mô tả , so sánh các loại động cơ điện mô tả , so sánh các loại động cơ điện

1

CHƯƠNG 2: ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


2

Khái niệm chung về động cơ điện
• Động cơ điện là máy điện
dùng để chuyển đổi năng
lượng điện sang năng
lượng cơ.
• Máy điện dùng để chuyển
đổi ngược lại (từ cơ sang
điện) được gọi là máy
phát điện hay dynamo.
• Các
động
cơ
điện
thường gặp dùng trong
gia đình như quạt điện,
tủ lạnh, máy giặt, máy
bơm nước, máy hút bụi...

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


3

Ứng dụng
• Ngày nay động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực,
từ các động cơ nhỏ dùng trong lị vi sóng để chuyển động đĩa
quay, hay trong các máy đọc đĩa (máy chơi CD hay DVD), đến
các đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như máy
giặt, sự hoạt động của thang máy hay các hệ thống thơng gió
cũng dựa vào động cơ điện.

• Ở nhiều nước động cơ điện được dùng trong các phương tiện
vận chuyển, đặt biệt trong các đầu máy xe lửa.
• Trong cơng nghệ máy tính: Động cơ điện được sử dụng trong
các ổ cứng, ổ quang (chúng là các động cơ bước rất nhỏ).

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


4

Ngun lý hoạt động
• Phần chính của động cơ
điện gồm phần đứng yên
(stator) và phần chuyển
động (rotor) được quấn

nhiều vòng dây dẫn hay có
nam châm vĩnh cửu.
• Khi cuộn dây trên rotor và
stator được nối với nguồn
điện, xung quanh nó tồn tại
các từ trường, sự tương
tác từ trường của rotor và
stator tạo ra chuyển động
quay của rotor quanh trục
hay moment.

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


5

Nguyên lý hoạt động

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai

5


6

Nguyên lý hoạt động

• Phần lớn các động cơ điện hoạt động theo nguyên lý điện từ,
nhưng một số loại động cơ dựa trên nguyên lý khác như lực
tĩnh điện và hiệu ứng điện áp cũng được sử dụng.
• Nguyên lý cơ bản mà các động cơ điện từ dựa vào là có một
lực cơ học trên một cuộn dây có dịng điện chạy qua nằm
trong một từ trường. Lực này theo mô tả của định luật lực
Lorentz và vuông góc với cuộn dây và cả với từ trường.
• Phần lớn động cơ từ đều xoay nhưng cũng có động cơ tuyến
tính. Trong động cơ xoay, phần chuyển động được gọi là
rotor, và phần đứng yên gọi là stator.

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


7

Phân loại động cơ điện

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


8

Đặc tính cơ của động cơ điện
• Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ
quay và moment của động cơ:  = f(M).

• Đặc tính cơ của động cơ điện chia ra đặc tính cơ tự
nhiên và đặc tính cơ nhân tạo. Dạng đặc tính cơ của mỗi
loại động cơ khác nhau thì khác nhau và sẽ được phân
tích trong phần sau.
• Đặc tính cơ tự nhiên: là đặc tính có được khi động cơ
nối theo sơ đồ bình thường, khơng sử dụng thêm các
thiết bị phụ trợ khác và các thông số nguồn cũng như
của động cơ la định mức. Như vậy mỗi động cơ chỉ co
một đặc tính cơ tự nhien.
• Đặc tính cơ nhân tạo (đặc tính cơ điều chỉnh): là đặc tính
cơ nhận được sự thay đổi một trong các thơng số nào
đó của nguồn, của động cơ hoặc nối thêm thiết bị phụ
trợ vào mạch, hoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt. Mỗi
động cơ có thể có nhiều đặc tính cơ nhân tạo.
Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


9

Đặc tính cơ của động cơ điện
• Trong hệ truyền động điện bao giờ cũng có q
trình biến đổi năng lượng điện - cơ. Chính q trình
biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của động
cơ điện.
• Định nghĩa: Cơng suất điện Pđiện có giá trị dương
nếu như nó có chiều truyền từ nguồn đến động cơ
và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công
suất cơ Pcơ = M.w cấp cho máy sản xuất (sau khi đã

có tổn thất P). Cơng suất điện Pđiện có giá trị âm
nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn.
• Cơng suất cơ Pcơ có giá trị dương nếu moment
động cơ sinh ra cùng chiều với tốc độ quay, có giá
trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và
mômen động cơ sinh ra ngược chiều quay.

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


10

Đặc tính cơ của động cơ điện

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


11

Đặc tính cơ của động cơ điện
• Trong hệ thống TĐĐ, động cơ điện có nhiệm vụ
cung cấp động lực cho cơ cấu sản xuất.
• Các cơ cấu sản xuất của mỗi loại máy có các u
cầu cơng nghệ với đặc điểm riêng. Máy sản xuất lại
có rất nhiều loại, nhiều kiểu với kết cấu rất khác
biệt.

• Động cơ điện cũng vậy, có nhiều loại, nhiều kiểu với
các tính năng, đặc điểm riêng.

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


12

Đặc tính cơ của động cơ điện
• Với các động cơ điện một chiều và xoay chiều thì chế độ làm
việc tối ưu thường là chế độ định mức của động cơ. Để một hệ
thống TĐĐ làm việc tốt, có hiệu quả thì giữa động cơ điện và
cơ cấu sản xuất thì phải đảm bảo có một sự phù hợp tương
ứng.
• Việc lựa chọn hệ TĐĐ và chọn động cơ điện đáp ứng đúng các
yêu cầu của cơ cấu sản xuất có ý nghĩa lớn khơng chỉ về mặt
kỹ thuật mà cả về mặt kinh tế.
• Do vậy, khi thiết kế hệ thống TĐĐ, người ta thường chọn hệ
truyền động cũng như phương pháp điều chỉnh tốc độ sao
cho đường đặc tính cơ của động cơ càng gần với đường đặc
tính cơ của cơ cấu sản xuất càng tốt.
• Nếu đảm bảo được điều kiện này, thì động cơ sẽ đáp ứng tốt
đòi hỏi của cơ cấu sản xuất khi moment cản thay đổi và tổn
thất trong quá trình điều chỉnh là nhỏ nhất.
Department of Mechatronics

Le Thanh Hai

13

Động cơ DC
Lực tác dụng lên cuộn dây:

Department of Mechatronics

với:

F: lực tác dụng lên cuộn dây (N)
I: dòng chạy qua cuộn dây (A)
B: cường độ từ trường (G)
L: chiều dài cuộn dây (m)
: góc tạo bởi vectơ B và I

Le Thanh Hai


14

Động cơ DC
Phần ứng động cơ DC

Moment tạo ra
với:

T: moment động cơ
KT: hằng số dựa vào cấu tạo động

cơ
IA: dòng điện phần ứng
: từ thông
Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


15

Động cơ DC
Khi phần ứng quay trong môi 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).
với:

EMF: điện áp tạo ra
KE: hằng số dựa vào cấu tạo động

cơ

: từ thông
S: tốc độ động cơ (rpm)
Điện áp thực trên phần ứng
với:

VA: điện áp thực trên phần ứng
VTn: điện áp nguồn cấp vào phần

ứng

CEMF: điện áp tạo ra bởi động cơ
IA: dòng điện phần ứng
RA: trở kháng phần ứng
Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


16

Động cơ DC
Thí dụ: Một động cơ 12 Vdc có điện trở phần ứng là 10  và sức điện động tạo ra
là 0.3V/100rpm. Xác định dòng phần ứng thực tế khi động cơ làm việc ở vận tốc 0
rpm và ở vận tốc 1000 rpm.

Giải: ta có

• S = 0 rpm

• S = 1000 rpm

Lưu ý: khi động cơ làm việc, dòng điện trên phần ứng giảm đi

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


17

Các loại động cơ điện phổ biến
•
•
•
•

Động cơ khơng đồng bộ ba pha
Động cơ cảm ứng một pha
Động cơ điện một chiều
Động cơ bước

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


18

ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


19

Cấu tạo

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


20

Cấu tạo
• Về cấu tạo, động cơ điện xoay chiều 3 pha gồm có 2
phần chính:
 Phần cảm: gồm 3 cuộn dây đặt lệch nhau 1200 trong không
gian và được cấp điện xoay chiều 3 pha để tạo ra từ trường
quay. Phần cảm thường đặt ở stator. Các cuộn dây pha ở
phần cảm có thể nối theo hình sao hay tam giác tùy theo
điện áp của mỗi cuộn dây pha và tùy theo điện áp lưới
điện.
 Phần ứng: Cũng gồm 3 cuộn dây và thường đặt ở rotor.
Tùy theo kết cấu của ba cuộn dây phần ứng mà động cơ
điện xoay chiều ba pha chia ra hai loại.

 Ví dụ: Với điện áp lưới là 380V/220V. Khi điện áp mỗi cuộn
dây pha là 220V thì động cơ phải mắc theo dạng hình sao.
Khi điện áp mỗi cuộn dây pha là 380V thì động cơ phải mắc
theo dạng hình tam giác.
Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


21

Cấu tạo

• Khi 3 cuộn dây phần
ứng kết hợp thành một
lồng trụ như hình sau
với các thanh dẫn bằng
nhơm thì rotor được gọi
là rotor lồng sóc.

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


22

Cấu tạo
• Khi 3 cuộn dây phần ứng bằng dây đồng được nối hình
sao và 3 đầu dây được đưa ra qua hệ vòng trượt - chổi
than để nối với điện trở mạch ngồi thì rotor được gọi là
rotor dây quấn.

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


23

Nguyên lý hoạt động
• Khi từ trường quay (giả sử theo chiều KĐH) của
phần cảm (stator) quét qua các dây dẫn phần ứng
(rotor) thì trong các cuộn dây (hay thanh dẫn) phần
ứng xuất hiện suất điện động cảm ứng.
• Nếu mạch phần ứng nối kín thì có dịng điện cảm
ứng sinh ra (chiều xác định theo quy tắt bàn tay
phải). Từ trường quay lại tác dụng vào chính dịng
cảm ứng này một lực từ có chiều xác định theo quy
tắt bàn tay trái và tạo ra mô men làm quay phần cảm
theo chiều quay của từ trường quay.
• Tốc độ quay của phần ứng luôn nhỏ hơn tốc độ
quay của từ trường quay (không đồng bộ). Động cơ
điện hoạt động theo nguyên tắt này được gọi là
động cơ điện không đồng bộ (KĐB) hay động cơ
điện dị bộ hoặc động cơ điện xoay chiều cảm ứng.

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


24

Ngun lý hoạt động
• Khi ta cho dịng điện ba pha tần số fi vào ba dây
quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ là
n1 = 60fi/p.
• Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay của
máy với thanh dẫn mang dòng điện rotor, kéo rotor

quay với tốc độ n < n1 và cùng chiều với n1 .
• Hệ số trượt của tốc độ : s = (n1-n)/n1
60 fi
(1  s ) (vịng/phút)
• Tốc độ của động cơ : n 
p

với p: số cặp cực (mạch có 2 cực, p = 1)

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai


25

Mở máy (khởi động)
động cơ điện KĐB

• Khi đóng điện trực tiếp vào động cơ KĐB để mở
máy thì do lúc đầu rotor chưa quay, độ trượt lớn
(s=1) nên sức điện động cảm ứng và dịng điện cảm
ứng lớn.

• Dịng điện này có trị số đặc biệt lớn ở các động cơ
cơng suất trung bình và lớn, tạo ra nhiệt đốt nóng
động cơ và gây xung lực có hại cho động cơ.

Department of Mechatronics

Le Thanh Hai