Giáo trình Công nghệ kỹ thuật điện. Điện tử - Truyền động điện

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 
TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THƠNG VẬN TẢI 
------ 
BÀI GIẢNG 
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 
NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG 
Năm 2016
LỜI NĨI ĐẦU 
Nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy và làm tài liệu tham khảo 
cho mơn học Truyền Động Điện trong Trường Cao Đẳng Giao Thơng Vận 
Tải. Giáo trình Truyền Động Điện ra đời làm giáo trình để giảng dạy cho 
sinh viên đang học hệ Cao đẳng chuyên ngành cơng nghệ kỹ thuật điện – 
điện tử và các ngành liên quan. 
Nội dung giáo trình “Truyền Động Điện” trình bày chi tiết các vấn đề 
dựa theo chương trình khung của Bộ Lao Động Thương Binh và Xã Hội, kết 
hợp với kiến thức thực tiễn nhằm nâng cao chất lượng đào tạo, đáp ứng với 
sự phát triển cơng nghệ. 
 Trong quá trình biên soạn, giáo trình sẽ cịn một số hạn chế và khơng 
tránh khỏi sai sĩt. Mong nhận được sự đĩng gĩp ý kiến để hồn thiện hơn. 
Mọi sự đĩng gĩp xin gửi về: Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử, Trường Cao 
Đẳng Giao Thơng Vận Tải. 
 Nhĩm biên soạn 
MỤC TIÊU MƠN HỌC 
1. Kiến thức 
- Phát biểu cấu trúc của hệ thống truyền động điện. 
- Nêu các dạng đặc tính cơ của máy sản xuất. 
- Mơ tả cách vẽ đặc tính cơ. 
- Trình bày các dạng đặc tính cơ khi hãm của động cơ một chiều kích từ 
độc lập, động cơ một chiều kích từ nối tiếp. 
- Trình bày các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều, 
động cơ khơng đồng bộ. 
2. Kỹ năng 
- Phân tích hệ thống truyền động điện. 
- Nhận dạng và so sánh được các dạng đặc tính cơ của máy sản xuất. 
- Mơ tả được các trạng thái làm việc của động cơ điện. 
- Thực hiện quy đổi momen cản, lực cản và momen quán tính về trục 
động cơ. 
- Viết được phương trình động học của truyền động điện. 
- Nhận dạng được đặc tính làm việc, khởi động, hãm của các loại động 
cơ điện. 
- Vẽ các dạng đặc tính cơ 
- So sánh các phương pháp điều chỉnh tốc động cơ điện một chiều, động 
cơ khơng đồng bộ. 
3. Thái độ 
 Nâng cao khả năng làm việc nhĩm 
 Rèn luyện tính cẩn thận, tính tốn 
 Phát huy tinh thần học tập tự lập, sáng tạo 
MỤC LỤC 
Tuyên bố bản quyền 
Lời nĩi đầu 
Mục tiêu mơn học 
Mục lục 
 Trang 
Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG 
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 
 1.1. CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI ...................................................................... 1 
1.1.1. Cấu trúc của hệ truyền động điện .............................................. 1 
1.1.1.1. Định nghĩa ........................................................................ 1 
1.1.1.2. Hệ truyền động của các máy sản xuất ........................... 2 
1.1.1.3. Cấu trúc chung của hệ truyền động điện ........................ 4 
1.1.2. Phân loại các hệ truyền động điện ............................................. 6 
1.2. PHẦN CƠ CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN .............................................. 7 
1.2.1. Các đại lượng đặc trưng cho các phần tử cơ học ...................... 7 
1.2.2. Sơ đồ tính tốn phần cơ ............................................................... 7 
1.2.2.1. Qui đổi mơmen cản về trục động cơ .............................. 8 
1.2.2.2. Qui đổi mơmen quán tính về trục động cơ ..................... 9 
1.2.3. Phân loại mơmen cản ............................................................... 11 
1.3. PHƢƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN .. 14 
1.4. ĐẶC TÍNH CƠ VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ 
ĐIỆN ............................................................................................................ 15 
1.4.1. Đặc tính cơ của động cơ điện .................................................. 15 
1.4.2. Độ cứng đặc tính cơ .................................................................. 16 
1.4.3. Các trạng thái làm việc của động cơ ...................................... 16 
1.5. ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỘNG TĨNH CỦA TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ................... 20 
Chương 2: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 
 2.1. KHÁI NIỆM CHUNG ................................................................................. 24 
 2.2. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC 
LẬP (KÍCH TỪ SONG SONG) ................................................................. 24 
2.2.1. Sơ đồ nối dây ............................................................................ 24 
2.2.2. Phương trình đặc tính cơ ........................................................... 25 
2.2.3. Đặc tính cơ tự nhiên ................................................................. 27 
2.2.4. Các đặc tính cơ nhân tạo .......................................................... 28 
2.2.5. Các trạng thái hãm ................................................................... 32 
2.3. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI 
TIẾP VÀ KÍCH TỪ HỖN HỢP .................................................................. 37 
2.3.1. Phương trình và dạng đặc tính cơ ............................................ 37 
 ... iều kích từ song song bằng 
phương pháp dùng điện trở phụ mạch phần ứng 
(3.1) 
(3.2) 
Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện 
Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 64 
Bắt đầu khởi động: Rưt3 = Rư + Rf1 + Rf2 + Rf3 đảm bảo dịng khởi động ban 
đầu: 
3.2.2. Điều khiển bằng điện áp đặt vào phần ứng 
- Khi Ф = Фđm, Rf = 0: ta điều chỉnh Uư cĩ thể điều chỉnh được tốc độ, 
mơmen và dịng điện. Cĩ nghĩa là ta cĩ thể ứng dụng để khởi động và điều chỉnh 
tốc độ động cơ hiệu quả. 
o BĐ: là bộ biến đổi hoạc bộ chỉnh lưu 
o Eb: sức điện động tương đương từ đầu ra của bộ biến đổi 
o Rb: điện trở trong bộ biến đổi 
1 (2 2,5)
đm
kđ đm
ưt3
U
I I I
R
 
Hình 3.3: Khởi động bằng điện trở để giảm dịng điện khởi động 
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế hệ điều khiển động cơ 
một chiều bằng điện áp phần ứng 
Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện 
Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 65 
3.2.3. Điều khiển bằng từ thông kích thích 
- Khi thay đổi từ thơng thì tốc độ động cơ sẽ thay đổi theo tỉ lệ nghịch, 
dịng điện mơ máy khơng đổi. Vì vậy phương pháp điều khiển này chỉ ứng dụng 
để điều chỉnh tốc độ. 
Hình 3.5: Các đặc tính cơ điều chỉnh khi điều khiển động cơ 
một chiều bằng điện áp phần ứng 
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh từ thơng động cơ một chiều 
kích từ song song và kích từ độc lập 
Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện 
Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 66 
- Phương trình đặc tính cơ: 
 Trong đĩ : 
 0 = Uđm/K : tỉ lệ nghịch với từ thơng 
 Ф = (K)
2
/Rư : tỉ lệ với bình phương từ thơng,  càng giảm, Ф 
càng giảm và độ sụt tốc  càng lớn. 
- Khi giảm , tốc độ tăng nhưng Inm = const, nên chỉ ứng dụng thay đổi tốc 
độ. 
- Thực tế phương pháp này chỉ tồn tại trong khoảng 0<M<2Mđm. 
- Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thơng phù hợp với các 
máy sản xuất cĩ đặc tính cơ loại máy tiện (Mc 1/) vì momen tải cho phép của 
động cơ cũng phụ thuộc tốc độ theo qui luật đĩ. 
 




M
M
K
R
K
Uđm
02
ư
Hình 3.7: Các đặc tính cơ điều chỉnh bằng từ thơng của động cơ một chiều 
(3.3) 
Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện 
Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 67 
3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 
- Có thể điều khiển động cơ không đồng bộ bằng cách tác động vào một 
trong các thông số: 
o Điện trở mạch rotor R2 
o Điện áp stator U1 
o Điện trở và điện kháng stator R1 hoặc X1 
o Tần số dòng điện stator f 
- Ngoài ra, người ta còn sử dụng sơ đồ đặc biệt – sơ đồ tầng để điều 
khiển động cơ thông qua việc điều chỉnh công suất trượt trong mạch rơto. 
3.3.1. Điều khiển bằng điện trở phụ trong mạch rơto 
- Phương pháp điều khiển động cơ khơng đồng bộ rơto dây quấn bằng điện 
trở phụ mạch rơto hồn tồn tương đồng với phương pháp điều khiển động cơ 
một chiều kích từ độc lập bằng điện trở phụ mạch phần ứng về dạng sơ đồ nối 
dây và họ đặc tính. 
- Sơ đồ nguyên lý 
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý điều khiển 
bằng điện trở phụ trong mạch rơto 
Hình 3.9: Họ đặc tính cơ điều khiển 
bằng điện trở phụ trong mạch rơto 
Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện 
Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 68 
 *) Khởi động bằng điện trở phụ trong mạch rơto: 
- Chọn: M1 0,85Mth 
 M2 (11,3)Mc 
- Ta có : 
3.3.2. Điều khiển bằng điện áp stato 
- Sơ đồ nguyên lý: 
22
21
R
oe
ca
R
R
oe
ec
R
f
f
Hình 3.10: Khởi động bằng điện trở phụ trong mạch rơto 
Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện 
Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 69 
- Khi thay đổi U1
: 
o Dòng ngắn mạch: Inm  U1 
o Momen ngắn mạch: Mnm  U1
2
o Momen tới hạn: Mth  U1
2
o Độ trược tới hạn: sth = const 
 Đối với động cơ rơto lồng sóc, do s nhỏ nên phạm vi điều chỉnh  nhỏ, 
vì vậy phương pháp này chỉ dùng để hạn chế dòng điện và mơmen khởi 
động. 
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý điều khiển bằng điện áp stato 
Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện 
Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 70 
 Đối với động cơ rơto dây quấn, người ta thường thêm R0 để làm tăng 
s. Nhờ đó mở rộng được vùng điều chỉnh mơmen và tốc độ. Do đó phương 
pháp này dùng có thể dùng để điều khiển tốc độ và khởi động động cơ. 
3.3.3. Hạn chế dịng điện mở máy 
- Thơng số Rf1 và Xf1 ít được sử dụng để điều chỉnh tốc độ, mà chủ yếu 
để hạn chế dòng điện và mơmen lúc khởi động. 
Hình 3.12: Họ đặc tính cơ rơto lồng sĩc khi điều khiển điệp áp stato 
Hình 3.13: Họ đặc tính cơ rơto dây quấn khi điều khiển điệp áp stato 
Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện 
Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 71 
3.3.4. Điều khiển động cơ khơng đồng bộ bằng tần số 
- Sơ đồ: 
Hình 3.14: Các sơ đồ nối điện trở, điện kháng phụ để khởi động 
Hình 3.15: Sơ đồ khái quát hệ biến tần điều khiển động cơ 
Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện 
Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 72 
- Chủ yếu dùng loại “Biến tần có khâu trung gian một chiều”, bao gồm 
3 khâu chính : Khâu chỉnh lưu (có điều khiển hoặc không điều khiển), khâu 
lọc (dung tính hoặc cảm tính) và khâu nghịch lưu (điện áp hoặc dòng điện) 
Hình 3.16: Sơ đồ khối của bộ biến tần cĩ khâu trung gian một chiều 
Chương 3: Điều chỉnh tốc độ trong hệ thống truyền động điện 
Giáo Trình Truyền Động Điện Trang 73 
CÂU HỎI ƠN TẬP 
1. Những phương pháp điều khiển nào của động cơ điện một chiều dùng để 
điều chỉnh tốc độ? Phương pháp nào dùng để điều chỉnh mơmen và dịng 
điện? 
2. Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách 
thay đổi điện áp? 
3. So sánh các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều? Nêu 
ứng dụng của từng phương pháp? 
