Động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 12/13/2013 ‹#› NHÓM 7 : BÁO CÁO ĐỘNG CƠ NAM CHÂM VĨNH CỬU TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM Các phần chính Phần 1: Động Cơ Một Chiều Nam Châm Vĩnh Cửu. Phần 2: Động Cơ Quán Tính Thấp. 39.9 Động Cơ Một Chiều Nam Châm Vĩnh Cửu  Một động cơ nam châm vĩnh cửu D.C (PMDC) tương tự như một đông cơ thông thường. Động cơ kích từ song song thường được làm từ nam châm vĩnh cửu thay cho động cơ dây quấn cực từ nồi. Hình. 39.10 (a) cho thấy 2 cực PMDC động cơ, Hình. 39.10 (b) 4 cực từ dây quấn của động cơ DC dây quấn. A permanent-magnet d.c. (PMDC) motor is similar to an ordinary d.c. shunt motor except that its field is provided by permanent magnets instead of salient-pole wound-field structure. Fig. 39.10 (a) shows 2-pole PMDC motor whereas Fig. 39.10 (b) shows a 4-pole wound-field d.c.motor for comparison purposes. Cấu tạo  Hình. 39.10 (a) Các nam châm vĩnh cửu của động cơ DC (PMDC) được gắn với trụ sắt stator có nhiệm vụ phản hồi chiều từ thông. Rotor (phần cứng ) có những rãnh dây quấn, phiến góp và chổi than giống như những máy điện DC thông thường .   As shown in Fig. 39.10 (a), the permanent magnets of the PMDC motor are supported by a cylindrical steel stator which also serves as a return path for the magnetic flux. The rotor (i.e. armature) has winding slots, commutator segments and brushes as in conventional d.c. machines. Có 3 loại nam châm vĩnh cửu được sử dụng cho động cơ  Nam châm sắt - Chúng được sử dụng trong động cơ có công suất khoảng 1 kW đến 150 kW. Alnico magnets - They are used in motors having ratings in the range of 1 kW to 150 kW. Nam châm sắt Nam châm gốm- thường được sử dụng cho các động cơ công suất nhỏ hơn 1Hp (0.74 kW), tốc độ thấp. Chúng là những động cơ kinh tế nhất trong các loại đông cơ công suất nhỏ hơn 1Hp Ceramic (ferrite) magnets - They are much economical in fractional kilowatt motors. Nam châm gốm Nam châm đất hiếm – được làm từ samari coban và neodymium iron coban chúng có hàm lượng cao nhất. Vật liệu này tuy tốn kém nhưng là sự lựa chọn kinh tế nhất cho động cơ có công suất lớn Rare-earth magnets - Made of samarium cobalt and neodymium iron cobalt which have the highest energy product. Such magnetic materials are costly but are best economic choice for small as well as large motors. Nam châm đất hiếm Nguyên lý hoạt động Hầu hết các động cơ thường chạy trên 6V, 12V hoặc 24V DC cung cấp từ pin hoặc bộ chỉnh lưu. Như vậy trong động cơ, mô-men được tạo ra bởi sự tương tác giữa các dây dẫn mang dòng điện quấn quanh trục roto và từ thông được tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu. Most of these motors usually run on 6 V, 12 V or 24 V dc supply obtained either from batteries or rectified alternating current. In such motors, torque is produced by interaction between the axial current-carrying rotor conductors and the magnetic flux produced by the permanent magnets Đặc tính Hình.39.11 đường đặc tính tiêu biểu cho một động cơ. Đường đặc tính tốc độ và mô-men của nó là một đường thẳng lý tưởng cho một động cơ servo. Hơn nữa, dòng điện ngõ vào tăng tuyến tính với mô-men tải. Vì nó không bị tổn hao đồng nên hiệu suất của động cơ này cao hơn so với các động cơ DC khác. Fig. 39.11 shows some typical performance curves for such a motor. Its speed-torque curve is a straight line which makes this motor ideal for a servomotor. Moreover, input current increases linearly with load torque. The efficiency of such motors is higher as compared to wound-field dc motors because, in their case, there is no field Cu loss. Điều khiển tốc độ Cách duy nhất để kiểm soát tốc độ của nó là để thay đổi điện áp phần ứng bằng cách thay đổi một biến trở phần ứng hoặc điều khiển bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu. Do đó, động cơ này được tìm thấy trong các hệ thống kiểm soát tốc độ thấp hơn tốc độ yêu cầu. Since flux remains constant, speed of a PM DC motor cannot be controlled by using Flux Control Method (Art 33.2). The only way to control its speed is to vary the armature voltage with the help of an armature rheostat (Art 33.2) or electronically by using a*-choppers. Consequently, such motors are found in systems where speed control below base speed only is required Ưu điểm Công suất rất nhỏ, sử dụng phương pháp kích từ nam châm vĩnh cửu chi phí sản xuất thấp hơn. Động cơ PMDC là kích thước nhỏ so với các động cơ khác cùng công suất. Hiệu quả của các động cơ thường cao hơn so với động cơ từ trường dây quấn khi không cần dòng kích từ. Động cơ PMDC điện áp thấp ít tạo ra (tiếng ồn) nhiễu. Ở điện áp thấp (12 V hoặc thấp hơn) những động cơ này không gây nhiễu sóng vô tuyến và truyền hình cáp.  Advantages In very small ratings, use of permanent-magnet excitation results in lower manufacturing cost. In many cases a PMDC motor is smaller in size than a wound-field d.c. motor of equal power rating. Since field excitation current is not required, the efficiency of these motors is generally higher than that of the wound-field motors. Low-voltage PMDC motors produce less air noise. When designed for low-voltage (12 V or less) these motors produced very little radio and TV interference.  Nhược điểm Khi động cơ đang sử dụng và ngay cả khi nó không được sử dụng thì từ trường của nó làm ảnh hưởng đến các thiết bị gần nó, những động cơ này được làm gọn kín nhằm ngăn chặn bụi từ xung quanh. Do đó, so với những động cơ từ trường dây quấn, thì nhiệt độ của nó có xu hướng cao hơn. Tuy nhiên, nó không phải là nhược điểm trong các tình huống mà động cơ được sử dụng cho khoảng thời gian ngắn. Disadvantages Since their magnetic field is active at all times even when motor is not being used, these motors are made totally enclosed to prevent their magnets from collecting magnetic junk from neighbourhood. Hence, as compared to wound-field motors, their temperature tends to be higher. However, it may not be much of a disadvantage in situations where motor is used for short intervals. A more serious disadvantage is that the permanent magnets can be demagnetized by armature reaction mmf causing the motor to become inoperative. Demagnetization can result from (a) improper design (b) excessive armature current caused by a fault or transient or improper connection in the armature circuit (c) improper brush shift and (d) temperature effects. Một bất lợi nghiêm trọng là các nam châm vĩnh cửu có thể khử từ của sức từ động phản ứng phần ứng gây ra động cơ để trở thành không hoạt động. Khử từ có thể là kết quả của: thiết kế không phù hợp dòng điện phần ứng quá mức gây ra rò điện hoặc chuyển mạch không phù hợp trong mạch phần ứng sự thay đổi chổi than không đúng cách ảnh hưởng nhiệt độ. Ứng dụng Động cơ DC nam châm vĩnh cửu loại nhỏ được sử dụng trong xe máy, ô tô và quạt điều hòa không khí, cần gạt nước kính chắn gió, cửa sổ, quạt và ăng ten sóng vô tuyến…. Nó cũng được sử dụng cho máy bơm điện nhiên liệu, khởi động động cơ hàng hải, xe lăn và dụng cụ điện không dây. Ngành công nghiệp đồ chơi sử dụng hàng triệu động cơ như vậy mà cũng được sử dụng trong các thiết bị khác như bàn chải đánh răng, máy trộn thức ăn, máy nghiền đá, máy hút bụi cầm tay và đánh bóng giày và cũng có trong các công cụ điện cầm tay như khoan, cưa saber … Applications Small, 12-V PMDC motors are used for driving automobile heater and air conditioner blowers, windshield wipers, windows, fans and radio antennas etc. They are also used for electric fuel pumps, marine engine starters, wheelchairs and cordless power tools, Toy industry uses millions of such motors which are also used in other appliances such as the toothbrush, food mixer, ice crusher, portable vacuum cleaner and shoe polisher and also in portable electric tools such as drills, saber saws and hedge trimmers etc.  39.10.ĐỘNG CƠ QUÁN TÍNH THẤP(Low-inertia DC Motors ) Động cơ có khối lượng rotor rất nhẹ . (armature mass very low ) Rotor dc thường -Có 2 loại phổ biến : + Động cơ dạng rotor rỗng . (Shell-type Low-intertia DC Motor) + Động cơ dạng đĩa in (Printed-circuit (Disc) DC Motor ) ĐỘNG CƠ LOẠI ROTOR RỖNG(Shell-type ) Cấu tạo /construction : 1 2 4 3 Trong đó : 1. Nam châm vĩnh cửu./ Permanent-Magnet 2. Lõi sắt cố định /stationary Iron core 3. Cổ góp / communicator 4. Phần ứng rotor / rotor armature Nam châm vĩnh cửu là thành phần tạo ra từ trường tĩnh. Lõi sắt cố định nằm phía trong của phần ứng rotor và tách rời với phần ứng . Cổ góp : chứa nhiều phiến góp ,là phần giao tiếp chổi than với phần ứng , để đưa điện vào phần ứng . Phần ứng :có dạng rỗng , + Được tạo từ những cuộn đồng hay nhôm dẹp được cuộn bó liên kết với nhau tạo thành khối trụ rỗng chắc (bằng polyme và sợi thủy tinh) (armature is made up of flat aluminium or copper coils bonded together to form a hollow cylinder) + Không chứa sắt nên quán tính rotor là rất nhỏ. (iron does not form part of the rotor, the rotor inertia is very small ) + This hollow cylinder is not attached physically to its iron core which is stationary and is located inside the shell-type rotor. Trụ rỗng này không được gắn với lõi sắt cố định ,được đặt bên trong rotor shell-type Đặc tính tốc độ /moment 39.12.Printed-circuit (Disc) DC MotorMạch (Đĩa) in của Động cơ DC Constructional Details – Chi tiết cơ cấu It is a low-voltage dc motor which has its armature (rotor) winding and commutator printed on a thin disk of non-magnetic insulating material. Dây quấn phần ứng và cổ góp được in trên một đĩa mỏng của vật liệu cách điện không từ tính chính là một động cơ dc điện áp thấp. This disk-shaped armature contains no iron and etched- Copper conductors are printed on its both sides. Dạng đĩa phần ứng này không chứa sắt và đồng dẫn khắc được in trên cả hai bên. It uses permanent magnets to produce the necessary magnetic field. ĐC này dùng nam châm vĩnh cửu để tạo từ trường cần thiết. The magnetic circuit is completed through the flux-return plate which also supports the brushes. Mạch từ được tăng cường thông qua bản phản từ thông để hỗ trợ cho chổi than. Constructional Details – Chi tiết cơ cấu Brushes mounted in an axial direction bear directly in the inner parts of the armature conductors which thus serve as a commutator. Chổi than được gắn quanh một trục quay hướng vào phần trong của vật dẫn phần ứng, vì thế vật dẫn phần ứng có tác dụng như là một cổ góp. Fig. 39.13 shows an 8-pole motor having wave-wound armature. Hình. 39.13 thể hiện phần ứng dây quấn của một động cơ 8 cực. Constructional Details. Chi tiết cơ cấu Since the number of armature conductors is very large, the torque produced is uniform even at low speeds. Do lượng vật dẫn phần ứng nhiều, nên moment được sinh ra đều đặn thậm chí ngay tại tốc độ thấp. Typical sizes of these motors are in the fractional and subfractional horsepower ranges. In many applications, acceleration from zero to a few thousand rpm can be obtained within 10ms. Kích thước điển hình của những động cơ này là phân đoạn và từng phân đoạn về dãy mã lực. Trong nhiều ứng dụng, gia tốc có thể đạt được từ 0 đến vài nghìn vòng/phút trong vòng 10ms. Constructional Details – Chi tiết cơ cấu (b) Speed Control. Điều khiển tốc độ The speed can be controlled by varying either the applied armature voltage or current. Because of their high efficiency, fan cooling is not required in many applications. Tốc độ có thể được điều khiển bởi việc thay đổi điện áp phần ứng hoặc thay đổi dòng điện phần ứng. Trong nhiều ứng dụng, do hiệu suất của động cơ cao nên không đòi hỏi có quạt tản nhiệt. The motor brushes require periodic inspection and replacement. The rotor disk which carries the conductors and commutator, being very thin, has a limited life. Hence, it requires replacing after some time. Chổi than của động cơ đòi hỏi phải kiểm tra và thay thế định kỳ. Những vật dẫn và cổ góp của đĩa roto thì rất mỏng, có tuổi thọ giới hạn. Vì vậy, cũng cần phải thay thế sau vài thời gian sử dụng. (c) Main Features. Đặc điểm chính. The main features of this motor are: Đặc điểm chính cảu động cơ này là: Very low-inertia. Tính ì rất thấp. High overload current capability. Dòng công suất quá tải cao. Linear speed-torque characteristic. Đặc tính tốc độ-moment tuyến tính Smooth torque down to near-zero speed. Moment giảm xuống êm gần bằng tốc độ 0. Very suitable for direct-drive control applications. Phù hợp cho những ứng dụng điều khiển truyền động trực tiếp. High torque/ inertia ratio.Tỷ số giữa moment và quán tính cao. Disadvantages. Advantages. High efficiency. Hiệu suất cao. Simplified armature construction. Cấu tạo phần ứng đơn giản. Being of low-voltage design, produces minimum of radio and TV interference. Tạo ra nhiễu radio và TV thấp, thiết kế với điện áp thấp. Restricted to low voltages only. Chỉ giới hạn tới điện áp thấp. Short armature life. Tuổi thọ của phần ứng ngắn. Suited for intermittent duty cycle only because motor overheats in a very short time since there is no iron to absorb excess heat. Động cơ bị quá nhiệt trong một thời gian ngắn khi không có sắt để giải nhiệt có thể dẫn đến công suất máy bị gián đoạn. Liable to burn out if stalled or operated with the wrong supply voltage. Động cơ có khả năng bị cháy nếu cấp nguồn cho nó sai. (f) Applications. Ứng dụng. These low-inertia motors have been developed specifically to provide high performance characteristics when used in direct-drive control applications. Examples are: Tính ì của động cơ thấp đã làm phát triển rõ rệt để cải cách đặc tính cao khi được dùng trong ứng dụng điều khiển truyền động. Ví dụ như: High speed paper tape reader. Đầu đọc băng tốc độ cao. Oscillographs. Máy Oscillo X-Y recorders Layer winders. Các loại máy quấn. Point to point tool positioned i.e. as positioning servomotors. Động cơ chấp hành servo With in-built optical position encoder, it competes with stepping motor. Động cơ bước. In high rating is being manufactured for heavy-duty drives such as lawn mowers and battery-driven vehicles etc. Được sản xuất với công suất cao cho những máy như máy xén cỏ, một số thiết bị sử dụng pin, v.v .