Tài liệu Thiết kế động cơ dc đồng trục design for coaxial dc motor

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM T G ĐẠI HỌC CH H A ------------------------- GUYỄ ĐỨC THỊ H THIẾT Ế ĐỘ G CƠ DC ĐỒ G T ỤC DESIGN FOR COAXIAL DC MOTOR Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử Mã số: 60520114 LUẬ VĂ THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH th ng 12 năm 2018 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM C n bộ hướng dẫn khoa học : .......................................................................... (Ghi rõ họ tên học hàm học vị và chữ ký) C n bộ chấm nhận xét 1 : ................................................................................. (Ghi rõ họ tên học hàm học vị và chữ ký) C n bộ chấm nhận xét 2 : ................................................................................. (Ghi rõ họ tên học hàm học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học B ch Khoa ĐHQG Tp. HCM ngày . . . . . th ng . . . . năm . . . . . Thành phần Hội đồng đ nh gi luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ tên học hàm học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. ................................................................... 2. ................................................................... 3. ................................................................... 4. ................................................................... 5. ................................................................... X c nhận của Chủ tịch Hội đồng đ nh gi LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒ G T Ở G H A………… T ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM G ĐẠI HỌC CH H A CỘ G HÒA XÃ HỘI CHỦ GHĨA VIỆT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc HIỆM VỤ LUẬ VĂ AM THẠC SĨ Họ tên học viên: .............................................................................. MSHV: ............................... Ngày th ng năm sinh: .................................................................. Nơi sinh: ........................... Chuyên ngành: ................................................................................ Mã số : ....................... I. TÊ ĐỀ TÀI: .......................................................................................................................... ......................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................... II. HIỆM VỤ VÀ ỘI DU G: ........................................................................................... ......................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................... III. GÀY GIA IV. GÀY H À V. C HIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài)..................................... THÀ H Ộ H Ớ G DẪ HIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài).................... (Ghi rõ học hàm học vị họ tên):........................................... ......................................................................................................................................................... Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20.... C Ộ H Ớ G DẪ (Họ tên và chữ ký) CHỦ T Ở G HIỆM Ộ MÔ ĐÀ TẠ (Họ tên và chữ ký) H A….……… (Họ tên và chữ ký) ii L IC MƠ Em xin gửi lời c m ơn tới thầy hướng dẫn trực tiếp PGD.TS Nguyễn Tấn Tiến với những định hướng nghiên cứu c c phương ph p tiếp cân và tài liệu bổ ích của Thầy. Em xin gửi lời c m ơn tới tất cả các Thầy trong hội đồng đ nh gi đề cương với những câu hỏi và lời góp ý bổ ích cho đề tài này. Em xin gửi lời c m ơn tới tất cả các anh em trong High tech lab hỗ trợ đã tạo điều kiện giúp đỡ làm việc trong thời gian thực hiện luận văn. Em xin gửi lời c m ơn tới các anh em làm việc trong ngành EEIT Trường Đại học Việt Đức đã hỗ trợ và tư vấn về trang thiết bị để làm thực nghiệm trong thời gian dự án. Và sau cùng, em xin gửi lời c m ơn đến vợ con và gia đình em đã luôn động viên, hỗ trợ và là động lực chính để em hoàn thiện dự án. iii TÓM TẮT LUẬ VĂ THẠC SĨ Nội dung được trình bày trong luận văn này là thiết kế động cơ DC đồng trục bao gồm: Phần tổng quan trình bày sơ lược về các nghiên cứu về động cơ đồng trục cùng một vài ứng dụng trong thực tế. Từ đó c c giải ph p được đưa ra và mô hình động cơ được chọn là loại động cơ DC có 2 trục có thể quay ngược chiều nhau (một trục là phần cảm và một trục là phần ứng). Phần lý thuyết về động cơ một chiều cũng như c c đặc tính cũng được tóm tắt lại. Phần trọng tâm của luận văn được trình bày ở Chương 3 với các nội dung chính thực hiện sau: - Xây dựng mô hình to n cho động cơ DC đồng trục dựa trên mô hình toán của động cơ DC và mô hình to n của động cơ 3 pha đồng trục. - Tính toán thiết kế cho động cơ DC đồng trục với một số yêu cầu cho trước ; xây dưng mô hình tính chung p dụng việc thiết kế động cơ DC (thiết kế GUI trên matlab). - Thiết kế chế tạo mô hình động cơ DC đồng trục nhỏ từ động cơ DC có sẵn và hệ thống kiểm tra mô men xoắn và tốc độ của động cơ và thu lại dữ liệu trên máy tính cho mô hình thực nghiệm nhỏ. - Kết quả của luận văn có được từ kết quả mô phỏng trên matlab, kết quả mô phỏng thiết kế động cơ trên ANSYS Maxwel và các thông số như điện trở, cảm kháng, hàng số thời gian, mô men quán tính của động cơ bằng phương ph p thực nghiệm. iv ABSTRACT Base on the result from current researches and applications of many kind of coaxial motor, a DC motor with rotor and Stator can rotate in opposed directions is conducted. The first part of this thesis represents the princinple of DC machine. Functions and characteristics of rotor, Stator, commulator, winding are determined. The main content of this thesis is represented in chapter 3 and the result in the chapter 4 as following: - A mathematic model of this design is developed basing on the combination of mathematic model of DC motor and mathematic model of 3-phase coaxial motor - The foundation of mathematic model then the calculation of DC motor 35kW, 90V, 1760 rpm are shown. And the a calculation model for designing a general DC motor is built in Matlab GUI . - The real model is designed base on improving of DC motor and Torque testing system is designed with 2 coincident separated axes for experimental part. The torque system has two axes a joined by a spiral spring. The motor torque is calculated by the difference angle of 2 axes. - Experimental method is approached to determin motor parameters such as resistance, inductance, electrical time constant, and moment of ineria. - The result of this thesis comes from the Matlab, desing of motor in ANSYS Maxwell, and the result of the experimental part. v Lời cam đoan của tác giả luận văn Đề tài luận văn thiết kế động cơ DC đồng trục được dựa theo yêu cầu của đơn vị đặt hàng với c c thông số cho trước. Phần cơ sở lý thuyết được trình bày dựa trên c c tài liệu nghiên cứu trước đó có trích dẫn. Phần xây dựng mô hình to n cho động cơ được chính t c giả xây dựng lên. Phần tính to n thiết kế cho động cơ cũng được t c giả tính to n lựa chọn c c thông số mô phỏng trên Matlab thiết kế trên ANSYS Maxwel. Phân thực nghiệm được t c giả tự thiết kế xây dựng lên. vi MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN .................................................................................. 1 Giới thiệu về động cơ DC.............................................................................................. 1 1.1 Tổng quan về động cơ đồng trục ...................................................................... 2 1.2 Đặt vấn đề ........................................................................................................... 4 1.3 Một số giải pháp đề xuất ................................................................................... 4 Giải pháp 1 .................................................................................................................. 4 Giải pháp 2 .................................................................................................................. 5 Giải pháp 3 .................................................................................................................. 5 Giải pháp 4 .................................................................................................................. 5 CHƯƠNG 2 NGUY N L Đ C TÍNH VÀ CÁC TRẠNG THÁI LÀM VI C C A Đ NG CƠ M T CHI U ........................................................................................ 7 2.1 Nguyên lý của động cơ một chiều ................................................................... 7 2.2 Cấu tạo của m y điện một chiều ...................................................................... 8 2.2.1 Stator của m y điện một chiều ..................................................................... 8 2.2.2 Cực từ chính.................................................................................................... 9 2.2.3 Cực từ phụ....................................................................................................... 9 2.2.4 Gông từ ............................................................................................................ 9 2.2.5 Lõi thép.......................................................................................................... 10 2.2.6 Dây quấn phần ứng ...................................................................................... 10 2.2.7 Cổ góp ........................................................................................................... 10 2.2.8 Thiết bị chổi .................................................................................................. 10 2.3 Phân loại động cơ điện một chiều .................................................................. 11 2.4 Kết cấu m y điện.............................................................................................. 12 2.4.1 Phân loại theo phương ph p bảo vệ m y đối với môi trường ................ 12 2.4.2 Phân loại theo c ch lắp đặt.......................................................................... 13 2.5 Tổng quan đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp ......... 13 2.5.1 Phương trình đặc tính cơ ............................................................................. 13 2.5.2 nh hưởng của c c thông số điện đối với đặc tính cơ ............................ 14 2.5.3 Mở m y (khởi động) động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp............... 15 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ ......................................................................................... 17 vii 3.1 Mô hình hóa hệ thống ...................................................................................... 17 Phương trình mô hình của động cơ single phase double rotor được biểu diễn : .............................................................................................................................................. 17 Với đông cơ DC đồng trục double-rotor sẽ là sự kết hợp của 2 trường hợp trên .............................................................................................................................................. 21 3.2 Thiết kế hệ thống cho động cơ ....................................................................... 23 3.2.1 Chọn kích thước chủ yếu ............................................................................ 23 3.2.2 Kích thước rãnh phần ứng........................................................................... 24 3.2.3 Khe hở không khí, cực từ và gông từ ........................................................ 27 3.2.4 Cổ góp, chổi than ......................................................................................... 29 3.3 Xây dựng Graphic User Interface (GUI trên Matlab) cho thiêt kế chung cho động cơ DC ..................................................................................................................... 30 3.4 Thực nghiệm ..................................................................................................... 31 Đo c c thông số của động cơ .................................................................................. 32 Kiểm nghiệm vận tốc torque của động cơ được thiết kế .................................... 36 CHƯƠNG 4 KẾT QU MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHI M ........................ 46 4.1 Kết quả mô phỏng trên Matlab simulink....................................................... 46 4.2 Kết quả thiết kế động cơ một chiều 35 kW 90V 1760 vg/ph ................... 47 4.3 Kết quả thực nghiệm........................................................................................ 53 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN ....................................................................................... 55 Phục lục 1: Thiết kế cho phần thực nghiệm ......................................................... 56 Thiết kế động cơ đồng trục ...................................................................................... 57 Phần b nh đà có mô men qu n tính thay đổi ........................................................ 58 Phần hệ thống kiểm tra tốc độ và mô men xoắn của trục .................................... 58 Thiết kế phần điện cho động cơ đồng trục ............................................................ 59 Thiết kế cho hệ thố ng đo mô men xoắn và động cơ ........................................... 59 Thiết kế phần điều khiển cho đối trọng có mô men qu n tính thay đổi ............ 60 Phụ lục 2: Motor data sheet .................................................................................... 64 Phụ lục 3: Matlab code ........................................................................................... 70 viii CH Ơ G 1 TỔ G QUA Giới thiệu về động cơ Năm 1831 Michael Fraday đã ph t minh và khảo s t hiện tượng cảm ứng điện từ. Năm 1832 Thiết bị điện quay đầu tiên được công bố bởi một người chưa rõ tên P.M. Năm 1834 động cơ DC đầu tiên được Moritz Jacobi chế tạo ra. Năm 1875 Hefner-Alteneck và Werner Siemens bắt đầu ph t triển motor hình mỏ neo tang trống. Năm 1889 Dolivo-Dobrowolsky đã thiết kế động cơ 3 pha đầu tiên. Thiết kế này đã được sử dụng rộng rãi cho tới ngày nay. Nửa đầu thế kỷ 19 hầu hết động cơ chạy bằng năng lượng Pin cho nên động cơ DC được tập trung ph t triển. Và sau đó động cơ đồng bộ động cơ AC mới ph t triển cho tới ngày nay. Phân loại động cơ điện Hình 1.1 Sơ đồ phân loại động cơ điện Động cơ điện một chiều (động cơ DC) là thiết bị chuyển từ năng lượng điện một chiều thành năng lượng cơ năng dưới t c dụng của lực điện từ. Động cơ DC có 2 phần chính là: rotor (phần chuyển động) và Stator (phần đứng yên). Động cơ điện một chiều gồm c c loại chính sau: Động cơ một chiều kích từ độc lập Động cơ một chiều kích từ nối tiếp Động cơ một chiều kích từ song song Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp 1 Động cơ điện xoay chiều hay Động cơ AC là động cơ điện được dẫn động bằng dòng điện xoay chiều (AC). Động cơ AC thường bao gồm hai phần cơ bản một Stator bên ngoài có c c cuộn dây được cấp dòng xoay chiều để tạo ra từ trường quay và một rotor bên trong được gắn vào trục đầu ra tạo ra từ trường quay thứ hai. Từ trường rôto có thể được tạo ra bởi c c nam châm vĩnh cửu sự lồi từ trở hoặc cuộn dây điện DC hoặc AC. Ít phổ biến hơn động cơ tuyến tính AC hoạt động trên c c nguyên tắc tương tự như động cơ quay nhưng có c c bộ phận cố định và chuyển động của chúng được bố trí theo cấu hình đường thẳng tạo ra chuyển động thẳng thay vì xoay. Động cơ xoay chiều gồm c c loại chính sau: Động cơ xoay chiều đồng bộ Động cơ xoay chiều một pha Động cơ xoay chiều ba pha Hình 1.2 Mô hình động cơ DC 1.1 Tổng quan về động cơ đồng trục Đối với hệ động lực đẩy dưới nước một chân vịt khi chân vịt quay, song song với việc tạo một lực đẩy dọc trục giúp đẩy toàn bộ thiết bị đi về phía trước chuyển động xoay còn kéo theo việc chuyển động tiếp tuyến của dòng nước. Các chuyển động tiếp tuyến này kết hợp với lực liên kết giữa c c phân tử nước gây ra một mômen làm cho toàn bộ hệ thống xoay quanh trục của động cơ. Việc xoay quanh trục động cơ sẽ gây nên những bất lợi cho bài toán l i hoặc phải tốn một lượng công nhất định giúp giữ thiết bị không đi theo đường xoắn ốc. Để khắc phục tình trạng này hệ đẩy hai tầng c nh đồng trục ra đời và đã thể hiện được ưu điểm vượt trội như : Tăng hiệu suất đẩy tiết kiệm nhiên liệu ... Sự ra đời của mô hình thiết bị đẩy dùng hai tầng cánh quay ngược chiều được phát triển dựa trên mô hình thiết bị bay sử dụng hai chong chóng đồng trục quay ngược chiều nhau và vận hành bằng việc lên dây cót của nhà bác học Lomonosov, người cha của nền khoa học Nga hiện đại. Mặc dù có những khó khăn nhất định về độ phức tạp của kết cấu Trên thế giới có rất nhiều ứng dụng được sử dụng mô hình đẩy hai tầng cánh và được sử dung trong đa dạng các phương tiện di chuyển bởi một số ưu điểm. Đối với máy bay, khi tốc độ c nh quạt thấp lượng không khí chảy dọc tầng cánh sẽ gây nên những luồng không khí di chuyển tiếp tuyến với biên dạng tầng cánh. Dòng không khí tiếp tuyến không chỉ lãng phí năng lượng do không góp phần nâng máy bay mà còn khiến toàn bộ thân máy bay sẽ chịu một mômen xoắn và phải mất thêm một 2 phần năng lượng chống lại mômen xoay này. Khi sử dụng hai tầng cánh liên tiếp với biên dạng cánh khác nhau lượng không khí trước khi đi qua tầng cánh nâng chính được gia tốc bởi tầng c nh phía trên vì vậy giảm được lượng không khí chuyển động tiếp tuyến. Ngoài ra hai tầng cánh còn tạo ra hai mômen xoắn ngược nhau để giữ cho máy bay không bị xoay. Theo công bố của công trình nghiên cứu cơ học chất lưu cho loại cánh quạt đồng trục hiệu quả nâng được tăng lên từ 6% đến 10% so với sử dụng c nh quạt một tầng cánh [2]. Công ty Sun-Flightcraft của áo đã ứng dụng thiết kế hai cánh quạt quay ngược chiều cho tàu lượn và tuyên bộ thiết kế tăng hiệu suất đẩy thêm từ 15% đến 20%[3], [4]. Các thiết bị di chuyển dưới nước tiêu biểu như ngư lôi Bliss-Leavitt, MK18 được sử dụng chân vịt kép quay ngược chiều để có tốc độ tối đa trong phạm vi đường kính bị hạn chế. Ngoài ra ứng dụng kiểu chân vịt kép đồng trục quay ngược chiều chống lại tốt các xu hướng làm ngư lôi quay xung quanh trục tâm của mình tăng độ chính xác bám đuổi và tiêu diệt mục tiêu [4]. Năm 1982 Volvo Penta giới thiệu một hệ chân vịt cho tàu thuyền quay ngược chiều đồng trục mang thương hiệu «DuoProp» hãng này công bố thiết kế giúp giảm lượng nhiên liệu từ 10% đến 15% so với chân vịt thường.[5] Các thiết bị cấp bằng s ng chế đã được b n trên thị trường kể từ đó. Ở nước ta chưa có bất cứ công trình nào liên quan đến hệ đẩy có hai cánh quay ngược chiều tuy nhiên theo những thông tin được công bố. Nước ta đang trang bị một lượng không nhỏ các dòng ngư lôi điện ngư lôi hơi ga trong trang bị Hải quân cũngsử dụng thiết kế chân vịt đồng trục quay ngược chiều. Tất cả các thiết bị nêu trên đều sử dụng nguyên lý cơ bản về khí động học của mô hình hai tầng cánh đồng trục quay ngược chiều. Tuy nhiên các thiết kế chỉ dừng lại ở việc giảm bớt mômen xoắn hoặc kết hợp với tổng thể thiết kế để chống xoay cho thiết bị chưa đảm bảo chống xoay một cách tối ưu cho các tư thế di chuyển kh c nhau như nghiêng máy bay, ngư lôi, tàu ngầm thay đổi độ sâu lặn… Việc nghiên cứu đề xuất thiết kế cơ khí theo mô hình hai c nh quạt đồng trục kết hợp với giải thuật điều khiển tự khử mômen xoắn sẽ là bước đầu làm chủ các vũkhí trang bị hiện có và là tiền đề cho việc tiếp thu làm chủ công nghệ chế tạo hệ lực đẩy hiệu suất cao (a) Mô hình cánh quạt của Lomonosov năm 1754 (b) Trực thăng Ka-31 năm 2015 (c) Hệ đẩy của ngư lôi Hình 1.3 Lịch sử phát triển của hệ đẩy hai cánh ngược chiều 3 1.2 Đặt vấn đề Các thiết bị có hệ đẩy thiết kế theo mô hình hai tầng c nh quay ngược chiều đặt sát nhau đến thời điểm hiện tại mới chỉ dừng lại ở mức tốc độ hai trục có tỉ lệ cố định vì vậy sẽ chỉ dừng lại ở mức hạn chế mômen xoắn gây ra tại thân động cơ hoặc triệt tiêu hoàn toàn khi tải cố định hay tư thế di chuyển cố đinh. Một số có thể điều chỉnh riêng lẻ từng trục như kết cấu kiểu tua bin khí nên rất khó điều khiển và phức tạp trong kết cấu. Vì các lý do trên nên thiết kế hệ đẩy được đặt trong bài toán tống thể của toàn bộ thiết bị. Khi thiết bị có sự cố một phần hay thay đổi tư thế sẽ dẫn đến tính trạng phá vỡ tính cân bằng làm tăng nguy cơ xoay quanh trục động cơ. Để tăng tính ổn định luôn giữ tư thế cho các thiết bị di chuyển dưới nước khi tăng giảm độ sâu cần thiết phải nghiên cứu một hệ đẩy có khả năng tự khử mômen gây xoay cho toàn bộ thiết bị trong các trường hợp khác nhau. Để có hệ đẩy điện có hai trục lồng nhau quay ngược chiều tự khử mômen gây xoay cho toàn bộ thiết bị yêu cầu kết hợp tốt giữa cơ khí và điều khiển. Về cơ khí: cần phải thiết kế một motor có hai rotor quay ngược chiều và tốc độ có thể điều khiển độc lập, đảm bảo các yêu cầu cơ khí Về điều khiển: Phải giải quyết được bài toán bám tốc độ trục bị động theo hai yếu tố là tốc độ của trục chủ động và góc xoay tuyệt đối của thân động cơ. 1.3 Một số giải pháp đề xuất Đối với hệ động lực đẩy hai tầng cánh các giải pháp đề cập sau đây giữ nguyên kết cấu chung về cách lắp hai chân vịt đặt liên tiếp nhau, có biên dạng cánh ngược nhau trên hai đầu trục của động cơ. Các giải pháp chỉ đi sâu vào phương án thiết kế, điều khiển hệ động cơ theo vận tốc, góc xoay của toàn bộ hệ động lực. Có 4 giải pháp nhóm tác giả muốn trình bày như sau [1] Giải pháp 1 Giải pháp này đề cập đến việc ghép nối hai động cơ điện một chiều không chổi than tạo thành một hệ đồng trục, trong đó hai rotor sẽ ở hai đầu, hai Stator sẽ được cố định với nhau và nằm kẹp giữa hai rotor. Việc điều khiển khử mômen gây xoay được thực hiện nhờ việc điều khiển tốc độ một trục bám theo tốc độ trục còn lại và góc xoay của Stator (hình 1.4). Hình 1.4 Ghép nối hai động cơ theo phương dọc trục 4 Giải pháp 2 Giải pháp đề cập đến việc thiết kế mới một hệ động cơ gồm 2 động cơ. Động cơ thứ nhất có rotor theo dạng “inruner” động cơ thứ hai có rotor theo dạng “outruner” hai Stator của hai động cơ được lồng vào nhau c ch nhau bởi một lớp vật liệu c ch từ. Về nguyên tắc khử mômen lật cũngtương tự như giải ph p thứ nhất đã đề cập ở trên Hình 1.5 Thiết kế động cơ điện có hai rotor Giải pháp 3 Giải pháp đề cập đến việc thiết kế một bộ vi sai có thể điều khiển tốc độ trục thứ cấp nhờ một động cơ phụ. Điều khiển khử mômen lật được cụ thể hóa bằng điều khiển tốc độ động cơ phụ theo tốc độ động cơ chính và góc xoay của thân động cơ chính so với mặt phẳng ngang (Hình 1.6). Hình 1.6 Chế tạo bộ vi sai có điều khiển Giải pháp 4 Giải pháp đưa ra mô hình động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có cả phần cảm và phần ứng quay, tốc độ tương đối của hai trục là cố định, tốc độ tuyệt đối của từng trục được điều chỉnh nhờ tăng ma sát cho phần cảm. Như vậy việc điều khiển quy về điều khiển lực ép phanh giảm tốc độ quay của phần ứng (Hình 1.7). 5 Hình 1.7 Chế tạo động cơ điện một chiều đặc biệt Nghiên cứu này chủ yếu đi sâu vào trình bày phương n thiết kế của giải pháp 4 gồm các phần: Tổ chức của luận văn - Nguyên lý đặc tính và c c trạng th i làm viêc động cơ một chiều (DC). - Xây dựng một mô hình to n cho động cơ DC đồng trục. - Tính to n thiết kế c c thông số cho động cơ. - Thiết kế mô hình thực nghiệm nhỏ có chức năng tương đồng như động cơ DC đồng trục. - Thiết kết thiết hệ thống đo vận tốc và mô men xoắn cho mô hình thực nghiệm. 6 CH Ơ G 2 GUYÊ L Đ C T H VÀ C C T Ạ G TH I LÀM VIỆC CỦA ĐỘ G CƠ MỘT CHIỀU 2.1 guyên lý của động cơ một chiều Qu trình điện từ dùng giải thích nguyên lí hoạt động một chiều như sau: Khi cấp nguồn p một chiều vào dây quấn phần cảm để tạo ra từ trường kích thích. Đồng thời cấp nguồn p một chiều vào hai đầu phần ứng để tạo dòng Iư qua c c thanh dẫn trên phần ứng C c thanh dẫn phần ứng mang dòng điện Iư và đặt trong từ trường kích thích sẽ chịu t c động của lực điện từ F và tạo thành moment làm quay phần ứng Qu trình điện từ khi vận hành ở chế động cơ được tóm tắt như sau: CU G CẤP GUỒ DC VÀO DÂY QUẤ CH THÍCH CU G CẤP GUỒ DC VÀO DÂY QUẤ PHẦ Ứ G DÒNG KÍCH TH CH TẠ SỨC TỪ ĐỘ G KÍCH THÍCH SỨC TỪ ĐỘ G KÍCH THÍCH TẠ TỪ THÔNG KÍCH THÍCH CÁC THANH DẪ T Ê PHẦ Ứ G MANG DÒNG Iư THA H DẪ MANG DÒNG Đ TT G TỪ T G PHẦ CẢM Ê CHỊU T C ĐỘ G LỰC ĐIỆ TỪ Hình 2.1 Sơ đồ khối tóm tắt qu trình điện từ của động cơ DC 7 Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ DC kích từ nối tiếp Khi phần ứng quay c c thanh dẫn trên phần ứng cùng di chuyển cắt đường sức từ trường phần cảm trên c c thanh dẫn hình thành c c sức phản điện e Chú ý dòng Iứ qua thanh dẫn phần ứng so với hướng của sức điện động cảm ứng e sinh ra trên chính thanh dẫn đó. Vì hướng của dòng Iứ và sức điện động ngược nhau chứng tỏ sức điện động e đang nhận năng lượng từ nguồn ngoài 2.2 Cấu tạo của máy điện một chiều M y điện một chiều là danh từ gọi chung cho m y ph t và động cơ một chiều. M y ph t và động cơ có cấu tạo giống hệt nhau; nói c ch kh c m y ph t và động cơ có tính thuận nghịch. Có thể hiểu một c ch đơn giản: khi dùng động cơ sơ cấp quay động cơ một chiều động cơ thực hiện tính năng của m y ph t điện hoặc khi cung cấp điện năng vào dây quấn phần ứng và phần cảm của m y ph t một chiều thì m y phát thực hiện tính năng của động cơ điện. Tại phần này ta xét m y điện một chiều là động cơ điện 2.2.1 Stator của máy điện một chiều Stator máy điện một chiều có vỏ cực từ chính và cực từ phụ. Vỏ thường là thép đúc hoặc thép tấm uốn lại. Đối với m y lớn 8 Hình 2.3 Cấu tạo chung DCMC 2.2.2 Cực từ chính Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. C c lỗi sắt cực từ được làm từ c c l thép kỹ thuật điện có đồ dày 0,5-1 mm ghép lại với nhau nhằm để giảm bớt sự tổn hao phần lõi. Cực từ được gắn chặt với vỏ m y nhờ c c bu long. Trên cực từ dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng và mỗi cuộn dây được bọc c ch điện trước đặt trên c c cực từ 2.2.3 Cực từ phụ Được đặt trên c c cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép c c cực từ phụ làm bằng l thép đúc mặt cực có khe khở không khí với Rôto rộng hơn so với cực từ chính và được gắn vào vỏ m y nhờ c c bulong. 2.2.4 Gông từ Gông tạo đường dẫn cho dòng từ thông của cực từ được khép mạch. Vì vậy gông Stator được tạo nên bởi c c l thép kỹ thuật mỏng để giảm tổn hao lõi sắt từ trong động cơ truyền động bằng nguồn chỉnh lưu b n. Trong động cơ điện nhỏ thường làm từ thép dày uốn hàn lại còn với m y điện lớn người ta thường dùng thép đúc. 9 2.2.5 Lõi thép Mạch từ của rôto để dẫn từ được ghép từ c c l thép kỹ thuật điện dày 0 5mm được c ch điện với nhau để giảm tổn hao do dòng xo y.Đối với động cơ công suất trung bình và lớn người ta tạo ra c c rãnh thông gió làm m t theo b n kính( c c l thép được ghép lại từng tệp c c tệp c ch nhau một rãnh làm m t). 2.2.6 Dây quấn phần ứng Là mạch điện roto bao gồm 1 hoặc nhiều vòng dây với hai đầu nối với hai phiến góp của vành góp 2.2.7 Cổ góp Cuộn dây rôto là cuộn dây khép kín mỗi cạnh của nó được nối với phiến góp. C c phiến góp được ghép c ch điện với nhau và với trục hình thành một cổ góp. Phiến góp được làm bằng đồng vừa có độ dẫn điện tốt vừa có độ bền cơ học chống mài mòn Hình 2.4 Kích thước ngang của cổ góp 1- Phiến góp. 2- Ép vỏ 3- C ch điện 4- Phiến c ch điện 5- Ống cổ góp 6- Chổi 2.2.8 Thiết bị chổi Để đưa dòng điện ra ngoài phải dùng thiết bị chổi gồm: chổi than được làm bằng than granit vừa đảm bảo độ dẫn điện tốt vừa có khả năng chống mài mòn bộ giữ 10 chổi được làm bằng kim loại gắn vào Stator có lò xò tạo p lực chổi và c c thiết bị khác Hình 2.5 Thiết bị chổi 1- Ốc vít 2- Dây dẫn 3- C ch điện 4- Giữ chổi 5- Chổi 6- Lò xo 7- Đòn 2.3 Phân loại động cơ điện một chiều Động cơ điện một chiều là loại m y điện biến điện năng dòng một chiều thành cơ năng. Ở động cơ một chiều từ trường là từ trường không đổi.Để tạo ra từ trường không đổi người ta dùng nam châm vĩnh cữu hoặc nam châm điện được cung cấp dòng một chiều Tùy thuộc vào sơ đồ nối dây giữa phần ứng và phần cảm ta phân loại c c loại động cơ một chiều như sau: Động cơ điện kích từ nối tiếp - Động cơ điện kích từ song song - Động cơ điện kích từ độc lập - Động cơ điện kích từ hỗn hợp 11