thuyết trình báo cáo máy điện đặc biệt

BÁO CÁO MÁY ĐIỆN ĐẶC BIỆT
NHÓM 3
Permanent-Magnet Synchronous Motors
Động Cơ Đồng Bộ Nam Châm Vĩnh Cửu
Nguyễn Công Chánh 10102012
Bùi Thành Đạt 10102029
Trần Hiếu Để 10102033

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

39.13 Permanent-Magnet Synchronous Motors
(a) Construction and Performance
Such motors have a cage rotor having rare-earth permanent magnets instead of
a wound field. Such a motor starts like an induction motor when fed from a
fixed-frequency supply. A typical 2-pole and 4-pole surface-mounted versions of
the rotor are shown in Fig. 39.14. Since no d.c. supply is needed for exciting the
rotor, it can be made more robust and reliable. These motors have outputs
ranging from about 100 W upto 100 kW. The maximum synchronous torque is
designed to be around 150 per cent of the rated torque.
39.13. ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU
(a)cấu tạo và nguyên lý hoạt động
động cơ rô-to lồng sóc có các cực từ làm bằng nam châm vĩnh cửu chứ
không dùng cuộn kích từ (nam châm điện). 1 động cơ khởi động kiểu cảm
ứng điện từ khi được cấp nguồn từ 1 tần số không đổi. mặt cắt các kiểu roto
2 cực và 4 cực tiêu biểu được biểu diễn trên hình 39.14. Vì roto không cần
nguồn dc kích thích nên động cơ loại này có thể hoạt động mạnh mẽ và đáng
tin cậy hơn . những động cơ này có công suất từ 100 w đến 100 kw. Momen
tối đa của máy được thiết kế không vượt quá 150% momen định mức.

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

If loaded beyond this point, the motor loses synchronism and
will run either as an induction motor or stall.
These motors are usually designed for direct-on-line (DOL)
starting. The efficiency and power factor of the permanent-
magnet excited synchronous motors are each 5 to 10 points
better than their
. nếu máy hoạt động vượt quá momen max thỳ sẽ mất tính
đồng bộ và sẽ không hoạt động như 1 động cơ cảm ứng hoặc
ngưng hoạt động.
những động cơ này thường được chế tạo để khởi động trực
tiếp. công suất và hệ số công suất của mỗi động cơ đồng bộ
kích từ bằng nam châm vĩnh cửu thường tốt hơn 5 đến 10
lần động cơ từ trở tương ứng

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3


Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

( b) Advantages
Since there are no brushes or slip- rings, there is no sparking.
Also, brush maintenance is eliminated. Such motors can pull
into synchronism with inertia loads of many times their rotor
inertia.
(b) Ưu điểm

động cơ không có chổi than hoặc vành trượt trên roto thỳ
không sinh ra tia lửa điện khi hoạt động. lúc này công việc
bảo dưỡng chổi than đã được loại trừ. những động cơ này có
thể kéo vào đồng bộ các tải có mức quán tính lơn hơn quán
tính roto của chúng nhiều lần .

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

( c) Applications
These motors are used where
precise speed must be
maintained to ensure a consistent
product. With a constant load,
the motor maintains a constant
speed Hence, these motors are
used for synthetic-fibre drawing
where constant speeds are
absolutely essential
(c) Ứng dụng
các động cơ này được sử dụng tại những nơi yêu cầu duy trì
tốc độ chính xác để đảm bảo cho ra sản phẩm đồng đều. với 1
tải không đổi, động cơ duy trỳ 1 tốc độ không đổi. do đó nó
được ứng dụng trong công nghiệp kéo sợi tổng hợp, nơi mà tốc
độ không đổi cực kỳ quan trọng.

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

39.14 Synchros

It is a general name for self-synchronizing machines which, when
electrically energized and electrically interconnected, exert torques which
cause two mechanically independent shafts either to run in synchronism or
to make the rotor of one unit follow the rotor position of the other. They
are also known by the trade names of selsyns and autosyns. Synchros, in
fact, are small cylindrical motors varying in diameter from 1.5 cm to 10 cm
depending on their power output.
39.14 MÁY ĐIỆN TỰ ĐỒNG BỘ
Trên đây là tên gọi chung của các máy điện tự đồng bộ. khi được cấp
điện và liên kết với nhau sẽ sinh ra momen. Các momen này gây ra 2
tác động cơ khí độc lập trên trục động cơ, hoặc khiến máy chạy ở chế
độ đồng bộ hoặc khiến roto máy này sinh ra sự quay roto máy khác.
Các máy điện loại này được biết đến dưới tên thương mại là sensyl và
autosyn (tự đồng bộ). thực tế, chúng là các máy điện nhỏ dạng hình
trụ với đường kính thay đổi từ 1,5 đến 10 cm phụ thuộc vào công suất
đầu ra.

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

They are low-torque devices and are widely used in control
systems for transmitting shaft position information or for
making two or more shafts to run in synchronism. If a large
device like a robot arm is to be positioned, synchros will not
work. Usually, a servomotor is needed for a higher torque.
Chúng có momen nhỏ và được dùng rộng rãi trong các hệ
thống điều khiển để truyền tín hiệu vị trí trục động cơ hoặc
điều khiển 2 hay nhiều động cơ chạy đồng bộ. nếu có 1 thiết
bị lớn , như cánh tay robot được nối vào, hệ thống đồng bộ sẽ
không hoạt động. muốn sử dụng ở momen cao hơn, cần 1

động cơ trợ lực (servo motor).

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

39.15 Types of Synchros
There are many types of synchros but the four basic types used for position and error-
voltage applications are as under:
Control Transmitter (denoted by CX) – earlier called generator (ii ) Control Receiver
(CR) – earlier called motor (iii) Control-Transformer (CT) and (iv) Control Differential
(CD). It may be further subdivided into control differential transmitter (CDX) and
control differential receiver (CDR).
All of these synchros are single-phase units except the control differential which is of
three-phase construction
39.15 Các loại máy điện tự đồng bộ
Có nhiều loại mđđb nhưng có 4 loại cơ bản để định vị và ứng dụng sai số điện áp
được giới thiệu sau đây :
Máy phát điều khiển tự đồng bộ ( ký hiệu CX)
Máy thu điều khiển tự đồng bộ ( ký hiệu CR) – tên gọi đầu tiên là động cơ (motor)
Máy biến áp điều khiển tự đồng bộ ( ký hiệu CT)
Khối tín hiệu vi sai điều khiển tự đồng bộ ( ký hiệu CD). nó có thể được chia nhỏ hơn
nữa thành máy phát vi sai điều khiển tự đồng bộ (CDX) và máy thu vi sai điều khiển
tự đồng bộ (CDR).
tất cả các loại mddb trên đều có cấu tạo 1 pha, ngoại trừ khối CD cấu tạo 3 pha.

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

1. Constructional Features
(a) Control Transmitter

Its constructional details are shown in Fig. 39.15 (a). It has a three-phase stator winding
similar to that of a three-phase synchronous generator. The rotor is of the projecting-pole
type using dumbbell construction and has a single-phase winding. When a single-phase ac
voltage is applied to the rotor through a pair of slip rings, it produces an alternating flux
field along the axes of the rotor. This alternating flux induces three unbalanced single
phase/voltage in the three stator windings by transformer action. If the rotor is aligned with
the axis of the stator winding 2, flux linkage of this stator winding is maximum and this
rotor position is defined as the electrical zero. In Fig. 39.15 (b), the rotor axis is displaced
from the electrical zero by an angle displaced 120º apart
1. Đặc điểm cấu tạo
(a) Máy phát điều khiển tự đồng bộ ( ký hiệu CX)
cấu tạo của máy được trình bày trong hình 39.15 a. nó có 1 cuộn dây stator 3 pha
tương tự như trong máy phát đồng bộ 3 pha. Roto của máy có cực từ nhô ra ngoài
được tạo thành từ cuộn dây 1 pha. Khi điện áp xoay chiều 1 pha đặt vào roto thông
qua cặp vành trượt, nó tạo ra 1 trường từ thông biến thiên dọc theo trục roto.
trường từ thông biến thiên này tạo nên 1 sức điện động cảm ứng 3 pha không cân
bằng trong dây quấn 3 pha stato.khi vị trí roto trùng với trục đối xứng cuộn dây
stato 2, từ thông móc vòng trong cuộn dây này đạt max và vị trí này của roto gọi là
điểm “0” điện. trong hình 39.15 b trục quay roto thay đổi từ vị trí “0” điện đến
điểm cách đó 120º

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

(b ) Control Receiver (CR)
Its construction is essentially the same as that of the control transmitter
shown in Fig. 39.15 (a). It has three stator windings and a single-phase
salient-pole rotor. However, unlike a CX, a CR has a mechanical viscous
damper on the shaft which permits CR rotor to respond without
overshooting its mark. In normal use, both the rotor and stator windings are

excited with single-phase currents. When the field of the rotor conductors
interacts with the field of the stator conductors, a torque is developed which
produces rotation.
(b)Máy thu điều khiển tự đồng bộ ( ký hiệu CR)
về cơ bản, cấu tạo của CR cũng tương tự như CX trên hình 39.15 a. nó có 3
cuộn dây stato và 1 roto cực từ lồi 1 pha. Tuy nhiên, CX có thêm 1 bộ giảm
xóc dùng dầu nhớt gắn trên trục quay cho phép roto hoạt động không vượt
quá mức cho phép. ở chế độ định mức, cả cuộn dây roto và stato đều được
kích thích bởi dòng điện 1 pha. Khi từ trường dây quấn roto tương tác với
từ trường dây quấn stato sẽ tạo ra 1 momen quay, kéo roto chuyển động.

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3


Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

( c) Control Transformer (CT)
As shown in Fig. 39.15 (b) its stator has a three-phase winding
whereas the cylindrical rotor has a single-phase winding. In this
case, the electrical zero is defined as that position of the rotor
that makes the flux linkage with winding 2 of the stator zero.
This rotor position has been shown in Fig. 39.15 (b) and is
different from that of a control transmitter.
(C) Máy biến áp điều khiển tự đồng bộ (CT)
Như thể hiện trong hình. 39.15 (b) nó là stator có cuộn dây ba
pha trong khi roto hình trụ có một cuộn dây một pha. Trong
trường hợp này, điểm không điện được định nghĩa là vị trí của
rotor mà làm cho mối liên kết dòng với cuộn dây thứ 2 của stato

không. Vị trí roto này được thể hiện trong hình. 39.15 (b) và là
điểm khác biệt của một máy biến áp điều khiển đồng bộ

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

( d) Control Differential (CD)
The differential synchro has a balanced three-phase distributed winding in
both the stator and the rotor. Moreover, it has a cylindrical rotor as shown
in Fig. 39.16 (a). Although three-phase windings are involved, it must be
kept in mind that these units deal solely with single-phase voltages. The
three winding voltages are not polyphase voltages. Normally, the three-
phase voltages are identical in magnitude but are separated in phase by
120º. In synchros, these voltages are in phase but differ in magnitude
because of their physical orientation
(d) Khối tín hiệu vi sai điều khiển tự đồng bộ (CD)
Máy phát điện tự đồng bộ vi sai có cân bằng ba pha phân bố trong cả rotor
và stator. Hơn nữa, nó có một rotor hình trụ như hình. 39.16 (a). Mặc dù
cuộn dây ba pha được có liên quan, phải nhớ rằng chúng xử lý điện áp một
pha Điện áp ba cuộn dây không phải là điện áp nhiều pha. Thông thường,
điện áp ba pha là giống nhau về độ lớn nhưng lệch pha nhau 120 º. Trong
máy điện tự động bộ, điện áp này la cùng độ lớn nhưng khác nhau về góc
pha bởi vì kết cấu vật lý của chúng.

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3


Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

(e) Voltage Relations
Consider the control transmitter shown in Fig. 39.17. Suppose
that its rotor winding is excited by a single-phase sinusoidal ac
voltage of rms value Er and that rotor is held fast in its
displaced position from the electrical zero. If K = stator turns /
rotor turns, the rms voltage induced in the stator winding is E
= KEr . However, if we assume K = 1, then E = Er
(e) Quan hệ điện áp
Xét máy phát điều khiển trong hình 39.17. giả sử rằng nó là
rotor được kích thích bởi điện áp xoay chiều hình sin của giá
trị hiệu dụng là Er và rotor được tổ chức nhanh chóng, nó là
sự điều chỉnh điểm không điện. Nếu K = (số vòng dây
stator) / (số vòng dây rotor) , điện áp hiệu dụng gây ra trong
stator cuộn dây là
E = KEr. Tuy nhiên, nếu giả sử K=1 thì E = Er.

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

The rms value of the induced emf in stator
winding 2 when the rotor displacement is ‘a’ is
given by E2s=E cosα
Since the axis of the stator winding 1 is located
120º ahead of the axis of winding 2, the rms value
of the induced emf in this winding is
E1s=E cos (α−120º).
In the same way since winding 3 is located behind
the axis of winding 2 by 120º, the expression for
the induced emf in winding 3 becomes

E3s= E cos (α+ 120º).
Giá trị hiệu dụng của sức điện động cảm ứng gây ra trong cuộn dây thứ 2
của stator khi rotor chuyển 1 góc α được cho bởi E2s = E cosα
Kể từ khi trục cuộn dây thứ nhất của stator nằm 120 º so với trên trục
của cuộn dây 2, giá trị hiệu dụng của dức điện động cảm ứng gây ra
trong này cuộn dây là
E1s = E cos (α-120 º).
Tương tự cuộn dây thứ 3 nằm phía sau trục cuộn dây thứ 2 120 º,biểu
diễn cho sức điện động cảm ứng gây ra trong cuộn dây thứ 3 trở thành
E3s = E cos (α + 120 º).

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

We can also find the values of terminal induced voltages as
Ta có thể tính giá trị điện áp đây gây ra như sau

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

Example 39.5. The rotor of a control transmitter (CX) is
excited by a single-phase ac voltage of rms value 20 V. Find
the value of E1s, E2s and E3s for rotor angle α = + 40º and
−40º. Assume the stator/rotor turn ratio as unity. Also, find
the values of terminal voltages when α= + 30º
Ví dụ 39.5. Rôto của một máy phát điều khiển (CX) được
kích thích bởi một điện áp xoay chiều một pha có giá trị
hiệu dụng là 20 V. Tìm giá trị của E1s, E2s và E3S cho góc
của rotor là α = + 40 º và -40 º. Giả sử số vòng dây stator/số
vòng dây rotor là như nhau. Ngoài ra, tìm các giá trị của

hiệu điện thế khi α = + 30 º

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3


Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

39.16 Applications of Synchros
The synchros are extensively used in servomechanism for
torque transmission, error detection and for adding and
subtracting rotary angles. We will consider these
applications one by one.
39.16 CÁC ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ TỰ ĐỘNG BỘ
Các động cơ đồng bộ sử dụng rộng rãi trong các cơ cấu
servo để truyền mô-mem xoắn, phát hiện lỗi và cộng trừ
các góc quay. Chúng ta sẽ xem xét từng ứng dụng một.

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

( a) Torque Transmission
Synchros are used to transmit torque over a long distance without the use of
a rigid mechanical connection. Fig. 39.18 represents an arrangement for
maintaining alignment of two distantly-located shafts. The arrangement
requires a control transmitter (CX) and a control receiver (CR) which acts as
a torque receiver. As CX is rotated by an angle α, CR also rotates through
the same angle α As shown, the stator windings of the two synchros are
connected together and their rotors are connected to the same single-phase ac

supply
(a)Truyền mô-men xoắn :
Hệ thống đồng bộ sử dụng để truyền moment xoắn trên một quãng đường
dài mà không cần sử dụng một cách cứng nhắc các lien kết cơ khí. Hình
39.18, thể hiện sự sắp xếp và duy trì liên kết của hai trục nằm xa nhau.
Việc bố trí một máy phát điều khiển (CX) và bộ tiếp nhận điều khiển (CR)
có tác dụng như một bộ phận tiếp nhận moment xoắn. khi CX được quay
bỡi một góc α, thì CR cũng quay cùng một góc α. Khi hiển thị, các cuộn
dây stator và rotor của hai máy đồng bộ được kết nối với nhau được cấp
điện bỡi điện áp xoay chiều một pha.

