Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU Trong thời đại ngày nay, hầu hết các dây chuyền sản xuất của công nghiệp đang dần dần được tự động hoá bằng cách áp dụng các khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới. Tuy thế động cơ điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng trong các nghành công nghiệp, giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc quay liên tục trong phạm vi rộng như cán thép,hầm mỏ .Vì động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt.1 Cấu tạo Động cơ điện một chiều gồm có hai phần: Hình 1.1 Mặt cắt dọc động cơ điện Cấu tạo: 1- vỏ máy ( gông từ) 2-cực từ chính 1 3-dây quấn cực từ chính 4-cực từ phụ 5-dây quấn cực từ phụ 6-dây quấn phần ứng 7-lõi sắt phần ứng 8-rãnh phần ứng 9-răng phần ứng 10-má cực từ 1.1 Phần tĩnh (stato ): đây là phần đứng yên của máy, nó bao gồm các bộ phận chính sau : -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 1 mm ép lại và tán chặt. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ.Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này nối nối tiếp với nhau.
-Cực từ phụ: cực từ phụ đặt giữa các tự từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bàng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dâyquấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ những bulông. -Gông từ: gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy.
Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc.Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. -Các bộ phận khác:nó gồm có các bộ phận + Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi bị nhũng vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi.
Trong những trường hợp này nắp thường làm bằng gang. + Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi 2 than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chôi 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 chặt lại.2 Phần quay (roto):Đây là phần quay (động) của động cơ gồm có các bộ phận sau. -Lõi sắt phần ứng: Là lõi sắt dùng đế dẫn từ.Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ớ hai lớp mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh đổ sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.
+ Trong những máy cỡ trung bình trở lên,người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. + Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng đoạn nhỏ.Giữa các đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. khi máy làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt. + Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục.
-Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây có tiết diện chữ nhật dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép.
Để tránh khi bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêmđể đè chặt hoặcphải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre,gỗ hay bakelit. -Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều,dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dầy 0.2mm và hợp thành hình trụ tròn.
Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giũa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica.Đuôi vành góp có cao hơn lên một tí đế hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng. 3 -Các bộ phận khác : Gồm có cánh quạt và trục máy. + Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy.
Máy điện một chiều thường chế theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió.Cánh quạt lắp trên trục máy,khi máy quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy. + Trục máy : Là phần trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánhquạtvà bi.
Trục máy thường làm bàng thép cacbon tốt.2 Các thông số định mức Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã qui định. Chế độ đó được đặt trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức.Trên nhãn máy thường ghi những đai lượng sau : Công suất định mức Pdm (kw) Điện áp dịnh mức Uđm (V) Dòng điện định mức Iđm (A) Tốc độ định mức nđm (vg/ph) Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu về dòng điện sửdụng. Cần chú ý là công suất định mức của động cơ ở đây là công suất cơ đưa ra ở đầu trục động cơ.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều - Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện của dòng một chiều thành cơ năng. Trong quá trình biến đổi đó, một phần năng lượng của dòngxoay chiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ, phần còn lại năng lượng được biến thành cơ năng trên trục động cơ.
- Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường ở phần tĩnh. Từ trường này có tác dụng tương hỗ lên dòng điện trên dây quấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay. Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu 4 thành dòng một chiều đưa vào dây quấn phần ứng. Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều và làm động cơ quay theo một hướng.
- Công suất ứng vói mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện từ và bằng : P dt = M .Iư Trong đó : M : là mômen điện từ Iư: Dòng điện phần ứng Eu: Suất điện động phần ứng ω: Tốc độ góc phần ứng 2.2 PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ VÀ PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH CƠ ĐIỆN CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP - Khi nguồn điện một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắt song song vói mạch phần ứng , lúc này động cơ được gọi động cơ kích từ song song.2 Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song - Khi nguồn điện một có công suất không đủ lớn thì mạch phần ứng và kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau, lúc này động cơ được gọi là kích từ độc lập.3 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 xét 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 1.3ta viết được phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng ở chế độ xác lập như sau : U u = E + (R u + R f ).I ư ; Trong đó : Uư :Điện áp phần ứng ( V ) ; E : Suất điện động phần ứng ( V ); Rf: Điện trở phụ trong mạch phần ứng ( Ω ); Rư :Điện trở của phần ứng (Ω) Với R ư = r ư + r cf +r cb + r tx Trong đó : rư : 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) ; Sức điện động E của phần ứng động cơ được xác định theo biểu thức : P. ω Trong đó : P : Số đôi điện cực chính ; N : Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng , 6 a : Số mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng , ω : Tốc độ góc ( rad/s) φ : Từ thông kích từ chính 1 cực từ (Wb) P. a : hệ số kết cấu của động cơ Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n(vòng/phút) thì E=Kc.
n Kc : hệ số sức điện động động cơ U ư Rư + Rf Từ các phương trình trên ta có: E = - .φ Đây là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Mặt khác ta có mômen điện từ của động cơ ở chế độ xác lập được xác định theo biểu thức : M dt = K. I ư M dt Suy ra I ư = K. φ )2 Nếu bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất ma sát trong ổ trục thì ta có thể coi mômen cơ trên trục động cơ bằng mômen điện từ và ký hiệu là M : Mdt = MC0 = M ; Uư Rư + Rf Suy ra ω = K.
φ )2 Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. - Có thể biểu diễn phương trình đặc cơ dưới dạng khác. ω = ω0 - ∆ ω Uư Trong đó :ω0 = ; Gọi là tốc độ không tải lý tưởng .