Đề tài Xây dựng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập

§å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 1 - BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Đề tài Xây dựng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 2 - MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................................................................... 4 Sinh viên ............................................................................................................................................................... 5 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU......................................................... 5 I - NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. ..................................................................... 7 A ) Phần tĩnh gồm có : ........................................................................................................................................... 7 B ) Phần quay :...................................................................................................................................................... 9 II - Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và song song. ................................................................................. 15 Eư =Ken ............................................................................................................................................................ 17 Mđt = KIư ......................................................................................................................................................... 18 Iư = ΦK M dt ......................................................................................................................................................... 18  = ΦK Uu = 0 ................................................................................................................................................ 20  = ΦK U u - 2)( Φ + K RR fu M ................................................................................................................................ 20  = dmΦK U u - 2)Φ(K Ru M ............................................................................................................................ 22 Inm= u dm R U .......................................................................................................................................................... 23  = dm dm K U Φ = const ................................................................................................................................... 24 var Φ ω0 == dmK U ............................................................................................................... 26 4 - Đảo chiều động cơ: ..................................................................................................................................... 29 5 - Khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập : ....................................................................................... 31 Mmm = Mnm = Kđm Inm ........................................................................................................................................ 31 Imm = (1,5  2,5) Iđm ............................................................................................................................................. 32 fu RR EU I + = _ ................................................................................................................................... 33 D ~ 10 : 1 ........................................................................................................................................................... 39 D ~ 3 : 1 ............................................................................................................................................................... 41 D ~ 5 : 1 ............................................................................................................................................................... 43 CHƯƠNG III .................................................................................................................................................. 47 TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT THAO TÁC THỰC HIỆN LẤY KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VỀ CÁC ĐẶC TINH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP. ............................................................. 47 3.1.BÀI THÍ NGHIỆM XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP . ............................................................................................................................................................... 50 3.2.2. Khởi động tổ máy F2 - ĐT ......................................................................................................................... 