Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Tải bản đầy đủ - 0trang

Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện tử









những lá thép kỹ thuật điện. Cực từ được gắn chặt vào vỏ nhờ các bulơng.

Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện.

Cực từ phụ: Cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi

chiều

Gông từ: Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.

Các bộ phận khác:

Nắp máy.

Cơ cấu chổi than.



1.2.1 Phần quay (rotor):

Gồm các bộ phận sau:

a. Lõi sắt phần ứng:



Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện

dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh

để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

b. Dây quấn phần ứng:



Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Thường làm

bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện

tròn, trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn

được cách điện với rãnh của lõi thép.

c. Cổ góp:



Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện

xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đi nhạn cách

điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. Đi

vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào

các phiến góp được dễ dàng.

d. Các bộ phận khác:

- 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 Cacbon tốt.

1.2.2 Phần quay (rotor):

Gồm các bộ phận sau:



GVHD: Th. Đỗ Công Thắng



Trang



Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện tử

a. Lõi sắt phần ứng:

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. thông thường dùng những lá thép kỹ thuật điện

dày 0,5 mm phủ cách điện ở hai đầu rồi ép chặt lại. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh

để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào



b. Dây quấn phần ứng:

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua. Thường làm

bằng dây đồng có bọc cách điện.Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện

tròn, trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn

được cách điện với rãnh của lõi thép.



c. Cổ góp:

Cổ góp hay còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều dùng để đổi chiều dòng điện

xoay chiều thành một chiều. cỏ góp gồm có nhiều phiến đồng hình đi nhạn cách

điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. Đi

vành góp có cao hơn lên một ít để để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào

các phiến góp được dễ dàng.

d. Các bộ phận khác:

- 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 Cacbon tốt.

1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:

b



A





t



+



n



I



a

I

c

F



®

t



d



B



-



Hình 1.3.1:Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều

Khi cho điện áp 1 chiều U đặt vào 2 chổi than A và B trong dây quấn phần ứng

có dòng điện Iư các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực điện

từ Fđt tác dụng làm cho rotor quay, chiều lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái.

GVHD: Th. Đỗ Công Thắng



Trang



Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện tử

Khi phần ứng quay được nửa vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau do có phiến

góp đổi chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng khơng đổi đảm bảo động cơ có

chiều quay khơng đổi. Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức

điện động Eư chiều của s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải.

Ở động cơ điện một chiều sức điện động E ư ngược chiều với dòng điện I ư nên Eư

còn gọi là sức phản điện động.

Phương trình cân bằng điện áp: U= Eư+Rư.Iư

Trong đó:



Rư: điện trở phần ứng

I ư: dòng điện phần ứng

E ư: sức điện động



Theo yêu cầu của đề bài ta xét hệ điều chỉnh tốc độ động cơ điên một chiều kích

rừ độc lập. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có dòng điện kích từ khơng phụ

thuộc vào dòng điện phần ứng nghĩa là từ thông của động cơ không phụ thuộc vào phụ

tải mà chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở mạch kích từ.

+



-







I



E

KT



IKT

+



UKT



-



Hình 1.3.2 : Sơ đồ nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc l

1.4 Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ độc lập

Đặc tính cơ là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen (M) của động cơ.

Ứng với chế độ định mức (điện áp, tần số, từ thông...) động cơ vận hành ở chế độ

định mức với đặc tính cơ tự nhiên (Mđm , wđm).

Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ là đặc tính khi ta thay đổi các thông số nguồn

hay nối thêm điện trở phụ, điện kháng vào động cơ.

Để đánh giá, so sánh các đặc tính cơ người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính

cơ β được tính như sau



∆β =



∆M

∆ω



GVHD: Th. Đỗ Công Thắng



Trang



Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện tử

β lớn (đặc tính cơ cứng) tốc độ thay đổi ít khi M thay đổi

β nhỏ (đặc tính cơ mềm) tốc độ giảm nhiều khi M tăng, đặc tính cơ tuyệt đối



cứng.

1.4.1 Phương trình đặc tính cơ.

Trường hợp Rf= 0:



Trong đó:

p.n

Ke = 60a



U= E + Iư.Rư



(1)



E= Ke. Φ .n



(2)



: hệ số sức điện động của động cơ



a: số mạch nhánh song song của cuộn dây

p.n

K= 2aπ : hệ số cấu tạo của động cơ



ω : tốc độ góc tính bằng rad/s

p: số đơi cực chính

N: số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng.



Thế (2) vào (1) ta có:



Hoặc:



Uu

R

− u Iu

ω = K .φ K .φ

Uu

R

− u Iu

n= K e .φ K e .φ



(3)



(4)



Phương trình (4) biểu diễn mối quan hệ n= f(I ư) gọi là phương trình đặc tính cơ

điện.

Mặt khác: M= M= K.Ф.Iư (5) :là mơmen điện từ của động cơ.

Uu

Ru



.M

K

.

φ

K

.

φ

.

K

e

e

Φ

Suy ra: n=

:là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện 1



chiều kích từ độc lập.

GVHD: Th. Đỗ Công Thắng



Trang



Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện tử

Uu

Ru



M

2

ω = K .φ ( K .φ )

= ω 0 − ∆ω



Hoặc:



trong đó: ω 0 : tốc độ khơng tải lý tưởng

∆ω : độ sụt tốc độ



1.4.2 Ảnh hưởng của các thông số tới tốc độ động cơ

U u Ru + R f



M

2

K

.

φ

(

K

.

φ

)

ω

Từ phương trình đặc tính cơ: =

ta nhận thấy muốn thay đổi

tốc độ ω ta có thể thay đổi φ , Rf , U.

a. Trường hợp Rf thay đổi (Uư= Uđm= const; Ф= Фđm= const):

2

∆M − ( Kφ dm )

β=

∆ω = Ru + R f giảm. Nếu Rf càng lớn thì tốc độ động

Độ cứng đặc tính cơ:



cơ càng giảm đồng thời dòng ngắn mạch và mơmen ngắn mạch cũng giảm. Cho nên

người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế dòng và điều chỉnh tốc độ động

cơ ở phía dưới tốc độ cơ bản.

b. Trường hợp thay đổi U< Uđm



Tốc độ không tải



ω0 =



U

Kφ giảm trong khi độ cứng đặc tính cơ



∆M − ( Kφ ) =

β=

Ru

∆ω =

const

2



Khi thay đổi điện áp ta thu được 1 họ các đường đặc tính song song. Phương

pháp này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng khởi động.

c. Ảnh hưởng của từ thơng:

d. Muốn thay đổi Φ ta thay đổi dòng kích từ I kt khi đó tốc độ khơng tải



∆M − ( Kφ )

β=

Ru

∆ω =

tăng. Độ cứng đặc tính cơ:



ω=



U dm





2



giảm.



GVHD: Th. Đỗ Công Thắng



Trang



Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện tử

1.5



Phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCĐ một chiều kích từ độc lập



1.5.1 Khái niệm chung

a. Định nghĩa:

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông

số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thơng… Từ

đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu.

Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:

Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp

từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản suất.

Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính phức tạp

của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh. Vì vậy, ta khảo sát sự điều chỉnh tốc

độ theo phương pháp thứ hai.

Ngoài ra cần phân biệt điều chỉnh tốc độ với sự tự động thay đổi tốc độ khi phụ

tải thay đổi của động cơ điện.

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn

so với các loại động cơ khác. Khơng những nó có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng

mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất

lượng điều chỉnh cao trong dãy điều chỉnh tốc độ rộng.

b. Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ:



Khi điều chỉnh tốc độ của hệ thống truyền động điện ta cần chú ý và căn cứ vào

các chỉ tiêu sau đây để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện:

-Hướng điều chỉnh tốc độ:



Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn hay bé

hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên đường đặc tính cơ tự

nhiên.

-Phạm vi điều chỉnh tốc độ (dãy điều chỉnh):



Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất n max và tốc độ bé nhất

nmin mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức: D = n max/nmin.



GVHD: Th. Đỗ Công Thắng



Trang



Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện tử

Trong đó:

 nmax: Được giới hạn bởi độ bền cơ học.

 nmin: Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường người



ta chọn nmin làm đơn vị.

Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ thuộc vào yêu cầu của từng hệ

thống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh.

-Độ cứng của đặc tính cơ khi điều chỉnh tốc độ:



Độ cứng: β = ∆M/∆n. Khi β càng lớn tức ∆M càng lớn và ∆n nhỏ nghĩa là độ ổn

định tốc độ càng lớn khi phụ tải thay đổi nhiều. Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốt

nhất là phương pháp mà giữ nguyên hoặc nâng cao độ cứng của đường đặc tính cơ.

Hay nói cách khác β càng lớn thì càng tốt.

-Độ bằng phẳng hay độ liên tục trong điều chỉnh tốc độ:



Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ. Độ liên tục khi điều chỉnh

tốc độ γ được đánh giá bằng tỉ số giữa hai cấp tốc độ kề nhau:

ni

γ = ni +1



Trong đó: ni: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ i.

ni + 1: Tốc độ điều chỉnh ở cấp thứ ( i + 1 ).

Với ni và ni + 1 đều lấy tại một giá trị moment nào đó.

γ tiến càng gần 1 càng tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ càng liên tục. Lúc này

hai cấp tốc độ bằng nhau, khơng có nhảy cấp hay còn gọi là điều chỉnh tốc độ vơ cấp.

γ ≠ 1 : Hệ thống điều chỉnh có cấp.

-Tổn thất năng lượng khi điều chỉnh tốc độ:



Hệ thống truyền động điện có chất lượng cao là một hệ thống có hiệu suất làm

việc của động cơ η là cao nhất khi tổn hao năng lượng ∆Pphụ ở mức thấp nhất.

-Tính kinh tế của hệ thống khi điều chỉnh tốc độ:



GVHD: Th. Đỗ Công Thắng



Trang



Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện tử

Hệ thống điều chỉnh tốc độ truyền động điện có tính kinh tế cao nhất là một hệ

thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống. Đồng thời hệ

thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết

bị phổ thông nhất và các thiết bị máy móc có thể lắp ráp lẫn cho nhau.



1.5.2Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng:

Đối với các máy điện một chiều, khi giữ từ thông không đổi và điều chỉnh điện

áp trên mạch phần ứng thì dòng điện, moment sẽ khơng thay đổi. Để tránh những biến

động lớn về gia tốc và lực động trong hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc

độ bằng cách thay đổi điện áp trên mạch phần ứng thường được áp dụng cho động cơ

một chiều kích từ độc lập.

Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng các bộ nguồn điều áp

như: máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi van hoặc khuếch đại từ… Các bộ biến

đổi trên dùng để biến dòng xoay chiều của lưới điện thành dòng một chiều và điều

chỉnh giá trị sức điện động của nó cho phù hợp theo yêu cầu.

n=



Ru + R f

U



M

KEΦ KE KM Φ2

Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một



chiều kích từ độc lập:

Ta có tốc độ khơng tải lý tưởng:

U đm

n0 = K E .Φ đm



Độ cứng của đường đặc tính cơ:

dM

KE KM Φ2

β =

=−

dn

Ru + R f



Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng của động cơ thì tốc độ không tải lý tưởng

sẽ thay đổi nhưng độ cứng của đường đặc tính cơ thì khơng thay đổi.

Như vậy: Khi ta thay đổi điện áp thì độ cứng của đường đặc tính cơ khơng thay

đổi. Họ đặc tính cơ là những đường thẳng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên:



GVHD: Th. Đỗ Cơng Thắng



Trang



Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện tử

n

t



n0

ncb

n1

n2

n3



TN ( Uđm )



Uđm > U1 > U2 > U3

ncb > n1 > n2 > n3



U1

U2

U3



M

MC

Hình 1.5.2.1: Họ đặc tính cơ khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ



1.5.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng:



Hình 1.5.3.1: Sơ đồ ngun lý điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng

Điều chỉnh từ thơng kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh moment

điện từ của động cơ M = KM Φ Iư và sức điện động quay của động cơ

Eư = KE Φ n. Thông thường, khi thay đổi từ thơng thì điện áp phần ứng được giữ

nguyên giá trị định mức.

Đối với các máy điện nhỏ và đôi khi cả các máy điện công suất trung bình, người

ta thường sử dụng các biến trở đặt trong mạch kích từ để thay đổi từ thơng do tổn hao

công suất nhỏ. Đối với các máy điện công

suất lớn thì dùng các bộ biến đổi đặc biệt

U

như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, bộ biến đổi van…

Thực chất của phương pháp này là giảm từ thông. Nếu tăng từ thơng thì dòng

điện kích từ Ikt sẽ tăng dần đến khi hư cuộn dây kích từ. Do đó, để điều chỉnh tốc độ

-



+



GVHD: Th. Đỗ Cơng Thắng







Trang



Ckt



Rkt

-



+



Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện tử



chỉ có thể giảm dòng kích từ tức là giảm nhỏ từ thơng so với định mức. Ta thấy lúc này

U

tốc độ tăng lên khi từ thông giảm: n = K E .Φ



KE KM Φ2

β =−

R

Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch M n = KM Φ In nên khi Φ



giảm sẽ làm cho Mn giảm theo.

Độ cứng của đường đặc tính cơ:

Khi Φ giảm thì độ cứng β cũng giảm, đặc tính cơ sẽ dốc hơn. Nên ta có họ

đường đặc tính cơ khi thay đổi từ thơng như sau:

n

đm > 1 > 2

ncb < n1 < n2



1

n1



2

đm



ncb



M



0 MC M2 M1 Mn

Hình 1.5.3.2: Họ đặc tính cơ khi thay đổi từ thơng



Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông có thể điều chỉnh

được tốc độ vơ cấp và cho ra những tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản.

Theo lý thuyết thì từ thơng có thể giảm gần bằng 0, nghĩa là tốc độ tăng đến vô

cùng. Nhưng trên thực tế động cơ chỉ làm việc với tốc độ lớn nhất:

nmax

3

nmax = 3.ncb tức phạm vi điều chỉnh: D = ncb = 1



Bởi vì ứng với mỗi động cơ ta có một tốc độ lớn nhất cho phép. Khi điều chỉnh

tốc độ tùy thuộc vào điều kiện cơ khí, điều kiện cổ góp động cơ khơng thể đổi chiều

dòng điện và chịu được hồ quang điện. Do đó, động cơ không được làm việc quá tốc

độ cho phép.

Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng có thể

điều chỉnh tốc độ vơ cấp và cho những tốc độ lớn hơn n cb. Phương pháp này được dùng

GVHD: Th. Đỗ Công Thắng



Trang



Trường ĐHSPKT Hưng Yên

Khoa Điện - Điện tử

để điều chỉnh tốc độ cho các máy mài vạn năng hoặc là máy bào giường. Do quá trình

điều chỉnh tốc độ được thực hiện trên mạch kích từ nên tổn thất năng lượng ít, mang

tính kinh tế.

1.5.4



Thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng:



Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng có

thể được dùng cho tất cả động cơ điện một chiều. Trong phương pháp này điện trở phụ

được mắc nối tiếp với mạch phần ứng của động cơ theo sơ đồ nguyên lý như sau:



Hình 1.5.4.1: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở

phụ trên mạch phần ứng.

n=



Ru + R f

U



M

KEΦ

KE KM Φ2

Ta có phương trình đặc tính cơ của động cơ



điện một chiều kích từ độc lập:

Khi thay đổi giá trị điện trở phụ R f ta nhận thấy tốc độ không tải lý tưởng: và độ

cứng của đường đặc tính cơ:

n0 =



U dm

K E Φ dm



= const



;



β =−



K E K M Φ 2 dm

Ru + R f



Sẽ thay đổi khi giá trị Rf thay đổi. Khi Rf càng lớn, β càng nhỏ nghĩa là đường

đặc tính cơ càng dốc. Ứng với giá trị R f = 0 ta có độ cứng của đường đặc tính cơ tự

nhiên được tính theo cơng thức sau:



U



GVHD: Th. Đỗ Công Thắng





Trang



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×