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

Working. Let us suppose that CXrotor is displaced by an angle α and
switch SW is closed to 1 energize the rotor winding. The rotor winding flux
will induce an unbalanced set of three single-phase voltages (in time phase
with the rotor voltage) in the CXstator phase windings which will circulate
currents in the CR stator windings. These currents produce the CR stator
flux field whose axis is fixed by the angle α. If the CR rotor winding is now
energized by closing switch SW , its flux field will 2 interact with the flux
field of the stator winding and thereby produce a torque.
Nguyên lý hoạt động: giả sử rotor CX được quay một góc α và SW1
đóng lại để đóng điện cho cuộn dây rotor. Từ thông trong cuộn day
stator sẽ làm mất cân bằng điện áp 3 pha trong rotor ( vào thời điểm
rotor có điện áp) trong CX cuộn dây pha stator sẽ có dòng vào trong
cuộn dây sator của CR. Dòng điện trong CR sẽ sinh ra từ thông trong
stator có trục cố định là α. Nếu cuộn dây rotor của CR được đóng
điện bỡi SW2, thì sẽ sinh ra một từ trường, từ trường đó sẽ tương tác
với từ trường của cuộn dây sator do đó sẽ sinh ra một moment xoắn.

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

This torque will rotate the freely-moving CR rotor to a position which
exactly corresponds with the CT rotor i.e. it will be displaced by the
same angle α as shown in Fig. 39.18. It should be noted that if the two
rotors are in the same relative positions, the stator voltages in the two
synchros will be exactly equal and opposite. Hence, there will be no
current flow in the two stator windings and so no torque will be
produced and the system will achieve equilibrium.
Moment này sẽ làm quay rotor của CR đến vị trí tương ứng với
rotor của CT có i,e giống nhau. Do đó nó sẽ được quay một góc α
như hình 39.18. Nên 2 rotor sẽ có vị trí giống nhau, điện áp trên
stator của hai máy đòng bộ bằng nhau và ngược pha nhau. Do đó,
sẽ không có dòng điện trong hai cuộn dây stator và như vậy sẽ
không có moment quay và hệ thống sẽ được đưa về trạng thái cân
bằng.

Máy điện đặc biệt
Nhóm 3

If now, the transmitter rotor angle changes to a new value, then new set of
voltages would be induced in the transmitter stator windings which will again
drive currents through the receiver stator windings. Hence, necessary torque
will be produced which will turn the CR rotor through an angle corresponding
to that of the CT rotor. That is why the transmitter rotor is called the master
and the receiver rotor as the slave, because it follows its master. It is worth
noting that this master-slave relationship is reversible because when the
receiver rotor is displaced through a certain angle, it causes the transmitter

rotor to turn through the same angle
Nếu bây giờ, bộ truyền của rotor thay đổi giá trị của góc quay, sau đó
thay đổi điện áp mới cho cuộn dây stator thì sẽ có dòng điện chay trong
các cuộn dây stator. Do đó, moment quay được tạo ra làm quay rotor
của CR và rotor của CT sẽ quay một góc tương ứng. Đó là lý do tại sao
rotor truyền được gọi là nguồn và các rotor nhận được gọi là tải, bỡi vì
nó hoạt động theo nguồn. Cần lưu ý mối quan hệ chủ - tớ có thể bị đảo
ngược bỡi vì rotor thu được dời đến 1 góc nào đó, nó làm cho rotor
phát chuyển đến cùng một góc