BÁO cáo môn nguyên lý biến đổi năng lượng (nhóm 8) đề bài tìm hiểu động cơ điện

Lịch sử hình thành và phát triển máy phát điện nam châm vĩnh cửu Trước khi từ tính và điện năng được khám phá, các máy phát điện đã sử dụng nguyên lý tĩnh điện.. Máy phát Van de Graaff đ

Đ I H C QUỐỐC GIA HÀ N I Ạ Ọ Ộ

TR ƯỜ NG Đ I H C CỐNG NGH Ạ Ọ Ệ

KHOA V T LÍ & KỸỸ THU T Ậ Ậ

-[] -BÁO CÁO MÔN:

Nguyên lý biến đổi năng lượng (nhóm 8)

Đề bài: Tìm hiểu động cơ điện

Giảng viên: Phạm Đức Hạnh

Sinh viên: Nguyễn Minh Tuấn - 19020781

Hoàng Huy Tuấn - 19020780

Đỗ Trọng Tuấn - 19020782 Nguyễn Đức Tân - 19020752 Nguyễn Ngọc Tân - 19020753 Ngô Thượng Tiến - 19020770 Phạm Minh Tân - 19020754

1

Hà Nội, ngày 2 tháng 12 năm 2020

Mục lục

trang

1 Lịch sử hình thành và phát triển máy phát điện nam châm vĩnh cửu 3

V Chế tạo 14

2

Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thông thường sử dụng nguyên

lý cảm ứng điện từ Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là các động cơ tua bin hơi, tua bin nước, động cơ đốt trong, tua bin gió hoặc các nguồn cơ năng khác Máy phát điện giữ một vai trò then chốt trong các thiết bị cung cấp điện Nó thực hiện ba chức năng: phát điện,chỉnh lưu, hiệu chỉnh điện áp

1 Lịch sử hình thành và phát triển máy phát điện nam châm vĩnh cửu

Trước khi từ tính và điện năng được khám phá, các máy phát điện đã sử dụng nguyên lý tĩnh điện Máy phát điện Wimshurst đã sử dụng cảm ứng tĩnh điện Máy phát Van de Graaff đã sử dụng một trong hai cơ cấu sau:

+ Điện tích truyền từ điện cực có điện áp cao

+ Điện tích tạo ra bởi sự ma sát

Máy phát tĩnh điện được sử dụng trong các thí nghiệm khoa học yêu cầu điện áp cao Do

sự khó khăn trong việc tạo cách điện cho các máy phát tạo điện áp cao, thế nên máy phát tĩnh điện được chế tạo với công suất thấp và không bao giờ được sử dụng cho mục đích phát điện thương mại

Máy phát điện Wimshurst

a/ Đĩa Faraday

3

Hình ảnh đĩa Faraday

Vào năm 1831-1832 Michael Faraday đã phát hiện ra rằng một chênh lệch điện thế được tạo ra giữa hai đầu một vật dẫn điện mà nó chuyển động vuông góc với một từ trường Ông ta cũng đã chế tạo máy phát điện từ đầu tiên được gọi là "đĩa Faraday", nó dùng một đĩa bằng đồng quay giữa các cực của một nam châm hình móng ngựa Nó đã tạo ra một điện áp DC nhỏ và dòng điện lớn

b/ Dynamo

4

Máy phát dynamo của Hippolyte Pixii Dynamo là máy phát điện đầu tiên có khả năng cung cấp điện năng cho công nghiệp Dynamo sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi năng lượng quay cơ học thành dòng điện xoay chiều Cấu tạo của dynamo bao gồm một kết cấu tĩnh mà nó tạo ra từ trường mạnh và một cuộn dây quay Ở các máy phát dynamo nhỏ, từ trường được tạo ra bằng các nam châm vĩnh cữu, đối với các máy lớn, từ trường được tạo ra bằng các nam châm điện

Máy phát dynamo đầu tiên dựa trên nguyên lý Faraday được chế tạo vào năm 1832 do Hippolyte Pixii- một nhà chế tạo thiết bị đo lường Máy này đã sử dụng một nam châm vĩnh cửu được quay bằng một tay quay Nam châm quay được định vị sao cho cực Nam

và cực Bắc của nó đi ngang qua một mẫu sắt được quấn bằng dây dẫn Pixii phát hiện rằng nam châm quay đã tạo ra một xung điện trong dây dẫn mỗi lần một cực đi ngang qua cuộn dây Ngoài ra, các cực Bắc và Nam của nam châm đã tạo ra một dòng điện có chiều ngược nhau Bằng cách bổ sung một bộ chuyển mạch, Pixii đã có thể biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

Không giống như đĩa Faraday, nhiều vòng dây được nối nối tiếp được sử dụng trong cuộn dây chuyển động của dynamo Điều này cho phép điện áp đầu cực của máy cao hơn so với đĩa Faraday tạo ra, do đó điện năng có thể phân phối ở mức điện áp thích hợp

Mối quan hệ giữa chuyển động quay cơ học và dòng điện trong dynamo là quá trình thuận nghịch, nguyên lý về mô tơ điện đã được phát hiện khi người ta thấy rằng một máy dynamo có thể tạo ra cho một máy dynamo thứ hai quay nếu cấp dòng điện qua nó

c/ Jedlik dynamo

5

Máy phát điện Jedlik dynam nguyên mẫu năm 1861

Năm 1827, Anyos Jedlik bắt đầu thử nghiệm với các thiết bị quay có từ tính mà ông gọi là các rotor tự từ hóa Trong mẫu vật đầu tiên của một bộ khởi động đơn cực, (đã được hoàn tất trong khoảng 1852 và 1854) cả phần tĩnh lẫn phần quay đều là nam châm điện Ông đã trình bày nguyên lý của dynamo ít nhất là 6 tháng trước Ernst Werner von Siemens và Charles Wheatstone Trên thực chất nguyên lý của nó là thay vì sử dụng nam châm vĩnh cửu thì dùng 2 nam châm điện đối xứng nhau để tạo ra từ trường bao xung quanh rotor

d/ Gramme dynamo

6

Cả hai thiết kế trên đều tồn tại một vấn đề như nhau: Chúng tạo ra những xung dòng điện nhọn đầu không mong muốn Antonio Pacinotti, một nhà khoa học người Ý đã tìm cách giải quyết vấn đề bằng cách thay các cuộn dây tròn bằng các cuộn dây hình xuyến, tạo ra bằng cách quấn trên một vòng thép Như vậy luôn có một số vòng của cuộn dây sẽ thông qua từ trường, và làm cho điện áp, dòng điện có dạng phẳng hơn.Zénobe Gramme đã thực hiện lại thiết kế này vài năm sau đó khi thiết kế một số nhà máy điện ở Paris trong thập niên 1870 Thiết kế này bây giờ được gọi là Gramme dynamo Những phiên bản khác nhau đã được phát triển, và chế tạo từ dây, nhưng nguyên lý cơ bản về những cuộn dây xếp theo vòng đã trờ thành trái tim của tất cả các dynamo hiện nay

II Khái niệm

Máy phát điện làm di chuyển dòng điện nhưng không tạo ra điện tích Những điện tích này sẵn có trong trong phần dẫn điện của dây quấn Một cách nào đấy, nó có thể ví với một cái bơm, tạo ra dòng nước chảy nhưng không tự tạo ra nước

Cũng có những máy phát điện kiểu khác, dưa trên những hiện tượng điện tự nhiên khác như hiệu ứng áp điện, hiệu ứng từ thủy động Kết cấu của dynamo tương tự với các động

cơ điện, và các loại dynamo thông dụng đều có thể hoạt động như một động cơ

III Cấu tạo

Cấu tạo của máy phát điện nam châm vĩnh cửu cơ bản

Một máy phát điện hiện đại có cả cuộn dây chuyển động và cuộn dây tĩnh Tuy nhiên, trong máy phát điện xoay chiều, cuộn dây chuyển động, được gọi là rôto, sử dụng dòng điện được cung cấp qua các vòng trượt để tạo ra trường chuyển động Công suất được trích ra từ các cuộn dây trường tĩnh

7

• Stato chứa sáu cuộn dây đồng đúc bằng nhựa sợi thủy tinh Nó được gắn vào cột sống

và không di chuyển

• Các rôto nam châm được gắn trên các ổ trục quay trên trục Có hai rôto: rôto phía sau phía sau stato và rôto phía trước ở bên ngoài, được nối với nhau bằng các đinh tán dài đi qua một lỗ trên stato

• Các lưỡi được gắn trên các đinh tán giống nhau Chúng sẽ điều khiển các rôto nam châm quay và di chuyển qua các cuộn dây Trong quá trình này, năng lượng điện được tạo ra

• Bộ chỉnh lưu được gắn trên tấm nhôm & ldquo; tản nhiệt & rdquo; để giữ mát Dây đồng chuyển điện năng tạo ra tới bộ chỉnh lưu, bộ chỉnh lưu này có tác dụng đổi điện xoay chiều thành điện một chiều để sạc pin



 Cấu tạo động cơ điện nam châm vĩnh cửu

8

- Động cơ có cực từ được tạo bởi nam châm vĩnh cửu làm bằng hợp kim đặc biệt

- Cực từ có dạng cực lồi và đặt ở roto, sao cho cực bắc và cực nam của mỗi nam châm xen kẽ nhau và hướng vào nhau như trong hình

- Khoảng cách giữa các cực có đổ nhôm kín

- Toàn bộ roto là 1 khối trụ

- Động cơ đồng bộ nói chung cũng như động cơ nam châm vĩnh cửu nói riêng là những máy điện xoay chiều có phần cảm đặt ở roto và phần ứng là hệ dây quấn 3 pha đặt ở stator

- Với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thì phần cảm được kích thích bằng những phiến nam châm được bố trí trên bề mặt hoặc dưới bề mặt rotor

- Các thanh nam châm thường được làm bằng đất hiếm VD như samarium – cobalt (SmCO -SmCO5 17) hoặc Neodymium-ion-boron (NdFeb), là các nam châm có năng lượng cao và tránh được hiệu ứng khử từ

- Vì rotor không cần nguồn kích thích nên động cơ loại này có thể hoạt động mạnh mẽ và

đáng tin cậy hơn Những động cơ này có công suất từ 100w đến 100kw Momen tối đa của máy được thiết kế không vượt quá 150% momen định mức.Nếu máy hoạt động quá momen max thì sẽ mất tính đồng bộ và sẽ hoạt động như một động cơ cảm ứng hoặc ngưng hoạt động

9

- Những động cơ này đa số là khởi động trực tiếp Công suất và hệ số công suất của mỗi động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thường tốt hơn 5 đến 10 lần động cơ từ trở tương ứng

* Ưu điểm:

- Động cơ không có chổi than hoặc vành trượt trên rotor thì không sinh ra tia lửa điện khi hoạt động, lúc này công việc bảo dưỡng chổi than được bài trừ Những động cơ này

có thể kéo vào đồng bộ các tải có mức quán tính lớn hơn quán tính rotor của chúng nhiều lần

- Theo kết cấu của động cơ ta có thể chia động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thành 2 loại: Động cơ cực ẩn và động cơ cực lồi mà ta xét dưới đây có thể thấy rõ đặc điểm cấu tạo của từng loại máy này

a Động cơ điện nam châm vĩnh cửu cực lồi: gồm 2 phần chính là stator và rotor

- Stator :

+ Gồm lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy

+ Dọc chiều dài của lõi thép stator cứ cách khoảng 3-6cm lại có 1 khoảng thông gió ngang trục rộng 10mm

+ Lõi thép stator được đặt cố định trong thân máy, thân máy phải được thiết kế sao cho hình thành 1 hệ thống thông gió làm mát máy tốt nhất

-Rotor:

- Có tốc độ quay thấp, nên đường kính có thể lớn nhưng chiều dài lại nhỏ

- Thường là đĩa nhôm hay nhựa trọng lượng nhẹ

- Các nam châm được gắn chìm trong đĩa

- Các loại máy này thường được gọi là máy từ trường hướng trục

- Thường được sử dụng trong kĩ thuật robot

10