Đồ án Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc ứng dụng động cơ điện một chiều vào công nghiệp là hết sức quan trọng. và việc tính toán cấp nguồn cho động cơ điện một cũng được coi trọng.
Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11 SV: Nguyễn Trọng Thịnh 1 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học LỜI NÓI ĐẦU -Trong những năm gần đây với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của nền kinh tế xã hội, các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật ứng dụng vào các ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp điện tử nói riêng, các thiết bị điện tử công suất được ứng dụng và được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng dụng vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại thiết bị này hết sức cần thiết đối với kỹ sư ngành điện -Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc ứng dụng động cơ điện một chiều vào công nghiệp là hết sức quan trọng. và việc tính toán cấp nguồn cho động cơ điện một cũng được coi trọng. -Để hiểu rõ được vai trò của điện tử công suất và động cơ điện một chiều thì trong bản đồ án môn học này được sự hướng hẫn của thầy Nguyễn Đắc Nam với nội dung: “ Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều” -Em có đưa ra một số phương án trình bày trong bản đồ án thiết kế. Tuy nhiên với sự hiểu biết và những kiến thức đã học còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót nhất định.Em rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô giáo để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên Nguyễn Trọng Thịnh GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11 SV: Nguyễn Trọng Thịnh 2 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1.1. Cấu tạo Hình 1.1 cấu tạo động cơ điện một chiều. 1.1.1.Phần tĩnh (stato) a. Cực từ chính : 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 cácbon dày 0,5 mm đến 1 mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau. GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11 SV: Nguyễn Trọng Thịnh 3 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học Hình 1.2 : Cực từ stato b. Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt giữa 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 như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ cũng được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. c. Gông từ : Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏ máy . Trong động cơ nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong động cơ điện lớn thường dùng thép đúc. Có thể dùng gang làm vỏ máy trong động cơ điện nhỏ. d. Các bộ phận khác : Nắp động cơ : Để bảo vệ động cơ khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khi vận hành. Trong động cơ điện nhỏ và vừa, nắp động cơ còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp động cơ thường làm bằng gang. Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại. 1.1.2. Phần quay (rôto) GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11 SV: Nguyễn Trọng Thịnh 4 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học a.Lõi sắt phần ứng : Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.Trong những động cơ cỡ trung trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục.Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành từng đoạn nhỏ.Giữa các đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi động qua cơ làm việc, gió thổi các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt.Trong động cơ điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép chặt trực tiếp vào trục. Trong động cơ điện lớn hơn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto Hình 1.3 : Lá thép rôto b. Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong động cơ điện nhỏ (công suất dưới vài KW) thương dùng dây có tiết dện tròn. Trong động cơ điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dây quấn đựợc cách điện cẩn thẩn với rãnh của lõi thép. Để tránh khi quay bị văng ra do sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ . GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11 SV: Nguyễn Trọng Thịnh 5 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học Hình 1.4 : Dây quấn phần ứng . c. Cổ góp : Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp có nhiều phiến đồng được cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành góp cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng. Hình 1.5 : Phiến đổi chiều và Cổ góp d. Các bộ phận khác : -Cánh quạt : dùng dể quạt gió làm nguội động cơ. -Trục động cơ : trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục động cơ thường được làm bằng thép cácbon tốt. 1.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều : GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11 SV: Nguyễn Trọng Thịnh 6 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học Động cơ điện một chiều thực chất là máy điện đồng bộ trong đó s.đ.đ xoay chiều được chỉnh lưu thành s.đ.đ một chiều. Để chỉnh lưu s.đ.đ ta có hai đầu vòng dây được nối với hai phiến góp trên có hai chổi điện luôn tỳ sát vào chúng. Khi rôto quay, do chổi điện luôn tiếp xúc với phiến góp nối với thanh dẫn. Vì vậy s.đ.đ xoay chiều trong vòng dây đã được chỉnh lưu ở mạch ngoài thành s.đ.đ một chiều nhờ hệ thống vành góp và chổi điện. Để s.đ.đ một chiều giữa các chổi điện có trị số lớn và ít đập mạch, dây quấn rôto thường có nhiều vòng dây nối với nhiều phiến góp làm thành dây quấn phần ứng và có cổ góp điện (còn gọi là cổ góp hoặc vành đổi chiều). Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi than tiếp xúc với hai phiến góp 1 và 2, trong dây quấn phần ứng có dòng điện. Hai thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho rôto quay, chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí hai thanh dẫn và hai phiến góp 1 và 2 đổi chỗ cho nhau, đổi chiều dòng điện trong các thanh dẫn và chiều lực tác dụng không đổi cho nên động cơ có chiều quay không đổi. Hinh 1.6 : Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường và sinh ra sức điện động cảm ứng E ư trong dây quấn rôto. Ở chế độ động cơ, sđđ E ư ngược chiều với dòng điện phần ứng I ư . Phương trình điện áp động cơ điện một chiều: U = E ư + R ư I ư GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11 SV: Nguyễn Trọng Thịnh 7 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học 1.3. Phân loại động cơ điện một chiều. Dựa vào hình thức kích từ, người ta chia động cơ điện một chiều thành các loại sau: 1.3.1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Hình 1.7 Đường đặc tính cơ của đông cơ kích từ độc lập và song song Đặc tính cơ là mối quan hệ hàm giữa tốc độ và momen điện từ =f(M),khi I = const Dòng điện kích từ được lấy từ nguồn riêng biệt so với phần ứng. Trường hợp đặc biệt, khi từ thông kích từ được tạo ra bằng nam châm vĩnh cữu, người ta gọi là động cơ điện một chiều kích thích vĩnh cửu. 1.3.2. Động cơ điện một chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ được nối song song với mạch phần ứng. Động cơ điện kích từ song song có đặc tính cơ cứng, và tốc độ hầu như không đổi khi công suất trên trục P 2 thay đổi, chúng được dùng nhiều trong Máy cắt kim loại, Máy công cụ . 1.3.3. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp Hình 1.8 Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11 SV: Nguyễn Trọng Thịnh 8 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học Nguồn một chiều cấp chung cho phần ứng nối tiếp với kích từ dòng kích từ chính là dòng phần ứng, nên từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng và phụ tải của động cơ. 1.3.4 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Hình 1.9 Đặc tính cơ động cơ kích từ hỗn hợp. Dây quấn kích từ có hai cuộn, dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp. Trong đó, cuộn kích từ song song thường là cuộn chủ đạo. Hinh 1.10 Các loại động cơ điện một chiều a. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập b. Động cơ điện một chiều kích từ song song c. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp d. Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp 1.4. Ứng dụng Ngày nay động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ dùng trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa (máy chơi CD hay DVD), đến các đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như máy giặt, sự hoạt động của thang máy hay các hệ thống thông GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11 SV: Nguyễn Trọng Thịnh 9 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học gió cũng dựa vào động cơ điện. Trong công nghệ máy tính: Động cơ điện được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang (chúng là các động cơ bước rất nhỏ). 1.5.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ 1.5.1.Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng Hình 1.11 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch rotor. Đồ thị này cho thấy những ưu khuyết điểm sau: -Dễ thực hiện, giá thành rẻ. -Điều chỉnh tương đối láng. -Phạm vi điều chỉnh hẹp và phụ thuộc vào tải (tải càng lớn phạm vi điều chỉnh càng rộng) -Không thực hiện được ở vùng tốc độ không tải, điều chỉnh có tổn hao lớn. -Điện trở điều chỉnh tốc độ có chế độ làm việc lâu dài nên không dùng điện trở khởi động (làm việc ở chế độ ngắn hạn), làm điện trở điều chỉnh. -Khi thêm điện trở vào m ạ ch ph ầ n ứng, tốc độ gi ả m. Vì dòng điện ph ầ n ứng lớn, nên tổn hao công su ấ t lớn. Phương pháp này chỉ sử dụng ở động cơ công su ấ t nhỏ. 1.5.2. Thay đổi điện áp U Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nạp thì chỉ thay đổi được theo chiều tốc độ giảm (vì mỗi cuộn dây đã được thiết kế với U nên không thể tăng điện áp đặt lên cuộn dây). GVHD: Nguyễn Đắc Nam Lớp: ĐT1Đ11 SV: Nguyễn Trọng Thịnh 10 [...]... thay đổi điện áp thì phạm vi điều chỉnh tốc độ rất rộng, đây là ưu điểm rất lớn của động cơ điện một chiều GVHD: Nguyễn Đắc Nam SV: Nguyễn Trọng Thịnh 11 Lớp: ĐT1Đ11 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1 Các phương án 2.1.1 Máy phát một chiều 2.1.1.1 Cấu tạo,nguyên lí làm việc Các thành phần chính của một máy... tạo ra dòng điện xoay chiều nhỏ – Bộ chỉnh lưu quay: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng điện xoay chiều Chỉnh lưu các dòng xoay chiều phát sinh bởi các cuộn dây kích thích, và chuyển đổi nó thành dòng điện một chiều Dòng điện 1 chiều này cung cấp cho Roto (phần ứng) tạo ra một trường điện từ, ngoài từ trường quay của roto – Roto / Phần ứng: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng xoay chiều e.Hệ... xuyên -Ngoài ra, tia lửa điện phát sinh trên cổ góp - chổi than sẽ gây nguy hiểm trong môi trường dễ cháy nổ -Nhược điểm nữa là do mạng điện cung cấp chủ yếu ở dạng xoay chiều nên khi cần cho máy điện một chiều hoạt động phải có bộ chỉnh lưu hoặc máy phát điện một chiều đi kèm -Máy phát điện một chiều phải dùng rotor dây quấn nên cấu tạo và chi phí cao đồng thời phát ra nguồn một chiều nên không chuyền... dưới dạng phun sương vào buồng đốt động cơ d.Ổn áp Đây là bộ phận quy định điện áp đầu ra của máy phát điện, Bao gồm: – Ổn áp: Chuyển đổi điện áp xoay chiều AC thành dòng điện 1 chiều DC Điều chỉnh một phần nhỏ điện áp đầu ra thành điện áp xoay chều và chuyển đổi nó thành dòng điện một chiều – Cuộn dây kích thích: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều DC thành dòng điện xoay chiều AC Các cuộn dây kích thích có... Khoa Điện Đồ án môn học Hình 5.2 Sơ đồ mạch và Sơ đồ điện áp Nguyên lý hoạt động sơ đồ: Khi điện áp Uat dương thì bên thứ cấp máy biến áp có điện áp âm U a và ngược lại Điện áp này qua đầu vào đảo của khuếch đại thuật toán OA1 cho ta điện áp Ub có hình dạng chữ nhật đối xứng Khi U a âm thì biên độ điện áp tại B là Ub= +Umax , diode D mở sẽ dẫn dòng qua điện trở R 2 và biến trở R3.Khi đó Transistor có điện. .. nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học Hình 1.12 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nguồn nạp Dùng nguồn điện một chiều điều chỉnh được điện áp cung cấp điện cho động cơ Phương pháp này được sử dụng nhiều 1.5.3 Thay đổi từ thông Hình 1.13 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng điện kích từ Khi điều chỉnh tốc độ, ta kết hợp phương pháp thay... của một máy phát điện -Động cơ -Đầu phát -Hệ thống nhiên liệu -Ổn áp -Hệ thống làm mát và hệ thống xả -Bộ nạp ắc-quy -Control Panel hay thiết bị điều khiển GVHD: Nguyễn Đắc Nam SV: Nguyễn Trọng Thịnh 12 Lớp: ĐT1Đ11 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học -Kết cấu khung chính a .Động cơ Động cơ là nguồn năng lượng cơ học đầu vào của máy phát điện Kích thước của động cơ tỷ lệ thuận... – Khoa Điện Đồ án môn học Hình 5.6 Giản đồ các đường cong điện áp của pha A Kết luận Sau một quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn đặc biệt là thầy Nguyễn Đắc Nam và sự giúp đỡ của các bạn cùng nhóm, em đã hoàn thành các nhiệm vụ được giao của bản đồ án : Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều Trong quá trình thực hiện do trình... nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học Sơ đồ trên gồm các phần tử chủ yếu như nguồn N, bộ lọc đầu vào L, khoá điện tử (KĐT), bộ lọc (L0) và phụ tải (PT) (cụ thể là động cơ điện một chiều) Nguồn một chiều có thể là ăcquy hoặc bộ chỉnh lưu Bộ lọc đầu vào thường dùng mạch LC hoặc chỉ dùng điện cảm Tụ C có thể được thay thế bằng các phần tử tích trữ năng lượng như ăcquy Khoá điện tử (KĐT) ngày nay được... máy phát điện hoạt động Máy phát điện nên được đặt trong một khu vực mở, thông thoáng được cung cấp đủ không khí trong lành f.Hệ thống bôi trơn GVHD: Nguyễn Đắc Nam SV: Nguyễn Trọng Thịnh 14 Lớp: ĐT1Đ11 Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học -Máy phát điện bao gồm bộ phận chuyển động bên trong động cơ của nó, nó cần được bôi trơn để đảm bảo hoạt động bền, và êm suốt một thời . Các loại động cơ điện một chiều a. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập b. Động cơ điện một chiều kích từ song song c. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp d. Động cơ điện một chiều kích. Việt Trì – Khoa Điện Đồ án môn học 1.3. Phân loại động cơ điện một chiều. Dựa vào hình thức kích từ, người ta chia động cơ điện một chiều thành các loại sau: 1.3.1. Động cơ điện một chiều kích từ. thầy Nguyễn Đắc Nam với nội dung: “ Thiết kế nguồn cấp điện cho động cơ điện một chiều -Em có đưa ra một số phương án trình bày trong bản đồ án thiết kế. Tuy nhiên với sự hiểu biết và những