CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KICH TỪ ĐỘC LẬP 1.1 Tổng quan về động cơ điện 1 chiều 1.1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: Phần tĩnh và phần động. 1 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều 1. Cực chính với cuộn kích từ 3. Cực phụ với cuộn dây 4.
Cuộn dây phần ứng 7. Thiết bị chổi 8. Nắp hộp đấu dây Phần tĩnh hay stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra trường nó gồm có: Mạch từ và dây cuốn kích từ lồng ngoài mạch từ (nếu động cơ được kích từ bằng nam châm điện), mạch từ được làm băng sắt từ (thép đúc, thép đặc). Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm bằng dây điện từ, các cuộn dây điện từ nay được mắc nối tiếp với nhau.
Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại, trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường 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 đến 1mm ép lại và tán chặt.
Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối, tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau Các bộ phận khác: Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện.
Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang. Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp.
Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ, sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại. Phần quay hay rôto: Bao gồm những bộ phận chính sau. Phần sinh ra sức điện động gồm có: Mạch từ được làm bằng vật liệu sắt từ (lá thép kĩ thuật) xếp lại với nhau.
Trên mạch từ có các rãnh để lồng dây quấn phần ứng. Cuộn dây phần ứng: Gồm nhiều bối dây nối với nhau theo một qui luật nhất định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các phiến đồng gọi là phiến góp, các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là cổ góp hay vành góp. Tỳ trên cổ góp là cặp trổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào thành cổ góp nhờ lò xo.2 Phân loại động cơ một chiều Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người 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: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Phần ứng và phần kích từ được cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ. 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 tiếp 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.3 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 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. Nhưng do những ưu 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. Nếu như bản thân động cơ không đồng bộ không thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng được thì phải chi phí các thiết bị biến đổi đi kèm (như bộ biến tần.) rất đắt tiền thì động cơ điện một chiều không những có thể điều chỉnh rộng và chính xác mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng cao. Nhược điểm chủ yếu của động cơ điện một chiều là có hệ thống cổ góp - chổi than nên vận hành kém tin cậy và không an toàn trong các môi trường rung chấn, dễ cháy nổ.2 Phương trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ điện 1 chiều - Khi nguồn điện một có công suất không đủ lớn thì mạch phần ứng và kích từ mắt vào hai nguồn một chiều độc lập nhau , lúc này động cơ được gọi là kích từ độc lập.
2 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập. Do trong thực tế đặc tính của động cơ điện kích thích độc lập và kích thích song song hầu như là giống nhau , nên ta sét chung đặc tính cơ và đặc tính cơ điện của động cơ điện kích từ độc lập. -Theo sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hình (1.1) ta viết được phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng ở chế độ xác lập như sau : U ư =E+(Rư + R f ) I ư (1.1) Trong đó: U u : điện áp phần ứng E: Suất điện động phần ứng ( ) Rf : Điện trở phụ trong mạch phần ứng (Ω)) Ru : Điện trở của phần ứng (Ω) ) Rư =r ư + r cf + r cb+r tx (1.2) Trong đó r ư : Điện trở dây phần ứng (Ω)) rcf : Điện trở cực từ phụ (Ω)) rcb : Điện trở cuộn bù (Ω)) rtx : Điện trở tiếp xúc của chổi điện (Ω)) Sực điện động của E được xác định bằng biều thức: P.=KΦΦ 2 πaa Trong đó: P: Số đôi điện cực chính ; N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a: Số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng ω Tốc độ góc ( rad/s) , Φ: Từ thông kích từ chính một cực từ ( Wb ) P.N Đặt KΦ= hệ số kết cấu động cơ 2 πaa Nếu biểu diễm sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút ) thì E=KΦ c Φ n 2 πaa n (1.55 Trong đó : KΦ c : hệ số sức điện động của động cơ Từ các phương trình trên ta có: U u Ru + Rf , , (1.6) ω= − KΦ ∅ ¿¿ Đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập Mắt khắc ta có momen điện từ của động cơ ở chế độ xác lập được xác định theo biểu thức: M dt=KΦΦ I ư (1.7) M Suy ra I ư = dt , thay I ư vào ta có: KΦ ∅ U u Ru + Rf , , (1.8) ω= − KΦ ∅ ¿¿ Nếu bỏ qua tốn thất cơ và tổn thất ma sát trong ổ trục thì ta có thể coi momen cơ trên trục động cơ bằng momen điện từ và ký hiệu là M: M dt=M co =M (1.9) Suy ra: U u Ru + Rf , , (1.10) ω= − KΦ ∅ ¿¿ Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập Có thế biểu diễn phương đặc tính cơ dượi dạng khác ω=ω 0−∆ ω (1.11) Trong đó: Uu , ω 0= ; gọi là tốc độ không tải lý tưởng KΦ ∅ Ru + Rf Ru Σ ∆ω= = ; gọi là độ sụt tốc , , ¿¿ ¿¿ Giả thiết phần ứng được bù đủ từ thông của động cơ Φ = const , thì các phương trình đặc tính cơ điện và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính. đồ thị của chúng được biểu diễn trên đồ thị là những được thẳng Nếu xét tất cả các tổn thất thì M co =M dt ± ∆ M Hình 1.
3 Đặc tính cơ điện của động cơ một chiều kích từ độc lập Uu , Theo đồ thị trên khi Iư=0 hoặc M=0 thì ta có: ω=ω 0= , lúc này động cơ đạt tốc độ KΦ ∅ không tải lý tưởng Còn khi ω=0 thì ta có: Uu , (1.12) I ư= =I nm Ru + R f , Và M =KΦ Φ I nm=M nm (1.13) Với I nm, M nm : gọi là dòng điện ngắn mạch và momen ngắn mạch Hình 1. 4 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập 1.3 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện 1 chiều Từ phương trình đặc tính cơ ta thấy có 3 tham số ảnh hưởng đến phương trình đặc tính cơ đó là từ thông, điện áp phần ứng, điện trở phần ứng của động cơ .Thay đổi các tham số trên ta thay đổi được tốc độ và momen động cơ theo ý muốn.do phương trình cơ phụ thuộc vào ba tham số trên, tương ứng với đó ta có ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 1.