Đồ án môn học [email protected]
Lời nói đầu
Việc sự dụng động cơ điện trong sản xuất và đời sống là rất rộng rãi ,
đặc biệt là động cơ điện chiều bởi vì động cơ điện 1 chiều có rất nhiều u
điểm so vơi động cơ xoay chiều . Nhng gắn liền với việc sử dụng động cơ
điện 1 chiều là quá trình điều chỉnh, đảo chiều tốc độ của động cơ sao cho
phù hợp với yêu cầu của thực tế
Là 1 sinh viên của khoa Điện và bộ môn Tự Động Hoá đợc trang bị
với những kiến thức về nhiều môn học trong đó có môn điện tử công suât,
qua các bài giảng của các thầy cô và quá trình tìm hiểu em đã hoàn thành
bản đồ án này.
Đây là mảng đề tài khá rộng, với khối lợng công việc lớn và mới mẻ
đối với chúng em cho nên em đã gặp một số khó khăn trong qúa trình thiết
kế, song đợc sự hớng dẫn tận tình của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn,
đặc biệt là thầy giáo Phạm Quốc Hải và sự giúp đỡ nhiệt tình của các
bạn cùng lớp, nên em đã hoàn thành bản đồ án này. Em xin chân thành cảm
ơn sự giúp đỡ quí báu đó. Tuy nhiên do hạn chế về thời gian cũng nh về trình
độ của bản thân, nên không tránh khỏi còn nhiều chỗ thiếu sót, em rất
mong đợc sự chỉ bảo của các thầy cô giáo và các bạn để em hoàn thiện hơn
bản đồ án này.
Trong bản đồ án này em xin trình bày một số nội dung sau :
Chơng 1 : Giới thiệu Chung về động cơ điện một chiều.
Chơng 2 : Các phơng án tổng thể.
Chơng 3: Phân tích sự hoạt động của mạch thiết kế.
Chơng 4 : Thiết kế và tính toán mạch lực
Chơng 5 : Tính toán và thiết kế mạch điều khiển. Trang 1

Đồ án môn học [email protected]

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 đợc gắn chặt vào vỏ máy
nhờ các bulông . Dây quấn kích từ đợc quấn bằng dây đồng bọc cách điện và
mỗi cuộn dây đều đợc bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện tr-
ớc khi đặt trên các cực từ . Các cuộn dây kích từ đợc đặt trên các cực từ này
đợc nối tiếp với nhau.
b, Cực từ phụ : Cực từ phụ đợc đặt trên các cực từ chính và dùng để cải
thiện đổi chiều . Lõi thép của cực từ phụ thờng làm bằng thép khối và trên
Trang 1

Đồ án môn học [email protected]
thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu rạo giống nh dây quấn cực từ chính.
Cực từ phụ đợc gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
c, 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 thờng dùng thép dày uốn và hàn
lại. Trong máy điện lớn thờng dùng thép đúc. Có khi trong động cơ điện nhỏ
dùng gang làm vỏ máy.
d, Các bộ phận khác.
Bao gồm:
- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm h hỏng dây
quấn và an toàn cho ngời khỏi chạm vào điện. Trong máy điện nhỏ và
vừa nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trờng hợp này nắp
máy thờng làm bằng gang.
- Cơ cấu chổi than : Để đa 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 chặy
lên cổ góp. Hộp chổi than đợc cố định trên giá chổi than và cách điện
với giá. Giá chổi than có thể quay đợc để điều chỉnh vị trí chổi than cho
đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
2.2 Phần quay hay rôto.
Bao gồm những bộ phận chính sau :

- Cánh quạt : Dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều th-
ờng chế tạo theo kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh
quạt lắp trên trục máy , khi động cơ quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào
động cơ. Gió đi qua vành góp, cực từ lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió
ra ngoài làm nguội máy.
- Trục máy : Trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục
máy thờng làm bằng thép cacbon tốt.
3. Phân loại máy điện
Động cơ điện một chiều phân loại theo cách kích thích từ thành động
cơ điện kích hích độc lập, động cơ điện kích thích song song ,kích thích nối
tiếp,kích thích hỗn hợp
Trên thực tế đặc tính của động cơ kích từ độc lập và kích thích song
song là giống nhau nên khi cần công suất lớn ngời ta thờng dùng động cơ
kích từ độc lập để có thể điều chỉnh dòng điện kích thích đợc thuận tiện do
đó mà điều chỉnh tốc độ dễ dàng và kinh tế hơn mặc dù nó đòi hỏi có dòng
bên ngoài.
Trong đồ án này ta xét đến động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Sơ đồ

Khi mà nguồn một chiều có công suất không quá lớn thì mạch phần
ứng và mạch từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên gọi là động
cơ điện một chiều kích từ độc lập
Trang 1

E
R
f
R
f
U

f
: Điện trở phần ứng,điện trở phụ trong mạch
phần ứng
I

: Dòng điện mạch phần ứng
R =r +r
ct
+r
b
+r
tc
r : Điện trở cuộn dây phần ứng
r
ct
: Điện trỏ cực từ phụ
r
b
: Điện trở cuộn bù
r
tx
: Điện trở tiếp xúc chổi điện
E =


...
.2
.
K
a

K
IRRU
K
E


)(
.
).(
.
+
=
+
==
Mômen điện từ M
đt
=K.

.I
Trang 1

E
I
R
f
U
I
kt
R
kt

+
=
(1)
Mômen phụ thuộc vào từ thông và dòng phần ứng
Từ phơng trình (1) suy ra : để thay đổi tốc độ động cơ ta có thể dùng phơng
pháp thay đổi điện áp phần ứng U ,từ thông

tức là thay đổi dòng kích từ
I
kt
và thay đổi điện trở phần ứng R ,R
f

M =K.

.I .do đó muốn đảo chiều động cơ tức là đảo chiều mômen M
ta có thể dùng phơng pháp đảo chiều từ thông (tức là đảo chiều dòng kích từ
I
kt
) hoặc là đảo chiều dòng điện phần ứng I
2. Các phơng pháp thay đổi tốc độ
a) Phơng pháp thay đổi từ thông

,thay đổi dòng kích từ I
kt
.Với một phụ
tải M
c
nhất định .Khi


- Phơng trình đặc tính cơ của hệ thống nh sau:

u
dm
bud
dm
b
I
K
RR
K
E
.

+


=

- Vì từ thông của động cơ đợc giữ không đổi nên độ cứng của đặc tính
cơ cũng không thay đổi còn tốc độ không tải lý tởng tuỳ thuộc vào giá
trị điện áp U
đk
của hệ thống do đó có thể nói phơng pháp điều chỉnh
này là triệt để
- Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta thấy rằng tốc độ lớn nhất của hệ
thống bị chặn bởi đặc tính cơ bản là đặc tính ứng với điện áp định mức
và từ thông cũng giữ ở giá trị định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều
chỉnh bị giới hạn bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mômen khởi động ,
khi mômen tải là định mức thì giá trị lớn nhất va nhỏ nhất của tốc độ

( ) ( )
( )
1
1
1
1
1
max0
max0
minmin


=


=
==
M
dm
dm
M
dm
M
dm
dmnm
K
M
M
K
M

3.Vấn đề đảo chiều
Chiều quay động cơ phụ thuộc vào chiều quay mômen có thể dùng hai
phơng pháp .Hoặc thay đổi chiều dòng phần ứng I hoặc đổi chiều từ thông
(đổi chiều dòng kích từ I
kt
).
Nếu dùng phơng pháp đảo chiều dòng kích từ .Khi máy đang quay thì
do hệ số điện cảm của cuộn dây kích thích lớn (do có nhiều vòng dây) nên
khi thay đổi dòng kích thích I
kt
thì xuất hiện suất điện động cảm ứng rất cao
gây ra điện áp làm đánh thủng cách điện dây quấn kích thích .
Do đó để đảo chiều quay động cơ ta chon phơng pháp đảo chiều dòng
phần ứng I
4) Một số yêu cầu kỹ thuật khác
a) Độ trơn

i
i



1
+
=

Trong đó :
1
,
+

mạch kích thích
Vì khi đó E = 0 nên I =
uu
u
R
U
R
EU
=


Do U không đổi và R rất nhỏ (điện trở cuộn dây phần ứng) nên I rất lớn làm
cháy dây quấn và vành góp
Cách khắc phục điều này là phải có bộ phận nhận biết đợc mất kích từ
(
0
=

và do đó I =0) thì lập tức ngắt nguồn cấp cho phần ứng tức U = 0.
Khi đó I không lớn và tránh đợc sự cố trên.
Trang 1

Đồ án môn học [email protected]
Chơng 2
Các phơng án tổng thể
Để lựa chọn đợc một phơng án thích hợp với yêu cầu Cấp điện cho đông cơ
điện 1 chiều kích từ độc lập có đảo chiều theo nguyên tắc điều kiển riêng ta
cần phải lựa chọn 1 phơng án điều chỉnh tốc độ và sơ đồ mạch lực phù hợp
I .Lựa chọn phơng án điều chỉnh tốc độ đông cơ
Nói chung ta có thể tiến hành điều chỉnh tốc độ động cơ theo 2 phơng pháp

mạch chỉnh lu 1 pha
- Công suất mạch phần ứng :
P = 600.5 = 3000W = 3kW < 5 ữ 7 kW nên ta sử dụng mạch
chỉnh lu 1 pha để cung cấp cho phần ứng.
- Công suất mạch phần cảm :
P
cảm
= 400.0,6 = 240W = 0,24kW < 5 ữ 7 kW nên ta sử dụng
mạch chỉnh lu 1 pha để cung cấp cho phần cảm.
Các sơ đồ chỉnh lu 1 pha
1. Chỉnh lu một nửa chu kỳ .
Với sơ đồ này sóng điện áp ra một chiều bị gián đoạn trong một nửa
chu kỳ khi điện áp anốt của van bán dẫn âm , do đó khi sử dụng sơ đồ chỉnh
lu một nửa chu kỳ chất lợng điện áp tải xấu .
Điện áp tải trung bình lớn nhất trên tải
U
do
= 0,45U
2
Vì chất lợng điện áp xấu nên hiệu suất của máy biến áp cũng thấp .
S
ba
= 3,09.U
d
.I
d
+Ưu điểm
- Là loại chỉnh lu có nguyên lý đơn giản ít van
+Nhợc điểm
- Chất lợng điện áp xấu

2
3
3
4
4
5
5
U2
R
L
T
U1
Đồ án môn học [email protected]
Dạng dòng ,áp trên tải và điện áp ngợc trên van T
1
trong trờng hợp
tải điện cảm lớn

Xét với tải RL , điện cảm lớn để lọc dòng và áp có chất lợng tốt
- Biến áp phải có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, ở mỗi
nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng chảy qua
- Khi = cho phát xung mở T
1
, T
1
dẫn do điện áp đầu anot dơng và có
xung mở . Khi = , điện áp trên anot = 0 nhng do có cuộn cảm L nên vẫn
còn dòng điện I
d
nên T

Trang 1

I
i
T1
d
i
d
I
d
o
a
Ud
2?
U
d
o
2 ?
i
T1
I
d
Đồ án môn học [email protected]
U
d
=

2
2


U
2

Tải có điện cảm lớn nên dòng tải liên tục i
d
= I
d

Mỗi van dẫn thông một nửa chu kỳ
+ Dòng hiệu dụng qua van (chính là dòng hiệu dụng qua máy biến áp).
I
hd
=




2
0
2
.
2
1
dI
d
=
2
Id
= 0,71.I
d

trên van trong trờng hợp tải RL , R đủ lớn để đảm bảo dòng qua tải là liên
tục đợc biểu diễn trên hình vẽ

- Mạch có T
1
, T
3
chung Katot
T
2
, T
4
chung Anot
Nửa chu kỳ đầu U
2
> 0 , Anot của T
1
dơng , Katot của T
2
âm . Nếu có
xung điều khiển mở đồng thời T
1
và T
2
thì cả hai van này đợc mở thông và
đặt điện áp lới lên tải U
d
= U
2
. Điện áp tải một chiều bằng điện áp xoay

+




dU .sin.2
2
2
2
=

cos.
2
22
2
U
= U
do
cos.
U
do
: điện áp trung bình tải trong chỉnh lu cầu không điều khiển .
+ Dòng qua máy biến áp cũng bằng dòng qua van (khi van mở) .
Trang 1

i
2
I
d
U


2
2
2
d
I
= I
d

+ Điện áp ngợc lớn nhất van phải chịu
U
nv
=
2
U
2

+ Dòng làm việc của van tính theo giá trị trung bình
I
T
=

+




2
2
1

- Số van nhiều hơn
- Điều khiển van T
1
,T
2
và nhóm T
3
, T
4
phải đồng thời nên khó
khăn hơn.
Nhận xét chung
Từ các phân tích trên ta lựa chọn mạch lực là mạch chỉnh lu điều khiển
cầu một pha.
Do yêu cầu cấp điện cho động cơ có đảo chiều theo nguyên tắc điều kiển
riêng nên ở đây ta lựa chọn sơ đồ cầu 1 pha đối xứng vì sơ đồ cầu 1 pha
không đối xứng có hệ số cos cao hơn nhng không đảo chiều dòng điện ra
tải .
Vậy ta lựa chọn sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần ứng và phần cảm
của động cơ nh sau:
Trang 1

Đồ án môn học [email protected]
Sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần ứng .
Sơ đồ mạch lực cung cấp cho phần cảm.
Trang 1

R
u
E

4
R
f
R
f
Đồ án môn học [email protected]
Chơng 3
Phân tích sự hoạt động của mạch thiết kế
i.nguyên lý hoạt động của mạch lực .
Mạch lực bao gồm 2 sơ đồ cầu hoạt động độc lập riêng rẽ : bộ chỉnh lu
I chạy thì bộ chỉnh lu II không chạy , ngợc lại bộ chỉnh lu II chạy thì bộ
chỉnh lu I nghỉ .
Do vậy khi bình thờng 1 bộ hoạt động ơ chế độ chỉnh lu thì sơ đồ
mạch lực lúc này là sơ đồ cầu 1 pha .
1.Sự hoạt động của sơ đồ cầu 1 pha nh sau :
Tải ta coi tải là RLE , cuộn cảm L đợc thêm vào để lọc điện áp và dòng .
a) Mạch hoạt động khi L
a
= o
+ = phát xung mở T
1
, T
2

T
1
T
2
dẫn T
3


22
U
2
cos
+ Điện áp ngợc lớn nhất trên van
U
nv
=
2
.2 U

+ Dòng liên tục nên i
d
=I
d

+ Phơng trình mạch tải

.2
2
U
sin

=R.i
d
+X
L
.
dt

1
2
U
d
=RI
d
+E
+ Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp
I
2
=
dd
IdI
=

+




2
1
b) Trùng dẫn
Trong máy biến áp có cuộn dây nên có điện cảm L
a
nên trong mạch sẽ xẩy
ra hiện tợng trùng dẫn.
Giả sử T
1
,T

d

Lúc này cả 4 van cùng mở thông cho dòng chảy qua ,phụ tải bị ngắn mạch
u
d
=0
Nguồn e
2
bị ngắn mạch sinh ra dòng ngắn mạch i
c

Phơng trình

).(sin2
2
aa
a
a
LX
d
di
XU



==
i
c
=
))cos((cos

: làm tăng dòng trong T
4
và làm giảm dòng trong T
2

I
c2
: làm tăng dòng trong T
3
và làm giảm dòng trong T
1( )( )

+=
coscos
.2
.2
2
4,3
c
T
X
U
i Trang 1


à
=
thì i
T1,2
= 0
( )
2
.2
..2
coscos
U
IX
dc
=+
à
Ta thấy so với không trùng dẫn đặc tính điện áp sụt một phần và đó là sụt
áp gây ra do trùng dẫn
à
U


( ) ( )( )
à



à
à
+=+=


IX ..2
cos..
2.2..2
2
=

U
d

= R.I
d
+E
2. Sự hoạt động của mạch trong quá trình ta đảo chiều động cơ
Trong quá trình ta đảo chiều động cơ ta cần 1 bộ điều kiển lôgic để thực
hiện các bớc đảo chiều nh sau :
Giả sử ta chuyển từ sự làm việc của bộ chỉnh lu I sang bộ chỉnh lu II
Ta cần thực hiện thứ tự các bớc nh sau
1. Ngắt xung điều khiển bộ chỉnh lu I
2. Đo dòng chạy qua tải để xác định dòng điện về không
3. Sau khi phát hiện dòng về không phải dữ trữ 1 thời gian trễ > t
ph
đủ để đảm bảo thyristor đã khoá chắc khi đó mới phát xung để điều
khiển van kia
4. Phát xung điều kiển cho các van ở bộ chỉnh lu II
Nếu suất điện động E
d
cha đảo chiều ,thì không đợc chạy bộ chỉnh lu II
với < 90
0
vì lúc đó suất điện động E