Khái niệm chung

CHƯƠNG V : SƠ LƯỢC VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU 3 PHA

5.1 Khái niệm chung

Động cơ điện xoay chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện xoay chiều.

5.2 Phân loại:

Động cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau. Theo sơ đồ nối điện có thể phân ra làm hai loại: động cơ ba pha và một pha, và nếu theo tốc độ có động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ.

5.3 Sơ lược về động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẽ nên được sử dụng rộng rãi. Động cơ điện khơng đồng bộ rơto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất (nhất là loại rơto lồng sóc đúc nhơm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ công suất nhỏ và trung bình. Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độ khó khăn và dịng điện khởi động lớn thường bằng 6-7 lần dòng điện định mức. Để khắc phục cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ rơto lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dịng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên. Động cơ điện khơng đồng bộ rơto dây quấn có thể điều chỉnh được tốc độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mơmen khởi động lớn mà dịng khởi động khơng lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rơto lồng sóc, do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn.

Trong hệ thống băng chuyền lúa tại cơng ty bột mì Đại Phong chỉ sử dụng các động cơ khơng đồng bộ 3 pha do đặc tính có cơ cấu đơn giản, bền, dễ sử dụng, đặc tính vận hành tốt với tốc độ quay hầu như không đổi và dễ dàng đảo chiều động cơ.

5.3.1 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ

Khi cho dòng điện 3 pha vào động cơ và do sự bố trí dây quấn có các pha lệch nhau 1200 , nên tạo được từ trường quay làm phát sinh trong các thanh dẫn của rotor dòng điện cảm ứng và dưới tác dụng của từ trường quay tạo ra lực điện từ

cũng nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường quay. Cũng vì thế mà gọi động cơ này là động cơ khơng đồng bộ 3 pha.

Hình 5.1: Các cuộn dây dặt lệch nhau 1200

Động cơ khơng đồng bộ ba pha có hai phần chính: stato (phần tĩnh) và rơto (phần quay). Stato gồm có lõi thép trên đó có chứa dây quấn ba pha. Khi đấu dây quấn ba pha vào lưới điện ba pha, trong dây quấn sẽ có các dịng điện chạy, hệ thống dòng điện này tao ra từ trường quay, quay với tốc độ:

p f n  60* Trong đó: - f1: tần số nguồn điện (Hz). - p: số đôi cực từ của dây quấn.

5.3.2 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ

Cấu tạo của động cơ điện không đồng bộ về cơ bản gồm hai bộ phận chủ yếu stator và rotor, ngồi ra cịn có vỏ máy, nắp máy và trục máy. Trục làm bằng thép, trên đó gắn rotor, ổ bi và phía cuối trục có gắn một quạt gió để làm mát máy.

Hình 5.2: Cấu tạo của động cơ điện khơng đồng bộ.

1. Lõi thép stator; 2. Dây quấn stator; 3. Nắp máy; 4. Ổ bi; 5. Trục máy

6. Hộp dầu; 7. Lõi thép rotor; 8. Thân máy; 9. Quạt gió làm mát; 10. Hộp quạt.

5.3.2.1 Stato (phần tĩnh)

Stato bao gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn.  Vỏ máy

Vỏ máy là nơi cố định lõi sắt, dây quấn và đồng thời là nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục. Vỏ máy có thể làm bằng gang, nhơm hay lõi thép.

Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín và vỏ kiểu bảo vệ.

 Vỏ máy kiểu kín u cầu phải có diện tích tản nhiệt lớn người ta làm

nhiều gân tản nhiệt trên bề mặt vỏ máy.

 Vỏ kiểu bảo vệ thường có bề mặt ngồi nhẵn, gió làm mát thổi trực tiếp trên bề mặt ngoài lõi thép và trong vỏ máy.

 Lõi sắt

Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay, nên để giảm tổn hao lõi sắt được làm những lá thép kỹ thuật điện dây 0,5mm ép lại. Yêu cầu lõi sắt là phải dẫn từ tốt, tổn hao sắt nhỏ và chắc chắn.

Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dịng điện xốy gây nên (hạn chế dịng điện phuco).

 Dây quấn

Dây quấn stator được đặt vào rãnh của lõi sắt và làm bằng dây dẫn bọc cách điện (dây điện từ) được đặt trong các rãnh của lõi thép. Dòng điện xoay chiều ba pha chạy trong ba dây quấn stator sẽ tạo ra từ trường quay.

Dây quấn đóng vai trị quan trọng của máy điện vì nó trực tiếp tham gia các quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hay ngược lại, đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm một phần khá cao trong tồn bộ giá thành máy.

Hình 5.3: Cấu tạo stator

5.3.2.2 Phần quay (Rotor)

Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.

 Lõi thép: lõi thép gồm các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh mặt ngoài

ghép lại tạo thành các rãnh theo hướng trục, ở giữa có lỗ để lắp trục.

 Dây quấn: dây quấn của động cơ điện không đồng bộ có hai kiểu là rotor

ngắn mạch (cịn gọi rotor lồng sóc) và rotor dây quấn.

 Rotor lồng sóc: loại rotor lồng sóc có cơng suất trên 100kW, trong các rãnh của lõi thép rotor đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch bằng hai vòng đồng tạo thành lồng sóc (hình 5.4a). Ở động cơ công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép rotor tạo thành thanh nhơm, hai đầu đúc vịng ngắn mạch và cánh quạt làm mát (hình 5.4b).

Lõi thép

Hình 5.4 : Rotor lồng sóc và rotor dây quấn

 Rotor dây quấn: Trong rãnh lõi thép rotor đặt dây quấn ba pha. Dây quấn rotor thường nối sao, ba đầu ra nối với ba vòng tiếp xúc bằng đồng cố định trên trục rotor và được cách điện với trục (Hình 5.5). Nhờ ba chổi than tỳ sát vào ba vòng tiếp xúc, dây quấn rotor được nối với ba biến trở bên ngoài, để mở máy hay điều chỉnh tốc độ.

Hình 5.5: Rotor dây quấn.

5.3.3 Phương pháp khởi động động cơ không dồng bộ 3 pha:

Đối với động cơ có cơng suất nhỏ vài HP (sức ngựa), có thể khởi động trực tiếp bằng cách đưa thẳng điện áp nguồn vào động cơ. Khi khởi động thì động cơ đạt mômen khởi động tối đa, với cường độ dòng khởi động cao hơn lúc bình thường khoảng 3 đến 5 lần, nhưng khơng làm sụt áp gây ảnh hưởng đến mạng điện.

Nhưng đối với động cơ có cơng suất lớn trên 30 HP, thì khơng thể khởi động trực tiếp được, vì lúc này dịng khởi động tăng cao hơn làm sụt áp gây ảnh hưởng đến mạng điện. Do đó cần phải có phương pháp khởi động sao cho đạt yêu cầu là mơmen khỏi động cao và dịng khởi động nhỏ để không gây ảnh hưởng đến điện áp nguồn. Phương pháp thông dụng nhất là khống chế điện áp nguồn ở phần stator để hạn chế dịng khởi động, đó chính là cách khởi động sao tam giác.

Hình 5.6: Mạch khởi động sao tam giác Khởi động Khởi động

sao

Khởi động tam giác

CHƯƠNG VI

GIỚI THIỆU MỘT SỐ CẢM BIẾN VÀ SƠ LƯỢC CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN

6.1 Giới thiệu một số cảm biến

 Khái niệm cảm biến:

Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và đại lượng khơng có tính điện cần đo thành đại lượng điện có thể đo và xử lý được. Các đại lượng cần đo thường khơng có tính điện như: nhiệt độ, áp suất, chuyến động…Cảm biến là một thiết bị quan trọng trong các dây chuyền sản xuất tự động. Nguyên lý cơ bản của một số cảm biến như sau:

Tín hiệu của đại Tín hiệu điện của đại

lượng cần đo lượng cần đo

Hình 6.1: Nguyên lý hoạt động của một cảm biến

Đại lượng vật lý cần đo Hiệu ứng sử dụng Tín hiệu ra

Lực Áp suất Gia tốc

Áp điện Điện tích

Nhiệt độ Nhiệt điện Điện áp

Tốc độ Cảm ứng điện từ Điện áp

Vị trí Hiệu ứng Hall Điện áp

Điện năng

Biến đổi năng lượng

Bộ phận xử lý thông tin

Từ thông bức xạ quang

Phát xạ quang Hiệu ứng quang áp Hiệu ứng quang điện từ

Dòng điện Điện áp Điện áp

Bảng 6.1: Các dạng chuyển đổi tín hiệu của các loại cảm biến

6.2 Các loại cảm biến: 6.2.1 Cảm biến quang 6.2.1 Cảm biến quang

Cảm biến quang được dùng để truyền thơng tin từ tín hiệu ánh sáng nhìn thấy hoặc các tia hồng ngoại, tử ngoại thành tín hiệu điện.

Thành phần cấu tạo quan trọng nhất của cảm biến quang là tế bào quang điện. Cơ sở vật lý của tế bào quang điện là quang dẫn. Đó là kết quả của hiệu ứng quang điện. Hiện tượng giải phóng các hạt mang điện trong vật liệu dưới tác dụng của ánh sáng làm tăng độ dẫn điện của vật liệu, dẫn đến thay đổi điện trở của vật liệu.

Cảm biến quang được cấu tạo gồm hai bộ phận chính đó là bộ phận phát và bộ phận thu.

Bộ phận phát: bao gồm bộ phận phát sóng là diode phát quang, chùm tia này hướng tới bộ phận thu là một transitor quang hoặc photodiode. Ở bộ phận nhận, tia hồng ngoại được xử lý và cho tín hiệu ra sau khi đã khuyếch đại. Tín hiệu này được đưa đến bộ điều khiển. Nếu có vật cản, chùm tia sáng khơng tới được bộ phận thu thì tín hiệu ngõ ra ở mức tích cực.

6.2.2 Cảm biến đo vị trí và dịch chuyển

Việc xác định vị trí dịch chuyển đóng vai trị rất quan trọng trong kỹ thuật. Hiện nay có hai phương pháp cơ bản để xác định vị trí và dịch chuyển.

Trong phương pháp thứ nhất, bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ thuộc vào vị trí của một trong các phần tử của cảm biến, đồng thời phần tử này có liên quan đến vật cần xác định dịch chuyển

Trong phương pháp hai, ứng dụng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến phát ra một xung. Việc xác định vị trí và dịch chuyển được tiến hành bằng cách đếm số xung phát ra.

Một số cảm biến khơng địi hỏi liên kết cơ học giữa cảm biến và vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển. Mối liên hệ giữa vật dịch chuyển và cảm biến được thực hiện thơng qua vai trị trung gian của điện trường, từ trường hoặc điện từ trường, ánh sáng.

Hình 6.2: Cảm biến đo sự dịch chuyển của băng tải

6.2.3 Cảm biến đo vận tốc

Trong công nghiệp, phần lớn trường hợp đo vận tốc là đo tốc độ quay của máy. Độ an toàn cũng như chế độ làm việc của máy phụ thuộc rất lớn vào tốc độ quay. Trong trường hợp chuyển động thẳng, việc đo vận tốc dài cũng thường chuyển về đo tốc độ quay. Bởi vậy, các cảm biến đo vận tốc góc đóng vai trị quan trọng trong việc đo vận tốc.

Phương pháp đo vận tốc hay gia tốc có thể thực hiện trực tiếp đại lượng đo thành các tín hiệu điện như suất điện động, dịng điện, điện tích q hoặc các thơng số điện như R, L, C để suy ra các đại lượng cần đo.

Phương pháp có độ chính xác cao là biến đổi các đại lượng đo thành tần số, đo tần số rồi suy ra đại lượng cần đo.

Đo tốc độ bằng phương pháp đếm xung :

- Đo tốc độ phương pháp đếm xung đo tốc độ quay là phương pháp đo được sử dụng nhiều do chúng có những ưu điểm mà các phương pháp khác khơng đạt được, đó là độ chính xác cao, chống nhiễu tốt, thực hiện dưới dạng số, kết cấu đơn giản và độ tin cậy cao.

- Các cảm biến đo tốc độ quay thường là cảm biến cảm ứng, cảm biến

quang…kết hợp với một đĩa gắn liền trên trục quay. Đĩa dạng tròn và được chia thành nhiều phần bằng nhau, mỗi phần có thể thực hiện dưới dạng lỗ, rãnh hoặc răng.

Tần số của tín hiệu xung được tính theo cơng thức: F = P.N

P: số phần trên đĩa;

N: số vòng quay của đĩa trong 1 giây;

Hình 6.3: Sơ đồ cấu tạo cảm biến cảm ứng đo tốc độ

Hình 6.4 : Cảm biến đo tốc độ

6.2.4 Cảm biến đo khối lượng (Load cell):

Load cell là thiết bị biến sự thay đổi độ lớn của lự tác dụng lên một vật thành sự thay đổi điện áp. Thiết bị ứng dụng tính chất của kim loại là khi chiều dài biến đổi thì trị số của kim loại biến đổi theo.

Hình 6.5: Cảm biến đo khối lượng (Load cell )

6.3 Các phần tử điều khiển:

Các phần tử điều khiển truyền động điện là các phần tử tham gia vào mạch truyền động điện với chức năng điều khiển hoặc bảo vệ. Điều khiển có thể bằng tay hay tự động. Một phần tử điều khiển có thể chỉ giữ một chức năng hoặc điều khiển hoặc bảo vệ hoặc giữ cả hai chức năng.

6.3.1 Công tắc: 6.3.1.1 Khái niệm: 6.3.1.1 Khái niệm:

Cơng tắc là loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện có cơng suất nhỏ và dịng điện định mức nhỏ hơn 6A. Cơng tắc thường có hộp bảo vệ để tránh sự phóng điện khi mở. Điện áp của công tắc nhỏ hơn hay bằng 500V. Trạng thái của công tắc sẽ bị thay đổi khi có ngoại lực tác động và giữ nguyên khi bỏ lực tác động (trừ công tắc hành trình).

Hình 6.6: Các loại cơng tắc

6.2.1.2 Phân loại:

Phân loại theo cơng dụng làm việc có các loại công tắc sau:

 Công tắc hành trình và cuối hành trình loại cơng tắc này được áp dụng trong các máy cắt gọt lim loại để điều khiển tự động quá trình làm việc của mạch điện.

Các thông số định mức của công tắc:

 Uđm : điện áp định mức của công tắc.

 Iđm: dịng điện định mức của cơng tắc.

Ngồi ra cịn có các thơng số thử cơng tắc như: độ bền cơ khí, độ bền cách điện, độ phóng điện.

Điều quan trọng khi lựa chọn công tắc ta cần chú ý đến hai thơng số kỹ thuật là dịng điện định mức và điện áp định mức.

6.2.2 Nút ấn:

Nút ấn cịn gọi là nút điều khiển, là một loại khí cụ diện dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau: các nút ấn thường có các tiếp điểm thường đóng và thường mở. Khi ta tác động thì các tiếp điểm này sẽ thay đổi trạng thái sử dụng thường đóng sang thường mở và ngược lại.

Nút ấn có độ bền lên tới 1.000.000 lần đóng ngắt khơng tải và 200.000 đóng ngắt có tải. Khi thao tác nút ấn cần phải dứt khốt để đóng hoặc mở mạch điện.

Có hai loại nút ấn:

 Nút ấn đơn (hình a) .

 Nút ấn kép (hình b).

Hình 6.7: Nút ấn

Khi lựa chọn nút ấn ta cần chú ý đến các thơng số kỹ thuật là dịng điện định mức, điện áp định mức, trạng thái của các cặp tiếp điểm khi có ngoại lực tác động và khi khơng có ngoại lực tác động.

a)

6.2.3 Contactor:

Contactor là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm của mạch động lực. Khi sử dụng contactor ta có thể điều khiển mạch điện từ xa có phụ tải với điện áp dến 500V và dòng là 600A.

Phân loại contactor tùy theo các đặc điểm sau:

 Theo nguyên lý hoạt động ta có contactor kiểu điện từ (truyền điện bằng lực

hút điện từ ), kiểu hơi ép, kiểu thủy lực. Thông thường sử dụng contactor kiểu điện từ.

 Theo điện áp: contactor một chiều và contactor xoay chiều, contactor 1 pha

va 3 pha.

6.2.3.1 Cấu tạo:

Công tắc tơ làm việc dựa trên nguyên tắc của nam châm điện bao gồm các bộ phận chính sau: Cơ cấu điện từ (nam châm điện), hệ thống dập hồ quang điện, hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ).

 Nam châm điện: Gồm có 4 thành phần:

- Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm.

- Lõi sắt (hay mạch từ) của nam châm gồm 2 phần: Phần cố định và nắp di