mô tả , so sánh các loại động cơ điện

mô tả , so sánh các loại động cơ điện mô tả , so sánh các loại động cơ điện mô tả , so sánh các loại động cơ điệnmô tả , so sánh các loại động cơ điệnmô tả , so sánh các loại động cơ điệnmô tả , so sánh các loại động cơ điệnmô tả , so sánh các loại động cơ điệnmô tả , so sánh các loại động cơ điện

CHƯƠNG 2: ĐỘNG CƠ ĐIỆN (tt)

Điều khiển tốc độ

TRỞ PHỤ TRONG MẠCH ROTOR

• Chỉ sử dụng cho động cơ rotor dây quấn

• Phương pháp này chỉ cho phép tốc độ động cơ thay đổi theo chiều giảm.

• Tốc độ càng giảm (do tăng điện trở) thì đặc tính cơ càng mềm, tốc độ động cơ càng kém ổn định nếu tăng hoặc giảm mô men tải.

• Dải điều chỉnh phụ thuộc giá trị của moment tải Moment tải càng nhỏ, dải điều chỉnh càng bị thu hẹp.

• Khi điều chỉnh động cơ vận hành ở tốc độ thấp thì độ trượt động cơ tăng và tổn hao năng lượng khi điều chỉnh càng lớn.

• Vận tốc có thể thay đổi liên tục nhờ thay đổi biến trở nhưng do dòng phần ứng lớn nên thường được điều chỉnh theo cấp.

ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP

ĐẶT VÀO MẠCH STATOR

• Thay đổi điện áp chỉ được thực hiện về phía giảm và điện áp phải nhỏ hơn điện áp định mức nên kéo theo moment tới hạn giảm nhanh theo bình phương của điện áp.

• Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ KĐB thường có độ trượt tới hạn nhỏ nên phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm điện áp thường được thực hiện cùng với việc tăng điện trở phụ ở mạch rotor để tăng độ trượt tới hạn và nhờ đó có thể tăng được dải điều chỉnh.

• Khi điện áp đặt vào động cơ giảm, moment tới hạn của các đặc tính cơ giảm, trong khi tốc độ không tải lý tưởng (hay tốc

độ đồng bộ) giữ nguyên  khi giảm tốc độ thì độ ổn định tốc

độ (độ cứng đặc tính cơ) giảm

ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI TẦN SỐ

CỦA NGUỒN XOAY CHIỀU

• Tần số càng cao  tốc độ động cơ càng lớn.

• Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều thường kéo theo điều chỉnh điện áp, dòng điện hoặc từ thông của mạch stator.

• Tần số giảm  dòng điện càng lớn, moment tới hạn càng lớn.

 để tránh quá dòng  U/f=const: Luật điều chỉnh tần

số.

• Đây là cách điều chỉnh tốc độ có cấp Đặc tính cơ thay đổi vì tốc độ đồng bộ ( ) thay đổi theo số đôi cực.

• Động cơ thay đổi được số đôi cực là động cơ được chế tạo đặc biệt để cuộn dây stator có thể thay đổi được cách nối tương ứng với các số đôi cực khác nhau.

• Các đầu dây để đổi nối được đưa ra các hộp đấu dây ở vỏ động cơ Số đôi cực của cuộn dây rotor cũng phải thay đổi như cuộn dây stator.

• Điều này khó thực hiện được đối với động cơ rotor dây quấn, còn đối với rotor lồng sóc thì nó lại có khả năng tự thay đổi số đôi cực ứng với stator  Phương pháp này được sử dụng chủ yếu cho động cơ rotor lồng sóc.

Động cơ điện xoay chiều 1 pha

Động cơ điện xoay chiều 1 pha

• Dựa theo nguyên tắc của động cơ không đồng bộ ba pha, người ta chế tạo được những động cơ không đồng bộ một pha.

• Stator của loại động cơ này gồm hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc, một dây nối thẳng với mạng điện, dây kia nối với mạng điện qua một tụ điện.

• Cách mắc như vậy làm cho hai dòng điện trong hai cuộn dây lệch pha nhau và tạo ra từ trường quay.

• Động cơ không đồng bộ một pha chỉ đạt được công suất nhỏ,

nó chủ yếu được dùng trong các dụng cụ gia đình như quạt điện, máy hút bụi, máy bơm nước…

• Tuy nhiên, động cơ điện xoay chiều 1 pha không thể tự khởi động mà phải được khởi động bằng tay theo một trong hai

• Một cách để giải quyết vấn đề động cơ một pha là chế tạo một động cơ 2 pha Hai pha thu được từ nguồn điện một pha.

• Điều này đòi hỏi một động cơ với hai cuộn dây đặt cách

xa nhau 90o, cấp bởi hai pha của dòng điện lệch nhau

900  Động cơ tụ chia vĩnh cửu.

Động cơ cảm ứng tụ khởi động

• Một tụ điện lớn được sử dụng để khởi động một động

cơ cảm ứng (tụ khởi động) thông qua cuộn dây phụ trợ.

• Nó sẽ bị ngắt ra khỏi động cơ khi động cơ tăng đủ tốc

độ bởi một công tắc ly tâm.

• Khi khởi động động cơ dùng một tụ điện lớn để có moment khởi động lớn nhưng sau đó chỉ để lại một tụ điện nhỏ hơn để duy trì hoạt động khi động cơ đã tăng

đủ tốc độ.

• Dạng này được sử dụng trong các ứng dụng có kích thước động cơ lớn.

Động cơ cảm ứng điện trở chia pha (Resistance split-phase motor induction motor)

• Động cơ sử dụng một cuộn dây phụ có tiết diện dây dẫn nhỏ hơn cuộn dây chính đặt lệch 90 0 so với cuộn dây chính Điện dẫn nhỏ hơn và điện trở lớn hơn, dòng điện sẽ có ít độ dịch pha hơn so với cuộn dây chính Khoảng 30 0 lệch pha có thể thu được.

• Cuộn dây phụ này dùng để điều chỉnh moment khởi động, nó

sẽ được ngắt kết nối bằng công tắc ly tâm ở vận tốc khoảng ¾ vận tốc đồng bộ.

Động cơ điện 1 chiều

Cấu tạo

1- Cổ góp điện 2- Chổi than 3- Rotor

4- Cực từ

5- Cuộn dây kích từ 6- Stator

7- Cuộn dây phần ứng

• Stator của động cơ điện 1 chiều thường là một 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

• 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.

Nguyên tắc hoạt động

• 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

Nguyên tắc hoạt động

• Pha 3: Bộ phận chỉnh lưu điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1.

bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm

• 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 động đối 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).

Nguyên tắc hoạt động

• 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 bằng:

I = (VNguon - VPhanDienDong) / RPhanUng

• Công suất cơ mà động cơ đưa ra được tính bằng:

P = I * (VPhanDienDong)

mà động cơ điện một chiều được chia ra:

 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Cuộn kích từ được cấp điện từ nguồn một chiều độc lập với nguồn điện cấp cho rôto.

Phân loại

 Động cơ điện một chiều kích từ song song: Nếu cuộn kích từ và cuộn dây phần ứng được cấp điện bởi cùng một nguồn điện thì động cơ là loại kích từ song song.

cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.

Phân loại

 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp:

• Nếu khởi động động cơ 1 chiều kích từ độc lập bằng phương pháp đóng trực tiếp thì ban đầu tốc độ động cơ bằng 0 nên dòng khởi động ban đầu rất lớn (I mm = 10  20 I đm ).

• Dẫn đến đốt nóng động cơ và gây sụt áp lưới điện hoặc làm cho sự chuyển mạch khó khăn, hoặc moment mở máy quá lớn

sẽ tạo ra các xung lực động làm hệ truyền động bị giật, lắc, không tốt về mặt cơ học, hại máy và có thể gây nguy hiểm như: gãy trục, vỡ bánh răng, đứt cáp, đứt xích

• Tình trạng càng xấu hơn nếu như hệ truyền động điện thường xuyên phải mở máy, đảo chiều, hãm điện như ở máy cán đảo chiều, cần trục, thang máy

• Để đảm bảo an toàn cho máy, thường chọn:

Ikđbđ = Imm <= Icp = 2,5 Iđm

• Người ta thường đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng ngay khi bắt đầu khởi động, và sau đó thì loại dần chúng ra để đưa tốc độ động cơ lên xác lập.

Mở máy (khởi động) động cơ điện một chiều

Đảo chiều quay động cơ

• Chiều từ lực tác dụng vào dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi đảo chiều từ thông hay đảo chiều dòng điện thì từ lực có chiều ngược lại.

• Vậy đảo chiều quay của động cơ điện một chiều ta

có thể thực hiện một trong hai cách:

 Đảo chiều từ thông (bằng cách đảo chiều dòng điện kích từ).

 Đảo chiều dòng điện phần ứng.

Mở máy (khởi động) động cơ điện một

chiều kích từ nối tiếp

• Lúc mở máy động cơ, đưa thêm điện trở mở máy (R1 và

R2) vào mạch động cơ để hạn chế dòng điện mở máy không được vượt quá giới hạn 2,5Iđm.

• Trong quá trình động cơ tăng tốc, phải cắt dần điện trở

mở máy và khi kết thúc quá trình mở máy, động cơ sẽ làm việc trên đường đặc tính cơ tự nhiên không có điện trở mở máy.

• Động cơ bắt đầu tăng tốc theo đặc tính cơ 1 từ điểm a đến điểm

b Cùng với quá trình tăng tốc, moment động cơ giảm dần.

• Tới điểm b , tốc độ động cơ là 2 và moment là M 2 =(1,11,3)M đm thì tiếp điểm K2 đóng, cắt điện trở mở máy R 2 ra khỏi mạch động cơ.

• Động cơ chuyển từ đặc tính cơ 2 sang làm việc tại điểm c trên đặc tính cơ 1 Thời gian chuyển đặc tính vô cùng ngắn nên tốc

độ động cơ coi như giữ nguyên hay nói cách khác tại thời điểm chuyển đổi đặc tính tốc độ động cơ chưa kịp thay đổi do quán tính.

• Đoạn bc song song với trục hoành OM Lúc này moment động

cơ lại tăng từ M 2 lên M 1 , động cơ tiếp tục tăng tốc nhanh theo đường đặc tính cơ 1.

Mở máy (khởi động) động cơ điện một

chiều kích từ nối tiếp

• Khi moment động cơ giảm xuống còn M 2 (ứng với tốc độ 1 ) thì điện trở mở máy R 1 còn lại được cắt nốt ra khỏi mạch động cơ nhờ đóng tiếp điểm K1.

• Động cơ chuyển sang làm việc tại điểm e trên đặc tính cơ tự nhiên và lại tăng tốc theo đặc tính này tới làm việc tại điểm A.

• Tại đây, moment động cơ cân bằng với moment cản M C nên động cơ sẽ quay với tốc độ ổn định A

• Động cơ một chiều kích từ nối tiếp sẽ đảo chiều quay khi đảo chiều dòng điện phần ứng.

• Tương tự cho động cơ điện một chiều kích từ song song.

Các trạng thái hãm của động cơ điện một chiều

• Hãm một hệ truyền động điện (TĐĐ) nhằm đạt được một trong các mục đích sau:

 Dừng hệ TĐĐ.

 Giữ hệ thống đứng yên khi hệ thống đang chịu một lực có

xu hướng gây chuyển động.

 Giảm tốc hệ TĐĐ.

 Ghìm cho hệ TĐĐ làm việc với tốc độ ổn định Ví dụ: giữ tốc độ đều khi xe điện xuống dốc, khi hạ xe kíp tải liệu, khi

hạ vật cẩu ở cần trục,

• Để hãm một hệ TĐĐ, có thể bằng hai phương pháp: Hãm

(hãm điện).

• Hãm theo phương pháp cơ là dùng phanh cơ hoặc

điện-cơ Phanh điện-cơ thường đặt ở cổ trục động cơ và có nhiều kiểu, nhiều loại nhưng nguyên tắc hoạt động của chúng tương tự nhau.

• Đó là khi cấp điện cho động cơ chạy thì cuộn phanh cũng được cấp điện và cổ trục động cơ được nới lỏng Khi cắt điện để động cơ dừng thì cuộn phanh cũng mất điện và cổ trục động cơ bị ép chặt.

• Với cách hãm bằng phương pháp cơ thì khó đạt được cả

4 yêu cầu trên (2 yêu cầu sau cùng khó thực hiện).

• Trạng thái hãm điện của động cơ là trạng thái động cơ sinh ra moment điện từ ngược với chiều quay của rotor.

• Phương pháp hãm điện tỏ ra rất có hiệu lực trong tất cả các mục đích nêu trên.

• Khi hãm điện, trục động cơ không bị phần tử nào tỳ vào

cả mà chỉ có moment điện từ tác dụng vào rotor động cơ

để cản lại chuyển động quay mà rotor đang có.

của động cơ điện một chiều

• Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng

• Điện trở mạch phần ứng càng lớn thì độ dốc đặc tính cơ càng tăng dẫn đến đặc tính cơ càng mềm  độ ổn định tốc độ càng kém và sai số vận tốc càng lớn.

• Phương pháp chỉ cho phép đều chỉnh vận tốc về phía giảm (do chỉ có thể tăng thêm điện trở).

• Điện trở thêm vào mạch phần ứng sẽ tạo ra nhiệt cho nên sẽ gây tổn hao công suất.

• Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số moment tải Tải càng nhỏ (M1) thì dải điều chỉnh D1= max/ min càng nhỏ Phương pháp này cho dải điều chỉnh trong khoảng

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một

chiều kích từ độc lập

• Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một

chiều kích từ độc lập

• Điện áp phần ứng càng giảm thì tốc độ động cơ càng nhỏ.

• Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh.

• Độ ổn định tốc độ (độ cứng đặc tính cơ) giữ không đổi trong toàn bộ dải điều chỉnh.

• Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mô men là như nhau Độ sụt tốc tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính

cơ thấp nhất của dải điều chỉnh Do đó, sai số vận tốc tương đối (sai số tĩnh) của đặc tính cơ thấp nhất không vượt quá sai

số cho phép cho toàn dải điều chỉnh.

• Dải điều chỉnh có thể đạt được D = 10:1.

• Chỉ có thể điều chỉnh tốc độ về phía giảm.

• Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông

Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một

chiều kích từ độc lập

• Từ thông càng giảm thì tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn.

• Độ ổn định tốc độ giảm khi giảm từ thông.

• Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh với khoảng điều chỉnh

D = 3:1.

• Chỉ có thể điều chỉnh thay đổi vận tốc về phía tăng.

• Do độ dốc đặt tính cơ tăng khi từ thông giảm nên các đặc tính sẽ cắt nhau và do đó, với tải nhỏ (M 1 ) thì tốc độ tăng khi từ thông giảm Nhưng khi tải lớn (M 2 ) thì tốc độ có thể tăng hoặc giảm tùy vào tải Thực tế, phương pháp này chỉ dùng ở vùng tải không quá lớn so với định mức.

• Phương pháp này rất kinh tế do việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ trong khoảng 1÷10% dòng định mức của phần ứng Do đó, tổn hao do điều chỉnh sẽ thấp.

Động cơ bước

cơ một chiều (DC) thông

thường, các động cơ bước

không có chổi quét và có thể

được chia một vòng quay thành

rất nhiều bước (ví dụ: 200

bước).

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stator theo thứ tự và một tần số nhất định Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc

Ứng dụng

• Trong điều khiển chuyển động kỹ thuật số, động cơ bước là một cơ cấu chấp hành đặc biệt hữu hiệu bởi nó có thể thực hiện trung thành các lệnh đưa ra dưới dạng số.

• Động cơ bước được ứng dụng nhiều trong ngành Tự động hoá, chúng được ứng dụng trong các thiết bị cần điều khiển chính xác.

• Ví dụ: Điều khiển robot, điều khiển tiêu cự trong các hệ quang học, điều khiển định vị trong các hệ quan trắc, điểu khiển bắt, bám mục tiêu trong các khí tài quan sát, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công cắt gọt, điều khiển các cơ cấu lái phương và chiều trong máy bay

• Trong công nghệ máy tính, động cơ bước được sử dụng cho các loại ổ đĩa cứng, ổ đĩa mềm, máy in,

 Nếu động cơ của bạn có 3 cuộn dây, được nối như trong hình trên với một đầu nối chung cho tất cả các cuộn, thì đây

là một động cơ biến từ trở.

Phân loại động cơ bước

• Khi sử dụng, dây nối chung (C) thường được nối vào cực dương của nguồn và các cuộn được kích theo thứ

tự liên tục.

• Hình dạng động cơ cho phép quay 30 độ mỗi bước, đây

là số lượng răng rotor và số cực stator ít nhất có thể dùng.

• Để giảm góc quay của một bước, ta sử dụng nhiều cực

và nhiều răng hơn.

• Tạo mặt răng trên bề mặt các cực và các răng trên rotor một cách phù hợp cho phép các bước nhỏ đến 1.80 ứng với 200 bước.

Kết cấu cơ khí như hình trên cho phép góc quay nhỏ hơn rất nhiều.

Phân loại động cơ bước

Trình tự kích và cách đảo chiều quay:

động của động cơ khi số

răng tăng lên, khi cực 1

được kích, các cực của

stator được xếp tương

ứng thẳng hành với rotor.

Phân loại động cơ bước

tạo thành một bước quay

tiếp theo Một động cơ có

bước quay 1.8 độ sẽ cần

200 bước để quay hết một

vòng quay.

Làm việc hoàn toàn tương tự như động

cơ biến từ trở nhưng Rotor được từ hóa theo hướng hướng kính.

Phân loại động cơ bước

• Một số động cơ có dạng đơn cực Có nghĩa là chỉ cần điện áp nối đất (0V) và điện áp dương để vận hành chúng.

• Mạch điều khiển của loại động cơ này hết sức đơn giản và có thể được tạo bằng vài cổng lô gic.

• Nhưng moment quay thấp hơn so với động cơ hai cực Loại động cơ này thường có 5, 6 hoặc 8 dây và thường được quấn với một đầu nối trung tâm trên các cuộn như trong sơ đồ hình sau.