CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỂ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 1.1 Tổng quan về động cơ điện xoay chiều một pha Động cơ điện xoay chiều một pha là động cơ điện xoay chiều không cổ góp được chạy bằng điện một pha. Loại động cơ điện này được sử dụng khá rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống như động cơ bơm nước , động cơ quạt nước trong các hệ thống tự động,. Khi sử dụng loại động cơ này thường cần điều khiển tốc độ, mở máy , đảo chiều , hãm,. Để điều khiển tốc độ động cơ một pha chúng ta có thể sử dụng các phương pháp sau: - Thay đổi số vòng dây của Stator.
- Mắc nối tiếp với động cơ một điện trở hay cuộn dây điện cảm. - Điều khiển điện áp đưa vào động cơ. - Thay đổi tần số.1 Nguyên lý điều khiển động cơ điện xoay chiều một pha Động cơ điện xoay chiều một pha hoạt động dựa trên nguyên lý tương tác giữa trường từ xoay tạo bởi stator (phần cố định) và rotor (phần quay). Khi một nguồn điện xoay chiều được cấp cho cuộn dây trên stator, nó tạo ra một trường từ xoay.
SVTH: Phan Hữu Quốc – Phạm Văn Thọ 1 Đồ án điện tử công suất – Th. Võ Khánh Thoại Hình 1.1: Điều khiển động cơ một pha sơ đồ khối mạch điện tử Một số điểm quan trọng về động cơ điện xoay chiều một pha: Dòng điện xoay chiều 1 pha: Sử dụng nguồn điện 1 pha 220V và tạo công suất phổ biến trong khoảng 0. Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor. Pha 2: Rotor tiếp tục quay.
Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1. Động cơ điện xoay chiều một pha thường được sử dụng trong các ứng dụng như quạt điện, máy cơ khí và các thiết bị vận hành trong ngành công nghiệp. Động cơ điện xoay chiều 1 pha hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như: - Trong các ngành công nghiệp: Thường dùng để làm băng truyền, băng tải,. - Trong ngành nông nghiệp: Sử dụng để làm máy ấp trứng, máy đổ thức ăn cho gà ăn,… - Sử dụng để chế tạo các loại máy móc nhằm phục vụ cho đời sống sinh hoạt hằng ngày như máy vặt lông gà vịt, máy quay vịt gà,.2 Cấu tạo của động cơ điện xoay chiều một pha Động cơ điện xoay chiều 1 pha ( Hình 1.2 hay còn được gọi là motor điện AC 1 pha hay động cơ AC 1 pha) là loại động cơ điện mà dây quấn stator chỉ bao gồm 1 cuộn dây pha.
Và đối với nguồn cấp chính cấu tạo gồm 1 dây pha và 1 dây nguội (có thể có SVTH: Phan Hữu Quốc – Phạm Văn Thọ 2 Đồ án điện tử công suất – Th. Võ Khánh Thoại thêm tụ điện để làm lệch pha). Tuy nhiên, nếu chỉ có 1 cuộn dây pha thì động cơ không thể tự khởi động được vì từ trường 1 pha lại chính là từ trường đập mạch.2: Động cơ điện xoay chiều 1 pha Để động cơ AC 1 pha có thể tự khởi động được, có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện được điều này. Ví dụ như sử dụng một số thiết bị phụ trợ như tụ đề hoặc bộ khởi động động cơ.1 Cấu tạo Hình 1.3: Cấu tạo động cơ điện xoay chiều 1 pha SVTH: Phan Hữu Quốc – Phạm Văn Thọ 3 Đồ án điện tử công suất – Th.
Võ Khánh Thoại Cấu tạo của động cơ điện xoay chiều 1 pha bao gồm 7 bộ phận chính được thể hiện như hình 1.3 ở phía trên như sau: - Giá đỡ mặt bích (Flange bracket): được làm bằng vật liệu nhôm đúc khuôn được gia công hoàn thiện, lắp vào vỏ động cơ. - Stator: lõi thép của stator có dạng trụ rỗng, được ghép từ các tấm thép kỹ thuật điện, được dập theo hình vành khăn, phía trong có xẻ rãnh để có thể đặt dây quấn và được sơn phủ kín. Dây quấn được làm bằng dây đồng hoặc dây nhôm và được đặt trong các rãnh của lõi thép. - Vỏ động cơ (Motor case): Thường được chế tạo từ tấm thép, nhôm đúc hoặc gan.
- Rotor: Lõi thép rotor được chế tạo từ các lá tôn silic, các rãnh của lõi thép rotor được dập nghiêng để giảm tiếng ồn. Cuộn dây của rotor thường được đúc bằng nhôm. - Trục quay của động cơ (Output shaft): có 2 loại là trục tròn và loại trục bánh răng. Vật liệu được sử dụng cho trục động cơ là loại thép cacbon 45, thép cacbon 65 hoặc các loại thép đặc biệt khác.
- Bạc đạn (Ball bearing): Dùng để đỡ cho trục quay của rotor.2 Nguyên lí hoạt động của động cơ điện xoay chiều 1 pha Nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều 1 pha khá đơn giản như sau: - Nguồn điện xoay chiều được cấp cho stator của động cơ. Lúc này dòng điện chạy qua dây quấn stato và tạo nên một từ trường quay với tốc độ là 60f/p. Trong đó f chính là tần số của nguồn điện, p là số cặp cực của phần dây quấn Stator. - Trong quá trình quay, từ trường sẽ liên tục quét qua các thanh dẫn của rotor và SVTH: Phan Hữu Quốc – Phạm Văn Thọ 4 Đồ án điện tử công suất – Th.
Võ Khánh Thoại xuất hiện một sức điện động cảm ứng. Do dây quấn stator đang kín mạch nên suất điện động này sẽ tạo ra dòng điện ở trong các dây dẫn của rotor. Các thanh dây dẫn có dòng điện và được đặt trong từ trường vì vậy chúng sẽ tương tác lực điện từ lên nhau. - Tổng hợp các lực trên sẽ tạo ra momen quay đối với trục rotor khiến cho nó quay cùng chiều với từ trường.
Khi động cơ làm việc thì tốc độ của rotor sẽ luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường.3 Ứng dụng của động cơ AC 1 pha Động cơ điện xoay chiều 1 pha hiện nay được sử dụng rộng rãi trong dân dụng và công nghiệp. Một số ứng dụng của động cơ điện xoay chiều 1 pha có thể kể đến như sau: - Trong các máy móc gia đình: Động cơ AC 1 pha được sử dụng trong nhiều loại máy gia đình như máy giặt, máy hút bụi, máy cắt cỏ, máy cưa xích, và các loại máy khác. - Trong các thiết bị điện tử: Động cơ điện AC 1 pha được ứng dụng trong các thiết bị điện tử như máy tính, máy in, máy quay phim và các loại thiết bị khác. - Trong y tế: Động cơ điện AC 1 pha được sử dụng trong các thiết bị y tế như máy xạ trị, máy chụp CT, và các loại thiết bị khác.
- Trong công nghiệp: Động cơ điện 1 pha được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, bao gồm máy nén khí, máy nghiền, máy bơm nước, máy cắt, máy kéo, và các loại máy khác. - Trong năng lượng mặt trời: Động cơ AC 1 pha được sử dụng để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện. Trong nông nghiệp: Động cơ AC 1 pha được sử dụng trong các máy móc nông nghiệp như máy bơm nước, máy cày, máy cắt cỏ, và các loại máy khác. SVTH: Phan Hữu Quốc – Phạm Văn Thọ 5 Đồ án điện tử công suất – Th.
Võ Khánh Thoại - Trong lĩnh vực thực phẩm và đồ uống: Động cơ điện 1 pha được sử dụng trong các máy móc thực phẩm và đồ uống như máy xay sinh tố, máy làm kem, máy ép trái cây, và các loại máy khác.4: Ứng dụng của động cơ điện xoay chiều 1 pha 1.4 Ưu nhược điểm của động cơ điện xoay chiều 1 pha a. Ưu điểm - Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng và lắp đặt. - Động cơ điện xoay chiều 1 pha sử dụng nguồn điện trực tiếp từ lưới điện mà không cần phải chỉnh lưu. - Động cơ AC 1 pha có khả năng điều khiển tốc độ quay đa dạng.
- Động cơ xoay chiều 1 pha có kết cấu bền vững, chắc chắn, khả năng chịu quá tải tốt nhờ cơ chế bảo vệ. - Giá thành thấp hơn so với truyền động dùng cho động cơ một chiều. Nhược điểm - Momen khởi động của động cơ AC 1 pha nhỏ, không thích hợp sử dụng được cho các ứng dụng cần momen khởi động lớn. - Tiêu tốn nhiều nguồn điện năng hơn so với động cơ một chiều.
SVTH: Phan Hữu Quốc – Phạm Văn Thọ 6 Đồ án điện tử công suất – Th. Võ Khánh Thoại 1.3 Các thông số định mức Chế độ làm việc định mức của máy điện một chiều là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định. Chế độ đó đươc đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức. Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau: - Công suất định mức: Pđm (KW hay W): phổ biến là motor từ 0.37KW-160KW phổ biến là motor từ 0.37 kW đến 160 kW.
- Điện áp định mức: Uđm (V) Điện 1 pha hạ thế thường là 220V, còn điện 3 pha hạ thế có thể là 380V, 400V, 415V, hoặc 660V. - Dòng điện định mức: Iđm (A); - Tốc độ định mức: nđm (vg/ph). - Tần số lưới điện(Hz): Thường là 50 Hz hoặc 60 Hz.4 Phương pháp điều chỉnh tốc độ 1.1 Điều chỉnh tần số Nguyên lý: Thay đổi tần số cung cấp điện áp đầu vào của động cơ. Vì tốc độ của động cơ xoay chiều tỷ lệ thuận với tần số nguồn cấp, nên điều chỉnh tần số sẽ thay đổi tốc độ động cơ.
Ưu điểm: Hiệu suất cao, điều chỉnh mượt mà, tiết kiệm năng lượng. Ứng dụng: Rộng rãi trong các hệ thống băng tải, bơm, quạt, và các ứng dụng công nghiệp khác.2 Điều chỉnh điện áp Nguyên lý: Thay đổi điện áp cung cấp cho động cơ. Đối với động cơ không đồng bộ, tốc độ quay tỷ lệ với điện áp cung cấp. Ưu điểm: Phương pháp đơn giản, chi phí thấp.
SVTH: Phan Hữu Quốc – Phạm Văn Thọ 7 Đồ án điện tử công suất – Th. Võ Khánh Thoại Hạn chế: Hiệu suất không cao, không thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu điều chỉnh tốc độ chính xác.3 Điều chỉnh số cực Nguyên lý: Thay đổi số cực từ trường của động cơ. Động cơ không đồng bộ có thể thiết kế với số cực thay đổi để điều chỉnh tốc độ. Ưu điểm: Cấu trúc đơn giản, không cần thiết bị điện tử phức tạp.
Hạn chế: Không thể điều chỉnh tốc độ liên tục, chỉ có một số mức tốc độ cố định.4 Phương pháp thay đổi số cuộn dây Nguyên lý: Thay đổi cấu hình cuộn dây của động cơ để thay đổi tốc độ.