Bài giảng Truyền động điện - Lê Trương Huy

 TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG 
 KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ 
 BỘ MÔN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 
 TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 
BÀI GIẢNG DÙNG CHO BẬC CAO ĐẲNG 
a 
b 
c 
d 
e 
f 
g 
h 
A 
Ic I2 I1 
0 
m 
o 
 
Iư 
tn  
nt1  
3 
2 
1 
i 
tn 
Rf1 + Rf2 + Rf3 
Rf1 + Rf2 
Rf1 
TH.S LÊ TRƯƠNG HUY 
BÀI GIẢNG 
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 
DÙNG CHO BẬC CAO ĐẲNG 
SỐ TIẾT: 30 
QUẢNG NGÃI, NĂM 2018 
LỜI NÓI ĐẦU 
Bài giảng TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN được soạn thảo dựa trên cơ sở chương trình 
môn học cùng tên đã được Bộ môn Điện - Điện tử, Khoa Kỹ thuật - công nghệ, Trường 
Đại học Phạm Văn Đồng thông qua, nhằm phục vụ cho sinh viên bậc Cao đẳng, ngành 
Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử của Trường Đại học Phạm Văn Đồng. Để tiếp thu tốt 
kiến thức của môn học này, sinh viên cần phải nắm vững kiến thức của môn Mạch điện, 
Máy điện và Điện tử công suất. 
Bài giảng TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN gồm 3 chương: 
- Chương 1 và chương 2 nêu các khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện và 
đặc tính cơ của động cơ điện. 
- Chương 3 trình bày các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 
kích từ độc lập và động cơ không đồng bộ. 
Trong khi soạn thảo bài giảng này, tác giả đã đưa ra một số ví dụ cụ thể nhằm 
mục đích minh họa các vấn đề lý thuyết và ứng dụng trong thực tế của hệ truyền động 
điện. 
Ở cuối mỗi chương có các câu hỏi ôn tập hay bài tập tự giải, giúp sinh viên hiểu 
sâu hơn kiến thức đã học và rèn luyện kỹ năng tính toán để phục vụ cho kỳ thi cuối học 
kỳ. 
Nội dung bài giảng chắc chắn còn nhiều vấn đề cần bổ sung, hoàn thiện. Rất 
mong nhận được sự các góp ý xây dựng của đồng nghiệp và người học. 
Mọi góp ý xin gởi về địa chỉ: 
Bộ môn Điện - Điện tử, Khoa Kỹ thuật - công nghệ, 
Trường Đại học Phạm Văn Đồng. 
509 Phan Đình Phùng, Quảng Ngãi. 
 Tác giả 
MỤC LỤC 
 Trang 
LỜI NÓI ĐẦU 0 
CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1 
1.1. Cấu trúc của hệ truyền động điện 1 
1.2. Phân loại các hệ truyền động điện 5 
1.3. Phân loại momen cản 5 
1.4. Đặc tính cơ của động cơ điện 9 
1.5. Phương trình chuyển động của truyền động điện 10 
1.6. Các trạng thái làm việc của động cơ điện 11 
CÂU HỎI ÔN TẬP 14 
CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 15 
2.1. Khái niệm chung 15 
2.2. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập (kích từ song song) 16 
2.2.1. Sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập và kích từ song song 16 
2.2.2. Phương trình đặc tính cơ 17 
2.2.3. Đặc tính tự nhiên 21 
2.2.4. Các đặc tính nhân tạo 23 
2.2.5. Các trạng thái hãm 29 
2.3. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 40 
2.3.1. Sơ đồ đấu dây 40 
2.3.2. Phương trình đặc tính cơ 41 
2.3.3. Đặc tính cơ tự nhiên 47 
2.3.4. Các đặc tính nhân tạo 48 
2.3.5. Các trạng thái hãm 54 
BÀI TẬP TỰ GIẢI 60 
CHƯƠNG 3: ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 61 
3.1. Các chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ 61 
3.1.1. Sai số tốc độ đặt 61 
3.1.2. Phạm vi điều chỉnh 62 
3.1.3. Độ tinh điều chỉnh 62 
3.1.4. Mức độ phù hợp giữa đặc tính tải cho phép của động cơ và đặc tính cơ 64 
máy sản xuất 
3.1.5. Tính kinh tế của hệ điều chỉnh 65 
3.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 65 
3.2.1. Điều chỉnh điện trở phụ trong mạch phần ứng 65 
3.2.2. Điều chỉnh từ thông kích từ 69 
