thuyết trình báo cáo máy điện đặc biệt

nếu máy hoạt động vượt quá momen max thỳ sẽ mất tính đồng bộ và sẽ không hoạt động như 1 động cơ cảm ứng hoặc ngưng hoạt động.. Chúng có momen nhỏ và được dùng rộng rãi trong các hệ t

39.13 Permanent-Magnet Synchronous Motors

(a) Construction and Performance

Such motors have a cage rotor having rare-earth permanent magnets instead of

a wound field Such a motor starts like an induction motor when fed from a

fixed-frequency supply A typical 2-pole and 4-pole surface-mounted versions of the rotor are shown in Fig 39.14 Since no d.c supply is needed for exciting the rotor, it can be made more robust and reliable These motors have outputs

ranging from about 100 W upto 100 kW The maximum synchronous torque is designed to be around 150 per cent of the rated torque

39.13 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU

(a)cấu tạo và nguyên lý hoạt động

động cơ rô-to lồng sóc có các cực từ làm bằng nam châm vĩnh cửu chứ

không dùng cuộn kích từ (nam châm điện) 1 động cơ khởi động kiểu cảm

ứng điện từ khi được cấp nguồn từ 1 tần số không đổi mặt cắt các kiểu roto

2 cực và 4 cực tiêu biểu được biểu diễn trên hình 39.14 Vì roto không cần

nguồn dc 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 100 w đến 100 kw

Momen tối đa của máy được thiết kế không vượt quá 150% momen định

mức

If loaded beyond this point, the motor loses synchronism and

will run either as an induction motor or stall.

These motors are usually designed for direct-on-line (DOL)

starting The efficiency and power factor of the

permanent-magnet excited synchronous motors are each 5 to 10 points

better than their

nếu máy hoạt động vượt quá momen max thỳ sẽ mất tính

đồng bộ và sẽ không hoạt động như 1 động cơ cảm ứng hoặc

ngưng hoạt động.

những động cơ này thường được chế tạo để khởi động trực

tiếp công suất và hệ số công suất của mỗi động cơ đồng bộ

kích từ bằng nam châm vĩnh cửu thường tốt hơn 5 đến 10

lần động cơ từ trở tương ứng

động cơ không có chổi than hoặc vành trượt trên roto thỳ

không sinh ra tia lửa điện khi hoạt động lúc này công việc

bảo dưỡng chổi than đã được loại trừ những động cơ này có thể kéo vào đồng bộ các tải có mức quán tính lơn hơn quán

tính roto của chúng nhiều lần

( c) Applications

These motors are used where

precise speed must be

maintained to ensure a consistent

product With a constant load,

the motor maintains a constant

speed Hence, these motors are

used for synthetic-fibre drawing

where constant speeds are

absolutely essential

(c) Ứng dụng

các động cơ này được sử dụng tại những nơi yêu cầu duy trì

tốc độ chính xác để đảm bảo cho ra sản phẩm đồng đều với 1 tải không đổi, động cơ duy trỳ 1 tốc độ không đổi do đó nó

được ứng dụng trong công nghiệp kéo sợi tổng hợp, nơi mà tốc

độ không đổi cực kỳ quan trọng.

39.14 Synchros

It is a general name for self-synchronizing machines which, when

electrically energized and electrically interconnected, exert torques which

cause two mechanically independent shafts either to run in synchronism or

to make the rotor of one unit follow the rotor position of the other They

are also known by the trade names of selsyns and autosyns Synchros, in

fact, are small cylindrical motors varying in diameter from 1.5 cm to 10 cm depending on their power output.

39.14 MÁY ĐIỆN TỰ ĐỒNG BỘ

Trên đây là tên gọi chung của các máy điện tự đồng bộ khi được cấp điện và liên kết với nhau sẽ sinh ra momen Các momen này gây ra 2 tác động cơ khí độc lập trên trục động cơ, hoặc khiến máy chạy ở chế

độ đồng bộ hoặc khiến roto máy này sinh ra sự quay roto máy khác Các máy điện loại này được biết đến dưới tên thương mại là sensyl và autosyn (tự đồng bộ) thực tế, chúng là các máy điện nhỏ dạng hình trụ với đường kính thay đổi từ 1,5 đến 10 cm phụ thuộc vào công suất đầu ra

They are low-torque devices and are widely used in control

systems for transmitting shaft position information or for

making two or more shafts to run in synchronism If a large

device like a robot arm is to be positioned, synchros will not

work Usually, a servomotor is needed for a higher torque.

Chúng có momen nhỏ và được dùng rộng rãi trong các hệ

thống điều khiển để truyền tín hiệu vị trí trục động cơ hoặc

điều khiển 2 hay nhiều động cơ chạy đồng bộ nếu có 1 thiết

bị lớn , như cánh tay robot được nối vào, hệ thống đồng bộ sẽ không hoạt động muốn sử dụng ở momen cao hơn, cần 1

động cơ trợ lực (servo motor)

control differential receiver (CDR).

All of these synchros are single-phase units except the control differential which is of three-phase construction

39.15 Các loại máy điện tự đồng bộ

Có nhiều loại mđđb nhưng có 4 loại cơ bản để định vị và ứng dụng sai số điện áp

được giới thiệu sau đây :

Máy phát điều khiển tự đồng bộ ( ký hiệu CX)

Máy thu điều khiển tự đồng bộ ( ký hiệu CR) – tên gọi đầu tiên là động cơ (motor) Máy biến áp điều khiển tự đồng bộ ( ký hiệu CT)

Khối tín hiệu vi sai điều khiển tự đồng bộ ( ký hiệu CD) nó có thể được chia nhỏ hơn nữa thành máy phát vi sai điều khiển tự đồng bộ (CDX) và máy thu vi sai điều khiển

tự đồng bộ (CDR).

tất cả các loại mddb trên đều có cấu tạo 1 pha, ngoại trừ khối CD cấu tạo 3 pha.

1 Constructional Features

(a) Control Transmitter

Its constructional details are shown in Fig 39.15 (a) It has a three-phase stator winding similar to that of a three-phase synchronous generator The rotor is of the projecting-pole type using dumbbell construction and has a single-phase winding When a single-phase ac voltage is applied to the rotor through a pair of slip rings, it produces an alternating flux field along the axes of the rotor This alternating flux induces three unbalanced single

phase/voltage in the three stator windings by transformer action If the rotor is aligned with the axis of the stator winding 2, flux linkage of this stator winding is maximum and this rotor position is defined as the electrical zero In Fig 39.15 (b), the rotor axis is displaced from the electrical zero by an angle displaced 120º apart

1 Đặc điểm cấu tạo

(a) Máy phát điều khiển tự đồng bộ ( ký hiệu CX)

cấu tạo của máy được trình bày trong hình 39.15 a nó có 1 cuộn dây stator 3 pha

tương tự như trong máy phát đồng bộ 3 pha Roto của máy có cực từ nhô ra ngoài

được tạo thành từ cuộn dây 1 pha Khi điện áp xoay chiều 1 pha đặt vào roto thông qua cặp vành trượt, nó tạo ra 1 trường từ thông biến thiên dọc theo trục roto

trường từ thông biến thiên này tạo nên 1 sức điện động cảm ứng 3 pha không cân

bằng trong dây quấn 3 pha stato.khi vị trí roto trùng với trục đối xứng cuộn dây

stato 2, từ thông móc vòng trong cuộn dây này đạt max và vị trí này của roto gọi là điểm “0” điện trong hình 39.15 b trục quay roto thay đổi từ vị trí “0” điện đến

điểm cách đó 120º

(b ) Control Receiver (CR)

Its construction is essentially the same as that of the control transmitter

shown in Fig 39.15 (a) It has three stator windings and a single-phase

salient-pole rotor However, unlike a CX, a CR has a mechanical viscous

damper on the shaft which permits CR rotor to respond without

overshooting its mark In normal use, both the rotor and stator windings are excited with single-phase currents When the field of the rotor conductors

interacts with the field of the stator conductors, a torque is developed which produces rotation.

(b)Máy thu điều khiển tự đồng bộ ( ký hiệu CR)

về cơ bản, cấu tạo của CR cũng tương tự như CX trên hình 39.15 a nó có 3 cuộn dây stato và 1 roto cực từ lồi 1 pha Tuy nhiên, CX có thêm 1 bộ giảm xóc dùng dầu nhớt gắn trên trục quay cho phép roto hoạt động không vượt quá mức cho phép ở chế độ định mức, cả cuộn dây roto và stato đều được

kích thích bởi dòng điện 1 pha Khi từ trường dây quấn roto tương tác với

từ trường dây quấn stato sẽ tạo ra 1 momen quay, kéo roto chuyển động.

( c) Control Transformer (CT)

As shown in Fig 39.15 (b) its stator has a three-phase winding

whereas the cylindrical rotor has a single-phase winding In this

case, the electrical zero is defined as that position of the rotor

that makes the flux linkage with winding 2 of the stator zero

This rotor position has been shown in Fig 39.15 (b) and is

different from that of a control transmitter.

(C) Máy biến áp điều khiển tự đồng bộ (CT)

Như thể hiện trong hình 39.15 (b) nó là stator có cuộn dây ba

pha trong khi roto hình trụ có một cuộn dây một pha Trong

trường hợp này, điểm không điện được định nghĩa là vị trí của

rotor mà làm cho mối liên kết dòng với cuộn dây thứ 2 của stato không Vị trí roto này được thể hiện trong hình 39.15 (b) và là

điểm khác biệt của một máy biến áp điều khiển đồng bộ

( d) Control Differential (CD)

The differential synchro has a balanced three-phase distributed winding in both the stator and the rotor Moreover, it has a cylindrical rotor as shown

in Fig 39.16 (a) Although three-phase windings are involved, it must be

kept in mind that these units deal solely with single-phase voltages The

three winding voltages are not polyphase voltages Normally, the

three-phase voltages are identical in magnitude but are separated in three-phase by

120º In synchros, these voltages are in phase but differ in magnitude

because of their physical orientation

(d) Khối tín hiệu vi sai điều khiển tự đồng bộ (CD)

Máy phát điện tự đồng bộ vi sai có cân bằng ba pha phân bố trong cả rotor

và stator Hơn nữa, nó có một rotor hình trụ như hình 39.16 (a) Mặc dù

cuộn dây ba pha được có liên quan, phải nhớ rằng chúng xử lý điện áp một pha Điện áp ba cuộn dây không phải là điện áp nhiều pha Thông thường,

điện áp ba pha là giống nhau về độ lớn nhưng lệch pha nhau 120 º Trong

máy điện tự động bộ, điện áp này la cùng độ lớn nhưng khác nhau về góc

pha bởi vì kết cấu vật lý của chúng

(e) Voltage Relations

Consider the control transmitter shown in Fig 39.17 Suppose that its rotor winding is excited by a single-phase sinusoidal ac voltage of rms value Er and that rotor is held fast in its

displaced position from the electrical zero If K = stator turns / rotor turns, the rms voltage induced in the stator winding is E

= KEr However, if we assume K = 1, then E = Er

(e) Quan hệ điện áp

Xét máy phát điều khiển trong hình 39.17 giả sử rằng nó là rotor được kích thích bởi điện áp xoay chiều hình sin của giá trị hiệu dụng là Er và rotor được tổ chức nhanh chóng, nó là

sự điều chỉnh điểm không điện Nếu K = (số vòng dây

stator) / (số vòng dây rotor) , điện áp hiệu dụng gây ra trong stator cuộn dây là

E = KEr Tuy nhiên, nếu giả sử K=1 thì E = Er

The rms value of the induced emf in stator

winding 2 when the rotor displacement is ‘a’ is

given by E2s=E cosα

Since the axis of the stator winding 1 is located

120º ahead of the axis of winding 2, the rms value

of the induced emf in this winding is

E1s=E cos (α−120º).

In the same way since winding 3 is located behind

the axis of winding 2 by 120º, the expression for

the induced emf in winding 3 becomes

E3s= E cos (α+ 120º).

Giá trị hiệu dụng của sức điện động cảm ứng gây ra trong cuộn dây thứ

2 của stator khi rotor chuyển 1 góc α được cho bởi E2s = E cosα

Kể từ khi trục cuộn dây thứ nhất của stator nằm 120 º so với trên trục

của cuộn dây 2, giá trị hiệu dụng của dức điện động cảm ứng gây ra

trong này cuộn dây là

E1s = E cos (α-120 º).

Tương tự cuộn dây thứ 3 nằm phía sau trục cuộn dây thứ 2 120 º,biểu

diễn cho sức điện động cảm ứng gây ra trong cuộn dây thứ 3 trở thành

We can also find the values of terminal induced voltages as

Ta có thể tính giá trị điện áp đây gây ra như sau

Example 39.5 The rotor of a control transmitter (CX) is

excited by a single-phase ac voltage of rms value 20 V Find

the value of E1s, E2s and E3s for rotor angle α = + 40º and

−40º Assume the stator/rotor turn ratio as unity Also, find

the values of terminal voltages when α= + 30º

Ví dụ 39.5 Rôto của một máy phát điều khiển (CX) được

kích thích bởi một điện áp xoay chiều một pha có giá trị

hiệu dụng là 20 V Tìm giá trị của E1s, E2s và E3S cho góc

của rotor là α = + 40 º và -40 º Giả sử số vòng dây stator/số

vòng dây rotor là như nhau Ngoài ra, tìm các giá trị của

hiệu điện thế khi α = + 30 º

39.16 Applications of Synchros

The synchros are extensively used in servomechanism for

torque transmission, error detection and for adding and

subtracting rotary angles We will consider these

applications one by one.

39.16 CÁC ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ TỰ ĐỘNG BỘ

Các động cơ đồng bộ sử dụng rộng rãi trong các cơ cấu

servo để truyền mô-mem xoắn, phát hiện lỗi và cộng trừ

các góc quay Chúng ta sẽ xem xét từng ứng dụng một.

( a) Torque Transmission

Synchros are used to transmit torque over a long distance without the use of

a rigid mechanical connection Fig 39.18 represents an arrangement for

maintaining alignment of two distantly-located shafts The arrangement

requires a control transmitter (CX) and a control receiver (CR) which acts as

a torque receiver As CX is rotated by an angle α, CR also rotates through the same angle α As shown, the stator windings of the two synchros are

connected together and their rotors are connected to the same single-phase ac supply

(a)Truyền mô-men xoắn :

Hệ thống đồng bộ sử dụng để truyền moment xoắn trên một quãng đường dài mà không cần sử dụng một cách cứng nhắc các lien kết cơ khí Hình

39.18, thể hiện sự sắp xếp và duy trì liên kết của hai trục nằm xa nhau

Việc bố trí một máy phát điều khiển (CX) và bộ tiếp nhận điều khiển (CR)

có tác dụng như một bộ phận tiếp nhận moment xoắn khi CX được quay

bỡi một góc α, thì CR cũng quay cùng một góc α Khi hiển thị, các cuộn

dây stator và rotor của hai máy đồng bộ được kết nối với nhau được cấp

điện bỡi điện áp xoay chiều một pha.

Working Let us suppose that CXrotor is displaced by an angle α and

switch SW is closed to 1 energize the rotor winding The rotor winding flux will induce an unbalanced set of three single-phase voltages (in time phase with the rotor voltage) in the CXstator phase windings which will circulate currents in the CR stator windings These currents produce the CR stator flux field whose axis is fixed by the angle α If the CR rotor winding is now energized by closing switch SW , its flux field will 2 interact with the flux

field of the stator winding and thereby produce a torque

đóng lại để đóng điện cho cuộn dây rotor Từ thông trong cuộn day stator sẽ làm mất cân bằng điện áp 3 pha trong rotor ( vào thời điểm rotor có điện áp) trong CX cuộn dây pha stator sẽ có dòng vào trong cuộn dây sator của CR Dòng điện trong CR sẽ sinh ra từ thông

trong stator có trục cố định là α Nếu cuộn dây rotor của CR được

đóng điện bỡi SW2, thì sẽ sinh ra một từ trường, từ trường đó sẽ

tương tác với từ trường của cuộn dây sator do đó sẽ sinh ra một

moment xoắn

This torque will rotate the freely-moving CR rotor to a position which exactly corresponds with the CT rotor i.e it will be displaced by the same angle α as shown in Fig 39.18 It should be noted that if the two rotors are in the same relative positions, the stator voltages in the two synchros will be exactly equal and opposite Hence, there will be no

current flow in the two stator windings and so no torque will be

produced and the system will achieve equilibrium.

Moment này sẽ làm quay rotor của CR đến vị trí tương ứng với

rotor của CT có i,e giống nhau Do đó nó sẽ được quay một góc α

như hình 39.18 Nên 2 rotor sẽ có vị trí giống nhau, điện áp trên

stator của hai máy đòng bộ bằng nhau và ngược pha nhau Do đó,

sẽ không có dòng điện trong hai cuộn dây stator và như vậy sẽ

không có moment quay và hệ thống sẽ được đưa về trạng thái cân

bằng