Báo cáo thí nghiệm truyền Động Điện

- Roto: là phần quay gồm có các cuộn dây quấn và được kết nối với dòng điện một chiều.. rcb - Điện trở cuộn bù nếu córcp - Điện trở cuộn phụ nếu có Sức điện động phần ứng tỉ lệ thuận với

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Mục lục

Bài 1: Hệ thống truyền động điện 1

1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện 1

2 Vai trò của các thiết bị trong hệ thống truyền động điện 1

Bài 2: Động cơ điện một chiều 3

1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 3

a Cấu tạo động cơ điện một chiều: 3

b Nguyên lí làm việc của động cơ điện một chiều 3

2 Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song 4

a Phương trình đặc tính cơ 4

b Đường đặc tính cơ 5

3 Mở máy động cơ điện một chiều 6

a Vì sao phải giảm dòng điện khi mở máy ? 6

b Các phương pháp mở máy 6

c Phương pháp mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng 6

Bài 3: Động cơ điện không đồng bộ ba pha 7

1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ ba pha 7

a Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ ba pha 7

b Nguyên lí hoạt động của động cơ điện không đồng bộ 3 pha 8

2 Đặc tính cơ động cơ điện không đồng bộ ba pha 9

a Phương trình đặc tính cơ 9

b Đường đặc tính cơ 10

3 Mở máy động cơ không đồng bộ 11

a Vì sao phải giảm dòng điện khi mở máy ? 11

b Các phương pháp mở máy 11

c Phương pháp mở máy bằng cách đổi nối sao – tam giác 11

4 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 13

a Bộ biến tần 13

b Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số 14

5 Nối dây thực tế và các thông số đo được tại xưởng 14

a Mở máy động cơ điện bằng cách đấu nối sao – tam giác 15

b Đảo chiều động cơ bằng phương pháp đảo chiều trực tiếp 17

c Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp thay đổi số đôi cực 18

d Hãm động cơ bằng phương pháp hãm động năng 19

Bài 1: Hệ thống truyền động điện

1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện:

2 Vai trò của các thiết bị trong hệ thống truyền động điện:

Hình 2 Các loại động cơ điện

- Vai trò của các thiết bị trong hệ thống truyền động điện:

+ Áp dụng đồng thời ở nhiều địa điểm khác nhau

+ Lực dọc trục cao

+ Độ chính xác cao

+ Rất ít tiếng ồn

+ Đạt được sự linh hoạt với các tính năng điều khiển

+ Độ cứng tải và chi phí vận hành tổng thể tương đối thấp

- Các ứng dụng:

+Trong ngành công nghiệp ô tô

+ Trong ngành thực phẩm và đồ uống: để sản xuất chai PET, hệ thống chiết rót và dán nhãn và các ứng dụng robot

+ Chúng được sử dụng để xử lý vật liệu trong các hoạt động như máy ép và thiết bị cố định phụ, đồng thời được sử dụng rộng rãi trong ngành đóng gói

+ Nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như robot, điện tử và lắp ráp điện tử, máy công cụ

Bài 2: Động cơ điện một chiều

1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều:

a Cấu tạo động cơ điện một chiều:

Động cơ điện một chiều gồm các cấu tạo chính sau:

- Stato: là phần đứng yên có nam châm (nam châm vĩnh cữu hoạch nam châm điện) tạo ra từ

trường

- Roto: là phần quay gồm có các cuộn dây quấn và được kết nối với dòng điện một chiều

- Cổ góp: có tác dụng chia nhỏ và tiếp xúc nguồn điện cho các cuộn dây trên roto.

- Chổi thang: tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp

Phần ứng nằm ở roto và phần cảm nằm ở stato

Thông thường vỏ động cơ điện thường làm từ vật liệu là gang, thép, …

b Nguyên lí làm việc của động cơ điện một chiều:

- Stator của động cơ DC là một hoặc nhiều cặp nam châm đứng yên, còn rôto là một cuộn dây nối

với nguồn điện một chiều Khi được cấp điện, rôto sẽ tạo ra các bức tường từ tương tác với từ trường của nam châm vĩnh cửu (stato) và tạo ra mô men quay

- Lúc này chiều chuyển động của rôto sẽ được xác định theo quy tắc bàn tay trái Ở đó, quy tắc

bàn tay trái

- Khi dòng điện chạy vào roto, phần ứng và cổ góp cố định đặt trên roto sẽ truyền dòng điện từ

cuộn dây này sang cuộn dây kia Khi dòng điện không đổi, động cơ DC sẽ chạy ở tốc độ cố định mà không bị trượt

- Khi động cơ làm việc ở chế độ bình thường, roto khi quay sẽ tạo ra một sức phản điện động

Sức điện động này sẽ tương tự như sức điện động được phát ra khi động cơ sử dụng như một máy phát điện

- Dựa vào phương pháp kích từ có thể chia động cơ điện một chiều thành các dòng chính sau:

+ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

+ Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

+ Động cơ điện một chiều kích từ song song

+ Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp

2 Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song:

a Phương trình đặc tính cơ

- Nguồn cấp cho phần ứng và kích từ độc lập nhau.

- Khi nguồn có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì có thể mắc kích từ song song với

phần ứng, lúc đó động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ song song

rư - Điện trở cuộn dây phần ứng

rct - Điện trở tiếp xúc giữa chổi than và cổ góp

rcb - Điện trở cuộn bù (nếu có)

rcp - Điện trở cuộn phụ (nếu có)

Sức điện động phần ứng tỉ lệ thuận với tốc độ quay của rô to:

E = kɸω

: Từ thông qua một cực từ [Wb]

ɸ

ω: Tốc độ góc của rôto [rad/s]

k: Hệ số, phụ thuộc kết cấu động cơ

Lực từ trường tác dụng vào dây dẫn rôto khi có dòng điện tạo mô men quay:

M = k Iɸ ư

Từ các phương trình U, E và M ta có phương trình biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ và mô men quay:

ω = f(M) – Là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Từ phương trình mô men điện từ của động cơ : M = k Iɸ ư ta cũng có được phương trình đặc tính cơ – điện:

Thay vào phương trình đặc tính cơ:

Ta được phương trình đặc tính cơ - điện:

- Đặc tính cơ tự nhiên (TN): đặc tính cơ có các tham số định mức và không có điện trở phụ trong

mạch phần ứng động cơ

Đường đặc tính cơ cắt trục tung tại điểm có tung độ: ω = U/k0 ɸ

ω0 là tốc độ ứng với mô men cản trên trục động cơ M = 0, nghĩa là khi không có lực cản c

nào cả Đây là tốc độ lớn nhất mà động cơ không thể đạt được ở chế độ động cơ, vì không thể xảy ra M = 0 Tốc độ ω gọi là tốc độ không tải lý tưởng.c 0

Đường đặc tính cơ tự nhiên cắt trục hoành tại điểm có hoành độ:

- Đặc tính cơ nhân tạo (NT): đặc tính cơ có một trong các tham số khác định mức hoặc có điện

trở phụ trong mạch phần ứng động cơ

Khi ω = 0 ->

Inm – Dòng điện ngắn mạch Dòng điện ngắn mạch có khi bắt đầu đóng điện mở máy động

cơ (ω = 0), hoặc khi động cơ đang làm việc mà bị kẹt, hoặc tải quá lớn không kéo được mà dừng lại I = (10 – 20)Inm đm

3 Mở máy động cơ điện một chiều:

a Vì sao phải giảm dòng điện khi mở máy ?

Vì khi mở máy dòng mở máy lớn (I = 2.5 I ) Chính vì dòng mở máy lớn là nguyên mm đm

nhân gây ra:

- Hiện tượng sụt áp lưới ảnh hưởng đến các thiết bị khác

- Ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ động cơ, thiết bị đóng cắt và độ bền của dây dẫn

b Các phương pháp mở máy:

Để mở máy hiệu quả cần có các phương pháp mở máy cho động cơ điện một chiều:

- Nối thêm các cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng của động cơ và cắt dần ra trong quá trình

khởi động

- Khởi động điện áp phần ứng ban đầu có giá trị nhỏ sau đó tăng dần trong quá trình khởi động.

c Phương pháp mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng

- Đặt các điện trở phụ nhỏ vào mạch phần ứng thay vì chỉ đặt 1 điện trở phụ lớn vì khi mở máy

dòng mở máy lớn, dòng điện sẽ chạy qua từng điện trở phụ nhỏ sau đó lần lượt ngắt từng điện trở phụ nhỏ ra đến khi về 0, lúc này dòng tăng lên từ từ đến khi động cơ chạy ổn định

- Dòng điện mở máy khi thêm các điện trở phụ vào phần ứng:

Bài 3: Động cơ điện không đồng bộ ba pha:

1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ ba pha:

a Cấu tạo động cơ điện không đồng bộ ba pha:

- Động cơ không đồng bộ bao gồm 2 bộ phận chủ yếu là stato và roto

- Ngoài ra còn có phần vỏ máy, nắp máy và cả trục máy, lõi thép stato, dây quấn stato, nắp máy, ổ

bi, lõi thép roto, thân máy, trục máy, hộp dầu cực, quạt gió làm mát, hộp quạt

Dây quấn stato là bộ phận được làm bằng dây đồng, có bọc 1 lớp cách điện và đặt ở trong các rãnh của phần lõi thép, được quấn tùy theo cách kiểu quấn dây

Phần vỏ máy bao gồm có thân và nắp, thường được làm bằng gang

+ Roto: chính là phần bao gồm lõi thép, dây quấn và phần trục máy

Lõi thép rotor bao gồm các lá thép kỹ thuật điện, phần này được lấy từ phần bên trong của lõi thép stato được ghép lại, mặt ngoài có dập rãnh để có thể đặt dây quấn, ở giữa có dập các lỗ để lắp được trục

Trục của motor không đồng bộ được làm bằng thép và trên đó có gắn lõi thép roto Dây quấn rotor của động cơ điện không đồng bộ có 2 kiểu là: roto lồng sóc và kiểu roto dây quấn

• Roto lồng sóc: Động cơ điện có roto lồng sóc gọi là động cơ không đồng bộ ba pha rô to

lồng sóc Loại roto lồng sóc công suất trên 100 kW, trong các rãnh của lõi thép roto đặt

các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch hai vòng đồng tạo thành các lồng sóc Ở động cơ roto lồng sóc công suất nhỏ được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép roto,tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc ngắn mạch và cánh quạt làm mát.

• Roto dây quấn: Loại động cơ có roto dây quấn gọi là động cơ không đồng bộ ba pha roto

dây quấn Trong rãnh lõi thép roto người ta đặt dây quấn ba pha Dây quấn roto thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng, cố định trên trục roto và được cách điện với trục

Nhờ ba chổi than tì sát vào ba vòng tiếp xúc, dây quấn roto được nối với 3 vòng tiếp xúc, nhờ đó chổi than dây quấn roto nối được với ba biến trở bên ngoài để mở máy hay điều chỉnh tốc độ

• Động cơ rô to lồng sóc là loại rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc đảm bảo Động cơ

roto dây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ song giá thành đắt và vận

hành kém tin cậy hơn động cơ rô to lồng sóc, nên chỉ được dùng khi động cơ rô to lồng sóc không đáp ứng được các yêu cầu về truyền động.

b Nguyên lí hoạt động của động cơ điện không đồng bộ 3 pha:

- Nối dây quấn stato cùng với lưới điện, sau đó sử dụng động cơ sơ cấp để kéo roto chuyển động

quay với tốc độ n Lưu ý, khi đó n > n và sẽ cùng chiều với n Lúc này, chiều của từ trường sẽ 1 1

quét qua các thanh dẫn roto và dẫn ngược lại Suất điện động cũng như dòng điện roto sẽ đi ngược chiều cùng với chế độ hoạt động của động cơ

- Chiều của lực điện từ lúc này sẽ đặt lên roto sẽ ngược với chiều quay của roto Lúc này, mômen

lực hãm được tạo ra cũng sẽ cân bằng với mômen quay của động cơ sơ cấp Motor không đồng

bộ làm việc ổn định nhất là ở chế độ máy phát

- Nhờ vào từ trường quay của phần nguồn lưới điện mà cơ năng động cơ sơ cấp ở roto cũng được

biến đổi để tạo thành điện năng ở stato

Nhờ vào từ trường quay của phần nguồn lưới điện mà cơ năng động cơ sơ cấp ở roto cũng được biến đổi để tạo thành điện năng ở stato

2 Đặc tính cơ động cơ điện không đồng bộ ba pha:

a Phương trình đặc tính cơ:

Quan hệ giữa mô men và tốc độ của động cơ không đồng bộ:

U1ph - Điện áp pha đặt vào cuộn dây phần cảm [V]

R1 - Điện trở một pha cuộn dây phần cảm [Ω]

X1 - Điện kháng một pha cuộn dây phần cảm [Ω]

R2’ - Điện trở một pha cuộn dây phần ứng quy đổi về stato [Ω]

X2’ - Điện kháng một pha cuộn dây phần ứng quy đổi về stato [Ω]

Xnm = X + X ’ (nm: ngắn mạch)1 2

s - Độ trượt, sai lệch tương đối giữa tốc độ từ trường ω và tốc độ roto ω0

ω0 - Tốc độ lớn nhất mà động cơ có thể đạt được nếu không có lực cản nào, gọi là tốc độ không tải

lý tưởng hay tốc độ đồng bộ

Ở chế độ động cơ:

f2 = s.f1

f1: tần số nguồn, f : tần số dòng cảm ứng.2

Mô men tới hạn:

Ta thấy, đặc tính cơ động cơ điện xoay chiều không đồng bộ là một đường cong phức tạp

Đoạn từ M đến (+): Khi mô men động cơ tăng thì tốc độ tăng, khi mô men động cơ giảm thì tốc nm

độ cũng giảm Trên đoạn này động cơ làm việc không ổn định, đây là đoạn mở máy (khởi động)

Mô men mở máy ở đặc tính cơ tự nhiên:

Khi đóng điện trực tiếp vào stato để mở máy thì lúc đó do roto chưa quay, độ trượt lớn, sức điện động cảm ứng lớn nên dòng cảm ứng lớn:

Imm = (5÷8)Iđm

Đoạn từ ω đến (+): Khi mô men động cơ tăng thì tốc độ giảm và ngược lại Trên đoạn này động cơ0

làm việc ổn định, đây là đoạn làm việc

3 Mở máy động cơ không đồng bộ:

a Vì sao phải giảm dòng điện khi mở máy ?

- Khi đóng điện trực tiếp vào động cơ không đồng bộ để mở máy Lúc giai đoạn vừa đóng điện

roto vẫn chưa quay nên độ trượt lớn s=1, nói dễ hiểu động cơ KĐB vẫn đứng yên Nên lúc này sức điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng rất lớn (I = (58)I )mm đm

- Dòng điện này đặc biệt lớn đối với động cơ có công suất trung bình và lớn, tạo ra nhiệt lượng

lớn đốt nóng động cơ và tạo ra xung lực có hại nhiều cho động cơ

- Nếu không hiểu mà lắp đại động cơ điện rồi cho mở máy trực tiếp đối với động cơ có công suất

lớn hoặc cố mở máy thì sẽ làm cho động cơ hư hỏng

b Các phương pháp mở máy

Có các phương pháp mở máy sau đây:

- Thêm điện trở vào mạch roto

- Thêm điện trở hoặc điện kháng vào stato

- Dùng máy biến áp tự ngẫu

- Đổi nối sao – tam giác

c Phương pháp mở máy bằng cách đổi nối sao – tam giác

- Mạch khởi động sao – tam giác là mạch điện được ứng dụng phổ biến để khởi động các động cơ

cảm biến ba pha có công suất lớn từ 11 đến 11kW Sơ đồ đấu sao – tam giác thường gồm: ba công tắc tơ, một rơ le quá tả/bộ ngắt mạch và một bộ đếm thời gian ở vị trí sao

- Mạch điều khiển sao – tam giác được sử dụng để giảm dòng điện khởi động giúp tải nhẹ Nếu

động cơ được tải quá nặng, dẫn đến không có đủ mô men xoắn để đạt tốc độ chuyển sang vị trí tam giác

- Sơ đồ nguyên lí:

Đấu nối hình sao và tam giác:

mở tiếp điểm RT1, cắt điện cuộn KY, mở các tiếp điểm KY2, đóng KY1, cắt điện động cơ Lúc này tiếp điểm RT2 đóng lại, cuộn dây công tắc tơ K∆ có điện, mở tiếp điểm K∆1, đóng các tiếp điểm K∆2, động cơ có điện với các cuộn dây phần cảm nối tam giác phù hợp điện

áp định mức và tiếp tục tăng tốc đến điểm làm việc Quá trình mở máy kết thúc

Bảo vệ :

• CC: Cầu chì dùng bảo vệ mạch điện khi có sự cố ngắn mạch.

• RN: Rơ le nhiệt dùng bảo vệ động cơ khi có sự cố quá tải.

• KY1, K∆1: Hai tiếp điểm thường đóng dùng khoá chéo, tránh trường hợp ngắn mạch xảy

ra bên mạch động lực Ngoài ra, hai tiếp điểm RT1, RT2 cũng góp phần loại trừ sự làm việc đồng thời của hai công tắc tơ KY và K∆ Sơ đồ trên điều khiển theo nguyên tắc thời gian

4 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ:

a Bộ biến tần:

- Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều thành dòng điện xoay chiều

có tần số và điện áp có thể điều chỉnh

- Cấu tạo biến tần thường gồm các thành phần chính sau:

• Mạch nguồn: cung cấp điện năng cho toàn bộ biến tần.

• Mạch điều khiển: là trung tâm điều khiển của biến tần, nơi thực hiện chức năng điều

khiển, lập trình và bảo vệ

• Mạch chuyển đổi tần số: là mạch chính của biến tần, thực hiện chức năng biến đổi

tần số dòng điện đầu vào 50Hz thành tần số dòng điện đầu ra điều chỉnh được từ 0 đến 400Hz Mạch chính bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT

• Mạch bảo vệ: bao gồm các thiết bị bảo vệ quá tải, bảo vệ quá dòng, bảo vệ các sự cố

điện có thể gây ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của hệ thống

• Màn hình - bàn phím: được sử dụng để thực hiện các thao tác giám sát, cài đặt và

điều khiển từ người vận hành

• Ngoài ra biến tần còn có thể được tích hợp: module truyền thông, bộ điện kháng

xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả),

b Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số:

- Đầu tiên, nguồn điện 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng.

Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Điện đầu vào có thể làmột pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định (ví dụ 380V 50Hz)

- Điện áp 1 chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng.

Mới đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ trong giàn tụ điện Tiếp theo, thôngqua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 phabằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM