Bài giảng Máy điện - Chương 6: Máy điện một chiều - Nguyễn Quang Nam

1Phần 1
Bài giảng
Chương 6: Máy điện một chiều
TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2
nqnam@hcmut.edu.vn
2Phần 1

 Máy điện DC là máy điện có dòng điện phần ứng luôn luôn được đổi 
chiều thích hợp bằng bộ đổi chiều cơ khí, do đó từ trường của phần ứng 
cũng như của phần cảm luôn có trục cố định.
Máy điện một chiều – Tổng quan

 Phân bố từ thông do dây quấn kích từ
tạo ra đối xứng quanh trục cực từ, do đó
trục này được gọi là trục kích từ hay trục 
dọc. Các chổi than nằm ở ví trị thuận lợi 
cho sự đổi chiều, trên trục ngang.

 Độ lớn mômen
N S
Stato có
cực từChổi
Rôto
Kích từ
1
2
2 ad
FpT Φ= pi
Phần ứng
Kích từ
3Phần 1

 Hình chụp cấu tạo của máy DC
Máy điện một chiều – Tổng quan (tt)
Cổ góp
Cực từ
Dây quấn rôto
Quạt
Ổ đỡ
Chổi
Vòng đệm Cách điện
Phiến
đồng
Đầu nối
4Phần 1
Máy điện một chiều – Tổng quan (tt)
5Phần 1
Máy điện một chiều – Tổng quan (tt)
Dây quấn xếp đơn
6Phần 1
Máy điện một chiều – Tổng quan (tt)
Dây quấn sóng đơn
7Phần 1

 Tính Fa1 theo dòng phần ứng ia, độ lớn của mômen
Máy điện một chiều – Tổng quan (tt)

 Khi dùng dây quấn phân bố, mỗi cuộn dây tạo ra một điện áp hình sin 
và đổi chiều ở vùng trung tính. Tại các chổi, điện áp phát ra là tổng vectơ 
của các điện áp trong mỗi cuộn dây nối tiếp của một nhánh song song. 
Với số phiến góp đủ lớn, điện áp trung bình của cuộn dây

 Điện áp giữa các chổi
adaadad iKi
a
pZi
pa
ZpT Φ=Φ=Φ=
pipi
pi
4
8
2 2
2
md
c
coil
pN
e ω
pi
Φ= 2
mdamdmd
c
coila K
a
pZ
a
CpN
e
a
C
e ωω
pi
ω
pi
Φ=Φ=Φ== 2
(N.m)
(V)
8Phần 1

 Kiểm tra lại công suất trung bình
Máy điện một chiều – Tổng quan (tt)

 Nghĩa là công suất điện tức thời tính theo điện áp tốc độ bằng công suất cơ 
tức thời tính theo mômen điện từ. Chiều của dòng công suất được xác định từ
chế độ làm việc của máy: động cơ hay máy phát.
(W)mamdaa Ti
a
pZie ωω
pi
=Φ=

 Từ thông khe hở dọc trục do stđ (mmf) tổng của 
dây quấn kích từ tạo ra. Đặc tính từ thông-mmf 
được gọi là đường cong từ hóa. Tuy nhiên, dạng 
thuận tiện hơn là sức điện động-mmf ở tốc độ 
không đổi. Sức điện động tại tốc độ bất kỳ
Đặc tính
khe hở
Tốc độ = ωm0
ΣNfif
ea0
0
0
a
m
m
a ee ω
ω
=
9Phần 1

 Ưu điểm chính của máy DC là các đặc tính vận 
hành có thể thay đổi rộng nhờ việc chọn phương 
pháp kích từ thích hợp. Dây quấn kích từ có thể 
được cấp nguồn ngoài, hay do máy tự cấp nguồn 
(tự kích). Các sơ đồ nối dây được thể hiện như 
hình bên.
Máy điện một chiều – Tổng quan (tt)
Độc lập Nối tiếp
Song song Hỗn hợp

 Máy kích từ độc lập có dòng kích từ chỉ chiếm một phần nhỏ so với dòng định 
mức (1 – 3%). Do đó, máy có thể được coi như một bộ khuếch đại công suất lớn. 
Trong các hệ thống điều khiển có hồi tiếp cần điều chỉnh điện áp phần ứng trong 
phạm vi rộng, máy phát kích từ độc lập có thể được sử dụng.

 Dây quấn kích từ của máy phát tự kích có thể nối theo 1 trong 3 cách: nối tiếp, 
song song, và hỗn hợp. Cần có từ dư để máy có thể khởi động quá trình tự kích.
10Phần 1

 Đặc tính V-A xác lập được thể
hiện trong hình bên, với tốc độ
của động cơ sơ cấp là hằng số.

 Quan hệ giữa sức điện động 
xác lập Ea và điện áp đầu cực Ut 
như sau
Ia là dòng phần ứng, Ra là điện 
trở mạch phần ứng
Máy điện một chiều – Tổng quan (tt)
Song song
Độc lập
Hỗn hợp
Nối tiếp
Điện áp (% so với định mức)
Dòng điện tải (% so với định mức)
aaat RIEU −= (V)

 Trong máy phát, Ea > Ut và mômen điện từ là mômen cản ngược chiều quay.
11Phần 1

 Điện áp của máy phát kích từ song song hơi giảm theo tải, nhưng 
không theo cách thức thích hợp cho nhiều mục đích. Từ thông khe hở và 
điện áp của máy phát kích từ nối tiếp thay đổi rộng theo tải, do đó không 
được sử dụng rộng rãi.

 Các máy phát kích từ hỗn hợp thường được nối theo kiểu hỗn hợp 
cộng để tạo ra điện áp gần như không đổi hay hơi tăng khi tải tăng.

 Dây quấn kích từ song song thường gồm nhiều vòng dây nhỏ, dây 
quấn kích từ nối tiếp thường có ít vòng dây lớn. Điện áp của cả máy kích 
từ song song lẫn hỗn hợp có thể được điều chỉnh giữa những giới hạn 
hợp lý bằng biến trở trên dây quấn kích từ song song.
Máy điện một chiều – Tổng quan (tt)
12Phần 1

 Mọi phương pháp kích từ dùng cho máy phát đều có thể áp dụng cho 
động cơ. Giữa sức điện động và điện áp đầu cực có quan hệ
Máy điện một chiều – Tổng quan (tt)
aaat RIEU += (V)

 Trong động cơ kích từ song song và độc lập, từ thông kích từ gần như là
hằng số. Do đó tốc độ sẽ hơi giảm khi tăng tải. Thực tế, động cơ kích từ song 
song có độ sụt tốc khoảng 5% từ không tải đến đầy tải. Mômen khởi động và
cực đại bị giới hạn bởi khả năng đổi chiều thành công dòng phần ứng.

 Một thuận lợi quan trọng của động cơ kích từ song song là sự dễ dàng 
trong điều khiển tốc độ. Dòng kích từ và từ thông có thể được thay đổi trong 
một dải rộng nhờ biến trở ở mạch kích từ, dẫn đến tốc độ thay đổi tương ứng, 
để duy trì sức điện động xấp xỉ điện áp đặt vào động cơ.
13Phần 1

 Động cơ kích từ nối tiếp có đặc tính cơ dốc xuống đáng kể. Với 
các ứng dụng đòi hỏi khả năng quá tải mômen lớn, đặc tính này 
đặc biệt thuận lợi vì công suất tương ứng được giữ ở giá trị hợp lý 
ở các độ sụt tốc khác nhau. Động cơ kích từ hỗn hợp có thể khắc 
phục khuyết điểm tốc độ non tải cao mà vẫn giữ được các ưu điểm 
của động cơ kích từ nối tiếp.

 Sức từ động phần ứng có ảnh hưởng nhất định đến phân bố
không gian của từ thông khe hở và biên độ của từ thông tổng dưới 
mỗi cực. Điều này sẽ ảnh hưởng đến các giới hạn đổi chiều, điện 
áp phát ra và mômen trên đơn vị dòng phần ứng.
Máy điện một chiều – Tổng quan (tt)
1Phần 2
Bài giảng
Chương 6: Máy điện một chiều
TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2
nqnam@hcmut.edu.vn
2Phần 2

 Tính toán theo hình 7.17, sóng stđ phần ứng có thể xấp xỉ
bằng một tam giác. Với máy có chổi nằm ở vị trí trung tính, 
sóng sức từ động và phân bố từ cảm khe hở được thể hiện 
trong hình 7.18.

 Trục sức từ động phần ứng nằm lệch 90° so với trục từ 
trường chính, do đó tạo ra từ thông đổi chiều giữa các mặt 
cực => phản ứng phần ứng ngang trục. Điều này làm giảm 
từ thông tổng dưới một nửa mặt cực, và tăng từ thông tổng 
dưới nửa mặt cực còn lại (hình 7.20).
Sức từ động phản ứng phần ứng
3Phần 2
Sức từ động phản ứng phần ứng (tt)
4Phần 2
Sức từ động phản ứng phần ứng (tt)
5Phần 2

 Khi các dây quấn phần ứng và kích từ đều được kích thích, phân bố
từ cảm trong khe hở là xếp chồng của các từ cảm thành phần. Do bão 
hòa từ, từ cảm tổng không phải là tổng đại số của các từ cảm thành 
phần, mà sẽ có giá trị nhỏ hơn. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng 
khử từ của phản ứng phần ứng ngang trục.

 Phản ứng phần ứng ngang trục còn hạn chế khả năng đổi chiều và
làm giảm khả năng quá tải ngắn hạn của máy DC. Động cơ với kích từ ít 
thay đổi chịu ảnh hưởng mạnh nhất.

 Có thể thiết kế máy để giới hạn ảnh hưởng của phản ứng phần ứng 
ngang trục, sử dụng các biện pháp: tăng mức bão hòa tại răng phần ứng 
và mặt cực, tạo khe hở không đều dưới mặt cực, hay dùng dây quấn bù.
Sức từ động phản ứng phần ứng (tt)
6Phần 2

 Các phương trình cho máy DC
dấu “+” cho động cơ, dấu “-” cho máy phát, ∆U là điện áp rơi trên chổi than

 Tích số EaIa được gọi là công suất điện từ Pđt. Phân bố công suất trong 
hai trường hợp máy phát và động cơ như hình dưới đây.
Máy điện DC – Phân tích mạch điện
aaat RIEU ±= URIEU aaat ∆±±=
ada IKT Φ= mdaa KE ωΦ= a
pZK a pi
=
C/suất
động cơ
sơ cấp
C/suất
điện
ngõ ra
UtI
Tổn
hao
quay
Tổn
hao
phần
ứng
Tổn
hao
kích
từ
Máy phát
Pđt C/suất
cơ
ngõ ra
C/suất
điện
ngõ vào
UtI
Tổn
hao
kích
từ
Tổn
hao
phần
ứng
Tổn
hao
quay
Động cơ
Pđt
7Phần 2

 Công suất điện từ chênh lệch với công suất cơ trên trục 
máy một lượng bằng tổn hao quay Pr. Các tổn hao phần ứng 
và kích từ lần lượt ký hiệu là Pa và Pf.
Chú ý rằng công suất kích từ nối tiếp được gộp vào tổn hao 
phần ứng. Ra là điện trở tổng mạch phần ứng, Uf là điện áp 
đặt vào dây quấn kích từ song song, và Rf là điện trở của dây 
quấn kích từ song song. Tổn hao quay Pr thường phụ thuộc 
vào tốc độ máy, và được xác định bằng thực nghiệm.
Phân tích mạch điện (tt)
aaa RIP
2
= fff RUP
2
= (W)
8Phần 2

 Xét trường hợp tổng quát của một máy kích từ hỗn hợp, stđ tương đương 
Feq cho bởi (trong đó Nf và Ns lần lượt là số vòng dây kích từ song song và
nối tiếp), khi chưa xét đến phản ứng phần ứng

 Ngoài trường hợp sơ đồ hỗn hợp kiểu rẽ dài đã biết, còn có kiểu rẽ ngắn.

