Đồ án : Động cơ điện một chiều (Bộ môn tự động hóa)

Đồ án Động cơ điện một chiều (Bộ môn tự động hóa) - 1 - Đồ án : Động cơ điện một chiều (Bộ môn tự động hóa) CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Trong mọi ngành sản xuất hiện nay,các công nghệ tiên tiến,các dây truyền thiết bị hiên đại đac và đang thâm nhập vào nước ta.Vớí chính sách mở cửa của đảng và nhà nước,chắc chắn nền kỹ thuật tiên tiến trên thế giới sẽ ngày càng thâm nhập vào Việt Nam.tác dụng của các công nghệ mới và nhưng dây truyền, thiết bị hiện đại đã và đang góp phần tích cực thúc đẩy sự nghiệp công nghiệ p hoá hiện đại hoá.Các máy điện hiện đại trong mọi lĩnh vực đa phần hoạt động nhờ vào điện năng thông qua các thiết bị chuyển đổi điện năng thành cơ năng, nhiệt năng .trong cá dây truyền hiện đại , các thiết bị máy móc khác muốn hoạt động, vận hành không thể không kể đến các động cơ điện.Đặc biệt hơn nữa trong quy ển báo cáo này em muốn đề cập sâu hơn nữa về động cơ điện một chiều. Trong rất nhiều máy móc cần đến các loại động cơ điện một chiều với những mức công suất to nhỏ khác nhau phù hợp với chức năng hoạt động của nó. Động cơ điện một chiều dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành điện năng (khi hãm). Trong động cơ điện có rất nhiều loại khác nhau như: Động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ Rotor lồng sóc hay dây quấn, động cơ điện xoay chiều ba pha có cổ góp. Động cơ điện một chiều co những loại: +Động cơ điện một chiều kích từ độc lập +Động c ơ điện một chiều kích từ song song - 2 - +Động cơ đện một chiều kích từ nối tiếp +Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp hay kích từ băbf na châm vĩnh cửu. Nói tóm lại động cơ điện một chiều được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong các dây truyền thiết bị,các cơ cấu vận hành như thang máy,máy nâng .Nó có vai trò quan trọng và cần thiết trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá c ủa đất nước ta hiện nay.Với cấu tạo không quá phức tạp và khó khăn cho chung ta chế tạovà sửa chữa nó.Góp phần cải thiện cuộc sống, sức lao động của con người nói chung và nhân dân Việt Nam ta nói riêng. I - NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng mộ t lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm dây dẫn chuyển động.Chiều của từ lực được xác định bằng quay tắc bà tay trái.Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng thì chúng đều hoatj đông theo quy tắc này. * ) Cấu tạo chung của động cơ điện một chiều: 1 ) Cấu tạo : Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính là phần tĩnh ( Stator ) và phần động ( Rotor ). A ) Phần tĩnh gồm có : a ) Cực từ chính : Cực từ chính là phần sinh ra từ trường gồm có lõi sắt và cuộn dây : - 3 - Lõi sắt cực từ được làm từ các lá thép kỹ thuật hoặc thép cacbon dầy : 0,5 41 mm được ép lại với nhau và tán chặt thành một khối các cực từ được gắn vào vỏ máy bằng các bulông. Một cặp cực từ (đôi cực) gồm hai cực nam - bắc đặt đối xứng với nhau qua trục động cơ, tuỳ theo động cơ mà động cơ có thể có 1,2,3, . các máy điện nhỏ cự c từ được làm bằng thép khối. Dây quấn kích từ làm bằng dây đồng có tiết diện tròn hoặc chữ nhật được sơn cách điện và được quấn thành từng cuộn. Các cuộn dây được mắc nối tiếp với nhau. Các cuộn dây được bọc cách điện cẩn thận trước khi đặt vào các cực từ. b ) Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt giữa các c ực từ chính để cải thiện tình trạng đổi chiều. Cực từ phụ được làm bằng thép khối trên đặt các cuộn