Từ công thức (2.5) biểu diễn quan hệ giữa tốc độ–moment động cơ, có thể thấy rằng tốc độ động cơ có thể được điều chỉnh bằng các phương pháp sau: + Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đồi từ thơng kích từ của động cơ. + Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng
+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng
2.2.1 Điều chỉnh từ thơng kích từ của động cơ
Điều chỉnh từ thơng được sử dụng khi cần tăng tốc độ làm việc của động cơ cao hơn tốc độ định mức. Có thể thấy điều đó qua cơng thức (2.5): ω
= M K R K U u 2 ) ( φ φ −
Đặc tính tĩnh của động cơ kích từ độc lập và kích từ nối tiếp khi điều khiển từ thơng được biểu diễn lần lượt trên hình 2.4 (a) và (b) bằng các đường nét đứt. Lưu ý là độ cứng đặc tính cơ giảm nhanh khi giảm từ thông.
Tốc độ cao của động cơ đạt được khi giảm từ thông bị hạn chế bởi:
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục
+ Giới hạn về mặt cơ khí của động cơ: các động cơ thơng thường cho phép tốc độ đạt đến 1.5 - 2 lần tốc độ định mức. Một số động cơ chế tạo đặc biệt cho phép tốc độ cao nhất đạt tới 6 lần định mức.
Đối với động cơ DC kích từ độc lập và song song, cơng suất cực đại cho phép của động cơ gần như không đổi với mọi tốc độ khi điều khiển từ thơng (xem hình 2.5). Có thể thấy điều này nếu giả thiết là dòng cực đại cho phép, Iư của động cơ không thay
đổi khi điều chỉnh từ thông và điện áp cung cấp cho phần ứng, U là định mức, khơng đổi.
Khi đó , ta có: Eư = U – R ưI ư = const (2.11)
P = E ưI ư = const ( vì Iư = const ) (2.12)
Vậy công suất động cơ không thay đổi khi điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi từ thơng. Do đóù moment cực đại cho phép của động cơ sẽ biến thiên tỉ lệ nghịch với tốc độ, vì: M =
ω
P
(2.13)
Lưu ý: Trong thực tế, giả thiết dòng phần ứng cực đại cho phép I không thay
đổi khi giảm từ thông chỉ là gần đúng. Tác động của phản ứng phần ứng càng lớn khi từ thơng càng giảm, do đó dịng phần ứng cực đại cho phép cần giảm xuống để không sinh ra tia lửa điện quá mức trên cổ góp. Điều n ày dẫn đến việc giá trị thực tế của I sẽ giảm xuống khi tốc độ tăng cao.
Đối với động cơ DC kích từ độc lập, việc điều khiển kích từ được thực hiện bằng cách thay đổi điện áp kích từ với bộ chỉnh lưu có thể điều khiển hoặc bộ chopper, tùy theo nguồn cung cấp được sử dụng là AC hay DC. Với động cơ cơng suất nhỏ, cũng có thể nối tiếp biến trở vào mạch kích từ để điều khiển từ thơng.
Với động cơ DC kích từ nối tiếp, việc điều khiển từ thông được thực hiện bằng cách thay đổi điện trở song song với cuộn kích từ. Một số động cơ kích từ nối tiếp có cuộn kích từ nhiều đầu ra, và do đó có thể thay đổi từ thông bằng cách thay đổi số vịng dây cuộn kích từ.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục
2.2.2 Điều chỉnh theo điện áp phần ứng
Với động cơ DC kích từ độc lập, nếu điện áp kích từ được duy trì khơng đổi, hoặc động cơ kích từ dùng nam châm vĩnh cửu có thể giả thiết rằng từ thơng động cơ khơng đổi khi moment động cơ thay đổi.
Khi đó: KФ = const (2.14) Vậy để thay đổi tốc độ động cơ ta thay đổi điện áp phần ứng. Bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, động cơ có thể làm việc tại bất kỳ tốc độ nào, moment nào.
Tính chất quan trọng của phương pháp này là độ cứng đặc tính cơ khơng thay đổi khi
tốc độ động cơ được điều chỉnh. Điều này khiến hệ có khả năng đáp ứng với tải có moment hằng số vì dịng phần ứng cực đại cho phép Iưmax- tương ứng với nó là moment tải cực đại cho phép của động cơ không đổi với mọi tốc độ. Điện áp phần ứng động cơ có thể được điều khiển bằng cách sử dụng: + Máy phát DC (Hệ Máy phát – Động cơ)
+ Bộ chỉnh lưu có điều khiển (Biến đổi AC → DC ) + Bộ Chopper (Bộ biến đổi xung áp) : DC → DC .
Hình 2.4: Điều khiển bằng cách thay đổi điện áp phần ứng, từ thông báo
2.2.3 Điều chỉnh điện trở phụ trong mạch phần ứng
Hình 2.6 biểu diễn đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập và nối tiếp khi điều khiển tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào phần ứng.
Ketnooi.com vì sự nghiệp giáo dục
và độ cứng đặc tính cơ thấp. Do đó, phương pháp này hiện nay ít được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ, trừ các trường hợp :
+ Khởi động động cơ
+ Thay đổi tốc độ động cơ trong một thời gian ngắn trong chế độ ngắn hạn hoặc chế độ ngắn hạn lặp lại.
Hình 2.5 Đặc tính động cơ DC khi thêm điện trở phụ vào phần ứng