4. Những phương pháp điều khiển nào của động cơ khơng đồng bộ dùng để 
điều chỉnh tốc độ? Phương pháp nào dùng để điều chỉnh mơmen và dịng 
điện? 
5. Trình bày phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách 
thay đổi từ thơng? 
6. So sánh các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ khơng đồng bộ? Nêu 
ứng dụng của từng phương pháp? 
PHỤ LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH 
 Trang 
Hình 1.1: Truyền động của máy bơm nước ........................................................... 2 
Hình 1.2: Truyền động mâm cặp máy tiện ............................................................. 3 
Hình 1.3: Truyền động của cần trục ....................................................................... 4 
Hình 1.4: Cấu trúc của hệ truyền động điện .......................................................... 5 
Hình 1.5: Sơ đồ tính tốn phần cơ.......................................................................... 8 
Hình 1.6: Đồ thị mơmen cản thế năng ................................................................. 11 
Hình 1.7: Đồ thị mơmen cản phản kháng ............................................................ 12 
Hình 1.8: Đặc tính cơ của máy sản xuất .............................................................. 13 
Hình 1.9: Đồ thị phụ tải ........................................................................................ 14 
Hình 1.10: Đặc tính cơ của các động cơ điện ...................................................... 15 
Hình 1.11: Các dạng độ cứng đặc tính cơ ............................................................ 16 
Hình 1.12: Điểm làm việc ở trạng thái xác lập .................................................... 17 
Hình 1.13: Sơ đồ chế độ động cơ ......................................................................... 17 
Hình 1.14: Sơ đồ chế độ hãm tái sinh .................................................................. 18 
Hình 1.15: Sơ đồ chế độ hãm động năng ............................................................. 18 
Hình 1.16: Sơ đồ chế độ hãm ngược .................................................................... 19 
Hình 1.17: Biểu diễn các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M,ω] ................... 19 
Hình 1.18: Mơ tả chế độ ổn định và khơng ổn định tĩnh ..................................... 20 
Hình 1.19: Điểm làm việc động cơ khơng đồng bộ tương ứng với các loại tải ... 21 
Hình 2.1: Động cơ một chiều kích từ độc lập ...................................................... 25 
Hình 2.2: Động cơ một chiều kích từ song song .................................................. 25 
Hình 2.3: Đặc tính cơ điện ................................................................................... 26 
Hình 2.4: Đặc tính cơ ........................................................................................... 26 
Hình 2.5: Đặc tính cơ tự nhiên ............................................................................. 28 
Hình 2.6: Họ đặc tính nhân tạo biến trở ............................................................... 30 
Hình 2.7: Họ đặc tính nhân tạo khi thay đổi điện áp phần ứng ........................... 31 
Hình 2.8: Họ đặc tính cơ điện khi thay đổi từ thơng............................................ 32 
Hình 2.9: Họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi từ thơng ..................................... 32 
Hình 2.10: Chế độ làm việc của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ........... 33 
Hình 2.11: Hãm tái sinh động cơ điện một chiềukích từ độc lập ........................ 34 
Hình 2.12: Hãm ngược động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi thêm R
fư
 ... 35 
Hình 2.13: Hãm ngược động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi đảo ngược 
cực tính điện áp ................................................................................. 36 
Hình 2.14: Hãm động năng động cơ điện một chiều kích từ độc lập .................. 37 
Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ nối tiếp ......................... 38 
Hình 2.16: Đặc tính cơ điện động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ................. 39 
Hình 2.17: Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ......................... 39 
Hình 2.18: Các đặc tính vạn năng của động cơ một chiều kích từ nối tiếp ......... 40 
Hình 2.19: Từ đặc tính cơ tự nhiên vẽ đặc tính cơ nhân tạo ................................ 41 
Hình 2.20: Hãm ngược động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp khi thêm điện trở 
phụ ...................................................................................................... 42 
Hình 2.21: Hãm ngược động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp khi đảo cực tính 
điện áp ................................................................................................ 42 
Hình 2.22: Hãm động năng động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp .................. 43 
Hình 2.23: Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp.......... 44 
Hình 2.24: Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp ................. 45 
Hình 2.25: Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ hỗn hợp ......................... 45 
Hình 2.26: Sơ đồ nối dây và ký hiệu bản vẽ của động cơ khơng đồng bộ .......... 45 
Hình 2.27: Sơ đồ thay thế một pha của động cơ khơng đồng bộ ......................... 46 
Hình 2.28: Đặc tính cơ điện vẽ theo dịng rơto của động cơ khơng đồng bộ ...... 47 
Hình 2.29: Đặc tính cơ điện vẽ theo dịng stato của động cơ khơng đồng bộ ..... 47 
Hình 2.30: Đặc tính cơ của động cơ khơng đồng bộ ........................................... 49 
Hình 2.31: Sơ đồ nối dây và họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện trở mạch 
rơto của động cơ khơng đồng bộ ........................................................ 52 
Hình 2.32: Họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện áp stato của động cơ khơng 
đồng bộ ............................................................................................... 52 
Hình 2.33: Sơ đồ nối dây và họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi điện trở hoặc 
điện kháng mạch stato của động cơ khơng đồng bộ .......................... 53 
Hình 2.34: Đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi số đơi cực từ (p2=2p1) với nguyên 
tắc giữ Mth=const của động cơ khơng đồng bộ .................................. 53 
Hình 2.35: Họ đặc tính cơ nhân tạo khi thay đổi tần số của động cơ khơng đồng 
bộ ........................................................................................................ 54 
Hình 2.36: Hãm tái sinh khi hạ tải ở máy nâng hạ ............................................... 55 
Hình 2.37: Hãm tái sinh khi điều chỉnh giảm tần số dịng điện stato .................. 55 
Hình 2.38: Hãm ngược khi hạ tải bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rơto .. 56 
Hình 2.39: Hãm ngược bằng cách đảo thứ tự pha điện áp stato .......................... 57 
Hình 2.40: Hãm động năng động cơ khơng đồng bộ ........................................... 57 
Hình 3.1: Quy luật thay đổi tốc độ theo thời gian ................................................ 61 
Hình 3.2: Điều khiển động cơ một chiều kích từ song song bằng phương pháp 
dùng điện trở phụ mạch phần ứng ....................................................... 63 
Hình 3.3: Khởi động bằng điện trở để giảm dịng điện khởi động ...................... 64 
Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế hệ điều khiển động cơ một chiều 
bằng điện áp phần ứng ......................................................................... 64 
Hình 3.5: Các đặc tính cơ điều chỉnh khi điều khiển động cơ một chiều bằng 
điện áp phần ứng ................................................................................ 65 
Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh từ thơng động cơ một chiều kích từ song 
song và kích từ độc lập ........................................................................ 65 
Hình 3.7: Các đặc tính cơ điều chỉnh bằng từ thơng của động cơ một chiều ...... 66 
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý điều khiển bằng điện trở phụ trong mạch rơto ...... 67 
Hình 3.9: Họ đặc tính cơ điều khiển bằng điện trở phụ trong mạch rơto ......... 67 
Hình 3.10: Khởi động bằng điện trở phụ trong mạch rơto ................................ 68 
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý điều khiển bằng điện áp stato ................................ 69 
Hình 3.12: Họ đặc tính cơ rơto lồng sĩc khi điều khiển điệp áp stato ................. 70 
Hình 3.13: Họ đặc tính cơ rơto dây quấn khi điều khiển điệp áp stato ................ 70 
Hình 3.14: Các sơ đồ nối điện trở, điện kháng phụ để khởi động ....................... 71 
Hình 3.15: Sơ đồ khái quát hệ biến tần điều khiển động cơ ................................ 71 
Hình 3.16: Sơ đồ khối của bộ biến tần cĩ khâu trung gian một chiều ................. 72 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện – 
NXB Khoa học và kỹ thuật, năm 2001. 
[2] PGS.TS. Bùi Đình Tiếu, Giáo trình Truyền động điện – NXB Giáo dục. 
[3] Bùi Đình Tiếu, Phạm Duy Nhi, Cơ sở Truyền động điện tự động – NXB 
Đại học và trung học chuyên nghiệp, năm 1983.