Giáo trình Truyền động điện cơ bản

 U1 (R =0) 
 Uđm p
 U1
 U2 (Rp ≠0)
 Uđm
 Rp
 M 
 Hỡnh 3.21 - Phương phỏp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha 
 bằng cỏch thay đổi điện ỏp đặt vào mạch stator. 
 Nhận xột: 
 - Thay đổi điện ỏp chỉ thực hiện được về phớa giảm dưới giỏ trị định mức nờn kộo theo 
mụmen tới hạn giảm nhanh theo bỡnh phương của điện ỏp. 
 - Đặc tớnh cơ tự nhiờn của động cơ khụng đồng bộ thường cú độ trượt tới hạn nhỏ nờn phương 
phỏp điều chỉnh tốc độ bằng cỏch giảm điện ỏp thường được thực hiện cựng với việc tăng điện trở 
phụ ở mạch rotor để tăng độ trượt tới hạn do đú tăng được dải điều chỉnh lớn hơn. 
 - Khi điện ỏp đặt vào động cơ giảm, mụmen tới hạn của cỏc đặc tớnh cơ giảm, trong khi tốc độ 
khụng tải lý tưởng (hay tốc độ đồng bộ) giữ nguyờn nờn khi giảm tốc độ thỡ độ cứng đặc tớnh cơ 
giảm, độ ổn định tốc độ kộm đi. 
 3.5.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đổi tần số của nguồn xoay chiều. 
 Thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ là thay đổi tốc độ khụng tải lý tưởng nờn thay đổi 
được đặc tớnh cơ. Tần số càng cao, tốc độ động cơ càng lớn. 
 Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 59 
 Khi điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ thỡ cỏc thụng số liờn quan đến tần số như cảm 
khỏng thay đổi, do đú, dũng điện, từ thụng,... của động cơ đều bị thay đổi theo và cuối cựng cỏc đại 
lượng như độ trượt tới hạn, mụmen tới hạn cũng bị thay đổi. Chớnh vỡ vậy, điều chỉnh tốc độ động 
cơ KĐB bằng phương phỏp thay đổi tần số thường kộo theo điều chỉnh điện ỏp, dũng điện hoặc từ 
thụng của mạch stator. 
 Đặc tớnh cơ khi thay đổi tần số nguồn được biểu diễn trờn hỡnh 2.30 (chương 2). Khi giảm tần 
số xuống dưới tần số định mức, cảm khỏng của động cơ cũng giảm và dũng điện động cơ tăng lờn. 
Tần số giảm, dũng điện càng lớn, mụmen tới hạn càng lớn. Để trỏnh cho động cơ bị quỏ dũng, phải 
 U
đồng thời tiến hành giảm điện ỏp sao cho ~ const. Đú là luật điều chỉnh tần số - điện ỏp. Cỏc đặc 
 f
tớnh cơ tuõn theo luật này được biểu thị trờn hỡnh 2.31 (phần f fđm ta khụng thể tăng 
điện ỏp U > Uđm nờn cỏc đặc tớnh cơ khụng giữ được giỏ trị mụmen tới hạn. 
 Người ta cũng thường dựng cả luật điều chỉnh tần số - dũng điện. 
 3.5.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cỏch thay đổi số đụi cực của động cơ. 
 2πf
 Đõy là cỏch điều chỉnh tốc độ cú cấp. Đặc tớnh cơ thay đổi vỡ tốc độ đồng bộ (ω0 = ) thay 
 p
đổi theo số đụi cực. 
 Động cơ thay đổi được số đụi cực là động cơ được chế tạo đặc biệt để cuộn dõy stator cú thể 
thay đổi được cỏch nối tương ứng với cỏc số đụi cực khỏc nhau. Cỏc đầu dõy để đổi nối được đưa 
ra cỏc hộp đấu dõy ở vỏ động cơ. Số đụi cực của cuộn dõy rotor cũng phải thay đổi như cuộn dõy 
stator. Điều này khú thực hiện được đối với động cơ rotor dõy quấn, cũn đối với rotor lồng súc thỡ 
nú lại cú khả năng tự thay đổi số đụi cực ứng với stator. Do vậy, phương phỏp này được sử dụng 
chủ yếu cho động cơ rotor lồng súc. Cỏc động cơ chế tạo sẵn cỏc cuộn dõy stator cú thể đổi nối để 
thay đổi số đụi cực đều cú rotor lồng súc. Tỷ lệ chuyển đổi số đụi cực cú thể là 2:1, 3:1, 4:1 hay tới 
8:1. 
 Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 60 
CHƯƠNG 4 TíNH CHọN CÔNG SUấT ĐộNG CƠ 
 CHO Hệ TRUYềN ĐộNG điện (2 tiết) 
4.1 Những vấn đề chung 
 Nguồn động lực trong một hờ thống TĐĐ là động cơ điện. Cỏc yờu cầu kỹ thuật, độ tin 
cậy trong quỏ trỡnh làm việc và tớnh kinh tế của HT TĐĐ phụ thuộc chớnh vào sự lựa chọn 
đỳng động cơ điện và phương phỏp điều khiển động cơ. 
 Chọn một động cơ điện cho một HT TĐĐ bao gồm nhiều tiờu chuẩn phải đỏp ứng: 
 - Động cơ phải cú đủ cụng suất kộo. 
 - Tốc độ phự hợp và đỏp ứng được phạm vi điều chỉnh tốc độ với một phương phỏp điều 
chỉnh thớch hợp. 
 - Thỏa món cỏc yờu cầu mở mỏy và hóm điện. 
 - Phự hợp với nguồn điện năng sử dụng (loại dũng điện, cấp điện ỏp...). 
 - Thớch hợp với điều kiện làm việc (điều kiện thụng thoỏng, nhiệt độ, độ ẩm, khớ độc 
hại, bụi bặm, ngoài trời hay trong nhà...). 
 Tại sao phải chọn đỳng cụng suất động cơ? 
 Việc chọn đỳng cụng suất động cơ cú ý nghĩa rất lớn đối với hệ TĐĐ. Nếu nõng cao 
cụng suất động cơ chọn so với phụ tải thỡ động cơ sẽ kộo dễ dàng nhưng giỏ thành đầu tư tăng 
cao, hiệu suất kộm và làm tụt hệ số cụng suất cosϕ của lưới điện do động cơ chạy non tải. 
Ngược lại nếu chọn cụng suất động cơ nhỏ hơn cụng suất tải yờu cầu thỡ động cơ hoặc khụng 
kộo nổi tải hay kộo tải một cỏch nặng nề, dẫn tới cỏc cuộn dõy bị phỏt núng quỏ mức, làm 
giảm tuổi thọ động cơ hoặc làm động cơ bị chỏy hỏng nhanh chúng. 
 Chọn cụng suất động cơ như thế nào? 
 Việc tớnh cụng suất động cơ cho một hệ TĐĐ phải dựa vào sự phỏt núng cỏc phần tử 
trong động cơ, đặc biệt là cỏc cuộn dõy. Muốn vậy, tớnh cụng suất động cơ phải dựa vào đặc 
tớnh phụ tải và cỏc quy luật phõn bố phụ tải theo thời gian. Động cơ được chọn đỳng cụng suất 
thỡ khi làm việc bỡnh thường cũng như khi quỏ tải ở mức cho phộp, nhiệt độ động cơ khụng 
được tăng quỏ trị số giới hạn cho phộp τcp. 
4.2 Phỏt núng và nguội lạnh của động cơ 
 t
 Khi mỏy điện làm việc, phỏt sinh cỏc tổn thất ∆P và tổn thất năng lượng ∆W = ∫ ∆Pdt . 
 0
Tổn thất này sẽ đốt núng mỏy điện. 
 Đối với vật thể đồng nhất ta cú quan hệ: 
 ∆Pdt = Cdv + A.∆v.dt 
 Trong đú: ∆v - Là nhiệt sai giữa mỏy điện và nhiệt độ mụi trường 0oC. 
 C - Là nhiệt dung của mỏy điện, là nhiệt lượng cần thiết để nõng nhiệt độ 
của mỏy điện lờn 1oC. 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 61 
 A - Là hệ số tỏa nhiệt (W/độ) phụ thuộc vào tốc độ truyền nhiệt của khụng 
khớ làm mỏt mỏy điện (ở mỏy điện cú quạt làm mỏt, hệ số A phụ thuộc vào tốc độ quay). 
 Giải phương trỡnh ta nhận được: 
 -t/τ
 ∆v = ∆v(0) + [∆v∞ - ∆v(0)].(1 - e ). 
 Trong đú: ∆v(0) - Là nhiệt sai ban đầu. 
 ∆P
 ∆v∞ - Là nhiệt sai ổn định. ∆v∞ = 
 A
 τ - Là hằng số thời gian phỏt núng (s). 
4.3 Cỏc chế độ làm việc của truyền động điện 
 Căn cứ vào đặc tớnh phỏt núng và nguội lạnh của mỏy điện, người ta chia chế độ làm 
việc của truyền động thành 3 loại: Dài hạn, ngắn hạn và ngắn hạn lặp lại. 
 a) Chế độ dài hạn: Do phụ tải duy trỡ trong thời gian dài, cho nờn nhiệt độ của động cơ 
đủ thời gian đạt tới trị số ổn định. 
 b) Chế độ ngắn hạn: Do phụ tải duy trỡ trong thời gian ngắn, thời gian nghỉ dài, cho nờn 
nhiệt độ động cơ chưa kịp đạt tới giỏ trị ổn định và nhiệt độ động cơ sẽ giảm về giỏ trị ban 
đầu. 
 P ∆υ
 P ∆υ
 Pc
 Pc
 ∆υ
 ∆υôđ ôđ
 ∆υôđ
 t
 t t
 0 lv 
 Hỡnh 4.1 - Chế độ làm việc dài hạn. Hỡnh 4.2 - Chế độ làm việc ngắn hạn. 
 c) Chế độ ngắn hạn lặp lại: Phụ tải làm việc cú tớnh chất chu kỳ, thời gian làm việc và 
thời gian nghỉ xen kẻ nhau. Nhiệt độ động cơ chưa kịp tăng đến trị số ổn định thỡ được giảm 
do mất tải, và khi nhiệt độ động cơ suy giảm chưa kịp về giỏ trị ban đầu thỡ lại tăng lờn do cú 
tải. Do vậy người ta đưa ra khỏi niệm thời gian đúng điện tương đối: 
 t
 ε% = lv .100% 
 tc.ky
 Trong đú: tlv : Là thời gian làm việc cú tải. 
 tc.ky = tlv + tnghỉ : Là thời gian của một chu kỳ. 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 62 
 Pc Pc Pc
 ∆υôđ
 Hỡnh 4.3 - Chế độ làm việc 
 ngắn hạn lặp lại. 
 t
 0
 tlv to
 t
 ck 
4.4 Tớnh chọn cụng suất động cơ cho những truyền động khụng điều chỉnh tốc độ 
 Để chọn cụng suất động cơ, chỳng ta cần phải biết đồ thị phụ tải MC(t) và PC(t) đó quy 
đổi về trục động cơ và giỏ trị tốc độ yờu cầu. 
 Từ biểu đồ phụ tải, ta tớnh chọn sơ bộ động cơ theo cụng suất; tra ở trong sổ tay tra cứu 
ta cú đầy đủ tham số của động cơ. Từ đú tiến hành xõy dựng đồ thị phụ tải chớnh xỏc (trong 
cỏc chế độ tĩnh, khởi động và hóm). 
 Dựa vào đồ thị phụ tải chớnh xỏc, tiến hành kiểm nghiệm động cơ đó chọn. 
 4.4.1 Chọn cụng suất động cơ làm việc dài hạn 
 Đối với phụ tải dài hạn cú loại khụng đổi và loại biến đổi. 
 a) Phụ tải dài hạn khụng đổi: 
 Động cơ cần chọn phải cú cụng suất định mức Pđm ≥ Pc và ωđm phự hợp với tốc độ yờu 
cầu. Thụng thường Pđm = (1ữ1,3)Pc. Trong trường hợp này việc kiểm nghiệm động cơ đơn 
giản: Khụng cần kiểm nghiệm quỏ tải về mụmen, nhưng cần phải kiểm nghiệm điều kiện khởi 
động và phỏt núng. 
 P
 Mc c
 M2 M2
 M4
 M
 P M 6
 Mc c 1 M1
 M3
 M5
 0 t
 t1 t2 t3 tn to t1
 t tck
 0 
 a) b) 
 Hỡnh 4.4 - Đồ thị phụ tải: a) Phụ tải dài hạn khụng đổi; b) Phụ tải dài hạn biến đổi. 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 63 
 b) Phụ tải dài hạn biến đổi: 
 Để chọn được động cơ phải xuất phỏt từ đồ thị phụ tải tớnh ra giỏ trị trung bỡnh của 
mụmen hoặc cụng suất. 
 n n
 ∑ Mi ti ∑ Pi ti
 0 0
 Mtb = n , Ptb = n 
 ∑ti ∑ti
 0 0
 Động cơ chọn phải cú: Mđm = (1ữ1,3)Mtb hoặc Ptb = (1ữ1,3)Ptb. 
 Điều kiện kiểm nghiệm: kiểm nghiệm phỏt núng, quỏ tải về mụmen và khởi động. 
 4.4.2 Chọn cụng suất động cơ làm việc ngắn hạn 
 Trong chế độ làm việc ngắn hạn cú thể sử dụng động cơ dài hạn hoặc sử dụng động cơ 
chuyờn dựng cho chế độ làm việc ngắn hạn. 
 a) Chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn: 
 Trong trường hợp khụng cú động cơ chuyờn dụng cho chế độ ngắn hạn, ta cú thể chọn 
cỏc động cơ thụng thường chạy dài hạn để làm việc trong chế độ ngắn hạn. Nếu chọn động cơ 
dài hạn theo phương phỏp thụng thường cú Pđm = (1ữ1,3)Pc thỡ khi làm việc ngắn hạn trong 
khoảng thời gian tlv nhiệt độ động cơ mới tăng tới nhiệt độ τ1 đó nghỉ làm việc và sau đú hạ 
nhiệt độ đến nhiệt độ mụi trường τmt. Rừ ràng việc này gõy lóng phớ vỡ khụng tận dụng hết khả 
năng chịu nhiệt (tới nhiệt độ τụđ) của động cơ. 
 Vỡ vậy khi dựng động cơ dài hạn để làm việc ở chế độ ngắn hạn, cần chọn cụng suất 
động cơ nhỏ hơn để động cơ phải làm việc quỏ tải trong thời gian đúng điện tlv. Động cơ sẽ 
tăng nhiệt độ nhanh hơn nhưng khi kết thỳc thời gian làm việc, nhiệt độ của động cơ khụng 
được quỏ nhiệt độ τụđ cho phộp. 
 Như vậy, để chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn, ta phải dựa vào cụng 
suất làm việc yờu cầu Plv và giả thiết hệ số quỏ tải cụng suất x để chọn sơ bộ cụng suất động 
cơ dài hạn (Plv = x.Pđm hay Mlv = x.Mđm). Từ đú cú thể xỏc định được thời gian làm việc cho 
phộp của động cơ vừa chọn. Việc tớnh chọn đú được lập lại nhiều lần làm sao cho tlv tớnh toỏn 
≤ tlv yờu cầu. 
 b) Chọn động cơ ngắn hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn: 
 Động cơ ngắn hạn được chế tạo cú thời gian làm việc tiờu chuẩn là 15, 30, 60, 90 phỳt. 
Như vậy ta phải chọn tlv = tchuẩn và cụng suất động cơ Pđm chọn ≥ Plv hay Mđm chọn ≥ Mlv. 
 Nếu tlv ≠ tchuẩn thỡ sơ bộ chọn động cơ cú tchuẩn và Pđm gần với giỏ trị tlv và Plv. Sau đú xỏc 
định tổn thất động cơ ∆Pđm với cụng suất và ∆Plv với Plv. Quy tắc chọn động cơ là: 
 1− etlv / T
 ∆Pđm ≥ ∆Plv 
 1− e −tch / T
 Đồng thời tiến hành kiểm nghiệm động cơ theo điều kiện quỏ tải về mụmen và mụmen 
khởi động cũng như điều kiện phỏt núng. 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 64 
 4.4.3 Chọn cụng suất động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại 
 Cũng tương tự như trong trường hợp phụ tải ngắn hạn, ta cú thể chọn động cơ dài hạn 
làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, hoặc chọn động cơ chuyờn dụng ngắn hạn lặp lại. 
 Động cơ ngắn hạn lặp lại, được chế tạo chuyờn dụng cú độ bền cơ khớ cao, quỏn tớnh 
nhỏ (để đảm bảo chế độ khởi động và hóm thường xuyờn) và khả năng quỏ tải lớn (từ 
2,5ữ3,5). Đồng thời được chế tạo chuẩn với thời gian đúng điện ε% = 15%, 25%, 40% và 
60%. 
 Động cơ được chọn cần đảm bảo 2 tham số: 
 Pđm chọn ≥ Plv 
 ε%đm chọn phự hợp với ε% làm việc. 
 Trong trường hợp εlv% khụng phự hợp với ε%đm chọn thỡ cần hiệu chỉnh lại cụng suất 
định mức theo cụng thức: 
 ε lv %
 Pđm chọn = Plv 
 ε % dm.chon
 Sau đú phải kiểm tra về mụmen quỏ tải, mụmen khởi động và phỏt núng. 
 Chọn động cơ dài hạn làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: 
 Trường hợp này, động cơ chạy dài hạn được chọn với cụng suất nhỏ hơn để tận dụng 
khả năng chịu nhiệt. Động cơ chạy dài hạn được coi là cú thời gian đúng điện tương đối 100% 
nờn cụng suất động cơ cần chọn sẽ là: 
 ε lv %
 Pđm.chọn = Plv 
 100%
4.5 Tớnh chọn cụng suất động cơ cho truyền động cú điều chỉnh tốc độ 
 Để tớnh chọn cụng suất động cơ trong trường hợp này cần phải biết những yờu cầu cơ 
bản sau: 
 a) Đặc tớnh phụ tải Pyc(ω), Myc(ω) và đồ thị phụ tải: Pc(t), Mc(t), ω(t); 
 b) Phạm vi điều chỉnh tốc độ: ωmax và ωmin. 
 c) Loại động cơ (một chiều hoặc xoay chiều) dự định chọn. 
 d) Phương phỏp điều chỉnh và bộ biến đổi trong hệ thống truyền động cần phải định 
hướng xỏc định trước. 
 Hai yờu cầu trờn nhằm xỏc định những tham số Pycmax và Mcymax. Vớ dụ đối với phụ tải 
truyền động yờu cầu trong phạm vi điều chỉnh, P = hằng số. Ta cú cụng suất yờu cầu cực đại 
Pmax=Pđm = const, nhưng mụmen yờu cầu cực đại lại phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh 
 Pdm
Mmax= . 
 ωmin
 Đối với phụ tải truyền động yờu cầu trong phạm vi điều chỉnh M = const. Ta cú cụng 
suất yờu cầu cực đại Pmax=Mđm.ωmax. 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 65 
 Hai yờu cầu về loại động cơ và loại truyền động cú ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Nú xỏc 
định kớch thước cụng suất lắp đặt truyền động, bởi vỡ hai yờu cầu này cho biết hiệu suất truyền 
động và đặc tớnh điều chỉnh Pđc(ω), Mđc(ω) của truyền động. Thụng thường cỏc đặc tớnh này 
thường phự hợp với đặc tớnh phụ tải yờu cầu Pyc(ω), Myc(ω). 
 Tuy vậy cú trường hợp, người ta thiết kế hệ truyền động cú đặc tớnh điều chỉnh khụng 
phự hợp chỉ vỡ mục đớch đơn giản cấu trỳc điều chỉnh. 
 Vớ dụ: Đối với tải P = const, khi sử dụng động cơ một chiều, phương phỏp điều chỉnh 
thớch hợp là điều chỉnh từ thụng kớch từ. Nhưng ta dựng phương phỏp điều chỉnh điện ỏp phần 
ứng thỡ khi tớnh chọn cụng suất động cơ cần phải xột yờu cầu Mmax. Như vậy cụng suất động 
cơ lỳc đú khụng phải là Pđm = Pyc mà là: 
 ωmax
 P1đm = Mmax.ωmax = .Py / c = D.Py/c 
 ωmin
 Như vậy cụng suất đặt sẽ lớn hơn D lần so với Py/c. 
 Mặt khỏc việc tớnh chọn cụng suất động cơ cũn phụ thuộc vào phương phỏp điều chỉnh 
tốc độ, vớ dụ cựng một loại động cơ như động cơ khụng đồng bộ, mỗi phương phỏp điều chỉnh 
khỏc nhau cú đặc tớnh hiệu suất truyền động khỏc nhau, phương phỏp điều chỉnh điện ỏp dựng 
Thyristor cú hiệu suất thấp so với phương phỏp điều chỉnh tần số dựng bộ biến đổi Thyristor. 
Vỡ vậy khi tớnh chọn cụng suất động cơ bắt buộc phải xột tới tổn thất cụng suất ∆P và tiờu thụ 
cụng suất phản khỏng Q trong suốt dải điều chỉnh. 
 Do vậy việc tớnh chọn cụng suất động cơ cho truyền động cú điều chỉnh tốc độ cần gắn 
với một hệ truyền động cho trước để cú đầy đủ cỏc yờu cầu cơ bản cho việc tớnh chọn. 
4.6 Kiểm nghiệm cụng suất động cơ 
 Việc tớnh chọn cụng suất động cơ ở cỏc phần trờn được coi là giai đoạn chọn sơ bộ ban 
đầu. Để khẳng định chắc chắn việc tớnh chọn đú là chấp nhận được ta cần kiểm nghiệm lại 
việc tớnh chọn đú. 
 Yờu cầu về kiểm nghiệm việc tớnh chọn cụng suất động cơ gồm cú: 
 - Kiểm nghiệm phỏt núng: ∆υ ≤ ∆υcf. 
 - Kiểm nghiệm quỏ tải về mụmen: Mđm.đcơ > Mcmax 
 - Kiểm nghiệm mụmen khởi động: Mkđ. đcơ ≥ Mc mở mỏy 
 Ta thấy rằng việc kiểm nghiệm theo yờu cầu quỏ tải về mụmen và mụmen khởi động cú 
thể thực hiện dễ dàng. Riờng về yờu cầu kiểm nghiệm phỏt núng là khú khăn, khụng thể tớnh 
toỏn phỏt núng động cơ một cỏch chớnh xỏc được (vỡ tớnh toỏn phỏt núng của động cơ là bài 
toỏn phức tạp). 
Bộ mụn TĐ-ĐL, Khoa Điện 66