Đồ án Động cơ Điện một chiều và các phương pháp điều khiển tốc độ

Môc lôc Ch­¬ng 1: §éng c¬ §iÖn mét chiÒu vµ c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèc ®é 1.1 §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu trang 1 1.1.1 Kh¸i niÖm chung trang 1 1.1.2 Ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu PM trang 1 1.2 §iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu trang 1 1.2.1 Kh¸i niÖm chung trang 1 1.2.2 Nguyªn lý ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng trang 1 1.2.3 Nguyªn lý ®iÒu chØnh tõ th«ng ®éng c¬ trang 1 1.2.4 §iÒu khiÓn ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu PM b»ng ®iÖn tö trang 1 ch­¬ng 2: thiÕt kÕ phÇn cøng ®iÒu khiÓn ®éng c¬ mét chiÒu 2.1 thiÕt kÕ nguån cung cÊp cho m¹ch chuÈn ho¸ vµ vi xö lý trang 1 2.2 ghÐp nèi card thu thËp sè liÖu 12 kªnh víi m¸y tÝnh trang 1 2.2.1 Cæng nèi tiÕp RS-232 trang 1 2.2.2 Vi m¹ch MAX 232 trang 1 2.3 Vi ®iÒu khiÓn hä mcs 51 trang 1 2.3.1 S¬ ®å khèi cña bé vi xö lý 8051 trang 1 2.3.2 C¸ch tæ chøc vµ truy cËp bé nhí cña 8051 trang 1 2.3.2.1 Bé nhí ch­¬ng tr×nh (Program Memory) trang 1 2.3.2.2 Bé nhí d÷ liÖu trang 1 2.3.3 C¸c thanh ghi chøc n¨ng ®Æc biÖt (Special Function Registers – SFRs) trang 1 2.3.4 C¸c chÕ ®é ®Þa chØ trong 8051 trang 1 2.3.4.1 ChÕ ®é ®Þa chØ trùc tiÕp (Direct Addressing) trang 1 2.3.4.2 ChÕ ®é ®Þa chØ gi¸n tiÕp (Indirect Addressing) trang 1 2.3.4.3 ChÕ ®é ®Þa chØ thanh ghi (Regiter Addressing) trang 1 2.3.4.4 ChÕ ®é ®Þa chØ tøc th× (Immediate Addressing) trang 1 2.3.4.5 ChÕ ®é thanh ghi ®Æc tr­ng (Register – Specific Addressing) trang 1 2.3.4.6 ChÕ ®é ®Þa chØ thanh ghi chØ sè (Register – Specific Addressing) trang 1 2.3.5 Cæng vµo ra song song trang 1 2.3.6 Timer/ Counter trang 1 2.3.6.1 Thanh ghi TMOD (Timer/ Counter Mode Control Register) trang 1 2.3.6.2 Thanh ghi TCON (Timer/ Counter Control Register) trang 1 2.3.6.3 C¸c chÕ ®é ho¹t ®éng cña Timer/Counter trang 1 2.3.7 Giao diÖn nèi tiÕp trang 1 2.3.7.1 Thanh ghi SCON (Serial Part Control Register) trang 1 2.3.7.2 Thanh ghi PCON (Power Control Register) trang 1 2.3.8 C¸c nguån ng¾t vµ c¸ch sö dông ng¾t trang 1 2.3.8.1 Thanh ghi IE (Interrupt Enable Register) trang 1 2.3.8.2 Thanh ghi IP (Interrupt Register) trang 1 2.4 C¸c lÖnh trong 8051 trang 1 2.4.1 LÖnh MOV trang 1 2.4.2 §Þnh nghÜa c¸c h»ng, biÕn trang 1 2.4.3 C¸c lÖnh sè häc trang 1 2.4.4 C¸c lÖnh Logic trang 1 2.4.5 C¸c lÖnh thao t¸c trªn Bit trang 1 2.4.6 C¸c lÖnh nh¶y kh«ng cã ®iÒu kiÖn trang 1 2.4.7 C¸c lÖnh nh¶y cã ®iÒu kiÖn trang 1 2.5 Ch­¬ng tr×nh ASM trang 1 PhÇn I §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu vµ vÊn ®Ò ®iÒu khiÓn tèc ®é cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Ch­¬ng 1 §éng c¬ §iÖn mét chiÒu vµ c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèc ®é 1.1 §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu: 1.1.1 Kh¸i niÖm chung: §éng c¬ mét chiÒu ®ù¬c sö dông víi mét sè l­îng lín trong kÜ thuËt thiÕt kÕ bëi v× nh÷ng ®Æc tr­ng tèc ®é quay (tèc ®é xo¾n) kh¶ thi víi nh÷ng cÊu h×nh ®iÖn kh¸c nhau. Tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu cã thÓ kiÓm so¸t mét c¸ch ªm ¸i vµ trong ®a sè c¸c trêng hîp (th×) cã thÓ ®¶o ng­îc chiÒu quay. Tõ khi ®éng c¬ mét chiÒu cã mét hiÖu suÊt cao cña qu¸n tÝnh tõ lùc xo¾n tíi r« to, chóng cã thÓ tr¶ lêi (®¸p øng) nhanh chãng. §ång thêi, phanh ®éng lùc ë n¬i m«t¬ ph¸t sinh n¨ng l­îng nã ®­îc cÊp tíi mét ®iÖn trë c¶m biÕn, hoÆc phanh phôc håi (ph¶n håi), n¬i m« t¬ ph¸t sinh n¨ng l­îng ®­îc cÊp (nu«i) trë l¹i nguån cung cÊp ®iÖn mét chiÒu, cã thÓ thùc hiÖn trong c¸c øng dông n¬i mong muèn dõng nhanh vµ hiÖu qu¶ cao. Dùa vµo c¸ch c¸c tõ tr­êng phÇn tÜnh ( stator) ®­îc t¹o ra, bªn trong ®éng c¬ mét chiÒu ®­îc chia lµm 4 lo¹i kh¸c nhau: nam ch©m vÜnh cöu, vÕt khÝa m¹ch rÏ nh¸nh (m¹ch song song), vÕt khÝa m¹ch nèi tiÕp, vÕt khÝa m¹ch hçn hîp. S¬ ®å ®iÖn, ®­êng cong m« men xo¾n- tèc ®é, vµ ®­êng cong dßng ®iÖn- m« men xo¾n cho mçi cÊu h×nh ®­îc minh ho¹ trong c¸c h×nh tõ I-2 ®Õn I-5. H×nh I-1 minh häa mét ®å thÞ m«men xo¾n-tèc ®é cña ®éng c¬ mµ nã cho thÊy c¸c m«men xo¾n mµ ®éng c¬ cã thÓ cung cÊp ë c¸c tèc ®é kh¸c nhau ë ®iÖn ¸p ®· ®Þnh. Víi mét m« men xo¾n ®· cho ®­îc cung cÊp bëi ®éng c¬ , ®å thÞ dßng ®iÖn-m« men x¾n cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó ®¹o hµm ®Þnh l­îng dßng ®iÖn ®· ®Þnh khi ®iÖn ¸p quy ®Þnh ®· ®­îc sö dông. Nh­ mét kinh nghiÖm (quy luËt) chung, nh÷ng ®éng c¬ chuyÓn giao (truyÒn) nh÷ng m« men xo¾n lín ë (t¹i) nh÷ng tèc ®é thÊp, vµ nh÷ng m« men xo¾n còng cã nghÜa lµ nh÷ng dßng ®iÖn ®éng c¬ lín. M« men khëi ®éng hÆc m« men c¶n Ts lµ m« men lín nhÊt mµ ®éng c¬ s¶n ra ë tèc ®é b»ng kh«ng t­¬ng øng víi sù khëi ®éng hoÆc qu¸ t¶i ®éng c¬. tèc ®é kh«ng t¶i (max lµ tèc ®é duy tr× lín nhÊt mµ ®éng c¬ cã thÓ ®¹t ®­îc; tèc ®é nµy chØ cã thÓ ®­îc thùc hiÖn khi kh«ng cã t¶i träng hoÆc m« men xo¾n ®· ®­îc øng dông tíi ®éng c¬ ( chØ khi nã ch¹y kh«ng). Trong h×nh tõ I-2 ®Õn I-5, V lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu nguån cung cÊp, IA lµ dßng ®iÖn c¸c cuén r« to, IF lµ dßng ®iÖn trong c¸c cuén stato, vµ IL lµ toµn bé dßng t¶i ®· ph¸t ra bëi nguån cung cÊp ®iÖn mét chiÒu. C¸c tr­êng ®iÖn tõ trong c¸c ®éng c¬ nam ch©m vÜnh cöu (PM) (h×nh I-2) ®­îc cung cÊp bëi c¸c nam ch©m vÜnh cöu, mµ kh«ng yªu cÇu nguån lín bªn ngoµi vµ kh«ng cã s¶n sinh ë phÝa tr­íc c«ng suÊt lµm nãng lªn I2R. Sù lùa chän mét ®éng c¬ PM lµ s¸ng suèt h¬n vµ nhá gän h¬n so víi c¸c ®éng c¬ mét chiÒu t­¬ng ®­¬ng kh¸c bëi v× tõ tr­êng kÐo dµi cña c¸c nam ch©m vÜnh cöu lµ m¹nh mÏ. BÒ réng b¸n kÝnh cña nam ch©m vÜnh cöu lµ xÊp xØ 1/4 cña bÒ réng b¸n kÝnh mét cuén tõ t­¬ng ®­¬ng. C¸c ®éng c¬ PM ®­îc ®¶o chiÒu quay mét c¸ch ®¬n gi¶n bëi chuyÓn m¹ch.
H×nh I-1 §å thÞ quan hÖ m« men xo¾n-tèc ®é cña ®éng c¬ Sù ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p øng dông tõ dßng ®iÖn vµ sù thay ®æi chiÒu tõ tr­êng chØ ë trong rotor. §éng c¬ PM lµ lý t­ëng trong c¸c øng dông ®iÒu khiÓn m¸y tÝnh bëi mèi quan hÖ tuyÕn tÝnh cña ®Æc tr­ng m«men xo¾n-tèc ®é cña nã. ThiÕt kÕ cña mét bé ®iÒu khiÓn lu«n lu«n ®¬n gi¶n khi ®éng c¬ lµ tuyÕn tÝnh tõ c¸c ph©n tÝch hÖ thèng ®­îc ®¬n gi¶n ho¸ ®i rÊt nhiÒu.Khi mét ®éng c¬ ®­îc sö dông trong mét vÞ trÝ hoÆc tr×nh øng dông ®iÒu khiÓn víi c¶m biÕn ph¶n håi tíi mét bé ®iÒu khiÓn, nã ®­îc xem (quy vµo) nh­ mét ®éng c¬ servo. C¸c ®éng c¬ PM chØ ®­îc sö dông trong c¸c øng dông c«ng suÊt thÊp mµ ®Þnh l­îng c«ng suÊt th­êng ®­îc giíi h¹n ®Õn 5 m· lùc (3728 W) hoÆc nhá h¬n, víi nh÷ng sù ph©n lo¹i theo søc ngùa nhá lµ phæ biÕn h¬n. §éng c¬ mét chiÒu PM cã thÓ ®­îc quÐt b»ng chæi than, kh«ng chæi than, hoÆc c¸c ®éng c¬ b­íc. C¸c ®éng c¬ m¹ch nh¸nh (m¹ch rÏ, hay m¹ch song song ) ( h×nh I-3 ) cã lâi vµ c¸c cuén kÝch tõ kÕt nèi song song, chóng ®­îc khëi ®éng bëi cïng nguån cung cÊp. Toµn bé dßng ®iÖn t¶i lµ tæng cña c¸c dßng trong lâi (cèt) vµ c¸c dßng kÝch tõ. C¸c ®éng c¬ m¹ch rÏ ( c¸c ®éng c¬ kÝch tõ song song ) cho thÊy tèc ®é gÇn nh­ lµ h»ng sè trªn mét d¶i lín t¶i träng, vµ cã c¸c m« men xo¾n khëi ®éng ( m« men xo¾n lín nhÊt khi tèc ®é b»ng kh«ng ) kho¶ng 1,5 lÇn ®é lín m« men xo¾n ho¹t ®éng, cã m« men xo¾n khëi ®éng nhá nhÊt trong c¸c ®éng c¬ mét chiÒu kh¸c, vµ cã thÓ tiÕt kiÖm ®­îc chuyÓn ®æi ®Ó cho phÐp cã thÓ ®iÒu chØnh ®­îc tèc ®é bëi viÖc ®Æt mét v«n kÕ nèi tiÕp víi c¸c cuén kÝch tõ.
H×nh I-2 S¬ ®å ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu nam ch©m vÜnh cöu vµ ®å thÞ quan hÖ m« men xo¾n-tèc ®é
H×nh I-3 S¬ ®å ®éng c¬ mét chiÒu m¹ch rÏ (®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song) vµ ®å thÞ m« men xo¾n-tèc ®é. C¸c ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp (H×nh I-4) cã lâi vµ c¸c cuén kÝch tõ m¾c nèi tiÕp ®ång thêi c¸c dßng kÝch tõ vµ dßng trong lâi lµ b»ng nhau. C¸c ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp cho nh÷ng m« men xo¾n khëi ®éng rÊt lín, tèc ®é quay biÕn ®æi rÊt cao vµ phô thuéc t¶i träng, vµ tèc ®é rÊt cao khi t¶i träng nhá. Trong thùc tÕ c¸c ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp lo¹i lín cã thÓ g©y tr­ît khèc liÖt khi chóng ®ét nhiªn mÊt t¶i träng (vÝ dô nh­ trong viÖc sö dông mét d©y ®ai, khi ®ai tr­ît) do c¸c lùc ®éng lùc ë c¸c tèc ®é cao. §iÒu nµy gäi lµ ch¹y ph¸ háng . Tuy nhiªn khi ®éng c¬ n¹p l¹i t¶i, ®iÒu nµy kh«ng kh«ng cßn ®Æt ra mét vÊn ®Ò g× n÷a. §­êng ®å thÞ m« men xo¾n-tèc ®é cho mét ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp lµ ®­êng cã d¹ng hyperbolic, cho thÊy mét mèi liªn hÖ ng­îc gi÷a m« men xo¾n vµ tèc ®é vµ c«ng suÊt gÇn nh­ lµ h»ng sè trªn mét d¶i réng. C¸c ®éng c¬ hçn hîp (h×nh I-5) bao gåm c¶ c¸c cuén kÝch tõ nèi tiÕp vµ song song, kÕt qu¶ cña tæ hîp c¸c ®Æc tr­ng cña c¶ c¸c ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp vµ c¸c ®éng c¬ kÝch tõ song song. Mét phÇn cña toµn bé dßng t¶i truyÒn qua c¶ lâi vµ c¸c cuén nèi tiÕp, vµ sù gi÷ nguyªn dßng t¶i chØ truyÒn qua c¸c cuén m¹ch rÏ. Tèc ®é lín nhÊt cña mét ®éng c¬ hçn hîp bÞ giíi h¹n, kh«ng gièng nh­ mét ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp, sù ®iÒu khiÓn tèc ®é cña nã kh«ng tèt b»ng so víi mét ®éng c¬ m¹ch rÏ ( ®éng c¬ kÝch tõ song song ). M« men xo¾n sinh ra bëi c¸c ®éng c¬ hçn hîp cã phÇn nhá h¬n c¸c ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp cã cïng kÝch th­íc.
H×nh I-4 S¬ ®å ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp vµ ®­êng ®Æc tr­ng m« men xo¾n- tèc ®é.
H×nh I-5 S¬ ®å ®éng c¬ hçn hîp mét chiÒu vµ ®­êng ®Æc tr­ng m« men xo¾n-tèc ®é L­u ý r»ng kh«ng gièng nh­ ®éng c¬ nam ch©m vÜnh cöu, khi cùc tÝnh ®iÖn ¸p cho ®éng c¬ m¹ch rÏ nh¸nh (®éng c¬ kÝch tõ song song ), ®éng c¬ kÝch tõ nèi tiÕp, hoÆc ®éng c¬ mét chiÒu hçn hîp bÞ thay ®æi, chiÒu quay sÏ kh«ng ®æi. Lý do cho ®iÒu nµy lµ cùc tÝnh cña c¶ stator vµ rotor thay ®æi theo tõ tr­êng vµ c¸c cuén lâi ®· bÞ kÝch ho¹t bëi cïng mét nguån. 1.1.2 Ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu PM. Khi lâi cña mét ®éng c¬ ®­îc kiÓm tra víi mét ®ång hå ®o trë kh¸ng víi lâi ®­îc ®Þnh vÞ vµo mét vÞ trÝ, Trë kh¸ng ®éng c¬ xuÊt hiÖn t­¬ng ®­¬ng víi mét ®iÖn trë R trong m¹ch nèi tiÕp víi sù tæ hîp song song cña mét c¶m kh¸ng L vµ mét ®iÖn trë thø hai RL. Trong khi ®ã lâi b¾t ®Çu quay mét ®iÖn ¸p ®­îc tù c¶m trong c¸c cuén lâi gäi lµ suÊt ®iÖn ®éng ph¶n håi chèng l¹i ®iÖn ¸p ®· sö dông. Tr­íc ®ã, m¹ch ®iÖn t­¬ng ®­¬ng cho lâi ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh I-6. RL, tæn thÊt ®iÖn trë trong m¹ch tõ, nã gÇn nh­ cïng mét lo¹i víi ®iÖn trë cã ®é lín lín h¬n R, ®iÖn trë cña c¸c cuén, vµ th­êng ®¬n gi¶n. NÕu chóng ta cho r»ng ®iÖn ¸p ®· sö dông cho lâi lµ Vin vµ dßng ®iÖn ch¹y qua lâi lµ Iin, ph­¬ng tr×nh ®iÖn cho ®éng c¬ lµ:
