Giáo trình Cơ sở lý thuyết máy điện (Ngành: Điện công nghiệp) - CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (828.96 KB, 34 trang )

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC/MƠ ĐUN: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN
NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/ TRUNG CẤP
Ban hành kèm theo Quyết định số:
/QĐ-… ngày…….tháng….năm ......... của
Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơng nghệ Hà Tĩnh

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

1

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
dùng ngun bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

2

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

LỜI GIỚI THIỆU
Để phục vụ cho việc giảng dạy theo chương trình khung của nghề điện cơng
nghiệp, quyển giáo trình này sẽ cung cấp những kiến thức cơ bản về quấn dây máy điện.
Sau một thời gian khảo sát và nghiên cứu tài liệu cũng như trong thực tiễn về
lĩnh vực điện công nghiệp chúng tơi viết giáo trình này nhằm phục vụ cho cơng tác dạy
nghề. Để hồn thành được quyển giáo trình này là sự giúp sức khơng nhỏ của trường
cao đẳng công nghệ Hà Tĩnh và tập thể đội ngũ giáo viên trong Khoa Điện. Giáo trình
này được biên soạn để giảng dạy cho người học ở trình độ cao đẳng nghề hoặc làm tài
liệu tham khảo cho các khoá đào tạo ngắn hạn cho các công nhân kỹ thuật chuyên ngành
điện.
Mặc dù nhóm tác giả đã có nhiều cố gắng, song thiếu sót là khó tránh. Rất mong
nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ giáo và bạn đọc để giáo trình được hồn
thiện hơn!
Hà Tĩnh, ngày
1.

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

tháng

năm 2020

3

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

MỤC LỤC

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC .......................................................................... 6
BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN.................................... 8
CHƯƠNG 1: MÁY BIẾN ÁP ............................ Error! Bookmark not defined.
1. Khái niệm chung ............................................ Error! Bookmark not defined.
2. Cấu tạo máy biến áp ....................................... Error! Bookmark not defined.
2.1. Lõi thép ....................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Dây quấn ..................................................... Error! Bookmark not defined.
2.3. Vỏ máy........................................................ Error! Bookmark not defined.
3. Các đại lượng định mức ................................. Error! Bookmark not defined.
3.1. Điện áp định mức ........................................ Error! Bookmark not defined.
3.2. Dòng điện định mức .................................... Error! Bookmark not defined.
3.3. Công suất đinh mức ..................................... Error! Bookmark not defined.
4. Nguyên lý làm việc của máy biến áp .............. Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 2: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Error! Bookmark not defined.
1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ Error! Bookmark not defined.
1.1 Khái niệm ..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2 Phân loại ...................................................... Error! Bookmark not defined.
1.3 Các đại lượng định mức ............................... Error! Bookmark not defined.
1.4 Công dụng của máy điện không đồng bộ ...... Error! Bookmark not defined.
2. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha .. Error! Bookmark not defined.
2.1 Stator (phần tĩnh).......................................... Error! Bookmark not defined.

2.2. Rotor (phần quay) ....................................... Error! Bookmark not defined.
2.3 Khe hở.......................................................... Error! Bookmark not defined.
3. Từ trường của máy điện không đồng bộ ......... Error! Bookmark not defined.
3.1. Từ trường đập mạch của dây quấn một pha . Error! Bookmark not defined.
3.2. Từ trường quay của dây quấn ba pha ........... Error! Bookmark not defined.
3.3. Từ trường quay của dây quấn hai pha .......... Error! Bookmark not defined.
4. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện không đồng bộ ....Error! Bookmark
not defined.
GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

4

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

4.1. Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ Error! Bookmark not
defined.
5. Biểu đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ điện không đồng bộ ........ Error!
Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ........... Error! Bookmark not defined.
1. Đại cương về máy điện một chiều. ................ Error! Bookmark not defined.
2. Cấu tạo của máy điện một chiều. ................... Error! Bookmark not defined.
3. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện một chiều. ... Error! Bookmark not
defined.
3.1 Máy phát điện. .............................................. Error! Bookmark not defined.
3.2 Động cơ điện .............................................................................................. 10
4. Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều. .................................. 10
5. Tổn hao trong máy điện một chiều. ............................................................ 11

CHƯƠNG 4: ĐỘNG CƠ VẠN NĂNG ............................................................ 14
1.Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của động cơ vạn năng .................................. 14
CHƯƠNG 5:ĐỘNG CƠ SERVO ..................................................................... 17
1. Hệ thống servo là gì? .................................................................................... 17
2..servomotor ..................................................... Error! Bookmark not defined.
3. Servo Amplifiers ............................................ Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 6:ĐỘNG CƠ BƯỚC....................................................................... 28
1/ Khái niệm..................................................................................................... 28
2. Cấu tạo động cơ bước ................................................................................... 28
3. Đặc điểm của động cơ bước ......................................................................... 28
4.Phương pháp điều khiển động cơ................................................................... 30

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

5

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC
Tên môn học: Cơ sở lý thuyết máy điện
Mã môn học: MH12
Thời gian thực hiện môn học: 30 giờ; (Lý thuyết: 28 giờ; kiểm tra: 2 giờ)
I. Vị trí, tính chất của mơn học:
- Vị trí: Mơn học cơ sở lý thuyết máy điện được bố trí học sau mơn học cơ sở lý thuyết
mạch điện và trước các mô đun chun mơn nghề.
- Tính chất: Là mơn học cơ sở.
II. Mục tiêu mơn học:

- Về kiến thức:
Trình bày được các khái niệm về máy điện, các định luật điện từ, cấu tạo, nguyên
lý làm việc, các đại lượng định mức, phân loại và ứng dụng của máy biến áp, máy điện
không đồng bộ, máy điện một chiều, động cơ vạn năng, động cơ servo và động cơ bước.
- Về kỹ năng:
Giải thích được nguyên lý làm việc của từ trường trong máy điện không đồng bộ, động
cơ một chiều và động cơ vạn năng.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết cơng việc, vấn đề phức tạp
trong điều kiện làm việc thay đổi;
+ Hướng dẫn, giám sát những người khác thực hiện nhiệm vụ xác định; chịu trách
nhiệm cá nhân trách nhiệm đối với nhóm;
+ Đánh giá chất lượng cơng việc sau khi hồn thành và kết quả thực hiện của các
thành viên trong nhóm.
III. Nội dung môn học:
1.

Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:
Thời gian (giờ)

Số
Tên chương, mục
TT
1

Thực hành, thí
Tổng
Kiểm
Lý thuyết nghiệm, thảo
số

tra
luận, bài tập
Bài mở đầu: Khái niệm chung về 5
5
máy điện
1. Các định luật điện từ dùng trong
máy điện.
1.1. Lực từ.
1.2. Hiện tượng cảm ứng điện từ.

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

6

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

1.3. Tự cảm và hổ cảm.
2. Định nghĩa và phân loại máy điện.
2.1 Định nghĩa.
2.2 Phân loại máy điện.

2

2.1. Khái niệm về máy điện xoay
chiều.
Chương I: Máy biến áp
5

1. Khái niệm chung.

5

2. Cấu tạo của máy biến áp.
3. Các đại lượng định mức của máy
biến áp.
4. Nguyên lý làm việc của máy biến
áp.
5. Phân loại và ứng dụng
3

4

Chương II: Máy điện không đồng 5
bộ
1. Khái niệm chung về máy điện
không đồng bộ.
2. Cấu tạo của máy điện không đồng
bộ ba pha.
3. Từ trường của máy điện không
đồng bộ.
4. Nguyên lý làm việc cơ bản của
máy điện không đồng bộ.
5. Phân loại và ứng dụng

4

Chương III: Máy điện một chiều

5

5

1

1

1. Đại cương về máy điện một chiều

5

2. Cấu tạo của máy điện một chiều
3. Nguyên lý làm việc cơ bản của
máy điện một chiều.
4. Từ trường và sức điện động của
máy điện một chiều.
5. Ứng dụng của động cơ một chiều
Chương IV: Động cơ điện vạn 5
năng
1. Cấu tạo động cơ điện vạn năng

5

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

7

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

6

7

2. Nguyên lý làm việc của động cơ
điện vạn năng
3. Nguyên lý từ trường trong động
cơ điện vạn năng.
4. Ứng dụng của động cơ điện vạn
năng
Chương 5: Động cơ servo
2
1 Cấu tạo và nguyên lý làm
việc.
2. Điều khiển động cơ servo.
3 Ứng dụng của động cơ servo.
Chương 6: Động cơ bước
3
1. Cấu tạo và nguyên lý làm
việc.
2. Điều khiển động cơ bước.

KHOA ĐIỆN

2

2

1

28

2

3. Ứng dụng của động cơ bước.
Tổng

30

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

8

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
Mục tiêu:
- Phát biểu được các định luật điện từ trong máy điện;
- Phân tích được nguyên lý hoạt động của máy phát và động cơ điện;
- Giải thích được q trình phát nóng và làm mát của máy;
- Phát huy tính tích cực, chủ động, cẩn thận trong công việc;
1. Định nghĩa và phân loại máy điện
1.1. Định nghĩa
Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện
từ về cấu tạo gồm mạch từ ( lõi thép ) và mạch điện ( các dây cuốn), dùng để biến đổi
dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại biến đổi

điện năng thành cơ năng ( động cơ điện ), hoặc dùng để biến đổi thông số điện năng như
biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha v.v…
Máy điện là máy thường gặp nhiều trong công nghiệp, giao thông vận tải, sản xuất
và đời sống.
1.2. Phân loại.
Máy điện có nhiều loại, và có nhiều cách phân loại khác nhau, ví dụ phân lọai theo
công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện (xoay chiều, một chiều), theo
nguyên lý làm việc v.v… Trong giáo trình này ta phân loại dựa vào nguyên lý biến đổi
năng luợng như sau:
1.2.1. Máy điện tĩnh
Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ
thông giữa các cuộn dây khơng có chuyển động tương đối với nhau.
Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng. Do tính chất thuận nghịch
của các quy luật cảm ứng điện từ, q trình biến đổi có tính thuận nghịch, ví dụ máy
biến áp biến đổi hệ thống điện có thơng số U1, f thành hệ thống điện có thơng số U2, f
hoặc ngược lại biến đổi
Máy gồm một khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây và phiến
góp được quay quanh trục của nó với một vận tốc khơng đổi trong từ trường của hai cực
nam châm. Các chổi than A và B đặt cố định và ln ln tì sát vào phiến góp.
Hình 4-6 Ngun lý hoạt đợng của máy phát điện
Khi cho khung quay theo định luật cảm ứng điền từ trong thanh dẫn sẽ cảm ứng
nên sức điện động theo định luật Faraday ta có:
e = B.l.v (V) (4-1)
B: Từ cảm nơi thanh dẫn quét qua; T
L: Chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường; m
V: Tốc độ dài của thanh dẫn; m/s
Chiều của sức điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải như vậy theo hình
vẽ sức điện động của thanh dẫn cd nằm dưới cực S có chiều đi từ d đến c, cịn thanh ab
nằm dưới cực N có chiều đi từ b đến a. Nếu mạch ngồi khép kín qua tải thì sức điện

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

9

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

động trong khung dây sẽ sinh ra ở mạch ngồi một dịng điện chạy từ A đến B. Nếu từ
cảm B phân bố hình sin thì e biến đổi hình sin dạng sóng sức điện động cảm ứng trong
khung dây như hình 5.3a. Nhưng do chổi than với thanh dẫn nằm dưới cực S nên dịng
điện mạch ngồi chỉ chạy theo chiều từ A đến B. Nói cách khác sức điện động xoay
chiều cảm ứng trong thanh dẫn và dòng điện tương ứng đã được chỉnh lưu thành sức
điện động và dòng điện một chiều nhờ hệ thống vành góp và chổi than, dạng sóng sức
điện động một chiều ở hai chổi than như hình 5.3b. Đó là ngun lý làm việc của máy
phát điện một chiều.
3.2 Động cơ điện
Từ cảm hay sức điện đợng hình sin
a) Quy tắc bàn tay
Trong khung dây trước chỉnh lưu
phải
S.đ.đ và dòng điện đã được chỉnh
b) Quy tắc bàn tay
lưu
trái
Hình 4-7 Các dạng sóng sức điện đợng
Hình 4-8 Quy tắc bàn tay
trái và phải
Nếu ta cho dòng điện một chiều đi vào chổi than A và ra ở B thì do dịng điện chỉ

đi vào thanh dẫn dưới cực N và đi ra ở các thanh dẫn nằm dưới cực S, nên dưới tác dụng
của từ trường sẽ sinh ra một mơ men có chiều khơng đổi làm cho quay máy. Chiều của
lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Đó là nguyên lý làm việc của động
cơ điện một chiều.
a)

4. Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều.
Sức điện động cảm ứng trong dây quấn phần ứng. Cho một dịng điện kích thích
vào dây quấn kích thích thì trong khe hở sinh ra một từ thông Φδ. Khi phần ứng quay
với một tốc độ nhất định nào đó thì trong dây quấn sẽ cảm ứng một suất điện động. Sức
điện động đó là sức điện động của mạch nhánh song song và bằng tổng sức điện động
cảm ứng của các thanh dẫn nối tiếp trong một mạch nhánh đó.
Sức điện động cảm ứng của một thanh dẫn: ex = Bδx.lδ.v (4-2)
Trong đó:
Bδx: Từ cảm nơi thanh dẫn x quét qua
lδ: Chiều dài tác dụng của thanh dẫn
v: Tốc độ dài của thanh dẫn
Hình 17-05-9 Xác định s.đ.đ phần ứng
Nếu thanh dẫn của một mạch nhánh là
Eư = e1 + e2 +…+ eN/2a =

N
thì:
2a

N / 2a


x 1

Nếu số thanh dẫn đủ lớn thì

N / 2a

 B
x 1

x

e x  ( Bl  ...)l v 

N / 2a

 B l v
x 1

l

bằng trị số trung bình Btb nhân với tổng số

thanh dẫn trong mạch nhánh:

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

10

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH
N / 2a

 B
x 1

v

x



D
60

KHOA ĐIỆN

N
N
N
Btblδ.v =
Etb
Btb nên Eư =
2a
2a
2a
n  2p

D n
2 p 60



2 p. .n
60

Với v là tốc độ dài của phần ứng.
Φδ: từ thông dưới mỗi cực từ trong khe hở khơng khí: Φ δ = Bδ.lδ.τ.
N
2 p. .n pN
Từ đó:
Eư =
Btblδ.
=
  .n
2a

60

60a

Trong đó: p: Số dư cực từ kích thích
N: Tổng số thanh dẫn của phần ứng
n: Tốc độ quay của phần ứng (vịng/phút)
a: Số đơi mạch nhánh song song
Đặt
Ta có:

CE =

pN
: Hệ số kết cấu của máy điện.
60a

Eư = CE.Φδ.n

(4-3)

5. Tổn hao trong máy điện một chiều.
a) Tổn hao cơ pcơ
Bao gồm tổn hao ở ổ bi, ma sát giữa chổi than và vành góp, của khơng khí với
cánh quạt,… Tổn hao này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ quay của máy, thông thường
pcơ = 2-4%Pđm (4-4)
b) Tổn hao sắt pFe
Do trễ từ và dịng điện xốy trong lõi thép gây nên. Được xác định bằng công thức:


 f 
2
 .B .Gc ; Watt/kg
 50 

PFe = kδ.P(1/50). 

(4-5)

kδ: hệ số kinh nghiệm xét đến sự tặng thêm tổn hao thép do gia công, lắp ghép lõi
thép, từ thông phân bố không đều,… thường chọn kδ = 3,6
p(1/50): suất tổn hao của thép khi B = 1T, f = 50Hz
f: tần số dòng điện; B: từ cảm tính tốn (1T = 104 Gauss)
GC: trọng lượng của sắt tính bằng kg.
β: số mũ thép hợp kim thấp β = 1,5; với thép hợp kim cao thì β = 1,2-1,3.
Hai loại tổn hao trên khi không tải đã tồn tại nên gọi là tổn hao không tải

P0 = Pcơ + PFe
Nó sinh ra mơ men khơng tải mang tính chất hãm
M0 = P0/ω
c) Tổn hao đồng pCu
- Tổn hao đồng trong mạch phần ứng PCu ư bao gồm tổn hao đồng trong dây quán phần
ứng I2ư.rư cực từ phụ I2ư.rf, tổn hao tiếp xúc giữa chổi than và vành góp Ptx
Ptx = 2ΔUtx.Iư
PCu ư = I2ư.Rư
Rư = rư + rf + rtx

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

11

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

rư: điện trở phần ứng
rf: điện trở của dây quấn cực từ phụ
rtx: điện trở tiếp xúc của chổi than với vành góp
- Tổn hao đồng trong mạch kích từ PCu t
PCu t = Ut.It
Ut: điện áp đặt trên mạch kích thích
It: dịng điện kích thích
d) Tổn hao phụ pf:
Sinh ra trong thép cũng như ở trong đồng của máy điện. Tổn hao phụ trong thép
do từ trường phân bố không đều trên bề mặt phần ứng, ảnh hưởng của răng và rãnh làm
xuất hiện từ trường đập mạch dọc trục.

Tổn hao phụ trong đồng: dịng điện phân bố khơng đều trên chổi than, khi đổi chiều, từ
trường phân bố không đều trong rãnh làm cho trong dây quấn sinh ra dòng điện xoáy,
tổn hao trong dây nối cân bằng,… thường trong máy điện một chiều lấy:
Pf =1%Pđm nếu máy khơng có dây quấn bù. Pf = 0,5%Pđm nếu máy có dây quấn bù
Tổng tổn hao trong máy là:
Σp = pcơ + pFe + pCu ư +pCu t + pf (4-6)
Nếu gọi p1 là công suất đưa vào máy
P2 là công suất đưa ra của máy thì
P1 = p2 + Σp
Hiệu suất của máy được tính theo phần trăm %
% 

p1   p
p2
p2
 p )100
100 
.100 
.100  (1 
p1
p2   p
p1
p1

Câu hỏi
1. Hãy định nghĩa máy phát điện một chiều?
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….
2. Nêu cấu tạo của máy phát điện một chiều?
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

12

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………..
3. Trình bày nguyên lý làm việc của máy phát điện và động cơ điện một chiều?
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

13

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………….
4. Nêu các đại lượng định mức của máy điện một chiều và ý nghĩa của chúng?
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………..........
Câu 4. Sđđ trong máy điện phụ thuộc vào những yếu tố gì?

cơ cổ góp điện. Loại động cơ này có 2 phần
+ Stato: hay cịn gọi là phần cảm thực chất là một nam châm điện, thông thường
là hai từ cực lồi, có quấn các cuộn dây để tạo từ trường.
+ Roto: Còn gọi là phần ứng, gồm nhiều lá sắt ghép lại thành khối trụ, có rảnh ở
xung quanh và được quấn dây theo một trật tự nhất định.
Các đầu cuộn dây này được nối ra cổ góp điện tạo thành một mạch kín.Cổ góp
điện được cấu tạo bởi nhiều phiến đồng ghép lại và được cách điện độc lập với nhau.
Nhiệm vụ của cổ góp điện là dẫn điện vào phần ứng và đồng thời kết hợp với chổi than
để đổi chiều dòng điện giữ cho chiều quay của roto khơng đổi chiều.

Ngun lý làm việc
Hình 5-2a trình bày động cơ đơn giản có phần cảm mắc nối tiếp với phần ứng.
Khi cho dòng điện vào động cơ, do tác dụng của từ trường phần cảm lên dòng điện một
lực điện từ làm cho roto quay, khi roto quay được 1 góc 180° thì lúc đó phiến góp cũng
di chuyển theo H5-2b nên dịng điện di chuyển trong thanh dẫn ở mỗi từ cực vẫn giữ
nguyên chiều cũ. Vì thế roto vẫn tiếp tục quay trịn do lực điện từ tác dụng khơng đổi
chiều.
Nếu cho dịng điện xoay chiều vào động cơ thì dịng điện đổi chiều ở bán kỳ âm,
ngay lúc đó chiều từ trường trong phần cảm cũng đổi chiều nên lực tác dụng vẫn khơng
đổi chiều. Vì thế động cơ vẫn quay được liên tục theo 1 chiều nhất định. Do đặc tính của
động cơ như thế nên được gọi là động cơ vạn năng, vì nó sử dụng được với 2 loại dịng
điện: dịng điện một chiều và dịng điện 2 chiều.

Đặc tính và công dụng
Động cơ vạn năng vận hành với tốc độ cao đạt đến 10.000 vịng /phút và có momen
quay lớn so với các động cơ khác. Vì thế khơng nên để động cơ vạn năng vận hành
khơng tải,vì có thể làm bung các đầu dây nối vào cổ góp điện. Khi vận hành có tải tốc
độ quay của động cơ trong khoảng 2500 vịng/phút đến 6000 vịng/phút
Cơng dụng của động cơ vạn năng đó là được sử dụng để làm động cơ máy may,
máy khoan điện cầm tay, máy xay trái cây, máy xay thịt...

Việc điều chỉnh tốc độ của động cơ dựa trên nguyên tắc giảm điện áp đưa vào động
cơ bằng cuộn cảm kháng, thường quấn chung với cuộn dây từ cực.
Câu hỏi ?
Câu 1: Em hãy trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ vạn năng ?
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

15

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Câu 2: Em hãy trình bày đặc tính và cơng dụng của động cơ vạn năng ?

1. Tổng quan hệ thống servo
Nó là một hệ thống để kiểm sốt dụng cụ cơ khí phù hợp với biến đổi vị trí hoặc
tốc độ mục tiêu giá trị.
Cơ cấu định vị:
Hệ thống servo không đơn giản chỉ là một phương pháp thay thế điều khiển vị
trí và tốc độ của các cơ cấu cơ học, ngồi những thiết bị cơ khí đơn giản, hệ thống
servo bây giờ đã trở thành một hệ thống điều khiển chính trong phương pháp điều
khiển vị trí và tốc độ. Sau đây là một số ví dụ về các cơ cấu định vị:
Cơ cấu định vị đơn giản :
Các vị dụ về cơ cấu này đó là xy lanh hay trục cam hay bộ ly hợp và phanh hãm

Ưu điểm của cơ cấu này đó là đơn giản, rẻ tiền, và có thể hoạt động ở tốc độ cao.
Cơ cấu định vị linh hoạt điều khiển bởi servo motor
Cơ cấu này có thể được điều khiển vịng hở, nửa kín hay vịng kín
Ưu điểm của cơ cấu này đó là độ chính xác và đáp ứng tốc độ cao, có thể dễ dàng
thay đổi vị trí đich và tốc độ của cơ cấu chấp hành.
Cơ cấu chuyển động định hướng
Cơ cấu này chuyển động theo hướng nhất định được chỉ định từ bộ điều khiển. Chuyển
động có thể là chuyển động tịnh tiến hay quay.
Ưu điểm là cơ cấu chấp hành đơn giản và nâng cao tuổi thọ hộp số truyền động
(do truyền động khá êm).
Backlash và hiệu chỉnh:
Backlash hiểu nơm na đó là giới hạn chuyển động của một hệ thống servo.Tất cả
các thiết bị cơ khí đều có một điểm trung tính giữa chuyển động hoặc quay theo chiều

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

17

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

dương và âm (cũng giống như động cơ trước khi đảo chiều thì vận tốc phải giảm về 0).
Xét một chuyển động tịnh tiến lui và tới như trong hình sau:
Chuyển động tính tiến này được điều khiển bởi một động cơ servo. Chuyển động
tới và lui được giới hạn bởi một khoản trống như trong hình. Như vậy động cơ sẽ quay
theo chiều dương hoặc chiều âm theo một số vòng nhất định để chuyển động của thanh
quét lên toàn bộ khoản trống đó nhưng khơng được vượt q khoản trống (đây là một
trong những điều kiện cốt lõi của việc điều khiển động cơ servo). Giới hạn này được
gọi là backlash. Tuy nhiên trong thực tế độ động cơ quay những vịng chính xác để con
trượt trựơt chính xác và qt lên tồn bộ khoản trống trên là rất khó thực hiện nếu
khơng có một sự bù trừ cho nó. Và trong hệ thống servo nhất thiết có những hàm lệnh
thực hiện việc bù trừ, hiệu chỉnh này. Như trong hình vẽ trên, hệ thống servo gởi xung
lệnh hiệu chỉnh cộng/trừ số lượng xung lệnh điều khiển và các xung lệnh hiệu chỉnh
này sẽ khơng được tính đến trong bộ đếm xung.
Hệ thống điều khiển
Có ba dạng :
Điều khiển vịng hở:
Nghĩa là bộ điều khiển vị trí chỉ đặt lệnh cho động cơ quay mà thơi.
Điều khiển nửa kín:

Ở đây số vịng quay của step motor được mã hóa và hồi tiếp về bộ điều khiển vị
trí. Nghĩa là đến đây thì động cơ step chỉ quay một số vịng nhất định tùy thuộc vào “
lệnh” của bộ điều khiển vị trí, nói cách khác bộ điều khiển vị trí có thể ra lệnh cho chạy
hoặc dừng động cơ theo một lập trình sẵn có tùy thuộc vào ý đồ của người thiết kế.
Điều khiển vịng kín

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

18

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

Vịng hồi tiếp lúc này không phải hồi tiếp từ trục động cơ về mà vòng hồi tiếp lúc
này là hồi tiếp vị trí của bàn chạy thong qua một thướt tuyến tính. Lúc này bộ điều khiển
vị trí khơng điều khiển số vịng quay của motor nữa mà nó điều khiển trực tiếp vị trí của
bàn chạy. Nghĩa là các sai số tĩnh do sai khác trong các bánh răng hay hệ thống truyền
động được loại bỏ.
Cấu hình của hệ thống servo:

Động cơ servo
Sự khác biệt của động cơ servo so với những động cơ sử dụng cảm ứng từ nói
chung là nó có một máy dị để phát hiện tốc độ quay và vị trí.

Bộ điều khiển (Tính hiệu đầu vào)

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

19

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

Điều khiển tốc độ đông cơ servo quay với một tốc độ tương ứng với tính hiệu điện
áp đầu vào. VÌ vậy nó giám sát tốc độ quay của đông cơ trong mọi thời điểm.

Sơ đồ khối điều khiển động cơ servo với 2 vịng hồi tiếp vị trí và tốc độ:

Trong đó phần A B C là phần so sánh xử lý tín hiệu hồi tiếp và hiệu chỉnh lệnh. Phần D
E là cơ cấu thực thi và hồi tiếp. Các phần A B C thì khá phổ dụng trong các sơ đồ khối
điều khiển, phần D E thì tùy các thiết bị sử dụng mà chúng có khác nhau đơi chút nhưng
về bản chất chúng hoàn toàn giống nhau. Sau đây là một số ví dụ về phần D E thường
gặp.
Encoder series
Mã
Thơng số kỹ thuật
SGMAH SGMPH
SGMGH SGMUH SGB
số
MH
1
16-bit mã hóa tuyệt Tiêu
Tiêu
đối
chuẩn
chuẩn
1
17-bit mã hóa tuyệt Tiêu
Tiêu
Tiêu
đối
chuẩn
chuẩn

chuẩn
A
13-bit mã hóa gia Tiêu
Tiêu
tăng
chuẩn
chuẩn
B
16-bit mã hóa gia Tùy chọn Tùy chọn tăng
C
17-bit mã hóa gia Tiêu
Tiêu
Tiêu
tăng
chuẩn
chuẩn
chuẩn
Sự khác biệt so với motor thường:
Về kết cấu và hoạt đông của động cơ servo về cơ bản giống động cơ thường.
Nhưng nó được thiết kế để đáp ứng độ chính xác cao, tốc độ cao, tần số cao kiểm sốt
tốc độ và vị trí của các phương tiên cơ khí.

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

20

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

Khơng phải bất kì động cơ nào cũng có thể dùng làm động cơ servo. Động cơ
servo là động cơ hoạt động dựa theo các lệnh điều khiển vị trí và tốc độ. Chính vì thế
nó phải được thiết kế sao cho các đáp ứng là phù hợp với nhu cầu điều khiển. Về cơ
bản thì một servo motor và một động cơ bình thường giống nhau về mặc cấu tạo và
nguyên lý hoạt động ( cũng có phần cảm phần ứng, khe hở từ thông, cách đấu dây … ).
Tuy nhiên tuỳ theo nhu cầu điều khiển mà nó có một số điểm cải tiến hơn (dành cho
những mục đích đặc biệt) so với động cơ thường. Sau đây là một vài ví dụ về nét đặt
trưng của động cơ servo:
a. Tăng tốc độ đáp ứng tốc độ:
Các động cơ bình thường, muốn chuyển từ tốc độ này sang tốc độ khác thì cần có
một khoảng thời gian q độ. Trong một số nhu cầu điều khiển, đòi hỏi động cơ phải
tăng/giảm tốc nhanh chóng để đạt được một tốc độ mong muốn trong thời gian ngắn
nhất, hoặt đạt được một vị trí mong muốn nhanh nhất. Ví dụ muốn điều khiển một cơ
cấu từ vị trí X đến vị trí X’, ban đầu khi ở xa vị trí X’ thì động cơ quay với vận tốc lớn
để tăng tốc, tuy nhiên khi đến gần X’ đòi hỏi động cơ cần giảm tốc tức thì để có thể
đạt được vị trí mong muốn một cách chính xác và loại trừ sự vọt lố vị trí. Các động cơ
thường khơng thể đáp ứng được điều này. Để động cơ đáp ứng được những u cầu
trên thì nó phải được thiết kế sao cho rút ngắn đáp ứng tốc độ của động cơ.

Muốn như vậy ta cần giảm moment qn tính và tăng dịng giới hạn cho động cơ.
Để giảm moment qn tính thì động cơ servo được giảm đường kính rotor và loại bỏ
các cơ cấu sắt khơng cần thiết. Để tăng dịng giới hạn, động cơ servo có thể sử dụng
sắt Ferrit để làm mạch từ và thiết kế hình dạng lõi sắt cho phù hợp. Đối với động cơ
nam châm vĩnh cữu thì nó cần được thiết kế sao cho ngăn cản được sự khử từ (hình
dạng mạch từ) và tăng khả năng từ tính của nam châm (sử dụng nam châm đất hiếm
rare earth magnet).
b. Tăng khả năng đáp ứng

Đáp ứng ở đây cần được hiểu đó là sự tăng/giảm tốc cần phải “mềm” nghĩa là gia tốc

là một hằng số hay gần như là một hằng số.
Một số động cơ như thang máy hay trong một số băng chuyền địi hỏi đáp ứng

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

21

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

tốc độ của cơ cấu phải “mềm”, tức là quá trình quá độ vận tốc phải xảy ra một cách
tuyến tính. Để làm được điều này thì cuộn dây trong động cơ phải có điện cảm nhỏ
nhằm loại bỏ khả năng chống lại sự biến đổi dòng điện do mạch điều khiển yêu cầu.
Các động cơ servo thuộc loại này thường được thiết kế giảm thiểu số cuộn dây trong
mạch và có khả năng thu hẹp các vòng từ trong mạch từ khe hở khơng khí.
c. Mở rộng vùng điều khiển(control range):
Một số yêu cầu trong điều khiển cần điều khiển động cơ ở một dải tốc độ lớn
hơn định mức rất nhiều. Động cơ bình thường chỉ cho phép điện áp đặt lên nó phải
bằng điện áp chịu đựng của động cơ và thông thường không quá lớn so với điện áp
định mức.

Động cơ servo thuộc loại này có thiết kế đặt biệt nhằm gia tăng điện áp chịu
đựng hoặc tăng khả năng bão hoà mạch từ trong động cơ .Như vậy động cơ servo
thuộc loại này phải được tăng cường cách điện và sử dụng sắt Ferrit hoặc nam châm
đất hiếm (rare earth).

d. Khả năng ổn định tốc độ:
Động cơ servo loại này thường được thiết kế sao cho vận tốc quay của nó rất ổn định.

Như các ta biết là khơng có mạch điện hồn hảo, khơng có từ trường hồn hảo
trong thực tế. Chính vì thế một động cơ quay 1750 rpm khơng có nghĩa là nó ln ln
quay ở 1750 rmp mà nó chỉ dao động quanh giá trị này. Động cơ servo khác biệt với
động cơ thường là ở chỗ độ ổn định tốc độ khác cao. Các động cơ servo loại này
thường được sử dụng trong các ứng dụng địi hỏi tốc độ chính xác (như robot). Nó
được thiết kế sao cho có thể gia tăng được dòng từ trong mạch từ lên khá cao và gia
tăng từ tính của cực từ. Các rãnh rotor được thiết kế với hình dáng đặc biệt và các cuộn

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

22

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

dây rotor cũng được bố trí khác đặc biệt để có thể đáp ứng được yêu cầu này.
Tăng khả năng chịu đựng của động cơ:
Một số động cơ servo được thiết kế sao cho có thể chịu đựng được các tín hiệu điều
khiển ở tần số rất cao và có khả năng chịu được được những yêu cầu tăng tốc bất ngờ
từ bộ điều khiển. Những động cơ như thế này thường được cải tiến về phần cơ để có
tuổi thọ cao và có thể chống lại được sự hao mịn do ma sát trên ổ bi bạc đạn cũng như
trên chổi than (đơi với DC)
Các loại và tính năng của Servo Motors:

Động cơ Servo được phân loại thành các động cơ servo DC, động cơ servo AC,
và động cơ bước.
Có hai loại động cơ servo AC , động cơ servo đồng bộ và động servo loại cảm ứng.
Phân loại động cơ servo:

Nét đặc trưng của mỗi động cơ servo:

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

23

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

Cấu trúc động cơ servo AC :

Các tính năng của động cơ servo AC so với động cơ servo DC:
- Nam châm vĩnh cửu được gắn sẳn trên roto .... từ trường quay.
- Cuộn dây được cung cấp trên các Stator ... ... ... ... tĩnh phần ứng.
- Mặt khác, các chức năng điện của Stator một rotor được đảo ngược, động cơ AC
servo khơng có các chuyển mạch và chuổi than mà động cơ DC servo có.
Ngun tắc hoạt động của đơng cơ servo AC:

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

24

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ HÀ TĨNH

KHOA ĐIỆN

Như hình trên thì động cơ có ba cuộn dây với một đầu chung cho tất cả các cuộn
dây. Thông thường đầu chung được đấu với nguồn dương nguồn và được kích từ theo
thứ tự liên tục.
Theo hình thì đây là động cơ có góc quay 120 độ cho mỗi bước. Rotor trong động
cơ có 2 răng. Stator có ba cực cách nhau 120 độ. Khi cuộn một kích điện thì răng của
rotor bị hút vào cực một.Nếu dòng qua cuộn một bị ngắt và đóng dịng cho cuộn hai ,
rotor quay 120 độ ngược kim đông hồ và răng của rotor sẽ hút vào cực hai.
Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta cần cấp điện liên tục luân phiên cho
ba cuộn dây. Bảng dưới đây thể hiển rõ q trình hoạt động của động cơ servo.

GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN

25

Giáo trình Cơ sở lý thuyết máy điện (Ngành: Điện công nghiệp) - CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về