Cho cấu trúc hệ thống điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp như hình 1. Và mạch động cơ điện một chiều như hình 2. Trong đó: R là tín hiệu đặt tốc độ;
I.Động cơ điện một chiều
1 Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều
Trong sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn giữ vai trò quan trọng mặc dù có nhiều máy móc sử dụng điện xoay chiều Động cơ điện một chiều nổi bật với ưu điểm điều chỉnh tốc độ tốt, khả năng mở máy lớn và khả năng chịu quá tải Vì vậy, động cơ này được ưa chuộng trong các ngành công nghiệp yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ và giao thông vận tải, nơi mà nguồn điện một chiều thường được sử dụng.
Động cơ điện một chiều, mặc dù có giá thành cao hơn và yêu cầu bảo trì phức tạp hơn so với máy điện xoay chiều, vẫn giữ vai trò quan trọng trong sản xuất nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
Công suất tối đa của động cơ điện một chiều hiện nay đạt khoảng 10.000 KW, với điện áp từ vài trăm đến 1.000 V Xu hướng phát triển hiện tại tập trung vào cải tiến tính năng vật liệu, nâng cao hiệu quả kinh tế của động cơ, và chế tạo các động cơ có công suất lớn hơn.
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
Phần tình hay stato của máy đứng yên bao gồm các bộ phận chính như cực từ chính và cực từ phụ Cực từ chính là bộ phận tạo ra từ trường, gồm lõi sắt và dây quấn kích từ Lõi sắt được làm từ lá thép kỹ thuật điện hoặc thép cacbon dày 0,5 đến 1mm, được ép và tán chặt, trong khi động cơ điện nhỏ có thể sử dụng thép khối Cực từ được gắn vào vỏ máy bằng bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện, mỗi cuộn dây được cách điện kỹ và tẩm sơn trước khi lắp đặt Các cuộn dây này được nối tiếp với nhau Cực từ phụ được đặt trên cực từ chính nhằm cải thiện việc đổi chiều, với lõi thép thường làm bằng thép khối và dây quấn tương tự như dây quấn của cực từ chính, cũng được gắn vào vỏ máy bằng bulông.
Giới thiệu Chung về động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều
1 Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều
Trong sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn giữ vai trò quan trọng mặc dù có nhiều loại máy móc sử dụng điện xoay chiều Động cơ điện một chiều nổi bật với khả năng điều chỉnh tốc độ tốt, khả năng khởi động mạnh và khả năng chịu quá tải Chính vì những ưu điểm này, động cơ một chiều được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ và giao thông vận tải, đặc biệt là trong các lĩnh vực cần nguồn điện một chiều.
Động cơ điện một chiều mặc dù có những nhược điểm như giá thành cao hơn so với máy điện xoay chiều và việc chế tạo, bảo quản cổ góp điện phức tạp (dễ phát sinh tia lửa điện), nhưng vẫn giữ vai trò quan trọng trong sản xuất nhờ vào những ưu điểm nổi bật của nó.
Công suất tối đa của động cơ điện một chiều hiện nay đạt khoảng 10.000 KW, với điện áp từ vài trăm đến 1.000 V Xu hướng phát triển hiện tại tập trung vào việc cải tiến tính năng vật liệu, nâng cao hiệu quả kinh tế của động cơ và chế tạo các động cơ có công suất lớn hơn.
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
2.1.Phần tình hay stato Đây là đứng yên của máy , 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 ngoài 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 bulông Dây quấn kích từ đợc quấn bằng dây đồng bọc cách điện 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 đợc đặt trên các cực từ này đọc nối tiếp với nhau b, Cực từ phụ : Cực từ phụ đợc 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 dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông
Gông từ là bộ phận quan trọng trong động cơ điện, có chức năng kết nối các cực từ và làm vỏ máy Đối với động cơ điện nhỏ và vừa, thường sử dụng thép dày được uốn và hàn, trong khi động cơ điện lớn thường sử dụng thép đúc Đôi khi, gang cũng được sử dụng để làm vỏ máy trong các động cơ điện nhỏ.
Nắp máy có chức năng bảo vệ máy khỏi các vật rơi vào, giúp tránh hư hỏng dây quấn và đảm bảo an toàn cho người sử dụng khỏi việc chạm vào điện Đối với máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn đóng vai trò làm giá đỡ ổ bi, thường được chế tạo từ gang để tăng cường độ bền và khả năng chịu lực.