3.2.3. Điều chỉnh điện áp phần ứng 71 
3.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 74 
3.3.1. Điều chỉnh điện trở phụ trong mạch rôto 75 
3.3.2. Điều chỉnh điện áp stato 77 
3.3.3. Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ 79 
3.3.4. Điều chỉnh công suất trượt 86 
BÀI TẬP TỰ GIẢI 92 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 
 1 
Chương 1 
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 
1.1. Cấu trúc của hệ truyền động điện 
1.1.1. Định nghĩa hệ truyền động điện 
Hệ truyền động điện là tổ hợp của nhiều thiết bị và phần tử điện - cơ dùng để 
biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho cơ cấu công tác trên các máy sản xuất, 
đồng thời có thể điều khiển dòng năng lượng đó tùy theo yêu cầu công nghệ của máy 
sản xuất. 
1.1.2. Hệ truyền động của máy sản xuất 
Xét sơ đồ truyền động của 3 loại máy sau đây: 
a) Truyền động của máy bơm nước 
Hình 1.1. Truyền động của máy bơm nước 
Động cơ điện Đ biến đổi điện năng thành cơ năng tạo ra momen quay M làm 
quay trục máy và các cánh bơm. Cánh bơm chính là cơ cấu công tác CT, nó chịu tác 
động của nước tạo ra momen Mct ngược chiều tốc độ quay  của trục, chính momen 
này tác dụng lên trục động cơ, ta gọi nó là momen cản Mc. Nếu Mc cân bằng với 
momen động cơ: M = Mc thì hệ sẽ có chuyển động ổn định với tốc độ không đổi  = 
const. 
 M 
CT (Cánh bơm) 
Mct (Mc) 
Khớp nối trục 
Đ 
Động cơ Đ 
 2 
b) Truyền động của mâm cặp máy tiện 
Hình 1.2. Truyền động của mâm cặp máy tiện 
Cơ cấu công tác CT bao gồm mâm cặp MC, phôi (kim loại) PH được kẹp trên 
mâm và dao cắt DC. Khi làm việc động cơ Đ tạo ra momen M làm quay trục, qua bộ 
truyền lực TL gồm đai truyền và các cặp bánh răng, chuyển động quay được truyền đến 
mâm cặp và phôi. Lực cắt do dao tạo nên trên phôi sẽ hình thành momen Mct tác động 
trên cơ cấu công tác có chiều ngược với chiều chuyển động. Nếu dời điểm đặt của Mct 
về trục động cơ ta sẽ có momen cản Mc (thay thế cho Mct). Cũng tương tự như ví dụ 
trước, khi M = Mc hệ sẽ làm việc ổn định với tốc độ quay  = const và tốc độ cắt của 
dao trên phôi cũng sẽ không đổi. 
c) Truyền động của cần trục hoặc máy nâng 
Cơ cấu công tác gồm trống tời TT, dây cáp C và tải trọng G. Lực trọng trường G 
tác động lên trống tời tạo ra momen trên cơ cấu công tác Mct và nếu dời điểm đặt của 
nó về trục động cơ thì ta sẽ có momen cản Mc (thay thế cho Mct), còn động cơ Đ thì tạo 
ra momen quay M. Khác với hai ví dụ trước, ở cần trục và máy nâng Mct (hoặc Mc) có 
chiều tác động do lực trọng trường quyết định nên không phụ thuộc chiều tốc độ, nghĩa 
là có trường hợp nó ngược chiều chuyển động – cơ cấu công tác tiêu thụ năng lượng do 
động cơ cung cấp và có trường hợp Mct cùng chiều chuyển động – cơ cấu công tác gây 
ra chuyển động, tạo ra năng lượng cấp cho trục động cơ. 
 M 
Đ x 
x x x 
x x 
Mc 
Bộ truyền lực TL 
Mct Fc 
Phôi PH 
Dao cắt DC 
Cơ cấu công tác CT 
Mâm cặp MC 
Động cơ Đ 
 3 
Hình 1.3. Truyền động của cần trục 
Ví dụ, khi nâng tải trọng, động cơ cấp năng lượng để gây ra chuyển động: M 
cùng chiều  . Tải trọng cản trở chuyển động và tiêu thụ năng lượng do động cơ cấp 
vào hệ: Mc ngược chiều  . 
Khi hạ tải trọng nặng, tải trọng với lực trọng trường và thế năng sẽ làm trống tời 
quay. Chính thế năng đó cấp vào hệ và gây ra chuyển động: Mct (hoặc Mc) cùng chiều 
 . Năng lượng qua bộ truyền TL sẽ đưa về động cơ làm quy trục động cơ. Lúc này 
động cơ làm việc như một máy phát điện, tiêu thụ cơ năng và biến thành điện năng. 
Đồng thời momen do động cơ sinh ra sẽ ngược chiều quay của trục: M ngược chiều  . 
Động cơ sẽ biến thành một bộ phanh hãm. 
 
x 
x 
Bộ truyền lực TL 
M 
Đ 
Mct 
x 
x 
Dt 
Động cơ Đ 
Dây cáp C 
Tải trọng G 
Trống tời TT 
 4 
1.1.3. Cấu trúc chung của hệ truyền động điện 
 Trong các ví dụ trên, động cơ Đ có thể nối trực tiếp vào lưới điện công nghiệp 
hoặc cũng được nối vào một bộ nguồn riêng, gọi là thiết bị biến đổi (BĐ) để tạo ra 
dạng năng lượng cần thiết với những thông số phù hợp với yêu cầu động cơ. 
 Có thể mô tả khái quát cấu trúc của hệ truyền động điện bằng sơ đồ khối hình 
1.4. Ngoài các khâu đã giới thiệu ở trên còn có bộ điều khiển ĐK để đóng cắt, bảo vệ 
và điều khiển hệ thống. 
Hình 1.4. Cấu trúc của hệ truyền động điện 
Để thuận tiện việc khảo sát, ta chia các khâu của hệ truyền động điện thành hai 
phần: phần điện và phần cơ. 
 - Phần điện gồm lưới điện, bộ biến đổi BĐ, mạch điện – từ của động cơ Đ và 
các thiết bị điều khiển ĐK. 
 - Phần cơ gồm rôto và trục động cơ, khâu truyền lực TL và cơ cấu công tác CT. 
BĐ Đ TL CT 
ĐK 
Lệnh đặt 
Phần Điện Phần Cơ 
L
ướ
i đ
iệ
n 
 5 
1.2. Phân loại hệ truyền động điện 
 Người ta phân loại truyền động điện theo nhiều cách tùy theo đặc điểm của động 
cơ điện, mức độ tự động hóa, đặc điểm hoặc chủng loại thiết bị biến đổi, công suất hệ 
thống ... Từ cách phân loại sẽ hình thành ra tên gọi của hệ, ví dụ: 
 a) Theo đặc điểm động cơ điện ta có truyền động điện một chiều (dùng động 
cơ điện một chiều), truyền động điện không đồng bộ (dùng động cơ điện không đồng 
bộ), truyền động điện đồng bộ (dùng động cơ điện đồng bộ) ... 
 b) Theo tính năng điều chỉnh ta có truyền động không điều chỉnh (khi động cơ 
điện chỉ làm việc ở một cấp tốc độ) và truyền động điều chỉnh. 
 c) Theo mức độ tự động hóa ta có hệ truyền động điện không tự động và hệ 
truyền động tự động. 
 d) Một số cách phân loại khác như truyền động đảo chiều và không đảo chiều, 
truyền động đơn (nếu dùng một động cơ) và truyền động nhiều động cơ (nếu dùng 
nhiều động cơ để phối hợp truyền động cho một cơ cấu công tác) ... 
1.3. Phân loại momen cản 
 Momen cản được hình thành tại cơ cấu công tác và phụ thuộc đặc điểm công 
nghệ của máy sản xuất, do đó rất đa dạng. Vì momen cản tác động lên trục động cơ, do 
đó tính chất của nó sẽ ảnh hưởng đến sự làm việc của động cơ và hệ thống truyền động. 
Vì vậy, khi khảo sát các hệ truyền động, ta cần biết được momen cản có dạng như thế 
nào, hoặc thuộc loại nào. 
 Có thể phân loại momen cản theo nhiều cách dựa vào những dấu hiệu đặc trưng 
của chúng. Tuy nhiên, hay dùng nhất là ba cách phân loại sau: phân loại theo chiều tác 
dụng (so với chiều tốc độ), phân loại theo hàm số phụ thuộc tốc độ và phân loại theo 
thời gian tác dụng. 
 a) Phân loại momen cản Mc theo chiều tác dụng 
 Theo đặc điểm về chiều tác dụng của Mc so với chiều tốc độ  ta chia momen 
cản thành hai loại: 
 6 
 - Momen cản thế năng: là loại có chiều không phụ thuộc vào chiều tốc độ, ví dụ 
momen cản do tải trọng sinh ra ở máy nâng, cần trục. Nó có chiều luôn hướng theo lực 
trọng trường, không phụ thuộc vào chiều nâng hay hạ tải trọng. Có thể biểu diễn loại 
Mc này như trên hình 1.5a, ở đó Mc không đổi dấu dù  > 0 hay  < 0, nghĩa là Mc có 
thể cùng chiều hoặc ngược chiều với tốc độ chuyển động. 
 Rõ ràng khi Mc tác động ngược chiều  , cơ cấu công tác có tác dụng cản trở 
chuyển động, nghĩa là nó tiêu thụ năng lượng, còn động cơ nhận điện năng năng từ 
lưới, biến đổi thành cơ năng để cung cấp cho cơ cấu công tác. Đó chính là trường hợp 
nâng tải trọng, được minh họa bằng các mũi tên chỉ chiều của Mc ,  , v, G trên hình 
1.5a (phần phía trên trục hoành). 
 b) 
 a) 
 Hình 1.5 
a) Đồ thị momen cản thế năng b) Đồ thị momen cản phản kháng 
Ngược lại, khi Mc cùng chiều tốc độ, như trong trường hợp hạ tải trọng, thì Mc 
hỗ trợ chuyển động, nghĩa là cơ cấu công tác lấy thế năng của tải trọng G, tạo ra cơ 
năng cung cấp cho động cơ. Như vậy momen cản thế năng là loại phụ tải có khả năng 
trao đổi năng lượng thuận nghịch với động cơ điện. 
 
0 M 
Mc 
Mc 
 
0 M 
Mc 
Nâng tải  Mc 
v 
G 
Hạ tải 
 
Mc 
v 
G 
 7 
 - Momen cản phản kháng: luôn có chiều ngược lại với tốc độ, ví dụ momen do 
lực ma sát sinh ra. Các cơ cấu công tác có momen cản loại này chỉ tiêu thụ năng lượng 
mà thôi. Đồ thị biểu diễn momen cản phản kháng được vẽ trên hình 1.5b. 
 b) Phân loại theo hàm số phụ thuộc giữa momen cản và tốc độ - Đặc tính 
cơ của máy sản xuất 
 Tùy thuộc vào từng loại máy sản xuất, tức phụ thuộc vào đặc điểm của từng loại 
máy, lực cản hoặc momen cản có giá trị phụ thuộc tốc độ làm việc theo những hàm số 
Mc = f() khác nhau. 
Quan hệ Mc = f() được gọi là đặc tính cơ của máy sản xuất. 
 Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng được biểu 
diễn dưới dạng biểu thức tổng quát sau: 
  
 
q
c co ñm co
ñm
M M M M (1.1) 
Trong đó: 
Mc - momen cản khi với tốc độ  . 
Mco - momen cản khi tốc độ  = 0 
 Mđm ,  đm - momen và tốc độ định mức. 
 Ta có các trường hợp số mũ q ứng với các tải: 
 - Khi q = 0, Mc = Mđm = const, cơ cấu nâng hạ, cần trục, thang máy, băng tải 
thuộc loại này. 
 - Khi q = 1, momen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, thực tế rất ít gặp, về loại này có 
thể lấy ví dụ momen cản loại ma sát nhớt. 
 - Khi q = 2, momen tỷ lệ bậc hai với tốc độ là đặc tính của máy bơm, quạt gió. 
- Khi q = -1, momen tỷ lệ nghịch với tốc độ, các cơ cấu máy cuốn dây, cuốn 
giấy, các truyền động quay trục chính máy cắt gọt kim loại có đặc tính thuộc đường 
này. 
 8 
 Hình 1.6. Dạng đặc tính cơ của một số máy sản xuất 
c) Phân loại momen cản theo thời gian tác dụng – Đồ thị phụ tải 
Người ta còn phân loại momen cản theo hàm số phụ thuộc thời gian Mc = f(t), 
còn gọi là “đồ thị phụ tải”. Theo đó ta phân momen cản (hoặc phụ tải của động cơ) 
thành ba loại chính: phụ tải dài hạn (hình 1.7a), phụ tải ngắn hạn (hình 1.7b), phụ tải 
ngắn hạn lặp lại (hình 1.7c). Trong từng loại, ở mỗi chu kỳ làm việc Tck , giá trị Mc có 
thể không đổi hoặc biến đổi. 
 a) b) c) 
Hình 1.7. Đồ thị phụ tải (momen cản phụ thuộc thời gian) 
a) Loại dài hạn b) Loại ngắn hạn c) Loại ngắn hạn lặp lại 
 
0 
M 
q = -1 q = 0 q = 1 
q = 2 
Mco Mđm 
 đm 
Mc 
0 Tck t 
Mc 
0 tlv t 
Mc 
0 tlv Tck t 
 9 
1.4. Đặc tính cơ của động cơ điện 
Quan hệ giữa momen và tốc độ quay của động cơ M = f() được gọi là đặc tính 
cơ của động cơ điện. 
Thông thường người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ: 
- Đặc tính cơ tự nhiên là đặc tính có được khi động cơ nối theo sơ đồ bình 
thường, không sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ và các thông số nguồn là định mức. 
Như vậy mỗi động cơ chỉ có một đường đặc tính tự nhiên. 
- Đặc tính cơ nhân tạo là đặc tính có được khi thay đổi một thông số nào đó của 
nguồn, hoặc nối thêm thiết bị phụ trợ vào mạch hoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt. Mỗi 
động cơ có thể có rất nhiều đặc tính nhân tạo. 
Để đánh giá mức độ phụ thuộc giữa tốc độ và momen động cơ, nghĩa là để đánh 
giá đặc tính cơ, người ta sử dụng đại lượng “độ cứng đặc tính cơ”: 
dM M
d
 
 
 (1.2) 
 Hình 1.8. Độ cứng đặc tính cơ 
Đường 1: Đặc tính cơ mềm 
Đường 2: Đặc tính cơ cứng 
Đường 3: Đặc tính cơ cứng tuyệt đối 
 
o 
M 0 
3 
2 
1 
2  
1  
M 
 10 
 nhỏ, ta có đặc tính cơ mềm. 
 lớn, ta có đặc tính cơ cứng. 
 , ta có đặc tính cơ cứng tuyệt đối. 
Truyền động có đặc tính cơ cứng, tốc độ thay đổi rất ít khi momen biến đổi lớn. 
Truyền động có đặc tính cơ mềm, tốc độ giảm nhiều khi momen tăng. 
1.5. Phương trình chuyển động của truyền động điện 
'' Tổng các momen tác dụng lên hệ bằng đạo hàm của momen động lượng'' 
i
d(J )M
dt

 (1.3) 
Như ta đã biết, hệ truyền động có hai đại lượng momen tác động và thường 
ngược chiều nhau: momen động cơ M và momen cản Mc , do đó ta viết: 
 M - Mc = 
d(J )
dt
 (1.4) 
Khi sử dụng phương trình (1.4) cần chú ý cách lấy dấu của các đại lượng như sau: 
- Trước hết lấy chiều tốc độ  làm chuẩn (ví dụ coi là chiều dương). 
- Dấu của momen động cơ: 
M > 0 nếu cùng chiều  . 
M < 0 nếu ngược chiều  . 
- Dấu của momen cản: 
Mc > 0 nếu ngược chiều  . 
Mc < 0 nếu cùng chiều  . 
 Chú ý: Dấu “ - ” trong vế trái của (1.4) được giữ nguyên vì coi đó là dấu của 
phương trình. 
 Biến đổi phương trình (1.4) ta được: 
 M - Mc = 
d dJJ
dt dt

  
 ... à U1 = var để cấp vào sao động cơ. Nếu 
hai đại lượng đó (f1 và U1) có khả năng biến đổi độc lập với nhau thì càng tốt. Trước 
đây thỉnh thoảng ta còn gặp loại biến tần trực tiếp với tần số ra được điều chỉnh nhảy 
cấp và nhỏ hơn tần số lưới điện (fl < fl). Hiện nay chủ yếu người ta dùng loại “biến tần 
có khâu trung gian một chiều”. Cấu tạo của nó gồm có ba khâu chính: Khâu chỉnh lưu 
fl 
const 
Ul 
const 
Uđ 
fl 
var 
Ul 
var 
Uph2 
Uph1 
I1 
Uđf 
ñU 
 
 81 
(điều khiển hoặc không điều khiển) CL, khâu lọc (dung tính hoặc cảm tính) và khâu 
nghịch lưu (điện áp và dòng điện) NL. Sơ đồ khối của nó như trên hình 3.12. 
Hình 3.12. Sơ đồ khối của bộ biến tần có khâu trung gian một chiều 
 - Khâu chỉnh lưu có chức năng biến điện xoay chiều (từ lưới điện Ul = const 
và fl = const) thành điện một chiều có điện áp Ud (điều chỉnh hoặc không điều chỉnh). 
Nó được thiết lập nhờ các van iristo, hoặc diot. Cũng có thể sử dụng bộ băm xung gồm 
chỉnh lưu diot và khóa băm tiristor. Yêu cầu điều chỉnh điện áp U1 trên stato động cơ 
cũng có thể thực hiện nhờ sự thay đổi Ud của khâu chỉnh lưu. 
 - Khâu nghịch lưu làm nhiệm vụ biến điện áp một chiều Ud (và Id) thành điện 
xoay chiều 3 pha có tần số thay đổi theo yêu câu vào stao động cơ. Trong nhiều trường 
hợp, khâu nghịch lưu đồng thời thực hiện cả việc thay đổi điện áp ra U1 , mà không cần 
đến khâu chỉnh lưu (khi đó dùng chỉnh lưu không điều khiển). Tùy theo sự thuận tiện 
thực hiện luật điều khiển động cơ, ta có thể dùng nghịch lưu nguồn áp hoặc nghịch lưu 
nguồn dòng. 
 - Khâu lọc có tác dụng làm giảm đập mạch của điện áp Ud và dòng điện Id sau 
chỉnh lưu. Nếu dùng nghịch lưu áp thì khâu lọc có tụ lớn (để giữ điện áp Ud = const), 
còn nếu dùng nghịch lưu dòng thì khâu lọc có cuộn cảm lớn (để giữ Id = const). 
b) Các luật (nguyên lý) điều chỉnh tần số 
Đặc điểm làm việc của động cơ không đồng bộ là khi nối nó vào nguồn điện áp 
Uđm và tần số fđm thì từ thông ñm và mạch từ ở vào trạng thái bắt đầu bão hòa. Như 
_ 
+ + 
_ 
Ul = const 
fl = const 
(Ud) CL Lọc NL 
Id 
Ud 
fl = var 
Ul = var 
Đ 
 82 
vậy mạch từ đã làm việc hết công suất và động cơ làm việc ở chế độ tối ưu. Sức điện 
động của cuộn dây stato tỷ lệ với từ thông 1và tần số f1 theo biểu thức: 
. . . .
1 1 111 1E C f U I Z  (3.28) 
Khi điều khiển động cơ bằng cách thay đổi tần số f1 thì từ thông 1 có thể bị 
thay đổi và động cơ không đảm bảo được chế độ tối ưu nói trên. Vì vậy người ta đặt ra 
vấn đề tìm các luật điều khiển sao cho khi f1 thay đổi thì từ thông động cơ vẫn giữ 
được giá trị  = ñm . Nó có thể là từ thông của stato 1 hoặc từ thông của rôto 
2 hoặc từ thông tổng của mạch từ hóa  . 
Có một số luật điều khiển sau đây: 
- Luật U/f không đổi: U1/f1 = const 
Từ (3.29) nếu bỏ qua sụt áp trên tổng trở stato Z1, ta có 1 1E U , do đó: 
1
1
1
UC
f
 (3.29) 
Như vậy, để giữ 1 = ñm = const , khi điều chỉnh tần số f1, ta phải thay đổi U1 
một cách tỷ lệ: ñm1 1
ñm
U
U f
f
 hoặc * *1 1U f (3.30) 
Luật (3.30) rất đơn giản, có thể thực hiện điều khiển vòng hở, bằng cách lấy tín 
hiệu đặt tần số Uđf làm chủ đạo, suy ra tín hiệu đặt điện áp UđU qua khâu tỷ lệ để cùng 
điều chỉnh tần số và điện áp ra của bộ biến tần, như sơ đồ hình 3.13a. 
Về lý thuyết, khi điều khiển theo luật (3.30), 1f  và 
2 2
th 1 1M U / f = const, 
nghĩa là momen tới hạn không đổi và ta có họ đặc tính cơ trên hình 3.13b, (các đường 
nét đứt). 
Tuy nhiên ở các cấp tần số nhỏ (cỡ dưới 10 15Hz) thì ảnh hưởng của sụt áp 
trên điện trở R1 đáng kể làm cho điện áp U1 bị giảm nhiều hơn giá trị tỷ lệ ở (3.30), do 
đó Mth giảm nhiều (xem hình 3.13b các đường nét liền). 
 83 
 a) 
 b) 
 Hình 3.13. Sơ đồ khối và đặc tính cơ của hệ BT - Đ 
 điều khiển theo luật U/f = const 
- Luật hệ số quá tải không đổi: th cM / M const 
Luật U/f nêu trên với Mth = const khi điều chỉnh tốc độ chỉ thích hợp với phụ tải 
có Mc = const. Nếu căn cứ điều kiện về sự phù hợp giữa momen cho phép của động cơ 
và momen cản thì quy luật  = const sẽ ưu việt hơn. 
(NL) 
Uđf 
Uđf 
UđU (CL) 
(NL) 
BT 
f1 > fđm 
fđm = 50Hz 
'
1f < fđm 
10 Hz 
5 Hz 
0 
M 
 