 Đường cong từ hóa của máy DC thường được cho ứng với trường hợp 
kích từ song song. Stđ tương đương của máy hỗn hợp có thể quy đổi về
bằng với stđ của chỉ một dây quấn kích từ song song có Nf vòng dây, với 
dòng điện tương đương
Phân tích mạch từ
ssffeq ININF ±= (A.vòng)
( ) ssffeqf INNII ±=_ (A)
9Phần 2

 Nếu xét đến stđ phản ứng phần ứng

Đường cong từ hóa không tải có thể được biểu diễn dưới dạng chuẩn 
hóa (trong hệ đơn vị tương đối pu). Stđ hay dòng kích từ đơn vị là giá trị
cần thiết để tạo ra điện áp định mức (1 đvtđ) ở tốc độ định mức khi máy 
không tải. Điện áp không tải ở tốc độ khác có thể tính bởi

 Các đường cong bão hòa có tải bị dịch sang bên phải đường cong 
không tải một lượng coi như tỷ lệ với dòng phần ứng, trong phạm vi vận 
hành bình thường.
Phân tích mạch từ (tt)
( )00 mmaa EE ωω= (V)
ARININF ssffeq −±= (A.vòng)
10Phần 2

 Hiệu suất là đại lượng đặc trưng cho tính hiệu quả về mặt năng lượng của máy, 
được định nghĩa là tỷ số giữa công suất ngõ ra Po và công suất ngõ vào Pi.
với ∆P là tổng tổn hao công suất.

 Khi phân tích tính năng xác lập, bản chất của các vấn đề là khác nhau trong hai 
chế độ máy phát và động cơ. Ở chế độ máy phát, tốc độ thường được xác lập bởi 
động cơ sơ cấp, và vấn đề thường gặp là xác định điện áp đầu cực ứng với tải và
kích từ nào đó, hay tìm kích từ cho một tải và điện áp đầu cực nào đó.

 Ở chế độ động cơ, bài toán thường gặp là xác định tốc độ tương ứng với một 
tải và kích từ nào đó, điện áp đầu cực thường được giữ cố định.
Phân tích xác lập
%100%100%100 ×
∆+
=×
∆−
=×=
PP
P
P
PP
P
P
o
o
i
i
i
oη
11Phần 2

 Trong máy phát kích từ độc lập, dòng kích 
từ độc lập với điện áp phát ra, do đó điện áp 
phát ra được xác định theo đường cong từ
hóa.

 Trong máy phát có cuộn kích từ song song, 
dòng điện kích từ song song quan hệ với điện 
áp phát theo định luật Ohm của nhánh kích từ
song song.
Phân tích xác lập máy phát

 Quá trình thành lập điện áp được minh họa ở hình trên, với điều kiện có từ dư, 
dây quấn kích từ đấu đúng cực tính, và điện trở mạch kích từ song song đủ nhỏ. 
Giá trị điện trở ứng với trường hợp hai đặc tính tiếp xúc nhau là giá trị tới hạn.
12Phần 2

 Vì điện áp đầu cực động cơ thường không đổi, không có sự phụ thuộc của kích 
từ song song vào điện áp như trong máy phát có cuộn kích từ song song. Do đó, 
việc phân tích gần như đối với máy phát kích từ độc lập, dù tốc độ là một biến 
quan trọng và thường phải xác định nó.

 Đường cong từ hóa là quan hệ sức điện động theo kích từ. Quan hệ giữa 
mômen điện từ với từ thông và dòng phần ứng là quan trọng, vì thường phải khảo 
sát sự phụ thuộc tương hỗ giữa mômen và cường độ từ trường rôto và stato.

 Quan hệ sức điện động với từ thông và tốc độ thường là trung gian để xác định 
tốc độ động cơ ở các điều kiện vận hành khác nhau.

 Tốc độ động cơ ứng với dòng phần ứng đã cho Ia có thể tìm được bằng cách 
tính điện áp cảm ứng Ea, tiếp đó tìm được kích từ và xác định được điện áp Ea0
ứng với tốc độ ωm0 bằng đường cong từ hóa, từ đó tìm được tốc độ thực.
Phân tích xác lập động cơ
13Phần 2

 Yếu tố giới hạn quan trọng nhất trong vận hành máy DC là khả năng truyền 
dòng điện qua chổi mà không sinh ra tia lửa và làm nóng bộ đổi chiều quá mức.

 Tia lửa có thể xuất hiện do điều kiện cơ khí kém hay điều kiện điện xấu. Các 
điều kiện điện bị ảnh hưởng mạnh bởi stđ phần ứng và từ thông.

 Trong giai đoạn đổi chiều, cuộn dây được chuyển từ nhóm này sang nhóm kia 
(hình 7.22), và ở cuối giai đoạn thì dòng điện cuộn dây phải bằng giá trị nhưng 
ngược dấu so với dòng điện ở đầu giai đoạn.
Máy điện DC – Vấn đề đổi chiều và cực từ phụ
Dòng điện trong
dây quấn phần ứng
t
Giai đoạn đổi chiều
14Phần 2

 Các cuộn dây đang đổi chiều bị chổi than làm ngắn mạch, 
với mạch tương đương gồm điện cảm, điện trở thay đổi theo 
thời gian ở chổi, và điện áp quay cảm ứng trong cuộn dây.

 Sự đổi chiều hiệu quả thường được xác định từ thực 
nghiệm, do các khó khăn trong việc phân tích định lượng.

 Màng tiếp xúc giữa chổi và phiến góp có điện trở phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như mật độ dòng, hướng dòng điện, 
nhiệt độ chổi, độ ẩm và áp suất không khí, trong đó mật độ 
dòng đóng vai trò quan trọng nhất.
Vấn đề đổi chiều và cực từ phụ (tt)
15Phần 2

 Nền tảng thực nghiệm của việc đổi chiều không tia lửa là tránh mật 
độ dòng quá cao ở mọi điểm trên tiếp xúc đồng-than, kết hợp với việc 
tận dụng vật liệu. Điều kiện tối ưu: mật độ dòng là đều trên mặt chổi 
trong toàn bộ giai đoạn đổi chiều => quá trình đổi chiều tuyến tính.

 Điện trở có thể ảnh hưởng đến việc đổi chiều, nhưng quan trọng 
hơn là điện cảm. Các điện áp phản kháng làm trì hoãn dòng điện trong 
cuộn dây được đổi chiều, dẫn đến hiện tượng đổi chiều trễ.

 Với các máy công suất nhỏ, có thể thiết kế để điện áp rơi trên tiếp 
xúc chổi lớn hơn nhiều so với các điện áp cảm ứng => đổi chiều điện 
trở.
Vấn đề đổi chiều và cực từ phụ (tt)
16Phần 2

 Điện áp quay cảm ứng trong các cuộn dây đang đổi chiều 
có thể hỗ trợ cho quá trình đổi chiều, bằng cách khử đi các 
điện áp phản kháng => đổi chiều điện áp. Người ta thực hiện 
bằng cách đặt các cực từ nhỏ giữa các cực từ chính trong 
khu vực đổi chiều, gọi là các cực từ phụ.

 Với máy phát, cực tính của cực từ phụ phải giống với cực 
từ chính ngay trước nó (tính theo chiều quay). Với động cơ 
thì cực tính của cực từ phụ giống với cực từ chính ngay sau 
nó.
Vấn đề đổi chiều và cực từ phụ (tt)
1Phần 3
Bài giảng
Chương 6: Máy điện một chiều
TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2
nqnam@hcmut.edu.vn
2Phần 3

 Với các máy quá tải nặng, tải thay đổi nhanh, hay làm việc với kích từ yếu, có
thể xuất hiện các vấn đề khác bên cạnh tia lửa ở chổi. Vào thời điểm cuộn dây 
nằm ở vị trí ứng với dạng sóng méo dạng mạnh của từ thông khe hở, điện áp 
cuộn dây có thể đủ lớn làm đánh thủng không khí giữa các phiến góp kề nhau, và
tạo ra quầng lửa, hay hồ quang giữa các phiến góp.

 Điện áp giữa các phiến góp thường được giới hạn 30 – 40 V, thường dẫn đến 
việc cần dùng nhiều phiến góp. Ngoài ra còn có thể xuất hiện điện áp cao do cảm 
ứng theo sự thay đổi của từ thông. Điện áp này sẽ cộng tác dụng với sức điện 
động quay khi tải của máy phát giảm, hay tải của động cơ tăng => vầng quang 
giữa các phiến góp.

 Ngay cả khi có cực từ phụ, phản ứng phần ứng cũng vẫn gây ra các hiện tượng 
làm giới hạn khả năng làm việc của máy => dây quấn bù dưới mặt cực từ.
Máy điện DC – Dây quấn bù
3Phần 3

 Dây quấn bù được đặt trong các rãnh trên mặt cực từ, với cực tính thích 
hợp để khử sức từ động phần ứng. Dây quấn bù được nối tiếp với dây quấn 
phần ứng để đảm bảo tác dụng khử từ cho mọi giá trị dòng phần ứng.

 Nhờ dây quấn bù và cực từ phụ, phân bố từ cảm trong khe hở có thể trở
lại dạng cơ bản như của cực từ chính, trừ vùng đổi chiều. Ngoài ra, dây 
quấn bù cũng làm giảm thời hằng của mạch phần ứng, giúp đáp ứng nhanh 
hơn.

 Khuyết điểm chính của dây quấn mặt cực là chi phí cao, do đó chúng chỉ
dùng cho các máy đặc biệt như quá tải nặng hay có tải thay đổi nhanh (động 
cơ máy cán thép, chẳng hạn) hay các động cơ có phạm vi tốc độ rộng điều 
khiển bằng kích từ song song.
Dây quấn bù (tt)
4Phần 3

 Đặc tính cơ là quan hệ giữa mômen và tốc độ của động cơ. Dưới đây sẽ khảo 
sát đặc tính cơ của động cơ kích từ độc lập như một trường hợp mẫu.

 Tốc độ động cơ tính theo mômen, từ các quan hệ cơ bản đã biết

 Dựa vào phương trình sau, có thể thấy khi không có mômen cản, động cơ đạt 
tốc độ cao nhất, được gọi là tốc độ không tải ωm0. Đặc tính cơ có dạng đường 
thẳng, với tốc độ giảm dần khi tăng mômen cản đầu trục. Đặc tính cơ đi qua điểm 
tốc độ không tải ωm0 và mômen mở máy Ts (là mômen sinh ra đầu trục khi động 
cơ được mở máy trực tiếp ở điện áp đầu cực tương ứng).
Máy điện DC – Đặc tính cơ
(rad/s)( ) Tk
R
k
T
k
R
k
U
k
IRU
k
E a
m
ataata
m 20 Φ
−=
ΦΦ
−
Φ
=
Φ
−
=
Φ
= ωω
a
t
s R
Uk
T
Φ
= (N.m)
5Phần 3

 Với các động cơ kích từ song song, nối tiếp, và hỗn hợp, có thể rút ra được 
biểu thức tương tự cho đặc tính cơ. Điều cần chú ý là mối quan hệ giữa từ thông 
và điện áp đầu cực trong các trường hợp này.

 Với động cơ kích từ song song, nếu điện trở mạch kích từ không thay đổi, từ 
thông coi như tỷ lệ với điện áp Ut, do đó số hạng ωm0 sẽ không thay đổi khi thay 
đổi điện áp đầu cực. Trong khi với động cơ kích từ độc lập thì ωm0 sẽ thay đổi.

 Với động cơ kích từ nối tiếp, từ thông lại tỷ lệ với dòng phần ứng, tức là gián 
tiếp phụ thuộc vào mômen (giả thiết là sức điện động không đổi, vì xấp xỉ với điện 
áp đầu cực cố định). Giả sử mômen tải tăng lên, từ thông và dòng phần ứng sẽ
cùng tăng lên, dẫn đến tốc độ phải giảm xuống để có được sức điện động phù
hợp với việc gia tăng dòng phần ứng và từ thông.

