intTypePromotion=1

Đồ án: Điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều

Chia sẻ: Nguyễn Văn Tần | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:40

0
1.675
lượt xem
258
download

Đồ án: Điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn: Điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều giúp bạn nắm bắt cơ sở lý luận về phương pháp PWM, giới thiệu về động cơ điện một chiều, phân tích sự hoạt động của mạch thiết kế. Cùng tham khảo nhé.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đồ án: Điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều

  1. Luận văn Điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện một chiều
  2. Mục lục LỜI NÓI ĐẦU ................................ ................................ ................................ ............................ 5 CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................................. 5 1.2.Giới thiệu về mạch cầu H.................................................................................................... 11 1.2.2.Nguyên tắc hoạt động chung của mạch cầu H.................................................................... 14 1.2.3 Ưu nhược điểm của cầu H. a14 CHƯƠNG II.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU................................................ 15 2.1. NGUYÊN LÝ CHUNG .................................................................................................. 15 2.2.1. STATO. ................................ ................................ ................................ ................... 16 2.2.2. Roto. ........................................................................................................................ 17 2.3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. .............................................. 18 18 2.3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đ ổi từ thông θ ....................................................... 19 Hình.2.2.Đồ thị đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ............................................................. 19 2.3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đ ổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng. ............... 19 Hình.2.3.Đồ thị đặc tính khi tải thay đổi .................................................................................... 20 2.3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đ ổi điện áp. ................................ .......................... 20 Hình.2.4.Đồ thị đặc tính khi thay đ ổi điện áp ............................................................................. 20 CHƯƠNG III.PHÂN TÍCH SỰ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH THIẾT KẾ .................................. 21 Hình.3.1.Sơ đồ khối mạch điều khiển ........................................................................................ 21 Hình 3.2.Mạch lặp ..................................................................................................................... 22 Vout=[R2/(R1+R2)]*Vin .......................................................................................................... 22 Vout=[R2/2R2]*Vin .................................................................................................................. 22 Hình 3.3.a.................................................................................................................................. 22 Hình 3.3.b ................................ ................................ ................................ ................................ . 23 Hình 3.4.Mạch so sánh điện áp .................................................................................................. 24 Hình 3.5.Đồ thị so sánh điện Uđk với Urc.................................................................................. 24 Hình 3.6.Van động lực .............................................................................................................. 25 3.3.Một số yêu cầu đối với mạch điều khiển .............................................................................. 25 Hình 3.7.Sơ đồ chân LM324 ...................................................................................................... 27 Hình 3.8 .Sơ đồ chân 7402 ......................................................................................................... 27 SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ TRÊN EAGLE ................................ ................................ ..... 28 SƠ ĐỒ MẠCH BORD THIẾT KẾ TRÊN EAGLE .................................................................... 30
  3. Tạo nguồn nuôi IC: ................................................................................................................. 31 Mạch điều khiển.................................................................................................................... 31 CHƯƠNG IV:KẾT LUẬN ........................................................................................................ 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................... 39 Các tài liệu trên Internet ............................................................................................................ 39
  4. BẢN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯ ỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………..... ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………..... ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………. ……………………………………… Ngày ….tháng …. Năm 2010 Giảng viên hướng dẫn (Ký,ghi rõ họ và tên)
  5. LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay công nghệ khoa họ c k ỹ thuật không ngừng phát triển .Trong đó nghành kỹ thuật điện tử đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong cuộc sống củ a con người.Cùng với sự phát triển đó ngành công ngh ệ kỹ thuật điện -điện tử cũng đã có những bước phát triển vượt b ậc.Trong thời đ ại hiện nay máy móc đã và đang dần thay thế con người làm việc và để làm được việc đó các động cơ điện cũng rất quan trọng trong việc truyền động cho các cơ cấu đó.Gắn liền với việc sử dụng động cơ là quá trình điều khiển động cơ sao cho phù hợp với yêu cầu thự c tế . Với mong muốn tìm hiểu, ứng dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật hiện đ ại vào phục vụ sản xuất và phục vụ đ ời sống con người hơn n ữa được sự hướng d ẫn và giúp đỡ củ a thầy “ Vũ Hồng Sơn ”.Nhóm em đ ã th ực hiện đ ề tài: “ Điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ điện mộ t chiều ” .Do trình độ h iểu biết còn hạn chế, nên dù cố gắng hết sức trong việc thự c hiện đề tài cũng không tránh khỏ i thiếu sót .Mong các thầy(cô) chỉ bảo thêm để chúng em hiểu vấn đề được sâu sắc hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy “ Vũ Hồng Sơn ” đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em hoàn thành tố t bản đồ án này Nhóm sinh viên thự c hiện: Nguyễn Văn Tần Lý Trung Tấn. CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
  6. 1.1.Giới thiệu về phương pháp PWM Phương pháp điều ch ế PWM có tên tiếng anh là Pulse Width Modulation là phương pháp điều ch ỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dự a trên sự thay đ ổi độ rộng của chuỗ i xung vuông dẫn đ ến sự thay đổi điện áp ra. Sử dụng PWM điều khiển nhanh chậm củ a động cơ hay cao hơn nữa nó còn đ ược dùng để điều khiển ổn đ ịnh tốc độ động cơ. Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM nó còn tham gia và điều chế các mạch nguồn như là : boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha...PWM chúng ta còn gặp nhiều trong thực tế và các mạch điện điều khiển. Điều đ ặc biệt là PWM chuyên dùng để đ iều khiển các phần tử điện tử công su ất có đường đ ặc tính là tuyến tính khi có sẵn 1 nguồn 1 chiều cố định Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng của sườn dương ho ặc là sườn âm. Để d ễ hiểu hơn ta có h ình vẽ sau : Hình 1.1.Đồ thị dạng xung điều chế PWM Sơ đồ trên là dạng xung điều ch ế trong 1 chu kì thì th ời gian xung lên (Sườn dương) nó thay đổi dãn ra hoặc co vào. Và độ rộng của nó được tính b ằng phần trăm tứ c là đ ộ rộng của nó được tính như sau : độ rộng = (t1/T).100 (%) Như vậy thời gian xung lên càng lớn trong 1 chu kì thì đ iện áp đầu ra sẽ càng lớn. Nhìn trên hình vẽ trên thì ta tính được điện áp ra tải sẽ là :
  7. + Đối với PWM = 25% ==> Ut = Umax.(t1/T) = Umax.25% (V) + Đối với PWM = 50% ==> Ut = Umax.50% (V) + Đối với PWM = 75% ==> Ut = Umax.75% (V) Cứ như thế ta tính được điện áp đầu ra tải với bất kì đ ộ rộng xung nào. 1.1.1.Nguyên lý củ a phương pháp PWM Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn tới tải và một cách có chu kì theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử thực hiện nhiện vụ đó trong mạch các van bán dẫn. Xét ho ạt động đóng cắt của một van bán dẫn. Dùng van đóng cắt bằng Mosfet Hình.1.2.Sơ đồ đóng ngắt nguồn với tải Hình 1.3.Đồ th ị xung của van điều khiển và đ ầu ra
  8. Trên là mạch nguyên lý đ iều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của chân điều khiển và dạng điện áp đầu ra khi dùng PWM. * Nguyên lý : Trong kho ảng th ời gian 0 - to ta cho van G mở toàn bộ đ iện áp nguồn Ud được đưa ra tải. Còn trong khoảng thời gian to - T cho van G khóa, cắt nguồn cung cấp cho tải. Vì vậy với to thay đ ổi từ 0 cho đến T ta sẽ cung cấp toàn bộ , m ột ph ần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải. + Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải : Gọi to là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở )còn T là thời gian củ a cả sườn âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải. ==> Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax.D với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % Như vậy ta nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung th ì ta có : Điện áp trùng bình trên tải sẽ là : + Ud = 12.20% = 2.4V ( với D = 20%) + Ud = 12.40% = 4.8V (Vói D = 40%) + Ud = 12.90% = 10.8V (Với D = 90%) 1.1.2.Các cách để tạo ra được PWM để điều khiển Để tạo được ra PWM th ì hiện nay có hai cách thông dụng : Bằng phần cứng và bằng phần mềm. Trong ph ần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là từ trực tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như : 555, LM556...Trong ph ần mềm được tạo bằng các chip có thể lập trình được. Tạo bằng phần mềm thì độ chính xác cao hơn là tạo bằng phần cứng. Nên người ta hay sử dụng phần mềm để tạo PWM 1.1.2.1 Tạo bằng phương pháp so sánh Để tạo được bằng phương pháp so sánh thì cần 2 điều kiện sau đây : + Tín hiệu răng cưa : Xác định tần số của PWM + Tín hiệu tựa là một điện áp chuẩn xác định mức công suất điều chế (Tín hiệu DC) Xét sơ đồ mạch sau : Hình.1.4.Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh
  9. Chúng ta sử dụng mộ t bộ so sánh điện áp 2 đầu vào là 1 xung răng cưa (Saw) và 1 tín hiệu 1 chiều (Ref) + Khi Saw < Ref thì cho ra điện áp là 0V + Khi Saw > Ref thì cho ra điện áp là Urmax Và cứ như vậy mỗi khi chúng ta thay đổi Ref thì Output lại có chuỗ i xung độ rộng D thay đổ i với tần số xung vuông Output = tần số xung răng cưa Saw. Với tần số xác định được là f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nên chỉ cần điều ch ỉnh R2 là có thể thay đ ổi độ rộng xung d ễ d àng. Ngoài 555 ra còn rất nhiều các IC tạo xung vuông khác 1.1.2.2 Tạo bằng phương pháp dùng IC dao động NHư chúng ta đ ã bít thì có rất nhiều IC có thể tạo được trực tiếp ra xung vuông mà không cần phải tạo tín hiệu tam giác làm gì vì trong đó nó đ ã tích hợp sẵn hết cả rồ i và ta chỉ việc lắp vào là xong. Tôi lấy ví dụ dùng dao động IC555 vì con IC này vừa đơn giản lại dễ kiếm Hình 1.5.Mạch tạo xung đơn giản dung 555 Với tần số xác định được là f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nên chỉ cần điều ch ỉnh R2 là có thể thay đ ổi độ rộng xung d ễ d àng. Ngoài 555 ra còn rất nhiều các IC tạo xung vuông khác 1.1.2.3 Tạo xung vuông bằng phần m ềm. Đây là cách tôi ưu trong các cách đ ể tạo được xung vuông. Với tạo bằng phần mềm cho độ chính xác cao về tần số và PWM. Với lại m ạch củ a chúng ta đơn giản đi rất nhiều. Xung này được tạo dựa trên xung nhịp của CPU
  10. 1.1.3.Một vài ứng dụng nổi bật củ a PWM 1.1.3.1.PWM trong điều khiển động cơ Điều mà chúng ta d ễ nhận th ấy rằng là PWM rất hay được sử dụng trong động cơ để điều khiển động cơ như là nhanh , chậm, thuận ,ngh ịch và ổn định tố c độ cho nó. Cái này được ứng dụng nhiều trong điều khiển động cơ 1 chiều. và sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển động cơ DC là : Hình 1.6.Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển động cơ DC Đây là mạch đơn giản điều khiển động cơ. Nếu muốn điều khiển động cơ quay thuận quay ngược thì phải dùng đến cầu H. 1.1.3.2. Trong các bộ biến đổi xung áp Trong các bộ biến đổi xung áp thì PWM đặc biệt quan trọng trong việc điều chỉnh dòng điện và điện áp ra tải.Bộ biến đổi xung áp có nhiều loại như là biến đổi xung áp nối tiếp và bộ biến đổi xung áp song song. Lấy 1 mạch nguyên lý đ ơn giản trong bộ n guồn Boot đơn giản.Đây ch ỉ là mạch nguyên lý.
  11. Hình 1.7.Sơ đồ mạch nguyên lý của mạch nguồn Boot Đây là nguyên lý của m ạch nguồn Boot. Dùng xung điều khiển để tạo tích lũy năng lư ợng từ trư ờng để tạo điện áp ra tải lớn hơn điện áp vào . Ngoài những cái trên thì PWM còn được sử dụng trong các bộ chuyển đổi DC -AC , hay trong biến tần, ngh ịch lưu. 1.1.4.Ưu nhược điểm của mạch PWM dùng làm m ạch điều khiển động cơ DC: 1.1.4.1.Ưu điểm: - Transistor ở lố i ra chỉ có duy nhất hai trạng thái (ON hoặc OFF) do đó lo ại bỏ được m ất mát về năng lượng đ ốt nóng hay năng lượng rò rỉ tại lối ra. - Dải điều khiển rộng hơn so với m ạch điều chỉnh tuyến tính. - Tốc độ mô tơ quay nhanh hơn khi cấp chuỗi xung điều chế theo kiểu PWM so với khi cấp một điện áp tương đương với điện áp trung bình củ a chuỗi xung PWM. 1.1.4.2.Nhược điểm: - Cần các m ạch điện tử bổ trợ - giá thành cao - Các xung kích lên 12 Volt có thể gây nên tiếng ồn nếu mô tơ không được gắn chặt và tiếng ồn này sẽ tăng lên nếu gặp ph ải trường hợp cộng hư ởng củ a vỏ. - Ngoài ra việc dùng chuỗ i xung điều chế PWM có thể làm giảm tuổi thọ củ a mô tơ. 1.2.Giới thiệu về mạch cầu H Mạch cầu H là được gọi là m ạch cầu H vì nó được cấu tạo bởi 4 transitor hay là Fet. Đôi khi m ạch cầu H cũng được cấu tạo bởi 2 transitor hay Fet Tác dụng của transitor và Fet là các van đóng mở dẫn dòng điện từ nguồn xuống tải với công suất lớn. Tìn hiệu điều khiển các van là tín hiệu nhỏ (điện áp hay d òng điện) và cho dẫn dòng và điện áp lớn để cung cấp cho tải.
  12. Hiểu như th ế n ày tín hiệu điều kh iển của mình là nhỏ thường là tín hiệu đầu ra của vi điều khiển là nhỏ hơn 5V (do các điều chế PWM) mà điều khiển động cơ cần dòng đ iện và điện áp lớn. Các van điều khiển hay các chân điều khiển chỉ cần tín hiệu nhỏ (Điện áp hay dòng điện) là m ở khóa (Transitor) dẫn dòng cho tải. Nên thế mới dùng mạch cầu H Mạch cầu H có thể đảo chiều dòng điện qua tải nên thế nó hay đ ược dùng trong các mạch điều khiển động cơ DC và các mạch băm áp. Đối với mạch điều khiển động cơ thì m ạch cầu H có thể đảo chiều động cơ qu á là đơn giản. Chỉ cần mở khóa các van đúng chiều mà mình muốn. 1.2.1.Các dạng củ a m ạch cầu H Mạch cầu H được cấu tạo bởi 3 d ạng chính: a,Dạng 1 Được cấu tạo bởi 4 transitor (Fet) Cùng kênh N.Nguyên lý mạch được cấu tạo như sau (dùng transitor để mình họa) Hình 1.8. Sơ đồ nguyến lý mạch cầu H dùng Transistor Đối với dạng này thì đ ược cấu tạo bởi các transitor cùng kênh N. và chỉ cần 2 tín hiệu điều khiển kích mở các transitor b,Dang 2 Được cấu tạo bởi 2 cặp đôi transitor P,N hay FET (Thuận Ngư ợc). Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của nó được cấu tạo như sau
  13. Hình 1.9.Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H dùng Transistor P,N hay Fet Đối với thiết kế n ày qu ả là th ấy khá là ổn định .Và như th ế chúng ta sẽ thấy là cần 4 tín hiệu điều khiển nhưng trong thực tế mình chỉ cần 2 tín hiệu điều khiển đ ã có thể điều khiển đ ược Cho nên kiểu dạng 2 n ày được sử dụng nhiều trong lĩnh vực điều khiển hơn. c,Dạng 3 Mạch cầu H dùng Rơle:Là một dạng “công tắc”(switch) cơ điện (electrical mechanical device),chúng gồm các tiếp điểm cơ được điều khiển đóng mở bằng dòng đ iện .Với khả năng đóng mở các tiếp điểm ,rơ le đúng là một lựa chọn tốt để làm khóa cho mạch cầu H.Thêm nữa chúng lại đư ợc điều khiển bằng tín hiệu điện,Nghĩa là chúng ta có thể dùng AVR (hay bất kỳ chip điều khiển n ào) để điều khiển Rowle, qua đó điêu khiển mạch cầu H. Hình 1.10 Cấu tạo và hình dáng củ a rơle thông dụng
  14. 1.2.2.Nguyên tắc ho ạt động chung của m ạch cầu H Trong hình 1, hãy xem 2 đầu Vvà GND là 2 đầu (+) và (-) củ a ắc quy, “đối tượng” là động cơ DC mà chúng ta cần điều khiển , “đối tượng” này có 2 đầu A và B, mụ c đích điều khiển là cho phép dòng điện qua “đối tượng” theo chiều A đ ến B ho ặc B đến A.Thành phần chính tạo nên mạch cầu H chính là 4 “khóa” L1.L2,R1 VÀ R2(L:Left,R:Right). Ở điều kiện bình thường 4 khóa này “mở”,m ạch cầu H không ho ạt động.Tiếp theo ta kh ảo sát hoạt động củ a m ạch cầu H thông qua các hình minh họa 1.11a và 1.11b Hình 1.11.Nguyên lý hoạt động mạch cầu H Giả sử bằng cách nào đó mà 2 khóa L1 và R2 đư ợc “đóng lại” (L1 và R1 vẫn mở), dễ dàng hình dung có một dòng điện ch ạy từ V qua khóa L1 đến đầu A và xuyên qua đối tượng đến đầu B của nó trước khi qua R2 và vè GND (Như hình 1.11a).Như thế, với giả sử này sẽ có dòng điện chạy qua đố i tượng theo chiều từ A đến B.Bây giờ h ãy giả sử khác đi rằng R1 và L2 đóng trong khi L1 và R2 mở ,dòng điện lại xuất hiện và lần này nó sẽ ch ạy qua đối tượng theo chiều từ B đ ến A như trong hình 1.11b (V->R1 ->A->L2->GND).Vậy là đã rõ chúng ta có thể dung mạch cầu H để đảo chiều dòng điện qua một “đố i tượng”(hay cụ th ể là đ ảo chiều động cơ) 1.2.3 Ưu nhược điểm của cầu H. a ) Ưu điểm : Sử dụng cầu H làm cho mạch trở nên đơn giản hơn và ch ỉ cần 1 nguồn điện. b) Nhược điểm : Nếu như mạch điều khiển thì cùng bật 2 công tắc ở cùng 1 nửa cầu thì sẽ mạch động lực của chúng ta bị ngắn mạch nguồn. Nếu hiện tư ợng xảy ra trong 1 thời gian ngắn (Quá độ ) Sẽ xuất hiện dòng trùng dẫn qua van công suất làm tăng
  15. công su ất tiêu tán trên van. Nếu thời gian trùng dẫn đủ dài, dòng trùng d ẫn sẽ lớn làm cháy van công suất. CHƯƠNG II.GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong nền sản xu ất hiện nay, động cơ điện Không Đồng Bộ đang chiếm ưu th ế so với động cơ điện m ột chiều. Đó là do sự ra đời củ a các máy biến tần, tuy vậy việc điều chỉnh tố c độ động cơ điện Không Đồng Bộ vẫn còn là việc khó khăn. Do vậy, động cơ điện một chiều với đặc tính điều chỉnh tố c độ rất tốt vẫn còn được dùng nhiều trong trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tố c độ. Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về động cơ điện mộ t chiều dưới các góc độ:  Nguyên lý hoạ t động chung.  Cấu tạo chung.  Các phương pháp điều chỉnh tốc độ.  Các chế độ khởi động của động cơ điện một chiều. 2.1. NGUYÊN LÝ CHUNG Động cơ điện một chiều hoạt độ ng dựa trên nguyên lý của hiện tư ợng cảm ứng điện từ . I Hình 2.1.Cấu tạo động cơ điện mộ t chiều Như ta đã biết thanh dẫn có dòng đ iện đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng lực từ. Vì vậy khi cho dòng điện mộ t chiều đi vào chổi than A và đi ra ở chổ i than B thì các thanh d ẫn sẽ chịu tác dụng của lực từ. Bên cạnh đó do dòng điện ch ỉ đi vào thanh d ẫn nằm dưới cự c N và đi ra ở các thanh d ẫn ch ỉ nằm trên cực S nên
  16. dưới tác dụng củ a từ trường lên các thanh dẫn sẽ sinh ra mô men có chiều không đổ i và làm cho roto củ a máy quay. Khi nguồn điện mộ t chiều có công suất không đủ lớn thì mạch điện ph ần ứng và m ạch kích từ m ắc vào hai nguồn một chiều đ ộc lập với nhau, lúc này đ ộng cơ được gọi là động cơ kích từ độc lập. Để tiến hành mở m áy, đặt m ạch kích từ vào nguồn Ukt, dây cu ốn kích từ sinh ra từ thông Φ. Trong tất cả các trường hợp, khi m ở máy bao giờ cũng phải đảm b ảo có Φmax tức là phải giảm điện trở của mạch kích từ Rkt đến nhỏ nhất có thể. Cũng cần đảm b ảo không xảy ra đứt m ạch kích thích vì khi đó Φ = 0 , M = 0 , động cơ sẽ không quay đư ợc, do đó Eư = 0 và theo biểu thức U = Eư + RưIư thì dòng điện Iư sẽ rất lớn làm cháy động cơ. Nếu mômen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mômen cản (M > Mc) rôto bắt đầu quay và suất điện động Eư sẽ tăng lên tỉ lệ với tốc độ quay n . Do sự xu ất hiện và tăng lên của Eư, dòng điện Iư sẽ giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn. 2.2. CẤU TẠO CHUNG. Động cơ điện một chiều bao gồm hai ph ần chính là:  Phần tĩnh: Stato.  Phần quay: Roto. 2.2.1. STATO. Đây là phần đứng yên của máy. Phần tĩnh bao gồm các bộ phận sau: cực từ chính, cực từ phụ, gông từ và các bộ ph ận khác. a. 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 cự c từ được làm bằng các lá thép KTĐ hay thép cácbon dày 0.5 đến 1 mm ép lại và tán chặt. Dây quấn kích từ được qu ấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọ c cách điện thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đ ặt lên trên các cự c từ. Các cuộn dây này được nối nối tiếp với nhau. b. Cực từ phụ. Cực từ phụ được đ ặt giữa các cực tù chính và dùng đ ể cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực tù phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt
  17. dây qu ấn mà cấu tạo giống như dây qu ấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ các bulông. c. Gông từ. Gông từ được dùng đ ể làm m ạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏ máy. d. Các bộ phận khác. Ngoài ba bộ phận chính trên còn có các bộ ph ận khác như: Nắp máy, cơ cấu chổ i than.  Nắp máy: Để b ảo vệ m áy khỏi b ị những vật ngoài rơi vào làm hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏ i chạm phải điện.  Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng đ iện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổ i than và nh ờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định lên giá chổ i than và cách điện với giá đó. Giá chổi than có thể quay được đ ể đ iều ch ỉnh vị trí chổi than đúng chỗ. 2.2.2. Roto. Roto của động cơ điện một chiều bao gồm các bộ ph ận sau: lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, cổ góp và các bộ ph ận khác. a. Lõi sắt phần ứng. Dùng để dẫn từ. Thường làm bằng những tấm thép KTĐ (thép hợp kim silix) dày 0.5 mm bôi cách điện mỏng ở hai mặt rồ i ép chặt lại đ ể giảm tổn hao do dòng đ iện xoáy gây nên. b. Dây qu ấn phần ứng. Là ph ần sinh ra sức điện động và có dòng đ iện chạy qua. Dây qu ấn phần ứng thường làm b ằng dây đ ồng có bọ c cách điện. Trong máy điện nhỏ (công suất dưới vài kilowatt) thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện ch ữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi b ị văng ra do sức li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm đ ể đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay ba-ke-lit.
  18. c. Cổ góp. Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổ i chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành mộ t chiều. Cổ góp có nhiều phiến đồng có đuôi nh ạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành m ột trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép ch ặt lại. Giữa vành góp có cao hơn một ít để hàn các đ ầu dây củ a các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng. d. Các bộ phận khác.  Cánh qu ạt: dùng dể quạt gió làm nguội động cơ. Động cơ điện mộ t chiều thường được chế tạo theo kiểu b ảo vệ. Ở hai đầu n ắp động cơ có lỗ thông gió. Cánh qu ạt lắp trên trụ c động cơ. Khi động cơ quay, cánh quạt hút gió từ n goài vào động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồ i qua quạt gió ra ngoài làm nguộ i động cơ.  Trục máy: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh qu ạt và ổ b i. Trục động cơ thường đư ợc làm bằng thép cácbon tố t. 2.3. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình sau: U  n0  C . U  I u ( Ru  R f ) E  e  n 0  n với  n  n  I u .( Ru  R f ) C e . C e .  C e .  ( Ru  R f ).M U hay n   C M C e 2 C e . Từ h ai phương trình trên ta thấy n (tố c độ của động cơ) phụ thuộ c vào θ (từ thông), R (điện trở p hần ứng), U (điện áp ph ần ứng). Vì vậy để điều chỉnh tốc độ của động cơ điện mộ t chiều ta có ba phương án.  Điều ch ỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ  Điều chỉnh tố c độ bằng cách thay đổi bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng.  Điều ch ỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.
  19. 2.3.1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ n (vòng/phút) n0’’’ n0’’ θδ’’’ n 0’ θδ’’ θδ’ n0đm θδđm Mđm(Iđm) M(I ) Hình.2.2.Đồ thị đ ặc tính cơ của động cơ điện một chiều Đồ th ị hình trên cho thấy đường đ ặc tính cơ của động cơ điện một chiều ứng với các giá trị khác nhau củ a từ thông. Khi từ thông giảm thì n0 tăng nhưng ∆n còn tăng nhanh hơn do đó ta mới thấy đ ộ dốc của các đường đặc tính cơ này khác nhau. Chúng sẽ cùng hôi tụ về điểm trên trục hoành ứng với dòng điện rất lớn: Iư = (U/Rư). Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ định mức. Giới hạn trong việc điều ch ỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này là 1:2; 1:5; 1:8. Tuy nhiên có nhược điểm khi sử dụng phương pháp là phải dùng các biện pháp khống ch ế đ ặc biệt do đó cấu tạo và công nghệ chế tạo phức tạp, khiến giá thành máy tăng. 2.3.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng. Ta có: ( Ru  R f ).M U n  C M C e 2 C e . Từ thông không đổ i nên n0 không đổi, ch ỉ có ∆n là thay đổi. Một điều d ễ thấy nữa là, do ta ch ỉ có thể đưa thêm Rf chứ không thể giảm Rư nên ở đây chỉ điều chỉnh đư ợc tốc độ dưới tố c độ đ ịnh mức. Do Rf càng lớn đặc tính cơ càng mềm nên tốc độ sẽ thay đ ổi nhiều khi tải thay đổ i (từ đồ thị cho thấy, khi I biến thiên thì ứng với cùng dải biến thiên củ a I đường đ ặc tính cơ nào mềm hơn tốc độ sẽ thay đổi nhiều hơn).
  20. Tuy nhiên phương pháp này làm tăng công suất và giảm hiệu su ất. n (vòng/phút) n0 Rf0 Rf1 Rf2 Mđm(Iđm) M(I ) Rf3 Hình.2.3.Đồ thị đặc tính khi tải thay đổ i 2.3.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp. n (vòng/phút) 4 1 (U đm) 2 3 Mđm(Iđm) M(I ) Hình.2.4.Đồ thị đặc tính khi thay đ ổi điện áp Phương pháp này cho phép điều chỉnh tố c độ cả trên và dưới định mức. Tuy nhiên do cách điện của thiết b ị thường ch ỉ tính toán cho điện áp đ ịnh mức nên thường giảm điện áp U. Khi U giảm thì n 0 giảm nhưng ∆n là const nên tốc độ n
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2