Bài giảng Truyền động điện tự động - Chương 3: Điều chỉnh các thông số đầu ra của hệ truyền động điện - Phạm Khánh Tùng

CHƯƠNG 3 
ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.1. Khái niệm chung 
3.1.1. Các định nghĩa 
Hệ truyền động điện không chỉ có nhiệm vụ biến đổi điện năng thành 
cơ năng, mà còn điều khiển quá trình làm việc của cơ cấu công tác 
theo yêu cầu của máy sản xuất. 
Yêu cầu công nghệ được đảm bảo nếu hệ có khả năng đặt: 
 + Các thông số gia công cho từng công đoạn 
 + Duy trì các thông số với một độ chính xác nào đó (tốc độ, mô men, 
gia tốc, ví trí của cơ cấu công tác ) 
 + Cưỡng bức thay đổi các giá trị đó theo ý muốn: hạn chế giá trị của 
chúng theo mức cho phép của quá trình công nghệ hoặc theo khả 
năng về độ bền, độ quá tải của máy. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Các thông số gia công nói trên có liên quan đến mômen M và tốc 
độ ω của động cơ điện, có các mối quan hệ được định nghĩa: 
a) Các thông số đầu ra hay còn gọi là thông số được điều 
chỉnh: 
 + Mômen (M) 
 + Tốc độ (ω) của động cơ,  
Do M và ω là 2 trục của mặt phẳng tọa độ đặc tính cơ [M,ω], nên 
việc điều chỉnh chúng thường gọi là “điều chỉnh tọa độ”. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
b) Các thông số đầu vào hay còn gọi là thông số điều chỉnh: 
+ Đối với động cơ điện một chiều, thông số đầu vào là điện trở phần 
ứng Rư (hoặc Rưf), từ thông Φ (hoặc điện áp kích từ Ukt; dòng điện 
kích từ Ikt) và điện áp phần ứng Uư. 
+ Đối với động cơ điện không đồng bộ, thông số đầu vào là điện trở 
mạch rôto R2 (hoạc R2f), điện trở mạch stato R1, điện kháng stato X1, 
điện áp stato U1 và tần số của dòng điện stato f1 
+ Đối với động cơ điện đồng bộ, thông số đầu vào là tần số của dòng 
điện stato f1. 
c) Các phần tử điều khiển: 
Các thiết bị hoặc dụng cụ làm thay đổi các thông số đầu vào. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.1.2. Mục đích điều chỉnh các thông số đầu ra của động cơ: 
+ Đặt giá trị làm việc và duy trì mức đó, ví dụ duy trì tốc độ làm việc 
khi phụ tải thay đổi ngẫu nhiên. 
+ Thay đổi thông số theo quy luật yêu cầu, ví dụ trong thời gian khởi 
động và tăng tốc động cơ thang máy từ 0 → tốc độ ổn định, mômen 
lúc đầu phải tăng tuyến tuyến tính theo thời gian, sau đó giữ không 
đổi, và cuối cùng giảm tuyến tính cho đến khi M = Mc. 
+ Hạn chế thông số ở một mức độ cho phép, ví dụ hạn chế dòng 
điện khởi động Ikđ = Icp. 
+ Tạo ra một quy luật chuyển động cho cơ cấu công tác (tức cho 
trục động cơ) theo quy luật cho trước ở đầu vào với một độ chính 
xác nào đó. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.1.3. Điều chỉnh không tự động và điều chỉnh tự động 
a) Điều chỉnh không tự động 
Thay đổi thông số đầu ra bằng tác động lên thông số đầu vào một 
cách rời rạc. 
Mỗi tác động có một giá trị không đổi của thông số đầu vào và 
tương ứng một đường đặc tính cơ (nhân tạo). 
Khi động cơ làm việc, các nhiễu (phụ tải thay đổi, điện áp nguồn 
dao động, ) tác động vào hệ, nhưng thông số đầu vào vẫn giữ 
không đổi nên điểm làm việc của động cơ chỉ di chuyển trên một 
đường đặc tính cơ. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Dạng “điều chỉnh bằng tay” hay “điều chỉnh không tự động” hoặc 
“điều chỉnh vòng hở” (không có phản hồi). 
Phương pháp điều chỉnh này đơn giản nên vẫn được dùng trong 
các hệ truyền động điện hiện đại, tuy nhiên nó không đảm bảo 
được các yêu cầu cao về công nghệ của máy sản xuất 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
b) Điều chỉnh tự động 
Thay đổi liên tục của thông số đầu vào theo mức độ sai lệch của 
thông số đầu ra so với giá trị định trước, nhằm khắc phục độ sai 
lệch đó. 
Khi có tác động của nhiễu làm ảnh hưởng đến thống số đầu ra, 
thì thông số đầu vào sẽ thay đổi và động cơ sẽ có một đường 
đặc tính cơ khác, điểm làm việc của động cơ sẽ dịch chuyển từ 
đường đặc tính nhân tạo này sang đặc tính nhân đạo khác và 
vạch ra một đường đặc tính cơ của hệ điều chỉnh tự động. 
Vì vậy có thể định nghĩa: “đặc tính cơ của hệ điều chỉnh tự động 
là quỹ tích của các điểm làm việc của động cơ trên vô số các 
đặc tính cơ của hệ điều chỉnh vòng hở”. Hay còn gọi là “quỹ đạo 
pha trên tọa độ đặc tính cơ”. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Việc thay đổi tự động thông số đầu vào được thực hiện nhờ 
mạch phản hồi (hồi tiếp). 
Mạch phản hồi lấy tín hiệu từ thông số đầu ra hoặc một thông số 
nào đó liên quan đến đầu ra, đưa trở lại gây tác động lên thông 
số đầu vào, tạo thành một hệ có liên hệ kín giữa đầu ra và đầu 
vào. 
Vì vậy, hệ điều khiển theo nguyên tắc phản hồi được gọi là hệ 
“điều chỉnh vòng kín”. 
Hệ điều chỉnh tự động tuy phức tạp nhưng đảm bảo các chỉ tiêu 
chất lượng cao. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
c) Nhiễu của các thông số đầu ra 
Đối với các hệ truyền động và động cơ điện, hai thông số đầu ra 
chủ yếu là mômen và tốc độ. Các loại nhiễu gây tác động lên các 
thông số này như điện áp nguồn, tần số lưới điện, nhiệt độ môi 
trường, hệ số tự cảm của cuộn dây,  
Khi điều chỉnh tốc độ: Thông số được điều chỉnh, ω, chỉ là một 
trong các thông số tạo ra đặc tính nhân tạo, các thông số khác là 
phụ tải biểu thị bằng mômen cản Mc, hoặc dòng tải Ic. 
Khi điều chỉnh mômen hoặc dòng điện: Thông số được điều chỉnh 
là M hoặc I, thì nhiễu loạn chủ yếu lại là tốc độ ω. Sự ảnh hưởng 
qua lại giữa hai đại lượng M và ω được thể hiện bằng đường đặc 
tính cơ và phương trình đặc tính cơ. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.2. CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG 
3.2.1. Chỉ tiêu chất l-ợng động (chế độ quá độ) 
 + Độ quá điều chỉnh σmax (σmax = 40% hoặc có thể nhỏ hơn). 
 + Thời gian quá độ Tqđ (Tqđ càng nhỏ càng tốt). 
 + số lần dao động n ( n = 2 ÷ 3 là tốt) 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.2.2. Chỉ tiêu chất lượng tĩnh (chế độ xác lập) 
a. Sai số tĩnh tốc độ s% 
 Đại ượng đặc trưng cho sự chính xác duy trì tốc độ đặt (ωđ) 
 ω - tốc độ làm việc thực của động cơ. 
 ω0 - tốc độ không tải của động cơ. 
 Δωc - độ sụt tốc độ khi mômen tải thay đổi Mc = 0 → Mđm. 
*
*
c
0
0 1%%100%s

  

 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Sai số tĩnh tốc độ càng nhỏ → điều chỉnh càng chính xác, và 
trường hợp lí tưởng ta có hệ điều chỉnh tuyệt đối chính xác khi 
s% = 0. 
Trong thực tế, cần phải thiết kế các hệ truyền động diều chỉnh có 
độ chính xác đáp ứng yêu cầu công nghệ của máy sản xuất: 
Truyền động chính của máy cắt gọt kim loại: s% = 10%; 
Truyền động ăn dao: s% = 5%,  
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
b. Phạm vi điều chỉnh tốc độ D 
 Giá trị tốc độ ωmax bị hạn chế bởi 
độ bền cơ học của động cơ, và 
điều kiện chuyển mạch. 
 Tốc độ ωmin bị hạn chế bởi yêu 
cầu về mômen khởi động, về khả 
năng quá tải và về sai số tốc độ 
làm việc cho phép. 
min
maxD


CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Trường hợp phối hợp hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 
bằng điện: 
 + Thay đổi điện áp phần ứng động cơ một chiều sẽ điều chỉnh tốc 
độ từ ωmin đến ωđm, 
 + Thay đổi từ thông kích từ thì điều chỉnh tốc độ từ ωđm đến ωmax. 
Khi đó có “hệ điều chỉnh hai vùng tốc độ” và có dải điều chỉnh rộng: 
 




 DDD u
đm
max
min
đm
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Giả thiết các đặc tính cơ là tuyến tính, có độ cứng không đổi β1 = β2, 
mômen tải không đổi Mc, sai số tốc độ tương ứng: 
Nếu gọi bội số mômen khởi động là Knm2 = Mnm2/Mc: 
%100
M
%s %;100
M
%s
202
c
2
101
c
1


%1001%s%;100
K
1
%s
02
min
2
2nm
2 


2
2nmc
2min
KM
)s1(

  
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Qua đó ta thấy được quan hệ giữa D, s%, β và Knm. 
Theo khả năng quá tải, ta có thể xác định phạm vi điều chỉnh: 
Trong đó: 
*
tn
*
min
*
min
*
tn
min
max
1
1
D


 
 


đm
min.nm
qtqt
*
min
0
đmqt
min
M
M
k;k;
M.k
 

 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.2.3. Độ trơn điều chỉnh tốc độ φ 
 Là sự chênh lệch giữa 2 cấp tốc độ liền nhau: 
 Trong đó: 
 ωi - tốc độ ổn định đạt được ở cấp i. 
 ωi+1 - tốc độ ổn định đạt được ở cấp kế tiếp (i+1). 
 Hệ số φ càng nhỏ càng tốt, lý tưởng là φ → 1: đó là hệ điều 
chỉnh vô cấp. Còn hệ điều chỉnh có cấp: φ ≠ 1. 
i
1i


CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.2.4. Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải 
Với các động cơ thì chế độ làm việc tối ưu thường là chế độ định 
mức của động cơ. Để sử dụng tốt động cơ khi điều chỉnh tốc độ 
cần lưu ý đến các chỉ tiêu: dòng điện động cơ không vượt quá 
dòng định mức, đảm bảo khả năng quá tải về mômen (trong 
khoảng thời gian ngắn), đảm bảo yêu cầu về ổn định tĩnh khi có 
nhiễu v.v... trong toàn dải điều chỉnh. 
Vì vậy khi thiết kế hệ truyền động có điều chỉnh tốc độ, người ta 
thường chọn hệ truyền động cũng như phương pháp điều chỉnh, 
sao cho đặc tính điều chỉnh của hệ bám sát yêu cầu đặc tính của 
tải. Nếu đảm bảo được điều kiện này thì tổn thất trong quá trình 
điều chỉnh sẽ nhỏ nhất. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.2.5. Chỉ tiêu kinh tế 
Nhiều trường hợp, chỉ tiêu kinh tế là chỉ tiêu quyết định sự lựa chọn 
phương án truyền động. 
Hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ cần đạt có vốn đầu tư thấp, 
giá thành hạ, chi phí vận hành, bảo quản, sửa chữa ít, đặc biệt là tổn 
thất năng lượng khi điều chỉnh và vận hành nhỏ. Năng suất của máy 
sản xuất do hệ điều chỉnh mang lại. 
Tổn thất năng lượng bao gồm tổn thất nhiệt và tổn thất cơ: 
     



2
1
2
1
t
t
0c0
t.cj
dt)(Md)(JW
WWW
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Việc tính toán cụ thể các chỉ tiêu liên quan nêu trên sẽ cho thấy 
hiệu quả kinh tế, thời gian hoàn vốn và lợi ích nhờ việc sử dụng 
hệ điều chỉnh đã chọn. 
Thường căn cứ các chỉ tiêu kỹ thuật để đề xuất vài phương án 
điều chỉnh, sau đó tính toán kinh tế để so sánh hiệu quả và quyết 
định chọn hệ thống hoặc phương pháp điều chỉnh thông số đầu 
ra của động cơ. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐiỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT 
 CHIỀU BẰNG THAY ĐỔI THÔNG SỐ 
3.3.1. Điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập bằng cách thay 
 đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng 
Phương trình đặc tính cơ tổng quát: 
M
).K(
RR
.K
U
2
f


 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Khi thay đổi Rf thì ω0 = const còn Δω 
thay đổi, vì vậy ta được các đường 
đặc tính điều chỉnh có cùng ω0 và dốc 
dần khi Rf càng lớn, với tải như nhau 
thì tốc độ càng thấp 
Như vậy: 0 ω1 > ω2 > ... , nhưng nếu 
tăng Rf đến một giá trị nào đó thì sẽ làm cho M =< Mc và như thế 
động cơ sẽ không quay được và ở chế độ ngắn mạch, ω = 0. 
Từ lúc này, ta có thay đổi Rf thì tốc độ vẫn bằng không, nghĩa là 
không điều chỉnh được tốc độ động cơ, do đó phương pháp điều 
chỉnh này là phương pháp điều chỉnh không triệt để. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.3.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập bằng cách thay 
 đổi từ thông kích từ của động cơ 
Phương trình đặc tính cơ tổng quát: 
M
).K(
RR
.K
U
2
f


 
   0
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Khi thay đổi Φ → ω0 và Δω đều thay 
đổi, vì vậy ta sẽ được các đường 
đặc tính điều chỉnh dốc dần (độ 
cứng β giảm) và cao hơn đặc tính 
cơ tự nhiên khi Φ càng nhỏ, với tải 
như nhau thì tốc độ càng cao khi 
giảm từ thông Φ 
Như vậy: Φđm > Φ1 > Φ2 > ... thì ωđm < ω1 < ω2 <... , 
Nhưng nếu giảm Φ quá nhỏ thì có thể làm cho tốc độ động cơ lớn 
quá giới hạn cho phép, hoặc làm cho điều kiện chuyển mạch bị xấu 
đi do dòng phần ứng tăng cao, hoặc để đảm bảo chuyển mạch thì 
cần phải giảm dòng phần ứng và như vậy sẽ làm cho mômen cho 
phép trên trục động cơ giảm nhanh, dẫn đến động cơ bị quá tải. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.3.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ kích từ độc lập bằng cách thay 
 đổi điện áp phần ứng 
Phương trình đặc tính cơ tổng quát: 
M
).K(
RR
.K
U
2
f


 
   0
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
khi thay đổi Uư thì ω0 thay đổi còn 
Δ ω = const, vì vậy ta sẽ được các 
đường đặc tính điều chỉnh song 
song với nhau. 
Nhưng muốn thay đổi Uư thì phải 
có bộ nguồn một chiều thay đổi 
được điện áp ra, thường dùng các 
bộ biến đổi 
Các bộ biến đổi có thể là: Bộ biến đổi máy điện: dùng máy phát điện 
một chiều (F), máy điện khuếch đại (MĐKĐ); Bộ biến đổi từ: khuếch 
đại từ (KĐT) một pha, ba pha; Bộ biến đổi điện tử - bán dẫn: các bộ 
chỉnh lưu (CL) dùng tiristor, các bộ băm điện áp (BĐA) dùng thyristor, 
transistor,  
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Ví dụ 3-1: 
Động cơ kích từ độc lập có các thông số: Pđm = 29KW; Uđm = 220V; 
Iđm = 151A; nđm = 1000vg/ph; Rư = 0,07Ω; và hệ số quá tải kqt = 2. 
Hãy xác định tốc độ cực tiểu và dải điều chỉnh theo khả năng quá tải 
yêu cầu? 
Giải: 
Điện trở định mức của động cơ: 
Giá trị tương đương của điện trở phần ứng: 
)(45,1151/220I/UR đmđmđm  
048,045,1/07,0R/RR đm
* 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Độ cứng đặc tính cơ tự nhiên: 
Độ cứng đặc tính cơ thấp nhất: 
Giá trị tương đối của tốc độ cực đại (tốc độ định mức) của động cơ: 
Tốc độ không tải lý tưởng: 
8,20048,0/1R/1 **tn 
2kqt
*
min 
952,0048,01n
R1
1
1
n
n
n
*
max
*
*
0
đm
0
đm*
max
*
max



  
)ph/vg(1050
952,0
1000
n
n
n
*
đm
đm
0 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Giá trị tương đối của tốc độ cực tiểu: 
 Tốc độ quay cực tiểu của động cơ: 
Từ giá trị của tốc độ cực đại và tốc độ cực tiểu → phạm vi điều chỉnh 
tốc độ: 
5,0
2
1
1
1
1n
*
min
*
min
*
min 

  
)ph/vg(5251050.5,0nnn 0
*
minnim 
9,1
525
1000
n
n
D
min
max 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Tính theo cách khác với β*min = kqt = 2; β*tn = 20,8 
9,1D
8,20
2
12
18,20
D
1
1
D
*
tn
*
min
*
min
*
tn


 
 
Qua ví dụ trên ta thấy phạm vi điều chỉnh như vậy là rất hẹp. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Tuy nhiên, nếu xét theo yêu cầu về sai số tốc độ cho phép thì 
dải điều chỉnh còn hẹp hơn nữa hoặc thậm chí còn không thể 
điều chỉnh được tốc độ. 
Thực vậy, ta biết: 
Nếu s%cp = 10% thì D = 1,05 ÷ 1, nghĩa là hầu như không thể 
điều chỉnh được. 
**
c R%s   
**
mincp.c0min R1%s1;    
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB 
 BẰNG THAY ĐỔI THÔNG SỐ 
3.4.1. Vấn đề chung về điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 
Động cơ KĐB, được sử dụng rộng rãi trong thực tế do có nhiều 
ưu điểm, trong đó nổi bật: 
+ Cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu tư thấp, giá thành 
hạ, trọng lượng, kích thước nhỏ hơn khi dùng công suất định 
mức so với động cơ một chiều. 
+ Sử dụng trực tiếp l-ới điện xoay chiều 3 pha 
Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá 
độ khó khăn hơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi 
động xấu, (dòng khởi động lớn, mômen khởi động nhỏ). 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn 
công suất và kỹ thuật điện tin học, động cơ KĐB được khai thác các 
ưu điểm của chúng. 
Hệ truyền động xoay chiều KĐB trở thành hệ truyền động cạnh 
tranh có hiệu quả so với hệ Thyristor - Động cơ điện một chiều. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ... ể dựng các đặc tính điều chỉnh, ta cần xác định cá trị số Mth, sth và 
ωo cho từng cách nối dây. 
Đối với trường hợp Δ → YY ta có các quan hệ khi nối Δ, hai phân 
đoạn dây quấn stato đấu nối tiếp: 
nmnm2222
1111
x.2X;x.2X;r.2R
x.2X;r.2R
Trong đó: r1, r2, x1, x2 là điện trở và điện kháng mỗi đoạn dây stato 
và rôto. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Điện áp trên dây quấn mỗi pha là . Do đó: 1f U3U 
2
nm
2
1
'
2
'
211
'
2
.th
xr
r
)XX(R
R
s
]xrr[4
U9
XXR[2
)U3(3
M
2
nm
2
110
2
1
2
nm
2
110
2
1
.th
 
 
Nếu đổi thành YY: 
2YY22YY21YY11YY1 x
2
1
X;r
2
1
R;x
2
1
X;r
2
1
R 
Điện áp trên dây quấn mỗi pha là UfYY = U1. Do đó: 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
2
nm
2
1
'
2
'
YY2YY1YY1
'
YY2
YY.th
xr
r
)XX(R
R
s
]xrr[4
U3
XXR[2
U3
M
2
nm
2
110
2
1
2
nmYY
2
YY1YY10
2
1
YY.th
 
 
3
2
M
M
.th
YY.th 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Như vậy, khi đổi nối Δ→YY, tốc 
độ không tải lý tưởng tăng lên 2 
lần (ωoYY = 2ωoΔ), độ trượt tới 
hạn không đổi (giá trị tương đối), 
còn mômen tới hạn giảm đi 1/3 
lần. 
Đặc tính điều chỉnh có dạng như 
trên hình 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Đối với trường hợp đổi nối Y → YY, cũng suy luận tương tự. Khi nối 
Y, các phân đoạn dây quấn đấu nối tiếp và U1Y = U1, nên: 
So sánh với các biểu thức tương ứng của sơ đồ sao kép ta được: 
2
nm
2
1
'
2
Y.th
xr
r
s
]xrr[4
U3
M
2
nm
2
110
2
1
Y.th
 
YY.thY.thYY.thY.th M
2
1
M;ss 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Như vậy, tốc độ không tải lý 
tưởng và mômen tới hạn 
tăng gấp đôi, còn hệ số trượt 
tới hạn vẫn giữ nguyên. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Để xác định phụ tải cho phép khi điều chỉnh tốc độ, xuất phát từ giá 
trị công suất rồi suy ra mômen. Đổi nối Δ → YY: 
Khi nối Δ: 
Khi nối YY: 
Do đó: 
Thực tế cho phép coi Pc.cpΔ ≈ Pc.cpYY , vì hệ số công suất và hiệu suất 
khi nối YY cao hơn khi nối Δ (khi nối YY, điện áp đặt lên từng đoạn 
dây quấn lớn hơn khi nối Δ) nên dòng từ hóa tăng một cách vô ích: 
  cosIU33P đm11cp.c
YYYYđmYY1YY1cpYY.c cosIU33P  
1
cos3
cos2
P
P
YYYY
cp.c
cpYY.c
 
 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Quan hệ của mômen tải cho phép: 
Như vậy, khi đổi nối Δ → YY, mômen phụ tải cho phép của động cơ 
giảm đi hai lần, còn công suất cho phép thì được giữ không đổi: 
 Pcp = const 
Điều đó chứng tỏ phương pháp đổi nối này phù hợp với những máy 
có mômen tải tỷ lệ nghịch với tốc độ. 
2
1
/P
/P
M
M
YY0
0
0cp.c
YY0cpYY.c
cp.c
cpYY.c




CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Nếu đặt: λ = Mth / Mc.cp ta thấy: 
Nghĩa là khi đổi nối Δ → YY, khả năng quá tải của động cơ tăng 
lên 4/3 lần 
3
4
M/M
M/M
cp.cth
cpYY.cthYYYY 


CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Đổi nối Y → YY: 
Khi nối Y: 
So sánh với trường hợp nối YY: 
Như vậy, khi đổi nối Y → YY, mômen tải cho phép của động cơ được 
giữ không đổi, còn công suất cho phép thì tăng 2 lần. Điều đó có 
nghĩa là ph-ơng pháp đổi nối này phù hợp với những máy có mômen 
tải không đổi (Mc = const). 
  cosIU33P đm11cp.c
2
cos3
cos2
P
P
YY
YYYY
cpY.c
cpYY.c
 
 
1
/P
/P
M
M
Y0cpY.c
YY0cpYY.c
cpY.c
cpYY.c


CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Quan hệ của hệ số quá tải 
Nghĩa là khi đổi nối Y → YY, khả năng quá tải của động cơ tăng lên 2 
lần. 
2
M/M
M/M
cpY.cthY
cpYY.cthYY
Y
YY 


CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Đặc điểm của phương pháp điều chỉnh đổi nối: 
+ Ưu điểm: thiết bị đơn giản, rẻ tiền, các đặc tính cơ đều cứng và 
khả năng điều chỉnh triệt để (điều chỉnh cả tốc độ không tải lý 
tưởng). 
Nhờ các đặc tính cơ cứng, nên độ chính xác duy trì tốc độ cao và 
tổn thất trượt khi điều chỉnh thực tế không đáng kể. 
+ Nhược điểm: độ tinh kém (độ mượt điều chỉnh), giải điều chỉnh 
không rộng và kích thước động cơ lớn. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.4.5. Phương pháp thay đổi tần số (f1) 
a. Vấn đề thay đổi tấn số của điện áp stato 
Về nguyên lý, khi thay đổi tần số f1 thì ωo = 2πf1/p sẽ thay đổi và điều 
chỉnh được tốc độ động cơ. Nh-ng khi thay đổi f1 ≠ f1đm thì có thể ảnh 
hưởng đến chế độ làm việc của động cơ. 
Giả sử mạch stato: 
Trong đó: E1 – sđđ cảm ứng trong cuộn dây stato, Φ – từ thông móc 
vòng qua cuộn dây stato, c – hằng số tỉ lệ, f1 – tần số của dòng điện 
stato. 
11 f..cE  
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Nếu bỏ qua sự sụt áp trên tổng trở cuộn dây stato: 
Nếu thay đổi f1 mà giữ U1 = const → Φ sẽ thay đổi tương ứng. 
+ Khi giảm f1 < f1đm để tốc độ ω < ωđm trong khi U1 ≈ E1 ≈ cΦf1 = const 
→ từ thông Φ tăng, mạch từ động cơ bão hòa, điện kháng mạch từ 
giảm, dòng từ hóa tăng làm cho động cơ quá tải về từ, phát nóng, 
giảm tuổi thọ, nếu quá nhiệt độ cho phép thì động cơ có thể bị cháy. 
+ Khi tăng f1 > f1đm nếu giữ U1 ≈ E1 ≈ cΦf1 = const, phụ tải không đổi 
Mc = const, trong khi mômen động cơ M ≈ KΦI2cosφ = Mc. Vậy khi 
tăng f1 > f1đm → từ thông Φ giảm, dẫn đến dòng I2 tăng, động cơ sẽ bị 
quá tải về dòng, nó cũng bị phát nóng làm xấu chế độ làm việc của 
động cơ hoặc bị cháy. 
111 f..cEU  
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Vì vậy, khi thay đổi tần số f1 để 
điều chỉnh tốc độ, người ta 
thường kết hợp thay đổi điện 
áp stato U1. Và thiết bị được 
dùng là bộ biến đổi tần số (BT) 
để điều khiển tốc độ động cơ 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
b. Quy luật điều chỉnh điện áp stato khi thay đổi tần số 
Hình bên dùng để xác định khả năng quá tải về mômen khi điều 
chỉnh tần số: f1 < f1đm. 
Đối với các hệ dùng biến 
tần nguồn áp thường có yêu 
cầu giữ cho khả năng quá 
tải về mômen là không đổi 
trong cả phạm vi điều chỉnh 
tốc độ. 
const
M
Mth 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato (R1 = 0) 
 Trong đó, coi: Xnm = ωL; và ω ≈ ωo = 2πf1/p. 
Đặc tính cơ máy sản xuất 
 Trong đó: q = –1; 0; 1; 2 
2
1
1
2
1
2
1
nm
1
2
1
nm0
2
1
th
f
U
K
f
U
K
L
p
f2
2
U
X2
U
M 


q
đm.1
1
q
đm
đm.cc
f
f
AMM 


CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Kết hợp các biểu thức mô men: 
q
đm.1
1
đm.1
đm.1
1
1
f
f
f
U
f
U
2
q
1
đm.1
1
q
đm.1
1
đm.1
1
đm.1
1
f
f
f
f
f
f
U
U
Dạng tương đối: 
Như vậy, khi thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ, phải thay đổi điện 
áp sao cho đảm bảo điều kiện và phụ thuộc vào các dạng phụ tải. 
 2/q1*
1
*
1 fU
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
c. Các đặc tính điều chỉnh tần số và điện áp stato: 
Các dạng đặc tính cơ khi thay đổi tần số và điện áp stato với các 
phụ tải khác nhau: 
Phụ tải Mc = I / ω (q = –1) 
điều chỉnh tần số và điện 
áp stato theo qui luật: 
const
f
U
2/1
1
1 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Phụ tải Mc = const (q = 0) 
Điều chỉnh tần số và điện áp stato 
theo: 
const
f
U
1
1 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Phụ tải Mc = ω (q = 1) 
Điều chỉnh tần số và điện áp stato 
theo: 
const
f
U
2/3
1
1 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Phụ tải Mc = ω
2 (q = 2) 
Điều chỉnh tần số và điện áp stato 
theo: 
const
f
U
2
1
1 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.5. ĐIỀU CHỈNH TỰ DỘNG TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG THAY ĐỔI 
 THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.5.1. Nguyên lý chung: 
Phương pháp điều chỉnh tự động, tạo ra khả năng biến đổi thông số 
điều chỉnh (thông số đầu vào Xđch) một cách liên tục theo mức độ 
thay đổi của thông số được điều chỉnh ở đầu ra (đại lượng X). 
Để thực hiện, phải thiết lập hệ điều chỉnh vòng kín, lấy tín hiệu phản 
hồi từ đầu ra trực tiếp tỉ lệ với đại lượng X hoặc gián tiếp qua các 
đại lượng liên quan đến X, cho tác động lên thông số đầu vào, làm 
cho thông số này thay đổi tự động theo chiều hướng đưa đại lượng 
X đạt đến giá trị đặt trước. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Cấu trúc của hệ điều 
chỉnh tự động vòng kín: 
Các tín hiệu trong sơ đồ: 
Uđ - tín hiệu đặt, tỷ lệ với giá trị đặt của thông số được điều chỉnh: tốc độ 
ωđ (Uđ ≡ ωđ); 
Uph - tín hiệu phản hồi, tỷ lệ với giá trị thực của thông số được điều 
chỉnh ω (Uph ≡ ω); 
ΔU = Uđk - tín hiệu sai lệch, phản ánh mức độ sai lệch giữa giá trị thực 
của thông số ra ω với giá trị mong muốn đã đặt trước ωđ. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Trong điều chỉnh tự động tốc độ động cơ với sự biến thiên của mô men 
cản Mc, thường tập trung vào vùng tốc độ của động cơ biến thiên ít so 
với biến thiên của mô men, tương ứng với đường đặc tính cơ có độ dốc 
nhỏ, đặc tính cơ có độ cứng lớn. Do đó biện pháp tăng độ cứng đặc tính 
cơ thường được dùng để ổn định tốc độ theo sơ đồ hệ thống điều khiển 
vòng kín 
Các đặc tính cơ hệ hở (không có phản hồi) có β = (kΦ)2/R không đổi 
trong phạm vi điều chỉnh. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Đối với đặc tính cơ thấp 
nhất có s.đ.đ. Eb0, 
Nếu Mc = Mđm thì tốc độ 
làm việc sẽ là ω = ω’min 
Sai số tĩnh thường sẽ lớn 
hơn giá trị cho phép: 
cp
min.0
đm S
.
M
S 

CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Để giảm sai số S ≤ Scp thì cần 
tìm biện pháp tăng tốc độ đến 
ω = ωmin. 
Điểm làm việc [ωmin, M] nằm 
trên đường đặc tính khác: 
ω0 = ω01 và Eb1 = kΦω01 > Eb0. 
Nối điểm (ω0.min, 0) với điểm 
(ωmin, Mđm) và kéo dài ra ta 
được đặc tính mong muốn có 
độ cứng βm và: 
m
min.0
M

  
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Giá trị βm được xác định theo sai số mong muốn: 
Giao điểm của đặc tính cơ mong muốn với các đặc tính hệ hở cho 
biết các giá trị cần thiết của Eb khi thay đổi mômen tải. 
Đặc tính này được dựng ở góc dưới bên trái 
cp
min.0m
đm S
.
M
S 

CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.5.2. Điều chỉnh tự động tốc độ theo dòng điện tải 
Để nâng độ cứng đến βm ta có thể điều chỉnh Eb theo dòng điện tải. Tại 
giao điểm của đặc tính cơ hệ hở và hệ kín (mong muốn) thì tốc độ và 
mômen có giá trị như nhau nên: 
m
0
đm
b MM
.k
E

  


)
MM
(
.k
E
m
0
đm
b


  

)
11
)(I.k(.k.kE
m
đmđm0đmb


  
I.kEE 'd0bb 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Mạch phản hồi dương dòng điện phần ứng 
)UU(kU.kE iđbđkbb 
)IRU(kE dđbb 
Với: Uđ - điện áp đặt tốc độ, Ui = RdI - điện áp phản hồi dòng điện, 
 Rd - điện trở sun trong mạch phần ứng. 
So sánh với biểu thức sđđ phần ứng Eb: 
db
'
d
đb0
Rkk
UkE
I.kEE 'd0bb 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Nếu chọn: kb.Rd = (R + Rd) 
→ βm = ∞, ta được đặc tính cơ cứng tuyệt 
đối. 
Nếu chọn: kb.Rd > (R + Rd) thì đặc tính cơ 
mong muốn sẽ có độ cứng dương, và động 
cơ làm việc sẽ không ổn định. 
Trong trường hợp biết trước β, βm cần phải 
tính Rd, kb cho phù hợp 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.5.3. Điều chỉnh tự động tốc độ theo điện áp phần ứng 
Để nâng độ cứng lên βm ta có thể điều chỉnh Eb bằng cách dùng mạch 
phản hồi âm điện áp phần ứng. 
Dựa vào phương trình đặc tính tải của bộ biến đổi: 
IRUE bb ub RRR và 
Nên: )UE(
)
11
().k(
1
RR
UE
I b
tn
2
đm
u
b 



