BÁO cáo môn nguyên lý biến đổi năng lượng (nhóm 8) đề bài tìm hiểu động cơ điện

Đ IẠH ỌCQUỐỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỐNG NGHỆ
KHOA V ẬT LÍ & KỸỸ THUẬT
-----------[]-----------

BÁO CÁO MƠN:
Ngun lý biến đổi năng lượng (nhóm 8)

Đề bài: Tìm hiểu động cơ điện
Giảng viên:

Phạm Đức Hạnh

Sinh viên: Nguyễn Minh Tuấn - 19020781
Hoàng Huy Tuấn - 19020780
Đỗ Trọng Tuấn - 19020782
Nguyễn Đức Tân - 19020752
Nguyễn Ngọc Tân - 19020753
Ngô Thượng Tiến - 19020770
Phạm Minh Tân - 19020754
1

download by :


Hà Nội, ngày 2 tháng 12 năm 2020
Mục

I.
THÔNG TIN
1. Lịch sử hình thành và phát triển máy phát điện nam châm vĩnh cửu

II.
Khái niệm
III.
Cấu tạo
a. Động cơ điện nam châm vĩnh cửu cực lồi:
b. Động cơ nam châm vĩnh cửu cực ẩn
IV.
Nguyên lí
download by :


V.

Chế tạo


a. Xây dựng khung dây
VI.
VII.
VIII.
IX.

Tạo mạch
Đặt nam châm
Ứng dụng
Tài liệu tham khảo

I. THÔNG TIN

2

download by :


Máy phát điện là thiết bị biến đổi cơ năng thành điện năng thông thường sử dụng nguyên
lý cảm ứng điện từ. Nguồn cơ năng sơ cấp có thể là các động cơ tua bin hơi, tua bin nước,
động cơ đốt trong, tua bin gió hoặc các nguồn cơ năng khác. Máy phát điện giữ một vai
trò then chốt trong các thiết bị cung cấp điện. Nó thực hiện ba chức năng: phát điện,chỉnh
lưu, hiệu chỉnh điện áp.
1. Lịch sử hình thành và phát triển máy phát điện nam châm vĩnh cửu

Trước khi từ tính và điện năng được khám phá, các máy phát điện đã sử dụng
nguyên lý tĩnh điện. Máy phát điện Wimshurst đã sử dụng cảm ứng tĩnh điện. Máy phát
Van de Graaff đã sử dụng một trong hai cơ cấu sau:
+ Điện tích truyền từ điện cực có điện áp cao
+ Điện tích tạo ra bởi sự ma sát
Máy phát tĩnh điện được sử dụng trong các thí nghiệm khoa học yêu cầu điện áp cao. Do
sự khó khăn trong việc tạo cách điện cho các máy phát tạo điện áp cao, thế nên máy phát
tĩnh điện được chế tạo với công suất thấp và không bao giờ được sử dụng cho mục đích
phát điện thương mại.

download by :


Máy phát điện Wimshurst

a/ Đĩa Faraday
3

download by :

Hình ảnh đĩa Faraday

Vào năm 1831-1832 Michael Faraday đã phát hiện ra rằng một chênh lệch điện thế được
tạo ra giữa hai đầu một vật dẫn điện mà nó chuyển động vng góc với một từ trường.
Ơng ta cũng đã chế tạo máy phát điện từ đầu tiên được gọi là "đĩa Faraday", nó dùng một
đĩa bằng đồng quay giữa các cực của một nam châm hình móng ngựa. Nó đã tạo ra một
điện áp DC nhỏ và dòng điện lớn.

b/ Dynamo

4

download by :


download by :


Máy phát dynamo của Hippolyte Pixii
Dynamo là máy phát điện đầu tiên có khả năng cung cấp điện năng cho công nghiệp.
Dynamo sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi năng lượng quay cơ học thành
dòng điện xoay chiều. Cấu tạo của dynamo bao gồm một kết cấu tĩnh mà nó tạo ra từ
trường mạnh và một cuộn dây quay. Ở các máy phát dynamo nhỏ, từ trường được tạo ra
bằng các nam châm vĩnh cữu, đối với các máy lớn, từ trường được tạo ra bằng các nam
châm điện.
Máy phát dynamo đầu tiên dựa trên nguyên lý Faraday được chế tạo vào năm 1832 do
Hippolyte Pixii- một nhà chế tạo thiết bị đo lường. Máy này đã sử dụng một nam châm
vĩnh cửu được quay bằng một tay quay. Nam châm quay được định vị sao cho cực Nam

và cực Bắc của nó đi ngang qua một mẫu sắt được quấn bằng dây dẫn. Pixii phát hiện
rằng nam châm quay đã tạo ra một xung điện trong dây dẫn mỗi lần một cực đi ngang qua
cuộn dây. Ngoài ra, các cực Bắc và Nam của nam châm đã tạo ra một dịng điện có chiều
ngược nhau. Bằng cách bổ sung một bộ chuyển mạch, Pixii đã có thể biến đổi dịng điện
xoay chiều thành dịng điện một chiều.
Khơng giống như đĩa Faraday, nhiều vịng dây được nối nối tiếp được sử dụng trong cuộn
dây chuyển động của dynamo. Điều này cho phép điện áp đầu cực của máy cao hơn so
với đĩa Faraday tạo ra, do đó điện năng có thể phân phối ở mức điện áp thích hợp.
Mối quan hệ giữa chuyển động quay cơ học và dịng điện trong dynamo là q trình
thuận nghịch, nguyên lý về mô tơ điện đã được phát hiện khi người ta thấy rằng một máy
dynamo có thể tạo ra cho một máy dynamo thứ hai quay nếu cấp dịng điện qua nó
c/ Jedlik dynamo

5

download by :


Máy phát điện Jedlik dynam nguyên mẫu năm 1861
Năm 1827, Anyos Jedlik bắt đầu thử nghiệm với các thiết bị quay có từ tính mà
ơng gọi là các rotor tự từ hóa. Trong mẫu vật đầu tiên của một bộ khởi động đơn cực, (đã
được hoàn tất trong khoảng 1852 và 1854) cả phần tĩnh lẫn phần quay đều là nam châm
điện. Ơng đã trình bày ngun lý của dynamo ít nhất là 6 tháng trước Ernst Werner von
Siemens và Charles Wheatstone. Trên thực chất nguyên lý của nó là thay vì sử dụng nam
châm vĩnh cửu thì dùng 2 nam châm điện đối xứng nhau để tạo ra từ trường bao xung
quanh rotor.
d/ Gramme dynamo

download by :

6

download by :


Cả hai thiết kế trên đều tồn tại một vấn đề như nhau: Chúng tạo ra những xung dòng điện
nhọn đầu không mong muốn. Antonio Pacinotti, một nhà khoa học người Ý đã tìm cách
giải quyết vấn đề bằng cách thay các cuộn dây trịn bằng các cuộn dây hình xuyến, tạo ra
bằng cách quấn trên một vòng thép. Như vậy ln có một số vịng của cuộn dây sẽ thơng
qua từ trường, và làm cho điện áp, dịng điện có dạng phẳng hơn.Zénobe Gramme đã
thực hiện lại thiết kế này vài năm sau đó khi thiết kế một số nhà máy điện ở Paris trong
thập niên 1870. Thiết kế này bây giờ được gọi là Gramme dynamo. Những phiên bản
khác nhau đã được phát triển, và chế tạo từ dây, nhưng nguyên lý cơ bản về những cuộn
dây xếp theo vòng đã trờ thành trái tim của tất cả các dynamo hiện nay.
II.

Khái niệm

Máy phát điện làm di chuyển dịng điện nhưng khơng tạo ra điện tích. Những điện tích
này sẵn có trong trong phần dẫn điện của dây quấn. Một cách nào đấy, nó có thể ví với
một cái bơm, tạo ra dịng nước chảy nhưng khơng tự tạo ra nước.
Cũng có những máy phát điện kiểu khác, dưa trên những hiện tượng điện tự nhiên khác
như hiệu ứng áp điện, hiệu ứng từ thủy động. Kết cấu của dynamo tương tự với các động
cơ điện, và các loại dynamo thơng dụng đều có thể hoạt động như một động cơ
III.

Cấu tạo

Cấu tạo của máy phát điện nam châm vĩnh cửu cơ bản

Một máy phát điện hiện đại có cả cuộn dây chuyển động và cuộn dây tĩnh. Tuy nhiên,
trong máy phát điện xoay chiều, cuộn dây chuyển động, được gọi là rơto, sử dụng dịng
điện được cung cấp qua các vòng trượt để tạo ra trường chuyển động. Cơng suất được
trích ra từ các cuộn dây trường tĩnh.

7

download by :


download by :


• Stato chứa sáu cuộn dây đồng đúc bằng nhựa sợi thủy tinh. Nó được gắn vào cột sống
và khơng di chuyển.
• Các rơto nam châm được gắn trên các ổ trục quay trên trục. Có hai rơto: rơto phía sau
phía sau stato và rơto phía trước ở bên ngồi, được nối với nhau bằng các đinh tán dài đi
qua một lỗ trên stato.
• Các lưỡi được gắn trên các đinh tán giống nhau. Chúng sẽ điều khiển các rôto nam châm
quay và di chuyển qua các cuộn dây. Trong q trình này, năng lượng điện được tạo ra.
• Bộ chỉnh lưu được gắn trên tấm nhôm & ldquo; tản nhiệt & rdquo; để giữ mát. Dây
đồng chuyển điện năng tạo ra tới bộ chỉnh lưu, bộ chỉnh lưu này có tác dụng đổi điện
xoay chiều thành điện một chiều để sạc pin.

Cấu tạo động cơ điện nam châm vĩnh cửu

8

download by :

-

Động cơ có cực từ được tạo bởi nam châm vĩnh cửu làm bằng hợp kim đặc biệt

- Cực từ có dạng cực lồi và đặt ở roto, sao cho cực bắc và cực nam của mỗi nam châm
xen kẽ nhau và hướng vào nhau như trong hình
-

Khoảng cách giữa các cực có đổ nhơm kín

-

Tồn bộ roto là 1 khối trụ

- Động cơ đồng bộ nói chung cũng như động cơ nam châm vĩnh cửu nói riêng là những
máy điện xoay chiều có phần cảm đặt ở roto và phần ứng là hệ dây quấn 3 pha đặt ở
stator
- Với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thì phần cảm được kích thích bằng những
phiến nam châm được bố trí trên bề mặt hoặc dưới bề mặt rotor
Các thanh nam châm thường được làm bằng đất hiếm. VD như samarium –
cobalt
(SmCO5-SmCO
17) hoặc Neodymium-ion-boron (NdFeb), là các nam châm có năng
download by :


lượng cao và tránh được hiệu ứng khử từ

- Vì rotor khơng cần nguồn kích thích nên động cơ loại này có thể hoạt động mạnh mẽ và
đáng tin cậy hơn. Những động cơ này có cơng suất từ 100w đến 100kw. Momen tối đa
của máy được thiết kế không vượt quá 150% momen định mức.Nếu máy hoạt động q
momen max thì sẽ mất tính đồng bộ và sẽ hoạt động như một động cơ cảm ứng hoặc
ngưng hoạt động.
9

download by :


- Những động cơ này đa số là khởi động trực tiếp. Công suất và hệ số công suất của mỗi
động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thường tốt hơn 5 đến 10 lần động cơ từ trở tương
ứng
* Ưu điểm:
- Động cơ khơng có chổi than hoặc vành trượt trên rotor thì khơng sinh ra tia lửa điện
khi hoạt động, lúc này công việc bảo dưỡng chổi than được bài trừ. Những động cơ này
có thể kéo vào đồng bộ các tải có mức qn tính lớn hơn quán tính rotor của chúng
nhiều lần.
- Theo kết cấu của động cơ ta có thể chia động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu thành 2
loại: Động cơ cực ẩn và động cơ cực lồi mà ta xét dưới đây có thể thấy rõ đặc điểm cấu
tạo của từng loại máy này
a. Động cơ điện nam châm vĩnh cửu cực lồi: gồm 2 phần chính là stator và rotor
- Stator :
+

Gồm lõi thép và dây quấn, ngồi ra cịn có vỏ máy và nắp máy

+ Dọc chiều dài của lõi thép stator cứ cách khoảng 3-6cm lại có 1 khoảng thơng gió
ngang trục rộng 10mm
+ Lõi thép stator được đặt cố định trong thân máy, thân máy phải được thiết kế sao cho

hình thành 1 hệ thống thơng gió làm mát máy tốt nhất.
-Rotor:
-

Có tốc độ quay thấp, nên đường kính có thể lớn nhưng chiều dài lại nhỏ

-

Thường là đĩa nhôm hay nhựa trọng lượng nhẹ

-

Các nam châm được gắn chìm trong đĩa

-

Các loại máy này thường được gọi là máy từ trường hướng trục

-

Thường được sử dụng trong kĩ thuật robot

10

download by :


download by :