NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang 74 6.4.1.1. Nguyên lý làm việc:
Hoạt động dựa theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, khi cho dịng điện đi qua phần cảm (cuộn dây hoặc nam châm) thì xung quanh nĩ sẽ tồn tại một từ trường với chiều xác định theo nguyên tắc bàn tay phải.
Từ trường này sẽ sinh ra lực từ Lorentz làm quay rotor (chiều xác định theo nguyên tắc tam diện thuận):
F IBLsin= F: lực tác dụng lên cuộn dây (N)
I: dịng điện chạy qua cuộn dây (A) B: cường độ từ trường (G)
L: chiều dài cuộn dây (m) : gĩc tạo bởi vector B và I
(Hình 6.20: Hoạt động của động cơ DC)
Moment tạo ra:
T A
T K I= T: moment động cơ (Nm)
T
K : hằng số dựa vào cấu tạo động cơ
A
I : dịng điện phần ứng (A) : từ thơng (Wb)
NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang 75
Khi phần ứng quay trong mơi trường từ trường, một sức điện động sẽ xuất hiện trên các cuộn dây của phần ứng (ngược chiều với điện áp nguồn cấp vào phần ứng). b E E =K S b E : điện áp tạo ra (V) E
K : hằng số dựa vào cấu tạo động cơ
S: tốc độ động cơ (rpm) Điện áp thực trên phần ứng: C C in b A in b A A V E V V E I R − = − → = A V : điện áp thực trên phần ứng (V) in
V : điện áp nguồn cấp vào phần ứng (V)
C b
E : điện áp tạo ra bởi động cơ (V)
A
R : trở kháng phần ứng ()
Khi động cơ làm việc, dịng điện trên phần ứng giảm đi.
6.4.1.2. Đường đặc tính moment – tốc độ của động cơ nam châm vĩnh cửu:
NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang 76 6.4.1.3. Điều khiển động cơ:
Bộ khuếch đại cơng suất: dùng các mạch khuếch đại tín hiệu tương tự.
(Hình 6.22: Mạch khuếch đại tín hiệu tương tự)
Bộ điều chỉnh độ rộng xung: tạo ra các xung DC ở mức điện áp cố định.
(Hình 6.23: Mạch điều chỉnh độ rộng xung)
Bộ điều chỉnh độ rộng xung cĩ các ưu điểm sau:
- Cĩ dạng tín hiệu số - đĩng/mở mạch, do đĩ cĩ thể điều khiển trực tiếp từ máy tính (dùng 1 bit) mà khơng cần qua bộ DAC.
- Hiệu quả về mặt năng lượng (ít tiêu hao cơng suất ở những mạch đĩng/ngắt).
6.4.2. Động cơ DC khơng chổi than:
Hoạt động dựa trên nguyên lý tương tác từ trường giữa cuộn dây và nam châm. Khi ta đặt điện áp (+) vào cuộn dây A, điện áp (-) vào cuộn dây B và cuộn dây cịn lại C khơng cấp điện; lúc này xuất hiện dịng điện chạy từ A đến B và từ trường sinh ra theo quy tắc bàn tay phải. Lúc này, do cĩ tương tác từ trường nên rotor sẽ quay theo chiều kim đồng hồ như trong hình 6.24.
NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang 77
Khi đến rotor đến vị trí xác định, thực hiện đảo pha bằng cách cấp điện áp (-) cho cuộn A và điện áp (+) cho cuộn C (ngưng cấp điện cho cuộn B). Tương tự rotor sẽ tiếp tục quay và lại thực hiện đảo pha tương ứng với cuộn C và B mà rotor sẽ quay được một chu kỳ.
Động cơ DC khơng chổi than cĩ độ ổn định cao, sử dụng hiệu quả và dễ điều khiển.
(Hình 6.24: Nguyên lý hoạt động của động cơ DC khơng chổi than)
(Hình 6.25: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển pha)
6.4.3. Động cơ bước:
6.4.3.1. Nguyên lý hoạt động:
Hoạt động theo nguyên tắc đĩng ngắt các tiếp điểm của nguồn cung cấp cho các dây pha. Việc đĩng ngắt các tiếp điểm và thay đổi dịng điện cấp cho các dây pha sẽ cho ta những vị trí khác nhau của rotor.
NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang 78
Hoạt động trong một hệ thống điều khiển vịng hở: khi đưa một xung điện từ từ bộ điều khiển đến các dây pha sẽ cho phép trục động cơ di chuyển từ vị trí thẳng hàng cực này đến vị trí thẳng hàng với cực khác (dạng Align) hoặc đến vị trí giữa hai cực.
Xét động cơ bước hai cực như hình 6.26:
- Ban đầu, khi ta cung cấp xung điện cho nguồn SA (tiếp điểm đĩng) thì cuộn dây A sẽ sinh ra từ trường kéo rotor về phía nĩ (nằm ở vị trí thẳng hàng). - Sau đĩ, tiếp tục cung cấp xung điện cĩ cường độ như nguồn SA đến nguồn SB thì trên cả hai cuộn dây A và B sinh ra từ trường với lực từ như nhau định vị rotor ở vị trí gĩc 45 .
- Tương tự, thực hiện đĩng/ngắt các tiếp điểm luân phiên B, BC, C, CD, D, DA sẽ khiến rotor quay được một vịng của nĩ. Đây cũng là nguyên lý điều khiển của động cơ bước.
- Lưu ý rằng, việc đảo thứ tự cung cấp cho các nguồn cũng sẽ đảo chiều quay của rotor.
(Hình 6.26: Động cơ bước 4 pha, 5 dây, 2 cực, 1 lớp)
6.4.3.2. Bước của động cơ:
Là thơng số đặc trưng cho động cơ bước. Phản ánh tính linh hoạt và độ chính xác của động cơ bước (bước càng nhỏ thì càng chính xác).
S 360 N N = Trong đĩ: N: số cực của động cơ N: số pha
NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang 79 6.4.4. Động cơ AC:
6.4.4.1. Nguyên lý làm việc:
Động cơ AC hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi ta cấp dịng điện xoay chiều vào mỗi cuộn dây thì sẽ sinh ra từ trường biến thiên liên tục. Và do thứ tự cấp pha trên mỗi dây là lệch nhau nên những từ trường biến thiên này cũng sẽ lệch pha nhau dẫn đến hình thành một hệ từ trường chung gọi là từ trường xoay.
Khi mạch kín là lồng sĩc được đặt trong từ trường xoay này, tồn tại suất điện động cảm ứng (back EMF) theo định luật Faraday. Suất điện động sinh ra lực từ Lorentz làm quay lồng sĩc với tốc độ “bám” theo tốc độ từ trường xoay (nĩi cách khác tốc độ rotor khi này sẽ nhỏ hơn tốc độ từ trường xoay).
(Hình 6.27: Nguyên lý làm việc động cơ AC)
6.4.4.2. Các thơng số lưu ý: Tốc độ từ trường xoay: s 120f N P = Trong đĩ: s N : tốc độ lý thuyết (rpm)
f: tần số của dịng điện xoay chiều 3 pha P: số cực động cơ
NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang 80
Thơng số trượt: s r s N N S N − = Trong đĩ: S: thơng số trượt s N : tốc độ từ trường xoay (rpm) r N : tốc độ xoay rotor (rpm) 6.4.4.3. Vận hành động cơ:
Trong các nhà máy phát điện trong cơng nghiệp, người ta thường kết hợp cả hai kiểu đấu dây sao và đấu dây tam giác để thực hiện khởi động cho động cơ.
Do ta cĩ Iline,Y 1Iline, 3
= . Như vậy, dịng điện khi đưa vào động cơ theo cách mắc Y sẽ chỉ bằng 1/3 lần so với cách mắc . Do đĩ, ta sử dụng cách mắc Y khi khởi động động cơ để phân chia dịng điện khi khởi động và đổi thành cách mắc khi động cơ đã hoạt động ổn định thơng qua các thiết bị đĩng cắt.
NGƠ HUỲNH ANH – PHẠM MẠNH HUY – PHẠM THẾ HÙNG – HỒNG ĐỨC LINH Trang 81
Chương 7
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Nội dung: