Giáo trình Cơ sở lý thuyết máy điện (Ngành: Điện công nghiệp) - CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Giáo trình Cơ sở lý thuyết máy điện phục vụ cho công tác dạy nghề. Giáo trình này được biên soạn để giảng dạy cho người học ở trình độ cao đẳng nghề hoặc làm tài liệu tham khảo cho các khoá đào tạo ngắn hạn cho các công nhân kỹ thuật chuyên ngành điện.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-… ngày…….tháng….năm Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơng nghệ Hà Tĩnh GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN LỜI GIỚI THIỆU Để phục vụ cho việc giảng dạy theo chương trình khung nghề điện cơng nghiệp, giáo trình cung cấp kiến thức quấn dây máy điện Sau thời gian khảo sát nghiên cứu tài liệu thực tiễn lĩnh vực điện công nghiệp chúng tơi viết giáo trình nhằm phục vụ cho cơng tác dạy nghề Để hồn thành giáo trình giúp sức không nhỏ trường cao đẳng công nghệ Hà Tĩnh tập thể đội ngũ giáo viên Khoa Điện Giáo trình biên soạn để giảng dạy cho người học trình độ cao đẳng nghề làm tài liệu tham khảo cho khố đào tạo ngắn hạn cho cơng nhân kỹ thuật chuyên ngành điện Mặc dù nhóm tác giả có nhiều cố gắng, song thiếu sót khó tránh Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn đọc để giáo trình hồn thiện hơn! Hà Tĩnh, ngày GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN tháng năm 2020 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN MỤC LỤC CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN CHƯƠNG 1: MÁY BIẾN ÁP Error! Bookmark not defined Khái niệm chung Error! Bookmark not defined Cấu tạo máy biến áp Error! Bookmark not defined 2.1 Lõi thép Error! Bookmark not defined 2.2 Dây quấn Error! Bookmark not defined 2.3 Vỏ máy Error! Bookmark not defined Các đại lượng định mức Error! Bookmark not defined 3.1 Điện áp định mức Error! Bookmark not defined 3.2 Dòng điện định mức Error! Bookmark not defined 3.3 Công suất đinh mức Error! Bookmark not defined Nguyên lý làm việc máy biến áp Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Error! Bookmark not defined Khái niệm chung máy điện không đồng Error! Bookmark not defined 1.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 1.2 Phân loại Error! Bookmark not defined 1.3 Các đại lượng định mức Error! Bookmark not defined 1.4 Công dụng máy điện không đồng Error! Bookmark not defined Cấu tạo máy điện không đồng ba pha Error! Bookmark not defined 2.1 Stator (phần tĩnh) Error! Bookmark not defined 2.2 Rotor (phần quay) Error! Bookmark not defined 2.3 Khe hở Error! Bookmark not defined Từ trường máy điện không đồng Error! Bookmark not defined 3.1 Từ trường đập mạch dây quấn pha Error! Bookmark not defined 3.2 Từ trường quay dây quấn ba pha Error! Bookmark not defined 3.3 Từ trường quay dây quấn hai pha Error! Bookmark not defined Nguyên lý làm việc máy điện không đồng Error! Bookmark not defined GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN 4.1 Nguyên lý làm việc động điện không đồng Error! Bookmark not defined Biểu đồ lượng hiệu suất động điện không đồng Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Error! Bookmark not defined Đại cương máy điện chiều Error! Bookmark not defined Cấu tạo máy điện chiều Error! Bookmark not defined Nguyên lý làm việc máy điện chiều Error! Bookmark not defined 3.1 Máy phát điện Error! Bookmark not defined 3.2 Động điện 10 Từ trường sức điện động máy điện chiều 10 Tổn hao máy điện chiều 11 CHƯƠNG 4: ĐỘNG CƠ VẠN NĂNG 14 1.Nguyên lý hoạt động cấu tạo động vạn 14 CHƯƠNG 5:ĐỘNG CƠ SERVO 17 Hệ thống servo gì? 17 servomotor Error! Bookmark not defined Servo Amplifiers Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 6:ĐỘNG CƠ BƯỚC 28 1/ Khái niệm 28 Cấu tạo động bước 28 Đặc điểm động bước 28 4.Phương pháp điều khiển động 30 GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Cơ sở lý thuyết máy điện Mã môn học: MH12 Thời gian thực môn học: 30 giờ; (Lý thuyết: 28 giờ; kiểm tra: giờ) I Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí: Mơn học sở lý thuyết máy điện bố trí học sau mơn học sở lý thuyết mạch điện trước mô đun chun mơn nghề - Tính chất: Là mơn học sở II Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: Trình bày khái niệm máy điện, định luật điện từ, cấu tạo, nguyên lý làm việc, đại lượng định mức, phân loại ứng dụng máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện chiều, động vạn năng, động servo động bước - Về kỹ năng: Giải thích nguyên lý làm việc từ trường máy điện không đồng bộ, động chiều động vạn - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Làm việc độc lập làm việc theo nhóm, giải cơng việc, vấn đề phức tạp điều kiện làm việc thay đổi; + Hướng dẫn, giám sát người khác thực nhiệm vụ xác định; chịu trách nhiệm cá nhân trách nhiệm nhóm; + Đánh giá chất lượng cơng việc sau hoàn thành kết thực thành viên nhóm III Nội dung mơn học: Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Thời gian (giờ) Số Tên chương, mục TT Thực hành, thí Tổng Kiểm Lý thuyết nghiệm, thảo số tra luận, tập Bài mở đầu: Khái niệm chung về 5 máy điện Các định luật điện từ dùng máy điện 1.1 Lực từ 1.2 Hiện tượng cảm ứng điện từ GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN 1.3 Tự cảm hổ cảm Định nghĩa phân loại máy điện 2.1 Định nghĩa 2.2 Phân loại máy điện 2.1 Khái niệm máy điện xoay chiều Chương I: Máy biến áp Khái niệm chung Cấu tạo máy biến áp Các đại lượng định mức máy biến áp Nguyên lý làm việc máy biến áp Phân loại ứng dụng Chương II: Máy điện không đồng Khái niệm chung máy điện không đồng Cấu tạo máy điện không đồng ba pha Từ trường máy điện không đồng Nguyên lý làm việc máy điện không đồng Phân loại ứng dụng Chương III: Máy điện chiều 5 1 Đại cương máy điện chiều Cấu tạo máy điện chiều Nguyên lý làm việc máy điện chiều Từ trường sức điện động máy điện chiều Ứng dụng động chiều Chương IV: Động điện vạn Cấu tạo động điện vạn GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH Nguyên lý làm việc động điện vạn Nguyên lý từ trường động điện vạn Ứng dụng động điện vạn Chương 5: Động servo Cấu tạo nguyên lý làm việc Điều khiển động servo Ứng dụng động servo Chương 6: Động bước Cấu tạo nguyên lý làm việc Điều khiển động bước KHOA ĐIỆN 2 28 Ứng dụng động bước Tổng 30 GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Mục tiêu: - Phát biểu định luật điện từ máy điện; - Phân tích nguyên lý hoạt động máy phát động điện; - Giải thích q trình phát nóng làm mát máy; - Phát huy tính tích cực, chủ động, cẩn thận công việc; Định nghĩa phân loại máy điện 1.1 Định nghĩa Máy điện thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ cấu tạo gồm mạch từ ( lõi thép ) mạch điện ( dây cuốn), dùng để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại biến đổi điện thành ( động điện ), dùng để biến đổi thông số điện biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha v.v… Máy điện máy thường gặp nhiều công nghiệp, giao thông vận tải, sản xuất đời sống 1.2 Phân loại Máy điện có nhiều loại, có nhiều cách phân loại khác nhau, ví dụ phân lọai theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện (xoay chiều, chiều), theo nguyên lý làm việc v.v… Trong giáo trình ta phân loại dựa vào nguyên lý biến đổi luợng sau: 1.2.1 Máy điện tĩnh Máy điện tĩnh làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ biến thiên từ thông cuộn dây chuyển động tương Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện Do tính chất thuận nghịch quy luật cảm ứng điện từ, q trình biến đổi có tính thuận nghịch, ví dụ máy biến áp biến đổi hệ thống điện có thơng số U1, f thành hệ thống điện có thông số U2, f ngược lại biến đổi Máy gồm khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây phiến góp quay quanh trục với vận tốc khơng đổi từ trường hai cực nam châm Các chổi than A B đặt cố định ln ln tì sát vào phiến góp Hình 4-6 Ngun lý hoạt đợng máy phát điện Khi cho khung quay theo định luật cảm ứng điền từ dẫn cảm ứng nên sức điện động theo định luật Faraday ta có: e = B.l.v (V) (4-1) B: Từ cảm nơi dẫn quét qua; T L: Chiều dài dẫn nằm từ trường; m V: Tốc độ dài dẫn; m/s Chiều sức điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải theo hình vẽ sức điện động dẫn cd nằm cực S có chiều từ d đến c, cịn ab nằm cực N có chiều từ b đến a Nếu mạch ngồi khép kín qua tải sức điện GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN động khung dây sinh mạch ngồi dịng điện chạy từ A đến B Nếu từ cảm B phân bố hình sin e biến đổi hình sin dạng sóng sức điện động cảm ứng khung dây hình 5.3a Nhưng chổi than với dẫn nằm cực S nên dịng điện mạch ngồi chạy theo chiều từ A đến B Nói cách khác sức điện động xoay chiều cảm ứng dẫn dòng điện tương ứng chỉnh lưu thành sức điện động dòng điện chiều nhờ hệ thống vành góp chổi than, dạng sóng sức điện động chiều hai chổi than hình 5.3b Đó ngun lý làm việc máy phát điện chiều 3.2 Động điện Từ cảm hay sức điện đợng hình sin a) Quy tắc bàn tay Trong khung dây trước chỉnh lưu phải S.đ.đ dòng điện chỉnh b) Quy tắc bàn tay lưu trái Hình 4-7 Các dạng sóng sức điện đợng Hình 4-8 Quy tắc bàn tay trái phải Nếu ta cho dòng điện chiều vào chổi than A B dòng điện vào dẫn cực N dẫn nằm cực S, nên tác dụng từ trường sinh mơ men có chiều khơng đổi làm cho quay máy Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Đó nguyên lý làm việc động điện chiều a) Từ trường sức điện động máy điện chiều Sức điện động cảm ứng dây quấn phần ứng Cho dịng điện kích thích vào dây quấn kích thích khe hở sinh từ thông Φδ Khi phần ứng quay với tốc độ định dây quấn cảm ứng suất điện động Sức điện động sức điện động mạch nhánh song song tổng sức điện động cảm ứng dẫn nối tiếp mạch nhánh Sức điện động cảm ứng dẫn: ex = Bδx.lδ.v (4-2) Trong đó: Bδx: Từ cảm nơi dẫn x quét qua lδ: Chiều dài tác dụng dẫn v: Tốc độ dài dẫn Hình 17-05-9 Xác định s.đ.đ phần ứng Nếu dẫn mạch nhánh Eư = e1 + e2 +…+ eN/2a = N thì: 2a N / 2a  x 1 Nếu số dẫn đủ lớn N / 2a  B x 1 x e x  ( Bl  )l v  N / 2a  B l v x 1 l trị số trung bình Btb nhân với tổng số dẫn mạch nhánh: GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 10 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN Điều khiển tốc độ đông servo quay với tốc độ tương ứng với tính hiệu điện áp đầu vào VÌ giám sát tốc độ quay đông thời điểm Sơ đồ khối điều khiển động servo với vịng hồi tiếp vị trí tốc độ: Trong phần A B C phần so sánh xử lý tín hiệu hồi tiếp hiệu chỉnh lệnh Phần D E cấu thực thi hồi tiếp Các phần A B C phổ dụng sơ đồ khối điều khiển, phần D E tùy thiết bị sử dụng mà chúng có khác đơi chút chất chúng hồn tồn giống Sau số ví dụ phần D E thường gặp Encoder series Mã Thông số kỹ thuật SGMAH SGMPH SGMGH SGMUH SGB số MH 16-bit mã hóa tuyệt Tiêu Tiêu đối chuẩn chuẩn 17-bit mã hóa tuyệt Tiêu Tiêu Tiêu đối chuẩn chuẩn chuẩn A 13-bit mã hóa gia Tiêu Tiêu tăng chuẩn chuẩn B 16-bit mã hóa gia Tùy chọn Tùy chọn tăng C 17-bit mã hóa gia Tiêu Tiêu Tiêu tăng chuẩn chuẩn chuẩn Sự khác biệt so với motor thường: Về kết cấu hoạt đông động servo giống động thường Nhưng thiết kế để đáp ứng độ xác cao, tốc độ cao, tần số cao kiểm soát tốc độ vị trí phương tiên khí GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 20 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN Khơng phải động dùng làm động servo Động servo động hoạt động dựa theo lệnh điều khiển vị trí tốc độ Chính phải thiết kế cho đáp ứng phù hợp với nhu cầu điều khiển Về servo motor động bình thường giống mặc cấu tạo nguyên lý hoạt động ( có phần cảm phần ứng, khe hở từ thông, cách đấu dây … ) Tuy nhiên tuỳ theo nhu cầu điều khiển mà có số điểm cải tiến (dành cho mục đích đặc biệt) so với động thường Sau vài ví dụ nét đặt trưng động servo: a Tăng tốc độ đáp ứng tốc độ: Các động bình thường, muốn chuyển từ tốc độ sang tốc độ khác cần có khoảng thời gian độ Trong số nhu cầu điều khiển, đòi hỏi động phải tăng/giảm tốc nhanh chóng để đạt tốc độ mong muốn thời gian ngắn nhất, hoặt đạt vị trí mong muốn nhanh Ví dụ muốn điều khiển cấu từ vị trí X đến vị trí X’, ban đầu xa vị trí X’ động quay với vận tốc lớn để tăng tốc, nhiên đến gần X’ đòi hỏi động cần giảm tốc tức để đạt vị trí mong muốn cách xác loại trừ vọt lố vị trí Các động thường đáp ứng điều Để động đáp ứng u cầu phải thiết kế cho rút ngắn đáp ứng tốc độ động Muốn ta cần giảm moment qn tính tăng dịng giới hạn cho động Để giảm moment qn tính động servo giảm đường kính rotor loại bỏ cấu sắt khơng cần thiết Để tăng dịng giới hạn, động servo sử dụng sắt Ferrit để làm mạch từ thiết kế hình dạng lõi sắt cho phù hợp Đối với động nam châm vĩnh cữu cần thiết kế cho ngăn cản khử từ (hình dạng mạch từ) tăng khả từ tính nam châm (sử dụng nam châm đất rare earth magnet) b Tăng khả đáp ứng Đáp ứng cần hiểu tăng/giảm tốc cần phải “mềm” nghĩa gia tốc số hay gần số Một số động thang máy hay số băng chuyền đòi hỏi đáp ứng GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 21 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN tốc độ cấu phải “mềm”, tức trình độ vận tốc phải xảy cách tuyến tính Để làm điều cuộn dây động phải có điện cảm nhỏ nhằm loại bỏ khả chống lại biến đổi dòng điện mạch điều khiển yêu cầu Các động servo thuộc loại thường thiết kế giảm thiểu số cuộn dây mạch có khả thu hẹp vịng từ mạch từ khe hở khơng khí c Mở rộng vùng điều khiển(control range): Một số yêu cầu điều khiển cần điều khiển động dải tốc độ lớn định mức nhiều Động bình thường cho phép điện áp đặt lên phải điện áp chịu đựng động thông thường không lớn so với điện áp định mức Động servo thuộc loại có thiết kế đặt biệt nhằm gia tăng điện áp chịu đựng tăng khả bão hoà mạch từ động Như động servo thuộc loại phải tăng cường cách điện sử dụng sắt Ferrit nam châm đất (rare earth) d Khả ổn định tốc độ: Động servo loại thường thiết kế cho vận tốc quay ổn định Như ta biết khơng có mạch điện hồn hảo, khơng có từ trường hồn hảo thực tế Chính động quay 1750 rpm khơng có nghĩa ln ln quay 1750 rmp mà dao động quanh giá trị Động servo khác biệt với động thường chỗ độ ổn định tốc độ khác cao Các động servo loại thường sử dụng ứng dụng địi hỏi tốc độ xác (như robot) Nó thiết kế cho gia tăng dòng từ mạch từ lên cao gia tăng từ tính cực từ Các rãnh rotor thiết kế với hình dáng đặc biệt cuộn GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 22 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN dây rotor bố trí khác đặc biệt để đáp ứng yêu cầu Tăng khả chịu đựng động cơ: Một số động servo thiết kế cho chịu đựng tín hiệu điều khiển tần số cao có khả chịu được yêu cầu tăng tốc bất ngờ từ điều khiển Những động thường cải tiến phần để có tuổi thọ cao chống lại hao mịn ma sát ổ bi bạc đạn chổi than (đơi với DC) Các loại tính Servo Motors: Động Servo phân loại thành động servo DC, động servo AC, động bước Có hai loại động servo AC , động servo đồng động servo loại cảm ứng Phân loại động servo: Nét đặc trưng động servo: GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 23 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN Cấu trúc động servo AC : Các tính động servo AC so với động servo DC: - Nam châm vĩnh cửu gắn sẳn roto từ trường quay - Cuộn dây cung cấp Stator tĩnh phần ứng - Mặt khác, chức điện Stator rotor đảo ngược, động AC servo khơng có chuyển mạch chuổi than mà động DC servo có Ngun tắc hoạt động đơng servo AC: GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 24 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN Như hình động có ba cuộn dây với đầu chung cho tất cuộn dây Thông thường đầu chung đấu với nguồn dương nguồn kích từ theo thứ tự liên tục Theo hình động có góc quay 120 độ cho bước Rotor động có Stator có ba cực cách 120 độ Khi cuộn kích điện rotor bị hút vào cực một.Nếu dòng qua cuộn bị ngắt đóng dịng cho cuộn hai , rotor quay 120 độ ngược kim đông hồ rotor hút vào cực hai Để quay động cách liên tục, cần cấp điện liên tục luân phiên cho ba cuộn dây Bảng thể hiển rõ trình hoạt động động servo GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 25 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN Các đặc điểm động servo: GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 26 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN Câu hỏi: Câu 1: Hệ thống servo gi ? Câu 2: Em trình bày Các tính động servo AC so với động servo DC ? GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 27 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 28 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN CHƯƠNG 6: ĐỘNG CƠ BƯỚC Mục tiêu: - Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc động bước; - Trình bày phương pháp điều khiển động bước; - Rèn luyện tính cẩn thận, tư khoa học sáng tạo 1/ Khái niệm Động bước (stepper motor), thực chất động đồng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển dạng xung điện rời rạc thành chuyển động góc quay Hình ảnh mợt số loại đợng bước Cấu tạo động bước Về cấu tạo động bước gồm có phận stato, roto nam châm vĩnh cửu trường hợp động biến từ trở khối làm vật liệu nhẹ có từ tính Động bước điều khiển điều khiển bên Động bước điều khiển thiết kế cho động giữ nguyên vị trí cố định quay đến vị trí Động bước sử dụng hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản, vịng kín, nhiên sử dụng động bước hệ điều khiển vòng hở tải, tất cá giá trị động bị hệ thống cần nhận diện lại Đặc điểm động bước  Động bước hoạt động tác dụng xung rời rạc Khi có dịng điện hay điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng động bước làm cho roto động quay góc định gọi bước động  Góc bước góc quay trục động tương ứng với xung điều khiển Góc bước xác định dựa vào cấu trúc động bước phương pháp điều khiển động bước  Tính mở máy động đặc trưng tần số xung cực đại mở máy mà khơng làm cho roto đồng  Chiều quay động bước khơng phụ thuộc vào chiều dịng điện mà phụ thuộc vào thứ tự cấp xung cho cuộn dây 2.1 Phân loại động bước Động bước chia thành loại là: - Động bước biến từ trở - Động bước nam châm vĩnh cửu - Động bước hỗn hợp/lai a Động bước nam châm vĩnh cửu Động bước nam châm vĩnh cửu có roto nam châm vĩnh cửu, stato có nhiều có quấn vịng dây Các cuộn dây pha có cực tính khác GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 29 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN Cấu tạo động bước nam châm vĩnh cửu Nguyên lý hoạt động động bước nam châm vĩnh cửu có cặp cuộn pha trình bày hình: Ban đầu vị trí stato roto phase A Khi cấp điện cho cuộn dây pha B D cuộn xuất cực tính Do cực tính cuộn dây pha roto ngược dẫn đến roto chuyển động đến vị trí hình phase B on Khi cuộn dây pha B D ngắt điện cuộn dây A B cấp điện roto lại chuyển động đến vị trí hình phase C on Nguyên lý hoạt động động bước nam châm vĩnh cửu Gọi số stato Zs, góc bước động Sđc, góc bước động tính theo cơng thức sau: 2.2 Động bước biến từ trở Động bước biến từ trở có cấu tạo giống với động bước nam châm vĩnh cửu Cấu tạo stato có cuộn pha đối xứng nhau, cuộn pha đối xứng có cực tính khác với động bước nam châm vĩnh cửu Góc bước stato Ss Roto động bước biến từ trở cấu tạo từ thép non có khả dẫn từ cao, động điện roto tiếp tục quay tự dừng hẳn Nguyên lý hoạt động động bước biến từ thể hình: Nguyên lý hoạt động động bước biến trừ trở Khi cấp điện cho pha A (hình a), cặp cuộn dây A bố trí đối xứng có cực tính nam (S) bắc (N) Lúc cuộn dây hình thành vòng từ đối xứng Khi cấp điện cho pha B (hình b) Lúc từ trở động lớn, momen từ tác động lên trục roto làm cho roto quay theo chiều giảm từ trở Roto quay từ trở nhỏ momen khơng trục động dừng, roto đạt đến vị trí cân Tương tự vật cấp điện cho pha C, động hoạt động theo nguyên tắc roto vị trí hình c Quá trình lặp lại động quay liên tục theo thứ tự pha A  B  C Để động quay ngược chiều cần cấp điện cho pha theo thứ tự ngược lại Gọi số pha động Np, ổ roto Zr, góc bước động bước biến từ trở S ta tính cơng thức sau: 2.3 Động bước hỗn hợp GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 30 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN Động bước hỗn hợp (còn gọi động bước lai) có đặc trưng cấu trúc động bước nam châm vĩnh cửu động bước biến từ Stato roto có cấu tạo tương tự động bước biến từ trở số stato roto không Roto động bước thường có phần: phần nam châm vĩnh cửu gắn chặt lên trục động cơ, phần đoạn roto chế tạo từ thép non đoạn roto đặt lệch Cấu tạo động bước hỗn hợp Góc bước động bước hỗn hợp tính theo cơng thức: Trong đó:  S góc bước động  Sr góc kề  Zs số cặp cực stato Động bước hỗn hợp sử dụng rộng rãi kết hợp ưu điểm loại động động bước nam châm vĩnh cửu động bước biến từ trở 2.4 Động bước pha Hiện động bước pha sử dụng thơng dụng, có kết cấu động bước hỗn hợp động bước nam châm vĩnh cửu Tuy nhiên động bước pha phân loại dựa vào cách đấu dây cặp cực Động bước đơn cực: cuộn dây pha có ba dây đầu Điểm trung tâm cuộn dây đấu Khi cấp điện, dây trung tâm nối với đầu dương nguồn điện, hai đầu dây lại nối với đầu âm Động bước lưỡng cực: cuộn dây pha loại động có đầu Một đầu dây nối với nguồn dương đầu lại nối với đầu âm nguồn điện Động bước lưỡng cực có kết cấu đơn giản điều khiển phức tạp động bước đơn cực Động bước pha lưỡng cực đơn cực 4.Phương pháp điều khiển động Hiện có phương pháp điều khiển động bước Phương pháp điều khiển động bước - Điều khiển dạng sóng (Wave): phương pháp điều khiển cấp xung điều khiển theo thứ tự chon cuộn dây pha - Điều khiển bước đủ (Full step): phương pháp điều khiển cấp xung đồng thời cho cuộn dây pha - Điều khiển nửa bước (Half step): phương pháp điều khiển kết hợp phương pháp khiển dạng sóng điều khiển bước đủ Khi điều khiển theo phương GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 31 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN pháp giá trị góc bước nhỏ hai lần số bước động bước tăng lên lần so với phương pháp điều khiển bước đủ nhiên phương pháp có phát xung điều khiển phức tạp - Điều khiển vi bước (Microstep): phương pháp áp dụng việc điều khiển động bước cho phép động bước dừng định vị vị trí nửa bước bước đủ Ưu điểm phương pháp động hoạt động với góc bước nhỏ,độ xác cao Do xung cấp có dạng sóng nên động hoạt động êm hơn,hạn chế vấn đề cộng hưởng động hoạt động Câu hỏi: Câu 1: Em trình bày khái niệm động bước ? ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Câu 2: Em trình bày cấu tạo đặc điểm động bước ? ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 32 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 33 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN TÀI LIỆU THAM KHẢO - Giáo trình máy điện đặc biệt – Th/sĩ Nguyễn Trọng Thắng NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh - Giáo trình máy điện – PGS TS Đào Việt Hoa, Th/sĩ Vũ Hữu Thích, Th/sĩ Vũ Đức Thoan – Kỹ sư Đỗ Duy Hợp - NXB Giáo dục Việt Nam - Máy điện 1-2 – T/S Đặng Quốc Vương – Trường Đại học SP KT TP HCM - Động servo - Biên dịch: Lâm Quỳnh Trang - Lê Trọng Hiền - Nguyễn Minh Trung - Đoàn Hiệp Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh - Chương trinh PFIEV Programmable Logic Controllers AC Servo Drives TIÊU CHUẨN CHỨC NĂNG SERIES SERVOMOTOR LOẠI: SGMAH-SGMPH-, SGMGH-, SGMSH-, SGMDHSERIES SERVOPACK LOẠI: SGDM-YASKAWA GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 34 ... trình hoạt động động servo GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 25 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN Các đặc điểm động servo: GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 26 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG... ………………………………………………………………………………………… GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 16 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN CHƯƠNG 5:ĐỘNG CƠ SERVO Mục tiêu: - Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc động servo; - Trình bày phương... niệm chung về 5 máy điện Các định luật điện từ dùng máy điện 1.1 Lực từ 1.2 Hiện tượng cảm ứng điện từ GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN 1.3 Tự cảm