Tài liệu LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT, CHƯƠNG 2 pdf

CHƯƠNG 2 : KHẢO SÁT PHẦN ĐỘNG
LỰC.
I. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
Trong thời đại ngày nay, hầu hết các dây chuyền sản xuất
đang dần dần được tự động hóa bằng cách áp dụng các kỹ thuật
tiên tiến của khoa học kỹ thuật. Tuy thế, động cơ điện một chiều
vẫn được coi là một loại máy quan trọng. Nó có đặc tính điều
chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy máy được dùng nhiều trong các
nghành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như
cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải…
1. Cấu tạo :
Động cơ điện một chiều gồm hai phần : Phần tónh
(
stator) và phần quay (rotor).
Phần tónh là phần đứng yên của máy. Nó thường bao
gồm các bộ phận sau :
– Cực từ chính : là bộ phận sinh ra từ trường chính trong
vỏ máy, gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng
ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá
thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5
 1 mm ép
chặt lại với nhau.
– Cực từ phụ : được đặt giữa các cực từ chính và dùng để
cải thiện đổi chiều giúp cho máy điện làm việc không có
tia lửa xảy ra giữa chổi điện và vành đổi chiều. Lõi thép
cực từ cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên
thân cực từ phụ có đặt dây quấn.
– Gông từ : dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng
thời làm vỏ máy.
– Các bộ phận khác như Nắp máy để bảo vệ, Cơ cấu chổi
than.

Phần quay gồm có những bộ phận sau :
– Lõi sắt phần ứng : dùng để dẫn từ, thường dùng những
tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5
mm được phủ lớp cách
điện và ghép chặt lại với nhau.
– Dây quấn phần ứng : là phần sinh ra sức điện động và có
dòng điện chạy qua. Dây quấn được cách điện cẩn thận
với rãnh của lõi thép.
– Các bộ phận khác như cánh quạt dùng để quạt gió làm
nguội máy,
trục máy để đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp,
cánh quạt và ổ bi.
2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều :
Động cơ điện một chiều là một thiết bò biến đổi năng lượng
của dòng một chiều thành cơ năng. Trong quá trình biến đổi đó,
một phần năng lượng của dòng xoay chiều bò tiêu tán do các tổn
thất trong mạch phần ứng và trong mạch kích thích. Phần còn lại
là năng lượng được biến đổi thành cơ năng trên trục động cơ.
Khi cho dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích
thích và dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường ở phần tónh. Từ
trường này tác dụng tương hỗ lên dòng điện trong dây quấn
phần ứng tạo ra momen tác dụng lên rotor và làm rotor quay.
Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện một chiều được chỉnh lưu
thành dòng xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng. Điều này
làm lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bò
đổi chiều và làm động cơ quay theo một hướng.
Công suất ứng với momen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi
là công suất điện từ và bằng : P
đt
= M = E

ư
I
ư
Trong đó : M : momen điện từ.
n
đm
n
đm
60
2 n


 : tốc độ góc phần ứng.
I
ư
: dòng điện phần ứng
.
E
ư
: suất điện động phần ứng.
3. Đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của động cơ điện
một chiều kích từ độc lập.
Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa hai thông số :
tốc độ quay của trục và momen do động cơ sinh ra trong quá
trình làm việc ở trạng thái đònh mức. Đặc tính cơ cho phép ta
đánh giá khả năng chòu tải cũng như nắm được khả năng làm
việc của động cơ khi dùng để truyền tải. Đặc tính tốc độ
(I)
thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ góc với dòng điện trong mạch
chính của nó. Đặc tính tốc độ cho phép ta đánh giá khả năng

chòu tải của động cơ qua dòng điện của nó.
a. Sơ đồ cơ bản và các đặc tính của nó :
n n

n
0
n
0

0 M
đm
M
nm
M 0 I
ư.đm

I
Hình II.2
Đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc
lập.
Hình II.1
Sơ đồ nguyên lý của mạch kích từ độc lập.
+
_
U
RKT
CKT
Rpư
M
U

Bộ điều chỉnh
điện áp
CKT
RKT
M
1
M
KK
R
K
U
n
MEE
2


I
ư.nm

b. Các phương trình cơ bản :
Phương trình đặc tính cơ :
Phương trình đặc tính tốc độ :
Trong đó :
n : tốc độ quay của động cơ.
U : điện áp đặt vào động cơ.
R : tổng trở trên phần ứng.
I : dòng điện chạy trong phần ứng.
M : momen của động cơ.

 : từ thông dưới một cực từ chính.

K
E
: hệ số suất điện động phụ thuộc vào cấu tạo.
K
M
: hệ số momen của động cơ.
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ
ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào
phần ứng động cơ.
n
n
0
TN
n1
U
đm
n
2
I
K
R
K
U
n
EE


U
1

U
2

0
M
C
M
Việc điều chỉnh tốc độ theo kiểu này chỉ cho phép giảm điện
áp (
nhỏ hơn điện áp đònh mức) và chỉ cho tốc độ nhỏ hơn tốc độ
đònh mức.
U
đm
> U
1
> U
2
n
0
> n
1
> n
2
Phương pháp điều chỉnh này có phạm vi điều chỉnh D = 10/1.
Ưu điểm của phương pháp này là giữ nguyên đặc tính của đường
đặc tính cơ.
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách đưa thêm điện trở
phụ vào phần ứng.
n

n
0



0 M
c

M

Theo sơ đồ trên, ta có :
Hình II.4
Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thêm điện trở phụ.
RKT
M
K1
K2K3
Rf1Rf2
Rf3
CKT
+
_
1
R
2
R
1
n
3
R

ư
n
2
Hình II.3
Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt trên phần
ứng.
R
ư
< R
1
< R
2
.
n
0
> n
1
> n
2
> n
3
Khi điện trở phụ R càng lớn thì độ cứng của đường đặc tính cơ
càng giảm và ngược lại. Phương pháp này chỉ cho tốc độ nhỏ
hơn tốc độ cơ bản vì chỉ thêm điện trở vào chứ không giảm nhỏ
hơn R
ư
được. Đồng thời, phương pháp này cho tốc độ điều chỉnh
nhảy cấp, mức độ nhảy cấp phụ thuộc vào số cấp khởi động.
3. Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi từ thông
.

n
n
1

n
0


0 M
C

M
Với phương pháp này, ta chỉ có thể giảm từ thông do trong
thiết kế I
kt
gần đònh mức,  gần ở bảo hoà. Nếu tăng I
kt
,  cũng
không tăng bao nhiêu. Nhưng khi giảm I
kt
,  giảm rất nhiều.
Khi giảm từ thông thấp hơn giá trò đònh mức, tốc độ động cơ tăng
lớn hơn tốc độ cơ bản.


đm
> 
1
> 
2

n
cb
< n
1
< n
2
Khi giảm từ thông, tốc độ tăng lên rất cao và tốc độ này có
thể làm hỏng động cơ, nên thông thường người ta chỉ cho phép
n
cb
= 3n
đm
.
4.
Điều chỉnh tốc độ bằng cách rẽ mạch phần ứng.
M
N
Hình II.5
Sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phương pháp giảm từ thông.
_
RKT
CKT
+
U
M
1

n

n
cb

n
1
TN
Rẽ
mạch phần ứng
R
f
=
R
nt

0 M
c

M
Phương trình đặc tính cơ của phương pháp này :
M
KeKm
kRntRu
Ke
Udm
kn
2



Với :

Rnt
Rss
Rss
k


Với phương pháp này, ta có thể điều chỉnh được tốc độ
nhỏ hơn tốc độ cơ bản, tổn thất năng lượng thấp và điều
chỉnh tốc độ nhảy cấp.
RKT
M
CKT
+
_
U
Rss Rnt
1
Hình II.6
Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp rẽ mạch phần ứng.