H×nh I-6 M¹ch t­¬ng ®­¬ng cho lâi ®éng c¬
(I-2-1) w lµ tèc ®é quay vßng cña m« t¬ (rad/s) vµ ke lµ h»ng sè ®iÖn cña m« t¬ ®Þnh nghÜa nh­ sau:
(I-2-2) §éng c¬ nam ch©m vÜnh cöu (PM) dÔ ®iÒu khiÓn vµ ph©n tÝch, ta sÏ thÊy nh÷ng ph­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cña nã chi tiÕt h¬n nhiÒu .V× sù t­¬ng t¸c gi÷a tr­êng stator vµ dßng ®iÖn phÇn øng,momen xo¾n ph¸t sinh bëi ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu PM sÏ tû lÖ thuËn víi dßng ®iÖn phÇn øng: T=kt.Iin (I-3-1) kt ®­îc ®Þnh nghÜa nh­ h»ng sè momen xo¾n cña ®éng c¬. H»ng sè ®iÖn ke vµ h»ng sè momen xo¾n kt cña ®éng c¬ ®iÖn PM lµ nh÷ng tham sè rÊt quan träng, chóng th­êng ®­îc th«ng b¸o trong c¸c ®Æc ®iÓm kü thuËt cña nhµ s¶n xuÊt. Khi ®éng lùc häc cña hÖ thèng ®­îc xem xÐt, momen xo¾n T cña ®éng c¬ ®­îc cho bëi
(I-3-2) Ja vµ JL lµ nh÷ng momen ®éc cùc qu¸n tÝnh cña phÇn øng vµ g¾n liÒn t¶i träng, Tin lµ momen c¶n chèng l¹i sù quay cña phÇn øng, vµ TL chèng l¹i momen xo¾n cña t¶i. Khi ®éng c¬ ®­îc nèi víi nguån ®iÖn, phÇn ømg sÏ t¨ng tèc cho ®Õn khi ®¹t tíi mét tr¹ng th¸i æn ®Þnh. T¹i tr¹ng th¸i æn ®Þnh, ph­¬ng tr×nh I-2-1 trë thµnh Vin = R.Iin + ke.w (I-3-3) Chó ý r»ng t¹i tr¹ng th¸i æn ®Þnh, tõ ph­¬ng tr×nh I-3-2, momen xo¾n cña ®éng c¬ c©n b»ng víi momen t¶i träng gi¶ ®Þnh. T×m Iin trong ph­¬ng tr×nh I-3-1 vµ thay vµo trong ph­¬ng tr×nh I-3-3 ta cã
(I-3-4) Momen xo¾n cña ®éng c¬ ®­îc tÝnh theo ph­¬ng tr×nh
(I-3-5) Ph­¬ng tr×nh trªn nãi lªn mèi liªn hÖ tuyÕn tÝnh gi÷a momen xo¾n - vËn tèc cña ®éng c¬ mét chiÒu PM víi ®iÖn ¸p kh«ng ®æi. H×nh I-7 biÓu diÔn ®­êng momen - vËn tèc vµ ®­êng cong c«ng suÊt - vËn tèc cho mét ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu nam ch©m vÜnh cöu. V× momen - vËn tèc quan hÖ tuyÕn tÝnh, nã cã thÓ ®­îc biÓu diÔn trong giíi h¹n cña momen khëi ®éng TS vµ vËn tèc kh«ng t¶i wmax nh­:
( I-3-6) C«ng suÊt ph¸t ra cña ®éng c¬ ë mçi tèc ®é kh¸c nhau cã thÓ ®­îc biÓu diÔn nh­ sau
(I-3-7) C«ng suÊt ®Çu ra lín nhÊt cña ®éng c¬ xuÊt hiÖn ë
(I-3-8) Gi¶i vËn tèc cho w * = 1 / 2. wmax (I-3-9) V× vËy vËn tèc tèt nhÊt khi ch¹y mét ®éng c¬ nam ch©m vÜnh cöu ®Ó ®¹t ®­îc c«ng suÊt ®Çu ra cùc ®¹i lµ b»ng mét nöa vËn tèc kh«ng t¶i. Ngoµi nh÷ng h»ng sè momen vµ h»ng sè ®iÖn, nhµ s¶n xuÊt thêng còng chØ râ ®iÖn trë R. Gi¸ trÞ nµy h÷u Ých trong viÖc x¸c ®Þnh dßng ®iÖn trë IS cña ®éng c¬
H×nh I-7 §Æc ®iÓm cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu nam ch©m vÜnh cöu
(I-3-10) Ph­¬ng tr×nh nµy cho dßng ®iÖn cã gi¸ trÞ chØ khi r« to cña ®éng c¬ kh«ng quay; mÆt kh¸c, dßng ®iÖn r«to ®­îc gi¶ ®Þnh v× suÊt ®iÖn ®éng trong nh÷ng cuén r« to. Dßng ®iÖn trë lµ dßng ®iÖn lín nhÊt ch¹y qua ®éng c¬ c¨n cø vµo sù cung cÊp ®iÖn ¸p. Ph­¬ng tr×nh I-3-1 vµ I-3-10 cã thÓ sö dông ®Ó liªn hÖ momen c¶n TS víi h»ng sè momen, cung cÊp ®iÖn ¸p, vµ ®iÖn trë phÇn øng:
(I-3-11) 1.2 §iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu 1.2.1 Kh¸i niÖm chung: VÒ ph­¬ng diÖn ®iÒu khiÓn tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã nhiÒu ­u viÖt h¬n so víi lo¹i ®éng c¬ kh¸c, kh«ng nh÷ng nã cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é dÔ dµng mµ cÊu tróc m¹ch lùc, m¹ch ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n h¬n ®ång thêi l¹i ®¹t chÊt l­îng ®iÒu chØnh cao trong d¶i ®iÒu chØnh tèc ®é réng. Thùc tÕ cã hai ph­¬ng ph¸p c¬ b¶n ®Ó ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu: §iÒu chØnh ®iÖn ¸p cÊp cho phÇn øng ®éng c¬. §iÒu chØnh ®iÖn ¸p cÊp cho m¹ch kÝch tõ ®éng c¬. CÊu tróc phÇn lùc cña hÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu bao giê còng cÇn cã bé biÕn ®æi. C¸c bé biÕn ®æi nµy cÊp cho m¹ch phÇn øng ®éng c¬ hoÆc m¹ch kÝch tõ ®éng c¬. Trong c«ng nghiÖp th­êng sö dông bèn lo¹i bé biÕn ®æi chÝnh: Bé biÕn ®æi m¸y ®iÖn gåm: ®éng c¬ s¬ cÊp kÐo m¸y ph¸t mét chiÒu hoÆc m¸y ®iÖn khuÕch ®¹i (K§M) Bé biÕn ®æi ®iÖn tõ: KhuÕch ®¹i tõ (K§T) Bé biÕn ®æi chØnh l­u b¸n dÉn: ChØnh l­u tiristo (CLT) Bé biÕn ®æi xung ¸p mét chiÒu: tiristo hoÆc tranzito (BB§XA) T­¬ng øng víi viÖc sö dông c¸c bé biÕn ®æi mµ ta cã c¸c hÖ truyÒn ®éng nh­: HÖ truyÒn ®éng m¸y ph¸t-®éng c¬ (F-§) HÖ truyÒn ®éng m¸y ®iÖn khuÕch ®¹i - ®éng c¬ (M§K§-§) HÖ truyÒn ®éng khuÕch ®¹i tõ - ®éng c¬ (K§T-§) HÖ truyÒn ®éng chØnh l­u tiristor-®éng c¬ (T-§) HÖ truyÒn ®éng xung ¸p-®éng c¬ (XA-§) Theo cÊu tróc m¹ch ®iÒu khiÓn c¸c hÖ truyÒn ®éng, ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ mét chiÒu cã lo¹i ®iÒu khiÓn theo m¹ch kÝn (ta cã hÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh tù ®éng) vµ lo¹i ®iÒu khiÓn theo m¹ch hë (hÖ truyÒn ®éng ®iÒu khiÓn hë). HÖ ®iÒu chØnh tù ®éng truyÒn ®éng ®iÖn cã cÊu tróc phøc t¹p, nh­ng cã chÊt l­îng ®iÒu chØnh cao vµ d¶i ®iÒu chØnh réng h¬n so víi hÖ truyÒn ®éng hë. Ngoµi ra c¸c hÖ truyÒn ®éng ®iÒu chØnh tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cßn ®­îc ph©n lo¹i theo truyÒn ®éng cã ®¶o chiÒu quay vµ kh«ng ®¶o chiÒu quay. §ång thêi tuú thuéc vµo c¸c ph­¬ng ph¸p h·m, ®¶o chiÒu mµ ta cã truyÒn ®éng lµm viÖc ë mét gãc phÇn t­, hai gãc phÇn t­ vµ bèn gãc phÇn t­. 1.2.2 Nguyªn lý ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng: §Ó ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬ mét chiÒu cÇn cã thiÕt bÞ nguån nh­ m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp, c¸c bé chØnh l­u ®iÒu khiÓn vv... C¸c thiÕt bÞ nguån nµy cã chøc n¨ng biÕn n¨ng l­îng ®iÖn xoay chiÒu thµnh mét chiÒu cã søc ®iÖn ®éng Eb ®iÒu chØnh ®­îc nhê tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn U®k.
H×nh II-1. S¬ ®å khèi vµ s¬ ®å thay thÕ ë chÕ ®é x¸c lËp. V× lµ nguån cã c«ng suÊt h÷u h¹n so víi ®éng c¬ nªn c¸c bé biÕn ®æi nµy cã ®iÖn trë trong Rb vµ ®iÖn c¶m Lb kh¸c kh«ng. ë chÕ ®é x¸c lËp cã thÓ viÕt ®­îc ph­¬ng tr×nh ®Æc tÝnh cña hÖ thèng nh­ sau: Eb - E­ = I­ Rb + R­®I­
(II-2-1)
V× tõ th«ng cña ®éng c¬ ®­îc gi÷ kh«ng ®æi nªn ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ còng kh«ng ®æi, cßn tèc ®é kh«ng t¶i lý t­ëng th× tuú thuéc vµo gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn U®k cña hÖ thèng, do ®ã cã thÓ nãi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh nµy lµ triÖt ®Ó. §Ó x¸c ®Þnh gi¶i ®iÒu chØnh tèc ®é ta ®Ó ý r»ng tèc ®é lín nhÊt cña hÖ thèng bÞ chÆn bëi ®Æc tÝnh c¬ b¶n, lµ ®Æc tÝnh øng víi ®iÖn ¸p phÇn øng ®Þnh møc vµ tõ th«ng còng ®­îc gi÷ ë gi¸ trÞ ®Þnh møc. Tèc ®é nhá nhÊt cña d¶i ®iÒu chØnh bÞ giíi h¹n bëi yªu cÇu vÒ sai sè tèc ®é vµ vÒ m« men khëi ®éng. Khi m« men t¶i lµ ®Þnh møc th× c¸c gi¸ trÞ lín nhÊt vµ nhá nhÊt cña tèc ®é lµ:
(II-2-2)
§Ó tho¶ m·n kh¶ kh¶ n¨ng qu¸ t¶i th× ®Æc tÝnh thÊp nhÊt cña d¶i ®iÒu chØnh ph¶i cã m« men ng¾n m¹ch lµ: Mnmmin = Mcmax = KM.Mdm Trong ®ã KM lµ hÖ sè qu¸ t¶i vÒ m« men. V× hä ®Æc tÝnh c¬ lµ c¸c ®­êng th¼ng song song nhau, nªn theo ®Þnh nghÜa vÒ ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ ta cã thÓ viÕt:

(II-2-3)
H×nh II-2. X¸c ®Þnh ph¹m vi ®iÒu chØnh Víi mét c¬ cÊu m¸y cô thÓ th× c¸c gi¸ trÞ (0max, M®m, KM lµ x¸c ®Þnh, v× vËy ph¹m vi ®iÒu chØnh D phô thuéc tuyÕn tÝnh vµo gi¸ trÞ cña ®é cøng (. Khi ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng ®éng c¬ b»ng cac thiÕt bÞ nguån ®iÒu chØnh th× ®iÖn trë tæng m¹ch phÇn øng gÊp kho¶ng hai lÇn ®iÖn trë phÇn øng ®éng c¬. Do ®ã cã thÓ tÝnh s¬ bé ®­îc:
V× thÕ víi t¶i cã ®Æc tÝnh m« men kh«ng ®æi th× cã gi¸ trÞ ph¹m vi diÒu chØnh tèc ®é c÷ng kh«ng v­ît qu¸ 10. §ãi víi c¸c m¸y cã yªu cÇu cao vÒ d¶i ®iÒu chØnh vµ ®é chÝnh x¸c duy tr× tèc ®é lµm viÖc th× viÖc sö dông c¸c hÖ thèng “hë” nh­ trªn lµ kh«ng tho¶ m·n ®­îc. Trong ph¹m vi phô t¶i cho phÐp cã thÓ coi c¸c ®Æc tÝnh c¬ tÜnh cña truyÒn ®éng mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp lµ tuyÕn tÝnh. Khi ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng th× ®é cøng c¸c ®Æc tÝnh c¬ trong toµn d¶i ®iÒu chØnh lµ nh­ nhau, do ®ã ®é sôt tèc t­¬ng ®èi ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i ®Æc tÝnh thÊp nhÊt cña d¶i ®iÒu chØnh. Hay nãi c¸ch kh¸c , nÕu t¹i ®Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt cña d¶i ®iÒu chØnh mµ sai sè tèc ®é kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ sai sè cho phÐp, th× hÖ truyÒn ®éng sÏ lµm viÖc víi sai sè lu«n nhá h¬n sai sè cho phÐp trong toµn bé d¶i ®iÒu chØnh. Sai sè t­¬ng ®èi cña tèc ®é ë ®Æc tÝnh c¬ thÊp nhÊt lµ:

(II-2-4) V× c¸c gi¸ trÞ Mdm, (omin, Scp la x¸c ®Þnh nªn cã thÓ tÝnh ®­îc gi¸ trÞ tèi thiÓu cña ®é cøng ®Æc tÝnh c¬ sao cho sai sè kh«ng v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp. §Ó lµm viÖc nµy, trong ®a sè c¸c tr­êng hîp cÇn x©y dùng c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn kiÓu vßng kÝn. Trong suèt qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p phÇn øng th× tõ th«ng kÝch tõ ®­îc gi÷ nguyªn, do ®ã m« men t¶i cho phÐp cña hÖ sÏ lµ kh«ng ®æi: Mc.cp=K(®m.I®m=M®m. Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é vµ m« men n»m trong h×nh ch÷ nhËt bao bëi c¸c ®­êng th¼ng ( = (®m , M = M®m vµ c¸c trôc to¹ ®é. Tæn hao n¨ng l­îng chÝnh lµ tæn hao trong m¹ch phÇn øng nÕu bá qua c¸c tæn hao kh«ng ®æi trong hÖ. E = E­ + I­(Rb + R­®) I­Eb = I­ E­ + I­2(Rb + R­®) NÕu ®Æt Rb + R­® = R th× hiÖu suÊt biÕn ®æi n¨ng l­îng cña hÖ sÏ lµ:

Khi lµm viÖc ë chÕ ®é x¸c lËp ta cã m« men do ®éng c¬ sinh ra ®óng b»ng m« men t¶i trªn trôc: M* = Mc* vµ gÇn ®óng coi ®Æc tÝnh c¬ cña phô t¶i lµ Mc* = ((* )x th×
(II-2-5)
H×nh II-3 Quan hÖ gi÷a hiÖu suÊt truyÒn ®éng vµ tèc ®é víi c¸c lo¹i t¶i kh¸c nhau H×nh II-3 m« t¶ quan hÖ gi÷a hiÖu suÊt vµ tèc ®é lµm viÖc trong c¸c tr­êng hîp ®Æc tÝnh t¶i kh¸c nhau. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng c¸ch thay ®æi ®iÖn ¸p phÇn øng lµ rÊt thÝch hîp trong tr­êng hîp m« men t¶i lµ h»ng sè trong toµn d¶i ®iÒu chØnh. Còng thÊy r»ng kh«ng nªn nèi thªm ®iÖn trë phô vµo m¹ch phÇn øng v× nh­ vËy sÏ lµm gi¶m ®¸ng kÓ hiÖu suÊt cña hÖ. 1.2.3 Nguyªn lý ®iÒu chØnh tõ th«ng ®éng c¬: §iÒu chØnh tõ th«ng kÝch cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu lµ ®iÒu chØnh m« men ®iÖn tõ cña ®éng c¬ M = K(I­ vµ søc ®iÖn ®éng quay cña ®éng c¬ E­ = K((. M¹ch kÝch tõ cña ®éng c¬ lµ m¹ch phi tuyÕn, v× vËy hÖ ®iÒu chØnh tõ th«ngcòng lµ hÖ phi tuyÕn:
(II-3-1) trong ®ã rk - ®iÖn trë d©y quÊn kÝch thÝch,