 Động cơ kích từ hỗn hợp cần được xét theo từng trường hợp cụ thể.
Đặc tính cơ (tt)
6Phần 3

 Nhắc lại phương trình của đặc tính cơ

 Tốc độ không tải ωm0 phụ thuộc vào điện áp Ut và từ thông Φ, còn độ dốc của 
đặc tính cơ thì phụ thuộc vào điện trở phần ứng Ra và từ thông Φ. Từ đó dẫn đến 
3 phương pháp điều khiển tốc độ: điều chỉnh từ thông, điều chỉnh điện trở phần 
ứng, và điều chỉnh điện áp phần ứng.

 Việc điều chỉnh từ thông có thể dễ dàng thực hiện trong máy kích từ độc lập 
hay có cuộn kích từ song song, bằng cách thay đổi biến trở kích từ. Phương pháp 
này đơn giản, rẻ tiền và không làm thay đổi các tổn hao động cơ.

 Tốc độ cao nhất ứng với kích từ cực tiểu, và tốc độ cao nhất bị giới hạn về điện 
do phản ứng phần ứng ở điều kiện từ trường yếu gây mất ổn định cho động cơ.
Điều khiển tốc độ động cơ
( ) ( ) Tk
R
T
k
R
k
U a
m
at
m 202 Φ
−=
Φ
−
Φ
= ωω
7Phần 3

 Khi điều chỉnh điện trở mạch phần ứng, chỉ có thể đạt được tốc 
độ thấp hơn so với đặc tính tự nhiên (ứng với điện trở dây quấn 
phần ứng), bằng cách thêm điện trở nối tiếp vào mạch phần ứng.

 Phương pháp này có thể áp dụng cho mọi kiểu kích từ của động 
cơ. Đây là phương pháp phổ biến cho động cơ kích từ nối tiếp.

 Tổn hao công suất trong điện trở phụ có thể lớn, do đó không 
hiệu quả về mặt năng lượng vận hành lâu dài. Tuy nhiên, với chi 
phí ban đầu thấp, phương pháp này có thể dùng trong các chế độ
làm việc ngắn hạn hay gián đoạn.
Điều khiển tốc độ động cơ (tt)
8Phần 3

 Biến thể của phương pháp điều chỉnh điện trở mạch phần ứng 
là phương pháp phần ứng song song, sử dụng một cầu phân áp 
để giảm điện áp đặt vào phần ứng.

 Với động cơ kích từ song song, sự ổn định tốc độ trong vùng 
tốc độ thấp được cải thiện đáng kể vì tốc độ không tải nhỏ hơn 
giá trị khi không có điện trở điều khiển.

 Với phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng, chỉ có tốc độ
không tải ωm0 bị ảnh hưởng, còn độ dốc của đặc tính cơ sẽ không 
thay đổi. Do đó phương pháp này sẽ tạo ra một họ đặc tính cơ 
song song nhau.
Điều khiển tốc độ động cơ (tt)
9Phần 3

 Trước đây, hệ động cơ-máy phát được sử dụng để thay đổi 
điện áp phần ứng. Gần đây, các bộ biến đổi bán dẫn đã phát triển 
mạnh như một giải pháp thay thế với nhiều ưu điểm vượt trội.

 Hệ động cơ-máy phát (sơ đồ Ward-Leonard) sử dụng một động 
cơ có tốc độ tương đối ổn định kéo một máy phát DC với điện áp 
được điều chỉnh nhờ thay đổi kích từ.

