Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
Khoa Điện
Bộ Môn Tự Động hoá xncn
Năm 2008
Học phần: Trang bị điện
Bộ môn : Tự động hoá - Khoa Điện
Người thực hiện:
Nguyễn Thị Chinh
Nguyễn Thị Chinh
Bài giảng

Chương 1 : Cơ sở Truyền động điện
1. Khái niệm chung về hệ truyền động điện
1.Cấu trúc chung và phân loại
a. Cấu trúc chung :
- Định nghĩa: Hệ truyền động điện là một tập hợp các thiết bị
như: Thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, phục vụ cho
việc biến đổi năng lượng điện - cơ cũng như gia công truyền tín
hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó.
- Truyền động lực cho một máy, một dây truyền sản xuất mà
dùng năng lượng điện gọi là truyền động điện
Cấu trúc của một hệ truyền động điện gồm 2 phần chính:

BBĐ ĐC
MSX
R
R
T
K
GN VT

K
T
Hình 1: Mô tả cấu trúc của hệ truyền động.
BBĐ- Bộ biến đổi; ĐC- Động cơ truyền động; MSX- Máy sản xuất;
R
T
- Bộ đ.chỉnh công nghệ; K
T
- Các bộ đóng cắt phục vụ công nghệ;
R- Các bộ điều chỉnh truyền động; K- Các bộ đóng cắt phục vụ
truyền động; VH- Người vận hành; GN- Mạch ghép nối.

* Phần mạch lực: gồm bộ biến đổi và động cơ truyền động. Các
bộ biến đổi thường dùng là bộ biến đổi máy điện (máy phát một
chiều, xoay chiều), bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn
kháng bão hoà), bộ biến đổi điện tử (chỉnh lưu tiristơr, biến tần
tranzitor, tiristơr). Động cơ điện có các loại: động cơ một chiều,
xoay chiều đồng bộ, không đồng bộ và các loại động cơ điện đặc
biệt khác
* Phần mạch điều khiển: gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều
chỉnh công nghệ, ngoài ra còn có các thiết bị điều khiển, đóng
cắt phục vụ công nghệ và cho người vận hành. Đồng thời một số
hệ truyền động điện có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động
khác trong một dây chuyền sản xuất.
Tuy nhiên, trong thực tế sản xuất, không phải hệ truyền động
điện nào cũng có đầy đủ cấu trúc như vậy

b. Phân loại hệ thống truyền động
* Phân loại theo số động cơ sử dụng:
Truyền động nhóm : Là hệ truyền động dùng một động cơ điện

để kéo một nhóm gồm nhiều máy sản xuất.
Truyền động đơn : Là hệ truyền động dùng một động cơ điện
để kéo toàn bộ một máy sản xuất.
Truyền động nhiều động cơ : Trong hệ truyền động này, mỗi
chuyển động riêng biệt của máy SX do một động cơ riêng đảm
nhiệm.
* Phân loại theo đặc điểm chuyển động:
-
Chuyển động quay
-
Chuyển động tịnh tiến (thẳng)

* Ph©n lo¹i theo chÕ ®é lµm viÖc:
-
ChÕ dé lµm viÖc liªn tôc
-
ChÕ dé lµm viÖc gi¸n ®o¹n
* Ph©n lo¹i theo chiÒu quay cña ®éng c¬:
-
TruyÒn ®éng cã ®¶o chiÒu quay
-
TruyÒn ®éng kh«ng ®¶o chiÒu quay
* Ph©n lo¹i theo dßng ®iÖn :
-
TruyÒn ®éng xoay chiÒu
-
TruyÒn ®éng mét chiÒu

- Truyền động không điều chỉnh: Thường chỉ có động cơ nối trực
tiếp với lưới điện và kéo máy sản xuất với một tốc độ nhất định.

- Truyền động có điều chỉnh: Trong loại này, tuỳ thuộc vào yêu
cầu công nghệ mà ta có truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền
động điều chỉnh momen, lực kéo và truyền động điều chỉnh vị trí.
Trong cấu trúc hệ truyền động có điều chỉnh có thể là truyền động
nhiều động cơ. Ngoài ra, tuỳ thuộc vào cấu trúc và tín hiệu điều
khiển ta có hệ truyền động điều khiển số, tương tự hoặc truyền
động điều khiển theo chương trình.
* Phân loại theo đặc điểm thay đổi các thông số điện

2. Khái niệm chung về đặc tính cơ của động cơ điện
Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa momen và tốc độ
quay của động cơ.
M 0


2

1
M
3
2
1
Hình 2. Độ cứng đặc tính cơ.
1: đặc tính cơ cứng tuyệt đối; 2: đặc tính cơ cứng; 3: đặc
tính cơ mềm
Đặc tính cơ tự nhiên của
động cơ: là đặc tính của động
cơ, nếu như động cơ vận hành ở
chế độ định mức (điện áp, tần
số, từ thông định mức không

nối thêm các điện trở, điện
kháng vào động cơ). Trên đặc
tính tự nhiên ta có điểm làm
việc định mức có giá trị Mđm,
đm.
Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ: là đặc tính
khi ta thay đổi tham số nguồn hoặc nối thêm điện
trở, điện kháng vào động cơ.





=
M
lớn, ta có đặc tính cơ cứng, nhỏ, đặc tính cơ mềm,
đặc tính cơ tuyệt đối cứng.
Truyền động có đặc tính cơ cứng, tốc độ ít thay đổi khi
momen thay đổi lớn. Truyền động có đặc tính cơ mềm tốc độ
giảm nhiều khi momen tăng.
Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái
niệm độ cứng đặc tính cơ và được tính

3. Đặc tính cơ của máy sản xuất
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng. Tuy vậy phần lớn
nó được biểu diễn dưới dạng biểu thức tổng quát:
Trong đó: M
c
: Mômen ứng với tốc độ .
M

c0
: Mômen ứng với tốc độ = 0.
M
dm
: Mômen ứng với tốc độ
đm
: Số mũ đặc trưng cho phụ tải
Ta có các trường hợp :
+ = 0, M
c
= M
dm
= const: Các cơ cấu nâng hạ, băng tải, cơ cấu
ăn dao máy cắt gọt thuộc loại này. (đường 1)











+=
cdm
c
ccdmcc
MMMM )(

00

+ = 2, momen tỉ lệ bậc
hai với tốc độ là đặc tính của
máy bơm, quạt gió (đường 3)
+ = -1, momen tỉ lệ
nghịch với tốc độ, các cơ cấu
máy cuốn dây, cuốn giấy,
các truyền động quay trục
chính máy cắt gọt kim loại có
đặc tính thuộc loại này (đư
ờng 4)
Mc
0
c

cđm
M
cđm
3
2
1
M
CD
4
+ = 1, momen tỉ lệ bậc nhất với tốc độ, thực tế rất ít gặp, về
loại này có thể lấy ví dụ về máy phát một chiều tải thuần trở. (đư
ờng 2)

Trong hệ truyền động điện, bao giờ cũng có quá trình biến

đổi năng lượng điện - cơ. Chính quá trình biến đổi này quyết định
trạng thái làm việc của truyền động điện.
Định nghĩa: Dòng công suất điện P điện có giá trị dương
nếu như nó có chiều truyền từ nguồn về động cơ biến đổi công
suất điện thành công suất cơ Pcơ = M. cấp cho máy sản xuất.
Công suất cơ này có giá trị dương nếu momen động cơ sinh ra có
chiều cùng chiều với tốc độ quay. Ngược lại, công suất điện có
giá trị âm nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn, công suất cơ có
giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và momen
động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay. Momen của máy sản
xuất được gọi là phụ tải hay momen cản. Nó cũng được định
nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với dấu momen động cơ.
4. Trạng thái làm việc của truyền động điện.

Phương trình cân bằng công suất của hệ truyền động điện là:
Pđ = Pc + P
Trong đó: Pđ: Công suất điện.
Pc: Công suất cơ P: Tổn thất công suất.
- Tuỳ thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta có trạng
thái làm việc của động cơ gồm: Trạng thái động cơ và trạng thái
hãm :
- Trạng thái động cơ: gồm chế độ có tải và chế độ không tải.
- Trạng thái hãm gồm: hãm không tải, hãm tái sinh, hãm ngư
ợc và hãm động năng.
Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0 cơ năng biến thành điện
năng trả về lưới.
Hãm ngược: Pđiện > 0, Pcơ < 0 điện năng và cơ năng
chuyển thành tổn thất P.
Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0 cơ năng biến thành công
suất tổn thất P.


II I
IV III
Trạng thái động cơ
Trạng thái động cơ Trạng thái hãm
M

P
C
= M
đ
. < 0 P
C
= M
đ
. > 0
P
C
= M
đ
. < 0 P
C
= M
đ
. > 0
M
c
M
đ


M
đ
M
c

M
đ
M
c

M
đ
M
c
Hình 4. Trạng thái làm việc của TĐĐ trên các góc phần tư của đặc tính
cơ.
Trạng thái hãm và trạng thái động cơ được phân bố trên đặc
tính cơ (M) ở góc phần tư II, IV: trạng thái hãm, góc phần tư I,
III

5. iều kiện ổn định tĩnh của truyền động điện
Khi M = M
c
thì hệ truyền động điện làm việc ổn định.
Điểm làm việc ổn định là giao điểm của đặc tính cơ của động cơ
và của máy sản xuất. Tuy nhiên, không phải bất kỳ động cơ nào
cũng có thể làm việc với các loại tải mà nó phải có điểm giao
nhau đó thoả mãn điều kiện ổn định, người ta gọi là ổn định tĩnh
hay sự làm việc phù hợp giữa động cơ với tải.
Để xác định điểm làm việc ta dựa vào phương trình động học

của truyền động điện tại giao điểm :
)]()
M
()
M
[(
dt
d
J
xx
c
x








=
Điều kiện để ổn định là:
0)
M
()
M
(
x
c
x

<






Hay: - c < 0

.2 Phương trình động học của truyền động điện
Phương trình cân bằng năng lượng của hệ truyền động điện.
W = W
c
+ W
Trong đó:W là năng lượng đưa vào động cơ.
W
c
là năng lượng tiêu thụ của máy s n xu t.
W: là mức chênh năng lượng giữa năng lượng đưa vào và năng
lượng tiêu thụ chính là động năng của hệ:
2
2
1
=
JW
Đạo hàm phương trình và chia 2 vế cho ta có :
)J
2
1
(

dt
d1
dt
dW
1
dt
dW1
2
c


+=

M
dt
dW1
=

M: là momen của động cơ.
c
c
M
dt
dW
1
=

M
c
: là momen cản.

dg
MJ
dt
d
=
)
2
1
(
1
2


Mdg : Momen động
Phương trình động học của hệ truyền động tổng quát có dạng:
c
M
dt
dJ
2
1
dt
d
.JM
++=


Thông thường dJ/dt = 0, vì vậy ta có phương trình động học thư
ờng dùng là:
c

M
dt
d
.JM
+=



Từ phương trình trên thấy rằng:
M > M
c
0
dt
d
>

thì
M > M
c
0
<
dt
d

thì
M = M
c
0
=
dt

d

thì
Hệ tăng tốc
Hệ giảm tốc
Hệ làm việc ổn định

3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích
từ độc lập
1- Khái niệm
Động cơ một chiều kích từ độc lập là động cơ một chiều có
mạch kích từ được cấp điện từ nguồn một chiều độc lập với nguồn
cấp cho mạch phần ứng.
E
ư
U
ư
U
KT
Hình 5. Sơ đồ nối dây ĐC kích từ
độc lập
R
f
I
ư
+ -
R
kt
I
kt

Theo hình 5 có thể viết phương
trình cân bằng điện áp mạch phần ứng
động cơ như sau:
U
ư
= E
ư
- I
ư
.(R
ư
+R
f
) (1)
Với: R
ư
= r
ư
+ r
cf
+ r
b
+ r
ct

Trong đó: U
ư
[V]: Điện áp phần
ứng ĐC
2- Phương trình đặc tính cơ


+ E
ư
[V]: Sức điện động của động cơ
+ I
ư
[A]: Dòng điện phần ứng
+ R
f
[]: điện trở phụ mạch phần ứng, .
+ R
ư
[]: Điện trở mạch phần ứng
+ r
ư
[]: Điện trở cuộn dây phần ứng
+
rcf
[]: Điện trở cuộn dây cực từ phụ
+ r
b
[]: Điện trở cuộn bù
+ r
ct
[]: Điện tiếp xúc của chổi than
S.Đ.Đ E
ư
được xác định qua biểu thức:



là hệ số cấu tạo của động cơ
Với:N: số đôi thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
động cơ
p: số đôi cực từ chính
a: số đôi mạch nhánh song song
=

=
K
a
pN
E
ư
2
a
pN
K

=
2

Φ [Wb] : Tõ th«ng kÝch tõ d­íi mét cùc tõ
NÕu biÓu diÔn s®® theo tèc ®é quay n (vßng/phót]):
E
­
= K
e
Φ.n
Vµ: ω = 2πn/60 = n/9,55
ωΦ=

a
pN
E
­
60
Trong ®ã:
K,
,
K
a
pN
K
e
1050
55960
===
Thay vµo ta cã
u
fu
u
I
K
RR
K
U
Φ
+
−
Φ
=

ω
lµ ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ®iÖn cña ®éng c¬.
(2)
Lµ hÖ sè S®® cña ®éng c¬

Ta lại có mômen điện từ của động cơ: M
đt
= KI
ư


=
K
M
I
dt
ư
thay vào biểu thức trên ta có:
dt
fu
u
M
K
RR
K
U
2
)(

+



=

M
K
RR
K
U
fu
u
2
)(

+


=
Với giả thiết bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mô men
điện từ bằng mô men cơ trên trục động cơ.
Nghĩa là M
đr
= M
cơ
= M
M
K
RR
K
U

fu
u
2
)(

+


=

là phương trình đặc tính cơ của đặc tính cơ của động cơ một
chiều kích từ độc lập.
(3)


0

đm
0
I
đm
I
nm
I

0

đm
0
M

đm
M
nm
M

Hình 6. Đặc tính cơ điện a) và đặc tính cơ b) của ĐC một chiều
kích từ độc lập

a b
Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, = const thì các
phương trình đặc tính cơ điện và phương trình đặc tính cơ là
tuyến tính và trên đồ thị chúng được biểu diễn bằng các đường
thẳng.
Từ đồ thị trên ta nhận thấy khi Iư = 0 hoặc M = 0
0
=

=
K
U
ư


0
được gọi là tốc độ không tải lý tưởng của động cơ.
Khi = 0 ta có:
nm
fu
u
I

RR
U
I
=
+
=
M = K.I
nm
= M
nm

I
nm
, M
nm
: dòng điện ngắn mạch và mômen ngắn mạch của
động cơ.

=



=
0
ưư
K
IR
K
U
M

K
R
I
K
R
2
ư
ư
ư
)(

=

=

được gọi là độ sụt tốc độ

Từ phương trình đặc tính cơ (1) và (2) ta thấy có ba tham số
ảnh hưởng đến đặc tính cơ, đó là: từ thông động cơ , điện áp
phần ứng U
ư
và điện trở phần ứng động cơ R
ư
. Ta sẽ lần lượt xét
ảnh hưởng của từng tham số:
3. ảnh hưởng của các tham số đến đặc tính cơ


0
0

TN
R
f
=0
R
f1
R
f2
R
f3
M
M
c
Hình 7. Các đặc tính cơ
của DC một chiều kích từ
độc lập khi thay đổi điện
trở phụ
R
f4
a. ảnh hưởng của điện trở phần ứng
Giả thiết U
ư
= U
đm
= const,
=
đm
= const. Muốn thay
đổi điện trở phần ứng động cơ ta nối thêm
điện trở phụ R

f
vào mạch phần ứng. Khi
đó:
- Tốc độ không tải lý tưởng sẽ là:

0
=
dm
dm
K
U

= const