Đồ án
Môn tự động hóa
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 1 -
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay trong cuộc sống hàng ngày chúng ta thường xuyên gặp hệ truyền
động điện ở bất kỳ nơi đâu. Như trong các nhà máy xí nghiệp ở các phương tiện
lao động, máy bào , máy doa Trong cuộc sống hàng ngày chúng ta cũng cần và
sử dụng nhiều như thang máy Như vậy có thể nói truyền động điện đã khẳng
định được vai trò của nó trong cuộc sống và trong lao động sản xuất. Do sự phát
triển ngày càng mạnh m
ẽ của kỹ thuật điện tử và tin học nên các hệ truyền động
điện cũng có các bước phát triển nhảy vọt. Việc ứng dụng tin học và kỹ thuật điện
tử với những thiết bị hiện đại như bộ lập trình PLC, CNC, các cảm ứng điện tử
Thyristor điều khiển vào hệ truyền động điện làm cho hệ
truyền động điện ngày
càng có ưu điểm nổi bật so với hệ truyền động cũ như : Dải điều chỉnh rộng, độ tin
cậy cao, gọn nhẹ và khả năng tự động hoá cao.
Ở nước ta do yêu cầu công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nên ngày
càng xuất hiện nhiều những dây truyền sản xuất mới có mức độ tự động hoá cao
với hệ truyền động hiện đại. Việc xuất hiện các hệ truyền động hiện đại đã thúc
đẩy sự phát triển, nghiên cứu, đào tạo ngành tự động hoá ở nước ta tiếp thu khoa
học kỹ thuật hiện đại nhằm tạo ra những hệ truyền động mớivà hoàn thiện những
hệ truyền động cũ.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp đề tài em đượ
c giao là xây dựng đặc
Trong mọi ngành sản xuất hiện nay,các công nghệ tiên tiến,các dây truyền
thiết bị hiên đại đac và đang thâm nhập vào nước ta.Vớí chính sách mở cửa của
đảng và nhà nước,chắc chắn nền kỹ thuật tiên tiến trên thế giới sẽ ngày càng thâm
nhập vào Việt Nam.tác dụng của các công nghệ mới và nhưng dây truyền, thiết bị
hiện đại đã và đang góp phần tích cực thúc đẩy sự nghiệp công nghi
ệp hoá hiện đại
hoá.Các máy điện hiện đại trong mọi lĩnh vực đa phần hoạt động nhờ vào điện
năng thông qua các thiết bị chuyển đổi điện năng thành cơ năng, nhiệt năng trong
cá dây truyền hiện đại , các thiết bị máy móc khác muốn hoạt động, vận hành
không thể không kể đến các động cơ điện.Đặc biệt hơn nữ
a trong quyển báo cáo
này em muốn đề cập sâu hơn nữa về động cơ điện một chiều.
Trong rất nhiều máy móc cần đến các loại động cơ điện một chiều với
những mức công suất to nhỏ khác nhau phù hợp với chức năng hoạt động của nó.
Động cơ điện một chiều dùng để biến đổi điện năng thành c
ơ năng hay cơ
năng thành điện năng (khi hãm).
Trong động cơ điện có rất nhiều loại khác nhau như: Động cơ điện xoay
chiều ba pha không đồng bộ Rotor lồng sóc hay dây quấn, động cơ điện xoay chiều
ba pha có cổ góp. Động cơ điện một chiều co những loại:
+Động cơ điện một chiều kích từ độc lập
+Độ
ng cơ điện một chiều kích từ song song
+Động cơ đện một chiều kích từ nối tiếp
+Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp hay kích từ băbf na châm
vĩnh cửu.
Nói tóm lại động cơ điện một chiều được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong
các dây truyền thiết bị,các cơ cấu vận hành như thang máy,máy nâng Nó có vai
trò quan tr
ọng và cần thiết trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá của đất
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.
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.
c ) 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.
d ) 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
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 6 -
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.
- ) 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 nhờ 2 lò xo. Hộp chổi than có
thể thay đổi được vị trí sao cho phù hợp.
B ) Phần quay :
a ) 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
việc gió từ ngoài vào qua các khe hở trên nắp máy , khi động cơ làm việc gió hút
vào làm nguội dây quấn, mạch từ.
- ) Trục máy : Trục máy được làm bằng loại thép cứng nhiều cacbon. Trên
trục máy đặt lõi thép phần ứng và cổ góp. Hai đầu của trục máy được gối lên 2
vòng bi ở nắp máy.
* ) Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều :
Từ trường của động cơ được tạo ra nhờ các cuộn dây 5 có dòng điệnmột
chiều chạy qua.Các cuộn dây này gọi là cuộn cảm (hay cuộn kích từ) và được cuốn
quanh các cực từ 4.Trên hình vẽ động cơ điện một chiều,stator 6 của động cơ có
đặt các cuộn cảm nên stator g
ọi còn gọi là phần cảm.từ trường do cuộn cảm tạo ra
sẽ tác dụng một từ lực vào các dây dẫn rotor 7 đặt trong các rãnh của rotor 3 khi có
dòng điện chạy qua.Cuộn dây này gọi là cuộn ứng.Dòng điện đưa vào cuộn ứng
qua các chổi than 2 và cổ góp 1.Rotor mang cuộn ứng nên gọi là phần ứng của
động cơ.
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 9 -
- Trong hình vẽ các dây dẫn cuộn ứng ở nửa trên rotor có dòng điện hướng
vào,còn các dây dẫn ở nửa dưới của rotor có dòng điện hướng ra khỏi hình vẽ.Từ
lực F tác dụng vào các dây dẫn rotor có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái sẽ
tạo ra mômen làm quay rotor ngược chiều kim đồng hồ.động cơ trên có 2 cực từ
hay một đôi cực (1 cặp cực, P=1).
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 10 -
- Trong thời gian động cơ làm việc,cuộn cảm tạo ra từ trường Φd dọc trục
áp dụng.Cách này dẫn đến sự tăng kích thước động cơ và phải t
ăng cường thêm
cuộn kích từ chính vì khe hở không khí lớn sẽ làm yếu từ trường chính.
- Còn đối với các loại động cơ điện một chiều có công suất trung bình và lớn
thì biện pháp chính là thêm cuộn dây bù đặt trong rãnh ở các cực từ chính (Như
hình vẽ) nhằm tạo ra từ thông Φb ngựoc chiều với Φn làm từ thông ở khe hở
không khí không bị méo nữavà cuộn bù cũng được mắc nối tiếp v
ới cuộn ứng. Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 12 -
- Trên đây là nguyên lý làm việc chung của một động cơ điện nói chung và
động cơ điện một chiều nói riêng thì chúng đều hoạt động dựa theo nguyên lý
này.Và cùng với các phương pháp để có thể hạn chế được những nhược điểm của
động cơ điện một chiều với các phương pháp đã nêu ở trên.
II - Động cơ điện một chiều kích từ độc lậ
p và song song.
- Trong động cơ điện một chiều gồm có bốn loại khác nhau.Và ở chương
này chúng ta đề cập kỹ hơn về hai loại động cơ điện một chiều kích từ độc lập và
động cơ điện một chièu kích từ song song.
- Trước tiên chúng ta cần hiểu và phân biệt rằng hai động cơ điện một chiều
kích tư độc lập và động cơ
điện một chiều kích từ song song.
- Ở động cơ điện một chiều kích từ độc lập, cuộn kích từ cấp điện từ nguồn
điện ngoài độc lập với nguồn điện cấp cho rotor (Cuộn ứng). Và khi nguồn điện
một chiều có công suất không đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch điện phầ
n kích
từ được mắc vào hai nguồn điện một chiều độc lập với nhau, lúc này động cơ được
gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
I
ư:
:dòng điện phần ứng của động cơ (A)
R
ư
Σ
:Điện trở toànbộ của mạch phần ứng (ς)
R
ư
Σ
= R
ư
+R
p
R
p
: Điện trở phụ trong mạch phần ứng (ς)
R
ư
:Điện trở mạch phần ứng (ς)
R
ư
= r
ư
+r
ct
+ r
cb
+ r
Φ :Từ thông kích từ dưới cực từ
ω
b
ϖ: Tốc độ góc rad/s
K =
a
PN
π
2
Hệ số cấu tạo của động cơ
+Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n (vòng/phút) thì:
E
ư
=K
e
Φn
Và ϖ=
60
2 n
π
=
55,9
n
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 15 -
Vì vậy E
ư
fu
I
ư
(***)
Biểu thức (***) là phương trình đặc tính cơ điện của động cơ.
Mặt khác mômen điện từ M
đt
của động cơ được xác định bởi :
M
đt
= KΦI
ư
Suy ra :
I
ư
=
ΦK
M
dt Thay giá trị I
ư
vào (***) ta được phương trình :
ϖ =
Φ
K
RR
fu
M (****)
Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập.
2 - Giả sử rằng phần ứng của động cơ dược bù đủ,từ thông Φ =const, thì
phương trình đặc tính cơ điện(***) và phương trình đặc tính cơ (****) là tuyến
tính.Khi đó dồ thị của chúng được biểu diễn trên hình vẽ là những đường thẳng.
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 16 -
a. Đặc tính cơ điện của động cơ điện một chiêu kích từ độc lập. b.Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 17 -
Theo đồ thị trên khi I
ư
= 0 hoặc M = 0 ta có:
ϖ =
ΦK
U
u
= ϖ
0
ϖ =
ΦK
U
u
-
2
)( Φ
+
K
RR
fu
M
là hàm bậc nhất y = Ax +B, nên đường biểu diễn trên hệ toạ độ M0
ω
là một đường
thẳng với độ dốc am.Đường đặc tính cơ cắt trục tung o
ω
tại điểm có tung độ:
ϖ =
ΦK
UĐồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 18 - Tốc dộ động cơ ϖ
0
là tốc độ ứng với M
Thì khi này đường đặc tính cơ lúc này được gọi là đường đặc tính cơ tự
nhiên và đường đặc tính cơ tự nhiên được biểu diễn như hình vẽ:
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 19 -
- Với đường đặc tính cơ như vậy.khi mà phụ tải của động cơ tăng dần từ M
c
= 0 đến M
c
= M
đm
(Δ M
c
= M
đm
– 0) thì tốc độ động cơ sẽ giảm dần từ xuống Φ
đm
(
Δ ϖ=ϖ
0
- ϖ
đm
).Khi đó điểm A(ϖ
đm
, M
đm
) gọi là điểm làm việc định mức của động
cơ.
Phương trình :
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 20 -
Δ
M =
2
Σ
)( ΦK
R
u
M
Chúng ta có thể thấy rõ rằng đường đặc tính cơ có thể vẽ được nhờ vào hai
điểm ϖ
0
và A.Cũng có thể kết hợp một trong hai điểm đó với một điểm thứ ba là
điểm cắt của đường đặc tính cơ với trục hoành OM. Điểm này có tung độ ϖ = 0 và
hoành độ được suy ra từ phương trình( *) :
M = M
nm
= KΦ
đm
u
dm
R
U
= KΦ
cơ đang chạy mà bị sự cố dừng đột ngột thì cần phải cắt đi
ện cấp cho động cơ
ngay.
3- Ảnh hưởng của các thông số với đặc tính cơ :
Từ phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiêud kích từ độc lập.Ta thấy
có ba tham số ảnh hưởng tới đặc tính cơ của động cơ: từ thông động cơ Φ,điện áp
phần ứng U
ư
,và điện trở phần ứng của động cơ.Chúng ta sẽ lần lượt đề cập những
ảnh hưởng của các tham số này.
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 21 -
a. Ảnh hưởng của điện trở phần ứng :
Giả thiết U
ư
= U
đm
= const và Φ = Φ
đm
=const
Để thay đổi điện trở mạch phần ứng ta nối thêm điện trở phụ vào mạch phần
ứng.Trong trường hợp này tộc độ không tải lý tưởng
ϖ =
dm
dm
K
U
Φ
= const
β =
fu
dm
RR
K
+
2
)Φ(
= var
Khi R
f
= 0 suy ra :
u
dm
TN
R
K
2
)Φ(
=β
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 23 -
Từ đó suy ra β
= const
Còn tốc độ không tải lý tưởng
ω
o
thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp cấp cho
động cơ:
var
Φ
ω
0
==
dm
K
U Như vậy khi thay đổi điện áp đặt vào phần ứng,ta được một họ đường đặc
tính cơ song song với đường đặc tính cơ tự nhiên (TN) và thấp hơn đường đặc tính
cơ tự nhiên.Các đường đặc tính cơ này gọi là các đường đặc tính cơ nhân tạo.
Đồ án tốt nghiệp Khoa điện – Bộ môn tự động hoá
- 24 -
Chúng ta có thể nhận thấy rằng khi thay đổi điện áp ( giảm áp ) thì mômen
ngắn mạch, dòng điện nhắn mạch của động cơ giảm và tốc độ động cơ cũng giảm
ứng với một phụ tải nhất định. Do đó phương pháp này cũng được sử dụng để điều
chỉnh tốc độ động cơ và hạn chế dòng đi
ện khi khởi động.
c. Ảnh hưởng của từ thông :
Giả thiết điện áp phần ứng U
β
2
x
==
u
R
K
I−
Ikt
U = var
§
+
-
+
-
+
+
-
-
Copyright: Tài liệu đại học ©