Tìm hiểu về động cơ điện một chiều

Chương I : Tìm hiểu về động cơ điện một chiều Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 1 Chương I : TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU § 1.1. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều . 1.1.1.Cấu tạo của động cơ điện một chiều . Kết cấu của động cơ điện một chiều có thể phân thành hai thành phần chính là: phần tĩnh và phần quay . 1.1.1.1.Phần tĩnh hay Stato (phần cảm) . Đây là thành phần đứng yên của động cơ.Phần tĩnh gồm các bộ phận chính sau : 1.1.1.1.1.Cực từ chính . 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 kích từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hoặc thép khối gia công thành dạng cực từ rồi cố định vào vở máy. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau . Nhiệm vụ chính của cực từ chính và dây quấn kích từ tạo ra từ thông chính trong máy . 1.1.1.1.2.Cực từ phụ . Cực từ phụ thường làm bằng thép khối đặt xen kẽ giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều (đặt trên đường trung tính hình học). Xung quanh cực từ phụ có dây quấn cực từ phụ . Dây quấn cực từ phụ được đấu nối tiếp với dây quấn phần ứng (dây quấn Roto) . Nhiệm vụ của cực từ phụ là để làm giảm sự xuất hiện tia lửa điện trên bề mặt chổi than và cổ góp . Chương I : Tìm hiểu về động cơ điện một chiều Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 2 1.1.1.1.3.Vỏ máy (gông từ) . Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏ máy bảo vệ các bộ phận bên trong vỏ máy. Vỏ máy điện một chiều được làm bằng thép dẫn từ . 1.1.1.1.4.Chổi than . Chổi than dùng để điện áp từ bên ngoài vào động cơ. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp . Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá.Chổi than thường đượclàm bằng bột đồng bột than và một số phụ gia chống mài mòn khác .Chổi than được đặt trên đường trung tính hình học . 1.1.1.2.Phần quay hay Roto (phần ứng) . 1.1.1.2.1.Lõi sắt phần ứng . Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ . Thường làm bằng lá thép kĩ thuật điện dầy 0.5(mm) phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên.Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào . 1.1.1.2.2.Dây quấn phần ứng . Dây quấn phần ứng là thành phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện .Dây quấn được bọc cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép . 1.1.1.2.3.Cổ góp . Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều .Cổ góp gồm nhiều phiến đồng ghép cách điện với nhau. Bề mặt cổ góp phải được gia công với độ nhẵn bang cao để đảm bảo tiêp xúc giũa chổi than và cổ góp . Cổ góp đặt đồng tâm với trục quay để hạn chế phát sinh tia lửa điện . 1.1.1.2.4.Các bộ phận khác . Chương I : Tìm hiểu về động cơ điện một chiều Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 3 - Cánh quạt : dùng để quạt gió làm nguội máy . - Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp cánh quạt và ổ bi.Trục máy thường làm bằng thép cácbon tốt . 1.1.2.Nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều . Động cơ điện một chiều hoạt đông dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm cho dây dẫn chuyển động ,chiều của từ lực được xác định bằng quy tắc bàn tay tráI . * Nguyên lý: Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây kích từ , sẽ tạo ra từ trường tác dụng một lực từ vào các dây dẫn của rôto khi có dòng chạy qua sẽ tạo mô men làm quay rôto . 1.1.3.Phân loại động cơ điện một chiều . Dựa vào cách nối dây quấn phần ứng với dây quấn kích từ động cơ điện một chiều được chia ra làm bốn loại sau : 1.1.3.1.Động cơ điện một chiều kích từ độc lập . Uđm = Eưđm + RưIưđm η P®m ®mU®m I−®m = I®m = Chương I : Tìm hiểu về động cơ điện một chiều Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 4 H×nh1.1: §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp Ikt Rkt Ck E− I®c -+ U + - U kt Trong đó :Uđm- điện áp định mức . Iđm- dòng điện định mức trong mạch chính . Iktđm- dòng điện kích từ định mức . Pđm- công suất cơ đầu cần trục cân bằng với tải . ηđm- hiệu suất định mức của động cơ . 1.1.3.2.Động cơ điện một chiều kích từ song song . Uđm = Eưđm + RưIưđm I−®m = I®m - Ikt = η P®m ®mU®m - Ikt Chương I : Tìm hiểu về động cơ điện một chiều Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 5 U Ikt RktCk + - I ®c E− H×nh1.2: §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ song song 1.1.3.3.Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp . H×nh1.3: §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ nèi tiÕp E− Ikt Ck Rkt U I®c + - Uđm = Eưđm+ RIưđm . Với : R= Rư + Rkt . I−®m = I®m = Ikt = η P®m ®mU®m 1.1.3.4.Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp . Động cơ điện kích từ hỗn hợp là động cơ điện vừa có kích từ song song vừa có kích nối tiếp trong đó kích từ song song đóng vai trò chủ yếu . § 1.2. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập . Chương I : Tìm hiểu về động cơ điện một chiều Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 6 1.2.1. Sơ đồ nguyên lý . H×nh1.4: §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu kÝch tõ ®éc lËp Ikt Rkt Ck E− I®c -+ U -+ U kt 1.2.2.Phương trình đặc tính cơ . Từ phương trình cân bằng áp: U = E + Iư R . Trong đó :U- điện áp đặt vào phần ứng động cơ . E- sức điện động sinh ra trong phần ứng động cơ . Iư- dòng điện phần ứng động cơ . R- điện trở mạch phần ứng gồm Rư và Rf . E = U - Iư R . Mặt khác ta có : E = Keφ ω . Ke- hệ số cấu tạo của động cơ và Ke = a PN .2π . P - là số đôi cực . N - là số thanh dẫn tác dụng trong mạch phần ứng . a - là hệ số thanh dẫn . φ - từ thông kích từ . ω - tốc độ quay của động cơ . Keφ ω = U - Iư R . Chương I : Tìm hiểu về động cơ điện một chiều Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 7 φφ − U R KeKe I−ω = Mà mô men động cơ là: M = MK φ Iư . I− = MφKM φφ − U R KeKMKe ω = M = 0 -ω ω ω với : ω0- gọi là tốc độ không tải lý tưởng . Δω - độ sụt tốc độ . 1.2.3.Đồ thị đặc tính cơ . ω 0ω ω 0 H×nh1.5: §Æc tÝnh c¬ cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu M § 1.3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều . Chương I : Tìm hiểu về động cơ điện một chiều Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 8 Từ phương trình đặc tính cơ : φφ − U R KeKMKe ω = M Ta có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều : 1.3.1.Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ . Trong thực tế người ta thường dùng phương pháp giảm điện áp phần ứng động cơ và giữ từ thông φ = φđ m = const , điện trở R = Rư . Khi giảm điện áp thì : =0ω ↓φKe U =Δω = constM2φ R− KeKM Do đó ta thu được họ các đường đặc tính cơ sau : H×nh1.6: Hä ®Æc tÝnh c¬ khi thay ®æi ®iÖn ¸p 0 M ω0 ω1 ω 2 U®m U1 U2 + Nhận xét : Khi ta giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ thì tốc độ không tải giảm xuống,còn độ xụt tốc độ không đổi. Điện áp phần ứng càng giảm ,tốc độ động cơ càng nhỏ. Do đó ta thu được họ các đường đặc tính cơ Chương I : Tìm hiểu về động cơ điện một chiều Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 9 song song với đường đặc tính cơ tự nhiên ,tức độ cứng đặc tính cơ không đổi. 1.3.2.Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi từ thông trong mạch kích từ động cơ . Muốn thay đổi từ thông động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng điện kích từ của động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp mạch kích từ . Trong thực tế người ta thường dùng phương pháp giảm từ thông φ và vẫn giữ điện áp U = Uưđm , điện trở R = Rư và cũng không được giảm từ thông φ gần về 0 . Khi từ thông φ giảm thì : ↑=0 φω UKe ↑↑=Δ 2φω R− KeKM M Do đó ta thu được họ các đường đặc tính cơ sau : H×nh1.7: Hä ®Æc tÝnh c¬ khi thay ®æi tõ th«ng m¹ch kÝch tõ ®éng c¬ M ω 2 1 ®m ω01 0 ω02 ω0 Chương I : Tìm hiểu về động cơ điện một chiều Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 10 + Nhận xét : Như vậy khi giảm từ thông thì tốc độ không tải tăng lên nhưng độ xụt tốc độ tăng gấp 2 lần. Do đó ta thu được họ các đường đặc tính cơ có độ dốc hơn và có tốc độ không tải lớn hơn. Vì vậy càng giảm từ thông thì tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn . Độ cứng đặc tính cơ giảm . Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ là (1 ÷ 10)% dòng định mức phần ứng . 1.3.3. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ . Trong thực tế người ta thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ : R = RƯ + Rf , và giữ điện áp U = Uđ m , từ thông φ = φđ m = const . Ta có : φω −= R− + Rf 2φKeKM MKe U Khi tăng điện trở phụ thì : ==0 φω U Ke const =Δω ↑2φ R− + Rf KeKM Ta được họ các đường đặc tính cơ như sau : Chương I : Tìm hiểu về động cơ điện một chiều Sinh viên : Vũ Quang Tiến - Lớp CĐTĐH3 - K47 11 M0 H×nh1.8: Hä ®Æc tÝnh c¬ ®éng c¬ khi thay ®æi ®iÖn trë phô m¹ch phÇn øng ®éng c¬. ω TN ω 0 R f1 R f2 + Nhận xét : Khi tăng điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ thì độ dốc đặc tính cơ càng lớn ,đặc tính cơ mềm và độ ổn định tốc độ càng kém sai số tốc độ càng lớn. Tốc độ không tải không đổi và = ω0, còn độ xụt tốc độ Δω tăng. Khi đó ta được họ các đường đặc tính cơ nhân tạo cùng đi qua điểm tốc độ không tải (0,ω0) và độ rốc tăng khi điện trở Rf càng lớn,tức là độ cứng của đặc tính cơ giảm . KẾT LUẬN : Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh được tốc độ động cơ điện một chiều nhưng chỉ có phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp Uư đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất và hay được sử dụng nhất vì nó thu được đặc tính cơ có độ cứng không đổi ,điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và không bị tổn hao .