 Máy phát sẽ cung cấp điện cho động cơ DC cần được điều 
chỉnh điện áp phần ứng. Hiển nhiên là phương án này rất tốn 
kém, vì cần đầu tư 3 máy điện cùng cỡ công suất.
Điều khiển tốc độ động cơ (tt)
10Phần 3
Điều khiển tốc độ động cơ (tt)
Điều chỉnh từ thông Điều chỉnh điện trở phần ứng
Điều chỉnh điện áp phần ứng
11Phần 3

 Việc điều khiển điện áp phần ứng được kết hợp với điều khiển từ thông 
để đạt được phạm vi tốc độ rộng nhất có thể có. Tốc độ cơ bản là tốc độ
ở từ thông cực đại, điện áp phần ứng định mức. Tốc độ cao hơn tốc độ 
cơ bản có được nhờ giảm từ thông, còn tốc độ thấp hơn tốc độ cơ bản do 
điều chỉnh điện áp phần ứng đảm nhận.
Điều khiển tốc độ động cơ (tt)
Mômen hằng Công
 suất
 hằng
Tốc độ cơ bản
T
ω Tốc độ cơ bản
Mô
m
en
hằ
ng
Công suất hằng
P
ω
12Phần 3

 Tùy theo mức độ công suất và chất lượng điều khiển, một số sơ đồ
biến đổi công suất sử dụng linh kiện bán dẫn có thể được sử dụng.
Điều khiển tốc độ động cơ (tt)
13Phần 3

 Xét quá trình mở máy, tức là quá
trình đóng điện cho động cơ để tăng tốc 
từ trạng thái đứng yên. Khi động cơ 
đứng yên, tốc độ sẽ bằng 0. Nếu động 
cơ được đóng điện trực tiếp vào điện áp 
định mức (hoặc một giá trị xấp xỉ), dòng 
điện khi mở máy sẽ có giá trị rất lớn
Mở máy động cơ DC
a
t
a
t
s R
U
R
kU
I =
Φ−
=
=0ω
ω (A)

 Công thức trên ước tính giá trị dòng điện mở máy trong trường hợp thời hằng 
của mạch điện là rất nhỏ so với thời hằng của cơ hệ gồm động cơ và tải. Trong 
thực tế thì dòng điện mở máy sẽ không đạt đến giá trị lý thuyết đó.
14Phần 3

 Dòng điện mở máy tuy không đạt đến giá trị lý thuyết, nhưng vẫn rất lớn so 
với dòng định mức, và càng nguy hiểm khi hệ máy càng lớn. Do đó, cần có các 
biện pháp giới hạn dòng điện mở máy.

 Các biện pháp mở máy
 Biến trở mở máy: mắc nối tiếp biến trở vào mạch phần ứng và điều chỉnh 
từ giá trị cực đại dần về 0 khi máy đạt chế độ làm việc cần thiết.
 Giảm điện áp đặt vào phần ứng: áp dụng khi có thể điều chỉnh điện áp đặt 
vào phần ứng.

 Khi thực hiện mở máy, cần điều chỉnh kích từ để đạt được từ thông lớn nhất, 
nhằm tạo ra mômen lớn giúp cho quá trình mở máy đạt hiệu quả cao.

 Xem ví dụ 8.1 trong giáo trình
Mở máy động cơ DC (tt)
15Phần 3

 Ngược với quá trình mở máy là quá trình hãm, khi tốc độ của động cơ được 
giảm dần từ giá trị làm việc về 0. Có hai chế độ hãm: hãm tái sinh (động cơ trả 
năng lượng về nguồn) và hãm động năng (tiêu tán năng lượng trên điện trở).

 Hãm tái sinh: Máy chuyển sang làm việc ở chế độ máy phát, với động năng 
được chuyển dần thành điện năng và trả về nguồn. Giả thiết nguồn có thể nhận 
lại năng lượng từ máy. Thường phải tăng dần từ thông để đảm bảo điều kiện 
vận hành ở chế độ máy phát. Đến giá trị giới hạn của từ thông thì phải chuyển 
sang dùng chế độ hãm động năng.

 Hãm động năng: ngắt tải của động cơ, và đóng hai đầu cực của động cơ vào 
mạch điện trở hãm. Động năng của động cơ sẽ được chuyển thành nhiệt tiêu 
tán trên điện trở hãm.
Chế độ hãm của động cơ DC
( )
Φ
∆++
−=
k
UIRR aba
mω (rad/s)