Giáo trình Máy điện đặc biệt
1. Đại Cương
Máy điên một chiều chủ yếu được chế tạo thành động cơ hay máy phát điện,
nhưng trong nhiều ngành kỹ thuật chuyên môn đặc biệt máy điện một chiều được chế
tạo dưới nhiều dạng đặc biệt khác, nó được dùng trong kỹ thuật hàn, điện phân, kỹ
thuật luyện kim. Trong các thiết bị cơ cấu tự động điều khiển xa, giao thông vận tải,
trong thông tin liên lạc v.v.Tuỳ theo những lãnh vực kỹ thuật khác nhau mà thường
có máy điện một chiều có những yêu cầu khác nhau. Thí dụ các máy sử dụng trong
ngành tự động yêu cầu độ tin cậy cao, quán tính bé, công suất nhỏ. Trong kỹ thuật hàn,
luyện kim thường yêu cầu dòng điện lớn v.v.
Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu sơ lược một vài loại máy điện một
chiều đặc biệt được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn bao gồm máy điên một chiều từ
trường ngang, máy phát hàn điện và một số máy nhỏ dùng trong kỹ thuật đo lường và
tự động.
2. Máy Điện Một Chiều Từ Trường Ngang
Máy điện một chiều từ trường ngang là máy điện một chiều có vành góp, dùng
từ trường phản ứng phần ứng để cảm ứng dòng điện đưa ra tải. Như vậy trong dây
quấn phần ứng gồm có hai dòng điện : dòng điện thứ nhất tạo ra từ trường ngang và
dòng điện thứ hai đưa ra dùng được tạo nên bởi từ trường ngang đó.
Cặp chổi than 11 đặt trên đường TTHH và được nối với nhau, cặp chổi than 2
2 đặt lệch 900 so với cặp chổi than 11 và nối với đầu dây ra của máy.
Nguyên lý hoạt động:
Giả sử, động cơ sơ cấp quay với tốc độ định mức và cuộn dây kích
thích được cấp điện áp Ukt . Khi đó, trong cuộn dây này xuất hiện từ thông Ft, từ thông
này cảm ứng nên sức điện động E1 ở hai đầu chổi than 11 của dây quấn phần ứng . Vì
11 ngắn mạch nên gây ra dòng I1 khá lớn chảy trong dây quấn rôto, gây nên từ thông
F1, dưới tác dụng của F1 sẽ gây nên sđđ E2 khá lớn, E2 tạo nên điện áp U2 và cung cấp
ra ngoài một dòng điện I2 nào đó.
Tóm tắt nội dung Giáo trình Máy điện đặc biệt, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút "TẢI VỀ" ở trên
thái turnof) thì rotor sẽ quay trơn, có nghĩa là nếu tải gây ra mômen quay thì rotor động cơ sẽ bị quay bởi lực bên ngoài. Ngược lại muốn dùng lực ngoài để thay đổi vị trí tải thì phải đưa động cơ về trạng thái turnof. Tầm quan trọng của chú ý này còn nằm ở chỗ: hệ truyền động động cơ bước sẽ không hoạt động đúng được nếu ta điều khiển nó luôn ở hai trạng thái turnof và dịch bước, mà phải điều khiển ở hai chế độ giữ và dịch bước, có nghĩa là bắt buộc phải cấp điện cho cuộn dây pha kể cả khi hệ dừng và lúc hệ chuyển động. Vấn đề cốt lõi của việc điều khiển động cơ bước là cấp điện lúc động cơ dừnggiữ. Do đó sẽ là sai lầm lớn nếu ta chỉ cấp xung điều khiển lúc động cơ quay còn dừng thì không cấp xung điều khiển. Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng T r a n g | 76 7.6. Mạch điều khiển động cơ bước ● Mạch tạo xung Sử dụng mạch dao động đơn ổn dùng vi mạch IC 555. Sơ đồ mạch điện như Hình 4.21 Hình 4.21. Sơ đồ nguyên lý của IC 555 Điện áp cấp từ 3÷18V, dòng ngõ ra lên đến 200 mA (loại BJT), 100 mA (loại CMOS). Các chân của vi mạch được trình bày như hình vẽ trên gồm 8 chân. Ta có dạng sóng ngõ vào và ngõ ra của IC555 như Hình 4.22 Hình 4.22. Giản đồ sóng của ngõ ra IC555. Khi tụ C nạp với hằng số thời gian là ơ nạp ơ nạp = (R 1 + R 2 ).C Thời gian nạp t nạp = 0,69. ơ nạp Khi tụ C xả với hằng số thời gian là ơ xả ơ xả = R 2 .C Thời gian xả t xả = 0,69. ơ xả Vậy chu kỳ xung và tần số là: T = t nạp + t xả = 0,69.( ơ nạp + ơ xả ) Suy ra tần số : T 1 f = ● Vi mạch giải mã IC 4017 Sơ đồ các chân của IC 4017 được trình bày như Hình 4.33 Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng T r a n g | 77 Hình 4.33. Sơ đồ chức năng và chân của IC 4017 Trong đó các ngõ ra từ O 0 đến O 9 (tương ứng chân 324710156911). Chân 13 cấp xung clock (tích cực ở mức thấp) Chân 14 cấp xung clock (tích cực ở mức cao) Chân 15 là chân master reset, tích cực ở mức cao. Chân 12 là cờ carry ngõ ra tích cực mức thấp. Đặc điểm của IC 4017 là khi ta cấp nguồn Vcc cho IC hoạt động nhưng chưa có xung clock ngõ vào thì các ngõ ra đều ở mức “0” (các ngõ từ O 0 đến O 9 ). Nhưng khi có xung clock cấp vào thì ngõ ra của IC tại mỗi thời điểm cho ra một ngõ ở mức cao “1”, còn lại thì ở mức “0”. Cứ có xung cấp vào thì lần lượt các ngõ ra từ O0 đến O9 sẽ cho lên mức “1”. Cờ carry sẽ chuyển trạng thái từ mức “0” xuống mức “1” khi các ngõ ra dịch từ O o đến O 9 và bắt đầu đếm lại. Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng T r a n g | 78 Bảng trạng thái như sau: MR CP 0 /CP 1 Hoạt động ngõ ra H X X O 0 = /O 59 = H; O 1 đến O 9 =L L H Xung cạnh xuống Đếm L Xung cạnh lên L Đếm L L X Không thay đổi L X H Không thay đổi L H Xung cạnh lên Không thay đổi L Xung cạnh xuống L Không thay đổi Trong đó: H là mức cao L là mức thấp X là tuỳ định. ● Bộ chuyển mạch điện tử ( a ) (b) Hình 4.34. Bộ chuyển mạch điện tử. Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng T r a n g | 79 Các khối A, B, C, D là các khoá đóng mở, dùng để đảo chiều dòng điện. Các khoá điện này hoạt động theo từng cặp AD, BC và được điều khiển thông qua bộ vi mạch điều khiển. Các khối hình vuông được ký hiệu là các bộ điều khiển có nhiệm vụ đóng mở thích hợp các công tắc để cung cấp dòng điện cho động cơ quay theo chiều thích hợp. Bộ điều khiển này thông thường là các máy tính hay thiết bị điều khiển có thể lập trình với các phần mềm. a. Điều khiển bước đủ Giới thiệu mạch điều khiển động cơ bước bốn pha (L 1 , L 2 , L 3 , L 4 ) như sau. Giản đồ xung điều khiển động cơ bước: Bảng trạng thái điều khiển động cơ bước: Xung clock L1 L2 L3 L4 1 1 0 0 0 2 0 1 0 0 3 0 0 1 0 4 0 0 0 1 5 1 0 0 0 Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng T r a n g | 80 Mạch điện điều khiển dùng vi mạch số. Hình 4.35. Mạch điện điều khiển bước đủ động cơ bước 4 pha. Hoạt động của mạch điều khiển. Khi IC555 cung cấp xung clock vào IC4017 thì ngay xung đầu tiên thì ngõ ra Q0 sẽ xuất ra mức 1 còn các ngõ khác thì ở mức 0. Q0 kích cho transistor T 1 dẫn và đồng thời điều khiển cuộn dây L1 của động cơ hoạt động. Tiếp tục xung clock thứ hai thì Q2 xuất ra mức 1 và tương tự transistor T 2 dẫn và đồng thời cuộn dây L 2 của động cơ hoạt động. Giả sử như lúc đầu khi L1 có điện thì rotor ở vị trí 1 khi cuộn dây thứ 2 có điện, L 1 ngắt điện thì rotor sẽ quay được một góc . Và tương tự như trên khi có xung clock cấp vào thì lần lượt ngõ ra xuất ra mức 1 thứ tự từ Q0 đến Q3 và lập lại, động cơ sẽ dịch góc quay thứ tự từ L1 đến L4. b. Điều khiển nửa bước Giản đồ xung điều khiển nửa bước. Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng T r a n g | 81 Bảng trạng thái điều khiển. Xung clock L1 L2 L3 L4 1 1 0 0 0 2 1 1 0 0 3 0 1 0 0 4 0 1 1 0 5 0 0 1 0 6 0 0 1 1 7 0 0 0 1 8 1 0 0 1 9 1 0 0 Mạch điều khiển dùng vi mạch số. Hình 4.36. Mạch điều khiển nửa bước động cơ bước 4 pha. Về hoạt động của mạch giống như bảng trạng thái. Lúc này động cơ bước sẽ dịch góc bước nhỏ hơn bước đủ. Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng T r a n g | 82 Nếu động cơ bước trên mỗi pha quấn trên hai cực của stator thì lúc này mạch điều khiển phải dùng bộ chuyển đổi mạch như hình 14a như trên. Mạch điện có thể như sau: Hình 4.37. Mạch điện điều khiển động cơ bước 2 pha (mỗi pha quấn trên hai cực của stator). Điều khiển động cơ bước có nhiều cách điều khiển nhưng điều khiển thuận lợi và có cấu hình gọn nhẹ nhất trong điều khiển này là sử dụng Microcontroller. Như Microcontroller 89C51, 89S52,. Giới thiệu vi điều khiển 89S52 Hình 4.38. Sơ đồ chân 89S52 Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng T r a n g | 83 CÂU HỎI ÔN TẬP. 1. Động cơ bước NC vĩnh cửu. 1. Trình bày đặc điểm cấu tạo của ĐC bước NC vĩnh cửu ? 2. Tại sao nguồn điều khiển ĐC bước NC vĩnh cửu là nguồn có 2 cực tính ? 3. Có thể điều khiển ĐC bước NC vĩnh cửu với nguồn một cực không ? 4. ĐC bước NC vĩnh cửu góc bước phụ thuộc vào các yếu tố nào ? 5. ĐC bước NC vĩnh cửu có thể làm việc ở chế độ nửa bước không ? 6. Đối với ĐC bước NC vĩnh cửu để giảm bước quay có thể thực hiện bằng cách nào? 7. Rotor ĐC bước NC vĩnh cửu là loại cực lồi hay cực ẩn ? 8. Rotor ĐC bước NC vĩnh cửu được làm từ vật liệu gì ? 9. Đối với ĐC bước NC vĩnh cửu các pha có thể được kích thích như thế nào? 10.Nếu số răng stator tăng 2 lần (số pha không đổi) thì góc bước sẽ thay đổi như thế nào? 11.Động cơ bước NC vĩnh cửu có : ZR = 2, ZS= 8, m = 4 thì góc bước bằng bao nhiêu? 12. Động cơ bước NC vĩnh cửu có : Z R = 2, Z S = 8, m = 4 thì số cự stator trong 1 pha bằng bao nhiêu? 2. Động cơ bước từ trở biến đổi 1 tầng. 1. Trình bày đặc điểm cấu tạo của ĐC bước từ trở biến đổi 1 tầng ? 2. Đối với ĐC bước từ trở biến đổi 1 tầng các pha có thể được kích thích đồng thời không ? Tại sao ? 3. Nguồn điều khiển ĐC bước từ trở biến đổi 1 tầng là loại đơn cực hay lưỡng cực ? 4. Điểm khác nhau giữa ĐC bước từ trở biến đổi 1 tầng với ĐC bước NC vĩnh cửu là gì ? 5. Rotor động cơ bước từ trở biến đổi 1 tầng được làm từ vật liệu gì ? 6. Góc bước của ĐC bước từ trở biến đổi 1 tầng qS có thể tính bằng biểu thức nào ? 7. Số bước trên vòng của ĐC bước từ trở biến đổi 1 tầng R s có thể được tính bằng biểu thức nào ? 8. Dẫn ra biểu thức biểu diễn mối quan hệ giữa X, Rs, Np. 9. Viết biểu thức xác định tốc độ ĐC bước từ trở biến đổi 1 tầng . 10.Các pha của ĐC bước từ trở biến đổi 1 tầng có thể được kích thích độc lập hay riêng lẻ ? 11.ĐC bước từ trở biến đổi 1 tầng có m = 3, ZR = 16, ZS = 12 thì góc bước qS bằng bao nhiêu ? 12.ĐC bước từ trở biến đổi 1 tầng có m = 3, Z R = 16, Z S = 12 thì bước răng rotor và stator là bao nhiêu ? Giáo trình Máy điện đặc biệt – Nguyễn Trọng Thắng T r a n g | 84 3. Động cơ bước từ trở biến đổi nhiều tầng. 1. Trình bày đặc điểm cấu tạo của ĐC bước từ trở biến đổi nhiều tầng ? 2. Hãy nêu những điểm giống và khác nhau của ĐC bước từ trở biến đổi 1 tầng và nhiều tầng. 3. Góc lệch giữa các tầng trong ĐC bước từ trở biến đổi nhiều tầng là bao nhiêu ? 4. Nguồn điều khiển ĐC bước từ trở biến đổi nhiều tầng là loại đơn cực hay lưỡng cực ? 5. Rotor và stator ĐC bước từ trở biến đổi nhiều tầng được làm từ vật liệu gì ? 6. Cấu tạo răng stator và rotor các tầng của ĐC bước từ trở biến đổi nhiều tầng giống nhau hay khác nhau ? 7. Vị trí stator các tầng của ĐC bước từ trở biến đổi nhiều tầng được bố trí như thế nào ? 8. Vị trí rotor các tầng của ĐC bước từ trở biến đổi nhiều tầng được bố trí như thế nào ? 9. Các tầng (pha) của ĐC bước từ trở biến đổi nhiều tầng có thể làm việc độc lập hay riêng lẻ ? 10.Xác định góc lệch giữa các tầng của ĐC bước từ trở biến đổi nhiều tầng khi : Z R = 12 , ZS = 12, m = 3. 4. Động cơ bước hỗn hợp 1. Trình bày đặc điểm cấu tạo của ĐC bước hỗn hợp ? 2. Hãy nêu những điểm giống và khác nhau của ĐC bước từ trở biến đổi nhiều tầng và ĐC bước hỗn hợp. 3. Góc lệch rotor giữa 2 tầng liên tiếp được xác định như thế nào ? 4. Nguồn ĐK ĐC bước hỗn hợp tuỳ thuộc yếu tố nào ? 5. Rotor và stator ĐC hỗn hợp được làm từ vật liệu gì ? 6. Cấu tạo răng stator và rotor các tầng của ĐC bước hỗn hợp giống nhau hay khác nhau ? 7. Vị trí stator các tầng của ĐC bước hỗn hợp được bố trí như thế nào ? 8. Vị trí rotor các tầng của ĐC bước hỗn hợp được bố trí như thế nào ? 9. Góc lệch rotor q i giữa 2 tầng của ĐC bước hỗn hợp được tính bằng biểu thức nào ? 10.Các pha của ĐC bước hỗn hợp có thể làm việc đồng thời hay riêng lẻ ? 11.Nguồn điều khiển ĐC bước hỗn hợp là đơn cực hay lưỡng cực ? 12. Xác định góc lệch rotor giữa các tầng của ĐC bước hỗn hợp khi : Z R = 30, Z S = 24, m = 2.
File đính kèm:
giao_trinh_may_dien_dac_biet.pdf