 84 
 Ta có: Mth =
2
1
2 2
1 1 1 nm
3U
2 R R X  
2
1
1 nm
3U
2 X

2
1
1
1 1 2
3U
2 f2 2 f (L sL )
p
2
1
2 2
1 2 1
3p U.
8 (L sL ) f
= B
2
1
2
1
U.
f
 với B 2
1 2
3p
8 (L sL )
= const 
 Từ quan hệ: Mth = B
2
1
2
1
U.
f
 và th cM / M const 
 Ta có: 
2 2
ñm 1
2 2
ñm c.ñm 1 c
U U
f M f M
 = const 
 Do đó: 1 1 c
ñm ñm c.ñm
U f M
U f M
 hoặc * * *1 1 cU f M (3.31) 
 Ta có: Mc = Mco + (Mđm - Mco)
 
  
q
ñm
Nếu ta coi Mco = 0 thì: 
 
 
q
c
ñm ñm
M
M
  q* *cM (3.32) 
Mà 
 1
2 f
(1 s)
p
 và 
 1ñmñm
2 f
(1 s)
p
  * *1f (3.33) 
Suy ra: q* * *1 1 1U f f (3.34) 
 85 
- Khi tải loại máy nâng, cần trục, Mc = const, q = 0 ta có: 
 * *1 1U f hoặc 
1
1
U
f
= const 
 - Khi tải loại máy tiện, Mc tỉ lệ nghịch với  , q = -1 ta có: 
 1* * * *1 1 1 1U f f f hoặc 1
1
U
f
 = const 
 - Khi tải loại ma sát nhớt, Mc tỉ lệ thuận với  , q = 1 ta có: 
 3/2* * * *1 1 1 1U f f f hoặc 
1
3/2
1
U
f
 = const 
 - Khi tải loại quạt gió, Mc tỉ lệ thuận với 2 , q = 2 ta có: 
 2* *1 1U f hoặc 12
1
U
f
 = const 
 Quy luật điều chỉnh điện áp U1 khi điều chỉnh tốc độ  động cơ không đồng bộ 
bằng cách điều chỉnh tần số f1 không những phụ thuộc vào f1 mà còn phụ thuộc vào tải 
trên trục động cơ. 
 a) b) c) 
Hình 3.14. Đặc tính cơ của hệ BT - Đ khi điều chỉnh theo luật const 
với các loại tải khác nhau 
a) Tải cần trục b) Tải máy tiện c) Tải quạt gió 
f13 
f1đm 
f11 
f12 
 
0 Mc Mth M 
 
0 
Mc 
f12 
f1đm 
f11 
0 
f11 
f1đm 
f12 
Mc 
 1 
0 
 
M 
f12 
f1đm Mc 
f11 
 86 
Để điều khiển bộ biến tần theo luật này, ta cũng lấy tín hiệu đặt tần số làm chủ 
đạo (Uđf), kết hợp với hàm số Mc = f( ) f’(f1) để tạo ra tín hiệu đặt điện áp UđU . Ưu 
điểm của luật này là momen tới hạn Mth thay đổi phù hợp với Mc . Dạng các đặc tính 
cơ điều chỉnh với các loại đặc tính cơ của máy sản xuất khác nhau sẽ như trên hình 
3.14. 
 Chú ý, ở các cấp tần số thấp, điện áp U1 cũng sẽ bị giảm nhiều hơn so với giá trị 
tính (3.30), do đó Mth cũng bị giảm tương tự như ở trường hợp sử dụng luật U/f = const 
(xem đường nét đứt trên hình 3.14a). 
 c) Đánh giá 
- Độ cứng đặc tính cơ  lớn, sai số tốc độ nhỏ, khả năng quá tải lớn. 
- Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh theo luật U/f = const 
tương tự như đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập khi điều chỉnh điện áp 
phần ứng Uư , phạm vi điều chỉnh lớn. 
- Điều chỉnh tinh, vô cấp và có khả năng điều chỉnh tự động tốc độ. 
- Điều chỉnh được cả trên ñm . 
- Điều chỉnh triệt để, khi M = 0 vẫn điều chỉnh được tốc độ. 
3.3.4. Điều chỉnh công suất trượt trong mạch rôto 
 a) Việc sử dụng công suất trượt trong sơ đồ tầng 
 Khi động cơ không đồng bộ làm việc ở tốc độ  ứng với độ trượt s nào đó, 
công suất lấy từ lưới điện sau khi chuyển thành công suất điện từ P12 = Mđt 1 sẽ được 
chia thành hai thành phần chính: công suất cơ đưa ra trục Pc = M và công suất trượt 
chuyển vào mạch rôto SP = P12.s (giả thiết bỏ qua các tổn thất trên các dây quấn, lõi 
thép và ma sát trên ổ trục). Ta có: 
 P12 = Pc + SP 
 87 
 Ở các hệ điều khiển trước đây, công suất SP được tiêu tán vô ích trên điện trở 
mạch rôto dưới dạng nhiệt, nên nó được coi là công suất tổn thất - gọi là tổn thất trượt 
và tỷ lệ với độ trượt s. Điều chỉnh tốc độ càng sâu, độ trượt càng lớn, do đó chỉ tiêu 
năng lượng của các phương pháp điều chỉnh đã xét càng thấp. 
 Vì vậy, đối với các động cơ không đồng bộ rôto dây quấn công suất lớn, có khả 
năng phát sinh SP lớn, người ta sử dụng phương pháp điều khiển theo sơ đồ tầng, 
nhằm mục đích sử dụng có ích công suất trượt khi điều chỉnh tốc độ. 
 a) b) 
Hình 3.15. Biểu đồ năng lượng trong các sơ đồ tầng 
a) Sơ đồ tầng điện cơ b) Sơ đồ tầng điện 
Để thực hiện ý tưởng đó, người ta đưa vào mạch rôto một thiết bị biến đổi để 
tiếp nhận năng lượng trượt SP rồi biến đổi nó thành cơ năng bổ sung vào trục động cơ 
để cùng quay máy sản xuất (hình 3.15a) hoặc thành điện năng có tần số bằng tần số 
lưới điện f1 và trả về lưới (hình 3.15b). 
 b) Phân loại sơ đồ tầng 
 Người ta chia sơ đồ tầng thành hai loại tương ứng với hai dạng năng lượng được 
sử dụng từ công suất trượt của động cơ, như đã mô tả trên hình 3.15: 
Thiết bị biến đổi 
Máy sản xuất 
Lưới 
Động cơ 
P1 P12 
Pc 
SP 
'
cP 
 Pđiện 
Thiết bị biến đổi 
Máy sản xuất 
Lưới 
Động cơ 
P1 P12 
Pc 
SP 
 88 
 - Sơ đồ tầng điện cơ có biểu đồ năng lượng như hình 3.15a, dùng thiết bị biến 
đổi điện cơ. Đó là một động cơ điện nối chung trục với động cơ được điều chỉnh. Nếu 
bỏ qua các tổn thất trong thiết bị biến đổi thì năng lượng trượt được biến đổi thành cơ 
năng 'cP = SP . Công suất cơ tổng chuyển cho máy sản xuất là: 
Pc.t = Pc + 'cP = Pc + SP = P12 = Mđt 1 = const (3.35) 
 Vì vậy sơ đồ tầng điện cơ còn được gọi là sơ đồ tầng có công suất không đổi 
(khi điều chỉnh tốc độ). 
- Sơ đồ tầng điện có biểu đồ năng lượng như hình 3.15b. Ở đây thiết bị biến đổi 
là bộ nghịch lưu phụ thuộc, biến năng lượng trượt với tần số của dòng điện rôto thành 
điện năng có tần số của lưới điện f1 để trả về lưới. Nếu giữ dòng điện cấp vào động cơ 
là định mức I1đm thì công suất điện từ của động cơ cũng là định mức: P12 = Mđm 1 . 
Công suất cơ tổng chuyển cho máy sản xuất là: 
Pc = P12 - SP = Mđm 1 - Mđm 1 s = Mđm 1 (1 – s) (3.36) 
 Như vậy, công suất cơ cấp cho máy sản xuất sẽ phụ thuộc độ trượt, tức phụ 
thuộc vào tốc độ làm việc. Từ (3.37) ta xác định được momen tải cho phép của động cơ 
trong sơ đồ tầng điện như sau: 
 Mcp = c
P

 

ñm 1M (1 s) = Mđt = const (3.37) 
 Trong đó:   1(1 s) - tốc độ làm việc của động cơ. 
 Vì vậy người ta gọi sơ đồ tầng điện là tầng có momen không đổi. 
 c) Sơ đồ nguyên lý của tầng điện cơ và tầng điện 
 - Tầng điện cơ 
 Sơ đồ nguyên lý được vẽ trên hình 3.16. Đ là động cơ được điều chỉnh. Sức điện 
động rôto E2 được chỉnh lưu thành sức điện động một chiều E2.tb có biểu thức: 
 E2.tb = Ku E2 = Ku E2nm.s (3.38) 
 Trong đó: Ku = 2,34 - hệ số chỉnh lưu cầu ba pha 
 E2nm - sức điện động ngắn mạch rôto (giá trị pha) 
 89 
 Sức điện động này được nối vào phần ứng của động cơ một chiều Đmc (kích từ 
độc lập) đóng vai trò thiết bị biến đổi (trong hình 3.15a). Động cơ này sẽ nhận năng 
lượng trượt từ bộ chỉnh lưu dưới dạng điện năng một chiều, và biến đổi thành cơ năng 
trên trục. Truc của nó được nối chung với trục động cơ Đ, do đó nối truyền năng lượng 
trượt về trục cơ của máy sản xuất. Sức điện động phần ứng của Đmc như đã biết, phụ 
thuộc vào từ thông và tốc độ của nó: 
 Ebđ = K . = K.a.Ikt . (3.39) 
 Trong đó, từ thông phụ thuộc dòng điện kích từ: 
 = a.Ikt 
Hình 3.16. Sơ đồ nguyên lý tầng điện cơ 
Dòng điện phần ứng động cơ Id = Iư tỷ lệ nghịch với dòng điện rôto I2 và được 
xác định theo các sức điện động trong mạch: 
Đ 
CL 
Máy sản xuất 
Đmc (Thiết bị biến đổi) 
+ 
_ 
E2d 
Ebđ 
Id 
(Iư) 
I2 
 
