử
- Độ nhạy thích hợp.
- Tiêu thụ năng lợng thấp.
- Tốc độ đáp ứng nhanh.
- Dễ tơng thích truyền đi xa.
- Độ tin cậy cao.
- Độ linh hoạt cao dễ thích nghi với các vấn đề đo lờng.
Trớc khi xét về hệ thống đo lờng điện tử ta đề cập đến một tốc độ kế đơn
giản.
Website: Email : Tel : 0918.775.368
1. Mô tả dụng cụ đo tốc độ
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của một thiết bị đo tốc độ vòng quay loại đơn giản.
1 là nam châm vĩnh cửu có thể quay trơn tự do và đợc nối với trục của
động cơ cần kiểm tra qua một trục dẫn mềm hoặc một đầu tỳ kiểu con tu.
2 là đĩa nhôm.
3 là kim chỉ thị.
4 là lò xo cản.
5 là trục đợc gá trên bệ ổ đỡ có thể quay trơn trợt các phần tử 2, 3, 4, 5 đợc
gắn chặt với nhau.

2. Nguyên lý làm việc của thiết bị
Khi nam châm vĩnh cửu (1) quay làm cho từ trờng mà nó tạo ra cũng quay
theo và quét lên đĩa nhôm (2) nh vậy đĩa nhôm 2 khi đó có một từ trờng biển đổi.
Tốc độ quay của từ trờng chính là tốc độ mà nam châm (1) quay hay chính là tốc độ
quay của đại lợng cần kiểm tra. Trên đĩa nhôm (2 ) xuât hiện dòng cảm ứng dòng
điện này tác dụng với từ trờng của nam châm (1) và tạo ra một mômen điện từ.
Mômen này làm cho đĩa nhôm (2) quay theo chiều quay của nam châm (1). Độ lớn
mômen này hoàn toàn tỷ lệ với tốc độ quay của nam châm (1).
Khi đĩa nhôm quay làm trục (5) quay theo
Khi trục (5) quay làm kim chỉ thị cũng quay theo. Trên khắc độ của chỉ
báo đợc chia theo sao cho phù hợp với giá trị tốc độ của động cơ.
Khi trục (5) quay đồng thời nó cũng làm cho lò xo (4) cũng quay theo nên
nó đã tạo ra một mômen cản: Độ lớn của mômen cản này tỷ lệ với góc xoay của
trục (5) còn chiều thì mômen cản này có chiều ngợc với chiều của mômen điện
từ do đĩa nhôm (2) tạo ra.
Vậy đĩa nhôm sẽ dừng tại vị trí mà M
đtừ
= M
cản

Nhận xét
Hình 2.3: Cấu tạo của tốc độ kế cầm tay
1
2
3
4
5
Website: Email : Tel : 0918.775.368
- Ưu điểm:
+ Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ, chủ yếu là cơ khí.

+ Không tiêu hao năng lợng.
+ Kết cấu chắc chắn, độ tin cậy cao.
- Nhợc điểm:
+ Cấp chính xác thấp.
+ Không lấy ra đợc tín hiệu để khống chế và điều khiển.
Phạm vị ứng dụng:
- Vì thiết bị không tiêu hao năng lợng lên nó rất tiện lợi dùng để kiểm tra
những tốc độ của những thiết bị nh: ôtô, xe máy để báo tốc độ xe chạy hoặc báo
tốc độ quay của máy.
- Mặt khác ngời ta có thể chế tạo một cách hợp lý về kết cấu để làm tốc
độ kế để kiểm tra tốc độ quay của những thiết bị đơn lẻ.
3. Hệ thống đo lờng
3.1. Hệ thống đo lờng dạng tơng tự
Tín hiệu đo đợc tạo ra từ bộ cảm biến đo lờng do đại lợng đo tác động vào.
Sau khi qua mạch chế biến tín hiệu thì tín hiệu này đi vào bộ hiển thị kết quả, tại
đây kết quả có thể đợc thông báo trên màn ảnh, đợc lu trữ trong thiết bị ghi hoặc
qua thiết bị đợc đọc rồi đa đến khâu xử lý và sử dụng kết quả. Ngoài ra hệ thống
đo lờng còn liên kết với hệ thống điều khiển tự động bằng cách lấy tín hiệu từ
đầu ra của bộ chế biến qua mạch so sánh với tín hiệu đặt (tín hiệu chuẩn) để điều
khiển đối tợng đang đợc đo.
Sử dụng
kết quả
Đại l ợng
đo và
điều
khiển
Cảm biến Giao
tiếp
Khuyếch
đại

Mạch
lọc
Tín hiệu
đặt
Mạch so
sánh
Hiển thị
Thiết bị
đọc
Hình 1: Hệ thống đo l ờng điều khiển
Thiết bị điều
khiển
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Ví dụ: trong hệ đo và điều khiển tốc độ động cơ đây đợc gọi là khâu hồi
tiếp theo tốc độ để quy trì tốc độ của động cơ so với tốc độ đặt.
3.2. Hệ thống đo lờng dạng số
Hệ thống đo lờng điện tử dãy số kết hợp với thiết bị vi xử lý tham gia vào
hệ thống đo lờng nhằm mục đích xử lý nhanh tín hiệu đo. khả năng chống nhiễu
tốt hơn so với tín hiệu đo ở dạng tơng tự khi truyền đi xa. Cách ly tốt hơn và dễ
thực hiện (phối ghép bằng tín hiệu quang Opso Coupler). Đây cũng là hình
thức thờng sử dụng hiện nay.
Với sự phát triển của máy tính cá nhân (PC), hệ thống đo lờng dùng kỹ
thuật số, dùng PC thực hiện tự động hoá hệ thống đo lờng ở mức cao hơn và
thuận lợi hơn khi sử dụng. Điều đó cho chúng ta thấy đợc xu thế máy tính hoá
thiết bị đo lờng.
Trong hệ thống đo lờng dùng kỹ thuật số, tín hiệu dạng tơng tự đợc
chuyển đổi sang tín hiệu số bằng các mạch chuyển đổi ADC để cho bộ vi xử lý
MP hoạt động, sau đó để có tín hiệu dạng tơng tự thì ta lại khôi phục lại qua
mạch DAC.
Ngoài ra hệ thống đo lờng dạng số còn có u điểm là sự hoạt động thông

minh nhờ vào chơng trình (phần mềm software) cài đặt vào máy tính để xử lý tín
hiệu đo lờng và điều khiển hệ thống tự động hoá cho cả dây chuyền sản xuất.
III. Phân tích chức năng của từng khối trong hệ thống
3. Cảm biến đo tốc độ
Việc đo tốc độ quay nói chung và tốc độ quay của động cơ điện nói riêng
ngoài việc xác định của giá trị của tốc độ tại những thời điểm cần khảo sát nó
còn mang một ý nghĩa là đại lợng điều chỉnh chính trong hệ thống điều chỉnh tự
Cảm
biến
Chế biến
tín hiệu
S/H ADC
Hiển
thị số
DAC
Máy
ghi (in)
Ch ơng
trình
àF
Bộ điều khiển
logic
Thiết bị
điều khiển
Đại l ợng đo quan sát
Tín hiệu vật lý
Hình 2.1: Hệ thống đo l ờng điện tử dạng số kết hợp với àP
Website: Email : Tel : 0918.775.368
động trong truyền động điện. Vì vậy thiết bị đo tốc độ có vai trò quan trọng
quyết định đến chất lợng động và tĩnh của truyền động.

Trong kỹ nghệ các cảm biến dùng để đo tốc độ quay dựa trên định luật
Faraday e = -d/dt tạo ra những cảm biến theo nguyên lý của máy phát và đợc
gọi là máy phát đo tốc độ và cũng có hai loại là một chiều và xoay chiều. Ngoài
ra còn có các bộ cảm biến đo tốc độ xung và số.
3.3.1. Cảm biến đo tốc độ quay loại điện từ
a. Tốc độ kế điện từ loại DC
Yêu cầu đối với máy phát tốc độ một chiều là điện áp một chiều có chứa ít
thành phần điện áp xoay chiều tần số cao và phải đảm bảo tỷ lệ với tốc độ quay
của động cơ, không đợc trễ về nhiều giá trị cũng nh về dấu so với biến đổi của
đại lợng đo. Ngoài ra phải đáp ứng yêu cầu là điện áp phát ra không phụ thuộc
vào tải và biến đổi nhiệt độ. Để đáp ứng yêu cầu trên thì về mặt cấu tạo phải làm
sao để máy phát một chiều phải có từ thông không đổi trong toàn vùng điều
chỉnh tốc độ (từ giới hạn min max). Vì vậy, phải hạn chế tổn thất mạch từ
bắng việc sử dụng vật liệu từ có từ trễ hẹp và sử dụng các lá thép kỹ thuật điện
mỏng để hạn chế dòng điện xoay chiều.
Về cấu tạo đợc chia làm hai phần chính
Phần cảm (phần đứng yên) gọi là stato đợc cấu tạo bởi vật liệu sắt từ nh đã
nói trên và nó mang 2p cực đợc hình thành do sự quấn dây hoặ nam châm vĩnh
cửu.
Phần quay (phần ứng) hay còn gọi là roto cũng đợc cấu tạo từ các lá thép
kỹ thuật điện ghép lại. Phần ứng đợc tạo các rãnh song song với nhau và song
song với trục của roto trong rãnh có đặt các thanh dẫn, số thanh dẫn n = 2k, các
đầu dây ra đợc nối với các phiến góp tơng ứng. Tập hợp các phiến góp gọi là cổ
góp và trên đó có bố trí một cắp chổi than với lực từ thích hợp để lấy điện ra. Sức
điện động thu đợc có dạng Z = (/2)/.n.
o