Với: là độ cứng đặc tính cơ tự nhiên 
u
2
đmtn R/).k(  
R/).k( 2đm 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
I.kEE 'd0bb Thay biểu thức dòng điện vào , đặt 
)
11
/()
11
(b
tnm 


b1
1
EE 0b
'
0b
b1
b
k 'a
)UE(
)
11
().k(
1
)
11
().k(EE b
tn
2
đm
m
2
đm0bb 




 
)UE(
)
11
(
1
)
11
(EE b
tn
m
0bb 




bUbEEE b0bb U
b1
b
E
b1
1
E 0bb
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Biểu thức tính s.đ.đ. Eb theo điện áp phần ứng: 
UkEE 'a
'
0bb 
Nguyên lý điều chỉnh này có thể 
được thực hiện bằng mạch phản 
hồi âm điện áp phần ứng: 
Bỏ qua dòng điện trong các điện trở r1, r2 và đặt ka = r2/(r2+r1) 
)UkU(kE ađbb 
UkkUkE abđbb 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
M
)k(
R
kk1
kk
R
k)kk1(
Uk
2
đm
b
ab
ab
đmab
đb

 
 
Nếu mạch có kbka >> 1 
M
)k(
R
kk
U
2
đm
u
đma
đ


 
tn
ađ0
M
)k,U(

  
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Khi thay đổi hệ số phản hồi điện áp ka 
(bằng con trượt trên chiết áp r1, r2) thì 
cả tốc độ không tải lý tưởng lẫn độ 
cứng đặc tính cơ đều thay đổi theo. 
Trường hợp hệ có hệ số khuếch đại rất 
lớn thì độ cứng mong muốn có thể đạt 
giá trị tối đa bằng βtn, 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.5.4. Điều chỉnh tự động dùng phản hồi âm tốc độ động cơ 
Để nâng độ cứng lên βm ta có thể điều chỉnh Eb bằng cách dùng 
mạch phản hồi âm tốc độ động cơ. 
Dựa vào phương trình đặc tính điện cơ của Bộ biến đổi Động cơ 
máy phát một chiều ta rút ra được dòng điện phần ứng và thay vào 
biểu thức: 
Ta có: 
I.kEE 'd0bb 
)
R
k.k
E(
Rk1
1
E đm
'
d
0b
d
b 

 




 đm
m
0b
m
b k)1(EE
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
 't
''
0bb kEE
Luật điều chỉnh được thực hiện bằng phản hồi âm tốc độ, trong đó 
tín hiệu tốc độ được lấy trên máy phát tốc FT là máy phát có điện áp 
ra tỷ lệ với tốc độ động cơ: Uω = kt.ω 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
đmđmtb
đmđb
k)k/kk1(
k/RMUk
 
 
 Trong đó: 
R
)k/kk1()k( đmtb
2
đm
m
 
 
Từ đây có thể tính được hệ số khuếch đại yêu cầu của hệ sao cho 
đặc tính cơ thấp nhất trong phạm vi điều chỉnh đạt độ cứng mong 
muốn. Khi kb.k’t → ∞ thì đặc tính cơ là tuyệt đối cứng. 
Trong trường hợp không dùng máy phát tốc thì có thể dùng cầu tốc 
độ để lấy tín hiệu phản hồi tốc độ (trong đó phần ứng động cơ là 
một nhánh cầu). 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
3.5.5. Phản hồi âm dòng điện có ngắt 
Khi dòng điện và mômen vượt quá phạm vi yêu cầu cần phải hạn chế 
dòng điện và mômen tránh cho động cơ bị quá tải lớn, gây ra sự cố và 
hư hỏng động cơ. 
Để giảm dòng điện, mômen ngắn mạch phải giảm độ cứng đặc tính cơ 
Đảm bảo yêu cầu ổn định tốc độ trong phạm vi biến thiên cho phép 
của tải, ta chỉ giảm độ cứng khi dòng điện hoặc mômen vượt quá một 
ngưỡng nào đó. Ngưỡng này được gọi là “điểm ngắt ”. 
Tương ứng: “dòng ngắt ” Ing, “mômen ngắt” Mng và “tốc độ ngắt ” ωng. 
Thông thường: I*ng ≈ 1,5 ÷ 2. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Đặc tính cơ của hệ gồm hai đoạn: 
+ Đoạn làm việc từ điểm không tải lý 
tưởng đến điểm ngắt (đoạn AB) 
+ Đoạn ngắt từ điểm ngắt đến điểm 
dừng (đoạn BC) 
Để tạo ra đoạn đặc tính dốc có độ cứng mong muốn phục vụ ngắt 
là βng bắt buộc phải thay đổi thông số điều chỉnh xđch sao cho tốc độ 
động cơ giảm nhanh khi tải tăng lên trên giới hạn cho phép. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
Như vậy khi tải tăng thì hệ phải giảm Eb của bộ biến đổi 
)II()k)(
11
(EE ng
2
đm
ng
0bb 


)II(kEE ng
'
d.ng0bb 
Để thực hiện quy luật điều chỉnh 
này, ta dùng một khâu phản hồi 
âm dòng điện có ngắt tác động 
trên mức ngưỡng Ing, 
Sơ đồ nguyên lý như hình bên. 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA 
CHƯƠNG 3 : ĐIỀU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA