Trang bị Điện Điện tử trong máy công nghiệp me2005 chủ Đề universal motor

Giới thiệu về động cơ Động cơ vạn năng tiếng Anh: Universal Motor là một loại động cơ điện hoạt động bằng nguồn điện AC hoặc DC và chúng sử dụng nam châm điện để làm stato quay nhằm tạ

ĐẠI HỌC QUOC GIA THANH PHO HO CHI MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

KHOA CO KHÍ

o c3

TRANG BỊ ĐIỆN-ĐIỆN TỬ TRONG MÁY CÔNG NGHIỆP

Sinh viên thực hiện: MSSV

1/ Dương Tuần An Khang 2111441

Bảng phân công công việc:

Đoàn Minh Dũng Cấu tạo và nguyên lý làm việc

1 25/10/202 | Đủ Làm quen với các thành viên trong

3 nhóm Bầu nhóm trưởng Thảo luận

các đề mục và phân công nhiệm vụ cho mỗi thành viên

3 30/10/202 | Đủ Tổng hợp nội dung Thảo luận bản

3 cáo cáo và bài trình chiếu thuyết

trình

4 3 05/11/202 | Đủ Thảo luận lại bài thuyết trình Bố sung nội dung trong phần báo cáo

MUC LUC

Động cơ vạn năng

I _ Giới thiệu về động cơ, 4

ll _ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động, 5

1 Cấu tạo 5 1.1 Stator 5 1.2 Rotor 7

2 _ Đặc tính, cơng dụng và nguyên lý hoạt đờg cúa Universal Motor 9 2.1 Dac tinh cla động cơ vạn năng 10 2.2 Cơng dụng cúa động cơ vạn năng 10

3 Nguyên lý làm việc của động cơ vạn năng 10 III Phương pháp điều khiển động cơ vạn nang (universal motor) 11

IV Ứng dụng động cơ vạn năng ẤUniversal Motor) 13 Kết luận: 15 V._ Tài liệu tham khảo: 17

I Giới thiệu về động cơ

Động cơ vạn năng (tiếng Anh: Universal Motor) là một loại động

cơ điện hoạt động bằng nguồn điện AC hoặc DC và chúng sử dụng nam châm điện để làm stato quay nhằm tạo ra từ trường Động cơ vạn năng

là động cơ điện đa dụng có khả năng chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học Nó được gọi là "vạn năng" vì khả năng linh

hoạt và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau

Động cơ vạn năng thường sử dụng nguyên tắc hoạt động của từ trường để tạo ra chuyển động Các phân cơ bao gồm một rotor (còn

được gọi là armature) và một bộ từ (còn được gọi là field) Rotor là một

bộ phận có thể xoay được và chứa các dây dẫn điện Bộ từ tạo ra từ trường để tác động lên rotor và tạo ra chuyển động quay

Động cơ vạn năng được vận hành với tốc độ cao, có thể đạt đến 10.000 vòng/ phút và có mô men quay lớn hơn so với các loại động cơ khác Vì thế, chúng ta không nên để cho động cơ vạn năng vận hành không tải Vì làm như vậy có thể làm bung các đầu dây nối vào bộ phận cổ góp điện Khi vận hành có tải thì tốc độ quay của động cơ nằm trong khoảng từ 2500 ~ 6000 vòng/ phút

Động cơ vạn năng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, gồm cả máy móc công nghiệp, thiết bị gia dụng, xe điện, máy bay không người lái, robot, và nhiều ứng dụng khác Với khả năng tạo ra mô-men xoắn mạnh và tốc độ cao, động cơ vạn năng cung cấp một giải pháp hiệu quả cho việc chuyển động cơ học trong nhiều

II Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Động cơ vạn năng (Universal Motor) là một loại động cơ điện có thê hoạt động bằng nguồn AC hoặc DC và sử dụng nam châm điện làm stato đề tạo ra từ trường

1 Cấu tạo

Động cơ vạn năng gồm 2 phần là: Stato (Phần cảm) và Roto (Phần ứng)

1.1 Stator

- Stator

Rotor Brushes — Shaft

lông hoặt đỉnh vít Dây quấn kích từ là dây đồng hoặc dây nhôm, các cuộn dây kích từ đặt

trên các cực từ này nối tiếp với nhau.

+ Cực từ phụ: các cực từ phụ được đặt xen kẽ giữa các cực từ chính đề hạn chế các tia lửa điện và cải thiện đôi chiều Lhi thép cực từ phụ thường làm bằng thép, dây quấn bang đồng hoặc nhôm được bọc cách điện, mắc nói tiếp với phần ứng

Ngoài ra con có chổi than: là vật liệu dẫn điện với tác dụng truyền điện và kết nối các bộ phâm sfato và roto Bộ phận này thường được lắp đặt trong động cơ điện métgchiéu

và động co điện xoay chiều Tùy vào điện thế và tải trọng thực tế của máy mà cau tao va

chat liệu có thê thay đôi phù hợp

S\ i/\ >>

1.2 Rotor

Đâu đây nỗi lên phiến góp

Phần Rotor: Phần quay hay con gọi là phần ứng, bao gồm: trục, lhi thép, dây quấn,

là phần ứng Dây quấn phần ứng thường làm bằng đồng.

+ Cổ góp: được cấu tạo nhiều phiến đồng ghép lại và được cách điện độc lập với nhau bởi mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm, cổ góp cũng được cách điện với trục rotor bằng ống phíp Nhiệm vu của cỏ góp điện là chỉnh lưu suất điện động xoay chiều thành suất điện động một chiều trên các chổi than

Phiến góp

2 Đặc tính, công dụng và nguyên lý hoạt đông của Universal Motor

2.1 Dac tinh cua dong cơ vạn năng

Động cơ vạn năng vận hành với tốc độ cao đạt tới 10000 vong/phút và có momen

quay lớn so với các động cơ khác Vỉ thê không nên động cơ vạn năng vận hành không tai, ly do vì có thể làm bung các đầu dây nối vào cô góp điêm Khi vânhành có tải, tốc đô q quay của đông cơ trong khoảng 2500 vong/phút đến 6000 vong/phut

Khi làm việc với nguồn điện một chiều thì số vong cuộn kích từ nhiều hơn và hiệu

suất cao hơn

Phần cảm (stator) đầu nói tiếp với phần ứng (rotor) qua hai chỗi than đặc trên đường trung tính hình học và đối xứng qua tâm Dong điện qua mỗi nhánh của phần ứng bằng 1⁄2 dong điện chính qua chỗi than

Ưu điểm nổi bật của Universal Motor là thuận tiện, chỉ với hai dây điện nguồn có

tần số công nghiệp là có thê làm máy quay với tốc độ rất cao Ví dụ các loại máy như: máy cắt, máy mài tay, ) có thê lên đến tốc đô q 15000 vong/phút Ngoài ra, các ưu điểm khác như chạy khỏe, moment khởi đông cao (giống như đông cơ môtpchiều kích từ nối

tiếp, máy lại có khá năng điều khiển tốc đô q dễ dàng bằng biến trở, chang han: dég co

máy may, máy khoan tay, ); có thê thay đối điêm nguồn hoă« quấn thêm dây vào cuôm

kích từ nối tiếp qua diode tốc đô ghâng (máy xay sinh tố) để máy vẫn khỏe

2.2 Công dụng của động cơ vạn năng

Động cơ vạn năng được sử dụng nhiều trong công nhiệp, giao thông vận tải và dân dụng như: các loại quạt lắp trên ô tô, tàu hỏa, động cơ cho máy bay, máy bơm nước, máy hút bụi, các loại máy công cụ cầm tay, máy khoan, máy mài, máy cắt, máy bào gỗ, máy xay trái cây, máy xay thịt,

3 Nguyên lý làm việc của động cơ vạn năng

A-C Source A-C Source

First Half Period Second Half Period

Từ trường của cực từ chính tác dụng với dong điện ở cuộn dây phần ứng tạo thành momen xoắn vì mạch điện vào động cơ qua stato và roto nối tiếp nhau Do đó có thê coi phần cảm và phần ứng cùng pha và moment của chúng sinh ra có chiều tác dụng không đôi làm cho động cơ quay

Khi cho dong điện môtghiễu vào động cơ sẽ xuất hiêm từ trường có chiều được xác định theo qui tắc nắm tay phải và do tác dụng của từ trường lên dong điện môtlực từ được xác định theo qui tắc bàn tay trái làm roto quay, khi roto quay được 180 thì lùc đó phiến góp cũng di chuyên theo nên dong điện di chuyền trong thanh dẫn ở mỗi từ cực vẫn giữ nguyên chiều cũ, vì thé roto van tiếp tục quay tron do lực điện từ tác dụng không đối chiêu.

chiều của đường sức từ

đòng điện

NAM TAY PHAI

Quy tac ban tay trai 1 xac

theo một chiều nhất định

Do nguyên lý của động cơ như vậy nên được gọi là động cơ vạn năng Vì nó sử

dụng được trên cả hai dong điện một chiêu và dong xoay chiều.

Ill Phương pháp điều khiển động cơ vạn năng ýuniversal motor)

Động cơ Vạn Năng (Universal Motor) có thể được điều khiển và điều chỉnh tốc độ quay thông qua một số cách khác nhau Dưới đây là một số phương pháp phổ biến để điều khiển động cơ vạn năng: Cách 1: Cơ chế ly tâm (centrifugal mechanism)

Series

Universal motor

Cơ chế ly tâm cho bộ điều tốc là một hệ thống được sử dụng để kiểm soát tốc độ của một động cơ, thường được áp dụng trong các ứng dụng đòi hỏi sự điều chỉnh tự động dựa trên tốc độ quay của động cơ

Cơ chế này hoạt động dựa trên hiện tượng ly tâm, nơi sức ly tâm được tạo ra khi một vật thể quay với tốc độ cao, và nó được sử dụng để thay đổi tốc độ của động cơ hoặc thiết bị khác

Cụ thể, trong cơ chế ly tâm, một điện trở được kết nối trên công tắc ly tâm hoặc thiết bị để thực hiện chức năng này Một tụ điện được

sử dụng trên các điểm tiếp xúc để giảm tia lửa sinh ra do việc mở và đóng các điểm này Khi tốc độ động cơ tăng cao hơn tốc độ mong muốn, thiết bị ly tâm hoặc công tắc sẽ mở hai tiếp điểm và chèn điện trở vào mạch nguồn của động cơ, làm cho tốc độ động cơ giảm Ngược lại, nếu động cơ chạy quá chậm, thiết bị ly tâm sẽ đóng hai tiếp điểm

và đoản mạch điện trở để tốc độ động cơ tăng lên.Quá trình này được lặp lại nhanh đến mức sự biến thiên về tốc độ là không đáng kể

Ví dụ, trong một máy phát điện, khi động cơ quay nhanh hơn mức quy định, lực ly tâm tạo ra bởi cơ chế ly tâm sẽ làm thay đổi vị trí của cánh quạt hoặc cơ cấu điều khiển tốc độ, dẫn đến giảm tốc độ của động cơ để đạt được tốc độ mong muốn Cơ chế ly tâm thường được sử

dụng trong các ứng dụng cần kiểm soát tốc độ dựa trên tình trạng hoạt động của động cơ, chẳng hạn như máy cắt cỏ tự động hoặc máy bơm nước

Cách 2: Mạch PWM (Pulse Width Modulation)

Sử dụng mạch điều khiển điện tử, chẳng hạn như mạch điều khiển PWM (Điều chế độ rộng xung), cho phép người dùng điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh tỷ lệ giữa thời gian dòng điện bật

và thời gian dòng điện tắt Mạch PWM thường được ứng dụng trong điều khiến

tốc độ hoạt động của động cơ trong lĩnh vực công nghiệp, kiêm soát công suất điện, làm

mờ đèn, trong hệ thống thông tin liên lạc, âm thanh hay các thiết bị biến tần hiện đại, chuyển mạch, điều khiên các tín hiệu tương tự bằng sử dụng tín hiệu số

Ưu điểm của điều chế độ rộng xung mang lại:

° Kiểm soát và hạn chế tiêu hao năng lượng lãng phí

° Nâng cao hiệu suất lên đến 90%, công suất xử lý năng lượng luôn ở mức Cao

° Có thé áp dụng với mạch điện tần số cao

° Chi phi gia thành vận hành rẻ hon

° Giúp biên độ và tần số có thê được kiểm soát độc lập

` Giảm hiện tượng nhiễu hệ thông hơn

Hạn chê của điêu chê độ rộng xung:

° Nhiễu tần số vô tuyến và gây ra tiếng ồn từ

` Yêu cầu thiết bị bán dẫn có thời gian bật - tắt thấp, lam tang chi phi

° Mức độ suy hao do chuyên mạch cao

Điều khiến chế độ rộng xung PWM là phương pháp hoạt động dựa trên nguyên tắc đóng ngắt nguồn của tải, theo chu kỳ và điều chỉnh thời gian đóng/ cắt Phần tử thực hiện

nhiệm vụ đóng cắt mạch đồng thời cầu tạo nên mạch là các linh kiện bán dẫn như tụ, biến

trở, điện trở

Cách 3: Field Tapping

Field Tapping là một phương pháp được sử dụng để điều khiển tốc

độ của động cơ một chiều (DC) và cả động cơ vạn năng Phương pháp này liên quan đến việc thay đổi cực từ của động cơ bằng cách của cuộn dây trường (field winding) của động cơ để kiểm soát tốc độ quay của nó Trong phương pháp này, các cực từ của từ trường được kết nối

tại các điểm khác nhau để có thể thay đổi tốc độ của động cơ bằng

cách điều chỉnh độ lớn từ trường Nếu có càng nhiều điểm kết nối trên cuộn dây, càng có thể có nhiều tốc độ khác nhau cho động cơ

Cụ thể, trong một mạch điện cơ bản khi chúng ta kết nối một cuộn dây trường vào mạch điện của động cơ, do chiều dài dây tỉ lệ thuận với điện trở nên mỗi một điểm kết nối trên cuộn dây sẽ cho ra cường độ dòng điện khác nhau Ngoài ra, cấu tạo và cách kết nối cuộn dây cũng làm thay đổi cường độ dòng điện

IV Ung dung động cơ vạn năng ấUniversal Motor)

Với việc động cơ vạn năng (Universal Motor) có lượng điện năng tiêu thụ rất ít,giá thành rẻ và có cấu tạo khá đơn giản, trọng lượng nhẹ,

và hơn hết là do động cơ điện nên momen xoắn lúc khởi động thường rất cao so với các loại động cơ có trọng lượng cùng loại Với những đặc điểm được nêu trên thì động cơ vạn năng thường được ứng dụng trong các thiết bị sử dụng không liên tục và có nhu cầu momen xoắn khởi động ban đầu cao nên nó phù hợp với các thiết bị như máy khoan tay bằng điện, máy hút bụi, máy bơm nước và còn được sử dụng trong

nhiều thiết bị khác

Ví dụ: động cơ vạn năng được ứng dụng trong động cơ khởi động trong động cơ xe máy hay ô tô (được gọi là starter motor) Do động cơ đốt trong của ô tô không thể tự khởi động được nên cần một ngoại lực tác động và động cơ khởi động (starter motor) sẽ thực hiện việc đó

- Thứ hai là chúng đóng vai trò như 1 rơ le đóng mở, cho phép dòng điện 300 ampere chạy qua và làm quay động cơ, kéo theo bánh răng và bánh đà Nếu bạn nghe tiếng "clac clac" khi khởi động, đó là

do tiếp xúc của rơ le này

Kết luận:

Chúng ta đã tìm hiểu về động cơ Universal Motor và nguyên lý hoạt động cũng như các ứng dụng của nó Động cơ Universal Motor là một thành tựu quan trọng trong ngành điện và có vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày và công nghiệp

Điểm đáng chú ý về Động cơ Universal Motor là khả năng hoạt động cả hai chiều Điều này có nghĩa rằng nó có thể quay theo cả chiều thuận và ngược chiều khi bạn thay đổi chiều dòng điện Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn linh hoạt cho nhiều ứng dụng cần tốc độ và độ mạnh khác nhau

Động cơ Universal Motor ngày càng xuất hiện thường xuyên hơn trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta và cả trong nền công nghiệp

Từ máy khoan, máy xay thực phẩm, máy cắt cỏ, máy làm tóc, v v nó

đã giúp nâng cao hiệu suất và tiện ích trong nhiều lĩnh vực Động cơ này không chỉ là một phần quan trọng của thiết bị gia đình mà còn đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp đa dạng

Trong tương lai, động cơ Universal Motor có tiềm năng tiếp tục

phát triển và tìm thấy sự ứng dụng trong các lĩnh vực mới Điều này là một minh chứng cho tính sáng tạo và sự đa dạng của công nghệ điện

và điện tử, đóng góp vào sự phát triển của cuộc sống hiện đại