Đồ án

Động cơ điện một chiều

(Bộ môn tự động hóa)

- 1 -

Đồ án : Động cơ điện một chiều (Bộ môn tự động hóa)

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU.

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 nghiệ
p 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 nữa trong quy
ển 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 cơ

Cấu tạo của động cơ
điện một chiều gồm 2 phần chính là phần tĩnh (
Stator ) và phần động ( Rotor ).
A ) Phần tĩnh gồm có :
a ) Cực từ chính :
Cực từ chính là phần sinh ra từ trường gồm có lõi sắt và cuộn dây :

- 3 -
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 cự
c 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.

b ) Cực từ phụ :
Cực từ phụ được đặt giữa các c
ực 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

- 4 -
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.

đặt các cạnh dây quấn để tránh cho dây không bị
văng ra ngoài khi dây chịu lực
điện từ tác động.
c ) Cổ góp :
Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp
gồm nhiều phiến góp bằng đồng ghép lại thành hình trụ tròn sau đó được ép chặt
vào trục. Các phiến góp được cách điện với nhau bằng các tấm mea đặt ở giữa.
Đuôi các phiến góp nhô cao để hàn đầu dây cuộn dây phần ứng, mỗi phiế
n góp có
đuôi chỉ hàn một đầu dây và tạo thành các cuộn dây phần ứng nối tiếp nhau.

d ) Các bộ phận khác :

- 6 -
- ) Cánh quạt : Cánh quạt dùng để làm mát động cơ. Cánh quạt được lắp
trên trục động cơ để hút gió từ ngoài qua các khe hở trên nắp máy, khi động cơ làm
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

- Cực từ phụ được đặt giũa các cực từ chính và cuộn dây cực từ phụ sẽ tạo ra
từ trường ngang trục so cới từ
trường chính và ngược chiều với từ trường Φn

của

- 9 -
cuộn ứng để khử từ trường Φn .Nhờ vậy phản ứng phần ứng bị hạn chế và quá
trình chuyển mạch trong động cơ sẽ tốt hơn.
- Bởi vì rằng từ trường Φn gây ra phản ứng phần ứng tỉ lệ với dòng điện
phần ứng I
ư
nên cuộn dây cực từ phụ được mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng.Do
vậy khi dòng điện phần ứng tăng lên thì cuộn dây cực từ phụ cũng sinh ra từ
truờng ngược mạnh hơn để khử từ trường Φn.
- Ngoài ra,biện pháp tăng khe hở không khí giữa Stator và rotor cũng được
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.
- 10 -
- 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

cảm nên trong cuộn ứng lại xuất hiện một sức điện động cảm ứng (hay còn gọi là
sức phản điện động).Có chiều ngược với điện áp đặt vào phầ
n ứng của động
cơ.Theo sơ đồ nối dây của động cơ một chiều kích từ độc lập và động cơ một chiều
kích từ song song ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng
như sau:
U = E +I
ư
R
ư
Σ

Trong đó: U: điện áp lưới (V)

- 12 -
E: Sức điện động của động cơ (V)
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

Sức điện động E
ư
của phần ứng động cơ dược xác định theo biểu thức:
E
ư
=
wkw
a
PN
Φ=Φ
π
2
(*)(*)
Trong đó P: Số đôi cực từ chính
N:Thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng
a: số đôi mạch nhán song song của cuộn dây phàn ứng

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
=
55,9
k
≈
0,105K
Từ phương trình (*)và (**) ta có:

ϖ =
ΦK
U
u
-
Φ
+
K
RR
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

Nếu chúng ta bỏ qua tổn thất cơ và tổn thất thép thì mômen cơ trên trục
động cơ bằng với mômen điện từ, ta ký hiệu M. Nghĩa là M
đt
= M
cơ
= M.

ϖ =
ΦK
U
u
-
2
)( 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.

- 14 -
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.

R
= I
nm

M = KΦI
nm

Và I
nm
, M
nm
được gọi là dòng điện ngắn mạch và momen ngắn mạch của
động cơ.
Qua đồ thị đường đặc tính cơ điện, đặc tính cơ của động cơ một chiều ta
thấy đồ thị là đường thẳng. Nên phương trình đặc tính cơ có dạng :
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

ư
và phương trình đặc
tính cơ của động cơ được viết là:

ϖ =
ΦK
U
u
-
2
Σ
)( ΦK
R
u
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:

- 17 -

- 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

Và :

ϖ =
dm
ΦK
U
u
-
2
)Φ(K
R
u
M

Có thể viết dưới dạng ϖ = ϖ
0
-
Δ
ϖ với độ sụt dốc tỷ lệ với mômen tải:
- 18 -

Δ
M =
2
Σ
)( ΦK
R

R
U

M
nm
, I
nm
là giá trị mômen lớn nhất và dòng điện lớn nhất của động cơ khi
được cấp điện đầy đủ mà tốc độ bằng không.Trường hợp này xảy ra khi bắt đầu
mở máy, và khi động cơ đang chạy mà bị dừng lại vì kẹt hoặc tải quá lớn không
kéo được. Và dòng điện I
nm
này lớn và thường bằng I
nm
= ( 10420 )I
đm
. Nó có thể
gây cháy hỏng động cơ nếu hiện tượng này kéo dài. Chính vì nguyên nhân này để
đảm bảo tuổi thọ của động cơ, đồng thời bảo vệ động cơ.Nên khi mở máy chúng ta
phải thêm điện trở phụ vào mạch rotor để hạn chế dòng điện mở máy và khi động
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.

Như vậy khi tăng điện trở phụ R
f
trong mạch phần ứng ta được một họ
đường đặc tính nhân tạo cùng đi qua điểm O (0,0).

- 20 -
Khi tăng R
f
lớn, β càng nhỏ nghĩa là đường đặc tính cơ càng dốc.Ưng với giá
trị R
f
= 0 ta có đường đặc tính cơ tự nhiên β =
fu
dm
RR
K
+
2
)Φ(
= var


càng lớn thì tốc độ
động cơ càng giảm.Cho nên người ta thường sử dụng phương pháp này để hạn chế
dòng điện và điều chỉnh tốc độ động cơ phía dưới tốc độ cơ bản.
b. ảnh hưởng của điện áp phần ứng :
Giả sử từ thông Φ = Φ
đm
= const điện trở phần ứng R
ư
= const. Khi chúng
thay đổi điện áp theo hướng giảm so với U
đm
.Vì điện áp đặt vào phần ứng không
thể thay đổi vượt qua giá trị định mức.Trong trường hợp này, dộ dốc (hay độ cứng)
của đặc tính cơ không thay đổi.
β = -
u
R
K
2
)Φ(
= 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

mắc ở cuộn cảm. Trong trường hợp
này tốc độ không tải lý tưởng và độ dốc đặc tính cơ đều thay đổi.
+ Tốc độ không tải lý tưởng

var
ox
=
Φ
=
x
dm
K
U
ω

+ Độ cứng đặc tính cơ : var
)Φ(
β
2
x
==
u
R
K

I
−

const
R
U
I
u
dm
nm
==

Momen ngắn mạch : M
nm
= KΦ
đm
I
nm
= Var

Các đặc tính cơ điện và đặc tính cơ của động cơ giảm khi giảm từ thông
được biểu diễn trên hình vẽ
4 - Đảo chiều động cơ: