Tài liệu Chương 1_ Tổng quan về động cơ điện một chiều ppt

Chương 1. Tổng quan về động cơ điện một chiều
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1. Tầm quan trọng của động cơ điện một chiều (ĐCĐMC)
- Trong đời sống con người, ĐCĐMC được sử dụng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực
như :
+ Các bộ phận khởi động của ôtô, xe máy, máy kéo…
+ Các hệ truyền động có công suất nhỏ như quạt điện, máy xay sinh tố, động cơ
bơm nước…
+ Lĩnh vực nghiên cứu, giảng dạy….
- Trong công nghiệp, ĐCĐMC có vai trò quan trọng, được ứng dụng trong các máy cắt
kim loại, các máy công cụ, trong giao thông vận tải hay các thiết bị cầu trục, trong máy
ép, máy bơm, máy nghiền, máy cán….
 Ưu điểm của động cơ điện một chiều
- ĐCĐMC có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng : Vì ĐCĐMC có thể điều chỉnh tốc độ
thông qua việc thay đổi I
ư
, U
ư,

Φ
nên tốc độ động cơ có thể được chỉnh tốc trong miền
dưới và trên tốc độ định mức.
- Chất lượng điều chỉnh tốc tốt, dễ điều chỉnh tốc độ : Do ĐCĐMC có đường đặc tính cơ
dạng tuyến tính (
M
RR
U
fu
u
).(

.
2
ΦΚ
+
−
ΦΚ
=
ω
) nên dễ dàng điều khiển tốc độ. Đặc biệt là
với ĐCĐMC kích từ độc lập có phần kích từ và phần ứng là riêng biệt nên càng dễ cho
việc điều khiển.
- Chất lượng điều chỉnh tốc độ tốt : vì bộ biến đổi của ĐCĐMC có khả năng tạo ra sai số
tốc độ nhỏ, độ trơn điều chỉnh mịn, dải điều chỉnh rộng…
- ĐCĐMC có dòng mở máy và momen mở máy nhỏ, có khả năng quá tải về momen với
I
ưmở
=
R
u
U
; I
mở
= (1.5
÷
2)I
dm
; M = K.
Φ
.I
ư

- Công suất của phía kích từ động cơ kích từ độc lập nhỏ hơn công suất phần ứng động
cơ. Chính vì vậy nó vẫn được sử dụng trong các dây truyền cán…
Ngoài những ưu điểm đó ĐCĐMC còn có cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển
đơn giản hơn so với các loại động cơ khác. Chính vì vậy ĐCĐMC được sử dụng rất phổ
biến trong các nghành công nghiệp yêu cầu momen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh
tốc độ chính xác, bằng phẳng, phạm vi điều chỉnh rộng như nghành cán thép, hầm mỏ …
1
Chương 1. Tổng quan về động cơ điện một chiều
 Nhược điểm của động cơ điện một chiều
- Cần nguồn một chiều
- Bảo quản cổ góp phức tạp
- Dễ sinh tia lửa điện
- Giá thành cao…
Mặc dù có nhiều nhược điểm như trên , nhưng ĐCĐMC vẫn có vai trò quan trọng
trong việc sản xuất, phát triển công nghiệp và được sử dụng phổ biến trong cuộc sống…
 Kết luận
ĐCĐMC còn còn có nhiều nhược điểm, song không vì thế mà ĐCĐMC kém ưu
thế hơn so với các loại động cơ khác, nó vẫn được sử dụng phổ biến, ngày càng được cải
tiến, khắc phục những nhược điểm vốn có và nâng cao hiệu suất của động cơ…
1.2. Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều
1.2.1. Cấu tạo của ĐCĐMC
ĐCĐMC gồm có:
- Phần cảm (stato)
- Phần ứng (Roto)
- Hệ thống chổi than, vành góp
• Stato: Là phần đứng yên của máy, gồm các phần chính sau :
- Cực từ chính
- Cực từ phụ
- Gông từ
- Các bộ phận khác

+ Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường, gồm :
- Lõi sắt làm bằng lá thép kĩ thuật điện ( thép cacbon) dày từ 0.5-1 mm,
được ép và tán chặt lại.
- Dây quấn kích từ : quấn bằng dây đồng có bọc cách điện và mỗi cuộn
dây đều bọc cách điện kĩ thành một khối, đựơc tẩm sơn cách điện trước
khi đặt lên cực từ.
+ Cực từ phụ: Đặt giữa các cực từ chính với tác dụng cải thiện đổi chiều, gồm :
- Lõi thép : làm bằng thép khối
- Dây quấn : làm bằng đồng, có bọc cách điện, mỗi cuộn dây đều được bọc
cách điện tạo thành khối và được tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên cực
từ phụ.
+ Gông từ: Gông từ được dùng làm mạch từ nối liền các cực từ chính đồng thời
làm vở máy.
2
Chương 1. Tổng quan về động cơ điện một chiều
+ Các bộ phận khác bao gồm :
- Nắp máy có tác dụng bảo vệ máy và đảm bảo an toàn trong vận hành
- Cơ cấu chổi than: Đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài, nó gồm chổi
than đặt trong hộp chổi than và nhờ lò xo tỳ chặt lên cổ góp.
• Roto: Là phần quay của động cơ, bao gồm:
- Lõi sắt phần ứng
- Dây quấn phần ứng
- Cổ góp
- Các bộ phận khác
+ Lõi sắt phần ứng: Có tác dụng dẫn từ, và được làm từ lá thép kĩ thuật điện
(thép hợp kim silic) dày 0.5mm đựơc phủ cách điện mỏng ở 2 mặt rồi ép chặt để giảm
tổn hao do dòng điện xoáy.
+ Dây quấn phần ứng: Có tác dụng sinh ra một sức điện động và có dòng điện
chạy qua. Nó được làm bằng dây đồng có bọc cách điện, được quấn cách điện cẩn thận
với rãnh lõi thép.

+ Cổ góp : Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đảo chiều, Dùng để đổi dòng
điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
+ Các bộ phận khác bao gồm :
- Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy
- Trục máy : Là bộ phận trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt, ổ
bi… Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt.
• Hệ thống chổi than – vành góp: Dùng để đưa điện áp một chiều vào cuôn dây
phần ứng và đổi chiều dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Số lượng chổi than bằng
số lượng cực từ ( một nửa có cực tính dương, một nửa có cực tính âm).
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều dựa trên định luật lực điện từ :
Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường, thanh dẫn sẽ chịu
một lực điện từ tác dụng có trị số là:
F
dt
= B.i.l
Trong đó:
B là từ cảm (T)
i là dòng điện (A)
l là chiều dài hiệu dụng thanh dẫn (m)
F
dt
là lực điện từ (N), có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái
3
Chương 1. Tổng quan về động cơ điện một chiều
Hình 1.1. Mô phỏng định luật lực điện từ
- Khi cung cấp điện cho động cơ, điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng điện I trong
thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ F
dt
= B.i.l tác dụng lên thanh

dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ v có chiều như hình vẽ 1.1.
- Lúc này công suất điện đưa vào động cơ : P
d
= u.i = e.i =B.i.l.v ; Nên P
d
= F
dt
.v
Ta thấy công suất điện đưa vào động cơ đã được biến thành công suất cơ P
cơ
= F
dt
.v trên
trục động cơ, làm cho thanh dẫn chuyển động với vận tốc v.
- Ở động cơ điện một chiều, khi ta đặt một điện áp lên dây quấn kích từ U
k
nào đó thì
trong dây quấn kích từ sẽ xuất hiện dòng kích từ i
k
và do đó mạch từ của máy sẽ có từ
thông Φ. Theo định luật mạch từ (
iWl
H
j
j
j
n
K
K
k

..
m
11
∑∑
==
=
) thì mạch từ đã tạo ra từ
trường.
- Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều, ta giả sử động cơ điện một
chiều được mô phỏng một cách đơn giản qua việc làm quay khung dẫn abcd theo một
chiều duy nhất.
4
Chương 1. Tổng quan về động cơ điện một chiều
Hình 1.2. Mô hình đơn giản của động cơ điện một chiều
+ Nếu ta đặt điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B thì trong dây quấn
phần ứng sẽ có một dòng điện I
ư
chạy qua. Các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong
từ trường (từ trường tạo bởi phần kích từ của động cơ), sẽ tạo ra các lực F
dt
ngựơc chiều
nhau, tác dụng làm cho roto quay ( hình 1.2 a)
(Chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái )
+ Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ cho
nhau, tuy nhiên do có phiến góp đổi chiều dòng điện nên chiều lực từ tác dụng không
đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi (hình 1.2 b).
Và cứ như vậy , ta thấy năng lượng điện đã biến thành năng lượng cơ làm cho động cơ
quay theo một chiều duy nhất.
Lưu ý:
- Trước khi mở máy động cơ ta phải điều chỉnh biến trở kích từ để từ thông

Φ

đạt giá trị lớn nhất
Φ
max.

- Trong quá trình hoạt động, cần duy trì từ thông kích từ lớn hơn một giá trị tối
thiểu cho phép
Φ
>
Φ
min
.
- Đối với động cơ dùng nam châm vĩnh cửu thì cần đảm bảo cường độ từ
trường đủ lớn và đều.
5