Tổng quan về hệ thống đo và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện

Tæng quan vÒ hÖ thèng ®o vµ ®iÒu chØnh
tèc ®é cña ®éng c¬ ®iÖn
Trong thùc tÕ s¶n xuÊt, gia c«ng chÕ t¹o còng nh ®Ó t¹o ra s¶n phÈm cho
mäi ngµnh, mäi nghÒ. Nh ta ®· biÕt ®Ó t¹o ra mçi s¶n phÈm, mçi chi tiÕt ®Òu ph¶i
qua rÊt nhiÒu nguyªn c«ng mµ trong mçi mét nguyªn c«ng l¹i cã nh÷ng tèc ®é
phï hîp ®Ó t¹o ra n¨ng suÊt, chÊt lîng cña s¶n phÈm. ChÝnh v× vËy mµ viÖc ®o vµ
®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬ ®iÖn lµ mét viÖc rÊt cÇn thiÕt nhÊt trong ph¬ng
thøc s¶n xuÊt theo d©y chuyÒn.
ViÖc ®o vµ xö lý tèc ®é cïng víi viÖc ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn nã lµ hÖ
®iÒu chØnh truyÒn ®éng ®iÖn.
TÝn hiÖu chuÈn
XLTH B§ M
CÊu tróc chung cña mét hÖ thèng ®o
§Klêng vµ ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng
§L c¬ ®iÖn.
M lµ ®éng c¬ truyÒn ®éng quay m¸y s¶n xuÊt.
Msx lµ m¸y s¶n xuÊt.
B§ lµ thiÕt bÞ biÕn ®æi n¨ng lîng cÊp cho ®éng c¬.
§K lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn.
§T§ lµ tÝn hiÖu ®Æt.
§L lµ hÖ thèng ®o lêng vÒ tèc ®é cña ®éng c¬ vµ m¸y s¶n xuÊt.
HÖ thèng ®o tèc ®é vµ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn t¸ch lµm hai phÇn.
- §o tèc ®é.
- §iÒu khiÓn ®éng c¬.
Ta lÇn lît nghiªn cøu vµ xÐt tõng phÇn.
PhÇn thø nhÊt: ®o tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn
I. Kh¸i niÖm chung vÒ viÖc ®o tèc ®é
Tèc ®é cña ®éng c¬ cã thø nguyªn lµ sè vßng/1 phót nã lµ mét ®¹i lîng vËt
lý kh«ng mang ®Æc trng cña ®¹i lîng ®iÖn vËy ®Ó do ®îc tèc ®é quay cña mäi
®éng c¬ nãi chung còng nh ®éng c¬ ®iÖn nãi riªng ngêi ta ph¶i biÕn ®æi nã ra
mét ®¹i lîng kh¸c ®Ó phï hîp vµ tiÖn lîi ®ång thêi ®¸p øng ®îc c¸p chÝnh x¸c
theo yªu cÇu cña c«ng viÖc.
Trong qu¸ khø viÖc øng dông cña c¬ häc vµ quang häc ®· gióp Ých cho kü
thuËt ®o lêng. HiÖn t¹i vµ t¬ng lai víi tèc ®é ph¸t triÓn ngµy mét hoµn thiÖn h¬n
cña ngµnh ®iÖn kÓ c¶ vÒ lý thuyÕt vµ nh÷ng c«ng nghÖ cao trong kü thuËt ®iÖn tö
th× ®iÖn tö ®· gãp rÊt nhiÒu trong sù ph¸t triÓn cho thiÕt bÞ ®o lêng. C¸c ®¹i lîng
®iÖn vµ kh«ng ®iÖn ®îc c¶m biÕn ®o lêng chuyÓn ®æi sang tÝn hiÖu ®iÖn. C¸c tÝn
hiÖu nµy ®îc c¸c m¹ch ®iÖn tö chÕ biÕn cho phï hîp víi m¹ch ®o, m¹ch thu thËp
d÷ liÖu ®o lêng.
Nh÷ng u ®iÓm cña m¹ch ®iÖn tö
- §é nh¹y thÝch hîp.
- Tiªu thô n¨ng lîng thÊp.
- Tèc ®é ®¸p øng nhanh.
- DÔ t¬ng thÝch truyÒn ®i xa.
- §é tin cËy cao.
- §é linh ho¹t cao dÔ thÝch nghi víi c¸c vÊn ®Ò ®o lêng.
Tríc khi xÐt vÒ hÖ thèng ®o lêng ®iÖn tö ta ®Ò cËp ®Õn mét tèc ®é kÕ ®¬n
gi¶n.
1. M« t¶ dông cô ®o tèc ®é 3
1 2
4
5
S¬ ®å nguyªn lý cÊu t¹o cña mét thiÕt bÞ ®o tèc ®é vßng quay lo¹i ®¬n gi¶n.
1 lµ nam ch©m H×nh 2.3:cöu
vÜnh thÓcña
CÊucãt¹o do tay
tr¬nkÕtùcÇm
tèc ®é
quay vµ ®îc nèi víi trôc cña
®éng c¬ cÇn kiÓm tra qua mét trôc dÉn mÒm hoÆc mét ®Çu tú kiÓu con tu.
2 lµ ®Üa nh«m.
3 lµ kim chØ thÞ.
4 lµ lß xo c¶n.
5 lµ trôc ®îc g¸ trªn bÖ æ ®ì cã thÓ quay tr¬n trît c¸c phÇn tö 2, 3, 4, 5 ®îc
g¾n chÆt víi nhau.
2. Nguyªn lý lµm viÖc cña thiÕt bÞ
Khi nam ch©m vÜnh cöu (1) quay lµm cho tõ trêng mµ nã t¹o ra còng quay
theo vµ quÐt lªn ®Üa nh«m (2) nh vËy ®Üa nh«m 2 khi ®ã cã mét tõ trêng biÓn ®æi.
Tèc ®é quay cña tõ trêng chÝnh lµ tèc ®é mµ nam ch©m (1) quay hay chÝnh lµ tèc ®é
quay cña ®¹i lîng cÇn kiÓm tra. Trªn ®Üa nh«m (2 ) xu©t hiÖn dßng c¶m øng dßng
®iÖn nµy t¸c dông víi tõ trêng cña nam ch©m (1) vµ t¹o ra mét m«men ®iÖn tõ.
M«men nµy lµm cho ®Üa nh«m (2) quay theo chiÒu quay cña nam ch©m (1). §é lín
m«men nµy hoµn toµn tû lÖ víi tèc ®é quay cña nam ch©m (1).
Khi ®Üa nh«m quay lµm trôc (5) quay theo
Khi trôc (5) quay lµm kim chØ thÞ còng quay theo. Trªn kh¾c ®é cña chØ
b¸o ®îc chia theo sao cho phï hîp víi gi¸ trÞ tèc ®é cña ®éng c¬.
Khi trôc (5) quay ®ång thêi nã còng lµm cho lß xo (4) còng quay theo nªn
nã ®· t¹o ra mét m«men c¶n: §é lín cña m«men c¶n nµy tû lÖ víi gãc xoay cña
trôc (5) cßn chiÒu th× m«men c¶n nµy cã chiÒu ngîc víi chiÒu cña m«men ®iÖn
tõ do ®Üa nh«m (2) t¹o ra.
VËy ®Üa nh«m sÏ dõng t¹i vÞ trÝ mµ M®tõ = Mc¶n
NhËn xÐt
- ¦u ®iÓm:
+ CÊu t¹o ®¬n gi¶n, gän nhÑ, chñ yÕu lµ c¬ khÝ.
+ Kh«ng tiªu hao n¨ng lîng.
+ KÕt cÊu ch¾c ch¾n, ®é tin cËy cao.
- Nhîc ®iÓm:
+ CÊp chÝnh x¸c thÊp.
+ Kh«ng lÊy ra ®îc tÝn hiÖu ®Ó khèng chÕ vµ ®iÒu khiÓn.
Ph¹m vÞ øng dông:
- V× thiÕt bÞ kh«ng tiªu hao n¨ng lîng lªn nã rÊt tiÖn lîi dïng ®Ó kiÓm tra
nh÷ng tèc ®é cña nh÷ng thiÕt bÞ nh: «t«, xe m¸y ®Ó b¸o tèc ®é xe ch¹y hoÆc b¸o
tèc ®é quay cña m¸y.
- MÆt kh¸c ngêi ta cã thÓ chÕ t¹o mét c¸ch hîp lý vÒ kÕt cÊu ®Ó lµm tèc
®é kÕ ®Ó kiÓm tra tèc ®é quay cña nh÷ng thiÕt bÞ ®¬n lÎ.
3. HÖ thèng ®o lêng
3.1. HÖ thèng ®o lêng d¹ng t¬ng tù
§¹i l­îng
®o vµ C¶m biÕn Giao KhuyÕch M¹ch
®iÒu tiÕp ®¹i läc
khiÓn
ThiÕt bÞ ®iÒu M¹ch so TÝn hiÖu
khiÓn s¸nh ®Æt
HiÓn thÞ
Sö dông
kÕt qu¶
ThiÕt bÞ
®äc
TÝn hiÖu ®o ®îc t¹o ra tõ bé c¶m biÕn ®o lêng do ®¹i lîng ®o t¸c ®éng vµo.
Sau khi qua m¹ch chÕ biÕn tÝn hiÖu th× tÝn hiÖu nµy ®i vµo bé hiÓn thÞ kÕt qu¶, t¹i
®©y kÕt qu¶ cã thÓ ®îcH×nh
th«ng1: b¸o trªn mµn
HÖ thèng ®o l­¶nh, ®îc lu
êng ®iÒu tr÷ trong thiÕt bÞ ghi hoÆc
khiÓn
qua thiÕt bÞ ®îc ®äc råi ®a ®Õn kh©u xö lý vµ sö dông kÕt qu¶. Ngoµi ra hÖ thèng
®o lêng cßn liªn kÕt víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng b»ng c¸ch lÊy tÝn hiÖu tõ
®Çu ra cña bé chÕ biÕn qua m¹ch so s¸nh víi tÝn hiÖu ®Æt (tÝn hiÖu chuÈn) ®Ó ®iÒu
khiÓn ®èi tîng ®ang ®îc ®o.
VÝ dô: trong hÖ ®o vµ ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ®©y ®îc gäi lµ kh©u håi
tiÕp theo tèc ®é ®Ó quy tr× tèc ®é cña ®éng c¬ so víi tèc ®é ®Æt.
3.2. HÖ thèng ®o lêng d¹ng sè
§¹i l­îng ®o quan s¸t HiÓn
thÞ sè
C¶m ChÕ biÕn S/H ADC DAC
biÕn tÝn hiÖu
TÝn hiÖu vËt lý Bé ®iÒu khiÓn M¸y
logic ghi (in)
ThiÕt bÞ Ch­¬ng
®iÒu khiÓn F tr×nh
HÖ thèng ®o lêng ®iÖn tö d·y sè kÕt hîp víi thiÕt bÞ vi xö lý tham gia vµo
hÖ thèng ®o lêng nh»m môc ®Ých xö lý nhanh tÝn hiÖu ®o. kh¶ n¨ng chèng nhiÔu
H×nh
tèt h¬n so víi tÝn2.1:
hiÖuHÖ®othèng ®o t¬ng
ë d¹ng ®iÖn
l­êng tù khitötruyÒn
d¹ng sè
®i kÕt
xa. hîp lyP
C¸chvíi tèt h¬n vµ dÔ
thùc hiÖn (phèi ghÐp b»ng tÝn hiÖu quang Opso – Coupler). §©y còng lµ h×nh
thøc thêng sö dông hiÖn nay.
Víi sù ph¸t triÓn cña m¸y tÝnh c¸ nh©n (PC), hÖ thèng ®o lêng dïng kü
thuËt sè, dïng PC thùc hiÖn tù ®éng ho¸ hÖ thèng ®o lêng ë møc cao h¬n vµ
thuËn lîi h¬n khi sö dông. §iÒu ®ã cho chóng ta thÊy ®îc xu thÕ m¸y tÝnh ho¸
thiÕt bÞ ®o lêng.
Trong hÖ thèng ®o lêng dïng kü thuËt sè, tÝn hiÖu d¹ng t¬ng tù ®îc
chuyÓn ®æi sang tÝn hiÖu sè b»ng c¸c m¹ch chuyÓn ®æi ADC ®Ó cho bé vi xö lý
MP ho¹t ®éng, sau ®ã ®Ó cã tÝn hiÖu d¹ng t¬ng tù th× ta l¹i kh«i phôc l¹i qua
m¹ch DAC.
Ngoµi ra hÖ thèng ®o lêng d¹ng sè cßn cã u ®iÓm lµ sù ho¹t ®éng th«ng
minh nhê vµo ch¬ng tr×nh (phÇn mÒm software) cµi ®Æt vµo m¸y tÝnh ®Ó xö lý tÝn
hiÖu ®o lêng vµ ®iÒu khiÓn hÖ thèng tù ®éng ho¸ cho c¶ d©y chuyÒn s¶n xuÊt.
III. Ph©n tÝch chøc n¨ng cña tõng khèi trong hÖ thèng
3. C¶m biÕn ®o tèc ®é
ViÖc ®o tèc ®é quay nãi chung vµ tèc ®é quay cña ®éng c¬ ®iÖn nãi riªng
ngoµi viÖc x¸c ®Þnh cña gi¸ trÞ cña tèc ®é t¹i nh÷ng thêi ®iÓm cÇn kh¶o s¸t nã
cßn mang mét ý nghÜa lµ ®¹i lîng ®iÒu chØnh chÝnh trong hÖ thèng ®iÒu chØnh tù
®éng trong truyÒn ®éng ®iÖn. V× vËy thiÕt bÞ ®o tèc ®é cã vai trß quan träng
quyÕt ®Þnh ®Õn chÊt lîng ®éng vµ tÜnh cña truyÒn ®éng.
Trong kü nghÖ c¸c c¶m biÕn dïng ®Ó ®o tèc ®é quay dùa trªn ®Þnh luËt
Faraday e = -d/dt t¹o ra nh÷ng c¶m biÕn theo nguyªn lý cña m¸y ph¸t vµ ®îc
gäi lµ m¸y ph¸t ®o tèc ®é vµ còng cã hai lo¹i lµ mét chiÒu vµ xoay chiÒu. Ngoµi
ra cßn cã c¸c bé c¶m biÕn ®o tèc ®é xung vµ sè.
3.3.1. C¶m biÕn ®o tèc ®é quay lo¹i ®iÖn tõ
a. Tèc ®é kÕ ®iÖn tõ lo¹i DC
Stato
Chæi than
Roto
Cæ gãp N S
Yªu cÇu ®èi víi m¸y
H×nh CÊutèc
ph¸t
1.1: ®échiÒu
mét
t¹o®étèc lµ ®iÖn
kÕ ®iÖn ¸pDC
tõ lo¹i mét chiÒu cã chøa Ýt
thµnh phÇn ®iÖn ¸p xoay chiÒu tÇn sè cao vµ ph¶i ®¶m b¶o tû lÖ víi tèc ®é quay
cña ®éng c¬, kh«ng ®îc trÔ vÒ nhiÒu gi¸ trÞ còng nh vÒ dÊu so víi biÕn ®æi cña
®¹i lîng ®o. Ngoµi ra ph¶i ®¸p øng yªu cÇu lµ ®iÖn ¸p ph¸t ra kh«ng phô thuéc
vµo t¶i vµ biÕn ®æi nhiÖt ®é. §Ó ®¸p øng yªu cÇu trªn th× vÒ mÆt cÊu t¹o ph¶i lµm
sao ®Ó m¸y ph¸t mét chiÒu ph¶i cã tõ th«ng kh«ng ®æi trong toµn vïng ®iÒu
chØnh tèc ®é (tõ giíi h¹n min – max). V× vËy, ph¶i h¹n chÕ tæn thÊt m¹ch tõ
b¾ng viÖc sö dông vËt liÖu tõ cã tõ trÔ hÑp vµ sö dông c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn
máng ®Ó h¹n chÕ dßng ®iÖn xoay chiÒu.
VÒ cÊu t¹o ®îc chia lµm hai phÇn chÝnh
PhÇn c¶m (phÇn ®øng yªn) gäi lµ stato ®îc cÊu t¹o bëi vËt liÖu s¾t tõ nh ®·
nãi trªn vµ nã mang 2p cùc ®îc h×nh thµnh do sù quÊn d©y hoÆ nam ch©m vÜnh
cöu.
PhÇn quay (phÇn øng) hay cßn gäi lµ roto còng ®îc cÊu t¹o tõ c¸c l¸ thÐp
kü thuËt ®iÖn ghÐp l¹i. PhÇn øng ®îc t¹o c¸c r·nh song song víi nhau vµ song
song víi trôc cña roto trong r·nh cã ®Æt c¸c thanh dÉn, sè thanh dÉn n = 2k, c¸c
®Çu d©y ra ®îc nèi víi c¸c phiÕn gãp t¬ng øng. TËp hîp c¸c phiÕn gãp gäi lµ cæ
gãp vµ trªn ®ã cã bè trÝ mét c¾p chæi than víi lùc tõ thÝch hîp ®Ó lÊy ®iÖn ra. Søc
®iÖn ®éng thu ®îc cã d¹ng Z = (/2)/.n.o
Mét c¸ch tæng qu¸t
Trong ®ã
p lµ sè ®«i cùc ë phÇn c¶m
 lµ v©n tèc gãc.
a lµ sè m¹ch nh¸nh song song.
n lµ sè thanh dÉn.
b. C¶m biÕn ®iÖn tõ lo¹i AC
Lo¹i nµy kh«ng cã cæ gãp, kh«ng cã chæi than. §iÒu nµy t¹o ra cã ®é bÒn
cao h¬n, kh«ng bÞ gi¶m ®iÖn ¸p do chæi than g©y ra, kh«ng ph¸t sinh tia löa ë cæ
gãp nªn Ýt ¶nh hëng nhiÒu. Nhng ngîc l¹i lo¹i nµy phøc t¹p h¬n, sù x¸c ®Þnh ®é
lín tÝn hiÖu thêng ph¶i chØnh lu tÝn hiÖu thu ®îc ®ång thêi nã kh«ng cã kh¶ n¨ng
x¸c ®Þnh ®îc chiÒu quay nªn khi sö dông vµo hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph¶i cÊp thªm
m¹ch x¸c ®Þnh chiÒu quay.
§èi víi m¸y ph¸t mét pha dïng hai cuén d©y ®Æt lÖch nhau mét gãc 90 0
cßn ®èi víi m¸y ba pha dïng m¹ch x¸c ®Þnh thø tù pha ®Ó x¸c ®Þnh chiÒu quay.
C¶m biÕn ®iÖn tõ lo¹i AC thùc chÊt lµ m¸y ph¸t ®iÖn lo¹i nhá phÇn quay
®îc nèi víi trôc cña ®éng c¬ mµ ta cÇn kiÓm tra tèc ®é. PhÇn quaylµ mét nam
ch©m vÜnh cöu cã mét hoÆc nhiÒu cÆp cùc. PhÇn c¶m ®îc quÊn d©y cã thÓ lµ mét
pha, ba pha hoÆc nhiÒu h¬n. Søc ®iÖn ®éng thu ®îc ë phÇn c¶m cã d¹ng
e = Esint
Víi E = K1;  = K2
K1, K2 phô thuéc vµo cÊu t¹o cña m¸y.
3.3.2. C¶m biÕn ®o tèc ®é lo¹i xung sè
Chi tiÕt thö nghiÖm thêng lµ ®Üa g¾n lªn trôc quay mµ cÇn x¸c ®Þnh tèc ®é.
§Üa thêng ®îc cÊu t¹o cã d¹ng tuÇn hoµn, trªn ®Üa thêng ®îc chia lµm P phÇn
b»ng nhau, mçi phÇn ®îc ®anh dÊu mang mét ®Æc tÝnh nh lç, r¨ng,…
Mét c¶m biÕn ph©n tÝch ®îc ®Æt ®èi diÖn vêi chi tiÕt thö nghiÖm, ph©n tÝch
(®Õm) sè phÇn tö ®i ®¸nh dÊu ®i ngang qua ®ång thêi t¹o ra mét tÝn hiÖu xung t -
¬ng øng. TÇn sè f cña tÝn hiÖu xung t¹o ra bëi c¶m biÕn cã gi¸ trÞ:
f = p.N (Hz)
Trong ®ã:
N lµ sè vßng quay cña chi tiÕt thö nghiÖm trong ®¬n vÞ thêi gian.
p lµ sè phÇn tö ®îc ®¸nh dÊu trªn ®Üa.
ViÖc chän c¶m biÕn ®îc g¾n liÒn víi lo¹i vËt liÖu lµm ®Üa quay còng nh
phÇn tö ®¸nh dÊu trªn ®Üa. Ngêi ta sö dông tuú theo trêng hîp, hoÆc mét trong
nh÷ng c¶m biÕn do giíi h¹n hai ®Çu hoÆc mét c¶m biÕn quang.
¦u ®iÓm cña tèc ®é lo¹i xung lµ cÊu t¹o ®¬n gi¶n, ch¾c ch¾n nªn b¶o qu¶n
dÔ dµng mÆt kh¸c nã kh«ng t¹o nªn tiÕng ån kh«ng cã nhiÒu ký sinh ®ång thêi
viÖc biÕn ®æi sang tÝn hiÖu sè ®¬n gi¶n. Dùa theo nguyªn t¾c trªn ngêi ta t¹o ra
c¸c c¶m biÕn sau:
a. C¶m biÕn tõ trë thay ®æi
CÊu t¹o h×nh vÏ Nam ch©m
Nguyªn t¾c ho¹t ®éng:
Cuén d©y
Cuén d©y ph©n tÝch cã lâi s¾t
tõ cho phÐp mét tõ th«ng ®i qua nã. Khe hë kh«ng khÝ
Nam ch©m t¹o ra tõ th«ng vµ khÐp
m¹ch qua lâi s¾t cña cuén d©y.
Cuén d©y ®îc ®Æt ®èi diÖn víi ®Üa H×nh 2.1: Nguyªn t¾c cña tèc
còng cÊu t¹o bëi vËt liÖu s¾t tõ ®é kÕ lo¹i tõ trë thay ®æi
(h×nh vÏ) sù dÞch chuyÓn cña ®Üa sÏ
t¹o ra sù gi¸n ®o¹n cña m¹ch tõ (do cÊu t¹o cña ®Üa) khi ®ã tõ trë cña lâi cuén
d©y thay ®æi khi ®ã cuén d©y sÏ cã søc ®iÖn ®éng c¶m øng mµ tÇn sè tû lÖ víi
vËn tèc quay cña ®Üa.
§é lín cña søc ®iÖn ®éng còng phô thuéc vµo tèc ®é vµ kho¶ng c¸ch khe
hë mµ m¹ch tõ t¹o nªn. Nã gi¶m víi nhau khi kho¶ng c¸ch t¨ng lªn ngoµi ra nã
cßn phô thuéc víi tèc ®é quay ®èi víi tèc ®é bÐ søc ®iÖn ®éng rÊt nhá vµ trong
ph¹m vi nµy ngêi ta gäi lµ vïng chÕt kh«ng thÓ ®o ®îc.
b. C¶m biÕn tèc ®é
lo¹i quang häc ThÊu
Nguån kÝnh
CÊu t¹o (h×nh vÏ) s¸ng Bé ph©n tÝch
quang
Gåm mét nguån s¸ng
vµ mét bé ph©n ph©n sinh
quang cã thÓ lµ diot quang
hoÆc Tranzitor quang.
§Üa quay ®îc ®Æt
gi÷a hai phÇn tö trªn. CÊu
t¹o cña ®Üa cã thÓ lµm b»ng H×nh 2.2: Nguyªn t¾c cÊu t¹o
vËt liÖu trong suèt vµ cã chuyÓn ®æi quang häc
nh÷ng m¶ng ch¾n ¸nh s¸ng
g¾n ®Òu nhau hoÆc ngîc l¹i ®Üa cã thÓ lµm b»ng vËt liÖu kh«ng cho ¸nh s¸ng
chiÕu qua trªn chu vi cña ®Üa ngêi ta t¹o ra nh÷ng (lç, khe) cã kho¶ng c¸ch ®Òu
nhau theo chu vi.
Bé phËn ph©n tÝch nhËn ®îc lîng ¸nh s¸ng ®îc ®iÒu khiÓn bëi ®Üa quay, sÏ
t¹o ra mét tÝn hiÖu ®iÖn cã tÇn sè tû lÖ víi tèc ®é quay cßn biªn ®é ®éc lËp víi
vËn tèc. Kho¶ng ®o vËn tèc phô thuéc.
Mét mÆt sè lÇn gi¸n ®o¹n trªn ®Üa (sè phÇn tö ®¸nh dÊu).
Mét mÆt do b¨ng th«ng cña bé ph©n tÝch vµ m¹ch ®iÖn ®i kÌm.
PhÇn II
®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬
A. Tæng quan vÒ ®iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn
§éng c¬ ®iÖn ®îc sö dông rÊt réng r·i do cã nhiÒu u ®iÓm so víi c¸c lo¹i
®éng c¬ kh¸c. HiÖu suÊt cao, t¸c ®éng nhanh, dÔ dµng ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng ho¸,
lµm viÖc tin cËy, hÖ thèng cung cÊp n¨ng lîng tiÖn lîi vµ kinh tÕ. ChÝnh v× vËy
mµ hÇu hÕt c¸c m¸y s¶n xuÊt ®Òu ®îc truyÒn ®éng b»ng ®éng c¬ ®iÖn.
C¸c phÇn tö c¬ b¶n cña mét sè hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn bao gåm.
1. §éng c¬ ®iÖn: Chøc n¨ng biÕn ®æi ®iÖn n¨ng thµnh c¬ n¨ng quay c¸c m¸y s¶n
xuÊt.
2. M¸y s¶n xuÊt: Lµ thiÕt bÞ c¬ khÝ thùc hiÖn chøc n¨ng theo c«ng nghÖ s¶n
xuÊt.
3. Bé biÕn ®æi: Dïng ®Ó biÕn ®æi nguån ®iÖn líi thµnh nguån ®iÖn phï hîp víi
®éng c¬.
4. HÖ thèng ®iÒu khiÓn vµ b¶o vÖ nh»m thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng:
Më m¸y vµ h·m m¸y thùc hiÖn chøc n¨ng h¹n chÕ dßng ®iÖn vµ m«men
cña ®éng c¬ trong giíi h¹n cho phÐp víi thêi gian ng¾n nhÊt.
§iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬ theo yªu cÇu cña c«ng nghÖ ®ßi hái.
B¶o vÖ ®éng c¬ khi qu¸ t¶i vµ ng¾n m¹ch.
L­íi ®iÖn Bé biÕn ®æi §éng c¬ ®iÖn M¸y s¶n xuÊt
HÖ thèng ®iÒu
khiÓn vµ b¶o vÖ
Trong hÖH×nh 1: S¬
truyÒn ®éng khèi mét
®å ®iÖn cho trong h×nhtruyÒn
hÖ thèng ®ång
trªn ta ®iÖn xÐt vµ t×m hiÓu
®i xem
c¸c ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèc ®é cho ®éng c¬ ®iÖn.
Nguyªn lý lµm viÖc cña tÊt c¶ c¸c m¸y ®iÖn quay ®Òu dùa vµo hai ®Þnh
luËt ®iÖn tö c¬ b¶n ®ã lµ
§Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ: §Þnh luËt Faraday
§Þnh luËt vÒ lùc ®iÖn tõ: §Þnh luËt Laplace
§ã lµ ®Þnh luËt c¬ b¶n cña ®éng c¬ biÕn ®æi c¬ n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng.
Tuú theo c¸ch t¹o ra tõ trêng, kÕt cÊu cña m¹ch tõ vµ dïng d©y quÊn mµ ta
cã bèn lo¹i ®éng c¬ sau:
1. §éng c¬ kh«ng ®ång bé
2. §éng c¬ ®ång bé.
3. §éng c¬ mét chiÒu.
4. §éng c¬ xoay chiÒu cã vµnh gãp.
B. Ph¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn
I. Nh÷ng chØ tiªu cña hÖ ®iÒu chØnh tèc ®é ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn
§iÒu chØnh tèc ®é truyÒn ®éng ®iÖn lµ dïng ph¬ng ph¸p thuÇn tuý ®iÖn
t¸c ®éng lªn b¶n th©n hÖ truyÒn ®éng ®iÖn (nguån vµ ®éng c¬ ®iÖn) ®Ó thay ®æi
tèc ®é quay cña ®éng c¬ ®iÖn.
§Ó ®¸nh gi¸ chÊt lîng cña mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn thêng c¨n cø
vµo mét sè chØ tiªu kinh tÕ – kü thuËt c¬ b¶n c¸c chØ tiªu nµy còng ®îc tÝnh ®Õn
khi thiÕt kÕ hoÆc chØ ®Þnh c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn.
§ã lµ c¸c chØ tiªu:
1.Sai sè tèc ®é.
2. §é tr¬n cña ®iÒu chØnh tèc ®é.
3. §ai ®iÒu chØnh tèc ®é
4. Sù phï hîp gi÷a ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh vµ ®Æc tÝnh t¶i.
5. ChØ tiªu kinh tÕ.
6. C¸c chØ tiªu kh¸c.
7. Tæn thÊt n¨ng lîng khi ®iÒu chØnh.
1.1. Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu
1.1.1. Ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu
vµ M = CM..I 
Ph¬ng tr×nh biÓu diÔn sù quan hÖ gi÷a tèc ®é ®éng c¬ víi m«men quay cña
®éng c¬ gäi lµ ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ n = f(M).
Tõ ph¬ng tr×nh trªn ta thÊy ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu viÖc thùc hiÖn
thay ®æi tèc ®é cña ®éng c¬ cã thÓ thùc hiÖn ®îc b»ng c¸ch thay ®æi c¸c ®¹i lîng
, U, R.
Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi  ®îc ¸p dông t¬ng ®èi
phæ biÕn, v× nã cã thÓ thay ®æi liªn tôc vµ kinh tÕ trong qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh hiÖu
suÊt  = coxtg v× sù ®iÒu chØnh thùc hiÖn t¸c ®éng lªn m¹ch kÝch tõ cã c«ng suÊt
rÊt nhá so víi c«ng suÊt cña ®éng c¬. Song vÒ d¶i ®iÒu chØnh cña nã t¬ng ®èi hÑp
bëi v× tèc dé ®iÒu chØnh chØ cã thÓ lín h¬n tèc ®é ®Þnh møc v× kh«ng ®îc phÐp
t¨ng  > ®m m¾t kh¸c bÞ h¹n chÕ bëi ®iÒu kiÖn c¬ khÝ vµ kh¶ n¨ng ®¶o chiÒu.
Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch ghÐp thªm ®iÖn trë phô vµo
m¹ch phÇn øng ®Ó lµm t¨ng R. Ph¬ng ph¸p nµy chØ cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc tèc ®é
< tèc ®é ®Þnh møc vµ kÌm theo tæn hao n¨ng lîng trªn ®iÖn trë phô dÉn ®Õn lµm
gi¶m hiÖu suÊt cña ®éng c¬ ®iÖn. V× vËy ph¬ng ph¸p nµy chØ ¸p dông ë ®éng c¬
®iÖn cã c«ng suÊt nhá v× trªn thùc tÕ thêng dïng cho c¸c ®éng c¬ trªn m¸y trùc
hoÆc trªn c¸c m¸y vËn t¶i.
Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é quay b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p ®ùt vµo
phÇn øng chóng chØ cho phÐp ®iÒu chØnh tèc ®é quay d¬ió tèc ®é ®Þnh møc cña
®éng c¬ ®iÖn nhng ph¬ng ph¸p nµy kh«ng g©y hao tæn trong ®éng c¬ ®iÖn nhng
®ßi hái nã ph¶i cã nguån riªng nªn nguån ®ã cã thÓ thay ®æi ®îc ®iÖn ¸p.
Trªn ®©y lµ c¸c ph¬ng ph¸p ®Ó thùc hiÖn viÖc ®iÒu chØnh tèc ®é quay cña
®éng c¬ ®iÖn. Trªn thùc tÕ mäi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã chung mét nguyªn lý
cÊu t¹o nhng dïng theo c¸ch ®Êu nèi kh¸c nhau mµ ta cã nh÷ng lo¹i ®éng c¬ cã
kÝch tõ kh¸c nhau vµ mçi lo¹i l¹i mang nh÷ng nÐta riªng kh¸c nhau. Ta sÏ xÐt
tõng trêng hîp cô thÓ.
2.1. §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch song song hoÆc kÝch thÝch ®éc lËp
Víi ®iÒu kiÖn U= constg It = constg
Khi M vµ I thay ®æi tõ th«ng  cña ®éng c¬ còng hÇu nh kh«ng thay ®æi
(bá qua ph¶n øng phÇn øng) khi ®ã ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ cã d¹ng
(1)
Nh×n vµo ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ ta thÊy ®êng ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬
mét chiÒu kÝch thÝch song song hoÆc ®éc lËp lµ mét ®êng th¼ng víi ®é dèc phô
thuéc vµo gi¸ trÞ cña R
a. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi tõ th«ng 
n
n0-2
I­ n0-1
Ib 2 < 1
R®ch n0 1 < ®m
®m
U = etc
NÕu t¨ng ®iÖn trë R®c trªn m¹ch kÝch tõ víi nh÷ng gi¸ trÞM
kh¸c nhau cña
R®c ta cã Ib thay ®æi.
KÕt qu¶ ta cã hä ®Æc tÝnh nh trªn h×nh vÏ
C¸c ®êng ®ã cã no > no ®m v×
®é dèc cµng lín h¬n ®é dèc kho  = ®m
Khi ®ã trªn ®å thÞ ta cã ®êng ®Æc tÝnh c¬ tù nhiªn ®êng sè 1 trong ®ã no lµ
tèc ®é kh«ng t¶i
n
no
(1)
n®m
(1 - 2)
Tõ ph¬ng tr×nh ®Æc tÝnh c¬ (1 - 3)
M®m M (I)­
Ta thÊy: ®Ó thay tèc ®é cña ®éng c¬ ta cã thÓ thùc hiÖn b»ng c¸c ph ¬ng
ph¸p sau.
a. Ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch
phÇn øng ®Ó t¨ng R. Ph¬ng ph¸p nµy chØ cã thÓ ®iÒu chØnh tèc ®é quay trong
vïng díi tèc ®é ®Þnh møc vµ lu«n kÌm theo tæn hao n¨ng lîng trªn ®iÖn trë phô
lµm gi¶m hiÖu suÊt cña ®éng c¬ ®iÖn. V× vËy ph¬ng ph¸p nµy chØ ¸p dông ë
®éng c¬ ®iÖn cã c«ng suÊt nhá thùc tÕ thêng dïng ë ®éng c¬ ®iÖn trong c¸c m¸y
trôc. Khi ®ã ta cã hä ®Æc tÝnh n»m phÝa d¬id ®êng (1) ®ã lµ (1-2), (1-3).
NÕu ghÐp thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng. Khi ®ã ta cã ph¬ng tr×nh
®Æc tÝnh c¬ nh sau:
b. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn trë phô trªn m¹ch phÇn øng
NÕu ta nãi thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng th× biÓu thøc (1) trë
thµnh
(2)
BiÓu thøc (2) biÓu thÞ ®Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ khi
U = Ctc
Ib = Ctc n
no
Rf = 0
Tõ ®ã ta thÊy:
Khi Rf = 0 lµ ®êng ®Æc tÝnh c¬ Rf1
tù nhiªn.
Khi Rf cµng lín dÉn ®Õn ®é dèc Rf2
lín nhng no kh«ng thay ®æi.
Trªn h×nh vÏ biÓu diÔn c¸c ®- M
M®m Rf3
êng ®Æc tÝnh khi kh«ng ®iÒu
chØnh Rf = 0.
Khi Rf1 < Rf2< Rf3
c. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi ®iÖn ¸p
n
no
n01 U®m
Bé biÕn n02 U®c1
®æi ®iÖn ¸p Ikt = etc n03 U®c2
U®c3
Ph¬ng ph¸p nµy chØ ¸p dông ®îc ®èi víi ®éng c¬ ®iÖn kÝch thÝch ®éc lËp
M®m M
hoÆc ®éng c¬ ®iÖn kÝch thÝch song song lµm viÖc ë chÕ ®é kÝch thÝch ®éc lËp.
ViÖc cung cÊp ®iÖn ¸p cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc cho ®éng c¬ tõ mét nguån ®éc lËp
®îc thùc hiÖn trong kü thuËt b»ng c¸ch sö dông c¸c bé biÕn ®æi ®Ó t¹o ra nguån
®éc lËp cã thÓ lµ m¸y ph¸t – ®éng c¬ hoÆc khuyÕch ®¹i tõ – ®éng c¬ hoÆc c¸c
bé biÕn ®æi ®iÖn tö …
§iÒu khiÓn b»ng ph¬ng ph¸p nµy kh«ng lµm thay ®æi ®é cøng cña ®êng
®Æc tÝnh c¬ nhng nã còng kh«ng cho phÐp ®iÒu chØnh tèc ®é lín h¬n tèc ®é ®Þnh
møc. V× U®m  U®c mµ th«i.
U®m > U®c1 > U®c2 > U®c3
2.1.2. §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp
I­
It
KT
§éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp dïng kÝch tõ chÝnh lµ dßng
phÇn øng It = I = I.
Trong trêng hîp kh«ng xÐt ®Õn ¶nh hëng do b·o hoµ cña m¹ch tõ còng nh
bá qua ®iÖn trë phÇn øng R ta thÊy n   . Nh vËy khi ®ã ®êng ®Æc
tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch nèi tiÕp cã d¹ng ®êng Hypecbol.
Tèc ®é cña ®éng c¬ t¨ng rÊt nhanh khi M gi¶m vµ ®¹t tíi gi¸ trÞ rÊt lín khi
Mc = 0.
a. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi tõ th«ng 
§Ó ®iÒu chØnh dßng kÝch tõ ®èi víi ®éng c¬ cã kÝch tõ nèi tiÕp.
U U U U
C¸c ph¬ng ph¸p ph¬ng ph¸p (d)
(a) ®iÒu chØnh(b)tèc ®é b»ng (c) thay ®æi tõ th«ng 
®èi víi ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp.
a. M¾c sau d©y quÊn kÝch thÝch.
b.Thay ®æi d©y quÊn kÝch thÝch .
c.M¾c sau phÇn øng ®éng c¬.
d. Thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng.
b. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng ph¬ng ph¸p thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng
(H×nh vÏ d) ph¬ng ph¸p nµy chØ ®iÒu chØnh ®îc tèc ®é nhá h¬n tèc ®é
®Þnh møc vµ kÌm theo lµ tæn hao lín trªn ®iÖn trë phô nªn lµm gi¶m hiÖu suÊt
cña ®éng c¬ nªn ph¬ng ph¸p nµy Ýt ®îc dïng.
c. §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ b»ng ph¬ng ph¸p thay ®æi ®iÖn ¸p
Ph¬ng ph¸p nµy chØ cho phÐp ®iÒu chØnh tèc ®é trong ph¹m vi díi tèc ®é
®Þnh møc v× kh«ng cho phÐp t¨ng ®iÖn ¸p qu¸ ®Þnh møc nhng l¹i gi÷ ®îc hiÖu
suÊt cao do kh«ng cã ®iÖn trë phô tham gia ®iÒu chØnh ph¬ng ph¸p nµy cã thÓ
thùc hiÖn b»ng c¸ch phèi hîp nèi song song hoÆc nèi tiÕp hai ®éng c¬ cã cïng
c¸c th«ng sè kü thuËt hoÆc dïng ®Õn bé b¨m ®iÖn ¸p mét chiÒu ®Ó t¹o ra gi¸ trÞ
®iÖn ¸p trong b×nh dÆt vµo ®éng c¬ thay ®æi.
1.3. §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®èi víi ®éng c¬ kÝch thÝch hçn hîp
§éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ngoµi viÖc sö dông nèi tiÕp, song song hay
®éc lËp ngêi ta cßn chÕ t¹o lo¹i gåm hai thµnh
KTnt
phÇn kÝch tõ võa song song hoÆc ®éc lËp võa nèi U
tiÕp (h×nh vÏ).
Trong trêng hîp nµy cuén kÝch tõ nèi tiÕp
hÇu hÕt ®îc sö dông ®ãng vai trß bï môc ®Ých lµ KTss
®Ó t¨ng ®é cøng cña ®Æc tÝnh c¬ cßn trong qu¸ tr×nh lµm viÖc trong chÕ ®é tõ
kh«ng t¶i hoÆc t¶i nhá hÇu nh kh«ng tham gia. VËy ph¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc
®é cña ®éng c¬ kÝch tõ lo¹i nµy còng gièng nh ®èi víi ®éng c¬ kÝch tõ song song
hoÆc kÝch tõ ®éc lËp nhng ®Æc tÝnh c¬ cøng h¬n ®ång thêi nã kh«ng ph¶i lµ ®êng
th¼ng nh ®éc lËp hoÆc song song.
n
§êng (1) øng víi kÝch thÝch hçn hîp bï (2)
(3)
§êng (2) øng víi hçn hîp ngîc
(1)
§êng (3) øng víi kÝch thÝch song song
2.2.1. §iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ kh«ng ®ång bé
M
Tèc ®é cña ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé lµ:
Trong ®ã:
lµ tèc ®é tõ trêng quay.
P lµ sè cÆp cùc cña d©y quÊn stato.
S lµ hÖ sè trît
Nh×n vµo biÓu thøc trªn ta thÊy:
Víi ®éng c¬ ®iÖn kh«ng ®ång bé roto lång sãc cã thÓ ®iÒu chØnh tèc ®é
®éng c¬ b»ng c¸ch thùc hiÖn sù thay ®æi.
- TÇn sè dßng ®iÖn stato.
- Thay ®æi sè ®«i cùc p cña tõng stato.
- Thay ®æi ®iÖn ¸p cÊp vµo stato ®Ó thay ®æi hÖ sè trît.
Nãi chung tÊt c¶ c¸c ph¬ng ph¸p trªn ®Òu thùc hiÖn trªn stato.
§èi víi roto d©y quÊn thêng ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn trë
roto ®Ó thay ®æi hÖ sè trît S viÖc thùc hiÖn ë phÝa roto.
1. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi tÇn sè
ViÖc thay ®æi tÇn sè f cña dßng ®iÖn stato ®îc thùc hiÖn b»ng ®é biÕn ®æi
tÇn sè.
Nh ta ®· biÕt tõ th«ng max tû lÖ thuËn víi tû sè U1/f nªn khi thay ®æi tÇn sè
ngêi ta muèn gi÷ cho max kh«ng thay ®æi ®Ó m¹ch tõ m¸y ë t×nh tr¹ng ®Þnh møc.
Muèn vËy ph¶i ®iÒu chØnh ®ång thêi tÇn sè vµ ®iÖn ¸p.
ViÖc gi÷ cho tû sè U1/f = Ctc sÏ thùc hiÖn khi f < f®m .
Khi f > f®m ta gi÷ cho U = U®m ®Ó ®¶m b¶o cho d©y quÊn. Khi ®ã max gi¶m
vµ Mmax gi¶m nhiÒu.
n
f > f®m
f®m
f < f®m
2.2.2. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi sè ®«i cùc
Sè ®«i cùc cña tõ trêng quay phô thuéc vµo cÊu t¹o cña d©y quÊn stato
M
viÖc thùc hiÖn ph¬ng ph¸p nµy ngêi ta cã thÓ.
- §æi nèi c¸ch ®Êu bé d©y trong stato tõ Y – YY sao/saokÐp hoÆc tõ
/YY biÕn sè cÆp cùc P th× P = 1  P = 2 hoÆc tõ P = 2  P = 4.
- QuÊn nhiÒu bé d©y cã sè cÆp cùc kh¸c nhau trong stato vµ mçi bé d©y
cã thÓ lµm viÖc ®éc lËp víi nhau theo ph¬ng ph¸p nµy sè cÊp tèc ®é kh«ng theo
quan hÖ 1:2 mµ lµ 1  2  3.
P cã thÓ b»ng 1 hoÆc P = 2 hoÆc P = 3 …
Nãi chung ph¬ng ph¸p nµy viÖc ®iÒu chØnh nh¶y cÊp nhng cã u ®iÓm lµ ®é
cøng cña ®êng ®Æc tÝnh ®îc gi÷ nguyªn.
n
p=1
p=2
M