dây quấn. Dây quấn cực từ phụ tương tự như dây quấn cực từ chính. c ) Gông từ : Gông từ là phần nối tiếp các cực từ . Đồng thời gông từ làm vỏ máy , từ thông móc vòng qua các cuộn dây và khép kín sẽ chạy trong mạch từ. Trong máy - 4 - điện lớn gông từ làm bằng thép đúc, trong các máy điện nhỏ gông từ làm bằng thép lá được uốn lại thành hình trụ tròn rồi hàn. d ) Các bộ phận khác : - ) Nắp máy : Nắp máy dùng để bảo vệ các chi tiết của máy tránh không cho các vật bên ngoài rơi vào trong máy có thể làm hỏng cuộn dây, mạch từ .Đồng thời nắp máy để cách ly người sử dụng với bộ phận của máy khi động cơ đ ang quay, đang có điện. Ngoài ra nắp máy còn là giá đỡ ổ bi của trục động cơ. - ) Cơ cấu chổi than : Cơ cấu chổi than để đưa dòng điện từ ngoài vào nếu máy là động cơ và đưa dòng điện ra nếu máy là phát điện. Cơ cấu chổi than gồm có 2 chổi than làm từ than cacbon thường là hình chữ nhật. Hai chổi than được đựng trong hộp chổi than và luôn tỳ lên hai vành góp nhờ 2 lò xo. Hộp ch ổi than có thể thay đổi được vị trí sao cho phù hợp. B ) Phần quay : a ) Lõi sắt phần ứng : Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thường được làm bằng tôn Silic dầy 0,5mm có phủ một lớp cách điện sau đó được ép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy Phucô gây lên. Trên các lá thép có dập các rãnh để khi ép lại tạo thành các rãnh đặt cuộn dây phần ứng vào. Lõi sắt là hình trụ tròn và được ép cứng vào vớ i trục tạo thành một khối thống nhất. Trong các máy điện công suất trung bình trở lên người ta thường dập các rãnh để khi ép lại tạo thành các lỗ thông gió làm mát cuộn dây và mạch từ. - 5 - b ) Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần ứng sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Trong máy điện nhỏ dây quấn phần ứng có tiết diện tròn, với động cơ có công suất vừa và lớn tiết diện dây là hình chữ nhật. Khi đặt dây quấn phần ứng vào rãnh Rotor người ta phải dùng các nêm, chèn lên bề mặt của cuộn dây, các nêm này nằm trong rãnh đặt các cạnh dây quấn để tránh cho dây không bị văng ra ngoài khi dây chịu lực điện từ tác động. c ) Cổ góp : Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến góp bằng đồng ghép lại thành hình trụ tròn sau đó được ép chặt vào trục. Các phiến góp được cách điện với nhau bằng các tấm mea đặt ở giữa. Đuôi các phiến góp nhô cao để hàn đầu dây cuộn dây phần ứng, mỗi phiế n góp có đuôi chỉ hàn một đầu dây và tạo thành các cuộn dây phần ứng nối tiếp nhau. d ) Các bộ phận khác : - 6 - - ) Cánh quạt : Cánh quạt dùng để làm mát động cơ. Cánh quạt được lắp trên trục động cơ để hút gió từ ngoài qua các khe hở trên nắp máy, khi động cơ làm việc gió từ ngoài vào qua các khe hở trên nắp máy , khi động cơ làm việc gió hút vào làm nguội dây quấn, mạch từ. - ) Trục máy : Trục máy được làm bằng loại thép cứng nhiều cacbon. Trên trục máy đặt lõi thép phần ứng và cổ góp. Hai đầu của trục máy được gối lên 2 vòng bi ở nắp máy. * ) Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều : Từ trường của động cơ được tạo ra nhờ các cuộn dây 5 có dòng điệnmột chiều chạy qua.Các cuộn dây này gọi là cuộn cảm (hay cuộn kích từ) và được cuốn quanh các cực từ 4.Trên hình vẽ động cơ điện một chiều,stator 6 của động cơ có đặt các cuộn cảm nên stator g ọi còn gọi là phần cảm.từ trường do cuộn cảm tạo ra sẽ tác dụng một từ lực vào các dây dẫn rotor 7 đặt trong các rãnh của rotor 3 khi có dòng điện chạy qua.Cuộn dây này gọi là cuộn ứng.Dòng điện đưa vào cuộn ứng qua các chổi than 2 và cổ góp 1.Rotor mang cuộn ứng nên gọi là phần ứng của động cơ. - 7 - - Trong hình vẽ các dây dẫn cuộn ứng ở nửa trên rotor có dòng điện hướng vào,còn các dây dẫn ở nửa dưới của rotor có dòng điện hướng ra khỏi hình vẽ.Từ lực F tác dụng vào các dây dẫn rotor có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái sẽ tạo ra mômen làm quay rotor ngược chiều kim đồng hồ.