Đồ án tốt nghiệp Chương I
Phạm Quốc Hưng – CĐTĐH-K48 5
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1
. Đặt vấn đề
Cùng với sự tiến bộ của văn minh nhân loại chúng ta có thể chứng kiến
sự phát triển rầm rộ kể cả về quy mơ lẫn trình độ của nền sản xuất hiện đại.
Trong sự phát triển đó, ta cũng có thể dễ dàng nhận ra và khẳng định rằng
điện năng và máy tiêu thụ điện năng đóng vai trò quan trọng khơng thể thiếu
được nếu khơng muốn nói là ch
ủ chốt. Nó ln đi trước một bước làm tiền đề,
nhưng cũng là mũi nhọn quyết định sự thành cơng của cả một hệ thống sản
xuất cơng nghiệp. Khơng một quốc gia nào, một nền sản xuất nào khơng sử
dụng điện và máy điện.
Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, truyền tải ,
c
ả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và cơng suất
lớn, dễ vận hành , máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử
dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên, động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị
trí nhất định như trong cơng nghiệp giao thơng vận tải, và nói chung ở các
thiết bị cần đ
iều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy
cán thép, máy cơng cụ lớn, đầu máy điện ). Mặc dù, so với động cơ khơng
đồng bộ để chế tạo động cơ điện một chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn, do
sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn
nhưng do những ưu điể
m của nó mà máy điện một chiều vẫn khơng thể thiếu
trong nền sản xuất hiện đại.
Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện
hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu điểm
lớn nhất của động cơ điện một chiều là điề
u chỉnh tốc độ và khả năng q tải.
Nếu như bản thân động cơ khơng đồng bộ khơng thể đáp ứng được hoặc nếu
đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần )
rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều khơng những có thể điều chỉnh rộng và
chính xác mà cấu trúc mạ
ch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại
Đồ án tốt nghiệp Chương I
Phạm Quốc Hưng – CĐTĐH-K48 6
đạt chất lượng cao.
Ngày nay, hiệu suất của động cơ điện một chiều cơng suất nhỏ khoảng
75% ÷ 85%, ở động cơ điện cơng suất trung bình và lớn khoảng 85% ÷ 94%.
Cơng suất lớn nhất của động cơ điện một chiều vào khoảng 100000kw điện áp
vào khoảng vài trăm cho đến 1000v. Hướng phát triển là cải tiến tính năng vật
liệu, nâng cao ch
ỉ tiêu kinh tế của động cơ và chế tạo những máy cơng suất
lớn hơn đó là cả một vấn đề rộng lớn và phức tạp.
1.2. 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.
Hình 1-1. Cấu tạo động cơ điện một chiều
1.2.1. Phần tĩnh hay stato
Là phần đứng n của máy (hình 1 – 1), 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 ngồi lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện
hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm 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 bulơng. Dây
Dây quấn phần ứng
Gơng từ
Lõi sắt
Cực từ phụ
Dây quấn cực từ phụ
Dây quấn cực từ chính
Cực từ chính
stato
Đồ án tốt nghiệp Chương I
Phạm Quốc Hưng – CĐTĐH-K48 7
quấn kích từ được quấn bằng dây đồng, và mỗi cuộn dây đều được bọc cách
điện kỹ thành một 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 như trên
(hình 1 - 2).
Hình 1-2. Cấu tạo cực từ chính
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 bulơng.
c) Gơng từ
Gơng 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
máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang
làm vỏ máy.
d) Các bộ phận khác
Bao gồm:
- Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngồi rơi vào làm hư hỏng
dây quấn và an tồn 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.
Dây quấn cực từ
chính
Lõi sắt cực từ
Vỏ máy
Bu lông
Đồ
-
than
góp.
chổi
khi đ
1.2.2
a) Lõ
phủ
xố
y
quấn
gió đ
đoạn
máy
vào
rơto
b)
D
án tốt nghiệ
- Cơ cấu
n bao gồm
. Hộp chổi
i than có th
điều chỉnh
2. Phần qu
Bao gồm
õi sắt phần
Dùng để
cách điệ
n
y gây nên.
n vào.
Trong n
h
để khi ép l
Trong n
h
n nhỏ, giữa
y làm việc g
Trong độ
trục. Tron
có thể tiết
Dây quấn ph
ệp
-
chổi than:
có chổi th
a
i than được
hể quay đư
h xong thì d
uay hay rơ
m những bộ
n ứng
dẫn từ, t
h
n mỏng ở h
Trên lá th
hững động
ại thành l
õ
hững động
a những đo
gió thổi qu
ộng cơ điệ
ng động cơ
t kiệm thép
hần ứng
để đưa dò
an đặt tron
c cố định t
ược để điề
dùng vít cố
ơto
phận chí
n
hường dùng
hai mặt rồi
hép có dập
cơ trung
b
õi sắt có thể
cơ điện lớ
oạn ấy có
ua các khe
ện một chi
điện lớn,
g
p kỹ thuật đ
òng điện từ
ng hộp chổ
trên giá ch
ều chỉnh v
ố định lại.
nh sau :
g những tấ
i ép chặt l
hình dạng
bình trở lên
ể tạo được
ớn hơn thì
để một kh
hở làm ng
ều nhỏ, l
õ
giữa trục v
điện và giả
ừ phần qua
i than nhờ
hổi than và
ị trí chổi t
ấm thép kỹ
lại để giảm
g rãnh để sa
n người ta c
những lỗ
ì lõi sắt thư
e hở gọi là
uội dây qu
õi sắt phần
và lõi sắt có
ảm nhẹ trọn
ay ra ngồi
một lò xo
à cách điện
than cho đ
ỹ thuật điệ
m tổn hao
au khi ép l
còn dập nh
thơng gió
ường chia
à khe hở th
uấn và lõi s
n ứng được
ó đặt giá rơ
ng lượng r
Chương
i. Cơ cấu c
tì chặt lê
n
n với giá. G
đúng chỗ. S
n dày 0,5m
do dòng đ
lại thì đặt d
hững lỗ thơ
dọc trục.
thành nh
ữ
hơng gió. K
sắt.
c ép trực t
ơto. Dùng
rơto.
g I
hổi
n cổ
Giá
Sau
mm
điện
dây
ơng
ững
Khi
tiếp
giá
Đồ án tốt nghiệp Chương I
Phạm Quốc Hưng – CĐTĐH-K48 9
Hình 1-3. Sơ đồ cách quấn dây
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 cơng suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện
tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây
quấn được cách điện cẩn thận với rãnh củ
a lõi thép.
Để tránh khi quay bị văng ra do lực li 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 một chiều. Cổ góp gồm
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. Hai đầu trục tròn dùng hai hình
ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica.
Đi 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 như trên (hình 1 – 4).
Hình 1- 4. Cấu tạo cổ góp
1.3. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Khi nguồn điện một chiều có cơng suất vơ cùng lớn và điện áp khơng
đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động
cơ được gọi là động cơ kích từ song song (hình 1- 5).
CỔ GÓP
Miếng đệm mica
Ê cu
Phiến đổi chiều
Mi ca
Ống lõi
PHIẾN ĐỔI CHIỀU
Đồ án tốt nghiệp Chương I
Phạm Quốc Hưng – CĐTĐH-K48 10
Khi nguồn điện một chiều có cơng suất khơng đủ lớn thì mạch điện
phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau
(hình 1- 6), lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập.
Phương trình đặc tính cơ
Theo sơ đồ (hình 1- 6), có thể viết phương trình cân bằng điện áp của
mạch phần ứ
ng như sau:
U
ư
= E
ư
+ (R
ư
+ R
f
).I
ư
(1-1)
Trong đó:
U
ư
: điện áp phần ứng (V),
E
ư
: sức điện động phần ứng (V),
R
ư
: điện trở của mạch phần ứng (Ω),
R
f
: điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω),
I
ư
: dòng điện mạch phần (A).
Với: R
ư
= r
ư
+ r
cf
+ r
b
+ r
ct
r
ư
: điện trở cuộn dây phần ứng,
r
cf
: điện trở cuộn cực từ phụ,
U
ư
C
KT
R
KT
E
I
I
KT
+
-
E
I
-
+
C
KT
R
KT
I
KT
U
ư
U
KT
+
-
Hình 1-5. Sơ đồ nối dây của động
cơ kích từ song song
Hình 1- 6. Sơ đồ nối dây của
động cơ kích từ độc lập
R
f
R
f
Đồ án tốt nghiệp Chương I
Phạm Quốc Hưng – CĐTĐH-K48 11
r
b
: điện trở cuộn bù,
r
ct
: điện trở tiếp xúc của chổi điện.
Sức điện động E
ư
của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
E
ư
=
ωΦ=ωΦ .K.
a 2
N.p
π
(1 - 2)
Trong đó: K =
a2
N.p
π
- hệ số cấu tạo của động cơ,
p – số đơi cực từ chính,
N – số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng,
a – số đơi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng,
Φ - từ thơng kích từ dưới một cực từ W
b
,
ω - tốc độ góc, rad/s .
Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/ phút) thì:
E
ư
= K
e
Φ. n (1 - 3)
ω =
60
n 2
π
Vì vậy E
ư
=
n
a
Np
.60
.
Φ
K
e
=
a.60
N.p
: Hệ số sức điện động của động cơ,
K
e
=
K105,0
55,9
K
≈
Từ cơng thức (1 - 1) và (1 - 2) ta có:
ω =
−
f−−
I.
K
RR
K
U
Φ
+
−
Φ
( 1 – 4 )
Đồ án tốt nghiệp Chương I
Phạm Quốc Hưng – CĐTĐH-K48 12
Biểu thức (1 - 4) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ. Mặt
khác, mơmen điện từ M
đt
của động cơ được xác định bởi:
M
đt
= KΦ . I
ư
( 1 – 5 )
Suy ra I
ư
=
ΦK
M
dt
Thay giá trị I
ư
vào (1-4) ta được:
ω =
()
dt
2
f−−
M
.K
RR
K
U
Φ
+
−
Φ
( 1 – 6 )
Nếu bỏ qua các tổn thất cơ và tổn thất thép thì mơmen cơ trên trục động
cơ bằng mơmen điện từ, ta ký hiệu là M, nghĩa là M
đt
= M
cơ
= M.
ω =
()
M
K
RR
K
U
2
f−−
Φ
+
−
Φ
( 1 – 7 )
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập.
Giả thiết phản ứng được bù đủ, từ thơng Φ = const, thì các phương trình
đặc tính cơ điện (1 - 4 ) và phương trình đặc tính cơ (1 - 7) là tuyến tính. Đồ
thị của chúng được biểu diễn trên (hình 1 - 7).
ω
ω
o
ω
ω
o
I
đm
I
nm
I
M
đm
M
nm
M
Hình 1- 7. Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ cơ của động
cơ điện một chiều kích từ độc lập.
Đồ án tốt nghiệp Chương I
Phạm Quốc Hưng – CĐTĐH-K48 13
Theo các đồ thị trên, khi I
ư
= 0 hoặc M = 0 ta có :
o
−
K
U
ω=
Φ
=ω
ω
o
được gọi là tốc độ khơng tải lý tưởng của động cơ. Còn khi ω = 0 ta có:
nm
f−
−
I
RR
U
I =
+
=
và M = KΦ . I
nm
= M
nm
I
nm
, M
nm
được gọi là dòng điện ngắn mạch và mơmen ngắn mạch,
Mặt khác, phương trình đặc tính (1 - 4) và (1 - 7) cũng có thể được viết
ở dạng:
ω =
ωΔ−ω=
Φ
−
Φ
o
−
K
I.R
K
U
,
ωΔ−ω=
Φ
−
Φ
=ω
o
−
K(
M.R
K
U
2
)
Trong đó R = R
ư
+ R
f
, ω
o
=
ΦK
U
−
Δω =
M.
)K(
R
I.
K
R
2
−
Φ
=
Φ
Δω được gọi là độ sụt tốc độ ứng với giá trị của M.
Đồ án tốt nghiệp Chương II
Phạm Quốc Hưng – CĐTĐH-K48 14
CHƯƠNG II
CÁC PHƯƠNG PHÁP
CƠ BẢN
ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
ĐIỆN MỘT CHIỀU
2.1. Khái niệm chung
Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu
việt hơn so với loại động cơ khác, khơng những nó có khả năng điều chỉnh tốc
độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch đi
ều khiển đơn giản hơn đồng thời lại
đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng.
Thực tế, có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ,
-
Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
Cấu trúc phần lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện
một chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này cấp cho mạch
phần ứng động cơ hoặc mạch kích từ động cơ. Cho đến nay, trong cơng
nghiệp sử dụng bốn biến đổi chính:
- Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một chiều
hoặc máy điện khuếch đại ( KĐM ).
- Bộ biến đổi điện từ: Khuyếch đại từ ( KĐT ),
- Bộ biến đổi chỉnh lưu bán dẫn: chỉnh lưu Thyristor ( CLT ),
- Bộ biến đổi xung áp một chiều: tiristo hoặ
c tranzito ( BBĐXA ).
Tương ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ truyền động
như:
- Hệ truyền động máy phát - động cơ ( F - D ),
- Hệ truyền động máy điện khuyếch đại - động cơ ( MĐKĐ - Đ ),
- Hệ truyền động khuyếch đại từ - động cơ ( KĐT - Đ ),
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét