Xem mẫu
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN
0
GVCThS.NGUYỄN TRỌNG THẮNG
GIÁO TRÌNH
MÁY ĐIỆN
ĐẶC BIỆT
TP. HCM Tháng 5 / 2006
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
CHƯƠNG 1
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐẶC BIỆT
1. Đạ i Cương
Máy điên mộ t ch iều chủ yếu đượ c chế tạo thành độ ng cơ ha y m áy phát điện,
nhưng trong nhiều ngành kỹ thuật chu yên môn đặc b iệt máy điện m ột chiều được chế
tạo dưới nhiều dạng đ ặc biệt khác, nó đư ợc dùng trong k ỹ th uật h àn , điện ph ân , kỹ
thu ật lu yện kim . Tron g các thiết bị cơ cấu tự động đ iều khiển xa, giao thông vận tải,
tron g thông tin liên lạc v.v...Tu ỳ theo nh ững lãnh vực kỹ thuật khác nh au mà thường
có má y điện một chiều có những yêu cầu khác nhau. Th í dụ các má y sử dụng trong
ngành tự độn g yêu cầu độ tin cậy cao, quán tính bé, công su ất nhỏ. Tron g k ỹ th uật hàn,
lu yện kim thư ờng yêu cầu dòng điện lớn v.v...
Trong chươn g nà y chún g ta sẽ nghiên cứu sơ lượ c một vài loại má y đ iện một
ch iều đặc b iệt được sử dụn g rộn g rãi trong thực tiễn bao gồm m áy điên một chiều từ
trườn g ngan g, m áy ph át h àn điện và m ột số máy nhỏ dùng trong kỹ thuật đo lường và
tự động.
2. Máy Điện Một Chiều Từ Trường Ngang
Máy điện một chiều từ trườn g ngan g là má y đ iện mộ t ch iều có vành góp , dùng
từ trườn g ph ản ứng phần ứng để cảm ứng dòn g điện đư a ra tải. Như vậ y tro ng dâ y
quấn phần ứn g gồm có hai dòng đ iện : dòng đ iện thứ nhất tạo ra từ trường n gang và
dòng đ iện thứ hai đ ưa ra dùng đượ c tạo nên b ởi từ trườn g n gan g đó.
Cặp chổi th an 11 đặt trên đường TTHH và được nối với nhau, cặp chổi than 2
0
2 đ ặt lệch 90 so với cặp chổi than 1 1 và nối với đ ầu dâ y ra củ a máy.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
H ình 1 .1 . Cấu tạo m áy điện m ột chiều từ trường ngang.
T r a n g | 1
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
Ng uyên lý hoạt độ ng:
Giả sử, động cơ sơ cấp qu ay với tố c độ định mức n = n ñm và cuộ n dâ y kích
thích được cấp điện áp Ukt . Khi đó, trong cuộn dây nà y xuất hiện từ thông F t, từ thông
nà y cảm ứn g nên sức điện độn g E ở hai đ ầu chổi th an 11 của d ây quấn phần ứn g . Vì
1
11 ngắn m ạch n ên gâ y ra dòn g I1 khá lớn chảy tro ng dây qu ấn rôto, gây nên từ thô ng
F , dưới tác dụng củ a F sẽ gây nên sđđ E2 khá lớn, E2 tạo nên điện áp U và cung cấp
1 1 2
ra n go ài một dòn g đ iện I2 nào đó.
2.1. Máy khuếch đạ i điện từ ( M ĐKĐ ) :
Để khống chế một đối tượng nào đó, tín hiệu có thể dẫn trự c tiếp đến đố i tượng
điều khiển khôn g cần qu a h ệ thốn g khuếch đại. Cũn g có th ể tín h iệu được qua bộ phận
trun g gian khu ếch đại lên đư a đ ến đối tượn g đ iều kh iển .
Máy khu ếch đ ại điện từ ha y má y khuếch đại (MKĐ) là m ột trong các thiết bị
trun g gian nhận tín hiệu đưa đến đối tượng điều khiển nó có nhiệm vụ b iến đổ i mộ t tín
hiệu đ iện áp ha y dòn g đ iện nhỏ đ ể khốn g chế một công suất lớn .
Máy điện một ch iều kích th ích độ c lập cũng có thể xem như là một mô hình củ a
MĐKĐ, trong đó tín h iệu đầu vào là côn g suất kích thích Pt và tín h iệu đã được khuếch
đại là công su ất đư a ra P m ở đầu má y ph át, nhưn g vì P = (1÷2)% P m , n ên hệ số
đ t đ
khuếch đ ại rất nhỏ ( kKĐ = 50 ÷ 100 ) n ên m áy phát điện kích th ích độc lập không
đượ c dùng như MĐKĐ.
Hình 1.2. Sơ đồ ngu yên lý m áy điện một chiều kích từ độ c lập.
Máy điện khu ếch đ ại có k Đ rất lớn , vì có hai bậc khuếch đại :
K
Pra U r .I r
kKĐ= (1.1 )
= = k v .k i
PvaØo U v .I r
Trong đó :
U r
k = : hệ số KĐ đ iện áp.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
v
U v
I r
k = : hệ số KĐ dòn g đ iện .
i
I v
Hiện n ay có th ể ch ế tạo MĐKĐ có k Đ = 10.000 ÷ 100.000. Chất lượn g của
K
MĐKĐ còn được đánh giá b ởi kh ả năng tác động nhanh củ a nó, xác định bằn g h ằn g số
thời gian điện từ T củ a m áy (T = L/R), thôn g th ường T = (0,05 ÷ 0,3) sec. Để xét cả
hai yếu tố trên n gười ta thường dùn g h ệ số ch ất lượng :
T r a n g | 2
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
k KÑ
k l = (1.2 )
c
T
Sơ đồ củ a MĐKĐ được trình bày trên Hình 1.3. Ngu yên lý làm việc đư ợc xét
tươn g tự như má y đã xét ở Hình 1.1.
Ở đây s.t.đ F2 do I2 tạo ra hoàn toàn bị s.t.đ của cuộn bù B trung hoà nhờ đó công
suất của tín hiệu đ ầu vào sẽ bé dẫn đến k Đ tăng. Biến trở Rs có công dụng hiệu chỉnh
K
tác dụng của cuộn bù B. Cuộn trợ từ T cho phép hạ thấp dòng điện I do đó cải thiện
1
được vấn đề đổi chiều cho chổi than 11. Để cải thiện đổi chiều cho cặp chổi than 22
người ta đặt dâ y quấn phụ DP theo hướng dọc ở Hình 1.4.
Hình 1.3. Sơ đồ ngu yên lý của MĐKĐ.
Để đ ặt các d ây quấn nói trên, lá thép của Stator có dạng như hình sau :
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Hình 1.4. Lõi thép Stator củ a MĐKĐ.
1. Dâ y q uấn đ iều kh iển, 2. Dâ y quấn bù, 3. Dây q uấn cực từ phụ,
4. Dâ y quấn trợ từ, 5. Dây qu ấn kh ử từ trễ trên mạch từ stator.
Nguyên lý làm việc của MĐKĐ
Tín h iệu đư ợc đặt vào d ây qu ấn kích th ích gọ i là cuộn điều khiển.
T r a n g | 3
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
Nh ư vậy cô ng su ất ở mạch vào:
P k = U k . Iđk
đ đ
Dóng điện Iđk sinh ra từ thông dọ c trụ c Þđk, Þđk gây nên sđđ E1 ở 2 đầu chổ i than
11. Vì 1 1 ngắn mạch n ên gâ y ra dòn g I1 khá lớn ch ảy trong chổi than. Dòng I1 gâ y
nên từ thông Þ , dướ i tác dụng của Þ sẽ gây nên sđđ E kh á lớ n, E2 tạo nên đ iện áp U
1 1 2 2
và cung cấp ra ngoài một dòng điện I2 nào đó .
P k = U k . Iđk ® P = U . I ® P = U . I2
2
đ đ 1 11 2
Nh ư vậy ta đã khống ch ế được công suất từ P k ® P kh á lớn.
đ 2
Hệ số khu ếch đ ại côn g suất :
PP
P
= 2 . 1 = k2.k1
2
kp = (1.3 )
P1 Pñk
P k
ñ
k có th ể lên đến trị số 8000 ÷ 10000 .
p
MĐKĐ có thể dùn g để du y trì điện áp, dòn g điện h ay du y trì tốc độ qua y của
mộ t động cơ nào đó nh anh và nhạ y.
Thí dụ đ ể du y trì điện áp của má y phát điện một chiều không đổi ngư ời ta dùng
MĐKĐ để cung cấp dòn g đ iện kích thích cho má y p hát mộ t chiều.
Lấy tín h iệu bằng cách lấy điện áp trên đ iện trở ra củ a m áy phát m ột chiều đ ưa
về cuộn điều khiển h ai của MĐKĐ. Sức từ động của cu ộn một và hai cộng nh au .
Ta đ ã biết, khi tải tăn g thì đ iện áp của má y p hát điện mộ t ch iều sẽ giảm do e
(phản ứng phần ứ ng) và đ iện áp rơi trên phần ứn g. Để khắc phục tình trạng này người
ta d ùn g sơ đồ sau đ ể du y trì điện áp U của má y ph át đ iện mộ t ch iều không đổi khi I
F
tăn g.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Hình 1.5. Sơ đồ mạch ứng dụng MĐKĐ ổn định đ iện áp má y phát điện.
Kh i I tăng ® DU tăng ® I 2 tăng ® få = (f + f ) tăn g ® U MĐKĐ tăng ®
t 1 2
I F tăng ® U tăn g đ ến U ban đầu.
t F
T r a n g | 4
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
Hình 1 .6 trình bày m ột ứn g dụng củ a MĐKĐ dùng du y trì điện áp và tốc độ ĐC
không đổ i.
Hình 1.6. Sơ đồ ngu yên lý m ạch ứng dụn g MĐKĐ.
Mạch có chức năng như sau :
Giữ : UĐ = con st., I £ Iđm, nđm = const.
3. Máy Phát Điện Hà n
Muố n cho mối h àn có ch ất lượ ng cao , nhiệt lượng ở mối h àn và dò ng điện
sinh ra nhiệt lượ ng đ ó phải ổn đ ịnh. Để đáp ứn g đượ c yêu cầu đó má y p hát điện cần
phải có đ ặc tính ngoài U = f ( I ) có độ dố c cao .
H ình 1 .7. Đặc tính ngoài củ a m áy ph át điện h àn mộ t ch iều.
Máy ph át điện h àn phải thoả mãn các yêu cầu sau :
Du y trì đ ược ch ế độ ngắn mạch kh i người th ợ hàn làm việc nố i ngắn mạch các
cự c h àn ( ví dụ khi nhóm chá y h ồ quang ).
Phải đảm bảo trị số dòng điện không đổi khi điện trở hồ qu an g tha y đổi ( chiều
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
dài hồ qu an g th ay đổi ).
T r a n g | 5
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
Để thự c hiện đ ược điều đó , đặc tu yến ngo ài của má y ph át đ iện phải thật dố c.
Muốn có đặc tu yến trên, ngư ời ta ch ế tạo lo ại m áy ph át đ ặc biệt có sơ đồ cấu tạo n hư
Hình 1.8.
Hình 1.8. Sơ đồ cấu tạo của m áy ph át h àn điện.
Máy gồm mộ t đôi cực kép, tron g đó N1S1 thườn g có mạch từ không bão ho à,
còn N S th ì rất bão hoà.
22
Phần ứng của má y phát có thể xem như được chia làm 4 phần. Các phân Ac và
Bb tạo n ên phản ứng phần ứng khử từ đối với cặp cực từ N1S1, còn các ph ần Ab và Bc
tạo nên phản ứng phần ứ ng trợ từ đối với các cực N S .
22
Nh ư vậy khi Iư tăn g từ thông các cực N S hầu như không đổi do lõi thép của nó
22
bị b ão hoà. Kết quả là từ thôn g tổng N1N2 – S1S2 giảm nhanh làm cho điện áp đầu cực
UAB bị h ạ thấp rất nhiều.
Chú ý rằng điện áp U B vẫn giữ không đổi khi Iư tăng vì từ thông của các cực N S
A 2 2
không đổi.
Ứng với các trị số khác nhau của Rđc ta có các đặc tính ngoài khác nhau như trên
Hình 1.7.
4 . Máy Điện M ộ t Chiều Khô ng Tiếp Xúc
Với sự ph át triển của công nghệ bán dẫn, các nhà sản xuất má y đ iện đã ch ế tạo
ra các loại má y đ iện một chiều khôn g sử dụng vành gó p và chổi th an hay cò n gọ i là
má y đ iện một chiều khôn g tiếp xú c. Đặc điểm của loại má y đ iện này là làm việc tin
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
cậ y, khôn g tạo tia lửa đ iện , không gây nhiễu và có tuổi th ọ cao hơn so với các lo ại
động cơ một ch iều thông thường. Trong ph ần nà y sẽ trình bà y loại độn g cơ n ày.
4.1. Cấu tạo.
Động cơ không tiếp xúc một ch iều có cấu tạo từ ba thành phần chính sau :
1. Động cơ không tiếp xú c với cuộn ứng m – pha trên stato và rô to kích thích
bằng nam chăm vĩnh cửu.
T r a n g | 6
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
2. Cảm biến vị trí rôto, đ ặt cùn g vỏ m áy vớ i động cơ, thực h iện ch ức năng tạo
ra tín h iệu điều khiển nhằm xác định thời đ iểm và th ứ tự đổ i ch iều.
3. Bộ đổ i chiều khôn g tiếp xúc, thực hiện đổi chiều dòng điện trong cuộn ứng
trên stato theo tín h iệu điều khiển của cảm biến vị trí rô to.
H ình 1 .9. Sơ đồ cấu trúc động cơ mộ t ch iều không tiếp xúc .
4.2. Nguy ên lý hoạt động.
Hình 1.10 trình bà y sơ đồ n gu yên lý củ a động cơ mộ t chiều khôn g chổi than, có
mộ t cuộn dâ y trên m ạch stato.
Hình 1.10. Sơ đồ ngu yên lý động cơ một chiều khôn g chổ i than.
