Chương 2
ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN
2.1 Khái niệm chung
2.2 ĐTC của động cơ điện một chiều kích
từ độc lập (song song)

om

2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích
từ nối tiếp

.c

2.4 ĐTC của động cơ điện khơng đồng bộ

ng

2.5 Các đặc tính cơng tác của động cơ

on

g

th

an

co

đồng bộ

du

2.1 Khái niệm chung

cu

u

• Khi đặt 2 ĐTC của động cơ M(ω) và của
máy sản xuất Mc(ω) lên cùng một tọa độ ta
có thể xác định được trạng thái hoạt động
của động cơ hoặc của hệ:
+ Trạng thái xác lập.
+ Trạng thái quá độ.
+ Trạng thái động cơ.
+ Trạng thái hãm

1
CuuDuongThanCong.com

/>

2.1 Khái niệm chung

I* =

I

ω* =


ω
ωdm

ω* =

Idm

M* =

M
M dm

R* =

R
R cb

ω
ω0

.c

U
U dm

du

on

g


th

an

co

ng

U* =

om

• Đơn vị tương đối:
- Đại lượng cơ bản thường được chọn:
Uđm, Iđm, ωđm hoặc ω0, Mđm, φđm, Rcb,...
- Đại lượng tương đối dùng ký hiệu "*", ví dụ:

Câu hỏi

cu

u

• Mỗi máy sản xuất có bao nhiêu ĐTC tải,
có thể thay đổi được khơng?
• Mỗi động cơ có bao nhiêu ĐTC tự nhiên,
bao nhiêu ĐTC nhân tạo?
• Khi động cơ kéo tải, số điểm làm việc ổn
định là bao nhiêu?

• Vậy làm thế nào có thể điều khiển/thay đổi
trạng thái của hệ trong mặt phẳng [M,ω]?

2
CuuDuongThanCong.com

/>

2.2 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập (kích từ song song)

on

g

th

an

co

ng

.c

om

2.2.1 Sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ
độc lập và kích từ song song


du

2.2 ĐTC của động cơ điện một chiều kích từ
độc lập (kích từ song song)

cu

u

2.2.1 Sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ
độc lập và kích từ song song

3
CuuDuongThanCong.com

/>

2.2.2 Phương trình đặc tính cơ (ĐTC)
a) Xây dựng phương trình ĐTC
- Phương trình cân bằng điện áp phần
ứng và mạch kích từ:

om

di
Laplace
→ U− = E− + R−t (1 + T− .p).I −
u− = e− + R−t .i− + L−t . − 
dt


.c

di
Laplace
u kt = R kt .i kt + L kt . kt 
→ U kt = R kt (1 + Tkt .p).I kt
dt

on

g

th

an

co

ng

trong đó: Rưt = Rư+Rfư; Lưt=Lư+Lfư; Tư = Lưt/Rưt;
Tkt = Lkt/Rkt

du

a) Xây dựng phương trình ĐTC

u

- Theo lý thuyết máy điện:


cu

Eư = kφ.ω và

φ = c.Ikt
trong đó

M = kφ.Iư

k=

pN
2π.a

- Phương trình chuyển động:

M − Mc = J t .

dω Laplace

→ M − M c = J t .p.ω
dt

4
CuuDuongThanCong.com

/>

on


g

th

an

co

ng

.c

om

b) Cấu trúc của động cơ

du

b) Cấu trúc của động cơ

cu

u

Khi mạch từ đã xác lập kφ=const:

5
CuuDuongThanCong.com


/>

c) Phương trình ĐTC

ω=

U−
1 + T− .p
− R −t
.I −
kφ
kφ

phương trình đặc tính cơ-điện có xét q độ

om

U−
1 + T− .p
− R −t
.M
2
kφ
( kφ )

.c

ω=

on


g

th

an

co

ng

phương trình ĐTC có xét q độ

du

c) Phương trình ĐTC

cu

u

- Trạng thái xác lập t = ∞ hay p = 0:
ω=

ω=

U − R − + Rf −
−
I−
kφ

kφ

Phương trình “đặc tính cơ
điện” biểu thị quan hệ
ω = f(Iu)

U − R − + Rf −
−
.M
2
kφ
( kφ )

Phương trình“đặc tính
cơ” biểu thị quan hệ
ω = f(M)

6
CuuDuongThanCong.com

/>

d) Đường đặc tính cơ và đường đặc
tính cơ điện

.c

om

φ ≈ const ⇒ ω = f(Iu) và ω = f(M) tuyến tính


on

g

th

an

co

ng

Iu

cu

u

du

d) Đường đặc tính cơ và đường
đặc tính cơ điện

Iu

- Khi Iư = 0, M = 0:
ω=

U−

= ω0
kφ

- Khi ω = 0:

“tốc độ không tải lý tưởng”
Iu =

U−
= I nm
R − + Rf −

“dòng điện ngắn mạch”

7
CuuDuongThanCong.com

/>

d) Đường đặc tính cơ và đường đặc tính cơ điện

M=

“momen ngắn mạch”
hay "momen khởi
động"

U−
.kφ = I nm .kφ = M nm
R− + Rf −


om

và:

( kφ )
dM
β=
=−
dω
R − + Rf −
2

( kφ)
dM
β=
=
dω R − + R f −
2

on

g

th

an

co


ng

hay

.c

- Độ cứng đặc tính cơ:

du

e) Các dạng khác của phương trình ĐTC
- Dạng 1:

ω = ω0 - ∆ω

A

∆ω

cu

u

trong đó:

ω0
ω

∆ω =


R− + Rf −
.I −
kφ

:“độ sụt tốc độ”
M

1
- Dạng 2: ω = ω0 − .M
β
U−
( kφ) .ω
M = kφ.
−
R− + Rf − R − + Rf −
2

- Dạng 3:

hay

M = M nm − βω

8
CuuDuongThanCong.com

/>

e) Các dạng khác của phương trình ĐTC
- Dạng 4 (ở đơn vị tương đối):

R*− + R*f −
.M *
ω =
−
*
2
φ
φ*

*
*
*
* U − R − + Rf − *
ω =
−
.I −
*
*

φ

*

φ

U *−

( )

om


trong đó: ω* = ω/ω0; Uư* = Uư/Uđm; φ* = φ/φđm = kφ/kφđm;
Iư* = Iư/Iđm; M* = M/Mđm;
U dm
Rư* = Rư/Rđm; Rfư* = Rfư/Rđm; R dm =

.c

I dm

on

g

th

an

co

ng

Ứng với M = Mc (xác lập) sẽ có tốc độ xác lập ωxl:
Iư = Ic = Mc/kφ : “dòng điện tải”

du

2.2.3 Đặc tính tự nhiên
(Rfư = 0, Uư = Uđm; φ = φđm)


cu

u

- Phương trình ĐTC tự nhiên:
ω=

U dm
R−
−
M
kφdm ( kφ )2
dm

- Phương trình đặc tính cơ-điện tự nhiên:

ω=

U dm
R
− − I−
kφdm kφdm

- Tốc độ không tải và độ cứng ĐTC tự nhiên:

U
ω0.tn = dm
kφdm

βtn


2
kφdm )
(
=

R−

β*tn =

1
R*−

9
CuuDuongThanCong.com

/>

2.2.3 Đặc tính tự nhiên

on

g

th

an

co


ng

.c

om

• Ở đơn vị tương đối: φ = φđm ⇒φ* =1 ⇒M* =I*.
⇒ phương trình ĐTC tự nhiên ở đơn vị tương đối:
ω* = 1 - Rư*.I* = 1 - Rư*.M*

cu

u

du

- Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog
• Từ nhãn máy hoặc catalog ta thường biết các số liệu
sau: Pđm [kW], nđm [vòng/phút], Uđm [V], Iđm [A], ηđm,
Ru [Ω],...
• Cần xác định 2 trong 3 điểm:
1. điểm không tải [0, ω0].
2. điểm định mức [Mđm, ωđm]
hoặc [Iđm, ωđm].
3. điểm ngắn mạch [Mnm,0]
hoặc [Inm, 0].

10
CuuDuongThanCong.com


/>

- Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog
- Điểm định mức:
P [W]
M ®m [Nm] = ®m
ωdm [s-1 ]

n [vg/ph]
ω®m [s−1 ] = ®m
9,55
P®m [W]
η®m .U ®m [V]

⇒ [Mđm,ωđm] hay [Iđm,ωđm]

om

I ®m [A] =

- Điểm khơng tải:

ng

U dm
kφ dm

U
R − ≈ 0,5.(1 − η®m ) ®m , Ω
I ®m


co

⇒ [0,ω0]

on

g

th

an

ω0 =

U ®m − R − I ®m
ω ®m

.c

k φ ®m =

du

- Vẽ ĐTC tự nhiên từ các số liệu catalog

cu

u


- Điểm ngắn mạch:
I nm =

U ®m
R−

U
M nm = kφ®m . ®m
R−

ω
Bài tập: Xây dựng và
ω0 1 2
vẽ ĐTC ở đơn vị tuyệt
ωđm
đối và tương đối của
động cơ một chiều
KTĐL có các số liệu
catalog: Pđm=10kW,
0
Iđm
Uđm=220, ηđm=0,87,
Mđm
nđm = 2250vg/ph.
Đáp án

3
Inm I
Mnm M


11
CuuDuongThanCong.com

/>

2.2.4 Các đặc tính nhân tạo
Từ phương trình (2-6):
U − R− + Rf −
−
.M
2
kφ
k
φ
( )

ω=

⇒ Rfư, Uư, φ có thể thay đổi.

a) Đặc tính nhân tạo “biến trở”: (Uư = Uđm, φ = φđm)
- Phương trình:
U ®m R − + R f −
.I −
−
kφ®m
kφ®m

ω=


U ®m R − + R f −
.M
−
kφ®m ( kφ )2
®m

om

ω=

g

th

an

co

ng

U ®m
= const
kφ®m

ω0 = ω0.tn =

.c

- Tốc độ khơng tải:


du

on

2.2.4 Các đặc tính nhân tạo
- Độ sụt tốc độ ở Mc hay Ic:

cu

u

∆ωc =

∆ωc =

R− + Rf −
R + Rf −
.M c = −
.I c ~ R f −
2
kφ®m
( kφ®m )
R−

( kφ®m )

2

.M c +


ω0

Rf −

( kφ®m )2

.M c = ∆ωc.tn + ∆ωc.Rf

∆ωc.tn
∆ωc

∆ωc.Rf

TN, Rfư=0
NT, Rfu

Mc

12
CuuDuongThanCong.com

/>

2.2.4 Các đặc tính nhân tạo
- Độ cứng ĐTC:

( kφ®m )2

βnt =


R − + Rf −

~

1
Rf −

- Dòng điện ngắn mạch:
I nm =

U ®m
1
~
R − + Rf − R f −

1
Rf −

.c

M nm = kφ®m .I nm ~

om

- Momen ngắn mạch:

g

th


an

co

ng

⇒ Tăng Rfư ….

du

on

2.2.4 Các đặc tính nhân tạo

u

b) Đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp phần ứng Uư:
(Rfư = 0, φ = φđm)

cu

- Phương trình:
U−
R
ω=
− − .I −
kφ®m kφ®m
- Tốc độ khơng tải:

ω0 =


ω=

U−
R−
M
−
kφ®m ( kφ )2
®m

U−
~ U−
kφ®m

- Độ sụt tốc độ ở Mc hay Ic:
∆ωc =

R−

( kφ®m )2

.M c =

R−
.I c = ∆ωc.tn = const
kφ®m

13
CuuDuongThanCong.com


/>

2.2.4 Các đặc tính nhân tạo
- Độ cứng ĐTC:

2
kφ®m )
(
β=
=β

R−

tn = const

- Dòng điện ngắn mạch:
I nm =

U−
~ U−
R−

om

- Momen ngắn mạch:

.c

M nm = kφ®m .I nm ~ U −


g

th

an

co

ng

⇒ Khi giảm Uư < Uđm …

on

2.2.4 Các đặc tính nhân tạo

u

du

c) Đặc tính nhân tạo khi thay đổi từ thơng φ:
(Rfư = 0, Uư = Uđm )
ω=

- Tốc độ không tải: ω0 =

U ®m 1
~
kφ
φ


cu

- Phương trình:
U
R
ω = ®m − − .I −
kφ
kφ

- Độ sụt tốc độ ở Mc hay Ic:
- Độ cứng ĐTC:

2
kφ )
(
β=

R−

U ®m
R−
M
−
2
kφ
φ
k
( )


∆ωc =

R−

( kφ )

2

.M c ~

1
φ2

~ φ2

14
CuuDuongThanCong.com

/>

2.2.4 Các đặc tính nhân tạo
- Dịng điện ngắn mạch:
U
I nm = ®m = I nm.tn = const
R−
- Momen ngắn mạch:

M nm = kφ.I nm ~ φ

om


φ2 < φ1 < φđm

ng

.c

⇒ Khi giảm φ < φđm …

Câu hỏi

du

on

g

th

an

co

φ2 < φ1 < φđm

cu

u

1. Trong 3 đường ĐTC nhân tạo, ĐTC NT nào có độ sụt

tốc độ ∆ωc nhỏ nhất và bằng bao nhiêu?
2. Trong 3 đường ĐTC nhân tạo, ĐTC NT nào có độ
cứng ĐTC β lớn nhất và bằng bao nhiêu?
3. Dựa vào các ĐTC cơ nhân tạo, hãy đưa ra các phương
pháp khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập.
4. Dựa vào các ĐTC cơ nhân tạo, hãy đưa ra các phương
pháp thay đổi tốc độ động cơ một chiều kích từ độc
lập.
5. So sánh các ĐTC nhân tạo?

15
CuuDuongThanCong.com

/>

Bài tập 2-2
Dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhận xét về dạng đặc tính
của động cơ điện một chiều kích từ song song. Số liệu cho
trước: Động cơ loại làm việc dài hạn, cấp điện áp 220V,
công suất định mức 6,6kW; tốc độ định mức 2200

om

vòng/phút; dòng điện định mức 35A; điện trở mạch phần

.c

ứng gồm điện trở cuộn dây phần ứng và cực từ phụ:
0,26Ω.


g

th

an

co

ng

Đáp án

u

du

on

Bài tập 2-3

cu

Dựng đặc tính cơ tự nhiên và nhận xét về dạng đặc tính
của động cơ điện một chiều kích từ song song. Số liệu
cho trước: Động cơ loại làm việc dài hạn, cấp điện áp
220V, công suất định mức 4,4kW; tốc độ định mức 1500
vòng/phút; hiệu suất định mức 0,85.

16
CuuDuongThanCong.com


/>

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
• Mặt phẳng trạng thái [M,ω
ω] hệ TĐĐ (mặt phẳng bốn góc phần tư):

ω
U

II

E

Chế độ máy phát
M<0, ω>0,
I<0, U>0, UP = M.ω<0,
Pđ = U.I<0

I
Chế độ động cơ
M>0, ω>0,
I>0, U>0, U>E U
P = M.ω>0
Pđ = U.I >0

II I
III IV

U

E

M, I

I

IV

E

g

th

an

co

ng

III

Chế độ máy phát
M>0, ω<0,
I>0, U<0, |U|<|E|
U
P = M.ω<0,

Pđ = U.I<0

I

.c

I

Chế độ động cơ
M<0, ω<0,
I<0, U<0, |U|>|E|
P = M.ω>0,
Pđ = U.I>0

E

om

I

du

on

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập

cu

u

- Trạng thái động cơ: là trạng thái mà mômen động cơ sinh
ra hỗ trợ việc quay. Hay chiều của momen động cơ cùng
chiều với chiều của tốc độ quay.
+ M (Iư) và ω cùng chiều => Pcơ = M.ω = Mc.ω > 0
+ Động cơ làm việc ở các góc ¼ thứ I (ω>0; M và I > 0)
và góc ¼ thứ III (ω<0; Mvà I<0).
- Trạng thái máy phát (hãm): là trạng thái mà mômen
động cơ sinh ra chống lại sự quay. Hay, chiều của mômen
động cơ ngược chiều với chiều của tốc độ quay. + M (Iư)
và ω ngược chiều => Pcơ = M.ω = Mc.ω < 0
+ Động cơ làm việc ở các góc ¼ thứ II (ω>0; M và I < 0)
và góc ¼ thứ IV (ω<0; Mvà I>0).

17
CuuDuongThanCong.com

/>

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
a) Hãm tái sinh (lω
ωl > lω
ω0l, |U|<|E|)
A

ω
ω0

om

MC

MC1

II I
III IV

.c

B
Chế độ động cơ

Chế độ hãm tái sinh
Pcơ
M.ω
ω

C
∆ Pđ

Pđ
U.I

ng

Đ

Đ
C

∆ Pđ

Pcơ
M.ω
ω

g

th

an

co

Pđ
U.I

du

on

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
Uu R u
+
. | Iu |
kφ kφ

phương trình đặc tính cơ điện

Uu
R
+ u .| M |
kφ (kφ)2

phương trình đặc tính cơ

cu

u

ω=

ω=

Hãm tái sinh xẩy ra khi
hạ tải ở cần trục, máy
nâng hạ có tải trọng
nặng, hoặc khi điều
chỉnh điện áp phần ứng
giảm đột ngột làm ω0 <
ω và ω chưa kịp giảm.

2

Mh

ω
ω0

1

1
2

Mc

18
CuuDuongThanCong.com

/>

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
b) Hãm ngược: ω ngược dấu với ω0

g

th

an

co

ng

.c

om

Có hai trường
hợp xảy ra hãm
ngược:
+ Thêm Rfư đủ
lớn vào mạch
phần ứng động
cơ

du

on

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
Chế độ động cơ

cu

u

Pđ
U.I

I
U

ω=

Chế độ hãm ngược
Pcơ

M.ω
ω

Đ
C
∆ Pđ
K

Pcơ
Đ
M.ω
ω
C
∆Pđ+∆
∆PRfu

Pđ
U.I

K
I

Ru

Rfu

E

I

U

Ru

Rfu
IV

E

U u R u + R fu
−
.M
kφ
(kφ)2
E

trong đó

∆ω =

U u đó ω <0.
R u + R fu
.M > ω0 = , do
2
kφ
(kφ)

19
CuuDuongThanCong.com

/>

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập

g

th

an

co

ng

.c

om

+ Đảo ngược
cực tính điện áp
mạch phần ứng
động cơ (hay đổi
chiều quay tốc
độ khơng tải lí
tưởng ω0):

du

on

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
Chế độ động cơ

cu

u

Pđ
U.I

I

Pcơ
M.ω
ω

Pcơ
Đ
M.ω
ω
C
∆Pđ+∆
∆PRfu

Pđ
U.I

K

I

Ru

U

ω=−

Đ
C
∆ Pđ
K

Chế độ hãm ngược

Rfu
I

E

U

Ru

Rfu
IV

E

| U u | R u + R fu

+
. | M |, M <0.
kφ
(kφ)2

trong đó

∆ω =

R u + R fu

( kφ )

2

U u đó ω >0.
.M > ω0 = , do
kφ

20
CuuDuongThanCong.com

/>

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập

g

th

an

co

ng

.c

om

c) Hãm động năng: Hãm động năng xảy ra khi tốc độ
không tải ω0 = 0.

du

on

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập

cu

u

- Phương trình ĐTC hãm động năng:

ω=−

R +R

Ru + Rh
.I u = − u 2 h .M
kφ
(kφ)

chọn Rh sao cho Ih ≤ Icp = (2÷2,5)Iđm

| β |=

(kφ)2
Ru + Rh

21
CuuDuongThanCong.com

/>

2.2.5 Các trạng thái hãm của động cơ
một chiều kích từ độc lập
• Động cơ đang làm việc tại điểm A, muốn đưa trạng
thái của động cơ qua điểm B, C, D, E,... thì làm thế
nào?
B
ωo A

om

C

E

D

Ví dụ

du

on

g

th

an

co

ng

.c

F

Cho động cơ như ở BT 2-2. Xác định trị số điện

cu

u

trở hãm đấu vào mạch phần ứng để hãm động

năng động cơ điện một chiều kích từ song song
với u cầu mơmen hãm lớn nhất Mhmax =
2.Mđm. Trước khi hãm động cơ làm việc ở
điểm định mức, sử dụng sơ đồ hãm kích từ độc
lập.
Giải:
Ta sử dụng sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập, trong
đó đảm bảo φ = φđm.

22
CuuDuongThanCong.com

/>

Ví dụ
ωa

Mhmax
Ihmax

Mc = Mđm

om

Điểm làm việc trước khi hãm là
điểm định mức, ta có:
Ic = Iư = Iđm = 35A, tương ứng
với momen định mức Mđm;
ωa = ωđm = 230,3 [rad/s]
Sđđ của động cơ trước khi hãm:

Ea = Uđm – Iư.Rư = 220 – 35.0,26
= 210,9 [V]

Ví dụ

du

on

g

th

an

co

ng

.c

Momen (dịng điện) hãm lớn nhất sẽ tại thời điểm ban đầu
của quá trình hãm, ngay khi chuyển đổi mạch điện làm việc
sang mạch hãm động năng.

Ihmax = Ihbđ hay Mhmax = Mhbđ

cu

u

Vì φ = φđm = const nên để đảm bảo Mhmax = 2 Mđm thì
Ihbđ = 2.Iđm = 2.35 = 70 [A]

Điện trở tổng mạch phần ứng:
E
kφ.ω kφωa
210,9
=
= a =
= 3,01Ω
R ut =
Iu
I hbd
I hbd
70
Vậy điện trở hãm đấu vào mạch phần ứng là:
Rh = Rut – Ru = 3,01 – 0,26 = 2,75 [Ω]

23
CuuDuongThanCong.com

/>

2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích
từ nối tiếp

g

th

an

co

ng

.c

om

2.3.1 Phương trình và dạng đặc tính cơ của động cơ một
chiều kích từ nối tiếp

du

on

2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích
từ nối tiếp

cu

u

2.3.1 Phương trình và dạng đặc tính cơ của động cơ một
chiều kích từ nối tiếp
U = E + (Rư+ Rf).I
Rư = rư + rcf + rct + rkích từ
E = kφ.ω

M = kφ.I

ω=

U − R − + Rf
−
.I
kφ
kφ

ω=

U − R − + Rf
.M
−
2
kφ
k
φ
( )

24
CuuDuongThanCong.com

/>

2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích
từ nối tiếp
φ ≈ c.Ikt = c.I
Uu R u + R f

A
−
.I = 1 − B
k.c.I
k.c.I
I

ω=

“phương trình đặc tính cơ -điện”
R + Rf
A
− u
= 2 −B
k.c
k.c.M
M

A 2 = A1. k.c

g

th

an

co

ng

“phương trình đặc tính cơ”
R + Rf
trong đó A = U
B= u
1
k.c
k.c

om

Uu

.c

ω=

du

on

2.3 ĐTC của động cơ điện một chiều kích
từ nối tiếp

cu

u

Khi M/I → ∞: ω→ -B, tiệm cận ngang ω=-B
Khi M/I → 0: ω→ +∞, tiệm cận đứng M=0, I=0

25
CuuDuongThanCong.com

/>