E2 
Ikt 
+ 
_ 
 90 
Id = Ki I2 = 
 2d bñ
t
E E
R
 (3.40) 
 Trong đó: 
Rt - điện trở trong mạch chỉnh lưu - động cơ một chiều (Rt = RCL + Rbđ) 
Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm xác lập nào đó với tốc độ  , độ trượt s 
và dòng điện I2 xác lập, nếu ta thay đổi dòng kích từ của động cơ Đmc , sức điện động 
Ebđ của nó sẽ thay đổi (xem biểu thức 3.41), dòng điện I2 thay đổi theo biểu thức 
(3.42), do đó momen động cơ thay đổi. Sự thay đổi momen sẽ làm tốc độ động cơ thay 
đổi, và hệ thống sẽ chuyển sang làm việc ở một điểm xác lập mới với tốc độ làm việc 
khác. Đó là nguyên tắc điều chỉnh tốc độ trong tầng điện cơ. 
- Tầng điện 
Hình 3.17 giới thiệu một sơ đồ nguyên lý của tầng điện. Ở đây năng lượng trượt 
trong mạch rôto của động cơ Đ (được biểu thị bởi các thông số sức điện động xoay 
chiều E2 , dòng điện xoay chiều I2 và tần số mạch rôto f2 = sf1) cũng được chỉnh lưu 
thành dạng một chiều (với các thông số E2d , Id) nhờ cầu diot CL rồi được truyền vào 
bộ nghịch lưu NL (với chức năng là thiết bị biến đổi trong biểu đồ hình 3.15b). Ở bộ 
nghịch lưu này việc chuyển mạch các tiristo được thực hiện nhờ điện áp lưới, do đó 
năng lượng trượt dạng một chiều sẽ được biến đổi thành xoay chiều có tần số của điện 
áp lưới, cuối cùng qua máy biến áp BA, năng lượng trượt được trả về lưới điện. 
Trong sơ đồ tầng điện (hình 3.17), dòng điện rôto của động cơ I2 hoặc dòng điện 
trong mạch một chiều Id cũng được xác định theo biểu thức (3.42), trong đó Ebđ -sức 
điện động của bộ nghịch lưu có biểu thức: 
Ebđ = ENL = Ud0cos = - Ud0cos (3.41) 
 Trong đó: 
 - góc mở của các tiristo ( > /2) 
  = - - góc mở chậm của tiristo ở trạng thái nghịch lưu. 
 91 
 Ud0 - điện áp lớn nhất của bộ nghịch lưu ứng với trường hợp = 0. 
 Ud0 = 2,34.U2.ba 
 Với U2.ba – điện áp pha thứ cấp của máy biến áp BA. 
Hình 3.17. Sơ đồ tầng điện 
 Từ biểu thức (3.42) và (3.43) ta thấy, khi thay đổi góc mở của các van trong 
bộ nghịch lưu (từ - /2 đến /2) tương ứng với sự thay đổi của sức điện động nghịch 
lưu Ebđ từ 0 đến Ud0 thì dòng điện Id và I2 sẽ thay đổi, nhờ đó momen và tốc độ của 
động cơ sẽ được điều chỉnh. 
Đ 
CL 
+ 
E2d 
E2 
KL 
NL 
U2.ba 
Id 
BA 
Ebđ 
+ 
Ul 
I2 
 92 
BÀI TẬP TỰ GIẢI 
 Xác định thông số điều chỉnh của động cơ mộ chiều kích từ độc lập khi nối 
mạch theo hệ “Bộ biến đổi - Động cơ” điều chỉnh điện áp phần ứng. 
Số liệu động cơ: 
Pđm = 12 kW; nđm = 685 (vòng/phút); Uđm = 220V; Iđm = 64A; Rư = 0,21 
Số liệu bộ biến đổi: Chỉnh lưu tiristor 3 pha, 17kVA, Udo = 245V, Rcl = 0,4 , 
hệ làm việc ở chế độ dòng điện liện tục. 
Hãy xác định giá trị sức điện động (hoặc điện áp) của chỉnh lưu để đảm bảo các 
giá trị tốc độ tương ứng với momen cản tĩnh trên trục động cơ cho trong bảng 3.1. 
 Bảng 3.1 
Phương án 
Thông số 
1 2 3 4 5 6 
Mc , Nm 33,46 83,65 167,3 251 167,3 251 
 , rad/s 81,3 61,13 71,7 33,5 7,17 65,6 
Gợi ý 
Ta có:  ñmñm
n
9,55
 ; 
 

ñm ñm ö
ñm
ñm
U I R
K 
 Phương trình đặc tính cơ của hệ BĐ - Đ: 
 
 
b ö cl
2
ñm ñm
E R R
M
K K
 Thay số liệu các phương án từng cặp Mc và  , lấy trong bảng số liệu, xác định 
được giá trị Eb tương ứng. 
 93 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Nguyễn Bê, Khương Công Minh, Lê Tiến Dũng, Trang bị điện trong máy, Trường 
Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, 2009. 
[2] Phan Quốc Dũng, Tô Hữu Phúc, Truyền động điện, NXB Đại học quốc gia 
Tp.HCM, 2003. 
[3] Hà Xuân Hòa, Truyền động điện, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 2008 
[4] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, NXB 
Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2007. 
[5] Khương Công Minh, Truyền động điện tự động, Trường Đại Học Bách Khoa Đà 
Nẵng, 2005. 
[6] Nguyễn Văn Nhờ, Cơ sở truyền động điện, NXB Đại học quốc gia Tp.HCM, 2003 
[7] Nguyễn Phùng Quang, Truyền động điện thông minh, NXB Khoa học và kỹ thuật, 
Hà Nội, 2004. 
[8] Bùi Đình Tiếu, Giáo trình Truyền động điện, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2004 
 94