1. Stato của động cơ.
2. Dâ y quấn trên stato.
3. Rôto loại nam chăm vĩnh cửu, có hai cực.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
4. Đĩa sắt từ, có dạng hình tròn khu yết và đ ược đặt trên trụ c rô to.
5. Bộ ph ận đổ i ch iều không chổi th an đượ c cấu tạo bằng các linh kiện điện
tử thự c hiện đổi ch iều dòn g điện của các cuộn cảm trên stato đ ộng cơ
theo tín hiệu điều khiển từ cảm biến vị trí.
D , D là các bộ cảm biến vị trí dạng từ trở thay đổi. Dùng xác đ ịnh vị trí rôto
1 2
(trục từ trư ờng rôto) thôn g qua đĩa sắt từ.
Hoạt động
T r a n g | 7
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
Ở vị trí như hình vẽ, cảm b iến vị trí D nằm trong vùn g khu yết của đĩa nên tạo
1
ra sự thay đ ổi từ trở trên m ạch từ ở h ai cuộn d ây ra củ a cảm biến vị trí. Sự thay đổ i nà y
tạo ra tín hiệu đ iều khiển bộ đổi chiều. Bộ đổi chiều sẽ đổi ch iều điện áp đặt lên dâ y
quấn stato (đổ i ch iều từ trườn g stato ). Cực tính đ iện áp trên dâ y q uấn stato có chiều
như hình vẽ.
Kh i vùng khu yết củ a đ ĩa trùng với cảm biến vị trí D , nó sẽ tạo ra tín hiệu điều
2
khiển bộ đổi chiều, bộ đổi chiều sẽ đảo cự c tính đ iện áp đặt lên dâ y q uấn stato. Chiều
điện áp n gượ c chiều với hình vẽ.
Qu á trình đổi chiều điện áp trên dâ y q uấn stato ph ải đồng thời với với sự tha y
đổi ch iều cự c từ rôto. Điều này đảm bảo chiều qua y của mômen khôn g đổi trong một
vòng qua y.
Hình 1.11 trình bà y q uá trình kết hợp đổ i chiều của từ trường stato và từ trường
rôto .
H ình 1 .11. Quá trình đổi ch iều từ trư ờng stato và rôto.
Kh i có dòng điện qua dâ y q uấn stato, dưới sự tác động của từ trường rôto sẽ tạo
ra môm en qu ay.
M = k F s F r Sinq (1.4 )
với :
k : hệ số má y không đổi.
F , F : từ thông cực từ stato và rôto .
s r
q : góc hợp b ởi trụ c cực từ rô to và trục từ trường stato.
Kh i m ạch từ chưa bão hoà biểu thức trên có thể b iểu diễn d ưới dạng sau :
M = km Is Sinq (1.5 )
với :
km : hệ số phụ thuộc từ trường rôto và cấu tạo stato.
Is : dòng điện qua dây q uấn stato.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Từ b iểu thức (1.5) ta nh ận thấ y :
Môm en qu ay có sự dao độn g th eo gó c qua y q .
Ứn g với vị trí góc q làm cho mômen qua y của động cơ nhỏ hơn m ômen
tĩnh trên trục động cơ thì độn g cơ không thể qua y.
T r a n g | 8
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
Nh ững hạn ch ế nà y có thể đượ c khắc phục bằn g cách tăng số cuộn dây quấn
trên stato r. Khi ấ y biểu th ức (1.5) có thể viết lại như sau :
(q c 2)
M = km Is co s(q qc / 2) (1.6 )
(sin q c 2)
tron g đó : q là góc giữa trục 2 cuộn d ây kế tiế p nh au.
c
Kh i số cuộn d ây càng lớn ® qc càn g bé ® M = const. Nhưn g kh i số pha của
cuộn stator tăn g dẫn đến số p hần tử cảm b iến tăng và mạch đảo chiều trở nên phức tạp.
Nên trong thự c tế số pha của dây quấn thường không vư ợt quá bốn.
Ngoài ra cách đấu các cuộn dâ y trên m ạch stato cũn g làm th ay đổ i độ lớn và độ
dao động của mômen. Hình 1.12 trình bà y m ột số cách đấu thườn g th ấy.
a. đ ấu tam giác.
b. đ ấu sao.
c. đ ấu song song với nguồn .
d. đ ấu nối tiếp vớ i nguồn.
H ình 1 .12. Sơ đồ kết nố i giữ a các pha động cơ không chổi th an.
Trong các cách đấu trên thì đấu tam giác sẽ cho h iệu suất cao nhất, độ dao
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
động của mômen là b é nhất. Cách đấu son g son g có bộ đổi chiều đơn giản nhất.
T r a n g | 9
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
Để hiểu rõ hơn vấn đ ề đảo chiều khi số cuộn dâ y tăng. Ta phân tích ngu yên lý
hoạt động của độn g cơ có ba pha và các pha được đ ấu so ng song với nguồn.
Hình 1.13. Sơ đồ n gu yên lý đơn giản của động một chiều khôn g chổ i than
vớ i stato có ba cuộn dâ y được nối son g son g với n guồn.
Cuộn dây phần ứn g đặt trên các rãnh của stato gồm có ba pha A, B, C, lệch
0
nhau trong không gian một góc 120 và được nối son g son g với n guồn.
Phần tử tín hiệu có dạng h ình tròn khu yết và đượ c làm bằng vật liệu sắt từ .
Phần tử nà y được đặt trên trụ c củ a động cơ.
Bộ phận đổi chiều gồm ba transistor T1, T2, T3, mắc nối tiếp với các pha A, B, C
của động cơ. Các transistor này làm việc ở chế độ ngắt dẫn và được điều khiển từ bộ ĐK.
Bộ điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến A, B, C và đưa ra tín hiệu ĐK bộ đổi chiều.
Ngu yên lý hoạt động củ a động cơ theo Hình 1.13 như sau :
Giả sử b an đầu vị trí phần tử cảm b iến tín hiệu của cảm biến vị trí nằm ở vị trí 1
Hình 1.13. Ở vị trí nà y chỉ có phần tử cảm biến A tác đ ộng tạo tín hiệu đ iều khiển mở
tran sitor T . Cuộn d ây A trên stato tác độn g tạo ra s.t.đ F . Nhờ sự tươn g tác giữa sức
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
1 A
từ động F vớ i từ thông của từ trườn g rôto r bằng nam châm vĩnh cửu làm cho rôtor
A
qua y theo ch iều kim đồng hồ. Do phần tử tín hiệu của cảm biến vị trí gắn đồng trụ c
với rôtor của động cơ nên khi rô tor qua y th ì phần tử n ày cũ ng qua y theo.
0
Khi góc quay củ a rôto lớn hơn 30 so với vị trí ban đầu một ít (vị trí 2 Hình 1.13).
Ở vị trí nà y hai phần tử cảm biến A, B cùng tác động tạo tín hiệu điều khiển mở
0
transistor T1, T2 . Khi có thêm sức từ động F thì sức từ động tổng sẽ lệch đi khoảng 60
B
T r a n g | 10
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
so vớ i vị trí ban đầu và tác động với từ trường củ a rôtor nam châm vĩnh cửu làm cho
rôtor động cơ tiếp tụ c quay theo chiều kim đồng hồ.
0
Khi góc quay của rôtor lớn hơn 90 so với vị trí ban đầu một ít (vị trí 3 trên Hình
1.13). Ở vị trí này chỉ có phần tử cảm biến B tác động tạo tín hiệu điều khiển mở transistor
T2, nên chỉ tồn tại stđ FB đây cũng chính là sức từ động của dây quấn stato lúc này. Do đó,
rôto của động cơ tiếp tục quay theo chiều kim đồng hồ như ban đầu. Quá trình trên cứ tiếp
tục, tín hiệu điều khiển từ cảm biến vị trí được đưa vào các transistor của bộ phận đổi chiều
và làm cho chúng dẫn hoặc ngưng dẫn đúng lúc.
4.3. Mạch điều khiển động cơ không chổi tha n
Hình 1 .14 trình b ày sơ đồ đ iều khiển động cơ không chổ i than, có ba ph a, kết
nối sao và có đảo chiều qua y.
H ình 1 .14. Sơ đồ mạch điểu khiển động cơ không chổi than.
Ngu yên lý hoạt động củ a m ạch :
Khi qua y th eo ch iều kim đồng hồ : D = 0
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
T r a n g | 11
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
Trạn g th ái điều kh iển các pha tương ứng với tín h iệu nh ận được từ cảm b iến vị
trí đư ợc trình bà y ở Hình 1 .15.
H ình 1.15. Trình tự điều khiển các pha độn g cơ không chổ i
than khi qua y theo chiều kim đồng hồ.
Giả sử ban đầu vị trí vùn g khu yết củ a phần tử cảm b iến tín h iệu n ằm ở vị trí
như Hình 1 .14. Ở vị trí nà y chỉ có ph ần tử cảm b iến A tác độn g tương ứng với trạng
thái logic DCBA = 0 001. Bộ m ã hoá vị trí sẽ tạo tín hiệu ứng với mã 1 đ iều khiển mở
tran sitor T1, T6 th ông qu a 2 cổng o r 1 và 6, khi ấy cuộn d ây A và C có điện tạo ra stđ
FAC . Nhờ sự tương tác giữa sức từ động FAC với từ th ông củ a từ trường rôtor bằng
nam châm vĩnh cửu làm cho rôtor qua y th eo chiều kim đồng hồ. Do phần tử tín hiệu
củ a cảm biến vị trí gắn đồng trụ c với rôto của đ ộng cơ n ên khi rô to quay thì p hần tử
nà y cũn g quay theo.
0
Khi gó c qua y của rôto lớn hơn 30 so vớ i vị trí ban đ ầu một ít . Ở vị trí nà y h ai
phần tử cảm biến A, B cùng tác động tương ứng với trạng thái logic DCBA = 0011. Bộ
mã hoá vị trí s ẽ tạo tín h iệu ứn g vớ i m ã 3 đ iều kh iển mở t ran s is to r T6, T3 thô ng q u a
2 cổng o r 3 và 6, kh i ấ y c uộ n d â y B và C c ó đ iện tạo ra s tđ FB C l àm cho đ ộng cơ
tiếp tụ c qu a y t h eo ch iều kim đồn g hồ .
0 0 0 0 0
Kh i gó c qua y của rô tor lớn hơn 90 , 150 , 210 ,270 , 330 so với vị trí ban đầu
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
mộ t ít tư ơng ứng với mã thập phân 2 , 6, 4, 5 thì lần lượt các cặp transitor T3 T , T T ,
225
T T4 , T4 T1 dẫn làm cho các cuộn dây BA, AC, CB, BA có điện, tạo ra stđ F A ,
5 B
F A , F B , F B làm cho động cơ tiếp tục qua y theo chiều kim đồng hồ .
C C A
T r a n g | 12
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
Khi qua y n gược chiều kim đồn g hồ : D = 1
Trạn g th ái điều kh iển các pha tương ứng với tín h iệu nh ận đượ c từ cảm b iến vị
trí đư ợc trình bà y ở Hình 1 .16.
H ình 1.16. Trình tự điều khiển các pha độn g cơ khôn g chổ i
than khi qua y ngược chiều kim đồng hồ.
5. Độ ng Cơ Chấ p Hà nh Mộ t Chiều
Là một m áy biến tín h iệu điện áp thành tốc độ qu ay hoặc góc chu yển dịch để
đưa vào đối tượn g đ iều kh iển . Động cơ chấp hành có các yêu cầu sau :
Làm việc ổn định.
Độ tin cậ y cao, đ ặc tính cơ và đ ặc tính điều ch ỉnh phải tu yến tính.
Qu án tính nhỏ (rôto phải nh ẹ), tác động nhanh và đ ồng thờ i mất tín hiệu ph ải
ngừng qua y nga y.
Công suất điều khiển bé.
Động cơ ch ấp hành mộ t chiều có th ể có hai phương ph áp điều khiển.
5.1. Điều khiển phần ứng
Điện áp tín hiệu được đặt vào ph ần ứng, còn điện áp kích th ích có th ể lấ y từ
nguồn bên ngoài vào hoặc cũng có thể tha y p hần kích thích bằng mộ t nam châm vĩnh
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
cửu.
T r a n g | 13
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
H ình 1.17. Sơ đồ ngu yên lý động cơ ch ấp hành mộ t ch iều
khi điều khiển trên ph ần ứng.
Theo phươn g pháp điều khiển nà y thì M = f (Uđk) là những đ ườn g thẳng (vì M
= CM fd Iư với fd = const ® M = k Iư m à từ Iư và Uđk qu an hệ vớ i nhau là b ậc nh ất ;
I .R
U
- ö ö với fd = const ® quan hệ n = f ( U, Iư ) là b ậc nhất )
còn n =
Ce .fd C e .fd
Phương ph áp điều khiển n ày thường được dùng.
5.2. Điều khiển trên cực từ
Dâ y quấn phần ứn g được đặt vào mộ t điện áp U = const.
Điện áp đ iều khiển Uđk được đặt vào dâ y q uấn kích th ích. Như vậ y công su ất
điều kh iển sẽ nhỏ nhưng quan h ệ n = f (Uđk) không còn là đ ường thẳng n ữa. (vì n =
U - I ö .R ö
Kh i U k tha y đổi ® fd tha y đ ổi )
đ
Ce .fd
H ình 1.18. Sơ đồ ngu yên lý động cơ chấp hành
mộ t ch iều kh i điều khiển trên cự c từ .
Để động cơ chấp h ành tác động nhanh người ta ch ế tạo phần ứng có quán tính
nhỏ dướ i dạng rô to rỗn g ho ặc rôto dẹt hình đĩa có m ạch in. Loại đầu thườn g ch ế tạo
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
với cô ng su ất 10 ÷ 15 W. Loại sau : 100 ÷ 200 W.
T r a n g | 14
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
a) Loạ i độ ng cơ rôto rỗ ng :
Hình 1.19. Cấu tạo rôto rỗn g
1 . Cực từ, 2 . Lá thép làm mạch dẫn từ.
3 . Dâ y quấn kích thích, 4 . Phần ứng
Phần ứn g có dạn g hình rỗn g, thư ờng làm b ằn g vải ép hoặc các vật liệu cách
điện trên đó có d án các dây qu ấn ph ần ứng. Để lấ y điện ra hay đư a vào ph ần ứng cũng
dùng chổi than tỳ lên vành góp. Lo ại này có khe hở lớn n ên hệ thốn g kích thích ph ải
lớn, má y to h ơn, nhưng tác động nhanh vì quán tính bé.
b) Loạ i động cơ có rôto hình đĩa.
Hình 1.20. Cấu tạo của động cơ rôto hình đ ĩa.
1. Nam châm vĩnh cửu ; 2, 3 . Giá đỡ ; 4. M ặt cực từ (có dạn g khối tròn ) ;
5. Đĩa roto r ; 6 . Chổi than.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
T r a n g | 15
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
H ình 1.21. Cấu tạo đĩa phần ứng.
1 . Đĩa (được chế tạo từ vật liệu không dẫn từ).
2 . Dây dẫn (đư ợc in lên mặt đĩa) .
3 . Lỗ kết nối dâ y.
Cực từ đ ược bố trí th eo chu vi của m áy và n ằm về một phía. Phía bên kia là
gông từ và thư ờng các cực từ làm bằng nam châm vĩnh cửu. Đĩa phần ứng (Hình 1.21)
làm bằng vật liệu nam châm cách đ iện không dẫn từ (b akelit) ở hai mặt bên có in các
phần tử dâ y quấn.
Nh ờ kỹ th uật mạch in và d ây dẫn nên có thể tự động hoá quá trình làm dâ y d ẫn
trên mặt đĩa và vấn đ ề làm n guộ i được n ân g cao . Vì thế mật độ dòn g điện có th ể lên
2
đến 30 ÷ 40 A/m m . Điện có th ể lấ y hoặc đưa vào trực tiếp trên các d ây dẫn m à không
cần cổ góp. Ph ần ứng khôn g có răn g rãnh nên điện cảm rất nhỏ vì thế đổi chiều tốt
hơn, ph ản ứng ph ần ứng bé, tổn hao phụ do từ trườn g đập mạch nhỏ . Má y chạ y êm, h
cao ( 60 ÷ 65 ) %.
Vì đĩa qua y ở giữa rãn h cực từ và gôn g n ên khe hở lớn, do đó kích thước má y
tươn g đ ối lớ n. Về mặt cơ họ c nếu chổi than lớn qu á có thể dễ làm hư hỏng các phần tử
dâ y q uấn.
c) Ứ ng dụng của độ ng cơ chấp hành mộ t chiều:
Hình 1.22 miêu tả một h ệ thốn g tạo tia lửa đ iện tron g gia công kim loại có sử
dụng độn g cơ chấp h ành một chiều.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Hình 1.22. Hệ thống tạo tia lửa đ iện để gia công kim lo ại.
Ng uyên lý hoạt độ ng của hệ thống như sa u:
T r a n g | 16
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
Kh i không có tia lửa điện thì điện trở của khe hở phóng điện là rất lớ n dòng
điện sẽ đ i từ cực dươn g q ua đ iện trở R , qu a động cơ, qu a điện trở R rồi về cự c âm.
2 1
Chiều của dòng điện như trên làm cho SM quay theo hướng m à phần tử n én RU nén
điện cực về phía ph ần tử A làm giảm đ ộ lớn của khe hở phóng đ iện . Khi độ rộn g củ a
khe hở phóng đ iện đủ b é các tụ PG sẽ xã điện lú c nà y đ iện áp đ ạt đ ến điện áp đánh
thủng, sự đánh thủng (phóng điện) xả y ra. Khi có sự phóng điện như trên th ì điện trở
củ a khe h ở phóng điện giảm đột ngột dòng điện qu a SM đổi chiều làm cho động cơ
SM cũng đ ảo chiều qua y, kéo th eo đ iện cự c A làm nó chu yển độn g hướng ra xa B.
Điện trở của khe hở phón g đ iện lại phục hồi, chu k ỳ cứ như th ế lặp lại.
6. Máy Phát Tốc Đo Tốc Độ
Cũng là một m áy phát điện mộ chiều có nh iệm vụ biến đổ i tốc độ n san g điện
áp U ( @ n ). Để có quan h ệ U = f (n) là b ậc nhất thì fd phải = const, do đó má y thường
có cự c từ làm b ằn g n am ch âm vĩnh cửu. Yêu cầu đối với m áy ph át đo tốc độ :
Đặc tính U = f (n) phải là tu yến tính vì thế thườn g thiết kế vớ i mạch từ ch ưa
bão hoà.
Độ đập m ạch củ a đ iện áp nhỏ n ên số phần tử phải nhiều.
Qu án tính má y phát nhỏ, Dpcơ, Dp phụ nhỏ.
Kết cấu củ a nó có th ể làm theo loại rôto rỗn g h ay hình đĩa để gọn n hẹ tác động
nhanh .
Để đo điện áp chính xác độ dố c của đặc tính ra ph ải càng dốc. Đối với các má y
nhỏ cỡ 1000 v/ph thì có thể cho Ura từ 5 ÷ 10 vo lt ho ặc đố i vớ i các loại kh ác có thể từ
50 ÷ 100 volt. Thường có thể chế tạo công su ất từ 10 ÷ 50 watt.
Loại nà y th ườn g có th ể dùng để chu yển tín h iệu tốc độ thành điện áp trong một
số mạch tự độn g đ iều kh iển .
Hình 1.23 trình bà y sơ đồ má y p hát tốc một chiều kích thích độc lập.
H ình 1.23. Sơ đồ má y phát tố c một chiều kích th ích độ c lập .
Điện áp ra của m áy phát tố c một ch iều có thể được tính từ biểu th ức sau :
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
C E .F.n - DU ch
UF = (1.7 )
r
1+ F
Rt
T r a n g | 17
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
Trong đó :
rF là điện trở cuộn ứng.
DU ch là đ iện áp rơi trên chổi th an.
Nếu từ thô ng F , đ iện trở phần ứn g rF và đ iện trở tải R khôn g đổi th ì quan h ệ
t
U F = f (n) là tu yến tính vớ i hệ số khuếch đ ại (độ dốc) K được xác định như sau:
Kh i CE, F , Rt càng lớn và rF càng nhỏ thì độ dốc của điện áp ra càng lớn.
Trong trườn g hợp m áy hoạt động ở ch ế độ khôn g tải ( R t = ¥ ) thì độ dốc của điện áp
ra là lớn nhất.
Đặc tính ra của m áy phát tố c một ch iều đượ c trình bày như Hình 1.24.
H ình 1 .24. Đặc tính ra củ a m áy ph át tốc mộ t chiều.
Do có đ iện áp rơi trên chổi th an nên đặc tính ra của m áy phát tốc một chiều
xuất h iện vùng không nhạ y D .
Sự tồn tại vùn g không nhạ y D là nhượ c đ iểm lớn nhất của má y p hát tốc một
ch iều . Để giảm vùn g không nhạ y n ày ta cần giảm điện áp ( DU ch ) tiếp xúc giữa chổi
than và vành góp. Vì th ế, chổi th an thôn g thườn g đ ược ch ế tạo từ hỗn hợp đồng_than
hoặc bạc_ than.
Ngoài ra ảnh hưởn g của nhiệt độ và phản ứng p hần ứng cũng làm thay đổ i độ
tu yến tính củ a đặc tu yến ra trên má y phát tố c.
Ứng dụng của máy phát tố c một chiều:
Hình 1 .25 trình bày ứn g dụng của má y phát tốc một chiều tron g h ệ th ống kiểm
tra tốc độ cuộn dây vo lfram .
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
H ình 1. 25. M áy phát tố c một chiều trong dâ y chu yền sản xuất vo lfram.
T r a n g | 18
- Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng
Dâ y von fam được sử dụng rất nhiều trong thực tế như : dùng làm dâ y nun g cho
lò sưở i, cho bếp điện, tiêm của đèn dâ y tóc… Trong thực tế để sản xuất ra dâ y vonfam
(thường có dạng xoắn lò xo) dạng xoắn người ta phải dùng đến một m áy cuốn dâ y.
Dâ y vonfam trước khi thành phẩm phải đi qua một lò nun g sử dụng khí h ydro trư ớc
khi được cuộn thành d ạn g xo ắn . Tại lò nà y d ây sẽ được nung nón g đến một nhiệt độ
thích h ợp theo nh à sản xuất mong muốn (bằng ho ặc lớn hơn nh iệt độ khi có dòng điện
ch ạy qua nó ). Để có được dâ y vonfam có chất lượng tốt (tuổi thọ cao , ch ịu được nh iệt
độ cao…) thì d ây phải qu a lò nun g vớ i mộ t tốc độ thích hợp. Tố c độ nà y d o bộ phận
quấn tạo nên, bộ ph ận này do động cơ một chiều M kéo . Tốc độ củ a M th ay đổi khi
2 2
điện áp trên h ai đ ầu cự c của nó tha y đổ i (điện áp thay đổ i bởi biến áp tự độn g). Để có
thể theo dõ i đượ c tố c độ qu ấn dây người ta sử dụn g mộ t má y p hát tốc một chiều M1
gắn đồng trục với độn g cơ M2 . Khi M qua y k éo theo rotor của máy ph át tốc qua y tạo
2
ra trên h ai đ ầu cự c m áy phát tố c một đ iện áp U tỉ lệ với tốc độ ro tor. Điện áp đó được
đo b ởi vo lt kế V, nhờ vậ y người vận h ành dâ y chu yền có thể kiểm tra được tốc độ
quấn và có nh ững điều chỉnh th ích hợp n ếu cần.
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
T r a n g | 19
nguon tai.lieu . vn
