Tiểu luận Động cơ và cơ sở truyền động điện

Hệ truyền động điện là một tập hợp gồm nhiều thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện tử, phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện – cơ cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó. Cấu trúc chung của hệ truyền động điện gồm 2 phần chính: Phần lực: phần lực là bộ phận biến đổi và động cơ truyền động. Các bộ biến đổi thường dùng là bộ biến đổi máy điện, bộ biến đổi từ, bộ biến đổi điện tử. Động cơ điện có các loại: động cơ một chiều, động cơ xoay chiều, động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ, các loại động cơ đặc biệt khác Phần điều khiển: bao gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh truyền động và công nghệ. Ngoài ra còn các thiết bị điều khiển, đóng cắt phục vụ công nghệ và cho người vận hành. Ngoài ra, còn có một số hệ truyền động điện có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác trong một dây truyền sản xuất. VÒ cÊu tróc, mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn (T§§) nãi chung bao gåm c¸c kh©u: 1. BBĐ: Bộ biến đổi, dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành một chiều hoặc ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng hoặc ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số. Các bộ biến đổi thường dùng là máy phát điện, hệ máy phát - động cơ (hệ F-Đ), các chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển, các bộ biến tần. 2. Đ: Động cơ điện, dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành điện năng (khi hãm điện).

docx31 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Ngày: 18/05/2013 | Lượt xem: 1738 | Lượt tải: 7download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tiểu luận Động cơ và cơ sở truyền động điện, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC CHƯƠNG I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN I.1 Cấu trúc chung và phân loại I.1.1 Cấu trúc chung Hệ truyền động điện là một tập hợp gồm nhiều thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện tử, phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện – cơ cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó. Cấu trúc chung của hệ truyền động điện gồm 2 phần chính: Phần lực: phần lực là bộ phận biến đổi và động cơ truyền động. Các bộ biến đổi thường dùng là bộ biến đổi máy điện, bộ biến đổi từ, bộ biến đổi điện tử. Động cơ điện có các loại: động cơ một chiều, động cơ xoay chiều, động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ, các loại động cơ đặc biệt khác… Phần điều khiển: bao gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh truyền động và công nghệ. Ngoài ra còn các thiết bị điều khiển, đóng cắt phục vụ công nghệ và cho người vận hành. Ngoài ra, còn có một số hệ truyền động điện có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác trong một dây truyền sản xuất. VÒ cÊu tróc, mét hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn (T§§) nãi chung bao gåm c¸c kh©u: 1. BBĐ: Bộ biến đổi, dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành một chiều hoặc ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng hoặc ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số... Các bộ biến đổi thường dùng là máy phát điện, hệ máy phát - động cơ (hệ F-Đ), các chỉnh lưu không điều khiển và có điều khiển, các bộ biến tần... 2. Đ: Động cơ điện, dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành điện năng (khi hãm điện). Các động cơ điện thường dùng là: động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha rôto dây quấn hay lồng sóc; động cơ điện một chiều kích từ song song, nối tiếp hay kích từ bằng nam châm vĩnh cữu; động cơ xoay chiều đồng bộ... 3. TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động cơ điện đến cơ cấu sản xuất hoặc dùng để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc) hoặc làm phù hợp về tốc độ, mômen, lực. Để truyền lực, có thể dùng các bánh răng, thanh răng, trục vít, xích, đai truyền, các bộ ly hợp cơ hoặc điện từ... 4. CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cơ cấu làm việc, thực hiện các thao tác sản xuất và công nghệ (gia công chi tiết, nâng - hạ tải trọng, dịch chuyển...). 5. ĐK: Khối điều khiển, là các thiết bị dùng để điều khiển bộ biến đổi BBĐ, động cơ điện Đ, cơ cấu truyền lực. Khối điều khiển bao gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt có tiếp điểm (các rơle, công tắc tơ) hay không có tiếp điểm (điện tử, bán dẫn). Một số hệ truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ) khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác như máy tính điều khiển, các bộ vi xử lý, PLC... Các thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dùng để lấy các tín hiệu phản hồi có thể là các loại đồng hồ đo, các cảm biến từ, cơ, quang... I.1.2 Phân loại Tuy nhiên trong thực tế, không phải hệ truyền động nào cũng có đầy đủ cấu trúc như đã trình bày trên. Cho nên có thể phân loại hệ truyền động điện như sau: a) Theo đặc điểm của động cơ điện: - Truyền động điện một chiều: Dùng động cơ điện một chiều. Truyền động điện một chiều sử dụng cho các máy có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ và mômen, nó có chất lượng điều chỉnh tốt. Tuy nhiên, động cơ điện một chiều có cấu tạo phức tạp và giá thành cao, hơn nữa nó đòi hỏi phải có bộ nguồn một chiều, do đó trong những trường hợp không có yêu cầu cao về điều chỉnh, người ta thường chọn động cơ không đồng bộ (KĐB) để thay thế. - Truyền động điện không đồng bộ: Dùng động cơ điện xoay chiều không đồng bộ. Động cơ không đồng bộ ba pha có ưu điểm là có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha. Tuy nhiên, trước đây các hệ truyền động động cơ không đồng bộ lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ do việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ có khó khăn hơn động cơ điện một chiều. Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp chế tạo các thiết bị bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, truyền động không đồng bộ phát triển mạnh mẽ và được khai thác các ưu điểm của mình, đặc biệt là các hệ có điều khiển tần số. Những hệ này đã đạt được chất lượng điều chỉnh cao, tương đương với hệ truyền động một chiều. - Truyền động điện đồng bộ: Dùng động cơ điện xoay chiều đồng bộ ba pha. Động cơ điện đồng bộ ba pha trước đây thường dùng cho loại truyền động không điều chỉnh tốc độ, công suất lớn hàng trăm KW đến hàng MW (các máy nén khí, quạt gió, bơm nước, máy nghiền.v.v..). Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, động cơ đồng bộ được nghiên cứu ứng dụng nhiều trong công nghiệp, ở mọi loại giải công suất từ vài trăm W (cho cơ cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, cơ cấu chuyển động của tay máy, người máy) đến hàng MW (cho các truyền động máy cán, kéo tàu tốc độ cao...).... b) Theo tính năng điều chỉnh: - Truyền động không điều chỉnh: Động cơ chỉ quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định. - Truyền có điều chỉnh: Trong loại này, tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà ta có truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền động điều chỉnh mômen, lực kéo và truyền động điều chỉnh vị trí. c) Theo thiết bị biến đổi: - Hệ máy phát - động cơ (F-Đ): Động cơ điện một chiều được cấp điện từ một máy phát điện một chiều (bộ biến đổi máy điện). Thuộc hệ này có hệ máy điện khuếch đại - động cơ (MĐKĐ - Đ), đó là hệ có BBĐ là máy điện khuếch đại từ trường ngang. - Hệ chỉnh lưu - động cơ (CL - Đ): Động cơ một chiều được cấp điện từ một bộ chỉnh lưu (BCL). Chỉnh lưu có thể không điều khiển (Điôt) hay có điều khiển (Thyristor)... d) Một số cách phân loại khác: Ngoài các cách phân loại trên, còn có một số cách phân loại khác như truyền động đảo chiều và không đảo chiều, truyền động đơn (nếu dùng một động cơ) và truyền động nhiều động cơ (nếu dùng nhiều động cơ để phối hợp truyền động cho một cơ cấu công tác), truyền động quay và truyền động thẳng,... I.2 Khái niệm chung về đặc tính cơ của động cơ điện Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động cơ: ω = f(M). Đặc tính cơ của động cơ điện chia ra đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo. Dạng đặc tính cơ của mỗi loại động cơ khác nhau thì khác nhau. Đặc tính cơ tự nhiên: Đó là quan hệ ω = f(M) của động cơ điện khi các thông số như điện áp, dòng điện... của động cơ là định mức theo thông số đã được thiết kế chế tạo và mạch điện của động cơ không nối thêm điện trở, điện kháng... Như vậy mỗi động cơ chỉ có một đặc tính cơ tự nhiên. Đặc tính cơ nhân tạo: Đó là quan hệ ω = f(M) của động cơ điện khi các thông số điện không đúng định mức hoặc khi mạch điện có nối thêm điện trở, điện kháng... hoặc có sự thay đổi mạch nối. Mỗi động cơ có thể có nhiều đặc tính cơ nhân tạo. Ngoài đặc tính cơ, đối với động cơ điện một chiều người ta còn sử dụng đặc tính cơ điện. Đặc tính cơ điện biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và dòng điện trong mạch động cơ: ω = f(I) hay n = f(I). Trong hệ truyền động điện bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện - cơ. Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của động cơ điện. Người ta định nghĩa như sau: Dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương nếu như nó có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ Pcơ = M.ω cấp cho máy sản xuất (sau khi đã có tổn thất ΔP). Tuỳ thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta có trạng thái làm việc của động cơ gồm: Trạng thái động cơ và trạng thái hãm. Để đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm độ cứng đặc tính cơ β và được tính: β=ΔMΔω Nếu |β| bé thì đặc tính cơ là mềm (|β | < 10). Nếu |β| lớn thì đặc tính cơ là cứng (|β | = 10 ÷ 100). Khi | β | = ∞ thì đặc tính cơ là nằm ngang và tuyệt đối cứng. Đặc tính cơ có độ cứng β càng lớn thì tốc độ càng ít bị thay đổi khi mômen thay đổi. Ở hình vẽ dưới, đường đặc tính cơ 1 cứng hơn đường đặc tính cơ 2 nên với cùng một biến động ΔM thì đặc tính cơ 1 có độ thay đổi tốc độ Δω1 nhỏ hơn độ thay đổi tốc độ Δω2 cho bởi đặc tính cơ 2. I.3 Đặc tính cơ của máy sản xuất Đặc tính cơ biểu thị mối quan hệ giữa tốc độ quay và mômen quay: ω = f(M) hoặc n = F(M) Trong đó: ω - Tốc độ góc (rad/s). n - Tốc độ quay (vg/ph). M - Mômen (N.m). Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen cản của máy sản xuất: Mc = f(ω). Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng được biếu diễn dưới dạng biểu thức tổng quát: Mc=Mco+(Mđm- Mco)(ωωđm)q Trong đó: Mc là mômen ứng với tốc độ ω Mco là mômen ứng với tốc độ ω = 0. Mđm là mômen ứng với tốc độ định mức ωđm Các dạng đặc tính cơ của máy sản xuất: 1: Đặc tính cơ ứng với q = -1. 2: Đặc tính cơ ứng với q = 0. 3: Đặc tính cơ ứng với q = 1. 4: Đặc tính cơ ứng với q = 2. Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính thế năng. Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính phản kháng. Dạng đặc tính cơ của một số máy sản xuất q = -1: mômen tỉ lệ nghịch với tốc độ, các cơ cấu dịch chuyển, cơ cấu ly tâm, cơ cấu dịch chuyển, máy cuộn… q = 1: mômen tỉ lệ thuận với tốc độ, thực tế ít gặp. Ví dụ máy phát một chiều tải thuần trở. q = 2: mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ là đặc tính của các máy bơm, quạt gió. I.4 Các trạng thái làm việc của hệ truyền động điện Trong hệ truyền động điện tự động bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hoặc ngược lại. Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của hệ truyền động điện. Có thể lập bảng sau: Thứ tự Biểu đồ công suất Pđiện Pcơ ΔP Trạng thái làm việc 1 0 = 0 = Pđiện Động cơ không tải 2 0 0 = Pđ – Pc Động cơ có tải 3 = 0 < 0 = | Pcơ | Hãm không tải 4 < 0 < 0 = | Pc – Pđ | Hãm tái sinh 5 >0 < 0 = | Pc + Pđ | Hãm ngược 6 = 0 < 0 = | Pcơ | Hãm động năng Ở trạng thái động cơ: Ta coi dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương nếu như nó có chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ: Pcơ = M.ω cấp cho máy sản xuất và được tiêu thụ tại cơ cấu công tác của máy. Công suất cơ này có giá trị dương nếu như mômen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc độ quay. Ở trạng thái máy phát: thì ngược lại, khi hệ truyền động làm việc, trong một điều kiện nào đó cơ cấu công tác của máy sản xuất có thể tạo ra cơ năng do động năng hoặc thế năng tích lũy trong hệ đủ lớn, cơ năng đó được truyền về trục động cơ, động cơ tiếp nhận năng lượng này và làm việc như một máy phát điện. Công suất điện có giá trị âm nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và mômen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay. Mômen của máy sản xuất được gọi là mômen phụ tải hay mômen cản. Nó cũng được định nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với dấu mômen của động cơ. Phương trình cân bằng công suất của hệ TĐĐ là: Pđ = Pc + ΔP Trong đó: Pđ là công suất điện; Pc là công suất cơ; ΔP là tổn thất công suất. - Trạng thái động cơ gồm: chế độ có tải và chế độ không tải. Trạng thái động cơ phân bố ở góc phần tư thứ I, III của mặt phẳng ω(M). - Trạng thái hãm có: Hãm không tải, Hãm tái sinh, Hãm ngược và Hãm động năng. Trạng thái hãm ở góc II, IV của mặt phẳng ω(M). - Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành điện năng trả về lưới. - Hãm ngược: Pđiện > 0 , Pcơ < 0, điện năng và cơ năng chuyển thành tổn thất ΔP. - Hãm động năng: Pđiện = 0, P= < 0, cơ năng biến thành công suất tổn thất ΔP I.5 Tính đổi các đại lượng cơ học I.5.1 Mômen và lực quy đổi Quan niệm về sự tính đổi như việc dời điểm đặt từ trục này về trục khác của mômen hay lực có xét đến tổn thất ma sát ở trong bộ truyền lực. Thường quy đổi mômen cản Mc, (hay lực cản Fc) của bộ phận làm việc về trục động cơ. + Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ của hệ TĐĐ: - Khi năng lượng truyền từ động cơ đến máy sản xuất: Ptr = Pc + ΔP Trong đó: Ptr là công suất trên trục động cơ, Ptr = Mcqđ.ω, (Mcqđ và ω - mômen cản tĩnh quy đổi và tốc độ góc trên trục động cơ). Pc là công suất của máy sản xuất, Pc = Mlv.ωlv , (Mlv và ωlv - mômen cản và tốc độ góc trên trục làm việc). ΔP là tổn thất trong các khâu cơ khí. Nếu tính theo hiệu suất hộp tốc độ đối với chuyển động quay: Ptr= Pcηi= Mlv.ωlvηi= Mcqđ.ω Rút ra: Mcqđ= Mlv.ωlvηi.ω= Mlvηi.i Trong đó: ηi là hiệu suất của hộp tốc độ i= ωωlv là tỷ số truyền của hộp tốc độ. Nếu chuyển động tịnh tiến thì lực quy đổi: Mcqđ= Flvη.ρ Trong đó: η = ηi.ηt là hiệu suất bộ truyền lực ηt là hiệu suất của tang trống. ρ=ωvlv là tỉ số quy đổi Khi năng lượng truyền từ máy sản xuất tới động cơ : Ptr = Pc – ΔP I.5.2 Quy đổi môment quán tính và khối lượng quán tính Điều kiện quy đổi: bảo toàn động năng tích luỹ trong hệ thống: W= 1nWi Chuyển động quay : W=J.ω22 Chuyển động tịnh tiến  : W=m.v22 Nếu sử dụng sơ đồ tính toán phần cơ dạng đơn khối, và áp dụng các điều kiện trên ta có: Trong đó: Jqđ - mômen quán tính quy đổi về trục động cơ. ωĐ - tốc độ góc trên trục động cơ. JĐ - mômen quán tính của động cơ. Ji - mômen quán tính của bánh răng thứ i. mj - khối lượng quán tính của tải trọng thứ j. ii = ω/ωi - tỉ số truyền tốc độ từ trục thứ i. ρ = ω /vj - tỉ số quy đổi vận tốc của tải trọng. I.6 Điều kiện ổn định của hệ truyền động điện Ta có phương trình momen động học của hệ truyền động điện là Mđg= M-Mc=J.dωdt Khi Mđg = 0 thì M = MC do đó dω/dt = 0. Hệ làm việc xác lập hay hệ làm việc ổn định. Điểm làm việc xác lập là giao điểm của đặc tính cơ của động cơ điện ω(M) với đặc tính cơ của máy sản suất ω(Mc). Tuy nhiên không phải bất kỳ giao điểm nào của hai đặc tính cơ trên cũng là điểm làm việc xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định, người ta gọi là ổn định tĩnh hay sự làm việc phù hợp giữa động cơ với tải. Để xác định điểm làm việc, dựa vào phương trình động học: J.ddt= ∂M∂ωx- ∂Mc∂ωx.ω- ωx Người ta đã xác định được điều kiện xác lập ổn định là ∂M∂ωx- ∂Mc∂ωx<0 Hay β – βc < 0 CHƯƠNG II. ĐỘNG CƠ ĐIỆN II.1 Khái niệm và cấu tạo chung Động cơ điện là thiết bị biến đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Ngày nay, động cơ điện có mặt ở hầu hết mọi nơi và được sử dụng rộng rãi. Như máy hút bụi, máy giặt, quạt điện, máy bơm nước…. Xét về cấu tạo chung, động cơ điện bao gồm hai thành phần chính: Phần đứng yên gọi là stator có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc là các cuộn dây Phần chuyển động hay gọi là rotor có thể là lõi sắt từ, các cuộn dây hoặc nam châm vĩnh cửu Tùy theo các loại động cơ khác nhau mà có thêm các bộ phận khác nhau như vành khuyên, chổi góp… Khi cuộn dây trên rotor và stator được nối với nguồn điện, xung quanh nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay của rotor quanh trục hay 1 mômen. II.2 Nguyên lý hoạt động chung của động cơ điện Phần lớn các động cơ điện họat động theo nguyên lý điện từ. Nguyên lý cơ bản đó là có một lực cơ học trên một cuộn dây có dòng điện chạy qua nằm trong một từ trường. Lực này theo mô tả của định luật lực Lorentz và vuông góc với cuộn dây và cả với từ trường. Như vậy, ta có sơ đồ chuyển đổi từ năng lượng điện thành cơ năng như sau: Năng lượng điện -> Từ trường -> Cơ năng. Công thức liên hệ giữa mật độ từ thông B và từ trường H như sau: H= Bμ0 Với μ0 là hằng số độ từ thẩm Để tìm lực từ tác dụng lên các hạt mang điện chuyển động, ta áp dụng định luật Lorentz: “khi một vật dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường thì nó sẽ chịu tác động của một lực cảm ứng, lực này tính theo công thức”: F=i.B Trong đó: F là véc tơ lực lorentz i là vector dòng điện chạy trong vật dẫn B là vector mật độ từ thông Độ lớn tính theo công thức : F = I.B.l với l là chiều dài vật có dòng điện chạy qua. Khi các hạt mang điện chuyển động trong từ trường thì sẽ sinh ra một sức điện động ở hai đầu vật dẫn được xác định theo định luật Faraday. Định luật Faraday cho biết mối liên hệ giữa biến thiên từ thông trong diện tích mặt cắt của một vòng kín và điện trường cảm ứng dọc theo vùng đó : E= -dΦdt Với dΦdt là độ biến thiên từ thông. Ta xét một dây dẫn mang dòng điện dài vô hạn và thẳng. Khi đó quanh nó sẽ tồn tại một từ trường, và để tính từ trường tại khoảng cách r cho trước, ta dùng công thức định luật Boit – Savart : dB= μ04πμ.I.dl.sinθr2 Với θ là góc giữa vector dl và r Phương dB vuông góc với vector dl và r, chiều tuân theo quy tắc vặn nút chai ‘‘quay sao cho nút chai tiến theo chiều dòng điện, khi đó chiều quay của nút chai sẽ chỉ chiều của vector cảm ứng từ’’. Trong quá trình động cơ điện hoạt động, nhiệt do động cơ sinh ra sẽ gây tổn hao tới động cơ và làm ảnh hưởng tới các bộ phận, thiết bị trong đó. Người ta chia ra làm 2 loại tổn hao : Tổn hao đồng, gây ra do điện trở của cuộn dây, làm phát nhiệt trên chính cuộn dây. Tổn hao từ hóa, gây ra do từ thông tản không móc vòng qua phần ứng, làm phát nhiệt. Phát nhiệt còn phụ thuôc vào chế độ làm việc của động cơ: Chế độ định mức liên tục, nhiệt độ tăng đến giá trị xác lập (nhiệt độ làm việc). Chế độ làm việc định mức ngắn hạn, nhiệt độ thăng giáng ít Chế độ làm việc gián đoạn lắp lại, nhiệt độ dao động trong phạm vi thấp hơn nhiệt độ làm việc. II.3 Động cơ điện một chiều. II.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Stator, phần tĩnh, là các cực lồi ghép từ lá thép kỹ thuật điện, và các cuộn dây quấn xung quanh. Rotor, phần ứng, là các cuộn dây đặt giữa các rãnh. Nguyên tắc hoạt động : Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor Pha 2: Rotor tiếp tục quay Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1 Từ trường tạo ra có dạng đập mạch, hiệu suất hoạt động thấp. Có 3 phương pháp nâng cao hiệu suất hoạt động: - Tăng số cuộn dây; - Tăng số đôi cực; - Tăng số vòng dây. II.3.2 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Phương trình đặc tính cơ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần cảm bố trí ở phần tĩnh có các cuộn dây kích từ sinh ra từ thông Φ, phần ứng là phần quay nối tiếp với điện áp lưới qua vành góp và chổi than. Tác động giữa từ thông Φ và dòng điện phần ứng Iư tạo nên mô men quay của động cơ. Khi động cơ quay các thanh dẫn phần ứng cắt qua từ thông Φ tạo nên sức điện động Eư. Sơ đồ nguyên lý của động cơ điện kích từ độc lập được trình bày trên hình sau: Theo sơ đồ nguyên lý trên hình ta có thể viết phương trình cân bằng điện áp của mạch phần ứng (rôto) như sau: Uư = Eư + (Rư + Rp).Iư Trong đó: - Uư là điện áp phần ứng động cơ, (V) - Eư là sức điện động phần ứng động cơ (V). - Rư là điện trở cuộn dây phần ứng - Rp là điện trở phụ mạch phần ứng. - Iư là dòng điện phần ứng động cơ. Rư = rư + rct + rcb + rcp rư Điện trở cuộn dây phần ứng. rct - Điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp. rcb - Điện trở cuộn bù. rcp - Điện trở cuộn phụ. Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của rôto: Eư = KΦω K= pN/(2πa) là hệ số kết cấu của động cơ. Φ - Từ thông qua mỗi cực từ. p - Số đôi cực từ chính. N - Số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng. a - Số mạch nhánh song song của cuộn ứng. Hoặc ta có thể viết: Eư = KeΦn Với ω=2πn/(60)=n/9.55 Vậy: Ke = K/ 9,55 = 0,105K Nhờ lực từ trường tác dụng vào dây dẫn phần ứng khi có dòng điện, rôto quay dưới tác dụng của mômen quay: M = K.Φ.Iư Từ hệ 2 phương trình trên ta có thể rút ra được phương trình đặc tính cơ điện biểu thị mối quan hệ ω = f(I) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau: ω=UưK∅- Rư+ RpK∅.Iư Ta được phương trình đặc tính cơ biểu thị mối quan hệ ω = f(M) của động cơ điện một chiều kích từ độc lập như sau: ω=UưK∅- Rư+ Rp(K∅)2.M Có thể biểu diễn đặc tính cơ dưới dạng khác: ω = ω0 - Δω Trong đó ω0 = UưK∅ gọi là tốc độ không tải lý tưởng ∆ω= Rư+ Rp(K∅)2.M gọi là độ sụt tốc độ Phương trình đặc tính cơ có dạng hàm bậc nhất y = B + Ax, nên đường biểu diễn trên hệ tọa độ M0ω là một đường thẳng với độ dốc âm. Đường đặc tính cơ cắt trục tung 0ω tại điểm có tung độ ω0= UưK∅. Tốc độ ω0