ĐỒ án môn học TRUYỀN ĐỘNG điện

PHẦN MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG Trong thời đại ngày nay, xó hội của chỳng ta phỏt triển khụng ngừng, nền cụng nghiệp tri thức phỏt triển, khoa học kỹ thuật ngày càng tõn tiến kộo theo nhữn

PHẦN MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG

Trong thời đại ngày nay, xó hội của chỳng ta phỏt triển khụng ngừng, nền cụng nghiệp tri thức phỏt triển, khoa học kỹ thuật ngày càng tõn tiến kộo theo những đũi hỏi, yờu cầu ngày càng cao về sản xuất tự động húa, đơn giản, thuận tiện trong quỏ trỡnh thao tỏc và vận hành, mong muốn tăng năng suất lao động và giảm chi phớ sản xuất xuống mức thấp nhất cú thể nhưng chất lương sản phẩm lại khụng ngừng được nõng cao.chớnh vỡ thế, đó cú rất nhiều hệ thống truyền đụng được đưa vào ứng dụng như :

- Hệ thống truyền động máy phát - động cơ

- Hệ thống truyền động máy điện khuyếch đại động cơ

- Hệ thống truyền động xung áp động cơ

- Hệ thống truyền động chỉnh lưu tiristor động cơ ( hệ truyền động van động cơ).Việc lựa chọn một hệ thống truyền động điện phự hợp, tối ưu cú vai trũ rất quan trọng đến hiệu quả của cả một hệ thống dõy chuyền sản xuất nào đú.nú mang tớnh quyết định cho hệ thống dõy chuyền đú.chớnh vỡ vậy để cú thể lựa chon ra được một

hệ thống truyền động điện tối ưu, phự hợp với yờu cầu của thực tế là một điều rất khúkhăn

Phần lớn cỏc động cơ điện họat động theo nguyờn lý cảm ứng điện từ, nhưng cú một

số loại động cơ dựa trờn nguyờn lý khỏc như lực tĩnh điện và hiệu ứng điện ỏp cũng

-* 1

MRDINH@GMAIL.COM*-được sử dụng Nguyờn lý cơ bản mà cỏc động cơ điện từ dựa vào là cú một lực lực cơhọc (lực điện động) trờn một cuộn dõy cú dũng điện chạy qua nằm trong một từ trường Lực này theo mụ tả của định luật lực Lorentz và vuụng gúc với cuộn dõy và

cả với từ trường

3.PHÂN LOẠI.

a.Động cơ điện xoay chiều

+Động cơ điện xoay chiều khụng đồng bộ (một pha , ba pha)

+Động cơ điện xoay chiều đồng bộ ( một pha, ba pha)

b.Động cơ điện một chiều kớch từ

+Động cơ điện một chiều kớch từ độc lập

+Động cơ điện một chiều kớch từ song song

+động cơ điện một chiều kớch từ hỗn hợp

+động cơ điện một chiều kớch từ nối tiếp c.Động cơ bước

B.ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU.

Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gõy ra làm cho rụto quay trờn trục Chuyển động quay của rụto được trục mỏy truyền ra ngoài vàđược sử dụng để vận hành cỏc mỏy cụng cụ hoặc cỏc cơ cấu chuyển động khỏc

I.Động cơ điện xoay chiều đồng bộ.

Ưu điểm nổi bật của động cơ này là có đặc tính cơ tuyệt đối cứng, như vậy về phương diện nào đó có thể kết luận được nó đáp ứng tốt về yêu cầu công nghệ

Nhưng, việc chế tạo rất phức tạp, gặp nhiều khó khăn, thường chế tạo máy có công suất trung bình và lớn, giá thành cao Đặc biệt là quá trình điều chỉnh tốc độ là rất khó khăn, luôn luôn cần có bộ biến tần đi kèm

Như vậy, loại động cơ này có yêu cầu cao về chỉ tiêu kỹ thuật, công nghệ

cũng như về chỉ tiêu kinh tế nên không phù hợp với yêu cầu của đồ ỏn

II Động cơ điện xoay chiều khụng đồng bộ.

1.KHÁI QUÁT

-* 2

Động cơ không đồng bộ 3 pha (KĐB) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với động cơ khác Sở

dĩ như vậy là do động cơ KĐB có ưu điểm là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành

an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha

Tuy nhiên, các hệ truyền động động cơ KĐB có điều chỉnh tốc độ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ, đó là do nhược điểm về việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ của động cơ KĐB có khó khăn hơn động cơ một chiều, hệ số công suất cosφ của động cơ không cao, các động cơ KĐB rotor lồng xóc có các chỉ tiêu khởi động xấu (dòng khởi động lớn , momen khởi động nhỏ)

Trong thời gian gần đây, do phát triển công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và

kỹ thuật điện tử tin học, động cơ KĐB mới được khai thác các ưu điểm của mình Nótrở thành hệ truyền động cạnh tranh có hiệu quả với hệ truyền động Thyristor - Động

cơ một chiều

Khác với động cơ một chiều, động cơ KĐB được cấu tạo phần cảm và phần ứng không tách biệt Từ thông động cơ cũng như mômen động cơ sinh ra phụ thuộc vào nhiều tham số Do vậy hệ điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ KĐB là hệ điều chỉnh nhiều tham số có tính phi tuyến mạnh Trong định hướng xây dựng hệ truyền động động cơ KĐB, người ta có xu hướng tiếp cận với các đặc tính điều chỉnhcủa truyền động động cơ 1 chiều

Phương trình đặc tính cơ của động cơ có dạng:

2 '

1 2 '

2 2

ωo : Tốc độ đồng bộo : Tốc độ đồng bộ

R1, R2’ , Xnm là thông số dây quấn stato và rôto

s : Hệ số trượt của động cơ

-* 3

Phương trình đặc tính cơ của động cơ có thể biểu diễn theo phương trình closs :

2 (1 a.s )

2

th th th

th th

M M

s s

Đối với động cơ công suất lớn, thường R1 rất nhỏ so với Xnm nên có thể bỏ qua R1

và khi đó ta có dạng closs đơn giản :

2 th

th th

M M

s s

th

nm

R s

X



 ;

2 1

0

2

f th

nm

U M

+Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện trở phụ mạch rôto (R2f).

+Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng phương pháp thay đổi số đôi cực (P)

+Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐK bằng cách thay đổi điện áp stato (Us)

+Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi tần số ( f1 )

2.1 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ PHỤ MẠCH ROTOR.

a, Nguyên lý điều chỉnh khi thay đổi điện trở phụ trên mạch rotor.

-* 4

Đây là phương pháp điều chỉnh tốc độ đơn giản và được sử dụng rộng rãi trongthực tế, nhất là đối với các động cơ không đồng bộ rotor dây quấn.

Sơ đồ nguyên lý và đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ mạch rotor nhưhình sau :

a.sơ đồ nguyên lý b,Đặc tính cơ của động cơ khi thay đổi điện trở phụ

Khi động cơ đang làm việc ở trạng thái xác lập với tốc độ n , muốn điều chỉnh tốc

độ của động cơ , ta đóng điện trở phụ vào cả ba pha của rotor.tại thời điểm bắt đầu đóng điện trở phụ vào thì tốc độ động cơ chưa kịp thay đổi, lúc này dòng và momen giảm nên tốc độ động cơ giảm.nhưng khi tốc độ giảm thì độ trượt sẽ tăng nên sức điện động cảm ứng trên mạch rotor E2 tăng, do đó dòng ở mạch rotor và momen tăng làm cho tốc độ của động cơ tăng khi đưa điện trở phụ vào mạch rotor thì hệ số trượt ứng với momen cực đại lúc này là :

r r





Do đó, khi thay đổi điện trở phụ rf trong mạch rotor thì hệ số trượt Sthf sẽ thay đổi

và làm cho tốc độ động cơ thay đổi

Từ các đường đặc tính cơ trên hình 1.1 ,ta thấy với trị số phụ tải không đổi rf càng lớn thì động cơ làm việc với tốc độ càng thấp

rfÑKB

-tốc độ điều chỉnh nhỏ hơn tốc độ cơ bản.

-tự động hóa trong điều chỉnh được dễ dàng

-hạn chế được dòng mở máy

-làm tăng khả năng mở máy của động cơ khi đưa điện trở phụ vào mạch rotor -các thao tác điều chỉnh đơn giản hơn

-giá thành chi phí vận chuyển thấp

Cùng với những ưu điểm trên,việc điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB cũng có những nhược điểm sau :

2.2 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH THAY ĐỔI SỐ ĐÔI CỰC.

a,Nguyên lý khi thay đổi số đôi cực

Trong nhiều trường hợp, các cơ cấu sản xuất không yêu cầu phải điều chỉnh tốc

độ bằng phẳng mà chỉ cần điều chỉnh có cấp

Đối với động cơ KĐB, ta có tốc độ của từ trường quay:

n = n1(1-s)

Do đó khi thay đổi số đôi cực thì n1 sẽ thay đổi, vì vậy tốc độ động cơ thay đổi

Để thay đổi số đôi cực P ta thay đổi cách đấu dây và cũng là cách thay đổi chiều dòng điện đi trong các cuộn dây mỗi pha stato của động cơ

Khi thay đối số đôi cực ta chú ý rằng số đôi cực ở stato và rotor là như nhau, nghĩa là khi thay đổi số đôi cực của stato thì ở rotor cũng phải thay đổi theo.do đó rất khó thực hiện cho động cơ rotor dây quấn, nên phươn pháp này chủ yếu dùng cho động

cơ rotor lồng xóc và loại động cơ này có khả năng tự biến đổi số đôi cực ở rotor để phù hợp với số đôi cực ở stato

Đối với động cơ có nhiều cấp tốc độ , mỗi pha stato phải có ít nhất là hai nhóm bối dây trở lên hoàn toàn giống nhau Do đó càng nhiều cấp tốc độ thì kích thước, trọng lượng và giá thành càng cao vì vậy trong thực tế thường dùng tối đa là 4 cấp tốc độ

b, Nhận xét và ứng dụng.

+NHẬN XÉT :

Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi số đôi cực có

ưu điểm sau :

-thiết bị đơn giản, giá thành hạ

-các đường đặc tính cơ đều cứng và tổn thất phụ không đáng kể

-động cơ làm việc chắc chắn

-điều chỉnh và khống chế tốc độ khá đơn giản

Tuy nhiên cũng có những nhược điểm như sau :

-kích thước động cơ lớn

-phạm vi điều chỉnh không rộng lắm Dmax=8

-chỉ cho những tốc độ cấp với độ nháy cấp khá lớn

-hiệu suất sử dụng dây quấn kém

-cấu tạo của động cơ tương đối phức tạp

+ỨNG DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

Đây là phương pháp được ứng dụng trong các máy như máy mài vạn năng, thang máy nhiều tầng, máy nâng trong hầm mỏ, và còn dùng trong một số máy cắt kim loại,bơm ly tâm và quạt thông gió …

2.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐC KĐB BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP.

a, Nguyên lý điều chỉnh.

Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐC KĐB bằng cách thay đổi U thực hiện như sau: -Để thay đổi điện áp, người ta dùng bộ biến đổi có điện áp ra tùy theo tín hiệu điều khiển đặt vào

Nếu bỏ qua tổng trở của nguồn và không dùng điện trở phụ trong mạch rotor khi điện

áp của bộ biến đổi U2 thì ta được họ đặc tính điều chỉnh như hình1.3 Khi đó : độ trượt tới hạn được giữ nguyên giá trị:

m

r r r



Trong đó: Mth Momen tới hạn của động cơ ứng với điện áp điều chỉnh

U2 Điện áp ra của bộ biến đổi

HÌNH 1.3 Dạng đặc tính điều chỉnh khi không dùng điện trở phụ trong mạch rotor

Để cải thiện dạng đặc tính điều chỉnh và làm giảm bớt mức phát nóng của động cơ.khi dùng động cơ KĐB rotor dây quấn, người ta nối thêm một bộ điện trở phụ vào mạch rotor hình 1.2, khi đó :

Nếu điện áp đặt vào stato là định mức ( U2 = U1 ) thì ta được dặc tính mềm hơn dặc tính cơ tự nhiên va ta gọi đó là dặc tính cơ giới hạn

Nếu giá trị điện áp đặt vào stato khác với giá trị định mức thì momen tới hạn lúc điều chỉnh điện áp MthU sẽ thay đổi tỷ lệ với bình phương điện áp còn độ trượt tới hạn thì không đổi nghĩa là:

M thU = M th U 2

2 ; S th = const

-* 8

MRDINH@GMAIL.COM*-2 2 2

'

n

t

x r

r S

Khi xét đến tổng trở của bộ biến đổi thì việc xác định đặc tinh giới hạn có phức tạp.khi đó ta xem điện trở rb và điện kháng xb của bộ biến đổi có giá trị cố định khôngphụ thuộc vào điện áp U2 lúc đó :

2 2

U M

Ta được phương trình đặc tính cơ

Dạng đặc tính điều chỉnh trong trương hợp này như hình 1.4

+ỨNG DỤNG :

-* 9

MRDINH@GMAIL.COM*-2 2

1

1

) (

) (

2

) 1 ( 2

n b b

b t t t

x x r

r

r r S

S S S

M M

gh (Uñm, rf 

0)n

Mtu

n1

Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp thường dùng trong hệ truyền động mà momen tải là hàm tăng theo tốc độ như quạt thơng giĩ, bơm

Khi thay đổi tần số lưới điện f1 , ta nhận thấy như sau :

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato, tức là xem r1 = 0 thì momen tới hạn cực đại là : Trong đĩ :

th

n

U P M

t

x

U x

n

U M

1

2 1

2

2 3 55

, 9 2

n 2 2

f

U a M : tacó

L ) 2(2

3P const

a Đặt









Đặc tính cơ của bộ phận làm việc là quan hệ giữa tốc độ quay của momen phụ tải lên trục quay Mc=f(n)

Theo biểu thức nghiệm mang tính chất tổng quát để mô tả dạng đặc tính cơ của bộ phạn làm việc như sau

Trong đó :

Mc Momen cản của bộ phận làm việc lên trục quay ở tốc độ n (Nm)

Mco Momen cản của bộ phận làm việc lên trục khi n = 0

Mcđm Momen cản của bộ phận làm việc lên trục quay khi n = nđm

X là số mũ đặc trưng mô tả dạng đặc tính cơ của bộ phận làm việc ( cơ cấu sản xuất ) khác nhau Gồm 4 dạng như sau :

+x = 0, ta có : Mc=Mcđm=const đây là đặc tính cơ đặc trưng cho hệ thống nâng và luôn có giá trị nhất định (đường 1 trên hình 1.5)

+x = 1, đặc tính cơ có dạng : Mc=a+bn Momen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ đây là đặc tính cơ đặc trưng cho máy phát điện một chiều kích từ độc lập với phụ tải máy phát điện là một điện trở thuần (đường 2 hình 1.5)

+x = -1, đặc tính có dạng : Mc=(a + b/n) momen tỷ lệ nghịch với tốc độ, đặc tính này đặc trưng cho các máy cắt kim loại (đường số 3 hình 1.5)

+x=2, đặc tính có dạng : Mc=a+bn2 momen tỷ lệ với bình phương tốc độ, là đặc tính đặc trưng cho máy nén, tàu thủy….(đường 4 hình 1.5)

c

n

n )(

M (M

M

M   

Mc0

n

123

4

Như vậy, muốn điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số

ta phải có một bộ nguồn xoay chiều có thể điều chỉnh tần số điện áp một cách đồng thời theo các quy luật sau :

Như vậy dạng đặc tính cơ của động cơ KĐB khi thay đổi tần số theo quy luất điều chỉnh hình 1.6

HÌNH 1.6 Các dạng đặc tính cơ của động cơ KĐB khi thay đổi tần số

b,Ứng dụng trong công nghiệp

Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số nguồn được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp với ưu điểm gọn nhẹ và dễ điều chỉnh

Bộ biến tần dùng trực tiếp thyristor được dùng trong công nghiệp như điều chỉnh tốc

độ trong truyenf động chính của các máy mài cao tốc, điều chỉnh tốc độ trong các hệ thống băng tải

Bộ biến tần dùng máy phát đồng bộ được ứng dụng khi cần điều chỉnh tốc độ đồng thời cho nhiều động cơ

C ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều.

I.Tầm quan trọng của động cơ một chiều kích từ độc lập.

-* 12

MRDINH@GMAIL.COM*-const f

U

const f

U

const f

Trong nền sản xuất hiện đại, đông cơ điện một chiều vẫn được coi là một loại máy điện quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn điên xoay chiều thông dụng.

Do động cơ điện một chiêu có nhiều ưu điểm như khả năng điều chỉnh tốc độ rất tốt, khả năng mở máy lớn và đặc biệt là khả năng quá tải.Chính vì vậy mà động cơ một chiều được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như: cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…mà điều quan trọng là các nghành công nghiệp hay đòi hỏi dùng nguồn điện một chiều

Bên cạnh đó, động cơ điện một chiều cũng có những nhược điểm nhất định của nó như : so với máy điẹn xoay chiều thì giá thành đắt hơn, chế tạo và bảo quản cổ góp điện phức tạp hơn (dễ phát sinh tia lửa điện) …

Tuy nhiên, do những ưu điểm của nó, nên động cơ điện một chiều vẫn còn một tầm quan trọng lớn trong sản xuất

Công suất lớn nhất của động cơ điện một chiều hiện nay vào khoảng 10000KW,

điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000v.hướng phát triển hiện nay là cải tiến tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những động cơ có công suất lướn hơn…

II.Cấu tạo của động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính : phần tĩnh và phần động

1.phần tĩnh hay stato.

Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:

a.Cực từ chính : là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích

từ lồng ngoài lõi sắt cực từ.Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cácbon dày 0,5 đến 1 mm ép lại và tán chặt.Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối.Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi quận dây đều được bọc cách điện kỹ thànhmột khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ.Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau

b.Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi

chiều.Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính.Cực từ phụ được gắn vào

vỏ máy nhờ những bulông

c.Gông từ :Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ

máy.Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại.Trong máyđiện lớn thường dùng thép đúc.Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy

d.Các bộ phận khác.

Bao gồm:

-* 13

MRDINH@GMAIL.COM* Nắp máy : để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện.trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi.Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang

-Cơ cấu chổi than : để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài.cơ cấu chổi than bao gồm

có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tỳ chặt lên cổ góp.Hộp chổi than được cố điịnh trên giá chổi than và cách điện với giá.giá chổi than có thể quay được

để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng.sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại

1.phần quay hay rotor.

Bao gồm những bộ phạn chính sau:

a.lõi sắt phần ứng : dùng để dẫn từ.thường dùng những là thép kỹ thuật điện dày 0,5

mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáygây ra.trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi

ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục

Trong những động cơ điện cỡ lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở goi là khe hở thông gió.khi máy làm việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt

Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục.trong

động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có giá đặt rotor.dugnf giá rotor có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rotor

b.dây quấn phần ứng.

dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua.dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện.trong máy điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn.trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chũ nhật.dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh cảu lõithép

Để tránh khi quay bị văng ra do lực ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn.nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit

c.cổ góp : dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.cổ góp

gồm có nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trục tròn.hia đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình chữ V ép chặt lại.giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica.đuôi vành góp

có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp được

dễ dàng

d.các bộ phận khác.

-cánh quạt: dùng để quạt gió làm nguội máy.máy điện một chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió, cánh quạt lắp trên trục máy, khi khởi động quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào động cơ.gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt

và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy

-* 14

MRDINH@GMAIL.COM* trục máy : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi.trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt.

III.Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều.

Khi cho điện áp U vào hai chổi than A,B trong dây quấn phần ứng sinh ra dòng điện

I.các thanh dẫn ab,cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực từ

F-đt tác dụng làm cho rotor quay, khi phần ứng quay nửa vòng thì vị trí các thanh dẫn ab,cd đổi chỗ cho nhau do đó các phiến góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều tác động không đổi, khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động E, chiều quay xác định theo qui tắc bàn tay trái

Phương trình điện áp phần ứng :

U=E + R.I

IV.Phân loại động cơ điện một chiều.

Động cơ điện một chiều phân loại theo cách kích thích từ thành :

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

Động cơ điện một chiều kích từ song song

Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

IV.1- Kích từ độc lập:

khi nguồn một chiều có công suất ko đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạchkích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên :I = Iư

IV.2- Kích từ song song:

khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp ko đổi, mạch kích

từ được mắc song song với mạch phần ứng nên : I = Iu +It

IV.3- Kích từ nối tiếp:

cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diệnlớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có:I = Iư =It

MRDINH@GMAIL.COM*-để điều khiển loại động cơ này.

*Trên thực tế đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập và động cơđiện một chiều kích từ song song là giống nhau nên khi cần công suất lớn người tathường dùng động cơ điện một chiều kích từ độc lập để có thể điều chỉnh dòng điệnkích thích được thuận tiện, do đó mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng và kinh tế hơn mặc

dù nó đòi hỏi có dòng bên ngoài

***Như vậy ở động cơ điện một chiều ta xét về đông cơ điện một chiều kích từ độc lập và các phương pháp điều chỉnh tốc độ của nó.***

V Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

1.KHÁI QUÁT

Khi mà nguồn một chiều có công suất không quá lớn thì mạch phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều kích từ độc lập nhau nên gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Sơ đồ:

*Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Khi điều khiển tốc độ động cơ, đặc tính quan trọng nhất cần được xem xét là đặc tính cơ của động cơ Đặc tính cơ là mối quan hệ giữa tốc độ và mômen của động cơ,

ở một điều kiện làm việc đã xác định trước (điện áp, điện trở mạch phần ứng, và từ thông kích từ cho trước)

Ukt

EI

RfU

f u

K

R R K

U K

I R R U

R R K

U u u f

) (

Mômen phụ thuộc vào từ thông và dòng phần ứng

Từ phơng trình (1) suy ra : để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể dùng phơng pháp thay đổi điện áp phần ứng U ,từ thông  tức là thay đổi dòng kích từ Ikt và thay đổi

điện trở phần ứng R ,Rf

M =K. I do đó muốn đảo chiều động cơ tức là đảo chiều mômen M ta có thể dùng phơng pháp đảo chiều từ thông (tức là đảo chiều dòng kích từ Ikt ) hoặc là

đảo chiều dòng điện phần ứng I

2.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ

-* 17

Từ phương trỡnh đặc tớnh cơ trờn, cú thể thấy cú 3 đại lượng cú thể được thay đổi

để điều chỉnh tốc độ động cơ, ứng với một giỏ trị mụmen tải đó cho, đú là cỏc đại lượng: Uư - điện ỏp đặt vào phần ứng, Rư - điện trở mạch phần ứng, và Φ - từ thụng của động cơ Từ đú dẫn đến 3 phương phỏp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều, xột một cỏch tổng quỏt

2.1 Phơng pháp thay đổi từ thông  ,thay đổi dòng kích từ I kt

a.Nguyờn lý và phương phỏp điều chỉnh

thụng, nhưng cỏc động cơ lớn hơn sử dụng dõy quấn kớch từ cú thể thực hiện điều này

Muốn thay đổi từ thụng đụng cơ, ta tiến hành thay đổi dũng điện kớch từ của động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kớch từ ( hỡnh 1.7)

Rừ ràng, phương phỏp này chỉ cho phộp tăng điện trở vào mạch kớch từ, nghĩa là chỉ

cú thể giảm dũng điện kớch từ (Ikt < Iktđm) do đú chỉ cú thể thay đổi về phớa giảm từ thụng.khi giảm từ thụng , đặc tớnh cơ dốc hơn và cú tốc độ khụng tải lớn hơn.họ đặc tớnh cơ khi giảm từ thụng như hỡnh bờn dưới

-* 18

+Tuy nhiên nhược điểm của phương pháo này là :

-độ cứng đặc tính cơ giảm khi giảm từ thông

-chỉ có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh : D ~ 3 : 1

-chỉ thay đổi được tốc độ về phía tăng theo phương pháp này

- do độ dốc đặc tính cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các đặc tính sẽ cắt nhau và

do vậy, với tải không lớn (M1) thì tốc độ tăng khi từ thông giảm, còn ở vùng tải lớn (M2) tốc độ có thể tăng hoặc giảm tùy theo tải.thực tế phương pháp này chỉ sử dụng

ở vùng tải không quá lớn so với định mức

2.2 Phương pháp thay đổi điện trở phần ứng R ư ,R f

a.Nguyên lý và phương pháp điều chỉnh tốc độ

Điện trở phần ứng chỉ có thể được tăng lên từ giá trị điện trở phần ứng tự nhiên (thêmđiện trở vào mạch phần ứng) Khi thực hiện điều này, chỉ có độ lớn của độ dốc của đặc tính cơ là bị ảnh hưởng (tăng lên), do đó các đặc tính cơ sẽ có cùng giá trị ωo : Tốc độ đồng bộ0

nhưng với độ dốc tăng dần khi điện trở phần ứng được tăng lên Họ đặc tính cơ được thể hiện trong hình 1.8

HÌNH 1.8 a Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ ĐMđl bằng cách thay đổi Rưf.

b.đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ ĐMđl bằng cách thay đổi Rưf

b.Nhận xét và ứng dụng trong thực tế.

-điện trở mạch phần ứng càng tăng, độ dốc dặc tính cơ càng lớn,đặc tính cơ càng mềm và độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn

-* 19

MRDINH@GMAIL.COM* phương pháp này chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm (do chỉ có thể tăng thêmR).

-vì điều chỉnh tốc độ nhờ thêm điện trở vào mạch phần ứng nên tổn hao công suất dưới dạng nhiệt trên điện trở khi điều chỉnh khá lớn

-dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số momen tải.tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh D càngnhỏ Nói chung, phương pháp này cho D ~ 5 : 1

-về nguyên tắc, phương pháp này cho điều chỉnh trơn nhờ thay đổi đều điện trở nhưng vì dòng điện rotor lớn nên việc chuyển đổi điện trở sẽ khó khăn.thực tế thường

sử dụng chuyển đổi theo từng cấp điện trở

2.3 Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ ĐM đl bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.

a.Nguyên lý và phương pháp điều khiển.

Khi thay đổi điện áp phần ứng, chúng ta chỉ thay đổi giá trị ωo : Tốc độ đồng bộ0 chứ không thay đổi

độ dốc của đặc tính cơ, do đó các đặc tính cơ ứng với các điện áp phần ứng khác nhau sẽ là những đường thẳng song song nhau Thông thường, điện áp làm việc của động cơ được thay đổi giảm dần từ điện áp định mức (vì lý do an toàn), do đó các đặctính cơ sẽ thấp dần kể từ đặc tính cơ tự nhiên (nếu giữ từ thông định mức và điện trở phần ứng tự nhiên khi thay đổi điện áp phần ứng) Họ đặc tính cơ có thể thấy được trên hình 1.9

HÌNH 1.9 a.Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ ĐMđl bằng cách thay đổi Uư

b.đặc tính điều chỉnh tốc độ động cơ ĐMđl bằng cách thay đổi Uư

b.Nhận xét và ứng dụng trong thực tế.

-* 20

MRDINH@GMAIL.COM*-điều chỉnh tốc độ động cơ ĐMđl bằng cách thay đổi điện áp phần ứng có các đặc điểmsau :

-điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ đông cơ càng nhỏ

-điều chỉnh trơn trong toàn bộ giải điều chỉnh

-độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh

-độ sụt tốc độ tuyệt đối trên dải điều chỉnh ứng với một momen là như nhau.độ sụt tốc độ tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh.do vậy, sai sốtốc độ tương đối (sao số tĩnh) của đặc tính cơ thấp nhất không được vượt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh

-dải điều chỉnh của phương pháp này có thể là : D ~ 10 : 1

-chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm

-phương pháp điều chỉnh tốc độ này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp ra

-Thông thường, các động cơ có thể được chọn từ công suất và tốc độ làm việc tối đa

đối với một ứng dụng nào đó Do đó, phương pháp điều khiển tốc độ được ưa thíchtrong trường hợp này sẽ là điều chỉnh điện áp phần ứng Nhờ sự phát triển của côngnghệ chế tạo linh kiện bán dẫn, ngày nay người ta có thể chọn lựa một trong nhiềuphương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng

Dưới đây là một số phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng phổ biến

2.3.1 Hệ máy phát-động cơ một chiều ( F – Đ ):

Trước khi các bộ biến đổi điện tử công suất xuất hiện, người ta sử dụng bộbiến đổi điện cơ để thực hiện điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ một chiều.Động cơ một chiều cần được điều chỉnh điện áp phần ứng sẽ được cấp nguồn từmột máy phát một chiều có cùng công suất định mức Máy phát này được kéo bởimột động cơ sơ cấp cũng có cùng cỡ công suất như máy phát và động cơ mộtchiều Điện áp phát ra từ máy phát được điều chỉnh bằng cách thay đổi dòng điệnkích từ của máy phát (dòng điện kích từ của máy phát là rất nhỏ so với dòng điệnphần ứng của máy phát) Máy phát một chiều ở đây đóng vai trò một bộ khuếchđại công suất điện cơ Nhược điểm của hệ thống kiểu máy phát-động cơ: cồngkềnh, đắt tiền (vì phải dùng 3 máy điện cùng cỡ công suất), không thích hợp vớicác hệ thống công suất nhỏ.sơ đồ nguyên lý như hình dưới đây

-* 21

HÌNH 2.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐMđl dùng máy phát động cơ.

-Đặc điểm của hệ F- Đ là điều chỉnh tốc độ rất linh hoạt, động cơ có thể tự độngchuyển đổi qua các chế độ làm việc khi thay đổi tốc độ hoặc đảo chiều tốc độ

Khi điều chỉnh EF thì sẽ thay đổi được tốc độ động cơ ωo : Tốc độ đồng bộ < ωo : Tốc độ đồng bộcb; khi đảo chiều iktF

thì đảo chiều được EF và như vậy đảo chiều được ωo : Tốc độ đồng bộ

Nếu kết hợp điều chỉnh và đảo chiều từ thông của động cơ thì sẽ điều chỉnh vàđảo chiều được tốc độ của động cơ ωo : Tốc độ đồng bộ > ωo : Tốc độ đồng bộcb

Như vậy, kết hợp điều chỉnh iktF và iktĐ thì sẽ điều chỉnh được tốc độ động cơ ωo : Tốc độ đồng bộ <

ωo : Tốc độ đồng bộcb và ωo : Tốc độ đồng bộ > ωo : Tốc độ đồng bộcb (cả hai vùng tốc độ)

2.3.2 Hệ chỉnh lưu - động cơ điện một chiều (hệ T – Đ):

Động cơ một chiều được cung cấp từ lưới điện thông qua một bộ chỉnh lưu cóđiều khiển Bộ chỉnh lưu thường là 1 pha cho công suất nhỏ, và 3 pha cho côngsuất lớn Với bộ chỉnh lưu 1 pha, các dạng chỉnh lưu bán sóng và toàn sóng có thểđược sử dụng Cũng có thể sử dụng các bộ chỉnh lưu 1 pha bán điều khiển ở đây.Với bộ chỉnh lưu 3 pha, có thể chọn lựa giữa các cấu hình tia và các cấu hình cầu.Khi kết hợp với cách

bố trí các dây quấn thứ cấp của máy biến áp một cách thích hợp, các bộ chỉnh lưu

3 pha có thể gia tăng số xung áp ở ngõ ra, tính trong một chu kỳ điện áp nguồn.Các bộ chỉnh lưu vừa nêu đều có điện áp ngõ ra bao gồm nhiều xung áp, với giátrị trung bình thay đổi theo góc mở của van Lợi dụng quántính cơ đủ lớn của hệ

-* 22

MRDINH@GMAIL.COM*-truyền động, cùng với điện cảm của mạch phần ứng, có thể xem là tốc độ củađộng cơ chỉ bị ảnh hưởng bởi giá trị trung bình của điện áp ngõ ra Một nhượcđiểm cần đề cập là các bộ chỉnh lưu loại này tạo ra sự méo dạng rất lớn đối vớidòng điện ngõ vào, đặc biệt với các hệ thống công suất lớn Các linh kiện đượcdùng trong các bộ chỉnh lưu loại này bao gồm đèn điện tử, thyristor nói chung,transistor nói chung Các bộ chỉnh lưu kiểu này còn được gọi là các bộ điều chỉnhpha, từ thực tế là các van được đóng ở góc pha của điện áp nguồn nào đó tùy theogiá trị điện áp trung bình được yêu cầu.

+HỆ T –Đ KHÔNG ĐẢO CHIỀU.

+HỆ T – Đ CÓ ĐẢO CHIỀU QUAY.

Muốn đảo chiều tốc độ động cơ thì ta phải dùng hai bộ chỉnh lưu đấu song songngược nhau (chỉnh lưu kép)

-* 23

MRDINH@GMAIL.COM*-HÌNH 2.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ ĐMđl dùng van – động cơ

Nguyên tắc điều khiển hai bộ chỉnh lưu là :khi cho bộ CL1 làm việc ở chế độchỉnh lưu thì CL2 sẽ chuẩn bị làm việc ở chế độ nghịch lưu.dòng chỉnh lưu chạytheo chiều dương, động cơ quay thuận và ngược lại sẽ làm cho động cơ quayngược

2.3.3 Hệ băm điện áp – động cơ một chiều ( hệ ĐAX - ĐM)

Đây là một cơ đồ đơn giản của hệ ĐAX-ĐM dùng khóa đóng cắt bàng

thyristor.trong đó, bộ nguồn một chiều là bộ chỉnh lưu cầu diode 3pha CL, tạo ra điên

áp Ud tương đối bằng phẳng, giúp cho việc duy trì chế độ dòng điện liên tục được dễ dàng.điều khiển thyristor T1 mở/khóa bằng xung mở của bộ điều khiển BĐK , ta sẽ được điện áp ra của bộ băm nối tiếp Ub đặt vào phần ứng của động cơ ĐM, tương ứng sẽ có tốc độ ωo : Tốc độ đồng bộ

-* 24

ĐIỆN ÁP PHẦN ỨNG làm phương pháp điều chỉnh tốc độ cho hệ truyền động, chọn

HỆ CHỈNH LƯU – ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU CL-ĐM đl (HỆ VAN – ĐỘNG

CƠ ) làm phương pháp điều chỉnh điện áp phần ứng của động cơ

CHƯƠNG II THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

Như vậy, để thiết kế được mạch động lực chúng ta sẽ phải biết nên dùng bộ biến đổi nào, động cơ gì, và khâu ổn định tốc độ ra sao Như ta đã biết ở trên,động cơ chấp hành được chọn là động cơ một chiều kích từ độc lập.Vì vậy, nhiệm vụ trong phần

trong phần thiết kế mạch động lực này là chúng ta sẽ đi chọn bộ biến đổi và chọn

khâu ổn định tốc độ và ổn định dòng điện dùng phản hồi âm tốc độ và phản hồi âm

dòng điện cùng với đó là quá trình chọn cơ cấu hãm cho động cơ chấp hành.

II CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI

1.Khái quát.

Ta thấy, ngành vật liệu mới không ngừng phát triển, đặc biệt là ngành vật liệu bán dẫn đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành.với mong muốn tạo ra được những linh kiện có khả năng làm việc với độ chính xác cao nhất, đem lại lợi ích kinh

tế nhất, trong hệ thống truyền động van động cơ bộ biến đổi là các van mạch chỉnh lưu có suất điện động Ed hoàn toàn phụ thuộc vào giá trị của pha xung điều khiển Hơn nữa, bộ chỉnh lưu có thể dùng làm nguồn điều chỉnh điện áp phần ứng hoặc dòng kích từ động cơ.xong tùy yêu cầu cụ thể của truyền động mà có thể dùng các cơ

đồ chỉnh lưu cho phù hợp.có thể phân biệt theo:

-Số pha :1 pha, 3 pha, 6 pha, 12 pha …

-Sơ đồ :hình tia, hình cầu …

-Số nhịp :số xung áp đập mạch trong thời gian một chu kỳ điện áp nguồn

-Khoảng điều chỉnh :là vị trí cảu đặc tính ngoài trên mặt phẳng tọa độ [ Ud ,Id ] -chế độ năng lượng :chỉnh lưu, nghịch lưu

-Tính chất dòng :liên tục, gián đoạn …

Dựa vào công suất cung cấp cho tải mà ta lựa chọn mạch chỉnh lưu là một pha hay ba pha Thông thường theo kinh nghiệm ta có :

-nếu công suất của mạch cung cấp lớn hơn 5 – 7 kw, ta sử dụng mạch chỉnh lưu ba pha

-nếu công suất của mạch cần cung cấp nhỏ hơn 5 – 7 kw, ta sử dụng mạch chỉnh lưumột pha

** Với công suất của động cơ là 1kw, ta sẽ sử dụng mạch chỉnh lưu một pha.**

Với sơ đồ này, sóng điện áp ra một chiều bị gián đoạn trong một nửa chu kỳ khi điện

áp anod của van bán dẫn âm, do đó khi sử dụng sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ chất lượng điện áp tải xấu

-ưu điểm :là loại chỉnh lưu có nguyên lý đơn giản nhất

-nhược điểm : chất lượng điện áp xấu

Hiệu ứng sử dụng máy biến áp thấp

1.2 Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính.

-* 27

MRDINH@GMAIL.COM*-Dạng dòng, áp trên tải và điện áp ngược trên van T1 trong trường hợp tải điện cảm lớn.

-Xét với tải RL, điện cảm lớn để lọc dòng và áp có chất lượng tốt

+biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, ở mỗi nửa chu lỳ

có một van dẫn cho dòng chậy qua

+khi θ =α cho phát xung mở T1, T1 dẫn do điện áp đầu anod dương và có xung mở khi θ =П , điện áp trên anod = 0 nhưng do có cuộn cảm L nên vẫn còn dòng điện Id nên T1 chưa khóa, T1 vẫn tiếp tục dẫn cho đến khi θ

= П + α, phát xung mở T2 thì T1 bị khóa và T2 dẫn.T1 khóa không phải do dòng đã về 0 mà do T2 dẫn.

T2 lại dẫn cho đến khi θ = 2П + α, T1 được phát xung mở, T1 dẫn và T2

bị khóa lại.

-* 28

MRDINH@GMAIL.COM*-Quá trình cứ như vậy chi đến khi điện áp tải đập mạch có tần số bằng 2 lần tần số điện áp xoay chiều.

Với α là góc điều khiển.

+ điện áp trung bình trên tải

-Điện áp chỉnh lưu không điều khiển khi tải là thuần trở

+điện áp ngược trên van là lớn

Unv  2 2 U2

Tải có điện cảm lớn nên dòng tải liên tục id=Id

Mỗi van dẫn thông một nửa chu kỳ

+dòng hiệu dụng qua van(dòng hiệu dụng qua mba)

2 2 0

Dòng qua van không quá lớn

Điều khiển van đơn giản

-nhược điểm :chế tạo MBA phải có hai cuộn giống nhau mỗi cuộn làm việc một nửa chu kỳ

Chế tạo MBA phức tạp

Hiệu suất sử dụng MBA xấu hơn

Điện áp ngược trên van là lớn

-* 29

MRDINH@GMAIL.COM*-1.3 Chỉnh lưu cầu một pha.

a,chỉnh lưu cầu không điều khiển.

Điện áp, và dòng điện tải có hình dạng giống như chỉnh lưu cả chu kỳ với BATT, do

đó thông số cũng giống như trường hợp trên

b,chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng.

-* 30

-Mạch có T1, T3 chung katot

T2, T4 chung anot

Nửa chu kỳ đầu U2>0, anot của T1 dương, katot của T2 âm Nếu có xung điều khiển

mở đồng thời các van T1 ,T2 thì cả hai van này được mở thông và đặt điện áp lưới lên tải Ud=U2 điện áp tải một chiều bằng điện áp xoay chiều cho đến khi nào T1,T2 còn dẫn.khoảng dẫn của các van phụ thuộc vào tải

Nửa chu kỳ sau, điện áp đổi dấu, anot của T3 dương và katot của T4 âm, nếu có xung điều khiển mở đồng thời T3 ,T4 thì các van này được mở thông và Ud=-U2 , với điện áp một chiều có cùng chiều với nửa chu kỳ trước

+giá trị trung bình của tải :

-* 31