động cơ trên có 2 cực từ hay một đôi cực (1 cặp cực, P=1). - 8 - - Trong thời gian động cơ làm việc,cuộn cảm tạo ra từ trường Φd dọc trục cực từ và phân bố đối xứng với cực từ.Mặt phẳng OO trên đó có đặt chổi than, vừa là mặt phẳng chung tính vật lý .Đồng thời dòng điện trong cuộn ứng cũng tạo ra từ trường riêng Φn hướng ngang trục cực từ .Từ trường tổng cộ ng trong động cơ mất tính chất đối xứng dọc trục (hình c) và mặt phẳng trung tính vật lý quay đi một góc Φ (ngược chiều quay của rotor)so với mặt phẳng trung tính hình học. - Khi mà dòng điện trung tính càng mạnh thì Φn càng mạnh và góc quay β càng lớn.Khi đó ta có thể nói phản ứng phần ứng càng mạnh. - phản ứng phần ứng là một trong những nguyên nhân gây ra tia lửa điện giữa chổi than và cổ góp cũ ng như giữa các lá góp trong cổp góp.Chúng ta có thể hạn chế ảnh hưởng này nhờ xoay chổi than theo vị trí mặt phảng trung tính vật lý.(tức là theo góc β).Thông thường trong các động cơ điện một chiều hiện nay, người ta thường thê cực từ phụ. - Cực từ phụ được đặt giũa các cực từ chính và cuộn dây cực từ phụ sẽ tạo ra từ trường ngang trục so cới từ trường chính và ngược chiều với từ trường Φn của - 9 - cuộn ứng để khử từ trường Φn .Nhờ vậy phản ứng phần ứng bị hạn chế và quá trình chuyển mạch trong động cơ sẽ tốt hơn. - Bởi vì rằng từ trường Φn gây ra phản ứng phần ứng tỉ lệ với dòng điện phần ứng I ư nên cuộn dây cực từ phụ được mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.Do vậy khi dòng điện phần ứng tăng lên thì cuộn dây cực từ phụ cũng sinh ra từ truờng ngược mạnh hơn để khử từ trường Φn. - Ngoài ra,biện pháp tăng khe hở không khí giữa Stator và rotor cũng được áp dụng.Cách này dẫn đến sự tăng kích thước động cơ và phải t ăng cường thêm cuộn kích từ chính vì khe hở không khí lớn sẽ làm yếu từ trường chính. - Còn đối với các loại động cơ điện một chiều có công suất trung bình và lớn thì biện pháp chính là thêm cuộn dây bù đặt trong rãnh ở các cực từ chính (Như hình vẽ) nhằm tạo ra từ thông Φb ngựoc chiều với Φn làm từ thông ở khe hở không khí không bị méo nữavà cuộn bù cũng được mắc nối tiếp v ới cuộn ứng. [...]... hơn về hai loại động cơ điện một chiều kích từ độc lập và động cơ điện một chièu kích từ song song - Trước tiên chúng ta cần hiểu và phân biệt rằng hai động cơ điện một chiều kích tư độc lập và động cơ điện một chiều kích từ song song - Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ cấp điện từ nguồn điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho rotor (Cuộn ứng) Và khi nguồn điện một chiều có công... nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập và động cơ một chiều kích từ song song ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng như sau: U = E +IưRư Σ Trong đ : U: điện áp lưới (V) - 11 - E: Sức điện động của động cơ (V) I :: dòng điện phần ứng của động cơ (A) Rư Σ : iện trở toànbộ của mạch phần ứng (ς) Rư Σ = Rư +Rp Rp: Điện trở phụ trong mạch phần ứng (ς) R : iện trở mạch phần ứng... Trên đây là nguyên lý làm việc chung của một động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng thì chúng đều hoạt động dựa theo nguyên lý này.Và cùng với các phương pháp để có thể hạn chế được những nhược điểm của động cơ điện một chiều với các phương pháp đã nêu ở trên II - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song - Trong động cơ điện một chiều gồm có bốn loại khác nhau.Và ở chương... điện có công suất rất lớn so với công suất động cơ thì tính chất động cơ sẽ tương tự như động cơ kích từ độc lập 1 - Phương trình đặc tính cơ : - Khi động cơ làm việc rotor mang cuộn ứng quay trong từ trường của cuộn cảm nên trong cuộn ứng lại xuất hiện một sức điện động cảm ứng (hay còn gọi là sức phản điện động) .Có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng của động cơ. Theo sơ đồ nối dây của động cơ. .. 0 ta có từ phương trình đặc tính cơ của động cơ và phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.Ta c : Iư = U Ru + Rf = Inm M = KΦInm Và Inm, Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và momen ngắn mạch của động cơ Qua đồ thị đường đặc tính cơ điện, đặc tính cơ của động cơ một chiều ta thấy đồ thị là đường thẳng Nên phương trình đặc tính cơ có dạng : ϖ= Uu KΦ Ru + R f ( KΦ) 2 M là... Ru Dòng điện ngắn mạch : I nm = Momen ngắn mạch : Mnm = KΦđm Inm = Var Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ giảm khi giảm từ thông được biểu diễn trên hình vẽ 4 - Đảo chiều động c : - 24 - Chiều từ lực tác dụng vào dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi đảo chiều quay từ thông hay đảo chiều dòng điện thì từ lục có chiều ngược lại.Vậy muốn đảo chiều động cơ điện một chiều có... pháp cơ khí hoặc bằng phương pháp điện thông qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện, nguồn động lực của hệ truyền động - 29 - điện ở đây ta chỉ xem xét việc điều chỉnh tốc độ theo phương pháp điện, mặt khác ta cũng nên biết việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện khác với việc tự thay đổi tốc độ của động cơ, chẳng hạn như một động cơ điện một chiều kích từ độc lập đang làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ. .. độ động cơ w tăng dần lên, sức điện động của động cơ lúc này E = KΦϖ cũng tăng dần nhưng dòng điện của động cơ khi ấy sẽ bị giảm do đó mômen cũng sẽ giảm - 27 - I = U _ E Ru + R f Chúng ta vẽ và có thể nhìn thấy rõ hơn điều những điều ấythông qua sơ đồ đặc tính cơ lúc mở máy của động cơ một chiều kích từ độc lập qua một cấp điện trở phụ Đặc tính cơ động cơ mở máy theo mũi tên trên đường đặc tính cơ. .. cơ tự nhiên 2 Do quán tính cơ học, khi chuyển đặc tính tốc độ động cơ không kịp thay đổi trong một thời gian qúa ngắn nên đoạn chuyển đổi DE là nằm ngang Mở máy động cơ theo sơ đồ nối dây gọi là mở máy động cơ qua một cấp điện trở Trong thực tế để giảm bớt sự biến động mômen và thời gian lúc mở máy thì động cơ thường mở máy qua vài cấp điện trở phụ.chúng ta có thể mở máy động cơ qua 2 cấp, 3 cấp điện. .. chiều có công suất không đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch điện phần kích từ được mắc vào hai nguồn điện một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập - 10 - - Nếu cuộn kích từ và cuộn ứng được cấp điện bởi cùng một nguồn điện thì động cơ là loại kích từ song song.Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì phần ứng và phần . Đồ án Động cơ điện một chiều (Bộ môn tự động hóa) - 1 - Đồ án : Động cơ điện một chiều (Bộ môn tự động hóa) CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN. quấn, động cơ điện xoay chiều ba pha có cổ góp. Động cơ điện một chiều co những loại: +Động cơ điện một chiều kích từ độc lập +Động c ơ điện một chiều