[ sửa ] Nguyên tắc hoạt động Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chi
Trang 1Động cơ điện một chiều
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều
[ sửa ] Nguyên tắc hoạt động
Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.[cần dẫn nguồn]
Nguyên tắc hoạt độngcủa động cơ điện một chiều
Pha 1: Từ trường của rotor cùng
cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra
chuyển động quay của rotor
Pha 2: Rotor tiếp tục quay
Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator
và rotor cùng dấu, trở lại pha 1
Trang 2Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng
Electromotive force (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện
áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện độngđối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài) Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau:
I = (VNguon − VPhanDienDong) / RPhanUng
Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:
P = I * (VPhanDienDong)
[ sửa ] Cơ chế sinh lực quay của động cơ điện một chiều
Một máy điện một chiều đang được tháo ra đại tu
Khi có một dòng điện chảy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay Để làm cho rô to quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu
kỳ Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường Nghĩa
là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu của nó, khi
đó Rô to sẽ quay theo quán tính
Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp Nhờ vậy dòng điện và lực quay được liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của Rô to
1 Phương trình cơ bản của động cơ 1 chiều:
Trang 3E= K Φ.omega (1)
V= E+Rư.Iư (2)
M= K Φ Iư (3)
Với:
- Φ: Từ thông trên mỗi cực( Wb)
- Iư: dòng điện phần ứng (A)
- V : Điện áp phần ứng (V)
- Rư: Điện trở phần ứng (Ohm)
- omega : tốc độ động cơ(rad/s)
- M : moment động cơ (Nm)
- K: hằng số, phụ thuộc cấu trúc động cơ
[ sửa ] Điều khiển tốc độ
Thông thường, tốc độ quay của một động cơ điện một chiều tỷ lệ với điện áp đặt vào nó,
và ngẫu lực quay tỷ lệ với dòng điện Điều khiển tốc độ của động cơ có thể bằng cách điều khiển các điểm chia điện áp của bình ắc quy, điều khiển bộ cấp nguồn thay đổi được, dùng điện trở hoặc mạch điện tử Chiều quay của động cơ có thể thay đổi được bằng cách thay đồi chiều nối dây của phần kích từ, hoặc phần ứng, nhưng không thể được nếu thay đổi cả hai Thông thường sẽ được thực hiện bằng các bộ công tắc tơ đặc biệt (Công tắc tơ đổi chiều)
Điện áp tác dụng có thể thay đổi bằng cách xen vào mạch một điện trở nối tiếp hoặc sử dụng một thiết bị điện tử điều khiển kiểu chuyển mạch lắp bằng Thyristor, transistor hoặc loại cổ điển hơn nữa bằng các đèn chỉnh lưu hồ quang Thủy ngân Trong một mạch điện gọi là mạch băm điện áp, điện áp trung bình đặt vào động cơ thay đổi bằng cách chuyển mạch nguồn cung cấp thật nhanh Khi tỷ lệ thời gian "on" trên thời gian "off" thay đổi sẽ làm thay đổi điện áp trung bình Tỷ lệ phần trăm thời gian "on" trong một chu kỳ chuyển mạch nhân với điện áp cấp nguồn sẽ cho điện áp trung bình đặt vào động cơ Như vậy với điện áp nguồn cung cấp là 100V, và tỷ lệ thời gian ON là 25% thì điện áp trung bình là 25V Trong thời gian "Off", điện áp cảm ứng của phần ứng sẽ làm cho dòng điện không
bị gián đoạn, qua một đi ốt gọi là đi ốt phi hồi, nối song song với động cơ Tại thời điểm này, dòng điện của mạch cung cấp sẽ bằng không trong khi dòng điện qua động cơ vẫn khác không và dòng trung bình của động cơ vẫn luôn lớn hơn dòng điện trong mạch cung cấp, trừ khi tỷ lệ thời gian "on" đạt đến 100% Ở tỷ lệ 100% "on" này, dòng qua động cơ
và dòng cung cấp bằng nhau Mạch đóng cắt tức thời này ít bị tổn hao năng lượng hơn mạch dùng điện trở Phương pháp này gọi là phương pháp điều khiển kiểu điều biến độ rộng xung (pulse width modulation, or PWM), và thường được điều khiển bằng vi xử lý Đôi khi người ta còn sử dụng mạch lọc đầu ra để làm bằng phẳng điện áp đầu ra và giảm bớt tạp nhiễu của động cơ
Vì động cơ điện một chiều kiểu nối tiếp có thể đạt tới mô men quay cực đại từ khi vận tốc còn nhỏ, nó thường được sử dụng để kéo, chẳng hạn đầu máy xe lửa hay tàu điện Một ứng dụng khác nữa là để khởi động các loại động cơ xăng hay động cơ điezen loại nhỏ Tuy nhiên nó không bao giờ dùng trong các ứng dụng mà hệ thống truyền động có thể dừng (hay hỏng), như băng truyền Khi động cơ tăng tốc, dòng điện phần ứng giảm (do
Trang 4đó cả trường điện cũng giảm) Sự giảm trường điện này làm cho động cơ tăng tốc cho tới khi tự phá hủy chính nó Đây cũng là một vấn đề với động cơ xe lửa trong trường hợp mất liên kết, vì nó có thể đạt tốc độ cao hơn so với chế độ làm việc định mức Điều này không chỉ gây ra sự cố cho động cơ và hộp số, mà còn phá hủy nghiêm trọng đường ray
và bề mặt bánh xe vì chúng bị đốt nóng và làm lạnh quá nhanh Việc giảm từ trường trong bộ điều khiển điện tử được ứng dụng để tăng tốc độ tối đa của các phương tiện vận tải chạy bằng điện Dạng đơn giản nhất là dùng một bộ đóng cắt và điện trở làm yếu từ trường, một bộ điều khiển điện tử sẽ giám sát dòng điện của động cơ và sẽ chuyển mạch, đưa các điện trở suy giảm từ vào mạch khi dòng điện của động cơ giảm thấp hơn giá trị đặt trước Khi điện trở được đưa vào mạch, nó sẽ làm tăng tốc động cơ, vượt lên trên tốc
độ thông thường ở điện áp định mức Khi dòng điện tăng bộ điều khiển sẽ tách điện trở
ra, và động cơ sẽ trở về mức ngẫu lực ứng với tốc độ thấp
Một phương pháp khác thường được dùng để điều khiển tốc độ động cơ một chiều là phương pháp điều khiển theo kiểu Ward-Leonard Đây là phương pháp điều khiển động
cơ một chiều (thường là loại kích thích song song hay hỗn hợp) bằng cách sử dụng nguồn điện xoay chiều, mặc dù nó không được tiện lợi như những sơ đồ điều khiển một chiều Nguồn điện xoay chiều được dùng để quay một động cơ điện xoay chiều, thường là một động cơ cảm ứng, và động cơ này sẽ kéo một máy phát điện một chiều Điện áp ra của phần ứng máy phát một chiều này được đưa thẳng đến phần ứng của động cơ điện một chiều cần điều khiển Cuộn dây kích từ song song của cả máy phát điện và động cơ điện một chiều sẽ được kích thích độc lập qua các biến trở kích từ Có thể điều khiển tốc độ động cơ rất tốt từ tốc độ = 0 đến tốc độ cao nhất với ngẫu lực phù hợp bằng cách thay đổi dòng điện kích thích của máy phát và động cơ điện một chiều Phương pháp điều khiển này đã được xem là chuẩn mực cho đến khi nó bị thay thế bằng hệ thống mạch rắn sử dụng Thyristor Nó đã tìm được chỗ đứng ở hầu hết những nơi cần điều khiển tốc độ thật tốt, từ các hệ thống thang nâng hạ người trong các hầm mỏ, cho đến những máy công nghiệm cà các cần trục điện Nhược điểm chủ yếu của nó là phải cần đến ba máy điện cho một sơ đồ (có thể lên đến 5 trong các ứng dụng rất lớn vì các máy DC có thể được nhân đôi lên và điều khiển bằng các biến trở chỉnh đồng thời) Trong rất nhiều ứng dụng, hợp
bộ động cơ - máy phát điện thường được duy trì chạy không tải, để tránh mất thời gian khởi động lại
Mặc dù các hệ thống điều khiển điện tử sử dụng Thy ris tor đã thay thế hầu hết các hệ thống Ward Leonard cỡ nhỏ và trung bình, nhưng một số hệ thống lớn (cỡ vài trăm mã lực) vẫn còn đắc dụng Dòng điện kích từ nhỏ hơn nhiều so với dòng điện phần ứng, cho phép các Thyristor cỡ trung bình có thể điều khiển một động cơ lớn hơn rất nhiều, so với điều khiển trực tiếp Thí dụ, trong một ứng dụng, một bộ Thy ris tor 300 am pe có thể điều khiển một máy phát điện Dòng điện ngõ ra của máy phát này có thể lên đến 15.000
am pe, với cùng dòng này, nếu điều khiển trực tiếp bằng thy ris tor thì có thể rất khó khăn
và giá thành cao
Lấy từ “http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%E1%BB%99ng_c%C6%A1_%C4%91i
%E1%BB%87n_m%E1%BB%99t_chi%E1%BB%81u”
Wikimania 2009 đã mở cửa cho đăng ký Tìm
hiểu thêm
[ Thu nhỏ ] [ Giúp chúng tôi dịch
thông tin! ]
Trang 5Nam châm vĩnh cửu
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Nam châm vĩnh cửu là các vật được cấu tạo từ các vật liệu từ cứng có khả năng giữ từ tính không bị mất từ trường, được sử dụng như những nguồn tạo từ trường
Mục lục
[ẩn]
• 1 Các đặc trưng
• 2 Phân loại theo vật liệu
• 3 Phân loại theo phương pháp chế tạo
• 4 Xem thêm
• 5 Tài liệu tham khảo
• 6 Liên kết ngoài
[ sửa ] Các đặc trưng
Hình ảnh các nam châm vĩnh cửu
Các đại lượng của nam châm vĩnh cửu xuất phát từ đường cong từ trễ, là các thông số đặc trưng của các chất sắt từ nói chung và vật liệu từ cứng nói riêng và các thông số được quan tâm chủ yếu gồm:
• Lực kháng từ
Trang 6Lực kháng từ của nam châm vĩnh cửu phải đủ lớn để không bị khử từ bởi các từ trường ngoài, khả năng lưu trữ từ trường của nam châm càng lớn khi lực kháng từ càng lớn Các nam châm vĩnh cửu phổ biến hiện nay có lực kháng từ từ 1000 Oe đến vài chục ngàn Oe
• Từ dư (xem bài Đường cong từ trễ)
• Hệ số chữ nhật hay Độ vuông
• Tích năng lượng từ cực đại
Nói lên khả năng lưu trữ năng lượng từ của nam châm vĩnh cửu, là năng lượng lớn nhất
có thể tồn trữ trong một đơn vị thể tích nam châm, được xác định từ đường cong từ trễ Muốn có tích năng lượng từ cực đại lớn, nam châm cần có lực kháng từ lớn, từ dư cao và
hệ số chữ nhật của đường cong từ trễ lớn
• Nhiệt độ Curie
Là nhiệt độ mà tại đó các vật sắt từ bị mất từ tính và trở thành thuận từ Nhiệt độ Curie
cho ta biết khả năng hoạt động của nam châm trong điều kiện nhiệt độ cao hay thấp Có những nam châm có nhiệt độ Curie khá thấp (ví dụ như nam châm Nd2Fe14B có nhiệt độ Curie chỉ 312oC), nhưng cũng có những loại nam châm có nhiệt độ Curie rất cao (ví dụ
hệ hợp chất SmCo có nhiệt độ Curie hàng ngàn độ, được sử dụng trong động cơ phản lực
có nhiệt độ cao)
• Ngoài các tham số mang tính chất từ tính, các tham số khác cũng rất được quan tâm đó là độ cứng, khả năng chống mài mòn, chống ôxi hóa, mật độ Bên cạnh
đó, hình dạng nam châm cũng là một tham số rất quan trọng quyết dịnh điểm làm việc của nam châm do hình dạng nam châm quy định thừa số khử từ của vật từ, có tác động lớn đến năng lượng từ của nam châm
[ sửa ] Phân loại theo vật liệu
Nam châm đất hiếm NdFeB được sử dụng trong ổ cứngmáy tính
• Ôxitsắt: Là loại nam châm vĩnh cửu đầu tiên của loài người được sử dụng dưới dạng các "đá nam châm", được sử dụng từ thời cổ đại, có ngay trong tự nhiên
Trang 7nhưng khi khoa học kỹ thuật phát triển loại này không còn được sử dụng do từ tính rất kém
• Thépcácbon
Là loại nam vĩnh cửu được sử dụng từ thế kỷ 18 đến giữa thế kỷ 20 với khả năng cho từ dư tới hơn 1 T, nhưng lực kháng từ rất thấp nên từ tính cũng dễ bị mất Lại nam châm này hầu như không còn được sử dụng hiện nay
• Nam châm AlNiCo
Là loại nam châm được chế tạo từ vật liệu từ cứng là hợp kim của nhôm, niken,
côban và một số các phụ gia khác như đồng, titan , là loại nam châm cho từ dư cao (tới 1,2-1,5 T) nhưng có lực kháng từ chỉ xung quanh 1 kOe, đồng thời giá thành cũng khá cao nên hiện nay tỉ lệ sử dụng ngày càng giảm dần (chỉ còn không đầy 10% thị phần sử dụng)
• Ferrite từ cứng
Là loại nam châm vĩnh cửu được chế tạo từ các ferittừ cứng (ví dụ ferit Ba, Sr )
là các vật liệu dạng gốm Nam châm ferit có ưu điểm là rất dễ chế tạo, gia công, giá thành rẻ và độ bền cao Tuy nhiên, vì đây là nhóm các vật liệu feri từ đồng thời có hàm lượng ôxy cao nên có từ độ khá thấp, có lực kháng từ từ 3 đến 6 kOe,
có khả năng cho tích năng lượng từ cực đại lớn nhất không quá 6 MGOe Loại nam châm này hiện nay chiếm tới hơn 50% thị phần sử dụng nam châm vĩnh cửu
do những ưu điểm về giá thành cực rẻ, khả năng chế tạo, gia công và độ bền
• Nam châm đất hiếm
Là loại nam châm vĩnh cửu được tạo ra từ các vật liệu từ cứng là các hợp kim hoặc hợp chất của các kim loạiđất hiếm và kim loại chuyển tiếp
•
o Nam châm nhiệt độ cao SmCo
Là hệ các nam châm vĩnh cửu được chế tạo từ hợp chất ban đầu là SmCo5 được phát minh năm 1966 bởi tiến sĩ Karl J Strnat của U.S Air Force Materials
Laboratory (Mỹ) có tích năng lượng từ cực đại 18 MGOe, sau đó Karl J Strnat lại phát minh ra hợp chất Sm2Co17 có tích năng lượng từ tới 30 MGOe vào năm 1972
Hệ nam châm SmCo có nhiệt độ Curie rất cao (có thể đạt tới 1100oC) và có lực kháng từ cực lớn (tới vài chục kOe) nhờ cấu trúc dạng lá đặc biệt Nhờ có nhiệt độ Curie cao và lực kháng từ lớn nên được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao (ví dụ trong động cơ phản lực )
•
o Nam châm NdFeB
Là hệ các nam châm dựa trên hợp chất R2Fe14B (R là ký hiệu chỉ các nguyên tố đất hiếm ví dụ như Nd, Pr ) có cấu trúc tinh thể kiểu tứ giác với lực kháng từ lớn (hơn 10 kOe) và từ độ bão hòa rất cao (tới 1,56 T) nên là loại nam châm vĩnh cửu mạnh nhất hiện nay với khả năng cho tích năng lượng từ tới 64 MGOe (tính toán
Trang 8theo lý thuyết) và hiện nay đã xuất hiện loại nam châm Nd2Fe14B có tích năng lượng từ 57 MGOe Tuy nhiên, loại nam châm này lại không thể sử dụng ở nhiệt
độ cao do có nhiệt độ Curie chỉ 312oC Nam châm Nd2Fe14B lần đầu tiên được phát minh năm 1983 bởi R Sagawa (Nhật Bản)
Điểm yếu chung của các nam châm đất hiếm là có giá thành cao (do chứa nhiều các nguyên tố đất hiếm đắt tiền), có độ bền kém (do các nguyên tố đất hiếm có tính ôxy hóa rất cao) Vì những điểm yếu này mà nam châm đất hiếm tuy là loại mạnh nhất nhưng vẫn không phải là loại được sử dụng nhiều nhất (đứng sau nam châm ferit)
• Nam châm tổ hợp nano
Là loại nam châm mới ra đời từ đầu thập kỷ 90 của thế kỷ 20, là loại nam châm
có cấu trúc tổ hợp của 2 pha từ cứng và từ mềm ở kích thước nanomet Các pha từ cứng (chiếm tỉ phần thấp) cung cấp lực kháng từ lớn, pha từ mềm cung cấp từ độ lớn Tính chất tổ hợp này có được là nhờ liên kết trao đổi đàn hồi giữa các hạt pha
từ cứng và từ mềm ở kích thước nanomet Loại nam châm này được tính toán có khả năng cho tích năng lượng từ khổng lồ hơn 3 lần so với nam châm mạnh nhất hiện nay là NdFeB nhưng thực nghiệm mới chỉ đạt được rất nhỏ so với lý thuyết
và các sản phẩm thực nghiệm mới trong giai đoạn sản xuất thử nghiệm
[ sửa ] Phân loại theo phương pháp chế tạo
• Nam châm đẳng hướng (Isotropic magnets)
Là nam châm vĩnh cửu được chế tạo bằng cách ép đẳng tĩnh mà không sử dụng các phương pháp định hướng ban đầu (từ trường )
• Nam châm dị hướng (Anisotropic magnets)
Là nam châm được định hướng trong quá trình ép đẳng tĩnh bằng từ trường Khi
đó, các hạt đơn đômen trong vật liệu sẽ bị định hướng theo chiều từ trường, tạo nên khả năng dễ dàng từ hóa theo phương định hướng
• Nam châm kết dính
Là các nam châm được chế tạo bằng cách nghiền thành bột mịn, sau đó trộn với keo kết dính (ví dụ epoxy) và ép trong từ trường định hướng Các keo vừa có tác dụng kết dính, lại vừa có tác dụng đông cứng sự định hướng của các hạt
• Nam châm thiêu kết
Là nam châm được chế tạo bằng cách thiêu kết các bột kim loại được nghiền mịn
và ép khuôn Việc thiêu kết nhằm tạo ra hợp chất có thành phần hợp phức xác định với tính chất từ của hợp chất đó
[ sửa ] Xem thêm
Trang 9• Nam châm
• Vật liệu từ cứng
• Sắt từ
• Đường cong từ trễ
[ sửa ] Tài liệu tham khảo
1 ^ Robert C O'Handley (1999) Modern Magnetic Materials: Principles and
Applications, Wiley-Interscience ISBN-13 978-0471155669
2 ^ K.H.J Buschow (1998) Permanent-magnet Materials and Their applications,
Trans Tech Publications ISBN 0 8784978-796-x
[ sửa ] Liên kết ngoài
• History of magnetism
Lấy từ “http://vi.wikipedia.org/wiki/Nam_ch%C3%A2m_v%C4%A9nh_c%E1%BB
%ADu”
Thể loại: Từ học | Nam châm | Vật lý chất rắn | Khoa học ứng dụng
Xem
• Bài viết
• Thảo luận
• Sửa đổi
• Lịch sử
Công cụ cá nhân
• Thử bản Beta
• Đăng nhập / Mở tài khoản
Xem nhanh
• Trang Chính
• Cộng đồng
• Thời sự
• Thay đổi gần đây
• Bài viết ngẫu nhiên
• Trợ giúp
• Quyên góp
Tìm kiếm
Xem
Tìm ki?m
Trang 10Gõ tiếng Việt
Tự động [F9]
Telex (?)
VNI (?)
VIQR (?)
VIQR*
Tắt [F12]
Bỏ dấu kiểu cũ [F7]
Đúng chính tả [F8]
Công cụ
• Các liên kết đến đây
• Thay đổi liên quan
• Các trang đặc biệt
• Bản để in ra
• Liên kết thường trực
• Chú thích trang này
Ngôn ngữ khác
• Trang này được sửa đổi lần cuối lúc 14:38, ngày 25 tháng 9 năm 2008
• Văn bản được phát hành theo Giấy phép Creative Commons
Ghi
công/Chia sẻ tương tự; có thể áp dụng điều khoản bổ sung Xem Điều khoản
Sử dụng để biết thêm chi tiết
Wikipedia® là thương hiệu đã đăng ký của Wikimedia Foundation, Inc., một tổ chức phi lợi nhuận
• Quy định quyền riêng tư
• Giới thiệu Wikipedia
• Lời phủ nhận
Where would you like to see Wikimedia in five years?
Submit a proposal! (Learn more.)
[ Thu nhỏ ] [ Giúp chúng tôi
dịch thông tin! ]
Nam châm điện