Một cách tổng quát
Chổi than
Cổ góp

Stato
Roto
N S
Hình 1.1: Cấu tạo tốc độ kế điện từ loại DC
Website: Email : Tel : 0918.775.368
o
n
a
p
E



=
2
Trong đó
p là số đôi cực ở phần cảm
là vân tốc góc.
a là số mạch nhánh song song.
n là số thanh dẫn.
b. Cảm biến điện từ loại AC
Loại này không có cổ góp, không có chổi than. Điều này tạo ra có độ bền
cao hơn, không bị giảm điện áp do chổi than gây ra, không phát sinh tia lửa ở cổ
góp nên ít ảnh hởng nhiều. Nhng ngợc lại loại này phức tạp hơn, sự xác định độ
lớn tín hiệu thờng phải chỉnh lu tín hiệu thu đợc đồng thời nó không có khả năng
xác định đợc chiều quay nên khi sử dụng vào hệ thống điều khiển phải cấp thêm
mạch xác định chiều quay.
Đối với máy phát một pha dùng hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc 90
0
còn đối với máy ba pha dùng mạch xác định thứ tự pha để xác định chiều quay.

Cảm biến điện từ loại AC thực chất là máy phát điện loại nhỏ phần quay
đợc nối với trục của động cơ mà ta cần kiểm tra tốc độ. Phần quaylà một nam
châm vĩnh cửu có một hoặc nhiều cặp cực. Phần cảm đợc quấn dây có thể là một
pha, ba pha hoặc nhiều hơn. Sức điện động thu đợc ở phần cảm có dạng
e = Esint
Với E = K
1
; = K
2

K
1
, K
2
phụ thuộc vào cấu tạo của máy.
3.3.2. Cảm biến đo tốc độ loại xung số
Chi tiết thử nghiệm thờng là đĩa gắn lên trục quay mà cần xác định tốc độ.
Đĩa thờng đợc cấu tạo có dạng tuần hoàn, trên đĩa thờng đợc chia làm P phần
bằng nhau, mỗi phần đợc đanh dấu mang một đặc tính nh lỗ, răng,
Một cảm biến phân tích đợc đặt đối diện vời chi tiết thử nghiệm, phân tích
(đếm) số phần tử đi đánh dấu đi ngang qua đồng thời tạo ra một tín hiệu xung t-
ơng ứng. Tần số f của tín hiệu xung tạo ra bởi cảm biến có giá trị:
f = p.N (Hz)
Trong đó:
N là số vòng quay của chi tiết thử nghiệm trong đơn vị thời gian.
p là số phần tử đợc đánh dấu trên đĩa.
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Việc chọn cảm biến đợc gắn liền với loại vật liệu làm đĩa quay cũng nh
phần tử đánh dấu trên đĩa. Ngời ta sử dụng tuỳ theo trờng hợp, hoặc một trong
những cảm biến do giới hạn hai đầu hoặc một cảm biến quang.

Ưu điểm của tốc độ loại xung là cấu tạo đơn giản, chắc chắn nên bảo quản
dễ dàng mặt khác nó không tạo nên tiếng ồn không có nhiều ký sinh đồng thời
việc biến đổi sang tín hiệu số đơn giản. Dựa theo nguyên tắc trên ngời ta tạo ra
các cảm biến sau:
a. Cảm biến từ trở thay đổi
Cấu tạo hình vẽ
Nguyên tắc hoạt động:
Cuộn dây phân tích có lõi sắt
từ cho phép một từ thông đi qua nó.
Nam châm tạo ra từ thông và khép
mạch qua lõi sắt của cuộn dây.
Cuộn dây đợc đặt đối diện với đĩa
cũng cấu tạo bởi vật liệu sắt từ
(hình vẽ) sự dịch chuyển của đĩa sẽ
tạo ra sự gián đoạn của mạch từ (do cấu tạo của đĩa) khi đó từ trở của lõi cuộn
dây thay đổi khi đó cuộn dây sẽ có sức điện động cảm ứng mà tần số tỷ lệ với
vận tốc quay của đĩa.
Độ lớn của sức điện động cũng phụ thuộc vào tốc độ và khoảng cách khe
hở mà mạch từ tạo nên. Nó giảm với nhau khi khoảng cách tăng lên ngoài ra nó
còn phụ thuộc với tốc độ quay đối với tốc độ bé sức điện động rất nhỏ và trong
phạm vi này ngời ta gọi là vùng chết không thể đo đợc.
b. Cảm biến tốc độ
loại quang học
Cấu tạo (hình vẽ)
Gồm một nguồn sáng
và một bộ phân phân sinh
quang có thể là diot quang
hoặc Tranzitor quang.
Đĩa quay đợc đặt
giữa hai phần tử trên. Cấu

tạo của đĩa có thể làm bằng
vật liệu trong suốt và có
những mảng chắn ánh sáng
gắn đều nhau hoặc ngợc lại đĩa có thể làm bằng vật liệu không cho ánh sáng
Nam châm
Cuộn dây
Khe hở không khí
Hình 2.1: Nguyên tắc của tốc
độ kế loại từ trở thay đổi
Nguồn
sáng
Thấu
kính
Bộ phân tích
quang
Hình 2.2: Nguyên tắc cấu tạo
chuyển đổi quang học
Website: Email : Tel : 0918.775.368
chiếu qua trên chu vi của đĩa ngời ta tạo ra những (lỗ, khe) có khoảng cách đều
nhau theo chu vi.
Bộ phận phân tích nhận đợc lợng ánh sáng đợc điều khiển bởi đĩa quay, sẽ
tạo ra một tín hiệu điện có tần số tỷ lệ với tốc độ quay còn biên độ độc lập với
vận tốc. Khoảng đo vận tốc phụ thuộc.
Một mặt số lần gián đoạn trên đĩa (số phần tử đánh dấu).
Một mặt do băng thông của bộ phân tích và mạch điện đi kèm.
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Phần II
điều chỉnh tốc độ động cơ
A. Tổng quan về điều khiển động cơ điện
Động cơ điện đợc sử dụng rất rộng rãi do có nhiều u điểm so với các loại

động cơ khác. Hiệu suất cao, tác động nhanh, dễ dàng điều khiển và tự động hoá,
làm việc tin cậy, hệ thống cung cấp năng lợng tiện lợi và kinh tế. Chính vì vậy
mà hầu hết các máy sản xuất đều đợc truyền động bằng động cơ điện.
Các phần tử cơ bản của một số hệ thống truyền động điện bao gồm.
1. Động cơ điện: Chức năng biến đổi điện năng thành cơ năng quay các máy sản
xuất.
2. Máy sản xuất: Là thiết bị cơ khí thực hiện chức năng theo công nghệ sản
xuất.
3. Bộ biến đổi: Dùng để biến đổi nguồn điện lới thành nguồn điện phù hợp với
động cơ.
4. Hệ thống điều khiển và bảo vệ nhằm thực hiện các chức năng:
Mở máy và hãm máy thực hiện chức năng hạn chế dòng điện và mômen
của động cơ trong giới hạn cho phép với thời gian ngắn nhất.
Điều chỉnh tốc độ của động cơ theo yêu cầu của công nghệ đòi hỏi.
Bảo vệ động cơ khi quá tải và ngắn mạch.
Trong hệ truyền động điện cho trong hình trên ta đi xem xét và tìm hiểu
các phơng pháp điều khiển tốc độ cho động cơ điện.
Nguyên lý làm việc của tất cả các máy điện quay đều dựa vào hai định luật
điện tử cơ bản đó là
Định luật cảm ứng điện từ: Định luật Faraday
ulBe



.^=
Định luật về lực điện từ: Định luật Laplace
Blif




^.=
Đó là định luật cơ bản của động cơ biến đổi cơ năng thành điện năng.
L ới điện Bộ biến đổi Động cơ điện Máy sản xuất
Hệ thống điều
khiển và bảo vệ
Hình 1: Sơ đồ khối một hệ thống truyền đồng điện
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Tuỳ theo cách tạo ra từ trờng, kết cấu của mạch từ và dùng dây quấn mà ta
có bốn loại động cơ sau:
1. Động cơ không đồng bộ
2. Động cơ đồng bộ.
3. Động cơ một chiều.
4. Động cơ xoay chiều có vành góp.
B. Phơng pháp điều khiển tốc độ động cơ điện
I. Những chỉ tiêu của hệ điều chỉnh tốc độ đối với động cơ điện
Điều chỉnh tốc độ truyền động điện là dùng phơng pháp thuần tuý điện
tác động lên bản thân hệ truyền động điện (nguồn và động cơ điện) để thay đổi
tốc độ quay của động cơ điện.
Để đánh giá chất lợng của một hệ thống truyền động điện thờng căn cứ
vào một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản các chỉ tiêu này cũng đợc tính đến
khi thiết kế hoặc chỉ định các hệ thống truyền động điện.
Đó là các chỉ tiêu:
1.Sai số tốc độ.
2. Độ trơn của điều chỉnh tốc độ.
3. Đai điều chỉnh tốc độ
4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải.
5. Chỉ tiêu kinh tế.
6. Các chỉ tiêu khác.
7. Tổn thất năng lợng khi điều chỉnh.
Website: Email : Tel : 0918.775.368

1.1. Phơng pháp điều chỉnh tốc độ đối với động cơ điện một chiều
1.1.1. Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều

.
=
.
=

ee
u
C
RIU
C
E
n
và M = C
M
..I
2


.
.
=

eMe
CC
MR
C
U

n
Phơng trình biểu diễn sự quan hệ giữa tốc độ động cơ với mômen quay của
động cơ gọi là phơng trình đặc tính cơ của động cơ n = f(M).
Từ phơng trình trên ta thấy đối với động cơ điện một chiều việc thực hiện
thay đổi tốc độ của động cơ có thể thực hiện đợc bằng cách thay đổi các đại lợng
, U, R.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi đợc áp dụng tơng đối
phổ biến, vì nó có thể thay đổi liên tục và kinh tế trong quá trình điều chỉnh hiệu
suất = coxtg vì sự điều chỉnh thực hiện tác động lên mạch kích từ có công suất
rất nhỏ so với công suất của động cơ. Song về dải điều chỉnh của nó tơng đối hẹp
bởi vì tốc dộ điều chỉnh chỉ có thể lớn hơn tốc độ định mức vì không đợc phép
tăng >
đm
mắt khác bị hạn chế bởi điều kiện cơ khí và khả năng đảo chiều.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách ghép thêm điện trở phụ vào
mạch phần ứng để làm tăng R. Phơng pháp này chỉ có thể điều chỉnh đợc tốc độ
< tốc độ định mức và kèm theo tổn hao năng lợng trên điện trở phụ dẫn đến làm
giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phơng pháp này chỉ áp dụng ở động cơ
điện có công suất nhỏ vì trên thực tế thờng dùng cho các động cơ trên máy trực
hoặc trên các máy vận tải.
Phơng pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi điện áp đựt vào
phần ứng chúng chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay dơiú tốc độ định mức của
động cơ điện nhng phơng pháp này không gây hao tổn trong động cơ điện nhng
đòi hỏi nó phải có nguồn riêng nên nguồn đó có thể thay đổi đợc điện áp.
Trên đây là các phơng pháp để thực hiện việc điều chỉnh tốc độ quay của
động cơ điện. Trên thực tế mọi động cơ điện một chiều có chung một nguyên lý
cấu tạo nhng dùng theo cách đấu nối khác nhau mà ta có những loại động cơ có
kích từ khác nhau và mỗi loại lại mang những néta riêng khác nhau. Ta sẽ xét
từng trờng hợp cụ thể.
2.1. Động cơ điện một chiều kích thích song song hoặc kích thích độc lập

Website: Email : Tel : 0918.775.368
Với điều kiện U= constg I
t
= constg
Khi M và I

thay đổi từ thông của động cơ cũng hầu nh không thay đổi
(bỏ qua phản ứng phần ứng) khi đó phơng trình đặc tính cơ của động cơ có dạng

.
=

K
MR
o

(1)
Nhìn vào phơng trình đặc tính cơ ta thấy đờng đặc tính cơ của động cơ
một chiều kích thích song song hoặc độc lập là một đờng thẳng với độ dốc phụ
thuộc vào giá trị của R
a. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông
Nếu tăng điện trở R
đc
trên mạch kích từ với những giá trị khác nhau của
R
đc
ta có I
b
thay đổi.
Kết quả ta có họ đặc tính nh trên hình vẽ

Các đờng đó có n
o
> n
o đm
vì

.
=
e
o
K
U
n
độ dốc càng lớn hơn độ dốc kho =
đm
Khi đó trên đồ thị ta có đờng đặc tính cơ tự nhiên đờng số 1 trong đó n
o
là
tốc độ không tải

.
=
e
o
C
U
n
Từ phơng trình đặc tính cơ
n
n

o
n
đm
(1)
(1 - 2)
(1 - 3)
M
đm
M (I

)
n
n
0-2
n
0-1
n
0

2
<
1

1
<
đm

đm
M
U = e

tc
I


I
b

R
đch
Website: Email : Tel : 0918.775.368
M
K
R
nM
CC
R
C
U
n
o
eMe

=.

=
2

Ta thấy: để thay tốc độ của động cơ ta có thể thực hiện bằng các phơng
pháp sau.
a. Phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch

phần ứng để tăng R. Phơng pháp này chỉ có thể điều chỉnh tốc độ quay trong
vùng dới tốc độ định mức và luôn kèm theo tổn hao năng lợng trên điện trở phụ
làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phơng pháp này chỉ áp dụng ở
động cơ điện có công suất nhỏ thực tế thờng dùng ở động cơ điện trong các máy
trục. Khi đó ta có họ đặc tính nằm phía dơid đờng (1) đó là (1-2), (1-3).
Nếu ghép thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng. Khi đó ta có phơng trình
đặc tính cơ nh sau:
( )
M
U
RR
nn
f
o
.
+
=

b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng
Nếu ta nói thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng thì biểu thức (1) trở
thành
(
)
Q
MRR
nn
f
o
.+
=


(2)
Biểu thức (2) biểu thị đặc tính cơ của động cơ khi
U = C
tc
I
b
= C
tc
Từ đó ta thấy:
Khi R
f
= 0 là đờng đặc tính cơ
tự nhiên.
Khi R
f
càng lớn dẫn đến độ dốc
lớn nhng n
o
không thay đổi.
Trên hình vẽ biểu diễn các đờng
đặc tính khi không điều chỉnh
R
f
= 0.
Khi R
f1
< R
f2
< R

f3

c. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp
n
n
o
R
f
= 0
R
f1
R
f2
R
f3
M
đm
M
n
n
o
n
01
n
02
n
03
U
đm
U

đc3
U
đc2
U
đc1
MM
đm
Bộ biến
đổi điện áp
I
kt
= e
tc
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Phơng pháp này chỉ áp dụng đợc đối với động cơ điện kích thích độc lập
hoặc động cơ điện kích thích song song làm việc ở chế độ kích thích độc lập.
Việc cung cấp điện áp có thể điều chỉnh đợc cho động cơ từ một nguồn độc lập
đợc thực hiện trong kỹ thuật bằng cách sử dụng các bộ biến đổi để tạo ra nguồn
độc lập có thể là máy phát động cơ hoặc khuyếch đại từ động cơ hoặc các
bộ biến đổi điện tử
Điều khiển bằng phơng pháp này không làm thay đổi độ cứng của đờng
đặc tính cơ nhng nó cũng không cho phép điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ định
mức. Vì U
đm
U
đc
mà thôi.
U
đm
> U

đc1
> U
đc2
> U
đc3
2.1.2. Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp
Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp dùng kích từ chính là dòng
phần ứng I
t
= I = I.
Trong trờng hợp không xét đến ảnh hởng do bão hoà của mạch từ cũng nh
bỏ qua điện trở phần ứng R ta thấy n
m
u

2
2
n
u
M =
. Nh vậy khi đó đ-
ờng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp có dạng đờng
Hypecbol.
Tốc độ của động cơ tăng rất nhanh khi M giảm và đạt tới giá trị rất lớn khi
M
c
= 0.
a. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông
I


I
t
KT
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Để điều chỉnh dòng kích từ đối với động cơ có kích từ nối tiếp.
Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp thay đổi từ thông
đối với động cơ kích từ nối tiếp.
a. Mắc sau dây quấn kích thích.
b.Thay đổi dây quấn kích thích .
c.Mắc sau phần ứng động cơ.
d. Thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng.
b. Điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng
(Hình vẽ d) phơng pháp này chỉ điều chỉnh đợc tốc độ nhỏ hơn tốc độ
định mức và kèm theo là tổn hao lớn trên điện trở phụ nên làm giảm hiệu suất
của động cơ nên phơng pháp này ít đợc dùng.
c. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phơng pháp thay đổi điện áp
Phơng pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong phạm vi dới tốc độ
định mức vì không cho phép tăng điện áp quá định mức nhng lại giữ đợc hiệu
suất cao do không có điện trở phụ tham gia điều chỉnh phơng pháp này có thể
thực hiện bằng cách phối hợp nối song song hoặc nối tiếp hai động cơ có cùng
các thông số kỹ thuật hoặc dùng đến bộ băm điện áp một chiều để tạo ra giá trị
điện áp trong bình dặt vào động cơ thay đổi.
1.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ đối với động cơ kích thích hỗn hợp
Động cơ điện một chiều kích từ ngoài việc sử dụng nối tiếp, song song hay
độc lập ngời ta còn chế tạo loại gồm hai thành
phần kích từ vừa song song hoặc độc lập vừa nối
tiếp (hình vẽ).
Trong trờng hợp này cuộn kích từ nối tiếp
hầu hết đợc sử dụng đóng vai trò bù mục đích là
để tăng độ cứng của đặc tính cơ còn trong quá trình làm việc trong chế độ từ

không tải hoặc tải nhỏ hầu nh không tham gia. Vậy phơng pháp điều chỉnh tốc
độ của động cơ kích từ loại này cũng giống nh đối với động cơ kích từ song song
hoặc kích từ độc lập nhng đặc tính cơ cứng hơn đồng thời nó không phải là đờng
thẳng nh độc lập hoặc song song.
U U U
U
(a) (b) (c) (d)
KT
nt
U
KT
ss
Website: Email : Tel : 0918.775.368
2.2.1. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ là:
( )
vòng/phút )(=)(= S
p
f
Snn 1
60
1
1
Trong đó:
p
f
n
60
1
=

là tốc độ từ trờng quay.
P là số cặp cực của dây quấn stato.
S là hệ số trợt
1
1
n
nn
S =
Nhìn vào biểu thức trên ta thấy:
Với động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc có thể điều chỉnh tốc độ
động cơ bằng cách thực hiện sự thay đổi.
- Tần số dòng điện stato.
- Thay đổi số đôi cực p của từng stato.
- Thay đổi điện áp cấp vào stato để thay đổi hệ số trợt.
Nói chung tất cả các phơng pháp trên đều thực hiện trên stato.
Đối với roto dây quấn thờng điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở
roto để thay đổi hệ số trợt S việc thực hiện ở phía roto.
1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số
Việc thay đổi tần số f của dòng điện stato đợc thực hiện bằng độ biến đổi
tần số.
Nh ta đã biết từ thông
max
tỷ lệ thuận với tỷ số U
1
/f nên khi thay đổi tần số
ngời ta muốn giữ cho
max
không thay đổi để mạch từ máy ở tình trạng định mức.
Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời tần số và điện áp.
Việc giữ cho tỷ số U

1
/f = C
tc
sẽ thực hiện khi f < f
đm
.
n
(2)
(3)
(1)
M
Đờng (1) ứng với kích thích hỗn hợp bù
Đờng (2) ứng với hỗn hợp ngợc
Đờng (3) ứng với kích thích song song
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Khi f > f
đm
ta giữ cho U = U
đm
để đảm bảo cho dây quấn. Khi đó
max
giảm
và M
max
giảm nhiều.
2.2.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực
Số đôi cực của từ trờng quay phụ thuộc vào cấu tạo của dây quấn stato
việc thực hiện phơng pháp này ngời ta có thể.
- Đổi nối cách đấu bộ dây trong stato từ Y YY sao/saokép hoặc từ
/YY biến số cặp cực P thì P = 1 P = 2 hoặc từ P = 2 P = 4.

- Quấn nhiều bộ dây có số cặp cực khác nhau trong stato và mỗi bộ dây
có thể làm việc độc lập với nhau theo phơng pháp này số cấp tốc độ không theo
quan hệ 1:2 mà là 1 2 3.
P có thể bằng 1 hoặc P = 2 hoặc P = 3
Nói chung phơng pháp này việc điều chỉnh nhảy cấp nhng có u điểm là độ
cứng của đờng đặc tính đợc giữ nguyên.
n
M
p = 2
p = 1
n
M
f > f
đm
f
đm
f < f
đm
Website: Email : Tel : 0918.775.368
2.2.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato
Phơng pháp này chỉ thực hiện việc giảm điện áp. Khi giảm điện áp đờng
đặc tính M = f(s) sẽ thay đổi do đó hệ số trợt thay đổi dẫn đến tốc độ thay đổi.
2.2.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto của động
cơ roto dây quấn
Thay đổi điện trở dây
quấn roto đợc thực hiện bằng
cách mắc biến trở ba pha vào
mạch roto.
Biến trở điều chỉnh tốc
độ trong trờng hợp này phải

làm việc lâu dài nên phải có
công suất và kích thớc tờng đối
lớn họ của đờng đặc tính cơ của
động cơ không đồng bộ roto
dây quấn nh trên hình vẽ.
Ta thấy khi R
đch
tăng dần đến n giảm. Phơng pháp này thờng đợc áp dụng
cho các truyền động trong hệ thống máy nâng tải vì khi khởi động nó có M
khởi động
có thể điều chỉnh đợc, thờng thì ngời ta vận dụng ở tốc độ thấp nhất S
tới hạn
= 1
nên có M
KĐ
= M
max
.
III. Điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ
- Động cơ đồng bộ ba pha trớc đây thờng dùng cho hai loại truyền động
không điều chỉnh tốc độ, công suất lớn tới hàng trăm kW, thậm trí đến hàng MW
nh các hệ truyền động máy nén khí, bơm nớc, quạt gió, máy nghiền,
Tốc độ quay của động cơ đợc tính bằng biểu thức



s
b
f
=

2
Trong đó:
f
s
là tần số nguốn cung cấp.
p là số đôi cực của động cơ.
Nhìn vào biểu thức trên ta thấy việc điều chỉnh tốc độ quay cho động cơ
điện đồng bộ chỉ có thể thực hiện đợc khi thay đổi tần số nguồn cung cấp mà
thôi.
Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử và nhất là
điện tử công suất lớn. Động cơ đồng bộ đợc nghiên cứu ứng dụng nhiều trong
công nghiệp ở mọi loại dải công suất từ vài trăm W đến hàng MW.
n
MM
đm
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Vậy phơng pháp điều chỉnh tốc độ đối với động cơ đồng bộ là sự biến đổi
nguồn cung cấp cho nó có tần số thay đổi đợc.
C. hệ thống điều khiển và biến đổi
I. Hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển bao gồm các cơ cấu đo lờng, các bộ điều chỉnh các
tham số và công nghệ. Ngoài ra còn có các thiết bị đóng cắt đáp ứng cho công
nghệ và ngời vận hành. Đồng thời có một số hệ truyền động có cả mạch ghép nối
với các thiết bị tự động khác trong cả một dây chuyền sản xuất.
Tuỳ theo tính chất điều khiển mà hệ điều khiển đợc phân ra.
- Điều khiển bằng tay (trực tiếp) từ ngời vận hành.
Phơng pháp này việc điều khiển hoàn toàn do ngời vận hành tự đặt các
thông số nh tốc độ, thời gian và phơng pháp mà hệ truyền động có thể đáp ứng.
Thông qua các khí cụ đóng cắt và các cơ cấu điều khiển nh các rơle, công tắc tơ,
nút ấn,

- Phơng pháp điều khiển bán tự động.
Đó là các hệ truyền động kín có sự trợ giúp của hệ thống điều khiển.
- Điều khiển tự động.
Hệ thống tự động thực hiện việc điều chỉnh các tốc độ theo yêu cầu công
nghệ với một chơng trình đã đợc định sẵn.
II. Bộ biến đổi
Bộ biến đổi có nhiệm vụ nhận năng lợng điện từ lới điện công nghiệp sau
đó biến đổi thành năng lợng điện mà có những thông số nh dòng điện, điện áp,
công suất và tần số có thể điều chỉnh đợc phù hợp với phơng pháp điều chỉnh
tốc độ của động cơ.
Tuỳ theo đặc điểm, tính chất biến đổi mà ta có các loại sau.
1. Các bộ biến đổi không liên tục
Đối tợng đợc điều khiển không mang tính lên tục mà thành lập việc
chuyển đổi phân cấp để ghép nối các điện trở, điện kháng tham gia vào mạch
điều chỉnh tạo ra các cấp tốc độ khác nhau hoặc bằng cách thay đổi sự đấu nối
nh mắc song song sang nối tiếp hoặc từ - YY,
Để thực hiện phơng pháp này chủ yếu là những mạch điện sử dụng khí cụ
đóng cắt có công suất vừa và lớn, các điện trở công suất lớn cũng nh các điện
kháng,
2. Các bộ biến đổi liên tục
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Trong các hệ truyền động hiện nay những động cơ yêu cầu điều chỉnh tốc
độ trong phạm vi rộng, trơn trợt và vô cấp đòi hỏi độ chính xác cao, khả năng ổn
định tốc độ tốt hầu hết sử dụng phơng pháp này.
Hệ truyền động (máy phát động cơ) một chiều, máy phát xoay chiều,
máy điện khuyếch đại từ trờng quay.
Bộ biến đổi dựa theo nguyên tắc điện từ nh hệ khuyếch đại từ, cuộn kháng
bão hoà.
Bộ biến đổi điện tử: Chỉnh lu bán dẫn, chỉnh lu có điều khiển, biến tần
tranzitor, biến tần tiristor.

Website: Email : Tel : 0918.775.368
Mục lục
Tổng quan về hệ thống đo lờng và điều khiển tốc độ
động cơ
Phần thứ nhất: đo tốc độ động cơ điện Trang
I. Khái niệm chung về việc đo tốc độ động cơ 2
1. Mô tả dụng cụ do tốc độ 3
2. Nguyên lý làm việc của thiết bị 3
3. Hệ thống đo lờng 4
3.1. Hệ thống đo lờng dạng tơng tự 4
3.2. Hệ thống đo lờng dạng số 5
II. Phân tích chức năng của từng khối trong hệ thống 6
2.1. Cảm biến đo tốc độ 6
2.1.1. Cảm biến đo tốc độ quay các loại điện từ 6
a. Tốc độ kế điện từ loại điều chỉnh 6
b. Cảm biến điện từ loại AC 7
2.1.2. Cảm biến đo tốc độ loại xung số 8
a. Cảm biến từ trở thay đổi 9
b. Cảm biến tốc độ loại quang học 9
Phần thứ hai: điều chỉnh tốc độ động cơ
A. Tổng quan về điều khiển động cơ điện 11
B. Phơng pháp điều khiển tốc độ động cơ điện 12
I. Những chỉ tiêu của hệ điều chỉnh tốc độ với động cơ điện 12
1.1. Phơng pháp điều chỉnh tốc độ đối với động cơ điện một chiều 13
1.1.1. Phơng trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 13
2.1. Động cơ điện một chiều kích thích song song hoặc kích thích độc lập
14
a. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông 14
b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng 15
c. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp 16

2.2. Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp 17
Website: Email : Tel : 0918.775.368
a. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông 17
b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng 18
c. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi điện áp 18
3.1. Điều chỉnh tốc độ động cơ đối với động cơ kích từ hỗn hợp 18
1. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số 19
1.1. Điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp thay đổi số đôi cực 20
1.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato
21
1.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto của động
cơ roto dây quấn 21
III. Điều chỉnh tốc độ động cơ đồng bộ 21
C. Hệ thống điều khiển và biến đổi 22
I. Hệ thông điều khiển 22
II. Bộ biến đổi 22
1. Các bộ biến đổi không liên tục 23
2. Các bộ biến đổi liên tục 23