53 3.2.3.Hoà hai tổ máy để tạo thành hệ phụ tải động ............................................................................................ 53 3.2.5. Thao tác lấy số liệu vẽ đường đặc tính cơ tự nhiên................................................................................... 55 3.2.6. Thao tác lấy số liệu để vẽ đường đặc tính giảm từ thông ......................................................................... 55 3.2.8. Thao tác lấy số liệu khi hãm động năng.................................................................................................... 56 3.3. Xây dựng đặc tính cơ theo lý thuyết ............................................................................................................ 56 3.4. BÀI LÀM TÍNH TOÁN .............................................................................................................................. 57 3.4.1. Xây dựng đường đặc tính cơ tự nhiên ...................................................................................................... 57 Với : ............................................................................................................................................................. 58 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 3 - đm = 55,9 dmn = 55,9 1000 = 104,7 rad/s ........................................................................................................... 58 0 = 88,1 220 = 116,7 rad/s ................................................................................................................................. 58 3.4.2. Đường đặc tính giảm từ thông ................................................................................................................. 58 a. Khi Ikt1 = 0,65A ................................................................................................................................................ 59 b. Khi Ikt = 0,55A ................................................................................................................................................. 60 3.4.3. Đường đặc tính biến trở ............................................................................................................................ 60 3.5. Xây dựng đặc tính cơ thực nghiệm .............................................................................................................. 64 3.5.1. Đặc tính cơ tự nhiên .................................................................................................................................. 65 Tương ứng với Rf = 0........................................................................................................................................... 65 Bảng số liệu thực nghiệm ..................................................................................................................................... 65 Tương ứng với 2 trường hợp : Rf1 = 4 , Rf2 = 18 ............................................................................................ 65 a. Ikt1 = 0,65 A ...................................................................................................................................................... 66 b. Ikt1 = 0,55 A ...................................................................................................................................................... 66 3.5.4. Đường đặc tính cơ khi động cơ được hãm động năng kích từ độc lập ..................................................... 66 a. Rh1 = 4 ........................................................................................................................................................... 66 b. Rh1 = 4 ........................................................................................................................................................... 66 KẾT LUẬN ......................................................................................................................................................... 67 §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 4 - LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay trong cuộc sống hàng ngày chúng ta thường xuyên gặp hệ truyền động điện ở bất kỳ nơi đâu. Như trong các nhà máy xí nghiệp ở các phương tiện lao động, máy bào , máy doa... Trong cuộc sống hàng ngày chúng ta cũng cần và sử dụng nhiều như thang máy... Như vậy có thể nói truyền động điện đã khẳng định được vai trò của nó trong cuộc sống và trong lao động sản xuất. Do sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử và tin học nên các hệ truyền động điện cũng có các bước phát triển nhảy vọt. Việc ứng dụng tin học và kỹ thuật điện tử với những thiết bị hiện đại như bộ lập trình PLC, CNC, các cảm ứng điện tử Thyristor điều khiển... vào hệ truyền động điện làm cho hệ truyền động điện ngày càng có ưu điểm nổi bật so với hệ truyền động cũ như : Dải điều chỉnh rộng, độ tin cậy cao, gọn nhẹ và khả năng tự động hoá cao. Ở nước ta do yêu cầu công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nên ngày càng xuất hiện nhiều những dây truyền sản xuất mới có mức độ tự động hoá cao với hệ truyền động hiện đại. Việc xuất hiện các hệ truyền động hiện đại đã thúc đẩy sự phát triển, nghiên cứu, đào tạo ngành tự động hoá ở nước ta tiếp thu khoa học kỹ thuật hiện đại nhằm tạo ra những hệ truyền động mớivà hoàn thiện những hệ truyền động cũ. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp đề tài em được giao là xây dựng đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Đây là đề tài có tính thực tiễn §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 5 - cao vì máy điện một chiều được sử dụng rất nhiều trong thực tế cuộc sống. Trong quá trình làm đồ án em được sự chỉ dẫn tận tình của thầy cô trong bộ môn tự động hoá xí nghiệp công nghiệp, trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn Đinh Xuân Bái.Thầy đã giupc cho hung em hiểu và nắm vững hơn vê động cơ điện một chiều.Và dã giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Sinh viên CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 6 - Trong mọi ngành sản xuất hiện nay,các công nghệ tiên tiến,các dây truyền thiết bị hiên đại đac và đang thâm nhập vào nước ta.Vớí chính sách mở cửa của đảng và nhà nước,chắc chắn nền kỹ thuật tiên tiến trên thế giới sẽ ngày càng thâm nhập vào Việt Nam.tác dụng của các công nghệ mới và nhưng dây truyền, thiết bị hiện đại đã và đang góp phần tích cực thúc đẩy sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá.Các máy điện hiện đại trong mọi lĩnh vực đa phần hoạt động nhờ vào điện năng thông qua các thiết bị chuyển đổi điện năng thành cơ năng, nhiệt năng...trong cá dây truyền hiện đại , các thiết bị máy móc khác muốn hoạt động, vận hành không thể không kể đến các động cơ điện.Đặc biệt hơn nữa trong quyển báo cáo này em muốn đề cập sâu hơn nữa về động cơ điện một chiều. Trong rất nhiều máy móc cần đến các loại động cơ điện một chiều với những mức công suất to nhỏ khác nhau phù hợp với chức năng hoạt động của nó. Động cơ điện một chiều dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng hay cơ năng thành điện năng (khi hãm). Trong động cơ điện có rất nhiều loại khác nhau như: Động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ Rotor lồng sóc hay dây quấn, động cơ điện xoay chiều ba pha có cổ góp. Động cơ điện một chiều co những loại: +Động cơ điện một chiều kích từ độc lập +Động cơ điện một chiều kích từ song song +Động cơ đện một chiều kích từ nối tiếp +Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp hay kích từ băbf na châm vĩnh cửu. Nói tóm lại động cơ điện một chiều được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong các dây truyền thiết bị,các cơ cấu vận hành như thang máy,máy nâng...Nó có vai trò quan trọng và cần thiết trong quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá của đất §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 7 - nước ta hiện nay.Với cấu tạo không quá phức tạp và khó khăn cho chung ta chế tạovà sửa chữa nó.Góp phần cải thiện cuộc sống, sức lao động của con người nói chung và nhân dân Việt Nam ta nói riêng. I - NGUYÊN LÝ VÀ CẤU TẠO CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dòng điện (vào dây dẫn) và làm dây dẫn chuyển động.Chiều của từ lực được xác định bằng quay tắc bà tay trái.Động cơ điện nói chung và động cơ điện một chiều nói riêng thì chúng đều hoatj đông theo quy tắc này. * ) Cấu tạo chung của động cơ điện một chiều: 1 ) Cấu tạo : Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính là phần tĩnh ( Stator ) và phần động ( Rotor ). A ) Phần tĩnh gồm có : a ) Cực từ chính : Cực từ chính là phần sinh ra từ trường gồm có lõi sắt và cuộn dây : Lõi sắt cực từ được làm từ các lá thép kỹ thuật hoặc thép cacbon dầy : 0,5 1 mm được ép lại với nhau và tán chặt thành một khối các cực từ được gắn vào vỏ máy bằng các bulông. Một cặp cực từ (đôi cực) gồm hai cực nam - bắc đặt đối xứng với nhau qua trục động cơ, tuỳ theo động cơ mà động cơ có thể có 1,2,3,... các máy điện nhỏ cực từ được làm bằng thép khối. Dây quấn kích từ làm bằng dây đồng có tiết diện tròn hoặc chữ nhật được sơn cách điện và được quấn thành từng §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 8 - cuộn. Các cuộn dây được mắc nối tiếp với nhau. Các cuộn dây được bọc cách điện cẩn thận trước khi đặt vào các cực từ. b ) Cực từ phụ : Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính để cải thiện tình trạng đổi chiều. Cực từ phụ được làm bằng thép khối trên đặt các cuộn dây quấn. Dây quấn cực từ phụ tương tự như dây quấn cực từ chính. c ) Gông từ : Gông từ là phần nối tiếp các cực từ . Đồng thời gông từ làm vỏ máy , từ thông móc vòng qua các cuộn dây và khép kín sẽ chạy trong mạch từ. Trong máy điện lớn gông từ làm bằng thép đúc, trong các máy điện nhỏ gông từ làm bằng thép lá được uốn lại thành hình trụ tròn rồi hàn. d ) Các bộ phận khác : - ) Nắp máy : Nắp máy dùng để bảo vệ các chi tiết của máy tránh không cho các vật bên ngoài rơi vào trong máy có thể làm hỏng cuộn dây, mạch từ ...