BAO CAO TIM HIỂU DỘNG cơ KHONG DỒNG bộ le minh hằng

Lịch sử phát triển Động cơ điện như chúng ta biết về các sản phẩm dùng động cơ điện như: Máy bơm, máy công nghiệp, hay nhỏ nhất như đĩa quay trong lò vi sóng, ổ đĩa quay DVD, CD, máy kho

PHỤ LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

I LỊCH SỬ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN

1 Lịch sử phát triển

2 Các dấu ấn nổi bật của động cơ điện

II ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG XÓC

1 Nguyên lý và cấu tạo

2 Khả năng ứng dụng

3 Khả năng tiết kiệm năng lượng

KẾT LUẬN

I Lịch sử động cơ điện

1 Lịch sử phát triển

Động cơ điện như chúng ta biết về các sản phẩm dùng động

cơ điện như: Máy bơm, máy công nghiệp, hay nhỏ nhất như đĩa quay trong lò vi sóng, ổ đĩa quay DVD, CD, máy khoan,

Nhưng về lịch sử hình thành phát triển của động cơ điện thì lại ít ai biết đến, nó có một quá trình phát triển dài và để được như ngày nay nó đã có 1 bề dày lịch sử gắn liền với các tên tuổi lớn

- Ngày 21 tháng 4 năm 1820 trong một bài giảng, Hans Christian Ørsted (Nhà vật lí và hóa học Đan Mạch ) nhận thấy một kim la bàn lệch từ phía bắc từ khi một dòng điện từ pin được bật và tắt, xác nhận một mối liên hệ trực tiếp giữa điện và từ tính Giải thích ban đầu của ông là hiệu ứng từ tính tỏa ra từ tất cả các bên của một dây dẫn mang dòng điện, cũng như ánh sáng và nhiệt Ba tháng sau đó, ông bắt đầu cuộc nghiên cứu chuyên sâu hơn và ngay sau đó công bố phát kiến của mình, cho thấy một dòng điện tạo ra từ trường khi nó chạy qua một dây dẫn bất kì Phát kiến này không phải chỉ do có cơ hội, vì Ørsted đã tìm kiếm một mối liên hệ giữa điện và từ trong nhiều năm nay

- Vào năm 1821, ngay sau khi nhà hóa học, vật lý học

đã có những đóng góp không gì sánh nổi cho lĩnh vực điện từ học đang sinh sôi phát triển

Hình 1 Thí nghiệm điện trường xoay của

Faraday, ca 1821

- Năm 1822 , Peter Barlow nhà toán học và kỹ sư người Anh chứng minh được phiên bản sơ khai của động cơ điện thường được gọi là bánh xe Barlow

- Năm 1828: động cơ điện đầu tiên sử dụng nam châm điện cho cả rotor và stator được phát minh bởi Ányos Jedlink (nhà khoa học người Hungary), sau đó ông đã phát triển động cơ điện có công suất đủ để đẩy được một chiếc xe

Hình 2 Jedlik's 1827( động cơ điện đầu tiên của thế giới )

- Năm 1834 Người thợ rèn Mỹ Thomas Davenport chế tạo

ra một động cơ điện tạo ra đủ năng lượng để cấp nguồn cho một đầu máy xe điện mẫu nhỏ Sau đó ông sử dụng động cơ này cấp nguồn cho máy móc trong xưởng ông

Đó chính là động cơ chỉnh lưu

- Năm 1838 kỹ sư người Nga Moritz von Jacobi ở St.Petersburg đã chế tạo ra động cơ điện với công suất 220V được dùng cho thuyền Đó chính là con tàu đầu tiên được chạy bằng điện, sau đó được trình diễn cho Sa hoàng Nicolas I xem trên dòng sông Neva

- Năm 1866, nhà khoa học Đức Ernst Werner Von Siemens ( 1816 ~ 1892) đã chế tạo ra máy phát điện tự kích Đây là chiếc máy phát điện đầu tiên trên thế giới

2 Các dấu ấn nổi bật của động cơ điện

Năm Sự kiện nổi bật

1820 nhà hóa học Đan Mạch Hans Christian Ørsted phát hiện ra

hiện tượng điện từ

1821 Nguyên lý chuyển đổi từ năng lượng điện sang năng lượng

cơ bằng cảm ứng điện từ được nhà khoa học người Anh

là Michael Faraday Ông công bố kết quả thí nghiệm của ông về chuyển động quay điện từ, gồm chuyển động quay của dây dẫn trong từ trường và chuyển động của nam châm quanh 1 dây dẫn

1822 Peter Barlow phát triển ra bánh xe Barlow

1828 động cơ điện đầu tiên sử dụng nam châm điện cho

cả rotor và stator được phát minh bởi Ányos Jedlink (nhà khoa học người Hungary), sau đó ông đã phát triển động cơ điện có công suất đủ để đẩy được một chiếc xe

1834 Thomas Davenport chế tạo ra động cơ chỉnh lưu

1838 động cơ điện công suất 220 W được dùng cho thuyền chế

tạo bởi Kĩ sư và nhà vật lí người Nga Moritz von Jacobi

1859 Nhà vật lý người Pháp Gaston Plante chế tạo ra pin sạc đầu

tiên từ hai tấm chì cuộn thành một hình trụ, nhúng trong acid sufuric loãng và sau đó tích điện

1866 Werner von Siemens sáng chế ra máy phát điện

1881 Đường xe điện công cộng đầu tiên, do Siemens H

alske xây dựng ở gần Berlin, khánh thành Bảy năm sau, xe

điện đầu tiên có mặt trình diễn ở Virginia

1882 Nhà máy thủy điện đầu tiên được thành lập ở Appleton,

Wisconsin

1886 Thợ điện người Mĩ William Stanley phát triển hệ thống điện

xoaychiều (AC) đầu tiên và giới thiệu máy biến áp

1888 Nikola Tesla chứng minh được một động cơ đi

ện xoay chiều (AC) thực tiễn ở Mĩ, sau này nó trở thành sản phẩm thương mại qua sự hợp tác của ông với Công ti điện Westinghouse

1890 Đường xe điện ngầm đầu tiên bắt đầu phục vụ ở London.

1903 Tuabin khí thành công đầu tiên được xây dựng

ở nước Pháp

2000 Nhà máy điện sóng thương mại đầu tiên, gọi tên là Land

Installed Marine Powered Energy Transformer (LIMPET), bắt đầu phát điện trên vùng đảo Islay, Scotland

II ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ ROTO LỒNG XÓC

1 Nguyên lý và cấu tạo

a Khái niệm

- Động cơ điện không đồng bộ là loại động cơ xoay chiều làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của roto n ( tốc độ quay của máy ) khác với tốc độ quay của từ trường n1

- Phân loại động cơ điện không đồng bộ

Có thể phân động cơ điện không đồng bộ thành hai nhóm chính (Parekh, 2003):

 Động cơ điện không đồng bộ một pha Chỉ có một cuộn dây stato, hoạt động bằng nguồn điện một pha, có một rôto lồng sóc và cần một thiết bị để khởi động động cơ Hiện nay, đây là loại động cơ phổ biến nhất sử dụng trong các thiết bị tại gia đình như quạt, máy giặt, máy sấy quần áo và có công suất trong khoảng 3 – 4 mã lực

 Động cơ điện không đồng bộ ba pha Từ trường quay do nguồn cung ba pha cân bằng sinh ra Những động cơ loại này có năng lực công suất cao hơn, có thể có rôto lồng sóc hoặc rôto dây quấn (khoảng 90% là có rôto lồng sóc), và tự khởi động Ước tính khoảng 70% động cơ trong công nghiệp thuộc loại này, chúng được sử dụng trong máy bơm, máy nén, băng tải, lưới điện công suất cao và máy mài Chúng thích hợp trong dải từ 1/3 tới hàng trăm mã lực

b Cấu tạo

Cơ cấu động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) tuỳ theo kiểu loại

vỏ bọc kín hoặc hở, là do hệ thống làm mát bằng cánh quạt thông gió đặt ở bên trong hay bên ngoài động cơ Nhìn chung ĐCKĐB có hai phần chính là phần tỉnh và phần quay

- Phần tĩnh hay còn gọi là stato gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn , vỏ máy

 Lõi thép: được ép trong vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn

từ Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh Mỗi lá thép kỹ thuật đều được phủ sơn cách điện để giảm hao tổn do dòng xoáy gây nên

 Dây quấn: Dây quấn stato làm bằng dây đồng hoặc dây nhôm (loại dây email) đặt trong các rãnh của lõi thép

 Vỏ máy: được làm bằng gang hoặc nhôm để cố định máy trên bệ và lõi thép Còn có nắp máy và bạc đạn…

Hình 3 Cấu tạo động cơ không đồng bộ

- Phần Quay hay còn gọi là rôto, gồm có lõi thép, dây quấn

và trục máy

 Lõi thép: lá thép được dùng như stato Lõi thép được ghép chặt với trục quay và đặt trên hai ổ đở của stato

 Dây quấn : Trên rôto có hai loại: rôto lồng sốc và rôto dây quấn

- Loại rôto dây quấn có dây quấn giống như stato, loại này có ưu điểm là môment quay lớn nhưng kết cấu phức tạp, giá thành tương đối cao

- Loại rôto lồng sóc: kết cấu của loại này rất khác với dây quấn của stato Nó được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh của rôto, tạo thành các thanh nhôm và được nối ngắn mạch ở hai đầu và

có đúc thêm các cánh quạt để làm mát bên trong khi rôto quay

 Trục: Làm bằng thép, dùng để đỡ lõi sắt roto

c Nguyên lý hoạt động

Muốn cho ĐC làm việc, stato của ĐC cần được cấp dòng điện xoay chiều Dòng điện qua dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ n= 60.f p ( vòng/ phút)

- trong đó: f- là tần số của nguồn điện p- là số đôi cực của dây quấn stato Trong quá trình quay từ trường này sẽ quét qua các thanh dẩn của rôto, làm xuất hiện sức điện động cảm ứng Vì dây quấn rôto là kín mạch nên sức điện động này tạo ra dòng điện trong các thanh dẩn của rôto Các thanh dẩn có dòng điện lại nằm trong từ trường, nên sẽ tương tác với nhau, tạo

ra lực điện từ đặc vào các thanh dẩn Tổng hợp các lực này

sẽ tạo ra môment quay đối với trục rôto, làm cho rôto quay theo chiều của từ trường Khi ĐC làm việc, tốc độ của rôto (n) luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường (n1) ( tứclà n<n1) Thực vậy, nếu n=n1 thì rôto sẽ quay đồng bộ với từ trường, giữa từ trường và thanh dẩn rôto không còn chuyển động tương đối Lúc đó sức điện động cảm ứng không hình thành, không có dòng điện trong các thanh dẩn do đó lực điện từ củng như môment quay điều bị triệt tiêu Kết quả là rôto quay chậm lại nên luôn nhỏ hơn n1, vì thế động cơ được gọi

là động cơ không đồng bộ

Độ sai lệch giữa tốc độ rôto và tốc độ từ trường được goi là

- Ngày nay quạt điện đã trở thành đồ dùng không thể thiếu trong mỗi gia đình Việt Quá trình phát triển công nghệ khéo theo sự hiện đại của chiếc quạt ngày nay, quạt điện không chỉ đem lại gió mát mà quạt điện ngày nay còn hướng tới sự tiện dụng cho người dùng

- Quạt điện ngoài chức năng quạt gió còn có những chức năng khác như hẹn giờ, tản gió theo hướng , chế độ gió

ưu tiên

a Cấu tạo của chiếc quạt điện

Về cơ bản cấu tạo của một chiếc quạt điện gồm các bộ phận sau : cánh quạt , lồng quạt, động cơ quạt, thân quạt , đề quạt

- Cánh quạt là bộ phận trực tiếp tạo ra gió Thông qua tác động quay của động cơ làm cánh quạt chuyển động, sự chuyển động này tạo nên sự chênh lệch áp suất giữa phía trước sau và từ đó tạo nên gió Ngày này có một số mẫu cánh quạt sau : loại 3 cánh hoặc 5 cánh, loại cánh mỏng hoặc cánh dày Yếu tố tạo ra hiệu quả của cánh đó là sức gió mạnh khi quạt chạy, thiết kế cánh quyết định điều này

- Lồng quạt : là bộ phân đơn giản nhất của quạt nhưng lại

có ý nghĩa rất quan trọng có tác dụng bảo vệ người sử dụng tránh khỏi nguy hiểm, tránh những va chạm giữa người sử dụng quạt với người sử dụng

- Động cơ quạt là loại động cơ không đồng bộ một pha roto lồng sóc Động cơ chính là con tim tạo nên sức gió cho cánh quạt Động cơ quạt gồm :

 Cuộn dây đồng quấn trên lõi sắt từ (stator) gồm nhiều tấm tôn silic mỏng ghép lại với nhau để tránh dòng điện Phu-cô

 Roto cũng được làm bằng nhiều lá thép mỏng ghép lại và có phần nhôm đúc nối với cốt thép để gắn cánh quạt và phần đuôi nhằm tạo chuyển động cho

bộ chuyển hướng

Tụ điện để tạo ra dòng điện lệch pha

 Vỏ nhôm để ghép giữa rotor và stator

 Bạc thau có ổ giữ dầu bôi trơn để giảm lực ma sát

- Thân quạt là phần đỡ động cơ và cánh quạt giúp cho quạt đứng đúng vị trí hoạt động Thân quạt thường được thiết

kế động có thể tháo lắp hoặc tháo ra khi cần thiết

chiều AC chủ yếu tạo 1 chiều quay cho cánh quạt) Vì hai lực hút lệch nhau về thời gian và phương nên sẽ tạo

ra trong lòng stator một từ trường quay làm cho rotor quay được

- Để thay đổi tốc độ của quạt người ta quấn trên đó một số vòng dây chung với cuộn chạy, khi dòng điện tăng lên hoặc giảm đi do thay đổi điện trở của cuộn dây sẽ tạo ra một từ trường mạnh hơn hay yếu hơn sẽ làm quạt chạy nhanh hơn hoặc chậm hơn

c Ưu nhược điểm của động cơ trong quạt điện dân dụng

 Vận hành dễ dàng, bảo quản

thuận tiện

 Được sản xuất với nhiều

cấp điện khác nhau ( từ 24V

đến 10kV ) nên thích nghi

được với nhiều loại quạt

 Hệ số công suất của quạt thấp gây ra tổn thất nhiều công suất phản kháng

 Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải

 Khó điều chỉnh được tốc độ

 Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn gấp 6-7 lần dòng định mức

 Momen mở máy nhỏ

d Thông tin cơ bản của các loại quạt

3 Tiết kiệm năng lượng của động cơ không đồng bộ roto lồng sóc Theo thống kê của hiệp hội năng lượng USA thì năng lượng tiêu hao vô ích và tổn thất điện xoay chiều vào khoảng 30-40%

và lượng điện tiêu thụ chiếm khoảng 60% tổng lượng điện năng toàn cầu Như vậy việc tiết kiệm năng lượng trong động cơ là rất cần thiết

3.1 Thay thế động cơ tiêu chuẩn bằng động cơ có hiệu suất cao

HEMs ( High Efficiency Motor )

a Ưu điểm

- Động cơ hiệu suất cao được thiết kế chuyên dụng để tăng hiểu suất

- Giá mua thông thường sẽ đắt hơn so với động cơ tiêu chuẩn song

sự chênh lệch giá sẽ được thu hồi trong thời gian ngắn vì giá chi phí trong tiền điện thấp hơn nhiều

3.2 Bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất

Nâng cao hệ số công suất là một biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng, phần lớn các thiết bị tiêu thụ điện năng đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q Động

cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60-65% tổng công suất phản kháng của mạng điện

Đặc tính của động cơ không đồng bộ có hệ số công suất nhỏ hơn 1 dẫn tới hiệu suất toàn phần thấp hơn và chi phí tổng vận hành cao hơn

Những tụ bù này sẽ hoạt động như là máy phát công suất phản kháng và nhờ vậy giảm được lượng công suất phản kháng và công suất toàn phần được tạo ra bởi phía cung cấp điện

3.3 Lắp biến tần VSD

Bộ điều khiển tốc độ vô cấp ( VSD ) hay còn gọi là bộ biến tần ( inverter ) có khả năng thay đổi tốc độ động cơ Các thiết bị này có sẵn dải từ vài kW đến 750kW Chúng được thiết kế để điều khiển động cơ không đồng bộ tiêu chuẩn và có thể dễ dàng lắp đặt cho các động cơ

Bộ biến tần làm việc theo phương pháp biển đổi tần số cùng với việc thay đổi điện áp nên luôn đảm bảo việc momen khởi động Đồng thời dòng điện đưa vào động cơ không tăng, do sự phối hợp giư tần số và điện áp để giữ cho từ thông đủ sinh ra momen Dòng khởi động lớn nhất của hệ truyền động biến tần chỉ bằng dòng điện định mức vì vậy không làm cho lưới điện bị sụt áp khi khởi động Đảm bảo các ứng dụng khác không bị ảnh hưởng

a Ưu điểm

- Tiết kiệm được điện năng cho việc sử dụng đúng và phù hợp với phụ tải

- Tăng an toàn và độ tin cậy cao

- Không cần thay thế động cơ mới do phụ tải tăng lên so với động

cơ cũ

- Có thể giảm công suất nguồn mà không cần trang bị máy phát điện

dự phòng

- Nhiều động cơ có thể kết cấu với một bộ biến tần

- Giảm được tiếng ồn , tăng tuổi thọ động cơ

- Tăng được tính linh hoạt và quy mô sản xuất

b Nhược điểm

- Vận hành phức tạp

- Tốc độ cực thấp có thể làm cho trục động cơ không quay tròn đều

c Phạm vị ứng dụng của bộ điều tốc VDS

- Trong quá trình sản xuất, phụ tải đầu vào luôn thay đổi

- Các thay đổi xảy ra trong quá trình xử lý

- Đầu ra cũng biến đổi

3.4 Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ

có công suất nhỏ phù hợp với phụ tải

Tiêu chí chọn công suất phù hợp với phụ tải

- Động cơ mà ta chọn phải thỏa mãn về lượng công suất phản kháng

và hệ số phụ tải đem lại hiệu suất cao , vốn đầu tư bé nhất

- Động cơ chọn phải có tốc độ đảm bảo yêu cầu phụ tải

- Dải điều chỉnh tốc độ của động cơ lớn

- Động cơ được chọn phải thỏa mãn điều kiện phát nóng cho phép

3.5 Tăng cường bảo tri động cơ

- Bảo trì kém có thể làm giảm hiệu suất của động cơ theo thời gian

và dẫn đến hoạt động của động cơ theo thời gian: bôi trơn không

- Định kỳ kiểm tra độ đồng trục của động cơ và phần được truyền động được lắp với động cơ Lệch trục sẽ nhanh chóng làm hỏng trục và ổ trục, làm hỏng động cơ và phần dẫn động

- Chắc chắn rằng dây dẫn và tủ điện có công suất và được lắp đặt thích hợp Thường xuyên kiểm tra các tiếp xúc trên động cơ và các thiết bị khởi động để đảm bảo các thiết bị sạch và chặt

- Đảm bảo thông gió thích hợp và giữ sạch đường làm mát để thoát nhiệt và giảm tổn thất Tuổi thọ cách nhiệt của động cơ cũng có thể kéo dài: cứ mỗi mức tăng 10o C vượt quá nhiệt độ vận hành cho phép của động cơ, thời gian tới khi động cơ phải quấn lại giảm đi một nửa