CHƯƠNG I : Tổng quan về động cơ một chiều kích từ độc lập 1.1 Cấu tạo động cơ một chiều. Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính là phần tĩnh (Stator) và phần động (Rotor). A ) Phần tĩnh-Stator gồm có : a ) Cực từ chính : Cực từ chính là phần sinh ra từ trƣờng gồm có lõi sắt và cuộn Lõi sắt cực từ được làm từ các lá thép kỹ thuật hoặc thép cacbon dầy: 0,5- 41 mm được ép lại với nhau và tán chặt thành một khối các cực từ được gắn vào vỏ máy bằng các bulông. Một cặp cực từ (đôi cực) gồm hai cực nam - bắc đặt đối xứng với nhau qua trục động cơ, tuỳ theo động cơ mà động cơ có thể có 1,2,3,.
các máy điện nhỏ cực từ được làm bằng thép khối.Dây quấn kích từ làm bằng dây đồng có tiết diện tròn hoặc chữ nhật được sơn cách điện và được quấn thành từng cuộn.Các cuộn dây được mắc nối tiếp với nhau.Các cuộn dây được bọc cách điện cẩn thận trước khi đặt vào các cực từ.1 Cực từ chính b ) Cực từ phụ: Cực từ phụ đƣợc đặt giữa các cực từ chính để cải thiện tình trạng đổi chiều.Cực từ phụ được làm bằng thép khối trên đặt các cuộn dây quấn.Dây quấn cực từ phụ tương tự như dây quấn cực từ chín 3 Gông từ: Gông từ là phần nối tiếp các cực từ.Đồng thời gông từ làm vỏ máy, từ thông móc vòng qua các cuộn dây và khép kín sẽ chạy trong mạch từ.Trong máy điện lớn gông từ làm bằng thép đúc,trong các máy điện nhỏ gông từ làm bằng thép lá được uốn lại thành hình trụ tròn rồi hàn. c) Các bộ phận khác: Nắp máy: Nắp máy dùng để bảo vệ các chi tiết của máy tránh không cho các vật bên ngoài rơi vào trong máy có thể làm hỏng cuộn dây, mạch từ .Đồng thời nắp máy để cách ly người sử dụng với bộ phận của máy khi động cơ đang quay, đang có điện.Ngoài ra nắp máy còn là giá đỡ ổ bi của trục động cơ. Cơ cấu chổi than: Cơ cấu chổi than để đưa dòng điện từ ngoài vào nếu máy là động cơ và đưa dòng điện ra nếu máy là phát điện.Cơ cấu chổi than gồm có 2 chổi than làm từ than cacbon thường là hình chữ nhật.Hai chổi than được đựng trong hộp chổi than và luôn tỳ lên hai vành góp nhờ 2 lò xo.Hộp chổi than có thể thay đổi được vị trí sao cho phù hợp. B ) Phần động-Rotor.
a ) Lõi sắt phần ứng: Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thường được làm bằng tôn Silic dầy 0,5mm có phủ một lớp cách điện sau đó đƣợc ép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy Phucô gây lên.Trên các lá thép có dập các rãnh để khi ép lại tạo thành các rãnh đặt cuộn dây phần ứng vào.Lõi sắt là hình trụ tròn và được ép cứng vào với trục tạo thành một khối thống nhất. Trong các máy điện công suất trung bình trở lên người ta thường dập các rãnh để khi ép lại tạo thành các lỗ thông gió làm mát cuộn dây và mạch từ.2 Lõi sắt phần ứng 4 b ) Dây quấn phần ứng: Dây quấn phần ứng sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua.Trong máy điện nhỏ dây quấn phần ứng có tiết diện tròn, với động cơ có công suất vừa và lớn tiết diện dây là hình chữ nhật.Khi đặt dây quấn phần ứng vào rãnh Rotor người ta phải dùng các nêm, chèn lên bề mặt của cuộn dây, các nêm này nằm trong rãnh đặt các cạnh dây quấn để tránh cho dây không bị văng ra ngoài khi dây chịu lực điện từ tác động. c ) Cổ góp: Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều.Cổ góp gồm nhiều phiến góp bằng đồng ghép lại thành hình trụ tròn sau đó đƣợc ép chặt vào trục.Các phiến góp được cách điện với nhau bằng các tấm mea đặt ở giữa.Đuôi các phiến góp nhô cao để hàn đầu dây cuộn dây phần ứng, mỗi phiến góp có đuôi chỉ hàn một đầu dây và tạo thành các cuộn dây phần ứng nối tiếp nhau. d ) Các bộ phận khác: Cánh quạt dùng để làm mát động cơ.Cánh quạt được lắp trên trục động cơ để hút gió từ ngoài qua các khe hở trên nắp máy, khi động cơ làm việc gió từ ngoài vào qua các khe hở trên nắp máy, khi động cơ làm việc gió hút vào làm nguội dây quấn, mạch từ.
Trục máy: Trục máy đƣợc làm bằng loại thép cứng nhiều cacbon.Trên trục máy đặt lõi thép phần ứng và cổ góp.Hai đầu của trục máy được gối lên 2 vòng bi ở nắp máy. Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều. Stator của động cơ điện 1 chiều thường là một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, một phần quan trọng khác của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi nhiệm vụ quay của rotor là liên tục.Thông thường bộ phận này gồm cổ góp và bộ chổi than tiếp xúc với cổ phiến. Máy điện một chiều gồm một khung dây abcd và 2 phiến góp được quay quanh trục của nó với tốc độ không đổi trong từ trƣờng của hai cực nam châm N- S.Các chổi điện A và B đặt cố định và tì sát vào phiến góp.
5 Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường của cực từ, cảm ứng các sức điện động.Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải.3, từ trường hướng từ cực N đến S (từ trên xuống dưới), chiều quay phần ứng ngược chiều kim đồng hồ, ở thanh dẫn phía trên sức điện động có chiều từ b đến a. Ở thanh dẫn phía dưới, sức điện động có chiều từ d đến c. Sức điện động của phần tử bằng hai lần sức điện động của thanh dẫn. Nếu nối chổi điện A và B với tải, trên tải sẽ có dòng điện, điện áp của máy phát điện có cực dương ở chổi A và cực âm ở chổi B.
Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường của cực từ, cảm ứng các sức điện động. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải.Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của phần tử thay đổi. Nếu máy chỉ có một phần tử, điện áp đầu cực sẽ như hình 1.Để điện áp lớn hơn và ít nhấp nhô như hình 1.5,dây quấn phải có nhiều phần tử và nhiều phiến đổi chiều.Ở chế độ máy phát, dòng điện phần ứng cùng chiều với sức điện động phần ứng Eƣ. Phương trình cân bằng điện áp là: U=Eƣ + Iƣ.Rƣ Rƣ là điện trở dây quấn phần ứng.
U là điện áp đầu cực máy. IƣRƣ là điện áp rơi trên dây quấn phần ứng. Eƣ là sức điện động phần ứng.3 Nguyên lý làm việc 6 Hình 1.4 Giản đồ một phần tử Hình 1.5 Giản đồ nhiều phần tử Nguyên lý làm việc và phương trình cân bằng điện áp của động cơ điện một chiều. Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B (dƣơng ở A và âm ở B), trong khung dây abcd có dòng điện.
Khung dây abcd có điện nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ (xác định theo quy tắc bàn tay trái), sinh ra mômen làm quay khung dây. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab,cd đổi chỗ cho nhau, nhưng do có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo chiều quay của khung dây (tức rotor) không đổi.Khi rotor quay, các thanh dẫn rotor cắt từ trƣờng sẽ cảm ứng sức điện động Eƣ.Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải.Ở động cơ, chiều sức điện đông Eƣ ngƣợc chiều với dòng điện Iƣ nên Eƣ đƣợc gọi là sức phản điện. Phương trình cân bằng điện áp của động cơ điện một chiều là: U = Eƣ + IƣR ƣ Hình 1.6 Vị trí thanh dẫn 1 Hình 1.7 Vị trí thanh dẫn 2 1. Phân loai động cơ điện một chiều Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng nhƣ máy phát điện một chiều ngƣời ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ.Theo đó ta có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng: 7 + Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Dòng điện kích từ được lấy từ nguồn riêng biệt so với phần ứng.Trường hợp đặc biệt, khi từ thông kích từ được tạo ra bằng nam châm vĩnh cữu, người ta gọi là động cơ điện một chiều kích thích vĩnh cửu.
+ Động cơ điện một chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ được mắc song song với phần ứng. + Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp: Cuộn dây kích từ được mắc nối tếp với phần ứng. + Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp: Gồm có 2 cuộn dây kích từ, một cuộn mắc song song với phần ứng và một cuộn mắc nối tiếp với phần ứng.8 trình bày các loại động cơ điện một chiều Hình 1.8 Các loại động cơ điện một chiều a) Động cơ điện một chiều kích từ độc lập b) Động cơ điện một chiều kích từ song song c) Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp d) Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp - Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều Do tính ưu việt của hệ thống điện xoay chiều: để sản xuất, để truyền tải., cả máy phát và động cơ điện xoay chiều đều có cấu tạo đơn giản và công suất lớn, dễ vận hành.mà máy điện (động cơ điện) xoay chiều ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy nhiên động cơ điện một chiều vẫn giữ một vị trí nhất định trong công nghiệp giao thông vận tải, và nói chung ở các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng (như trong máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện.
Mặc dù so với động cơ không đồng bộ để chế tạo động cơ điện một 8 chiều cùng cỡ thì giá thành đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp hơn. Nhƣng do những ƣu điểm của nó mà máy điện một chiều vẫn không thể thiếu trong nền sản xuất hiện đại. +) Ưu điểm của động cơ điện một chiều là có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau.Song ưu điểm lớn nhất của động cơ điện một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải.