by Cấu tạo
Cấu tạo động cơ điện một chiều gồm có phần cảm là nơi tạo ra từ trường không đổi, có thể là một nam châm vĩnh cửu hoặc có thể là một nam châm điện.
Hình ảnh một động cơ một chiều kích từ hỗn hợp - Compound DC Motors
Động cơ điện có nam châm vĩnh cửu chỉ áp dụng cho máy có công suất nhỏ. Phần cảm là một nam châm điện, gồm có một mạch từ và quấn dây xung quanh cực từ gọi là dây quấn kích từ. Trong động cơ điện 1 chiều, ngoài các cực từ chính dùng để kích từ còn có các cực từ phụ dùng để cải thiện điều kiện đổi chiều. Các cực từ phụ được bố trí xen kẽ với cực từ chính. Dây quấn cực từ phụ được nối nối tiếp với phiến dây quấn trên rôto. Cũng để cải thiện đổi chiều, trên bề mặt cực từ chính, còn bố trí thêm dây quấn bù và dây quấn bù được nối nối tiếp với dây quấn rô to, thông qua chổi than ở phiến góp. Phần các mạch từ nối với nhau gọi là gông từ và đồng thời làm vỏ máy.
Nguyên lí làm việc của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Nếu ta quay một khung dây trong một từ trường đều, khung dây sẽ cảm ứng sức điện động (hình bên dưới). Đầu cuối của 2 thanh dẫn nối với 2 nửa vành đồng. Trên hai nửa vành đồng có chổi than tì lên đó để lấy điện ra. Chiều của sức điện động trong thanh dẫn thay đổi khi nó nằm dưới các cực có cực tính khác nhau.
Khi đó các chổi than luôn luôn tiếp xúc với các thanh dẫn nằm dưới một cực từ nhất định. Như vậy, cực tính của chổi than không đổi, dẫn đến ta thu được điện áp một chiều trên hai chổi than. Nếu điện áp ra nối với phụ tải, thì sẽ có dòng điện rôto, như vậy ta đã có một máy phát điện. Dòng điện cảm ứng trong khung dây là dòng điện xoay chiều, còn dòng điện mạch ngoài lấy ra từ chổi than là dòng điện một chiều. Như vậy chổi than và phiến góp làm nhiệm vụ như một chỉnh lưu.
Ưu điểm của động cơ một chiều là khả năng điều khiển tốc độ mà không làm ảnh hưởng tới chất lượng điện cung cấp. Có thể điều khiển động cơ loại này bằng cách điều chỉnh:
- Điện áp phần ứng – tăng điện áp phần ứng sẽ làm tăng tốc độ
- Dòng kích thích – Giảm dòng kích thích sẽ làm tăng tốc độ
Động cơ một chiều có nhiều loại khác nhau, nhưng những động cơ loại này thường được sử dụng giới hạn ở những thiết bị tốc độ chậm, công suất thấp đến trung bình như các máy công cụ và máy cán. Ở công suất lớn, động cơ một chiều có thể gặp trục trặc với các cổ góp cơ.
Các động cơ này cũng bị hạn chế chỉ sử dụng ở những khu vực sạch, không độc hại vì nguy cơ đánh lửa ở các chổi than. So với động cơ xoay chiều, động cơ một chiều cũng khá đắt.
Mối liên quan giữa tốc độ, từ thông và điện áp phần ứng được minh hoạ bằng phương trình sau:
E = từ lực phản kháng ở phần ứng (vôn)
Φ = từ thông, tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện
N = tốc độ quay, vòng/phút
T = mô men điện từ
Ia = dòng điện phần ứng
K = hằng số
Phân loại động cơ một chiều
2.1.1 Động cơ một chiều kích từ độc lập
Nếu dòng kích từ được cấp từ một nguồn riêng, thì đó là động cơ một chiều kích từ độc lập (hình a). Các hình còn lại là loại tự kích bao gồm: kích từ nối tiếp (b), song song (c) và hỗn hợp (d)
2.1.2 Động cơ một chiều tự kích:
Ở động cơ kích từ song song - Shunt Motors, cuộn kích từ (trường kích từ - shunt field) được nối song song với cuộn dây phần ứng (A) như minh hoạ trong hình dưới. Vì vậy, dòng điện toàn phần của đường dây là tổng của dòng kích từ và dòng điện phần ứng.
- Tốc độ động cơ trên thực tế là không đổi, không phụ thuộc vào tải (tới một mô men nhất định, sau đó tốc độ giảm, xem hình trên), nhờ vậy loại đông cơ này thích hợp với các ứng dụng với mô men khởi động thấp, như ở các máy công cụ.
- Có thể điều khiển tốc độ bằng cách lắp thêm điện trở nối tiếp với phần ứng (giảm tốc độ) hoặc lắp thêm điện trở nối tiếp với mạch kích từ (tăng tốc độ)
Hình thực tế một động cơ kích từ song song (Shunt wound motor)
Ở động cơ kích từ nối tiếp -Series Motors, cuộn kích từ (trường kích từ - series field) được nối nối tiếp với cuộn dây phản ứng (A) như minh hoạ trong hình dưới. Nhờ vậy, dòng kích từ sẽ bằng với dòng phần ứng. Dưới đây là một số đặc điểm tốc độ của động cơ nối tiếp (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002):
- Tốc độ giới hạn ở 5000 vòng/phút
- Cần tránh vận hành động cơ nối tiếp ở chế độ không tải vì động cơ sẽ tăng tốc không thể kiểm soát được.
Động cơ nối tiếp phù hợp với những ứng dụng cần mô men khởi động lớn, như cần cẩu và tời.
Động cơ kích từ hỗn hợp một chiều - Compound Motors là kết hợp của động cơ nối tiếp và động cơ kích từ song song (hình ảnh thực tế ở trên cùng của bài viết). Ở động cơ kích từ hỗn hợp, cuộn kích từ (trường kích từ) được nối song song và nối tiếp với cuộn dây phần ứng (A) như minh hoạ trong hình dưới. Nhờ vậy, động cơ loại này có mô men khởi động tốt và tốc độ ổn định. Tỷ lệ phần trăm đấu hỗn hợp (tức là tỷ lệ phần trăm của cuộn kích từ được đấu nối tiếp) càng cao thì mô men khởi động của động cơ càng cao. Ví dụ động cơ có tỷ lệ đấu hỗn hợp là 40-50% thích hợp với tời và cần cẩu, còn động cơ kích từ hỗn hợp chuẩn (12%) lại không thích hợp với hai loại thiết bị này (myElectrical, 2005).
0 comments: