Bài giảng thí nghiệm máy điện phần 2 trường đại học thái bình

BÀI 4: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ VS (VARIA LE SPEED) 4.1 MỤC ĐÍCH Khảo sát đặc tính khơng tải, có tải động VS 4.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG + Máy phát điện DC, động điện VS + Các đồng hồ: đo điện áp, đo dòng điện, đo tốc độ, chỉnh lưu thay đổi điện áp 4.3 NỘI DUNG 4.3.1 Tóm tắt lý thuyết - Động VS (Variable Speed) loại động pha cảm ứng thông thường liên kết với trục truyền động thông qua ly hợp điện từ Tùy thuộc giá trị dòng điện chiều cấp vào ly hợp, tốc độ quay trục truyền động thay đổi Phương pháp thay đổi tốc độ trục truyền động loại động phương pháp thay đổi độ trượt thơng qua ly hợp - Tóm tắt ngun tắc hoạt động, cấu tạo động VS Hình 4.1 Một dạng cấu tạo động VS 37 Máy phát tốc loại xoay chiều dùng động VS thường tạo điện áp hiệu dụng có giá trị 35V tần số 720Hz trục quay động sơ cấp đạt giá trị 1800 vòng/phút (tương ứng với số cực động sơ cấp 2p=4 cực vận hành nguồn điện pha có tần số 60Hz) Các thành phần động VS gồm: + Động không đồng pha thông thường (Động cảm ứng pha với Stator có đầu dây: Y/- 380/220V) + Máy phát tốc: thường dạng máy phát điện dạng xoay chiều hay máy phát điện chiều với kích từ độc lập thuộc dạng nam châm vĩnh cửu Máy phát tốc có đặc tính tốc độ quay theo điện áp (phát phần ứng máy phát) quan hệ tuyến tính Hình 4.2 Các thành phần động VS Trong đó: Housing: Vỏ bọc động Motor section: Thành phần động Drum Assembler: Bộ nối kết hình trống Rotor Assembly: Rotor kết nối Coupling Field Coil Assembly: Dây quấn kích thích kết nối Tachometer Generator: Máy phát tốc Controller: Bộ kiểm soát Output shaft: Trục (dùng kéo tải) + Bộ ly hợp điện từ dùng kết nối trục quay động không đồng với trục truyền động phương pháp cấp dịng chiều vào dây quân kích thích ly hợp 38 Thông thường không cấp nguồn vào dây quấn kích thích ly hợp động cảm ứng hoạt động, trục truyền động đứng yên không quay Khi cấp nguồn vào cuộn dây kích thích ly hợp, trục truyền động hoạt động tốc độ quay trục truyền động tùy thuộc vào dòng điện chiều cấp vào cuộn dây kích thích ly hợp Khi trục quay động khởi động ly hợp cấp lượng dòng chiều, ngẫu lực động sinh từ trường dịng xốy ly hợp truyền chuyển động quay từ trục quay động sang trục truyền động hệ thống Do nguyên tắc động VS (Variable Speed Motor) gọi ED motor (EDDY current motor) Sơ đồ hối mạch điện tử dùng ổn định tốc độ quay động thực theo sơ đồ khối hình 4.3 Hình 4.3 Sơ đồ khối mạch điện tử dùng để ổn định tốc độ quay động 4.3.2 Tiến hành thí nghiệm a Thí nghiệm khơng tải: xây dự g đặc tuyến tốc độ máy phát tốc 39 Trong trình thực lắp ráp mạch điện hình 4.4 để tiến hành đo tốc độ quay động điện áp phát máy phát tốc Hình 4.4 Sơ đồ kết nối thực đo đặc tuyến điện áp máy phát tốc theo tốc độ Trình tự thực đo đặc tuyến điện áp máy phát tốc theo tốc độ sau: ước 1: + Đầu tiên quay chạy biến trở (Speed Setting) điều khiển VS-2 vị trí thấp để điện áp ngõ Variac đạt giá trị 0V + Đóng CB để khởi động động pha (động sơ cấp), lúc trục truyền động động phải đứng yên ước 2: 40 + Quay chạy biến trở ((Speed Setting) điều khiển VS-2 để tăng dần điện áp chiều cấp vào dây kích thích ly hợp ED + Ghi nhận điện áp xoay chiều phát phần ứng máy phát tốc vào bảng + Dùng đồng hồ đo tốc độ, xác định tốc độ quay trục truyền động Bảng 6: UDC (V) n(v/p) Uph (V) F (Hz) 10 12 20 30 40 60 80 Trong đó: UDC- Điện áp chiều cấp vào dây quấn kích thích ly hợp ED Uph- Điện áp phát dây quấn phần ứng máy phát tốc f- Tần số nguồn áp sinh máy phát tốc n- Tốc độ quay trục truyền động ước 3: Báo cáo thí nghiệm khơng tải - Xây dự g đặc tuyến Uph = f(n) 41 - Xây dự g đặc tuyến Uph = f(UDC) - Xây dự g đặc tuyến f= f(n) Nhận xét: 42 b Thí nghiệm có tải: xây dự g đặc tuyến tốc độ máy phát tốc Trong trình thực lắp ráp mạch điện hình 4.5 để tiến hành đo tốc độ quay, dòng tải, momen động Hình 4.5: Sơ đồ kết nối thực đo đặc tuyến 43 Trình tự thực đo đặc tuyến điện áp máy phát tốc theo tốc độ sau: ước 1: + Đầu tiên quay chạy biến trở (Speed Setting) điều khiển VS-2 vị trí thấp để điện áp ngõ Variac đạt giá trị 0V + Đóng CB để khởi động động pha (động sơ cấp), lúc trục truyền động động phải đứng yên ước 2: + Quay chạy biến trở ((Speed Setting) điều khiển VS-2 MAX để tăng dần điện áp chiều cấp vào dây kích thích ly hợp ED 80 VDC + Chỉnh Variac để điện áp máy phát DC phát V2=100V giữ suốt q trình thí nghiệm + Lần lượt nhấn ON1, ON2, ON3, ON4, ON5 + Dùng đồng hồ đo tốc độ, xác định tốc độ quay trục truyền động + Bảng giá trị ghi nhận thực dựa theo mẫu đề nghị bảng sau đây: Bảng 7: Nút nhấn OFF ON1 n (v/p) I1 (A) V2 (V) I2 (A) M (Nm) P2 (W) ước 3: Báo cáo thí nghiệm có tải ON2 ON3 Vẽ đồ thị mô tả quan hệ cần xác định sau đây: - Đặc tuyến 1: I1 = f(P2) - Đặc tuyến 2: n = f( P2) - Đặc tuyến 3:  = f(P2) - Đặc tuyến 4: M = f( P2) 44 ON4 ON5 - Xây dự g đặc tuyến I1 = f(P2): - Xây dự g đặc tuyến n = f( P2): - Xây dự g đặc tuyến  = f(P2): 45 - Xây dự g đặc tuyến M = f( P2) Nhận xét: 46 + Tăng điện trở tải, ghi nhận giá trị vào bảng Bảng 9: Lần đo n (v/p) Iư (A) - Xây dự g đặc tuyến n=f(Iư): Nhận xét: 56 Độ g điện DC kích từ song song a Thí nghiệm khơng tải - Sơ đồ thí nghiệm: Hình 5.8 Thí nghiệm khơng tải động điện DC kích từ song song - Trình tự thí nghiệm: Nối dây sơ đồ hình 5.8 Tiến hành tương tự trường hợp động kích từ độc lập,ghi nhận kết vào bảng 10 Lần đo n (v/p) Ikt(A) 57 - Xây dự g đặc tuyến n = f(Ikt): Nhận xét: 58 b Thí nghiệm có tải - Sơ đồ thí nghiệm Hình 5.9 Thí nghiệm có tải động điện DC kích từ độc lập - Trình tự thí nghiệm: + Nối dây hình 5.9 + Chỉnh điện áp cấp cho động không + Chỉnh điện trở tải Min, chỉnh điện trở mở máy Max, chỉnh điện trở kích từ Min + Tăng điện áp cấp cho động đến động quay đạt 1200v/p, sau giảm điện trở mở máy Min + Điều chỉnh tốc độ động đạt 1200v/p cách điều chỉnh điện áp (giữ tốc độ động không đổi suốt q trình thí nghiệm) 59 + Tăng điện trở tải, ghi nhận giá trị vào bảng Bảng 9: Lần đo n (v/p) Iư (A) - Xây dự g đặc tuyến n=f(Iư): Nhận xét: 60 BÀI 6: THÍ NGHIỆM ĐỘNG CƠ ƯỚC (Stepper Motor) 6.1 MỤC ĐÍCH Khảo sát việc điều khiển động bước quay thuận (FOR) quay nghịch (REV) trường hợp Auto Handy 6.2 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG + Động bước + Các đồng hồ: đo điện áp, đo dòng điện, đo tần số + Bộ cung cấp nguồn 6.3 NỘI DUNG 6.3.1 Tóm tắt lý thuyết Động bước xem thiết bị điện dùng để biến đổi xung điện áp thành chuyển động học liên tục Các đặc tính trạng thái chuyển động quay động bước bao gồm điểm sau: - Trục động quay theo bước liên tục có xung điện điều khiển cung câp theo chuỗi thích hợp Trạng thái quay trục động quan hệ trực tiếp với chuỗi xung cung cấp - Tốc độ trục quay phụ thuộc trực tiếp giá trị tần số xung nhập điều khiển bề dài chuyển động quay phụ thuộc số xung điều khiển Các lợi điểm động bước q trình điều khiển tóm tắt sau: - Góc quay động tỉ lệ thuận với số xung điều khiển - Động đạt moment toàn phần (full torque) lúc đứng yên (khi dây quấn động cung cấp lượng) - Chuyển động có khả lập lại trạng thái cách ổn định tin cậy, điều khiển vị trí xác Với động bước có cấp xác cao có sai số từ 3% đến 5% bước sai số không gia tăng bước điều khiển - Các đáp ứng khởi động, dừng đảo chiều tối đa - Có độ tin cậy cao động khơng sử dụng chổi than: tuổi thọ động phụ thuộc vào tuổi thọ phần truyền động khí: bạc đạn 61 - Các động bước đáp ứng với tín hiệu điều khiển cung cấp từ điều khiển vịng hở, dễ dàng điều khiển động giá thành điều khiển thấp - Động có khả quay với tốc độ đồng có giá trị thấp mang tải trực tiếp trục - Động đạt phạm vi rộng giá trị tốc độ quay tỉ lệ với giá trị tần số xung điều khiển Tuy nhiên động có số nhược điểm sau: - Có thể xảy trạng thái cộng hưởng khơng điều khiển thích hợp - Không điều khiển dễ dàng để động hoạt động giá trị tốc độ cao Theo tài liệu kỹ thuật nay, có loại động bước - Động với rotor nam châm vĩnh cửu (PM stepper motor- Permanent Magnet stepper motor); xem hình 6.1 - Động bước từ dẫn thay đổi (VR stepper motor- Variable Reluctance stepper motor) - Động bước đa hợp (Hybrid stepper motor) a PM stepper motor b VR stepper motor c Hybrid stepper motor Hình 6.1 Cấu tạo dạng động bước Nguyên tắc chung động bước trình bày đơn giản sau: - Với nam châm vĩnh cửu, đường sức từ trường (từ phổ) nam châm tạo tạo thành hệ thống đường sức kín có hướng từ cực bắc vào cực nam 62 - Tính chất lưỡng cực nam châm vĩnh cửu cảm ứng từ trường tạo dòng điện qua cuộn dây quấn Cực tính từ trường tạo dòng điện (khi qua dây quấn) phụ thuộc vào hướng dịng điện vào dây quấn Tính chất cực từ thay đổi đổi hướng dòng điện qua cuộn dây dẫn - Khi bố trí nam châm vĩnh cửu quay tự phần ứng máy điện, phần ứng đặt từ trường tạo phần dây quấn phần cảm Stator hình 6.2 Hình 6.2 Lực tương tác tạo thành momen quay kéo phần ứng vị trí cân (tại vị trí trục từ trường phần cảm trục từ trường phần ứng thẳng hàng Do tính chất cực từ hình thành phần ứng phần cảm động cơ, lực tương tác cực từ có khuynh hướng kéo phần ứng (rotor) quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ (CW- Counter- clock Wise) Muốn xác định momen quay, phân tích lực tương tác F thành thành phần Fn có phương thẳng góc với trục rotor, suy ra: M=2R.Fn Khi rotor quay đến vị trí cân bằng, giá trị momen quay triệt tiêu, khơng cung cấp dịng điện vào dây quấn phần cảm, rotor đứng yên Tuy nhiên, thời điểm cung cấp dòng điện vào cặp cực từ tương thích vị trí lân cận, momen quay hình thành có khuynh hướng tác động kéo rotor sang cân vị trí Trạng thái rotor di chuyển từ vị trí cân sang vị trí cân gọi quay bước 63 Nếu stator bố trí nhiều cặp cực từ tác động cấp xung điện áp (để tạo thành dòng điện vào dây quấn) theo chu kỳ, rotor thực di chuyển (quay) bước Nói cách khác, trạng thái cấp xung quanh điện áp vào dây (bố trí cặp cực từ liên tiếp stator) hình thành từ trường quay có khuynh hướng làm rotor (nam châm vĩnh cửu) quay bước theo nhịp cấp xung vào dây quấn Với phân tích trên, xem động bước hoạt động tương tự động đồng bộ, với từ trường quay tạo hệ thống xung điện áp cấp vào dây quấn cặp cực bố trí liên tiếp lân cận Stator 6.3.2 Phạm vi sử dụng Động bước sử dụng rộng rãi lĩnh vực như: Ngành điện tử viễn thông, giao thông vận tải, công nghiệp đồ dùng sinh hoạt gia đình - Điện tử viễn thơng: thường dùng thiết bị lưu trữ (HDD, floppy disk, printer) - Giao thông vận tải: thường sử dụng máy lái tự động, máy định vị - Công nghiệp: thường sử dụng máy CNC, người máy, 6.3.3 Quan hệ tần số xung cấp vào dây quấn Stator tốc độ quay Gọi: f- Tần số nguồn điện cung cấp vào pha dây quấn n- Tốc độ quay động Giá trị n số vịng quay thực vị thời gian (1s) Nếu với bước ta tác động xung, suy ra: - Thời gian thực bước=chu kỳ/m=1/s.m (s) - Tổng thời gian thực vòng quay = Thời gian thực bước x Rs Tổng thời gian thực vòng quay = Tổng thời gian thực vòng quay = (s) Số vòng quay 1s=f/ZR (s) 64 (s) Gọi n số vịng quay phút, ta có: Tóm lại: n= Trong đó: n (v/p), f (Hz), ZR khơng đơn vị 6.3.4 Tiến hành thí nghiệm 6.3.4.1 Chế độ Handy a Sơ đồ thí nghiệm Hình 6.3 Sơ đồ điều khiển động bước b Trình tự thí nghiệm + Sinh viên lắp mạch hình 6.3 + Tính độ/1 bước Từ suy động quay góc 900 bước c Lập bảng trạ g hái độ g quay huận (FOR) quay nghịch (REV) Bảng trạng thái tín hiệu xung điều khiển cấp vào ngõ A, B, C D 65 Nhận xét: d Vẽ giả đồ xu g điều khiển cấp vào ngõ A, B, C D 66 e Lập bảng điều khiển S độ g quay huận (FOR) Bước S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 f Vẽ giả đồ điều khiển S độ g quay huận (FOR) 67 g Lập bảng điều khiển S độ g quay nghịch (REV) Bước S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 h Vẽ giả đồ điều khiển S độ g quay nghịch (REV) 68 Nhận xét: 6.3.4.2 Chế độ tự động Sinh viên kiểm tra lại chế độ Handy cho nhận xét Nhận xét: 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1 Trần Thế San, Nguyễn Trọng Thắng, Máy điện mạch điều khiển, NXB KHKT, 2000 [2 Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Máy điện 1,2, NXB Hà Nội, 2000 [3 Nguyễn Trọng Thắng, Nguyễn Thế Kiệt, Công nghệ chế tạo tính tốn sửa chữa máy điện, NXB KHKT, 2000 [4] Eugenec Lister, Electric Circuits and machines, Mc.Graw Hill, 1992 70