thuyết trình báo cáo động cơ nam châm vĩnh cửu

39.10 a Các nam châm vĩnh cửu của động cơ DC PMDC được gắn với trụ sắt stator có nhiệm vụ phản hồi chiều từ thông.. Có 3 loại nam châm vĩnh cửu được sử dụng cho động cơNam châm sắt - Ch

NHÓM 7 : BÁO CÁO ĐỘNG CƠ

NAM CHÂM VĨNH CỬU TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

Các phần chính

Phần 1: Động Cơ Một Chiều Nam Châm Vĩnh Cửu.

Phần 2: Động Cơ Quán Tính Thấp.

39.9 Động Cơ Một Chiều Nam Châm Vĩnh

Cửu

 Một động cơ nam châm vĩnh cửu D.C (PMDC) tương tự như

một đông cơ thông thường Động cơ kích từ song song thường được làm từ nam châm vĩnh cửu thay cho động cơ dây quấn cực

từ nồi Hình 39.10 (a) cho thấy 2 cực PMDC động cơ, Hình

39.10 (b) 4 cực từ dây quấn của động cơ DC dây quấn.

 A permanent-magnet d.c (PMDC) motor is similar to an

ordinary d.c shunt motor except that its field is provided by

permanent magnets instead of salient-pole wound-field structure Fig 39.10 (a) shows 2-pole PMDC motor whereas Fig 39.10 (b) shows a 4-pole wound-field d.c.motor for comparison purposes.

Cấu tạo

• Hình 39.10 (a) Các nam châm vĩnh cửu của động

cơ DC (PMDC) được gắn với trụ sắt stator có nhiệm

vụ phản hồi chiều từ thông Rotor (phần cứng ) có

những rãnh dây quấn, phiến góp và chổi than giống

như những máy điện DC thông thường

• As shown in Fig 39.10 (a), the permanent magnets

of the PMDC motor are supported by a cylindrical steel stator which also serves as a return path for the magnetic flux The rotor (i.e armature) has winding slots, commutator segments and brushes as in

conventional d.c machines.

Có 3 loại nam châm vĩnh cửu được sử dụng cho động cơ

Nam châm sắt - Chúng được sử dụng trong

động cơ có công suất khoảng 1 kW đến 150

kW.

Alnico magnets - They are used in motors

having ratings in the range of 1 kW to 150 kW.

Nam châm sắt

Nam châm gốm- thường được sử dụng cho các động cơ công suất nhỏ hơn 1Hp (0.74 kW),

tốc độ thấp Chúng là những động cơ kinh tế nhất trong các loại đông cơ công suất nhỏ hơn 1Hp

Ceramic (ferrite) magnets - They are much

economical in fractional kilowatt motors

Nam châm gốm

Nam châm đất hiếm – được làm từ samari

coban và neodymium iron coban chúng có

hàm lượng cao nhất Vật liệu này tuy tốn kém nhưng là sự lựa chọn kinh tế nhất cho động cơ

có công suất lớn

Rare-earth magnets - Made of samarium

cobalt and neodymium iron cobalt which have the highest energy product Such magnetic

materials are costly but are best economic

choice for small as well as large motors.

Nam châm đất hiếm

Nguyên lý hoạt động

cung cấp từ pin hoặc bộ chỉnh lưu Như vậy trong động cơ, men được tạo ra bởi sự tương tác giữa các dây dẫn mang dòng điện quấn quanh trục roto và từ thông được tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu.

mô-• Most of these motors usually run on 6 V, 12 V or 24 V dc supply

obtained either from batteries or rectified alternating current In such motors, torque is produced by interaction between the

axial current-carrying rotor conductors and the magnetic flux produced by the permanent magnets

Đặc tính

• Hình.39.11 đường đặc tính tiêu biểu cho một động cơ

Đường đặc tính tốc độ và mô-men của nó là một đường

thẳng lý tưởng cho một động cơ servo Hơn nữa, dòng điện ngõ vào tăng tuyến tính với mô-men tải Vì nó không bị tổn hao đồng nên hiệu suất của động cơ này cao hơn so với các động cơ DC khác.

Fig 39.11 shows some typical performance curves for such a motor Its speed-torque curve is a straight line which makes this motor ideal for a servomotor Moreover, input current

increases linearly with load torque The efficiency of such

motors is higher as compared to wound-field dc motors

because, in their case, there is no field Cu loss.

Điều khiển tốc độ

• Cách duy nhất để kiểm soát tốc độ của nó là để thay đổi điện

áp phần ứng bằng cách thay đổi một biến trở phần ứng hoặc

điều khiển bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu Do đó, động cơ

này được tìm thấy trong các hệ thống kiểm soát tốc độ thấp hơn tốc độ yêu cầu.

• Since flux remains constant, speed of a PM DC motor cannot

be controlled by using Flux Control Method (Art 33.2) The

only way to control its speed is to vary the armature voltage

with the help of an armature rheostat (Art 33.2) or

electronically by using a*-choppers Consequently, such

motors are found in systems where speed control below base speed only is required

Ưu điểm

• Công suất rất nhỏ, sử dụng phương pháp kích từ nam

châm vĩnh cửu chi phí sản xuất thấp hơn.

• Động cơ PMDC là kích thước nhỏ so với các động cơ

khác cùng công suất.

• Hiệu quả của các động cơ thường cao hơn so với động cơ

từ trường dây quấn khi không cần dòng kích từ.

• Động cơ PMDC điện áp thấp ít tạo ra (tiếng ồn) nhiễu.

• Ở điện áp thấp (12 V hoặc thấp hơn) những động cơ này không gây nhiễu sóng vô tuyến và truyền hình cáp.

• In very small ratings, use of permanent-magnet

excitation results in lower manufacturing cost.

• In many cases a PMDC motor is smaller in size than a

wound-field d.c motor of equal power rating.

• Since field excitation current is not required, the

efficiency of these motors is generally higher than that

of the wound-field motors.

• Low-voltage PMDC motors produce less air noise.

• When designed for low-voltage (12 V or less) these

motors produced very little radio and TV interference

Nhược điểm

Khi động cơ đang sử dụng và ngay cả khi nó không được sử dụng thì từ trường của nó làm ảnh hưởng đến các thiết bị gần nó, những động

cơ này được làm gọn kín nhằm ngăn chặn bụi

từ xung quanh Do đó, so với những động cơ

từ trường dây quấn, thì nhiệt độ của nó có xu hướng cao hơn Tuy nhiên, nó không phải là

nhược điểm trong các tình huống mà động cơ được sử dụng cho khoảng thời gian ngắn.

• Since their magnetic field is active at all times even when motor is not being used, these motors are

made totally enclosed to prevent their magnets from collecting magnetic junk from neighbourhood Hence, as compared to wound-field motors, their temperature tends to be higher However, it may not be much of a disadvantage in situations where motor is used for short intervals.

• A more serious disadvantage is that the permanent magnets can be demagnetized by armature

reaction mmf causing the motor to become inoperative Demagnetization can result from (a)

improper design (b) excessive armature current caused by a fault or transient or improper

connection in the armature circuit (c) improper brush shift and (d) temperature effects.

 Một bất lợi nghiêm trọng là các nam châm vĩnh cửu có thể khử từ của sức từ động phản ứng phần ứng gây ra

động cơ để trở thành không hoạt động

Ứng dụng

Động cơ DC nam châm vĩnh cửu loại nhỏ

được sử dụng trong xe máy, ô tô và quạt điều hòa không khí, cần gạt nước kính chắn gió, cửa sổ, quạt và ăng ten sóng vô tuyến… Nó cũng được sử dụng cho máy bơm điện nhiên liệu, khởi động động cơ hàng hải, xe lăn và dụng cụ điện không dây.

 Ngành công nghiệp đồ chơi sử dụng hàng

triệu động cơ như vậy mà cũng được sử dụng trong các thiết bị khác như bàn chải đánh răng, máy trộn thức ăn, máy nghiền đá, máy hút bụi cầm tay và đánh bóng giày và cũng có trong

các công cụ điện cầm tay như khoan, cưa saber

…

• Small, 12-V PMDC motors are used for driving

automobile heater and air conditioner blowers,

windshield wipers, windows, fans and radio antennas etc They are also used for electric fuel pumps, marine engine starters, wheelchairs and cordless power tools,

• Toy industry uses millions of such motors which are

also used in other appliances such as the toothbrush, food mixer, ice crusher, portable vacuum cleaner and shoe polisher and also in portable electric tools such

as drills, saber saws and hedge trimmers etc

39.10.ĐỘNG CƠ QUÁN TÍNH THẤP

(Low-inertia DC Motors )

• Động cơ có khối lượng rotor rất nhẹ

(armature mass very low )

Rotor dc

thường

+ Động cơ dạng đĩa in

(Printed-circuit (Disc) DC Motor )

ĐỘNG CƠ LOẠI ROTOR RỖNG

(Shell-type )

• Cấu tạo / construction :

1 Nam châm vĩnh cửu./ Permanent-Magnet

2 Lõi sắt cố định / stationary Iron core

3 Cổ góp / communicator

4 Phần ứng rotor / rotor armature

• Nam châm vĩnh cửu là thành phần tạo ra từ trường tĩnh.

• Lõi sắt cố định nằm phía trong của phần ứng rotor và tách rời với phần ứng

• Cổ góp : chứa nhiều phiến góp ,là phần giao tiếp chổi than với phần ứng , để đưa điện vào phần ứng

• Phần ứng :có dạng rỗng ,

+ Được tạo từ những cuộn đồng hay nhôm dẹp

được cuộn bó liên kết với nhau tạo thành khối trụ rỗng chắc (bằng polyme và sợi thủy tinh)

(armature is made up of flat aluminium or copper coils bonded together to form a hollow cylinder)

+ Không chứa sắt nên quán tính rotor là rất nhỏ (iron does not form part of the rotor, the rotor inertia is very small )

+ This hollow cylinder is not attached physically

to its iron core which is stationary and is located inside the shell-type rotor.

Trụ rỗng này không được gắn với lõi sắt cố định ,được đặt bên trong rotor shell-type

Đặc tính tốc độ /moment

39.12.Printed-circuit (Disc) DC Motor

Mạch (Đĩa) in của Động cơ DC (a)Constructional Details – Chi tiết cơ cấu

It is a low-voltage dc motor which has its armature (rotor) winding and commutator printed on a thin

disk of non-magnetic insulating material

Dây quấn phần ứng và cổ góp được in trên một đĩa

mỏng của vật liệu cách điện không từ tính chính là

một động cơ dc điện áp thấp

This disk-shaped armaturecontains no iron and etched-Copper conductors are printed

on its both sides

Dạng đĩa phần ứng này không chứa sắt và đồng dẫn khắc được

in trên cả hai bên

It uses permanent magnets to produce the necessary

magnetic field ĐC này dùng nam châm vĩnh cửu để tạo từ

trường cần thiết

The magnetic circuit is completed through the flux-return plate which also supports the brushes Mạch từ được tăng

cường thông qua bản phản từ thông để hỗ trợ cho chổi than

(a)Constructional Details – Chi tiết cơ cấu

Brushes mounted in an axial direction bear directly in the inner parts of the armature conductors which thus serve as a commutator

Chổi than được gắn quanh một trục quay hướng vào phần trong của vật dẫn phần ứng, vì thế vật dẫn phần ứng

có tác dụng như là một cổ góp

Fig 39.13 shows an 8-pole motor having wave-wound armature

Hình 39.13 thể hiện phần ứng dây quấn của một động cơ 8 cực

(a)Constructional Details Chi tiết cơ cấu

Since the number of armature conductors is very large, the torque produced is uniform even at low speeds.

Do lượng vật dẫn phần ứng nhiều, nên moment được sinh

ra đều đặn thậm chí ngay tại tốc độ thấp

Typical sizes of these motors are in the fractional and

subfractional horsepower ranges In many applications,

acceleration from zero to a few thousand rpm can be obtained within 10ms

Kích thước điển hình của những động cơ này là phân đoạn

và từng phân đoạn về dãy mã lực Trong nhiều ứng dụng, gia tốc có thể đạt được từ 0 đến vài nghìn vòng/phút trong vòng 10ms

(a)Constructional Details – Chi tiết cơ cấu

(b) Speed Control Điều khiển tốc độ

The speed can be controlled by varying either the applied armature voltage or current Because of their high efficiency, fan cooling is not required in many applications

Tốc độ có thể được điều khiển bởi việc thay đổi điện áp

phần ứng hoặc thay đổi dòng điện phần ứng Trong nhiều ứng dụng, do hiệu suất của động cơ cao nên không đòi hỏi có quạt tản nhiệt

The motor brushes require periodic inspection and

replacement The rotor disk which carries the conductors and commutator, being very thin, has a limited life Hence, it

requires replacing after some time Chổi than của động cơ đòi hỏi phải kiểm tra và thay thế định kỳ Những vật dẫn và cổ

góp của đĩa roto thì rất mỏng, có tuổi thọ giới hạn Vì vậy,

cũng cần phải thay thế sau vài thời gian sử dụng

(c) Main Features Đặc điểm chính.

The main features of this motor are:

Đặc điểm chính cảu động cơ này là:

•Very low-inertia Tính ì rất thấp

•High overload current capability Dòng công suất quá tải cao

•Linear speed-torque characteristic Đặc tính tốc độ-moment

tuyến tính

•Smooth torque down to near-zero speed

Moment giảm xuống êm gần bằng tốc độ 0

•Very suitable for direct-drive control applications

Phù hợp cho những ứng dụng điều khiển truyền động trực tiếp

•High torque/ inertia ratio.Tỷ số giữa moment và quán tính cao

Advantages.

i High efficiency Hiệu

suất cao.

ii Simplified armature

construction Cấu tạo

thiết kế với điện áp thấp

i Restricted to low voltages only

Chỉ giới hạn tới điện áp thấp

ii Short armature life Tuổi thọ của

phần ứng ngắn.

iii Suited for intermittent duty cycle

only because motor overheats in a very short time since there is no iron to absorb excess heat Động

cơ bị quá nhiệt trong một thời gian ngắn khi không có sắt để giải nhiệt có thể dẫn đến công suất

máy bị gián đoạn.

iv Liable to burn out if stalled or

operated with the wrong supply voltage Động cơ có khả năng bị cháy nếu cấp nguồn cho nó sai.

(f) Applications Ứng dụng.

These low-inertia motors have been developed specifically to provide high performance characteristics when used in direct-drive control

applications Examples are:

Tính ì của động cơ thấp đã làm phát triển rõ rệt để cải cách đặc tính cao khi được dùng trong ứng dụng điều khiển truyền động Ví dụ như:

i High speed paper tape reader Đầu đọc băng tốc độ cao.

ii Oscillographs Máy Oscillo

iii X-Y recorders

iv Layer winders Các loại máy quấn.

v Point to point tool positioned i.e as positioning servomotors Động

cơ chấp hành servo

vi With in-built optical position encoder, it competes with stepping

motor Động cơ bước

vii In high rating is being manufactured for heavy-duty drives such as

lawn mowers and battery-driven vehicles etc Được sản xuất với công suất cao cho những máy như máy xén cỏ, một số thiết bị sử dụng pin, v.v