Đồng §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 9 - thời nắp máy để cách ly người sử dụng với bộ phận của máy khi động cơ đang quay, đang có điện. Ngoài ra nắp máy còn là giá đỡ ổ bi của trục động cơ. - ) Cơ cấu chổi than : Cơ cấu chổi than để đưa dòng điện từ ngoài vào nếu máy là động cơ và đưa dòng điện ra nếu máy là phát điện. Cơ cấu chổi than gồm có 2 chổi than làm từ than cacbon thường là hình chữ nhật. Hai chổi than được đựng trong hộp chổi than và luôn tỳ lên hai vành góp nhờ 2 lò xo. Hộp chổi than có thể thay đổi được vị trí sao cho phù hợp. B ) Phần quay : a ) Lõi sắt phần ứng : Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thường được làm bằng tôn Silic dầy 0,5mm có phủ một lớp cách điện sau đó được ép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy Phucô gây lên. Trên các lá thép có dập các rãnh để khi ép lại tạo thành các rãnh đặt cuộn dây phần ứng vào. Lõi sắt là hình trụ tròn và được ép cứng vào với trục tạo thành một khối thống nhất. Trong các máy điện công suất trung bình trở lên người ta thường dập các rãnh để khi ép lại tạo thành các lỗ thông gió làm mát cuộn dây và mạch từ. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 10 - b ) Dây quấn phần ứng : Dây quấn phần ứng sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Trong máy điện nhỏ dây quấn phần ứng có tiết diện tròn, với động cơ có công suất vừa và lớn tiết diện dây là hình chữ nhật. Khi đặt dây quấn phần ứng vào rãnh Rotor người ta phải dùng các nêm, chèn lên bề mặt của cuộn dây, các nêm này nằm trong rãnh đặt các cạnh dây quấn để tránh cho dây không bị văng ra ngoài khi dây chịu lực điện từ tác động. c ) Cổ góp : Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến góp bằng đồng ghép lại thành hình trụ tròn sau đó được ép chặt vào trục. Các phiến góp được cách điện với nhau bằng các tấm mea đặt ở giữa. Đuôi các phiến góp nhô cao để hàn đầu dây cuộn dây phần ứng, mỗi phiến góp có đuôi chỉ hàn một đầu dây và tạo thành các cuộn dây phần ứng nối tiếp nhau. d ) Các bộ phận khác : §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 11 - - ) Cánh quạt : Cánh quạt dùng để làm mát động cơ. Cánh quạt được lắp trên trục động cơ để hút gió từ ngoài qua các khe hở trên nắp máy, khi động cơ làm việc gió từ ngoài vào qua các khe hở trên nắp máy , khi động cơ làm việc gió hút vào làm nguội dây quấn, mạch từ. - ) Trục máy : Trục máy được làm bằng loại thép cứng nhiều cacbon. Trên trục máy đặt lõi thép phần ứng và cổ góp. Hai đầu của trục máy được gối lên 2 vòng bi ở nắp máy. * ) Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều : Từ trường của động cơ được tạo ra nhờ các cuộn dây 5 có dòng điệnmột chiều chạy qua.Các cuộn dây này gọi là cuộn cảm (hay cuộn kích từ) và được cuốn quanh các cực từ 4.Trên hình vẽ động cơ điện một chiều,stator 6 của động cơ có đặt các cuộn cảm nên stator gọi còn gọi là phần cảm.từ trường do cuộn cảm tạo ra sẽ tác dụng một từ lực vào các dây dẫn rotor 7 đặt trong các rãnh của rotor 3 khi có dòng điện chạy qua.Cuộn dây này gọi là cuộn ứng.Dòng điện đưa vào cuộn ứng qua các chổi than 2 và cổ góp 1.Rotor mang cuộn ứng nên gọi là phần ứng của động cơ. §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 12 - - Trong hình vẽ các dây dẫn cuộn ứng ở nửa trên rotor có dòng điện hướng vào,còn các dây dẫn ở nửa dưới của rotor có dòng điện hướng ra khỏi hình vẽ.Từ lực F tác dụng vào các dây dẫn rotor có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái sẽ tạo ra mômen làm quay rotor ngược chiều kim đồng hồ.động cơ trên có 2 cực từ hay một đôi cực (1 cặp cực, P=1). §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 13 - - Trong thời gian động cơ làm việc,cuộn cảm tạo ra từ trường d dọc trục cực từ và phân bố đối xứng với cực từ.Mặt phẳng OO trên đó có đặt chổi than, vừa là mặt phẳng chung tính vật lý .Đồng thời dòng điện trong cuộn ứng cũng tạo ra từ trường riêng n hướng ngang trục cực từ .Từ trường tổng cộng trong động cơ mất tính chất đối xứng dọc trục (hình c) và mặt phẳng trung tính vật lý quay đi một góc  (ngược chiều quay của rotor)so với mặt phẳng trung tính hình học. - Khi mà dòng điện trung tính càng mạnh thì n càng mạnh và góc quay õ càng lớn.Khi đó ta có thể nói phản ứng phần ứng càng mạnh. - phản ứng phần ứng là một trong những nguyên nhân gây ra tia lửa điện giữa chổi than và cổ góp cũng như giữa các lá góp trong cổp góp.Chúng ta có thể hạn chế ảnh hưởng này nhờ xoay chổi than theo vị trí mặt phảng trung tính vật lý.(tức là theo góc õ).Thông thường trong các động cơ điện một chiều hiện nay, người ta thường thê cực từ phụ. - Cực từ phụ được đặt giũa các cực từ chính và cuộn dây cực từ phụ sẽ tạo ra từ trường ngang trục so cới từ trường chính và ngược chiều với từ trường n của §å ¸n tèt nghiÖp Khoa ®iÖn – Bé m«n tù ®éng ho¸ - 14 - cuộn ứng để khử từ trường n .Nhờ vậy phản ứng phần ứng bị hạn chế và quá trình c