Chương 1: Tổng quan về các loại động cơ một chiều Chương 2: Tìm hiểu các loại máy điện một chiều không chổi than có từ thông đảo chiều Chương 3: Điều khiển-Đánh giá-Ứng dụng động cơ một chiều không chổi than Em xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Điện Tự Động Công Nghiệp và đặc biệt là thầy GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn đã hướng dẫn nhiệt tình, cùng với quá trình tìm hiểu của bản thân giúp em hoàn thành bản đồ án này Hải Phòng, ngày … tháng… năm…. Sinh viên 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI ĐÔNG CƠ MỘT CHIỀU 1. CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU THÔNG THƢỜNG 1.
Cấu tạo chung của các loại động cơ điện một chiều thông thƣờng Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính là phần tĩnh (Stator ) và phần động ( Rotor ). Phần tĩnh gồm có a. Cực từ chính Cực từ chính là phần sinh ra từ trường gồm có lõi sắt và cuộn dây : 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.
Hình mặt cắt của một gông từ b. Cực từ phụ Cực từ phụ được 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 chính.
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. 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. 3 - 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 nhờ2 lò xo.
Hộp chổi than có thể thay đổi được vị trí sao cho phù hợp. Máy điện một chiều thông thường 1. 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 được 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. Các loại động cơ một chiều thông thƣờng - Động cơ một chiều kích từ độc lập Khi nguồn điện một chiều có công suất không dủ lớn thì mạch điện phần ứng và mạch kích từ mác vào hai nguồn độc lập với nhau, lúc này động cơ được gọi là kích từ độc lập Hình 1. Sơ đồ và đặc tính của động cơ kích từ độc lập - Động cơ một chiều kích từ song song Mạch kích từ và rotor được mắc song song với nguồn điện Hình 1. Sơ đồ tương đối của động cơ kích từ song song 5 - Động cơ một chiều kích từ nối tiếp Mạch kích từ được mắc nối tiếp so với nguồn điện Hình 1.
Sơ đồ tương đối của động cơ kích từ nối tiếp - Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp hay bằng nam châm vĩnh cửu Kết hợp cả hai phương pháp trên. CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ DÙNG CHO ÔTÔ ĐIỆN 1. Động cơ không đồng bộ( Induction Motor-IM) Động cơ IM có ưu điểm giá thành thấp, thông dụng , dễ chế tạo. Với kỹ thuật hiện nay, hoàn toàn có thể thực hiện các thuật toán điều khiển vector tiên tiến cho động cơ IM, đáp ứng yêu cầu công nghệ cần thiết.
Nhược điểm của động cơ IM là có hiệu suất thấp. Các hãng xe của Hoa Kỳ như GM phần lớn sử dụng động cơ IM làm động cơ truyền động , lý do là xe ở Mỹ chủ yếu chạy trên đường cao tốc, khoảng cách dài, đường trong đô thị cũng rộng rãi và thoáng. Khi đó động cơ IM sẽ phát huy tối đa được hiệu suất của mình thì tổn thất không lớn. Ở Việt Nam chúng ta chủ yếu là nhỏ hẹp, đông đúc, xe thường chạy ở tốc độ thấp và hay phải dừng đỗ.Với chế độ hoạt động như vậy, động cơ IM sẽ phải thường xuyênchạy ở dưới tốc độ định mức gây hiệu suất thấp, hạn chế đáng kể quãng đường đi cho một lần nạp ắc quy.
Động cơ từ trở đồng bộ( Synchronous Reluctance Motor-SynRM) Động cơ SynRM có cấu trúc stator giông động cơ xoay chiều thông thường với dây quấn và lõi sắt từ. Rotor của động cơ được thiết kế gồm các lớp vật liệu từ tính và phi từ tính đan xen nhau như hình 1. Cấu trúc này khiến cho từ trở dọc và từ trở ngang của động cơ khác nhau, sinh ra mômen từ trở làm đông cơ quay Hình 1. Cấu trúc động cơ từ trở đồng bộ-SynRM và hai rotor động cơ SynRm và IM 1.
Động cơ từ trở thay đổi( Switches Reluctance Motor-SRM) Động cơ SRM có cấu tạo của rotor va stator đều có dạng cực lồi, trên stator có dây quấn tương tự như dây quấn kích từ của động cơ một chiều, rotor chỉ là một khối sắt, không có dây quấn hay nam châm. Với cấu tạo đặc biệt này, SRM rất bền vững về cơ khí, cho phép thiết kế ở dải tốc độ cao, lên tới hàng chục nghìn vòng/phút. Nguyên lý hoạt động của động cơ như sau: các dây quấn stator được kích tư lần lượt (gần giống động cơ bước- stepping motor), lực từ trường tác dụng lên rotor làm nó quay từ vị trí có từ trở lớn nhất( vị trí lệch trục) đến vị trí có từ trở vùng tuyến tính và vùng bão hòa nên ta có thể sử dụng tối đa khả năng của vật liệu từ đó, do vậy động cơ SRm có tỉ 7 lệ công suất trên khối lượng lớn. Sau đây là hình ảnh của động cơ từ trở thay đổi- SRM Hình 1.
Cấu tạo máy điện không chổi than (SRM) Động cơ SRM cũng có thể có những nhược điểm làm hạn chế khả năng ứng dụng của nó. Nguyên lý vận hành đơn giản, nhưng nó lại khó điều khiển với chất lượng cao vì nó có mômen gợn sóng lớn, đặc biệt là trong thời gian chuyển mạch. Mặt khác, do cấu tạo cực lồi, động cơ có tinh phi tuyến cao, gây khó khăn cho việc điều khiển và thiết kế động cơ. Những nhược điểm này đang được nghiên cứu, nếu khắc phục thành công sẽ mở ra các hướng ứng dụng rộng rãi cho SRM, cả trong công nghiệp và lĩnh vực ôtô điện.
Bản thân các tác giả đang tiến hành nghiên cứu về thiêt kế và điều khiển loại độn cơ này, cho đến nay có những kết quả ban đầu. Đường sức từ tại các vị trí điển hình trong quá trình hoạt động của SRM a: lệch trục b: các cực gối lên nhau c: đồng trục 1. Động cơ một chiều không chổi than(Brushless DC motor-BLDC motor) Động cơ BLDC trên thực tế là một loại đông cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Điểm khac biệt cơ bản so với các động cơ đồng bộ khác là sức phản kháng điện động (back-EMF) của dộng cơ có dang hình thang do cấu trúc dây quấn tập trung ( các loại khcs có dạng hình sin do cấu trúc dây quấn phân tán).
Dạng sóng sức phản điện động hình thang khiến cho dộng cơ BLDC có đặc tính cơ giống động cơ một chiều, mật độ công suất, khả năng sinh mômen cao, hiệu suất cao Động cơ được điều khiển dựa vào tín hiệu từ các cảm biến Hall các định vị trí của rotor như hình dưới. Nhược điểm cơ bản của động cơ BLDC là có mômen gợn sóng. Một rong những phương pháp hiệu quả nhất là thuật toán điều khiển giả vector( Pseudo-vector Control-PVC) được đề xuất bởi tác giả Cao Minh và hiện nay đã đi vào ứng dụng cho thiết bị trợ lái vô lăng của công ty NSK tại Nhật bản. Cấu trúc động cơ BLDC và cảm biến vị trí Hall Hình 1.
Nguyên lý điều khiển động cơ BLDC 10 1. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm (Interior Permanet Motor-IPM motor) Động cơ IPM có những ưu thế gần như tuyệt đối trong ứng dụng ôtô điện. Động cơ nam châm vĩnh cửu thông thường có nam châm được gắn trên bề mặt rotor(SPm) vốn đã có đặc tính điều khiển rất tốt. Động cơ IPM có nam châm chìm bên trong rotor, dẫn tới sự khác biệt giữa điện cảm dọc trục và điện cảm ngang trục, từ đó trạo khả năng sinh mômen từ trở( Reluctance Torque) cộng thêm vào mômen vốn có do nam châm sinh ra ( Magnet Torque).
Đặc tính này khiến động cơ IPM có khả năng sinh mômen rất cao, đặc biệt phù hợp cho ôtô điện. Mặt khác , động cơ Ipm có phản ứng phần ứng mạnh, dẫn tới khả năng giảm từ thông mạnh, cho phép nâng cao vùng điều chỉnh tốc độ, làm việc tốt ở góc phần tư thứ II. TÌM HIỂU CÁC LOẠI MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI THAN CÓ TỪ THÔNG ĐẢO CHIỀU Với sự quan tâm ngay càng tăng về bảo vệ môi trường và bảo toàn năng lượng việc sử dụng ôtô điện (Evs) cho giao thông trên đường là sự quan tâm đặc biệt. Để có khả năng kết hợp trực tiếp với ôtô động cơ đốt trong người ta sử dụng động cơ BLDC.
