Máy ĐiệnTài liệu tham khảo : 1. Máy điện nhỏ (Trần Tuấn) 2.Giáo trình máy điện 2 tập (4 tác giả) 3. Máy điện cho thiết bị tự động

Ôn tập * MBA là một thiết bị điện từ gồm một lõi sắt và hai cuộn dây có số vòng dây lần lượt là 1w , 2w khác nhau . Khi có dòng điện xoay chiều vào cuộn sơ cấp thì xuất

hiện một dòng điện 1i . Dòng này sinh ra từ thông biến thiên trong lõi thép .Từ thông này móc vòng sinh ra sđđ cảm ứng .Sđđ này sinh ra dòng điện ở cuộn thứ cấp ( nếu mạch điện khép kín )- Sức điện động là : lực đẩy điện động chuyển động trong mạch điện ( theo quán tính ) - Sức từ động là : lực đẩy từ động chuyển động trong mạch từ- Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ 3 pha :

i1

U1

i2

U2 Z

Sơ đồ thay thế MBA :

r1 x1 r'2 x'2

rm

xm

I1 -I'2

I0

U1 U'2

Phương trình điện áp của MBA :

.

U 1 = -(.

E 1 ) + .

I 1.Z1

Z1 = r1 + j x1

x1 = 1 L1 = 2 f1 L1

.

U 2’= .

E 2’ + .

I 2’Z2

Z2’ = k2 Z2

K = 2

1

W

W =

2

1

u

u

1

.

I 1 = .

I 0 + (-.

I 2’)

.

E = .

E 2’ = .

I 0’ Zm Với Zm = rm + j xm

Rm là điện trở đặc trưng cho tổn hao của lõi sắt khi có từ thông đi qua ( không đo được bằng m ) dòng điện cảm ứng được sinh ra do từ thông 2 nó luôn có xu hướng chống lại từ thông sinh ra nó . * Động cơ không đồng bộ 3 pha:

Cho điện áp xoay chiều vào stato tạo ra từ thông quay tròn với n1 = p

f.60 . tạo

ra sđđ E1 , E2 ( roto) trong dây quấn rotoDo dây quấn rôto luôn được khép kín trong dây quấn roto xuất hiện dòng điện I2

Theo định luật lực điện từ thì thanh dẫn roto mang điện nằm trong từ trường xuất hiện lực điện từ tạo ra momen quay tạo nên tốc độ roto là n n1 ( tốc độ từ trường ) . Nếu n = n1 thì không tạo nên chuyển động tương đối không có từ thông roto cảm ứng nên E2 0 không có I2

n2 = n1 - n

s = 1

2

n

n =

1

1

n

nn

s : là tốc độ tương đối của roto với từ trường quay 0 < s < 1 0< n < n1Khi n < 0 ( roto quay ngược chiều từ trường )Chế độ hàm điện từ : MĐ lấy điện năng từ lưới làm cho roto quay ngược chiều từ trường chuyển động hãm điện từ , máy điện lấy điện năng từ lưới , lấy cơ năng quay ngược chiều từ trường

(1-s1).r'R/s1

I0

-I'2A1IA1

xmA

rmA

x'RAr'RAxSArSA

K = 2

1

w

w Z2’ = ke ki Z2

r2 = ke ki .r2

x2 = ke ki x2

Dây quấn MĐ quay không quấn tập trung trong rãnh sđđ cảm ứng < sđđ MBA

kc = 2

1

W

W.

2

1

kdq

kdq kdq = kr kn

kr : krải kn : kngắn

ki = 222

111

kdqWm

kdqWm

Số pha dây quấn lồng sóc bằng số thanh trong rãnh rotoSơ đồ thay thế khác là:

2

r1 x1

r1 x1

r'2 x'2

rm

xm

I1 -I2

I0

(1-s).r'2/s

Sơ đồ này thuận tiện hơn : khi I tải thay đổi thì chỉ có I2 thay đổi I1 thay đổi tương ứng Còn sơ đồ trên I tải thay đổi ( I0 , I2 ) thay đổi I1 thay đổi

1

.

U = -( 1E ) + 1I r1 + j 1

.

I x1 x1 = 2 f1L1

= .

E 2’ - I2’. r2’ - j . I2’. x2’ – I2’ . (s

s1. r2 )

I1 = oI.

+ (-2

.

I ’) x 2 ’ = ke. Ki . x 2 x 2 = 2. . f

f2 = s . f1 E1 = E2’ = - ( Io ). Zm

Mômen điện từ M = Cm . stato . Iroto . cos = arg ( Eroto , Iroto )đây là biểu thức nguyên lý : Cm kết cấu .( 3fa , 1fa , … ) Iroto 0 mạch roto khép kín Mạch roto thường có tính trở Thường cos = 1 cos < 0 mômen sinh ra < 0 động cơ là động cơ không đồng bộ .Động cơ quay ngược lại đảo chiều quay động cơ bằng cách đảo chiều Stato tác động vào đầu vào tăng

M = ])()[(2

.

221

2'

211

'2

21

xxs

rrf

srUp

p = const ( số đối cực ) Unguồn = const F = const U1 = const M = f ( s )M = f ( n ) Ta có đặc tính cơ:

3

M

s

HãmĐC

Tại s =1 ( n = 0 ) cho Momen . Điểm kởi động ( mở máy) Mômen đó là Mômen máyTại Mmax có hệ số trượt tới hạn

M

s

Mmax

Mmm

Mt?

i

Mdm

1

(n=0)smaxsdm0

Khi mở máy có Mmm , Mtăng dần đến Mmax rồi giảm dần đến khi Mômen khởi động bằng Mômen tải thì động cơ hoạt động ổn định

%30sm

mvaiphantrasdm động cơ thông thường

Mmax = Xf

U

,

21

Mmm = Xf

RU roto

,

,21

Sm = '21

'2

xx

r

Mmax không phụ thuộc vào điện trở của roto. Khi tăng R của roto lên thì sm tăng .Biểu diễn ở đồ thị màu đỏ ------------------------------------------------------------------------------------------

4

§3.MÁY ĐỒNG BỘCấu tạo : gồm hai phần : - Tĩnh ( phần cảm ) là phần tạo nên từ trường tĩnh bằng hai cách kích thích điện từ : cuộn dây + lõi sắt . Thuộc loại kính thích từ điện : NCVC - Quay (ứng) : lõi sắt + dây quánMáy phát điện đồng bộ : cho điện một chiều vào kích từ kichtu không đổi : dùng động cơ sơ cấp quay phần ứng . Theo định luật cảm ứng điện từ trong dây quấn phần ứng tạo ra SĐĐ thanh dẫn chuyển động liên tục , lúc thì cực S , N sđđ xoay

chiều máy phát điện ba pha xoay chiều , tạo ra từ trường quay với n 1 = p

f.60

Roto ( phần ứng ) điện cơ quay với tốc độ n

Eư có tần số f =60

.np n = n 1

Máy điện này luôn có n = n 1

* Động cơ đồng bộ : gồm MFĐ ĐB : phải có kích thích , đặt U xoay chiều vào dây quấn phần ứng tạo Ifần ứng tạo từ trường phần ứng ư tương tác với kích thích tạo nên lực từ tạo mômen điện từ làm roto quay với n = n 1 Fần cảm trên roto Fần ứng trên stato Kết cấu của máy điện nhỏ- Mạch điện từ

Mđt ( đồng bộ ) =

sin.

.

1

011

dx

EUm + )2sin()

11(

2

21

dq xx

Um

1.2 f Eo : là sđđ lúc máy không tải Xq , xd : điện kháng đồng bộ ngang trục ,dọc trục : là góc giữa Eo , U1 .hoặc là góc giữa trục từ trường kích thích và trục từ trường phần ứng ( t , )- Cấu tạo Có hai loại MĐ : - Cực ẩn : nhìn vào không thấy được dây quân - Cực lồi : nhìn thấy ngay hình rãnh. Trên mặt cực có rãnh , ở rãnh đặt , dây quấn lồng sóc MĐ cực ẩn : từ trường đi theo dọc trục cực từ MĐĐB có một loại máy không kích thích : không cần kích từ , nam châm vĩnh cửu MĐ cực lồi xd = xq = xđbMĐ cực ẩn xd ≠ xq

§4 MÁY CÓ VÀNH GÓP ( TỰ ĐỌC )Những máy điện có P( vài trăm w gọi là máu điện nhỏ )

5

PHẦN 2: MÁY ĐIỆN NHỎ§1. CÔNG DỤNG CUẢ MÁY ĐIỆN NHỎ1. Dẫn động quay các động cơ2. Thực hiện việc điều chỉnh kiểm tra từ xa3. Thực hiện các biến đổi không tương đương VD: Biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu cơ và ngược lại . Biến đổi lượng giác ,thực hiện biến đổi toạ độ , biến đổi tần số , biến đổi điện áp , biến đổi dạng sóng Thiết bị điện từ : bền Thiết bị điện tử : không bền bằng thiết bị điện từVD : n = ( góc xung roto )

dt

d

U = C’ . dt

d

Tín hiệu đầu vào là góc xoay roto Tín hiệu đầu ra là một hàm của góc xoay roto : Phần một : cầu Tín hiệu được đưa vào một bộ biến đổi ( tần số hoặc dạng sóng ) sau đó được đưa vào khuếch đại và tiếp tục được đưa vào động cơ chấp hành ( ĐCCH ) rồi qua một cơ cấu để giảm tốc độ xung Có hai cơ cấu phản hôì : phản hồi tốc độ : tín hiệu sau động cơ chấp hành với bộ giảm tốc qua khâu ứng để biến đổi để điện trở Vị trí I : cầu cân ( thực hiện chưa biến đổi thành hệ thống nằm yên đưa vị trí con trượt từ I II cầu mất cân bằng xuất hiện tín hiệu điện áp BĐ làm cho Đ chấp hành xoay qua CH làm dịch vị trí R2 Hệ thống ổn định ở một ngưỡng điện áp khác Đối với mạch xoay chiều : nếu dùng hệ thống này với MĐN thì cầu này được coi là xen xin , biến áp xoay chiềuBộ biến đổi , khuếch đại dùng khuếch đại từ ĐCCH : là động cơ chấp hành xoay chiều Cơ cấu phản hồi được gọi là tathometa : Máy phát tốc độ xoay chiều Mạch một chiều : từ một chiều thành xoay chiều để dễ dàng khuếch đại nó lên cơ cấu phản hồi là máy phất tốc độ một chiều

§2. Phân loại Theo 2 kiểu : Theo nguyên lý làm việc : Máy biến áp , máy không đồng bộ , máy đồng bộ có vành góp Theo chức năng : a. máy điện nhỏ dân dụng b. máy điện nhỏ điều khiển a. Phân loại theo dân dụng

6

Vạn năng : chạy được cả một chiều lẫn xoay chiều b. Phân loại theo chức năng

Động lực : quay cơ cấu Biến áp xoay : đo góc xoay

§3. CÁC YÊU CẦU KINH TẾ KỸ THUẬT 1) Loại một : không phụ thuộc vào chức năng và nguyên lý làm việc , kết cấu Nói cấu tạo của động cơ chấp hành và máy phát tốc độ một chiều a) Dùng cho máy thông dụng : chỉ tiêu năng lượng : cos, phải cao - Làm việc lâu dài - Cấu tạo đơn giản , dễ vận hành , sửa chữa , giá thành hạ a) Dùng cho máy điều khiển : - Độ chính xác cao ( độ chính xác về tín hiệu diều khiển )- Đặc tính ra ổn định - Tác động nhanh

7

- Độ tin cậy cao 2) Loại 2 : phụ thuộc vào lĩnh vực và điều kiện sử dụng - Kích thước trọng lượng nhỏ - Ổn định và bền với các tải trọng rung và đập - Độ bền cao với các điều kiện khí hậu ( phóng xạ ) - Chống nổ : công nghiệp dầu khí , hầm mỏ . - Ít tạo khí

§4. CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA MÁY NHỎA. Giống các máy lớn về nguyên lý cơ bảnB. Khác biệt với máy điện lớn 1. Yêu cầu rất cao về công nghệ và vật liệu , độ dung sai cho phép rất nhỏ2. Điện trở R rất lớn so với điện kháng X 3. Công suất từ hoá và dòng không tải Io lớn Máy có P = 100 MVA = 100 000 KVA = 109 VA 1VA có khe hở = 0,3 mm = 0,03 cm Khe hở trong máy lớn I 0 lớn Q từ hoá lớn 4. Chế độ làm việc của mạch từ là không bão hoà

8

PHẦN 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÁY HAI PHA CHƯƠNG I : TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY XOAY CHIỀU § 1.1 VẤN ĐỀ CHUNG Đưa i vào cuộn dây tạo nên F từ trường tuỳ theo kết cấu dây quấn lõi sắt. Từ trường có các dạng : Từ trường đập mạch : do dây quấn 1 pha tạo nên Fđm = F1m . sin : góc xác định vị trí trong không gian của điểm đang xét Từ trường đập mạch là từ trường phân bố hình sin trong không gian biến đổi hình sin theo thời gian Có thể biểu diễn theo đồ thị không gian của khe hở trong không khí ( giữa roto và sato ) từ trường đập mạch kiểu quả tim- Từ trường quay : xuất hiện với máy có số pha 2 có 2 loại : Loại tròn Loại quay elip Quay tròn :Biểu thức toán học : Fq = Fqm.sin ( t )

dấu ( - ) : quay thuận chiều ( quay cùng chiều với roto ) dấu (+) : quay ngược chiều ( quay ngược với roto )Phương trình sóng chạy :Biểu diễn theo không gian Tại t1 : phân bố hình sin theo thời gian Tại t2 : từ biểu đồ trên đây là sóng chạy

11 ..2 f , n = p

f.60

Sóng thuận quay cùng tốc độ với từ trường n1Sóng ngược quay ngược chiều với từ trường n1

§ 1-2 TỪ TRƯỜNG TRÒN Từ trường tròn dễ dàng nghiên cứu chỉ cần viết phương trình cho 1 pha cho hiệu suất cao1) Máy 3 pha : có hai điều kiện để có từ trường tròna. Kết cấu máy đối xứng : + Có dây quấn 3 pha giống nhau WA . kqA = WB . kdqB = WC . kdqC Số vòng dây hiệu dụng và có ích của 3 pha là như nhau + Lệch pha trong không gian là 120˚ độ điệnĐộ điện là góc độ về mặt từ trường . Góc lệch pha trong từ trường Biểu thức góc độ điện :

zhinhhoc

0360

z

pdien

360.

b. Nguồn đối xứng Điện áp các pha trị số bằng : UA = UB = UC IA = IB = IC

Góc lệch pha về thời gian là : 3

.2

9

2) Máy 2 pha a. Kết cấu máy là đối xứng dây quấn 2 pha là như nhau : UA = UB

góc lệch pha là : 2

( giữa I và điện áp )

b. Nguồn đối xứng

§1-3.QUAN HỆ GIỮA CÁC LOẠI TỪ TRƯỜNG 1. Từ trường đập mạch - Có thể phân tích thành tổng 2 từ trường quay tròn ( thuận và nghịch ) : quay cùng tốc độ - Từ trường đập mạch có thể chia thành 2 phần :Từ trường quay tròn thuận nghịch có cùng tốc độ quay Biên độ 2 từ trường này bằng nhau và bằng biên độ từ trường đập mạch

Fđm = tF

. +

nF.

tF

.=

nF.

= 2

1

dmF.

2. Từ trường quay tròn bằng tổng 2 từ trường đập mạch

2 từ trường này lệch pha trong không gian là 2

Chậm pha nhau về thời gian là 2

3. Từ trườg quay elipPhân tích thành tổng 2 từ trường quay thuận và nghịch có biên độ khác nhau

Fe

F1 F2

= +

-w2w1

§1-4 MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG HAI PHA- Không đối xứng về kết cấu dây quấn WA . kdqA WB . kdqB

+ Góc lệch không gian 2

- Không đối xứng về nguồn : UA UB

Góc lệch pha thời gian là 2

Véctơ sức từ động do I đi vào các dây quấn tạo ra 1. Phân tích sức từ động đập mạch bằng tổng 2 từ trường thuận và nghịch

10

2

..

1

.

AAA FFF

Với .

.

21 AA FF 2AF

2

.

1

..

BBB FFF

2

.

2

..

1B

BB

FFF

- Tổng hợp các sóng thuận nhau , nghịch với nhau - Tổng hợp hai sóng thuận và nghịch Vẽ đồ thị vecto xác định biểu thức các sóng thuận và nghịch

Góc bất kì Góc bất kì UA A IA FAđm UB B IB FBđm Góc ODC 2. Điều kiện có từ trường tròn Điều kiện : hoặc F1 = 0 hoặc F2 = 0 khi đó máy chỉ còn từ trường quay tròn

)cos(..222 BABA FFFF = 0

F 2A + )cos(.22 BAB FFF = 0

FA = FB

cos( ) = - ( 1 ) = 180o

IA . k dqA.WA= IB . k dqB .WB

o180 Là điều kiện để có từ trường tròn 3. Máy 2 pha thực tế

- Thường chế tạo 2

( 2 dây quấn lệch nhau 90o )

NA = NB ( số thanh dẫn của A bằng của B )Biểu thức Mômen M2fa = M1 + (- M2 ) M1 : mômen thuận M2 : mômen nghịch Mômen máy KĐB : M = CM . Rs I.

11

s : stot của stato F1 + F2 IR : stot của roto F1 + F2 M tỉ lệ với F2 ( M 2F ) Ta được: M2fa = CM . FA . FB . sin sin.

Với máy thực tế thì 2

sin,, BA IIM

§1-5 ĐẶC ĐIỂM TỪ TRƯỜNG ELIP.

2

.

1

.

FFF e

41

baF

42

baF

Tốc độ quay constĐiều khiển máy điện bằng cách tạo nên từ trường elip

12

CHƯƠNG 2: MÁY HAI PHA CÔNG SUẤT NHỎ§ 2.1 CẤU TẠO CHUNG VÀ ĐẶC ĐIỂM1) Cấu tạo :Máy 2 fa dùng nguồn 1 fa Máy 2 fa Stato : Lõi Fe KTĐ rãnh 2 dây quấn (giống nhau)

Lệch fa /2 Roto : Lồng sóc

Rãnh nghiêng

2) Điều kiện có từ trường tròn: Tổng quát : FA = FB

+ = 180Thực tế : = 90 cần = 90˚ từ thông

Nếu lấy FA làm chuẩn thì

Là điều kiện có từ trường tròn FA = FB A = B

Ở dây quấn A : đặt vào điện áp UA IA A EA Nếu bỏ qua điện áp rơi thì UA = EA

EA UA = 4.44 . f . WA . kdqA . A

k : tỉ số biến áp

UA = U’B = k . UB

§2.2 CÁC PHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN VÀ SƠ ĐỒ THAY THẾ Chú ý : Xem lại lý thuyết MĐKĐB : cách tính toán và phương pháp Lập pt tính toán giống như ở máy 3 fa lập cho 1 faa) Sơ đồ thay thế :

Fa A : sơ đồ thay thế thuận nghịchFa B : sơ đồ thay thế thuận nghịch

13

(1-s1).r'R/s1

I0

-I'2A1IA1

xmA

rmA

x'RAr'RAxSArSA

rSA : điện trở của stato của fa Ar‘

SB : điện trở quy đổi của roto của fa A

s1 : hệ số trượt thứ tự thuận

hệ số thứ tự nghịch

b) Pt cân bằng : giống máy 3 far1, x1 : điện trở, điện kháng của dây quấn stato

Muốn = /2 thì thông thường đặt vào 1 fa 1 tụ điện thường là mắc vào fa B Sơ đồ fa B có thêm tụ điện:

Sau khi tính toán ta có :điều kiện có từ trường tròn ở máy 2 fa có tụ:

k : tỉ số biến áp

: hệ số tín hiệu

rc : điện trở của tụ điệnxc : trở kháng của tụ điện

PHẦN 2 MÁY ĐỘNG LỰC

14

CHƯƠNG 3 : ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT PHA §3.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC

Stato có 1 dây quấn Roto lồng sóc

U vào dây quấn I 1fa

với f xuyên qua các dây dẫn roto cảm ứng trong dây dẫn tạo thành I nếu mạch khép kín

gọi là sức điện động kiểu biến áp Xác định của sức điện động . Nếu trong mạch có e , i thì tạo ra 2 . 2 có xu hướng chống lại . Từ 2 chiều e , i

Tổng hợp các loại lực tác động lên roto = 0

Từ trường đập mạch : 1 + 2 = đm

1 cảm ứng ra các sức điện động cảm ứng ở roto tạo nên I thuận ( i1 ) ở roto1 E21 I 21 M1 ( momen thuận )sự tương tác giữa I21 và E21 tạo nên M1

Tương tự có 2 E22 I22 M2 ( momen nghịch )Biểu diễn M1 và M2 theo hệ số trượt s

M

11M

M02

S2

M2k

M1kM(s)

M1(s1)

1,50,5

2

0S1

M2(S2)

Cộng : M1fa = M1 + M2 Tại s = 2 ( n = 0 ) thì M1fa = 0 , tức là động cơ mở máy đượcDùng lực bên ngoài tác động theo chiều thuận n 0 s 1 M 0 quay trở

lại Nếu quay theo chiều nghịch n 0 s 1 Nhận được M 0 động cơ tiếp tục chạy theo chiều ngược.

§3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ MÁY

15

Muốn mở máy động cơ pải có momen quay , có Mq khi có q phải có 2 dây quấn và I trong dây quấn phải lệch pha : M2fa = IA . IB . sin . sinĐCKĐB 1 fa có 2 dây quấn đặt lệch nhau 1 góc = /2Giả thiết coi 2 dây quấn là giống nhau. Khi đó sơ đồ động cơ 2 dây quấn này sẽ là :Làm việc : dây quấn làm việc, mở máy ( phụ ) phần tử dịch pha có thể là R , L , C

Phần tử dịch pha là R:Dây quấn A ( dây quấn làm việc ) có tổng trở : ZA = rA + jxA

số rãnh QA

Dây quấn B ( mở máy ) có tổng trở : ZB = rB + jxB

số rãnh QB

QA = QB = Q/2ZA = ZB

Phần tử dịch pha là R nên : ZB = rB + R + jxB ZA

dây quấn B có tính chất trở hơn I của góc UB nhỏ hơn = UA – UB 0Vậy momen M 0 khởi động động cơ tự quay Phần tử dịch pha là L :

Fa B có tính cảm hơn : ZB = rB + j( xB + xL ) ZA

IA

IB

UAC

= A - B 0 Mkđ 0

Phần tử dịch pha là C:

16

Fa B có tính dung hơn : ZB = rB + j( xB – xC ) ZB

UAC

IB

IA

khá lớn nếu chọn tụ C thích hợp có thể nhận được = UA + UB = /2Khi đó Mkđ đạt max

Nhận xét : Hai phương pháp đầu dùng R và L : Ưu điểm : đều có momen mở máy Nhược : Mạch có R thì tăng tổn hao

Mạch có L làm cos thấp đi momen sinh ra là nhỏThực tế không dùng phương pháp mở máy = L , chỉ dùng phương pháp mở máy = R Dùng C thì cos của máy tốt hơn momen mở máy là max. Do đó thực tế dùng phần tử dịch pha là C nhiều

§3.3 CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ MỘT PHA 1) Động cơ mở máy điện trở : Điều kiện có từ trường tròn ở máy 2 fa :

WA . kdqA = WB . kdqB

Góc fa + = 180Cụ thể với máy 2 fa có các điều kiện :

tỉ số biến áp

tỉ số tín hiệu

Trị số Rfụ mắc vào fa BTrị số C mắc vào fa BChọn thích hợp 1 trong 4 thành phần trên thì có quay tròn M max nhưng chỉ ở 1 tốc độ nhất định , M nhất định. Muốn mở máy động cơ ta đóng khoá k , như phân tích ở trên ta có:

17

IB

B

A

IA

I K

R

U , IA , IB , , M 0Động cơ khởi động n n nđm mở K động cơ từ 2 fa trở thành động cơ 1 fa đã khởi động tiếp tục làm việc đến khi Mđc = Mcản Cách làm việc của động cơ : khi đóng điện vào động cơ thì Mđc = Mc nđc = nđm

khoá K mở động cơ trở thành động cơ 1 faQmm = 1/3QQlv = 2/3 Q

Mk

M

(A+B)

Mdm

1sk0

Mm

a

A

s0,5

Khoá K có thể là rơle Thực tế người ta không mắc điện trở vào giống sơ đồ 1 mà tăng điện trở = cách giảm tiết diện dây R của cuộn dây . Cuộn khởi động làm việc trong thời gian ngắn nên cho phép nó làm việc với mật độ dòng lớn. một số động cơ tăng R = cách quấn chập đôi dây điện kháng điện trở Thường gặp trong thực tế là các loại tủ lạnh Hitachi2) Động cơ mở máy = tụ điệnQuá trình làm việc ( mở máy ) lâu dài giống động cơ ở trên nhưng khác là động cơ này cho momen mở máy lớn.

18

LV

mm

K

C

Tụ C thường được tính toán sao cho có tròn lúc mở máyƯu điểm : M mở máy lớn

Tụ dễ cháy tốn tiền3) Động cơ có tụ mở máy và tụ làm việc Khi khởi động ta đóng khoá k Ta có Ckđ :

Ckđ = C1 + C2

A Cl

L

B

IA

IB

I

U

Ck

Khi n = 0 Mkđ max Khi tốc độ ổn định K mở , động cơ tiếp tục làm việc với 2 dây quấn (động cơ 2 fa ) với tụ C2 . C2 gọi là tụ làm việc Tụ C2 ứng với từ trường tròn Khi n = nđm M = Mđm Chú ý : tròn trong máy điện 2 fa chỉ tốn tại ở 1 M nhất định và 1 tốc độ nhất định cấu tạo động cơ này khác các động cơ trên QA = QB = Q/2 Ưu điểm : Mmm lớn , Mđm lớn , cos cao . Đây là động cơ của hầu hết tất cả các loại tủ lạnh 4) Động cơ có điện dung Đây là động cơ 2 fa , mở máy làm việc liên tục QA = QB = Q/2 . Số vòng dây và tiết diện dây ở 2 fa khác nhau.

19

U

I

IB

IA

B

L

CA

Tụ C được chọn sao cho có tròn lúc định mức lúc mở máy thì momen nhỏ Động cơ này được dùng cho các tải không yêu cầu Mmm lớn : Quạt Đổi chiều quay động cơ :

M = IA . IB . sin . sinThay IA , IB , sin khó thay góc tụ C muốn đổi chiều động cơ này phải thay tụ C tốn kém đổi chiều đấu dây của cuộn dây mở máy.5) Động cơ có vành ngắn mạch :

S S

K

K

Lõi thép stato có dạng cực từ. Bối dây quấn tập trung. Ở 1/3 cực từ ta sẻ rãnh và đặt vào đó 1 vòng đồng có tiết diện lớn . Nối giữa các mỏm cực từ dùng tôn liên cực. U I trên stato chia thành 2 phần là ’ và ’’

= ’ + ’’

LVLVLV

LVLV

Từ thông ’’ xuyên qua vòng ngắn mạch sinh ra Evòng nhỏ vì R của vòng cu cũng rất nhỏ nên ta có I vòng là khó lớn. Iv tạo nên từ thông nm . Có nm luôn ngược chiều với Tại vùng cực từ tiết diện nhỏ ta có :

v = ’’ + nm

đi từ stato sang roto từ thông khép mạch là ’ và ’’. Hai từ thông này ngược fa nhau . Vì vậy về mặt hiện tượng vật lý giống như đây là 1 động cơ 2 fa có 1 cuộn dây lệch nhau 1 góc . Trên thực tế góc rất nhỏ M khởi động là nhỏ động cơ tự quay được Ưu điểm : cấu tạo đơn giản , giá thành hạ

20

Nhược : Do Iv = Inm lớn tổn hao lớn 0,2. Từ thông ở vòng ngắn mạch bão hoà tạo nên từ thông tản lớn x lớn cos thấp + tổn hao do bão hoà. Để giảm từ thông tản này người ta đã dùng tôn liên cực Để nâng cao hiệu suất của động cơ này người ta chế tạo nhiều vòng ngắn mạch.

(3 vòng ngắn mạch)

CHƯƠNG 4 : ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

21

E0 t It máy phải có kích từ

xq , xd . Nếu xd xq thì mới có Pđt Mđt

= Mpk

§4.1:ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ ROTO NAM CHÂM VĨNH CỬU1) Cấu tạo : Stato có lõi Fe trên đó đặt 2 dây quấn lệch 2 fa nhau và thường có tụ ở 1 dây quấn. Tạo nên từ trường quay

UAC

N

b,

S

Roto là 1 NCVC 2 hay nhiều cực (nhiều cực gọi là roto cánh sao) Ưu điểm : Dễ chế tạo Nhược : Từ cảm bị tổn hao Từ hoá sau : Dùng vật liệu chế tạo NC nhưng chưa từ hoá . Sau khi chế tạo xong thành stato và roto rồi mới từ hoá. Phương pháp này chính xác hơn về từ cảm nhưng tốn kém hơn.2) Cách làm việc : Trên bề mặt NC ( mặt cực từ ) ta đặt dây quấn lồng sóc U tạo ra quay sức điện động ở dây quấn lồng sóc ở roto hoặc ở bề mặt roto tạo nên momen khôngđồng bộ giống ở ĐCKĐB làm cho roto quay. Khi tốc độ roto gần = tốc độ từ trường quay thì mới xuất hiện momen đồng bộ. M đồng bộ kéo roto lên tốc độ đồng bộ. Lúc này Mkđb = 0 và Mđb tạo nên tốc độ quay n = n1 = const Khi roto quay ở tốc độ n1 thì NCVC ở roto sẽ cảm ứng sức điện động ở dây quấn stato như ở chế độ máy phát điện Efát Ifát vì mạch stato khép kín quanh dòng điện roto Mđt Chú ý : Chiều của momen điện từ ở máy phát ngược chiều với momen cơ. Ở đây , MđtMF ngược Mđb Mc trên trục của roto . Coi đây là 1 loại tổn hao.

22

§ 4.2 ĐỘNG CƠ PHẢN KHÁNG Là loại động cơ không có kích từ . M sinh ra là momen phản kháng dựa trên sự khác nhau của từ trở theo trục d và q d q xd xq

Động cơ phản kháng là loại động cơ có xd xq . Nghĩa là từ thông dọc trục khác từ thông ngang trục. Từ trở theo dọc trục d và q khác nhau.1) Cấu tạo : Stato : 3 hoặc 2 fa có tụ tạo quay tròn

UAC

c,

2) Cách làm việc : U quay . quay tác động giống máy KĐB tạo MKĐB roto quay n n1 . Khi n n1 thì xuất hiện momen phản kháng Mkh kéo roto với n = n1

§4.3 ĐỘNG CƠ TỪ TRỄ1) Cấu tạo :

d,

Stato : giống các ĐCĐB khác Roto : làm bằng vật liệu từ cứng có đặc tính từ hoá mắt trễ lớn

23

2) Nguyên lý làm việc: Đặt U vào stato tạo nên quay. quay đầu tiên từ hoá lõi thép roto. Vật liệu từ cứng gồm các phần tử lưỡng cực rất nhỏ sắp xếp 1 cách hỗn độn. Dưới tác động của từ trường thì nó sẽ sắp xếp lại như hình vẽ sau:

S

N

NS

SN N

S

SN

N

S

Khi dịch chuyển đến do tính chất trễ của vật liệu nên các vật liệu lưỡng cực vẫn giữ nguyên trạng thái. Lúc này xuất hiện Fđt hút. Các fđt này tạo nên momen từ trễ và kéo roto luôn quay với tốc độ n = n1

24

CHƯƠNG 5: ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU§5.1: ĐẶC ĐIỂM CHUNG1. Quan hệ điện từ:

U = E + Iư Rư Rư: điện trở phần ứng utecD ICM 1

2. Cấu tạo:- Stato = phần cảm = phần cực từ: + = NCVC → gọi là kích thích kiểu từ điện

+ = cuộn dây và lõi sắt → gọi là kích thích kiểu điện từ

- Roto: + phần ứng thông thường: lõi sắt phần ứng trên đó đặt dây quấn phần ứng và phiến góp tạo nên vành góp và có chỏi than tì lên nó

+ phần ứng rỗng

Roto làm bằng vật liệu dẫn từ : Al…,Trên bề mặt roto được dán các phần tử dây quấn. dây quấn này nới ra vành góp và chổi than. Trong lòng của roto có 1 khối Fe từ gọi là stato trong Ưu điểm : Nguyên lý làm việc không khác các động cơ thường dây quấn roto không đặt trong rãnh roto rất nhẹ momen quán tính nhỏ Ikđ

và Mkđ nhỏ làm việc có tính tác động rất nhanh. Không có răng rãnh không có hiện tượng bão hoà Máy điện 1 chiều làm việc luôn luôn có hiện tượng đổi chiều. Khi có răng rãnh quá trình đổi chiều xấu đi tia lửa mạnh vì vậy động cơ này đổi chiều tốt hơn do không có răng rãnh. Phần ứng nhẵn :

25

Roto là 1 lõi Fe từ. Trên bề mặt roto đặt dây quấn 2 lớp. Sau đó đúc toàn bộ trong vỏ cách điện vd : nhựa êpôcxy Ưu điểm : giống của phần trên ( không có răng rãnh , không có đổi chiều tốt hơn ) Đồng thời kéo tải cần momen quán tính lớn Dùng cho động cơ công suất nhỏ và trung bình Phần ứng đĩa mạch in :

Không có vành góp, có chổi than tì lên đĩa roto, đĩa roto tì chổi than lên dây quấn Ưu điểm : không có răng rãnh, không có vành góp , momen quán tính rất nhỏ. Loại này trong công nghiệp chế tạo hàng loạt3) Mạch khử nhiễu :Máy điện 1 chiều khi làm việc xuất hiện tia lửa ở vành góp và chổi than do I trong phần ứng là dòng xoay chiều qua cơ cấu vành góp chổi than tạo thành 1 chiều

Tần số đổi chiều f = G . nTia lửa = nguồn phát … Gây nhiễu cho thiết bị điện tử. Dùng dây bọc kim và vỏ bọc kim loại. động cơ 1 chiều đều có vỏ bọc chắn tất cả các sóng bậc cao. Dây dẫn điện 1 chiều nối các động cơ 1 chiều là các dây bọc kim. Dùng mạch lọc thông cao. :

26

-

+C1

C1

C2 C2

C1

C1

+

-

C1

L

Tụ C1 : chính là dây bọc kim Tụ C2 : là mạch lọc

§ 5.2:ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KÍCH THÍCH NỐI TIÉP1) Cấu tạo :Có cấu tạo giống động cơ 1 chiều kích thích nối tiếp thông thường Stato có dạng cực từ có dây quấn kích thích kiểu nối tiếp Máy điện 1 chiều có 2 cuộn dây kích từ , cuộn kích từ có Ikt nhỏ , Iư lớn . Iư , Ikt ,vành góp chổi than luôn có tia lửa.

It

UACIu

Dây quấn kích thích nối tiếp là dây quấn phần ứng nối tiếp với dây quấn kích thích Ikt nối tiếp lớn , số vòng dây kích thích nối tiếp ít Còn dây quấn kích thích song song có phần ứng song song dây quấn kích thích Ikt nhỏ , số vòng dây kích thích nhiều Roto là phần ứng thông thường : có vành góp , chổi than2) Nguyên lý làm việc : Giả sử là 1 chiều : Đặt U1c vào máy Ikt = Iđc = Iư , nghĩa là It = I =Iư. Cho I vào cuộn dây kích từ , trong cuộn dây xuất hiện t , trong cuộn dây phần ứng có Iư. Thanh dẫn nằm trong từ trường của kích từ lực điện từ tác động lên thanh dẫn xuất hiện Mđt Giả sử điện áp xoay chiều : Đặt U vào máy thì tạo nên It t . Nếu dòng kích từ là hình sin thì : it = Im . sint. từ thông t = m . sin(t - ) với là góc trễ It đi vào cuộn dây chạy tiếp vào phần ứng it = iu = Im . sint Dòng Iư sẽ tương tác với từ trường tạo nên momen quay Giá trị tức thời : m = CM . t . iu

= CM . m . sin(t - ) . Im . sin từ trườngCM : hằng số thời gian phụ thuộc vào kết cấu của máy Có thời điểm momen là âm ( lúc quay nhanh , lúc quay chậm ) . Thực tế momen âm rất nhỏ ( do nhỏ ) nhỏ hơn nhiều lần so với momen quán tính của động cơ

27

Vd : Trên nhãn động cơ ghi : U 150W , 220V50Hz , 4000 V/phút

Nếu cho nguồn điện 1 chiều vào thì có được không ? có được ( vì nó là cấu tạo máy 1 chiều ) , nhưng nó chạy thế nào ?

máy điện 1 chiều

máy điện xoay chiều

Z = ru + jxu

Nhưng nó sẽ chạy được chỉ vài phút là bị hỏng máy do ru nhỏ I lớn . Nên muốn động cơ hoạt động được thì ta phải tăng ru lên = cách mắc thêm vào một cuộn dây.

IuUAC

It

U=

Động cơ này phổ biến trong sinh hoạt : máy bơm , máy xay sinh tố…Máy khoan tay :

M n 0M

n

M n M = 0 thì tốc độ = Máy này không cho phép làm việc ở chế độ không tảiĐược sử dụng cho động cơ : như tàu điện , tàu hoả…

§5.3 ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU TIẾP XÚC ( không có vành góp , chổi than )

§5.4 ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU KHÔNG TIẾP XÚC1) Nguyên lý :

28

Gồm 3 bộ phận :

Động cơ,kích từ,phần ứng ( không có phiến góp , chổi than ) Cảm biến vị trí Bộ chuyển mạch

2) Sơ đồ đơn giản:Cấu tạo : Đặt số tia dây quấn 3 tia nối chung 1 đầu với nhau . Đầu còn lại của mỗi tia thì nối các cực với nhau Roto : NC cùng nằm trong 1 vỏ động cơ. Trên roto có 3 cảm biến vị trí Tại vị trí như hình vẽ : NC dẻ quạt…Tác động lên S1 . T1 mở ra cuộn 1 có

điện Fđt tác động làm NC xoay roto sensơ quay ra khỏi S1 S1 mất dữ liệu , T1 đóng . S2 có tín hiệu , T2 mở cuộn 2 có điện , Fđt làm roto xoay đến vị trí mới.

Thực tế số lượng tia nhiều hơn…

PHẦN 3 ĐỘNG CƠ CHẤP HÀNH

29

Là thiết bị biến đổi tín hiệu điện dưới dạng điện áp thành tín hiệu cơ dưới dạng tốc độ . Chế độ làm việc của động cơ chấp hành có thể là chạy hoặc thay đổi tốc độ, đảo chiều Một số yêu cầu : Đặc tính ra là tuyến tính Tác động nhanh Độ tin cậy cao , không nhiễu

CHƯƠNG 6: ĐỘNG CƠ CHẤP HÀNH KHÔNG ĐỒNG BỘ §6.1. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO 1.ĐCH không đồng bộ là 1 động cơ 2 pha Rôto lồng sóc - Stato có 2 dây quấn: • Dây quấn kích thích đặt dưới điện áp kích thích là cố

định Ut = const • Dây quấn điều khiển có điện áp biến đổi Uđk = var

- Roto: • Roto lồng sóc thông thường: làm bằng thanh dẫn nhôm hoặc đồng thau • Roto rỗng không dẫn từ: ( hình vẽ gần giống máy điện 1 chiều roto rỗng ) •Roto khối sắt từ: là 1 lõi thép không có răng rãnh , không có dây quấn , trên mặt phủ 1 lớp đồng coi như là dây quấn.

§6.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN1. Nguyên lý:

M2pha = CM Ikt Iđk sin sin : góc lệch không gian giữa 2 dây quấn kích từ và điều khiển

= 2

sin = 1

: góc pha thời gian giữa Ikt và Iđk Ut = const có Ikt = const

Mômen điện từ của ĐCH không đồng bộ M = C Iđk sinMuốn thay đổi Iđk điều kiện biên độMuốn thay đổi góc điều kiện pha

Muốn thay đổi Iđk và điều kiện biên pha2. Sơ đồ cụ thể a. Điều khiển biên độ

30

- Điều áp điều khiển tương đối = hệ số tín hiệu

Ukt

Udk

- Tốc độ tương đối: 1n

n n: tốc độ roto

n 1 : tốc độ từ trường quay

- Momen tương đối: m = Mkd

M

Mkd: momen khi n = 0 và từ trường là quay tròn

- Tỉ số biến áp: k = Wdk

Wkt

- Kết quả tính toán:

21

2

e

e m

e = k : hệ số tín hiệu có ích

Mf : đặc tính cơ

ef : đặc tính điều chỉnh

Các đặc tính là gần tuyến tính nhưng đặc tính cơ thì lại cắt nhau Đặc tính điều chỉnh: m = 0 thì nó xuất phát từ gốc toạ độ. Còn các đường khác là có m ≠ 0. Thực tế không có m = 0Tại điểm A tốc độ 0 : điện áp điều khiển khác 0Khi ee tới hạn thì động cơ bắt đầu làm việc. Nghĩa là U > Uđktớihạn b. Điều khiển pha:

31

- Là điều khiển góc lệch pha giữa dòng điện kích thích và dòng điện điều khiển hoặc giữa điện áp điều khiển và điện áp kích thích

M2pha = Ikt Iđk sin sin Điều khiển n sin

Tốc độ quay m là 1 hàm bậc nhấtCó mf const Mfn fUdkfn : góc xoay

Thể hiện đặc tính mf Các đặc tính là tuyến tính Bộ dịch pha phức tạp nên việc điều khiển động cơ đơn giản hơn ,việc điều khiển bộ dịch pha phức tạp hơnc. Điều khiển hỗn hợp- Sơ đồ tụ

KT

C

Ukt

var

Udk

- Lắp thêm 1 tụ cho mạch kích thích, ở mạch điều khiển mắc thêm 1 điện trở. Khi 1 pha mắc tụ tuỳ theo trị số cua tụ ta tạo ra được 1 từ trường tròn . Từ trường này ứng với 1 mômen , 1 tốc độ , 1 dòng nhất định . Mạch mắc như trên là thay đổi trị số I thay đổi tổng trở R điều chỉnh R ta có thể điều chỉnh trị số lẫn góc pha Phương trình đặc tính cơ của động cơ

21

sin2

m

32

Có )(mf đặc tính điều chỉnh )( fNhận xét: - Ưu điểm: sơ đồ rất đơn giản - Nhược điểm: đặc tính không được tuyến tính lắm. nhưng nếu mức độ điều khiển không cần độ chính xác cao thì chấp nhận được.Thực tế hay gặp phương pháp này

§6.3: HIỆN TƯỢNG TỰ CHẠYLà hiện tượng mà ĐCH vẫn làm việc khi không có tín hiệu điều khiển. Tự chạy do 2 nguyên nhân:1.a.Do nguyên lý làm việc: ( Nguyên nhân về thông số )Các thông số R , X của ĐCH chưa thích hợp . ĐCH là động cơ 2 pha khi nó làm việc . Khi nó có tín hiệu điều khiển Động cơ quay tức là thay đổi tốc độ . Cắt tín hiệu thì ĐCH biến thành động cơ 1 pha đã khởi động . Nghĩa là tiếp tục quay

0 s 1

Mc M2fa

s

M

M1fa

Ukt

Udk

Gọi là hiệntượng tự chạy vì thông số của ĐCH lúc bấy giờ chỉ là thông số của động cơ bình thườngb.Cách khắc phục - Khi cắt tín hiệu điều khiển điểm làm việc từ A đến điểm làm việc tại B ( Mth ≠ 0 động cơ tiếp tục quay ) . Ở máy điện không đồng bộ Mmax không phụ thuộc

vào điện trở của roto, chỉ có hệ số trượt tới hạn 21

2

xx

rsm

- Khi tăng 2r của roto ms tăng . Đường cong momen bắt đầu dịch chuyển. Điều

này áp dụng vào hình 2: khi tăng điện trở roto 2r sao cho ( bình thường ở ĐCKĐB

thì ms = 0.2 3.0 có khi 43ms thì đường Mthuận tiếp tục choãi raVậy nhận được Mtổng là M1pha- Khi cắt tín hiệu điều khiển Uđk = 0 ( hình 3 ) thì đặc tính động cơ chuyển đến làm việc tại điểm A” ( đặc tính động cơ chuyển từ 2 pha xuống 1 pha ) . Vậy momen âm tức là nó sẽ quay ngược- Biện pháp thử hiện tượng tự quay bằng cách tăng điện trở roto 2rMột số ĐCH dùng thanh dẫn bằng đồng thau2 . Do công nghệ chế tạo: A . Nguyên nhân: + Khi chế tạo động cơ thì các lá thép KTĐ cách điện với nhau . Một số lá thép do không tốt nên bị ngắn mạch tăng dòng phucô cục bộ , bản chất vật lý giống động

33

cơ có vành ngắn mạch . Tạo nên momen khởi động tuy không có tín hiệu . ( Uđk = 0 ) + Có thể 1 số vòng dây của quận điều khiển hoặc kích thích bị ngắn mạch thì hiện tượng giống như trên sinh ra 1 momen ( không có tín hiệu điều khiển , mới có điện áp kích thích động cơ tự quay + Các cuộn dây đặt không phải lệch pha 90 điện . Khi có Ukt cuộn điều khiển cũng có sức điện động tạo nên hiện tượng tự chạy ( momen quay)B . Khắc phục : nâng cao trình độ tay nghề

CHƯƠNG 7 : ĐỘNG CƠ CHẤP HÀNH 1 CHIỀU

34

§7.1. ĐẠI CƯƠNG1, Cấu tạo:- Điều chỉnh kích thích độc lập Về mặt kích từ có 2 loại: • Từ điện NCVC • Điện từ : cuộn dây + cực từ Cấu tạo giống các loại động cơ 1 chiều công suất nhỏ . Loại hiện nay thông dụng nhất là động cơ rôto rỗng không dẫn từ hoặc động cơ roto đĩa mạch in2. Cách điều khiển: utM ICM

ut IM

Thay đổi t : gọi là điều khiển cực

Thay đổi uI : gọi là điều khiển phần ứngƯu điểm : giống động cơ 1 chiều nói chung ( tốc độ làm việc rất lớn )

§7.2. ĐIỀU KHIỂN PHẦN ỨNG1.Sơ đồ:

Udk+ -

IuIu

-+ Udk

Ukt

+

-

Sơ đồ 1 : phần kích từ ( phần cảm ) : NCVC Đặt U vào phần ứngSơ đồ 2 : Cuộn dây 1 chiều đưa vào cực từ . Ukt = const , chỉ thay đổi Uđk và tốc độ . Đổi chiều quay phần ứng2. Đặc tính:

- Đơn vị tương đối: 0n

n

0n : tốc độ không tải : hệ số tín hiệu

Mkd

Mm

Có 2 cách tính : • Nếu là kích thích điện từ : Ukt

Udk

• NCVC: Udm

Udk

m

35

Nhận xét: Đặc tính tuyến tínhVới động cơ KĐB để giảm vùng không nhạy ta giảm Mqt của động cơ

§7.3. ĐIỀU KHIỂN CỰC

Điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi từ trường cực từĐiện áp đặt vào chỗ nào cố định thì gọi là U kích thíchĐiện áp đặt vào chỗ nào thay đổi thì gọi là U điều khiểnPhương trình mômen: ut IM Với điểm cực IktIdkM Thay đổi Uđk Idk dòng kích từ ( dòng điện phần ứng là dòng kích từ )

m

Nhận xét: - Đặc tính cơ tuyến tính nhưng không cắt nhau - Đặc tính điều khiển phi tuyến và đa trị - Đặc tính chỉ đơn trị khi mômen lớn nghĩa là động cơ này chỉ được sử

dụng khi mômen cản là lớnNhược điểm : Ifầnứng Iđk mà Ifầnứng = Ikíchthích nghĩa là Ukt đặt vào liên tục Gây tổn hao phần ứng lớn . Đồng thời dễ gây tia lửa ở chổi than . Nếu trong lõi sắt còn tồn tại dư , số lượng từ dư đủ lớn khi Uđk = 0 , Ukt ≠ 0 thì có 0 duktM ICM Có hiện tượng tự chạy . Trong thực tế không dùng phương pháp này

CHƯƠNG 8 : ĐỘNG CƠ BƯỚC

36

§8.1 . ĐẠI CƯƠNG- Thực chất là ĐCH đồng bộ làm việc trên nguyên lý của 1 máy điện đồng bộ.- Cấu tạo: ĐC bước giống 1 máy đồng bộ+ Phần cảm ở Rôto có dạng cực từ : là NCVC hoặc sắt từ+ Phần ứng ở Stato: gồm nhiều cuộn dây và đươc gọi là tia địên áp . Điều khiển ĐC bước thường là điện áp có dạng xung vuông.• Xung đơn cực: hoặc là xung dương hoặc là xung âm.• Xung đa cực: 1 xung dương , 1 xung âm.Dưới tác động của các xung điện áp thì Rôto của ĐC bước sẽ xoay đi 1 góc gọi là bước và kí hiệu là . Công thức tính:

=K

360

Trong đó: K = mn 1 n 2 với m là số tia

n 1 là hệ số phụ thuộc vào loại xung

n 2 là hệ số phụ thuộc cách điều khiển xungví dụ : có 4 tia m = 4Có rất nhiều kiểu cấu tạo và nguyên lý điều khiển động cơ bước . Được dùng nhiều trong robot

§8.2 . ĐỘNG CƠ BƯỚC ROTO TÁC DỤNG ( động cơ bước rôto = NCVC )- Đưa xung điện áp vào tia số 1 → Nam châm quay 1 góc 90˚.- Đưa xung điện áp vào tia số 2 → Nam châm bị hút quay 1 góc 90˚Tương tự lần lượt như vậyĐây là điều khiển đơn giản nhất : K = 4 11 1,1 21 nn

Để giảm góc xoay ta tăng số tia ( số cực ) của rotoChú ý: Phương pháp điều khiển tăng 21 n . Tiếp tục duy trì trong khi U2 bắt đầu có xung Tiếp tục tăng 22 n ...Phương pháp này áp dụng cho các loại động cơ bước roto NCVC có góc xoay ỏ là tương đối lớn ≥ vài độ

§8.3 : ĐỘNG CƠ BƯỚC ROTO PHẢN KHÁNGĐộng cơ này hoạt động dựa trên nguyên tắc từ trở nhỏ nhất giống trong động cơ đồng bộCấu tạo: - Stato có 6 cực từ , trên mặt cực từ sẻ rãnh . Có 3 cặp cuộn dây1-1’, 2-2’, 3-3’ cũng được lấy thực hiện cho các xung điện áp.

- Roto là 1 bánh xe răng bằng vật liệu sắt từ . Số răng roto được tính toán sao cho vị trí các răng ở dưới các cặp cực từ 1-1’, 2-2’, 3-3’ theo quy luật:

+ nếu như tại vị trí 1-1’ là vị trí mà số răng roto và stato đối đỉnh thì tại điểm đó vị trí của 2-2’ lệch 1/3 bước răng chậm sau . Khi đó ở cặp cực 3-3’ răng roto lệch 2/3 bước răng kiểu chậm sau

+ xung điện áp đưa vào các tia điều khiển theo từng cặp 1: 1-1’, 2-2’, 3-3’. Đưa tín hiệu vào cặp 1-1’ mạch từ làm việc như 2 cực theo nguyên lý đường từ trở nhỏ nhất thì cặp 1-1’ có các răng roto và stato đối đỉnh

37

+ đưa tín hiệu vào 2-2’: để đảm bảo đường từ trở nhỏ nhất roto xoay 1 bước răng để cặp 2-2’ đối đỉnh . Khi đó cặp 3-3’ xoay đi 1/3 bước răng + đưa tín hiệu xung vào 3-3’ thì roto tiếp tục xoay đi 1/3 bước răng để dưới cặp cực 3-3’ → từ trở là nhỏ nhất

Số đôi cực của roto p = zroto ( số răng của roto )

Bước xoay: rotozkpk

360360

Nên nếu có thể từ 1˚ cho đến vài phút ( góc xoay rất nhỏ )

CHƯƠNG 9: MÁY PHÁT TỐC§9.1: YÊU CẦU CHUNG

38

Máy phát tốc là : Biến đổi cơ dưới dạng tốc độ thành tín hiệu điện dưới dạng điện áp với yêu cầu: U = C nYêu cầu :- Đặc tính ra là tuyến tính

- Độ dốc lớn → Nâng cao tính chính xác , n

U

lớn

- Độ làm việc tin cậy , cấu tạo đơn giản- Sai số nhỏ

§9.2: MÁY PHÁT TỐC ĐỘ KHÔNG ĐỒNG BỘ1. Cấu tạo- Là 1 máy điện không đồng bộ 2 pha roto rỗngNguyên lý làm việc: giống máy 2 pha roto lồng sóc. -Stato : 2 dây quấn và lõi sắt+ Dây quấn kích thích KT : Ukt = const+ Dây quấn phát F: = /2Số rãnh của 2 dây quấn này là bằng nhau ( số vòng dây có thể khác )- Roto là roto lồng sóc ( thông thường có lõi sắt ) → làm cho mômen quán tính lớn → ảnh hưởng đến cơ cấu đo- Roto rỗng không dẫn từ : giống động cơ chấp hành không đồng bộ2. Nguyên lý Đặt Uxc vào cuộn KT → tạo Φkt . Φkt biến thiên với tần sồ ( giống động cơ không đồng bộ 1 pha ) . Φ kt này quét qua thanh dẫn roto và cảm ứng nên các sđđ . Sđđ này là kiểu biến áp Eba tỉ lệ với ệkt và số vòng dây ktw :

ktktba wf → Iba . Iba tạo nên từ thông Φba . Φba chống lại từ thông Φkt ( xác định chiều Φba bằng qui tắc vặn nút chai )Theo phương dọc trục ta có: baktd Từ thông xuyên qua vòng dây mới sinh ra sđđ . Khi 2 cuộn dây đặt vuông góc với nhau thì không có từ thông móc vòng Φd sinh ra sđđ Eq : lv nd

Eq nd Φd = const

Φd không phụ thuộc tốc độ . Eq = n f1 → Iq Iq ≡ n → sinh ra Φq ( dùng qui tắc vặn nút chai xác định chiều của ệq tức từ thông ngang trục ) . Φq biến đổi với tần số f cảm ứng sinh ra sđđ ở cuộn ứng F là Era Era ≡ Φq ≡ Iq ≡ Eq ≡ nDo đó nhận được Era = C n Thực tế đường đặc tính này sẽ có sai số3. Sai số - Do công nghệ chế tạo: đòi hỏi θ = Π/2 . Thực tế thì θ ≠ Π/2 . Do đó khi roto chưa quay n = 0 thì có sđđ ở cuộn F là Erao hoặc sẽ tạo khe hở không khí không tròn . Chiều dày roto không đều nên từ trở ở khe hở không khí không đều → từ trường elip → tạo ra sđđ Erao Nối dây quấn KT và dây quấn F theo kiểu cầu :

39

R và tụ C được điều chỉnh khi nhận được Erao = 0 Đặt cuộn KT và F ở 2 stato khấc nhau ( stato trong và stato ngoài ) : Dùng phương pháp chỉnh điện áp ra = 0 như đối với động cơ chấp hành ( VD: Cuộn kích từ đặt ở stato ở ngoài F ở stato trong.... ) Do tại F nối Vnút có Z = ∞. Thực tế thì Z ≠ ∞ → IF tạo ra từ thông ΦF làm biến đổi từ thông Φq làm Φq biến đổi sinh ra Era biến đổi nCKhắc phục : phòng chống cấu tạo có dòng từ trở lớn . Lấy Era khi có tải tỉ lệ nghịch với tốc độ quay . Era ≡ 1/ n . Do đó để Era ổn định thì phải tăng tần số nguồn → Nguồn làm việc với tần số f = 400Hz tăng lên

§ 9.3: MÁY PHÁTTỐC ĐỘ MỘT CHIỀU-Cấu tạo : giống động cơ chấp hành 1 chiều loại roto rỗng hoặc roto hình đĩa mạch in- Nguyên lý làm việc : Quay roto làm khung dây kích từ NCVC cảm ứng các sđđ te nCE Φt = const → E = C nGiống máy phát đồng bộ khi nối với tải thi Ura ≠ Eo → có sai số

IF

U

Rt

UF

Có sai số:+ Máy phát tốc 1 chiêù do khi có tải Iư ≠ 0 → tạo nên Φư . Φư chống lại Φt làm Φt biến đổi → Φt ≠ const+ E nC . Mặt khác Iư * Rư cũng tạo nên điện áp với ∆U = Iư * Rư → U ≠ F+ Do có ∆U trên chổi than ( trên chổi than luôn có điện áp rơi ) → U ≠ Eo+ Sai số do nhiệt : khi nhiệt độ tăng thì R tăng . Cụ thể Rkt trong đó Ukt = const nên Ikt giảm → Φkt giảm → E nC . Nên phải bù nhiệt độMạch từ bù được làm = vật liệu mà từ trở tăng lên khi nhiệt độ tăng lên bt t sinh ra E

Khi nhiệt độ tăng do It giảm nên Φ giảm . Đồng thời ệb giảm nên t = const → Đây là phương pháp bù nhiệt độ

CHƯƠNG10: XENXINLà hệ thống liên lạc đồng bộ làm nhiệm vụ truyền đạt tín hiệu là góc xoay đi 1 khoảng cách khá xa của những thiết bị mà không liên hệ với nhau về cơ khí

40

§10.1: CẤU TẠOCấu tạo xenxin giống 1 máy điện không đồng bộ roto dây quấn gồm 2 phần :

- Stato : lõi sắt trên đó đặt dây quấn 3 tia ( giống dây quấn 3 pha ) nghĩa là đặt lệch nhau trong không gian 120˚ điện . Dây quấn này được gọi là dây quấn đồng bộ

- Roto : có lõi sắt dạng cực từ và dây quấn kích thích kiểu tập trung . Để nối điện với roto ta phải dùng 2 vành trượt và 2 chổi

Sơ đồ điện của 1 xenxin1 máy phát có 1 xenxin phát XF và ít nhất 1 máy thu XT Xenxin có thể làm việc ở 2 chế độ : + chế độ chỉ thị + chê độ biến áp

§10.2: CHẾ ĐỘ CHỈ THỊ1.Sơ đồ:Trục của từ trường kích thích trùng với trục dây quấn của tia 1 . Đặt Uxc vào cuộn kích từ → tạo nên từ trường đập mạch Φđm với tần số f . Φđm cảm ứng ra các sdd biến áp ở các tia đồng bộ XT và XFCác sdd thứ cấp ở cuộn đồng bộ là trùng pha về thời gian và trị số phụ thuộc vào góc lệch của tia dây quấn với trục từ trướng kích từ do Φ quét cả 3 tia nên 3 tia không lệch pha nhau về thời gian .( tia nào trùng trục thì sdd lớn nhất )- Ở XF FFmF EE cos1

)120cos(1 FFmF EE )240cos(1 FFmF EE

KTdqDBDBFm kwfE 44,4

- Tương tự ở XT: TTmT EE cos1

)120cos(1 TTmT EE )240cos(1 TTmT EE Như hình vẽ TF

TiFi EE

Xoay rôto của XF đi 1 góc F và giữ roto lại thì sdd cảm ứng sẽ khác đi vì TF

. Bây giờ TiFi EE nghĩa là tại điểm 1-1 , 2-2 , 3-3 có TiFi ECác điểm chênh lệch điện áp xuất hiện dòng cân bằng. dòng cân bằng ở 2 máy là khác nhau :

DB

cb

2

Icb tương tác từ thông kích từ tạo nên mômen điện từ . Mômen có xu hướng kéo roto về vị trí ban đầu F → 0

ở XT mômen kéo roto xoay roto sao cho → F . Vì roto trong XF biến dạng nên roto XT xoay đi 1 góc bằng roto XF . Vậy đã truyền được 1 chuyển dịch góc đi 1 khoảng cách khá xa từ XF đến XT.Thực tế thì TF tức là có sai số

41

Khi TF → TiFi EE ''

TiFi EE "" Và hệ thống lại ổn định ở vị trí cân bằng mới . Nếu roto kích thích là 4 cực thì góc θ xoay đi 1 góc là 1 đôi cực nữa . Do đó để cống lại sai số thì xenxin bao giờ cũng có điện áp rơi trên đường dây.Có thể 1 XF làm việc với nhiều XT thì I ở XT sẽ nhỏ đi . Do đó lực điện từ sinh ra cũng khác

§10.3 CHẾ ĐỘ BIẾN ÁPMômen cản trên trục XT quá lớn thì dùng biện pháp gián tiếp để xoay roto khi đó dùng xenxin ở chế độ biến ápCuộn kích từ của XT gọi là cuộn phát . Đặt điện áp xoay chiều vào cuộn kích từ của XF → cảm ứng ra các sdd ở các tia . Vì 2 cuộn đồng bộ nối với nhau ở XT không có sdd nên có I chạy từ XF → XT nên có Icb

DB

Ficb

2

I đi vào các tia tạo nên các sdd . Các Icb đi trong cuộn đồng bộ của XT → sinh ra

stđ → sinh ra từ thông tổng . Tuỳ theo giá trị của sinh ra . tạo với trục

của cuộn phát 1 góc θPhân tích t thành 2 thành phần dọc trục và ngang trục

tqtdt

cos ttd

Φtd biến đổi với tần số f móc vòng với dây quấn phát , Φtd coi như từ thông sơ cấp của biến áp tạo sdd Era ở cuộn phát.→ cos ttdra . Era được khuếch đại đưa vào cuộn dây điều khiển củađộng cơ chấp hành . Có điện áp điều khiển → roto động cơ chấp hành xoay . Nghĩa là roto của XT xoay cho đến khi Era = 0 → cosθ = 0 → θ = 90˚ . Xoay roto XF 1 góc F → Fi thay đổi , t thay đổi → θ thay đổi → Era thay đổi → động cơ

chấp hành xoay 90F . Vậy hệ thống XF,XT vẫn làm nhiệm vụ chuyển góc đi 1 khoảng cách xa nhưng phải dùng 1 cơ cấu trung gian để tạo nên mômen xoay lớnThực tế ta có 90F → có sai số . Cách khử sai số giống trường hợp trên

§10.4 MANHÊXIN

42

A

BC

~U

CB

A 1

2N

S S

N

1 2

Cấu tạo : NCVC bằng vật liệu từ mềm ( pecmalôi ) ( độ dẫn từ dễ biến đổi )Lõi sắt trên đó có dây quấn hình xuyến , dây quấn được nối với nguồn kích từ và lấy ra ở 3 điểm cách đều nhau 120˚ . Roto bằng 1 NCVC 2 cực . Giữa XF và XT không nối trục

Đặt Uxc vào dây quấn → xuất hiện Φxc trong cuộn dây và lõi thép . Từ thông này từ hoá lõi sắt và làm cho từ trở của lõi sắt dễ biến đổi theo mức độ từ hóa hình a: biểu diễn Φ đi vào trong lõi thép có 2 cực đại là max dương và max âm →

độ dẫn từ của lõi sắt biến đổi theo mức độ từ hóa . Khi max thì độ dẫn từ là min và ngược lại . Khi θ = 0 thì độ dẫn từ maxhình b: biểu diễn độ dẫn từ . Trong 1 chu kì biến đổi của từ thông thì độ dẫn từ biến đổi 2 lần . Φxc chỉ khép kín mạch trong lõi sắt .Trong lõi sắt tồn tại XCNC 2 thì độ dẫn từ của lõi sắt stato biến đổi 2 lần

trong 1 chu kì nên 2 cũng biến đổi 2 chu kì so với KT ( 2 do từ thông 1 chiều

sinh ra ) . 2 phụ thuộc vào vị trí của roto so với vị trí các đoạn dây 1-2 , 2-3 , 3-1

Ở đoạn dây ngoài sdd bậc 1 do KT xc tạo nên còn có sdd 2 do 2 cản ứng tạo

nên . Các sdd này biến đổi với tần số bằng 2f . 2 phụ thuộc vào vị trí của roto .

Như vị trí của roto trên hình vẽ thì tại 1 , 2 , 3 thì các sdd 2 là bằng nhau . Khi xoay

roto XF đi 1 góc thì xuất hiện i2 khác nhau → tạo nên dòng cân bằng → tạo nên lực điện từ . Cách làm việc giống xenxin ở chế độ chỉ thị . Lực từ làm roto XT xoay đi 1 góc TF

§10.5: XENXIN KHÔNG TIẾP XÚCLàm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ như xenxin thông thường . Nghĩa là tạo ra hiện tượng điện từ ở các cuộn dây đồng bộ giống ở xenxin thường : sdd luôn luôn phụ thuộcvào vị trí của roto

Trong vỏ có các mạch từStato: trên lõi sắt đặt dây quấn đồng bộ 3 tia . Hai đầu máy có 2 mạch từ hình

xuyến . Bên cạnh mạch từ hình xuyến có 2 cuộn dây kích từ quấn tập trung hình ống

Roto: là 1 lõi sắt từ không liên tục các lá thép được ngăn cách bằng vật liệu không dẫn từ

43

Cho U vào dây kích từ . Giả sử chiều dòng điện như hình vẽ thì tạo nên Φ qua các mạch từ hinh xuyến ( do đi ra ngoài khó ) → rời đến mạch từ hình chữ I ( khép mạch từ N→S ) → đi qua mạch từ hình xuyến và đi vào roto → đi sang lõi sắt . Sau đó đi vòng quanh lõi sắt rồi lại đi đến C và quay về A để khép kín mạch

Φxc do cuộn kích từ tạo ra đã móc vòng với cuộn dây phần ứng . Do cấu tạo của roto nên vị trí của Φ móc vòng phụ thuộc vị trí của roto

Vậy KT móc vòng với dây quấn đồng bộ phụ thuộc vào vị trí roto → nguyên lý của máy này giống như nguyên lý của các xenxin khác

Ưu điểm xenxin : do không có tiếp xúc → độ tin cậy lớn hơn nhiềuNhược điểm : vì Φ đi qua 4 lần khe hở ( gấp đôi máy bình thường ) nên có từ trở

gấp đôi tạo nên sdd → cuộn dây kích từ phải lớn ( I phải lớn ) → kích thước của xenxin không tiếp xúc lớn . Chế tạo phức tạp , giá thành cao

44

CHƯƠNG 11: MÁY BIẾN ÁP XOAY§11.1: KHÁI NIỆM CHUNG

Cho tín hiệu vào ở dạng góc xoay thì tín hiệu ra ở dạng điện áp : U = f( θ ) → có thể là 1 hàm lượng giác , 1 hàm tuyến tínhĐể đảm bảo quan hệ điện áp ra theo yêu cầu thì dùng dây quấn của máy biến áp xoay có cấu tao đặc biệt- Cấu tạo:

Stato : là lõi sắt kĩ thuật điện và 2 dây quấn lệch pha 90˚ điện . Một dây quấn là dây quấn kích thích , 1 dây quấn là dây quấn bù

Roto cũng vậy . Nhưng 1 dây quấn gọi là dây quấn cos CC , 1 dây quấn gọi là dây quấn sin SS . Thường số rãnh của câc dây quấn trên stato là như nhau và trên roto cũng thế

2

STATOBKT

ZZ

2ROTO

SSCC

ZZZ

Nhưng STATO có thể bằng hoạc khác ROTOCác dây quấn này được thiết kế có dạng hình sin để đảm bảo Φ trong khe hở

không khí là hình sinỞ dây quấn thông thường các bối dây của các loại dây quấn ( bù, kích từ,....) đặt

trong 1 rãnh thì số vòng dây là như nhau , nhưng dây quấn hình sin số vòng dây trong 1 rãnh là hàm hình sin của vị trí không gian trong khe hở . Ở trong 1 rãnh của dây quấn hình sin thì :

sinmax i

: góc của rãnh trong từ trường ở khe hở

§11.2 MÁY BIẾN ÁP XOAY SIN-COS1. Máy biến áp xoay sinUxc , f → được đưa vào cuộn kích từ sinh ra từ thông Φkt và từ thông này cảm ứng sa sđđ Eso . sin smso

ktdqsm kwf 1144,4

kt

s

kt

s

stato

roto

U

U

w

w

w

w

12

1

sin ktso Uk với Ukt = constKhi có tải Is → Es ≈ Us ( điều áp lúc có tải )

2cos1

sin

s

kts A

Uk

As: hệ số tính toán phụ thuộc vào kết cấu của máyEs ≠ Eso = hàm ( sinθ ) vì vậy làm phát sinh sai số2. Máy biến áp xoay sin- cos

45

Tương tự như ở dây quấn cosCC : Ecos = cos ktUk

Khi máy có tải Zc :

2sin1

cos

c

ktc

A

Uk

Nguyên nhân gây sai số: do Zs và Zc ≠ ∞ , Is và Ic ≠ 0Khi Is đi vào dây quấn SS sẽ sinh ra Φs sqsds Khi Ic đi vào dây quấn SS sẽ sinh ra Φc cqcdc Ở trục dọc dây dẫn Φkt và Φsd + ΦcdCuộn sơ cấp Φ1 = ΦktCuộn thứ cấp Φ2 = Φsd + ΦcdMáy biến áp có phương trình cân bằng: )( 201 III Ở cuộn kích thích sẽ tăng Ikt tạo bù với d Φd = Φsd + Φcd ( Như máy biến áp thông thường ) Còn thành phần ngang trục thì Φq = Φsq + Φcq không được bù → tạo nên sai sốKhắc phục sai số: + chọn Zc = Zs : phương pháp này là phương pháp bù thứ cấp ( phương pháp này chỉ đúng với 1 trị số dòng tải )

Ukt

kt

B

+ bù sơ cấp : nối đất cuộn bù khi tải biến đổi làm góc ỏ cũng biến đổi sinh ra Φq ( sơ cấp biến áp ) . Từ thông này móc vòng với dây quấn bù B cảm ứng sđđ bù E B →

IB → ΦB khử ΦqBiến áp xoay sin- cos bù toàn phần ( hình trên)

§11.3 : BIẾN ÁP XOAY TOẠ ĐỘ ( BIẾN ÁP XOAY DỰNG HÌNH)Đặt Ukt vào cuộn kích từ xuất hiện Ekt = Ukt = ktdqkwf 1144,4

11 wC

U ktkt

11 44,4 dqkfC

46

Đối với cuộn bù : Đặt UB → tạo nên 11 wCUΦkt + ΦB → Φstato . Từ thông s ở stato biến đổi với tần số f và có trục tạo 1 góc θ

so với trục cuộn SS. Về mặt trị số: 22kts

Φs cảm ứng ở các dây quấn cos-cos và sin-sinỞ cuộn cos-cos : cos44,4 22 sdqcs kwf

cos22 swC

Khi θ ≠ 90˚ → Ec ≠ 0 → Uđk ≠ 0 → Roto động cơ chấp hành xoay → Roto biến áp xoay cho đến khi Ec = 0 → θ = 90˚ở cuộn sin-sin có Φs → sin44,4 22 sdqs kwf

Khi θ = 90˚ ta có sdqs kwf 2244,4max

Thay giá trị 2

11

2

11

)()(wc

U

wC

U Bkts

Hoặc

Ura là cạnh huyền của 1 tam giác vuông Gọi là MBA xoay chuyển toạ độ.

CHƯƠNG 12 MÁY BIẾN ÁP NHỎ1) Đặc điểm kết cấu :Lõi Fe E - I hoặc U – I2) MBA kiểu đôi số fa

47

3 fa 6 fa 12 fa : cung cấp cho các bộ chỉnh lưu công suất lớn ( chỉnh lưu thuỷ ngân ) . Số fa càng nhiều thì sóng chỉnh lưu ra càng bằng phẳng .

48