Tìm hiểu về điện từ, cơ khí, vật liệu và khả năng tính toán các thông số động cơ một chiều. Khảo sát được mối quan hệ giữa các thông số, các yếu tố của thông số điện ảnh hưởng đến đặc tính của động cơ. Tính toán, thiết kế động cơ dựa trên tiêu chuẩn.
THIẾT KẾ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Chương 1: Phần mở đầu 1.1 Giới thiệu chung động điện DC kích từ song song 1.2 Giới thiệu chung thiết kế động điện DC kích từ song song 1.3 Quy trình, tiêu chuẩn thiết kế động điện DC kích từ song song 1.4 Nhận xét, kết luận chương Chương 2: Tính tốn, thiết kế động điện chiều 27 kW, 115 V 2.1 Giới thiệu mục tiêu thiết kế 2.2 Xác định kích thước chủ yếu 2.3 Tính tốn dây quấn kích thước rãnh phần ứng 2.4 Khe hở khơng khí, cực từ gơng từ 2.5 Tính tốn mạch từ 2.6 Tính tốn dây quấn kích thích song song 2.8 Tính tốn cổ góp, chổi than tham số đối chiếu 2.9 Tính toán tổn hao hiệu suất 2.10 Xác định đặc tính làm việc 2.11 Tính tốn nhiệt 2.12 Tính tốn thơng gió 2.13 Nhận xét, kết luận chương Chương 3: Kết luận, kiến nghị hướng phát triển đề tài 3.1 Kết luận ✔ Thuật toán thiết kế động điện DC kích từ song song ✔ Bảng thông số thiết kế cho động điện DC kích từ song song ✔ Sử dụng phần mềm Ansys Maxwell để mơ q trình thiết kế, xuất kết phân tích đặc tính: dịng điện, tốc độ, hiệu suất, sức phản điện động, mô men động điện kích từ song song tương ứng với thơng số thiết kế giải tích 3.2 Kiến nghị 3.3 Hướng phát triển đề tài CHƯƠNG Phần mở đầu Giới thiệu chung động điện DC kích từ song song 1.1.1 Khái niệm Động điện chiều loại máy điện biến điện dòng điện chiều thành Ở động chiều từ trường từ trường không đổi Để tạo từ trường không đổi người ta dùng nam chân vĩnh cửu nam chân điện cung cấp dịng điện chiều Cơng suất lớn máy điện chiều khoảng – 10 MW Hiện tượng tia lửa cổ góp hạn chế tăng cơng suất máy điện chiều Cấp điện áp máy điện chiều thường 120V, 240V, 400V, 500V lớn 1000V Không thể tăng điện áp lên điện áp giới hạn phiến góp 35V Hình 1.1 Động điện chiều 1.1.2 Ưu nhược điểm ứng dụng động chiều 1.1.2.1 Ưu điểm động chiều Có thể dùng làm động điện hay làm máy phát điện điều kiện làm việc khác Ưu điểm lớn động điện chiều điều chỉnh tốc độ khả tải 1.1.2.2 Nhược điểm động điện chiều Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền hay hư hỏng trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa cẩn thận, thường xuyên Tia lửa điện phát sinh cổ góp chổi than cot hể gây nguy hiểm, điều kiện môi trường dễ cháy Giá thành đắt mà công suất không cao 1.1.3 Cấu tạo động điện chiều Cấu tạo động điện chiều gồm hai phần chính: Phần tĩnh (stato) Phần động (roto) 1.1.3.1 Phần tĩnh (stato) Hay gọi phần kích từ động cơ, phận sinh từ trường Gồm có mạch từ dây kích thích lồng ngồi mạch từ ( động kích từ nam châm điện), mạch từ làm sắt từ, dây quấn kích thích hay cịn gọi dây quấn kích từ dây điện từ Các cuộn dây từ nối tiếp với Hình 1.2 Phần tĩnh (stator) a Cực từ Cực từ phần sinh từ trường, gồm có lõi sắt cuộn dây: Lõi sắt làm từ thép kỹ thuật thép cacbon dày 0,5-1 mm ép lại với tán chặt thành khối cực từ, gắn vào vỏ máy bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bóc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với b Cực từ phụ Cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bulông c Gông từ Gông từ dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ vừa thường dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc Có động điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy d Các phận khác Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn an toàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy cịn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi Trong trường hợp nắp máy thường làm gang Cơ cấu chổi than: để đưa dịng điện từ phần quay ngồi Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt hộp chổi than nhờ lị xo tì chặy lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định lại Hình 1.3 Chổi than 1.1.3.2 Phần quay (rotor) Là phần sinh suất điện động Gồm có mạch từ làm vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật ) xếp lại với Trên mạch từ có rãnh để lồng dây quấn phần ứng (làm dây điện từ ) Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bôi dây nối vơi theo qui luật định Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây đầu dây bối dây nối với phiến đồng gọi phiến góp Các phiến góp ghép cách điện với cách điện với trục gọi cổ góp hay vành góp Tuỳ cổ góp cặp trổi than làm than graphit ghép sát vào thành cổ góp nhờ lị xo Hình 1.4 Phần quay (Rotor) a Lõi thép rotor Dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dịng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại dặt dây quấn vào Trong động trung bình trở lên người ta cịn dập lỗ thơng gió để ép lại thành lõi sắt tạo lỗ thơng gió dọc trục Trong động điện lớn lõi sắt thường chia thành đoạn nhỏ, đoạn có để khe hở gọi khe hở thơng gió Khi máy làm việc gió thổi qua khe hở làm nguội dây quấn lõi sắt b Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng phần phát sinh suất điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có cơng suất vài kw thường dùng dây có tiết diện trịn Trong máy điện vừa lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh quay bị văng lực li tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt đai chặt dây quấn Nêm có làm tre, gỗ hay bakelit c Cổ góp Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Gồm nhiều phiến đồng ghép cách điện với nhau, bề mặt cổ góp gia cơng với độ bóng thích hợp để đảm bảo tiếp xúc tốt giữ chổi than cổ góp khí quay Hình 1.5 Cổ góp 1.1.4 Nguyên lý làm việc động điện chiều Động điện phải có hai nguồn lượng Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ để sinh từ thơng kích từ Nguồn phần ứng đưa vào chổi than để đưa vào hai cổ góp phần ứng Khi cho điện áp chiều vào hai chổi điện dây quấn phần ứng có điện Các dẫn có dịng điện nằm từ trường chịu lực tác dụng làm roto quay Chiều lực xác định quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nử vịng, vị trí dẫn đổi chỗ cho Do có phiếu góp nhiều dòng điện giữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay đổi Khi quay dẫn cắt từ trường cảm ứng với suất điện động Eư chiều suất điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải, động chiếu suất điện động Eư ngược chiều dòng điện I nên Eư gọi sức phản điện động Phương trình cân điện áp: di U=E +I R +I u u u u dt (1.1) Hình 1.6 Nguyên lý làm việc động điện chiều 1.1.5 Phân loại động điện chiều Khi xem xét động điện chiều máy phát điện chiều người ta phân loại theo cách kích thích từ động Theo ứng với cách ta có loại động điện loại: Có loại động điện chiều thường sử dụng: 1.1.5.1 Động điện chiều kích từ độc lập Khi nguồn chiều có cơng suất khơng đủ lớn, mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập nên: I = IƯ (1.2) 1.1.5.2 Động điện chiều kích từ song song Khi nguồn chiều có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi, mạch kích từ mắc song song với mạch phần ứng nên: I=Ikt+Iư (1.3) Hình 1.7 Động điện chiều kích từ song song 1.1.5.3 Động điện chiều kích từ nối tiếp Cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, chế tạo dễ dàng nên ta có I=Ikt+Iư (1.4) Hình 1.8 Động điện chiều kích từ nối tiếp 1.1.5.4 Động điện chiều kích từ hỗn hợp I=Ikt+Iư (1.5)