Cơ cấu chổi than là một phần quan trọng trong việc dẫn điện từ phần quay ra ngoài, bao gồm chổi than được đặt trong hộp chổi than với sự hỗ trợ của lò xo tì để tiếp xúc với cổ góp Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá để đảm bảo an toàn Giá chổi than có khả năng quay để điều chỉnh vị trí chổi than, và sau khi đã điều chỉnh xong, cần sử dụng vít để cố định lại vị trí.
Bộ phận chính của máy bao gồm lõi sắt phần ứng, có chức năng dẫn từ Thường sử dụng tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, được phủ lớp cách điện mỏng ở hai mặt và ép chặt lại nhằm giảm thiểu tổn hao do dòng điện xoáy Trên bề mặt lá thép, hình dạng rãnh được dập để tạo điều kiện cho việc đặt dây quấn sau khi ép.
Trong các động cơ trung bình và lớn, việc dập lỗ thông gió là rất quan trọng Quá trình này giúp tạo ra các lỗ thông gió dọc trục khi ép lõi sắt, từ đó cải thiện hiệu suất hoạt động của động cơ.
Trong các động cơ điện lớn, lõi sắt được chia thành nhiều đoạn nhỏ với khe hở thông gió giữa chúng Khi động cơ hoạt động, gió sẽ thổi qua các khe hở này, giúp làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được gắn trực tiếp vào trục, trong khi ở động cơ lớn, giữa trục và lõi sắt có giá rôto Việc sử dụng giá rôto giúp tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm trọng lượng của rôto Dây quấn phần ứng cũng là một yếu tố quan trọng trong cấu tạo của động cơ.
Dây quấn phần ứng là bộ phận quan trọng trong máy điện, chịu trách nhiệm phát sinh suất điện động và dẫn dòng điện Thông thường, dây quấn này được làm từ dây đồng có lớp cách điện Đối với máy điện nhỏ có công suất dưới vài kW, dây thường có tiết diện tròn, trong khi máy điện vừa và lớn sử dụng dây tiết diện chữ nhật Để bảo đảm an toàn, dây quấn được cách điện kỹ lưỡng với rãnh lõi thép và được giữ chặt bằng nêm hoặc đai để tránh bị văng ra do lực ly tâm Nêm thường được làm từ tre, gỗ hoặc bakelit Ngoài ra, cổ góp được sử dụng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, bao gồm nhiều phiến đồng được cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm, tạo thành hình trục tròn với hai đầu trục có hình ốp.
Hình chữ V được ép chặt lại, với khoảng cách giữa vành ốp và trụ tròn được cách điện bằng mica Đuôi vành góp được nâng cao một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến góp Các bộ phận khác cũng được chú trọng trong thiết kế này.
Cánh quạt được sử dụng để quạt gió và làm nguội máy điện một chiều, thường được thiết kế với kiểu bảo vệ, có lỗ thông gió ở hai đầu nắp máy Khi động cơ quay, cánh quạt sẽ hút gió từ bên ngoài vào trong máy Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn, sau đó thoát ra ngoài qua quạt gió, giúp làm mát cho 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
3 Phân loại máy điện Động cơ điện một chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động cơ điện kích hích độc lập, động cơ điện kích thích song song kích thích nối tiếp, kích thích hỗn hợp
Phân tích hệ thống động cơ điện một chiều
Phương pháp điều khiển động cơ điện 1 chiều
Theo sơ đồ ta được:
U=E+R I ư = kϕ.ѡ+R I ư (2.1) Trong đó điện áp U là điện áp nguồn
R ư : là điện trở phần ứng động cơ
R kt : là điện trở quận dây kích từ
R uf : là điện trở phụ mắc thêm vào mạch phần ứng
Ta có phương trình tốc độ quay của động cơ ω = U kϕ−R + R uf kϕ I ω = U kϕ−R + R uf
Từ phương trình trên muốn thay đổi tốc độ động cơ điện 1 chiều có 3 phương pháp:
- Thay đổi điện trở phần ứng
- Điều chỉnh điện áp U phần ứng
2.1.1 Phương pháp thay đổi điện áp phần ứng
Khi điều chỉnh điện áp cấp cho cuộn dây phần ứng, ta nhận được các đặc tính cơ ứng với các tốc độ không tải khác nhau, nhưng vẫn song song và có cùng độ cứng Tuy nhiên, điện áp U chỉ có thể giảm (U