Phần ứng là một cuộn dây được nỗi với nguồn điện một chiều, còn kích từ là một nam châm vĩnh cửu được đặt trong phần ứng.. Ñự = Tự † ref† Tp † Tet ryy: Điện trở cuộn dây phân ứng Tog Điệ
Trang 1BOQ GIAO DUC VA DAO TAO
RUONG DAI HQC GIAO THONG VAN TAI
BAO CAO THIET KE MON HOC TRUYEN DONG DIEN TU DONG
Giảng viên hướng dẫn : TS.Võ Thanh Hà
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Dương
Nguyễn Trọng Tấn Phạm Quang Dũng
Nguyễn Như Quỳnh
Thân Đức Hoạt
PHẢN I: Thiết kế hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ quay cho động cơ điện một chiều kích từ độc lập
L Giới thiệu cấu tạo và nguyên lý làm việc động cơ MCKTĐL,
Trang 2
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập bao gồm hai phan chinh la phan ứng và kích
từ Phần ứng là một cuộn dây được nỗi với nguồn điện một chiều, còn kích từ là một
nam châm vĩnh cửu được đặt trong phần ứng Khi được cấp điện, kích từ sẽ tạo ra từ trường, tương tác với từ trường của nam châm trong phần ứng, và tạo ra một lực đây xoay nên rotor quay theo chiều của lực đó
Giống như những máy điện quay khác nó cũng gồm phần đứng im (stato) và phân quay (rô to) Về chức năng máy điện một chiều cũng được chia thành phân cảm (kích
từ
và phân ú ứng (phần biến đôi năng lượng) Khác với máy điện đồng bộ ở máy điện một chiều phần cảm bao giờ cũng ở phân tĩnh còn phần ứng là ở roto
_- Field winding
O+
Re
a & supply
> 7 os 7 N
= ⁄\ brush
Armature ⁄ `
winding TT <5 >
Cnet
Hình 1.1: Cáu trúc động cơ một chiếu
Stator
e Stator
Stator máy điện một chiều là phần cảm, nơi tạo ra từ thông chính của máy
Hinh 1.2: Stator
Trang 3
Stato gồm các chỉ tiết sau:
1 Cực từ chính
Một cực từ chính gồm: Lõi cực được làm bằng các lá thép điện kỹ thuật ghép lại, mặt cực có nhiệm vụ làm cho từ thông để đi qua khe khí Cuộn dây kích từ đặt trên lõi cực cách điện với thân cực bằng một khuôn cuộn dây cách điện Cuộn dây kích từ làm bằng đây đồng có tiết diện tròn, cuộn dây được tâm sơn cách điện nhằm chống thấm
nước và tăng độ dẫn nhiệt
Để tán nhiệt tốt cuộn dây được tách ra thành những lớp, đặt cách nhau một rãnh
làm mát
2 Cực từ phụ
Cực từ phụ nằm giữa các cực từ chính, thông thường số cực phụ bằng 1⁄2 số cực chính Lõi thép cực phụ thường là bột thép ghép lại, ở những máy có tải thay đôi thì lõi
thép cực phụ cũng được ghép bằng các lá thép Cuộn dây đặt trên lõi thép Khe khí ở cực
từ phụ lớn hơn khe khí ở cực từ chính
Laminations
Hình I3: Cực từ trong động cơ một chiếu
3 Gông từ
Gong tir dung lam mạch từ nôi liên các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động
cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uôn và hàn lại, trong máy điện lớn thường dùng
thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy
4 Cơ cầu chỗi than
Đề đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cầu chỗi than bao gồm có chối than đặt trong hộp chối than nhờ một lò xo tì chặt lên cô góp Hộp chối than được cô định
trên
giá chéi than va cach điện với giá Giá chối than có thê quay được đề điều chỉnh vị trí
chối than cho đúng chố, sau khi điêu chỉnh xong thi dùng vít cô định lại
° Rotor
Rotor của máy điện một chiêu là phần ứng Ngày nay người ta dùng chủ yếu la loại rôto hình trông có răng được ghép lại bắng các lá thép điện kỹ thuật Ở những máy
công suât lớn người ta còn làm các rãnh làm mát theo bán kính (các lá thép được ghép
lại
Trang 4
từng tệp, cỏc tệp cỏch nhau một rónh làm mỏt)
đô Rotor
Rotor của mỏy điện một chiều là phần ứng Ngày nay người ta dựng chủ yếu là loại rụto hỡnh trống cú răng được ghộp lại bằng cỏc lỏ thộp điện kỹ thuật Ở những mỏy
cụng suất lớn người ta cũn làm cỏc rónh làm mỏt theo bỏn kớnh (cỏc lỏ thộp được ghộp
lại
từng tệp, cỏc tệp cỏch nhau một rónh làm mỏt)
Hinh 1.4: Rotor
1 Lội sat phan ứng
Dựng đờ dõn từ, thường dựng những tõm thộp kỹ thuật điện dày 0.5mm phủ cỏch điện mỏng ở hai mặt rụi ộp chặt lại để giảm ton hao do dũng điện xoỏy gõy nờn Trờn
lỏ
thộp cú đập hỡnh dạng rónh đề sau khi ộp lại thỡ đặt dõy quấn vào Trong những động
cơ
trung bỡnh trở lờn người ta cũn đập những lỗ thụng giú đề khi ộp lại thành lừi sắt cú
thể
tạo được những lễ thụng giú dọc trục Trong những động cơ điện lớn hơn thỡ lừi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữa những đoạn ọy cú để một khe hở gọi là khe
hở
thụng giú Khi mỏy làm việc giú thụi qua cỏc khe hở làm nguội dõy quần và lừi sắt
Trong
động cơ điện một chiều nhỏ, lừi sắt phần ứng được ộp trực tiếp vào trục Trong động
cơ
điện lớn, giữa trục và lừi sắt cú đặt giỏ rụto Dựng giỏ rụto cú thờ tiết kiệm thộp kỹ
thuật
điện và giảm nhẹ trọng lượng rụto
2 Cụ gúp
Cuộn dõy rụto là cuộn dõy khộp kớn, mỗi cạnh của nú được núi với phiến gúp Cỏc phiến gúp được ghộp cỏch điện với nhau và với trục hỡnh thành một cụ gúp Phiộn
gểp ~ Z x Z
được làm băng đụng, vừa cú độ dõn điện tụt vừa cú độ bờn cơ học, chụng mài mũn
Trang 5
Hình 1.5: Cô góp
3 Thiết bị chỗi
Đê đưa dòng điện ra ngoài phải dùng thiệt bị chối gôm: chôi than được làm băng than granit vừa đảm bảo độ dân điện tot vừa có khả năng chông mài mòn, bộ giữ chôi được làm băng kim loại găn vào stato, có lò so tạo áp lực chối và các thiệt bị phụ khác -
4 Day quan phan ú ứng
Dây quân phân ú ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dây quần phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ
có
công suất đưới vải kW thường dùng dây có tiết điện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dung dây tiết diện chữ nhật Dây quần được cách điện cân thận với rãnh của lối
thép Đề tránh khi quay bị văng ra lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nệm đề đè chặt
hoặc
đai chặt dây quần Nệm thường làm bằng tre, gỗ
© - Nguyên lý làm việc của động cơ một chiều kích từ độc lập
Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quần phần ứng có điện Các thanh dẫn
có dòng điện năm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiêu của lực
được
xác định bằng quy tắc bàn tay trái
Upward Orce Armature
Commutator ~
orce
+= Brush
DC Motor Conceptual Diagram
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đối chỗ cho nhau Do có phiếu góp chiều đòng điện đữ nguyên làm cho chiêu lực từ tác dụng không thay đôi Khi
quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Ey chiều của suất
điện
Trang 6
động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ chiều suất điện động Ey ngược
chiêu dòng điện 1y nên Hạ được gọi là sức phản điện động
THỊ Phương trình toán học, phương trình trạng thái
Trong đó
U: Điện áp phan ung (V)
E,: Sue dién dong phần ứng (V)
Ry: Dién tro mach phan img
I: Dong dign cua mach phan img (A)
Với! Ñự = Tự † ref† Tp † Tet
ryy: Điện trở cuộn dây phân ứng
Tog Điện trở cuộn dây cực từ phụ
rụ: Điện trở tiếp xúc cuộn bù
Tot: Điện trở tiếp súc của chối điện
Sức điện động Eqy của phân ứng động cơ được xác định theo biểu thức:
Trong đó:
Pi Số đôi cực từ chính
N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn đây phần ứng
a: Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng
: Từ thông kích từ dưới một cực từ
;Tôc độ góc (rad/s)
Với K= là hệ sô câu tạo của động cơ ta có được
Biểu thức trên là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ
Mặt khác, mô men điện từ Ma của động cơ được xác định bởi:
Ma
Voi =
Nhu Vay ta co
Nếu bỏ qua ton that co và tôn that thép thì mômen cơ trên trục động cơ bằng mô
Trang 7
men điện từ, ta ký hiệu là M Nghĩa là: Mat =Meg =M
Đây là phương tình đặc tỉnh cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Gia thiết phần ứng được bù đủ, từ thông
= const, thi các phương trình đặc tinh cơ điện và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính Đô thị của chúng được biêu diễn là những đường thăng
(U
[rad/s] 7
(w,0) |
Wrated
Trated T |N m|
Từ phương trình đặc tinh co ta thấy có 3 tham số ảnh hưởng đến đặc tính cơ: từ thông động cơ , điện áp phân ứng Uy, điện trở phân ứng động cơ
HI.Thiết kế bộ điều khiến dòng điện, tốc độ - PI
Mô hình toan của động cơ một chiều kích từ độc lập
U
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều
Về điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại
động cơ khác, không những nó có khả năng thay đôi tôc độ một cách dễ dàng mà câu
trúc
mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hon dong thoi dat được chât lượng điều chỉnh
cao
trong dải điều chỉnh tốc độ rộng Từ phương trình tốc độ:
Trang 8
Suy ra đề điều chỉnh có thê:
s - Điều chỉnh điện áp phần ứng
se Điều chỉnh bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch
Xây dựng mô hình động của động cơ một chiều kích từ độc lập với từ thông kích từ
không đổi
E (s)
1.3.Cae phuwong phap diéu chinh toc do dong co mot chiéu kích từ độc lập 1.3.1 Phương pháp thay đối diện trở phụ
- Đây là phương pháp thường dùng đề điều khiên tốc độ động cơ điện một chiều
+) Nguyên lý điều khiến: Trong phương pháp nảy người ta giữ U = Uđm,(@ = tan và nói thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng đề tăng điện trở phần ứng
Độ cứng của đường đặc tính cơ:
AM _ {ko
Ao R +R,
+) Ta thấy khi điện trở cảng lớn thì 8 cảng nhỏ nghĩa là đặc tính cơ càng đốc
và
do đó càng mêm hơn
Hình I.Š: Đặc tính cơ của động cơ một chiêu khi thay doi điện trở phụ Ứng với RE 0 ta có độ cứng tự nhiên Prw có giả trị lớn nhất nên đặc tính cơ tự
Trang 9
nhiên có độ cứng lớn hơn tất cả các đường đặc tính cơ có điện trở phụ Như vậy,
khi ta thay đổi Rfta được một họ đặc tính cơ thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên
- Đặc điểm của phương pháp:
+) Điện trở mạch phần ứng cảng tăng thì độ dốc đặc tính cảng lớn, đặc tính cơ
cảng mềm, độ ôn định tôc độ cảng kém và sai số tốc độ cảng lớn
+) Phương pháp này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ trong vùng dưới tốc độ định mức ( chỉ cho phép thay đồi tốc độ về phía giảm)
+) Chỉ áp dụng cho động cơ điện có công suất nhỏ, vì tôn hao năng lượng trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ và trên thực tế thường dùng ở động
cơ điện trong cần trục
+) Đánh giá các chỉ tiêu: Phương pháp này không thê điều khiến liên tục được
mà phải điều khiên nhảy cấp Dái điều chỉnh phụ thuộc vào chỉ số mômen tải, tải càng nhỏ thì dải điều chỉnh D = wmax/wmin cảng nhỏ Phương pháp nảy có thê điều chỉnh trong đải D = 3 : 1
+) Giá thành đầu tư ban đầu rẻ nhưng không kinh tế do tồn hao trên điện trở phụ lớn, chất lượng không cao dù điều khiên rất đơn giản
1.3.2 Phương pháp thay đối điện áp phần ứng
- Dé điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như
may phat điện một chiều kích từ độc lập, các bộ chỉnh lưu điều khiển Các
thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một
chiều có sức điện động Eb điều chính nhờ tín hiệu điều khiển Udk Vi nguồn có
công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đôi này có điện trở trong R»
và điện cảm Lp khác không Đề đưa tốc động cơ với hiệu suất cao trong giới hạn
rong rai 1:10 hoặc hơn nữa
Vì từ thông của động cơ được giữ không đôi nên độ cứng đặc tính cơ cũng
không đôi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuy thuộc vào giá trị điện áp điều khiến Uđk của hệ thống, do đó có thê nói phương pháp điều chỉnh này là triệt
đê
Trang 10
Hinh 1.10: Sơ đô dùng bộ biến đổi điều khiến điện áp phan ứng
Ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau :
E, ˆ Ey a Lự( Ry Rua) (1.14)
()= 2N - - Ry + Rog Rug J
Kim KP in (1.15)
(00, Ủ„q TT
Vì từ thông của động cơ được giữ không đôi nên độ cứng đặc tính cơ cũng
không đôi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuy thuộc vào giá trị điện áp điều
khiến Uđk của hệ thống, do đó có thê nói phương pháp điều chỉnh này là triệt
đề
Đề xác định giải điều chỉnh tốc độ ta đề ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống bị
chặn bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và
từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất của đải điều chỉnh
bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và về mômen khởi động Khi mômen tải
là định mức thì các giả trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:
€ max = Doma = des
M, mn
min — omin ~ |
(1.18)
Trang 11
Đề thoả mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh phải có mômen ngắn mạch là: Mammin = Min = Km.Mđm Trong đó Km là hệ số qua tai
về mômen Vì họ đặc tính cơ là các đường thắng song song nhau, nên theo định
nghĩa về độ cứng đặc tính cơ có thể viết:
M
1]
min iv am min 0 \B|
(1.19) Hình 1.16: Dac tinh cơ của động cơ một chiêu khi thay đổi điện áp
+
£ Yo max
Dens
Với một cơ cầu máy cụ thé thi các giá trị wÖmax Mđm, Km là xác định, vì vậy
phạm vi điều chỉnh D phụ thuộc tuyến tính vào giá trị của độ cứng beta Khi điều
chính điện áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở
tống mạch phần ứng gấp khoảng hai lằn điện trở phần ứng động cơ Do đó có thé tính
sơ bộ được
i
| 7|——— <l10 airy
Jomax "i
dm Sai số tương đối của tốc độ ở đặc tính cơ thấp nhất là :