Tài liệu Máy điện trong thiết bị điều khiển và tự động

Nội dung text: Tài liệu Máy điện trong thiết bị điều khiển và tự động

1. Máy điện trong thiết bị điều khiển và tự động 1
2. Contents I. Máy biến áp nhiều dây quấn (Multiple Winding Transformers) 6 1. Cấu tạo 6 2. Nguyên lý làm việc 6 3.1 Ưu điểm 6 3.2 Nhược điểm 7 3. Ứng dụng 7 II. Máy biến áp tự ngẫu 8 1. Cấu tạo 8 2. Nguyên lý hoạt động 8 3. Ứng dụng 8 4. Ưu nhược điểm 8 4.1. Ưu điểm 8 4.2. Nhược điểm 8 5 .Yêu cầu việc tìm hiểu với loại động cơ (mở rộng) 9 III. MBA chỉnh lưu 10 1. Cấu tạo 10 2. Nguyên lí hoạt động 10 3. Ứng dụng 12 3.1. Tăng tuổi thọ của các thiết bị sử dụng 12 3.2. Giảm sự kháng nhiễu điện từ trong quá trình hoạt động 12 3.3. Tiềm ẩn khả năng chống nóng 12 4. Ưu nhược điểm (Hiện chỉ có ưu điểm) 12 IV. Máy biến điện áp 14 1. Cấu tạo và đặc điểm 14 1.1. Lõi thép (mạch từ) 14 1.2. Dây cuốn 14 1.3. Vỏ máy 14 2. Nguyên lý hoạt động 15 3. Ứng dụng của Máy biến điện áp 15 4. Ưu điểm 15 4.1. Ưu điểm 15 4.2. Nhược điểm của máy biến điện áp dầu 16 2
3. V. Máy biến dòng điện 17 1. Cấu tạo 17 2. Nguyên lý hoạt động 17 3. Chế độ làm việc 18 4. Phân loại máy biến dòng 18 5. Ứng dụng 18 6. Ảnh hưởng các thông số đến độ chính xác của máy 18 7 Ưu nhược điểm 19 VI. Máy biến áp biến đổi số pha 20 1. Cấu tạo 20 2. Nguyên lí làm việc 20 3. Ưu nhược điểm 22 VII. Máy Phát Tốc 23 1. Cấu tạo: 23 2. Nguyên lý hoạt động 24 3. Ứng dụng 27 4. Ưu nhược điểm: 27 4.1. Máy phát tốc 1 chiều 27 4.2. Máy phát tốc xoay chiều 28 VIII. Hệ tự đồng bộ 3 pha (Selsyn 3 pha) 29 1. Cấu tạo 29 2. Nguyên lý làm việc 29 3. Ứng dụng 30 IX. Hệ tự đồng bộ 1 pha (Selsyn 1 pha) 31 1. Cấu tạo, 31 2. Nguyên lý làm việc 31 3. Ứng dụng 32 4. Ưu nhược điểm 32 4.1. Ưu điểm 32 4.2. Nhược điểm 32 X. Máy điện không đồng bộ biến đổi tần số 33 1. Cấu tạo 33 2. Nguyên lý làm việc 33 3
4. 3. Ứng dụng 34 4. Ưu nhược điểm 34 4.1. Ưu điểm của động cơ không đồng bộ ba pha 34 4.2. Nhược điểm của động cơ không đồng bộ ba pha 34 XI. Động cơ Servo 35 1. Khái niệm 35 XII. ĐỘNG CƠ BƯỚC ( STEPPER MOTOR ) 37 1. Tổng quan 37 2. Phân loại 37 3. Cấu tạo. 37 4. Nguyên lý hoạt động 37 5. Điều khiển động cơ bước 38 5.1. Điều khiển tốc độ quay của động cơ bước 38 5.2 Điều khiển chiều quay của động cơ bước 38 6. Ứng dụng 38 7. Ưu nhược điểm 39 XIII. Động cơ BLDC 40 1. Cấu tạo 40 1.1. Động cơ một chiều 40 1.2. Cảm biến vị trí rôto 40 1.3. Bộ chuyển mạch 40 2. Nguyên lý hoạt động 40 3. Ứng dụng của động cơ BLDC trong điều khiển tự động 41 XV. Động cơ từ trở (động cơ phản kháng) (reluctance motor) 42 1. Động cơ từ trở đồng bộ (động cơ phản kháng đồng bộ) (synchronous reluctance motor-SYRM) 42 1.1. Cấu tạo 42 1.2. Nguyên lý làm việc 42 1.3. Ưu nhược điểm 42 1.4. Ứng dụng: 42 2. Động cơ từ trở chuyển mạch (động cơ phản kháng chuyển mạch (switched reluctance motor –SRM) 43 2.1. Cấu tạo: 43 2.2. Nguyên lý làm việc: 43 4
5. 2.3. Phân loại động cơ từ trở chuyển mạch (switched reluctance -SRM) 43 2.4. Ưu điểm 43 2.5. Nhược điểm 44 2.6. Ứng dụng 44 5
6. I. Máy biến áp nhiều dây quấn (Multiple Winding Transformers) MBA có 1 cuộn sơ cấp và nhiều cuộn thứ cấp gọi là MBA nhiều dây quấn. Thực tế có một số loại MBA có nhiều cuộn sơ cấp với các cấp điện áp khác nhau và 1 cuộn thứ cấp, nhưng chỉ sử dụng 1 điện áp sơ cấp thì không gọi là MBA nhiều dây quấn 1. Cấu tạo Xét Máy biến áp ba dây quấn: Cấu tạo: tương tự như MBA đơn giản gồm các bộ phận chính là ( lõi thép ,dây quấn và vỏ máy ) tuy nhiên khác ở dây quấn ( 1 dây quấn sơ cấp, 2 dây quấn thứ cấp để nâng cao các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật ). Có các cấp điện khác nhau ứng với các tỷ số biến đổi k12 = U1 /U2 = N1 /N2 k13 = U1 /U3= N1 /N3 2. Nguyên lý làm việc Hoàn toàn tương tự như máy biến áp đơn giản khi đặt điện áp xoay chiều ở 2 bên đầu cuộn sơ cấp, gây ra sự biến thiên từ thông ở bên trong 2 cuộn dây đi qua cuộn sơ cấp và thứ cấp, trong cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng làm biến đổi điện áp. 3. Ưu nhược điểm 3.1 Ưu điểm + Rẻ hơn + Mặt bằng chiếm chỗ bé hơn + Liên tục truyền tải năng lượng sang 2 dây quấn thứ cấp + Tổn hao năng lượng bé hơn chừng 2 lần 6
7. 3.2 Nhược điểm + Độ tin cậy kém hơn + Bố trí đầu ra phức tạp hơn 3. Ứng dụng Cấp điện cho các bộ biến đổi có sử dụng triac ( triode for alternating current ), linh kiện điện tử bán dẫn chuyên dụng dùng trong các bo mạch điện tử để đóng cắt điện xoay chiều cho các phụ tải. 7
8. II. Máy biến áp tự ngẫu 1. Cấu tạo Chỉ có một cuộn dây duy nhất. Các phần sơ cấp và thứ cấp chỉ là các đoạn trích số vòng dây theo tỷ lệ . Tỷ số điện áp chính là tỷ số các vòng dây, thí dụ 220 vòng / 10 vòng cho ta 220 V / 10 V. Hai phần sơ cấp và thứ cấp của biến áp tự ngẫu ghép với nhau cả về mặt từ lẫn mặt điện, nên không gọi là cách ly. Bất cứ điểm nào trên các vòng dây đều có điện áp của lưới ( 220 V , so với đất ). Biến áp tự ngẫu chỉ có cường độ dòng nhất định. 2. Nguyên lý hoạt động Dựa trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ. + Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường (từ trường) + Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (cảm ứng điện) 3. Ứng dụng -Truyền tải điện năng ,liên lạc giữa các hệ thống điện có cấp điện áp khác nhau ,ví dụ 110-220 ;220-500;330-750kV -Khởi động các ĐCKĐB công suất lớn -Điều chỉnh điện áp liên tục dùng trong các phòng thí nghiệm -Làm nguồn cho các thiết bị điện sinh hoạt -Chế tạo máy ổn áp 4. Ưu nhược điểm 4.1. Ưu điểm MBA tự ngẫu (có 1 dây quấn) so với MBA thông thường (có 2 dây quấn): -Giá thành rẻ hơn vì chỉ có 1 dây quấn, và tiết kiệm lõi thép -Tổn thất công suất giảm, hiệu suất tăng so với MBA bình thường -Điện áp ngắn mạch nhỏ hơn MBA bình thường cùng công suất -Sụt áp nhỏ vì điện áp ngắn mạch nhỏ 4.2. Nhược điểm MBA tự ngẫu (có 1 dây quấn)so với MBA thông thường (có 2 dây quấn): -Điện áp ngắn mạch nhỏ nên dòng điện ngắn mạch lớn -Khi vận hành với lưới điện trung tính nối đất phải nối đất để đảm bảo an toàn -Yêu cầu cách điện cao hơn bình thường -Sơ cấp và thứ cấp liên hệ trực tiếp về điện cho nên mức độ an toàn không 8
9. cao, tỷ số biến áp không cao. 5 .Yêu cầu việc tìm hiểu với loại động cơ (mở rộng) Hiện nay trên thị trường, 2 loại máy biến áp tự ngẫu phổ biến và được sử dụng nhiều nhất là máy biến áp tự ngẫu 3 pha và máy biến áp tự ngẫu 1 pha. - Máy biến áp tự ngẫu 3 pha : dùng để đổi điện cho các thiết bị công nghiệp có điện áp sử dụng theo tiêu chuẩn của Nhật, Đài Loan, Mỹ, vv Và các nhu cầu đặc biệt khác. - Máy biến áp tự ngẫu 1 pha : dùng cho các thiết bị điện như nồi cơm điện, máy hâm bình sữa, bàn ủi nhập khẩu từ Mỹ có tiêu chuẩn điện áp đầu vào là 120V, thiết bị điện nhập khẩu từ Nhật là 100V. Trong khi đó nguồn điện 1 pha sử dụng cho hộ gia đình tại Việt Nam có điện áp là 220V, vì vậy cần phải có thiết bị máy biến áp tự ngẫu 1 pha hạ áp nguồn điện để sử dụng cho các thiết bị điện nhập khẩu. 9
10. III. MBA chỉnh lưu Là thiết bị điện hỗ trợ cho việc chuyển đổi tần số, kết nối hàng loạt loại chuyển đổi tần số ở những nơi sử dụng điện. Sử dụng máy biến áp chỉnh lưu giúp nâng cao hiệu quả làm việc và giảm tiêu thị điện áp, tiết kiệm năng lượng. 1. Cấu tạo 2. Nguyên lí hoạt động Nguyên lí máy biến áp Nó hoạt động dựa trên nguyên lý của Định luật cảm ứng điện từ Faraday. Khi cuộn sơ cấp được nối với nguồn được kích thích với nguồn xoay chiều, chúng tạo ra từ thông xoay chiều liên kết cuộn sơ cấp. Từ thông xoay chiều sơ cấp giống nhau liên kết với cuộn thứ cấp bằng cách đi qua lõi của máy biến áp. Lõi tạo thành đường sức từ cho từ thông chạy từ sơ cấp sang thứ cấp. Khi từ thông liên kết cuộn thứ cấp, emf thứ cấp được cảm ứng. Đây được gọi là cảm ứng lẫn nhau. Dựa vào số vòng dây ở cuộn thứ cấp, người ta xác định được độ lớn của emf cảm ứng. Phương trình emf biến áp được đưa ra bởi E = 4,44∅Nf Như có thể thấy từ phương trình, emf cảm ứng tỷ lệ với số vòng, tần số và từ thông. Cần nhớ rằng, máy biến áp là công suất không đổi, từ thông không đổi và thiết bị tần số không đổi. Do đó, emf cảm ứng tỷ lệ thuận với một số vòng. Tỷ lệ EMF cảm ứng trên sơ cấp và thứ cấp còn được gọi là tỷ số vòng quay. Nguyên tắc tương tự đối với động cơ cảm ứng cũng vậy. E1 / E2 = N1 / N2 = k Nguyên tắc chỉnh lưu Bộ chỉnh lưu là một thiết bị tĩnh chuyển đổi AC cố định thành DC biến đổi. Điện áp xoay chiều đầu vào được chuyển đổi thành điện áp một chiều bởi các điốt. Sơ đồ mạch cho bộ chỉnh lưu nửa sóng được hiển thị bên dưới 10
11. Như được hiển thị trong sơ đồ mạch, bốn điốt được sử dụng để chuyển đổi AC sang DC. Một mạch như vậy được gọi là chỉnh lưu toàn sóng . Hoạt động của bộ chỉnh lưu có thể được phân thành hai chế độ. Chế độ 1: Ở chế độ này, tức là trong nửa chu kỳ dương của điện áp cung cấp, Điốt D1 và D2 dẫn điện cùng một lúc. Đường dẫn của chu kỳ này là A-D1-Load-P-D2- B. Trong chế độ này, nửa đầu của điện áp đầu ra (như trong hình 1) thu được. Tải trọng được lấy làm tải trọng điện trở. Chế độ 2: Ở chế độ này, tức là trong nửa chu kỳ sau của điện áp cung cấp, điốt D3 và D4 dẫn điện cùng một lúc. Đường dẫn truyền cho chu trình này là B-D3-Load-P- D4-A. Trong chế độ này, nửa sau của điện áp đầu ra như trong hình 1 thu được. Trong một chu kỳ đầy đủ, chúng ta thu được hai xung dương, vì lý do này, nó được gọi là bộ chỉnh lưu toàn sóng. Thay vì hai xung dương, Nếu chúng ta thu được xung trên mỗi chu kỳ, nó sẽ được gọi là bộ chỉnh lưu nửa sóng. Tương tự, chúng ta cũng có bộ chỉnh lưu một pha và ba pha. Bộ sạc di động là một trong những ví dụ phổ biến ngày nay về bộ chỉnh lưu chuyển đổi AC thành DC để sạc điện thoại di động. Nếu các thiết bị được sử dụng trong bộ chỉnh lưu là điốt, nó được phân loại là bộ chỉnh lưu không điều khiển. Trong một bộ chỉnh lưu không điều khiển, chúng ta không thể kiểm soát độ lớn của điện áp một chiều được chuyển đổi. Chỉ chúng tôi có được DC cố định từ AC cố định. Hơn nữa, nếu chúng ta sử dụng các thiết bị như Silicon Controller Rectifier (SCR) hoặc các thiết bị khác thuộc họ thyristor, thì nó được phân loại là một bộ chỉnh lưu điều khiển. Chúng ta có thể kiểm soát điện áp DC đầu ra bằng cách thay đổi góc bắn của các thyristor. Chúng còn được gọi là bộ chỉnh lưu điều khiển pha. Cùng với nhau, máy biến áp và bộ chỉnh lưu tạo thành khối chỉnh lưu máy biến áp (TRU). Do đó, thiết bị này có thể giảm điện áp cung cấp AC đầu vào và chuyển đổi nó thành DC để sử dụng tiếp. 11
12. 3. Ứng dụng 3.1. Tăng tuổi thọ của các thiết bị sử dụng Thực tế cho thấy rất nhiều thiết bị máy biến áp khi được sử dụng quá công suất kết hợp với quy trình vệ sinh máy chưa đúng cách dẫn đến trường hợp các thiết bị máy móc, linh kiện bị bám bụi, dầu mỡ sẽ rất nhanh nóng trong quá trình hoạt động. Nghiêm trọng hơn, nếu bị nóng trong một thời gian dài sẽ rất dễ dây hư hỏng máy móc. Cách khắc phục tình trạng máy biến áp chỉnh lưu bị hỏng trong quá trình hoạt động, các nhà chế tạo đã thiết kế nhiệt độ của máy tăng lên 15K – đây là mức nhiệt đọ thấp hơn hẳn so với tiêu chuẩn nhiệ độ của quốc gia. Vì vậy mà máy biến áp chỉnh lưu sẽ giảm được độ nóng và tuổi thọ cũng sẽ cao hơn 3.2. Giảm sự kháng nhiễu điện từ trong quá trình hoạt động Trong quá trình sản xuất, việc tiếp xúc giữa các cuộn dây trong quá trình phát điện sẽ không tránh khỏi sự phát điện gây nhiễu dòng điện, giảm công suất lao động. Nắm bắt được nhược điểm đó nên khi sáng tạo máy biến áp chỉnh lưu, các nhà sản xuất đã lấy 10% thành phần của biến thế nguồn và mật độ dây dẫn giảm và khả năng che chắn điện được tốt hơn. Điều đó cũng làm giảm sự ô nhiễm van bên cao hơn điều hòa của thành phần lưới điện. 3.3. Tiềm ẩn khả năng chống nóng Theo quan sát thực tế của các chuyên gia, máy biến áp chỉnh lưu đã làm cho nồng độ thất lạc tránh được giúp cho hiệu quả làm việc của máy biến áp được cải thiện, làm gia tăng nhiệt độ của dây nóng điểm vì thế mà ngăn ngừa được địa phương quá nóng. 4. Ưu nhược điểm (Hiện chỉ có ưu điểm) Các tính năng khác của bộ chỉnh lưu máy biến áp bao gồm những điều sau đây. Nó có sẵn với một cơ sở làm mát không khí. Làm mát là điều cần thiết để tản nhiệt thích hợp.Vì đầu vào được cung cấp từ máy biến áp, các vòi có thể được cung cấp từ phía đầu ra để điều chỉnh điện áp. Thiết bị có thể được điều khiển bằng điều khiển từ xa hoặc SCADA . Các công nghệ gần đây thậm chí còn bao gồm các bộ chỉnh lưu biến áp dựa trên IoT. Vì máy biến áp nên tuổi thọ cao và ít phải bảo dưỡng. 12
13. Vì chúng ta có bộ chỉnh lưu đầy đủ làm đơn vị đầu ra, bộ chỉnh lưu toàn sóng bao gồm rất nhiều sóng hài, vì dạng sóng đầu ra không đối xứng. Do đó, khối chỉnh lưu biến áp cũng là khối lọc sóng hài. Phạm vi điện áp đầu ra thay đổi từ 30V-110V DC. Nói chung, chúng ta có nhiều ứng dụng hơn dựa trên điện áp thấp DC tức là 30 V. Phạm vi của dòng điện đầu ra có thể thay đổi từ 10 A đến 40 A. 13
14. IV. Máy biến điện áp 1. Cấu tạo và đặc điểm - Ký hiệu TU, BU, VT, PT. - Chức năng ; biến U cao thành U thấp để đo bằng (V) dùng để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, relay và tự động hóa. - Ví dụ 35/0,1kV, 110/0,1kV. - Công suất chế tạo khoảng 25-1000VA Mọi máy biến áp đều có cấu tạo chung gồm 3 thành phần chính: lõi thép, dây quấn và vỏ máy. 1.1. Lõi thép (mạch từ) Lõi thép dùng để dẫn từ thông, được chế tạo từ các vật liệu dẫn từ tốt. Được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện thành mạch vòng khép kín, các lá thép mỏng mặt ngoài có sơn cách điện với bề dày từ 0,3-0,5mm. Lõi thép gồm 2 phần gồm Trụ và Công, trong đó Trụ là phần để đặt dây quấn còn Gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ kín. 1.2. Dây cuốn Dây quấn thường được làm bằng dây nhôm hoặc đồng, tiết diện hình tròn hoặc chữ nhật, bên ngoài có bọc cách điện. Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép mà giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi ép đều có cách điện. Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn và số vòng dây của các cuộn là khác nhau, tùy thuộc vào nhiệm vụ của máy biến áp. 1.3. Vỏ máy Tùy vào từng loại máy biến điện áp mà vỏ máy biến áp được làm bằng các chất liệu khác nhau. Chúng thường được làm từ nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong nó là nắp thùng và thùng. 14
15. Đặc điểm Nguyên nhân w2 < w1 U2 < U1 I1 nhỏ U1 cao I2 cao U2 thấp Chế độ làm việc: không tải Z(V) rất lớn Tránh ngắn mạch thứ cấp In 10Iđm rất lớn 2. Nguyên lý hoạt động Máy biến áp hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lý: Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường. Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra một hiệu điện thế cảm ứng, còn gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. Cuộn dây N1 và cuộn dây N2 được quấn trên lõi thép khép kín. Đặt một điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây N1, trên cuộn dây này sẽ xuất hiện dòng điện I1 chạy trong dây dẫn, đồng thời trong dây dẫn sẽ xuất hiện từ thông móc vòng cho cả hai cuộn N1 và N2. Cuộn dây N2 được nối với tải thì trên cuộn N2 sẽ xuất hiện dòng điện I2 với điện áp U2. Như vậy, năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được chuyển từ dây quấn 1 sang dây quấn 2. 3. Ứng dụng của Máy biến điện áp -Đo lường -Đo đếm điện năng tiêu thụ tại các trạm biến áp -Trong bo mạch điều khiển -Trong 1 số bộ điều khiển điện áp, điều khiển động cơ, các bộ AVR cần lấy điện áp mẫu để về so sánh từ đó điều khiển điện áp theo mong muốn. Điện áp mẫu không thể đưa trực tiếp vào bộ AD hoặc bộ vi xử lý nên phải qua Máy biến điện áp. 4. Ưu điểm 4.1. Ưu điểm Chi phí thường thấp hơn máy biến điện áp khô từ 1,5 đến 2 lần 15
16. Hiệu suất tản nhiệt tốt Không giới hạn điện áp làm việc Có tính đa dụng (bao gồm cả truyền tải và phân phối) Có khả năng sửa chữa, tận dụng, phục hồi tốt 4.2. Nhược điểm của máy biến điện áp dầu Dễ gây cháy nổ. Nếu xảy ra sự cố quá áp, dầu máy tràn ra gây nguy cơ ô nhiễm môi trường Chi phí bảo trì bảo dưỡng lớn do phải kiểm tra định kỳ thể tích dầu, mức độ lão hóa của dầu Yêu cầu lắp đặt đòi hỏi điều kiện khắt khe để đảm bảo khả năng chống cháy nổ 16
17. V. Máy biến dòng điện 1. Cấu tạo Kí hiệu : TI, BI, CT ( current transformer ) Chức năng : Biến I cao thành I thấp để đo bằng (A) , thường là 5A , 1A Cấu tạo máy biến dòng + Dây quấn sơ cấp quấn ít vòng , thường chỉ 1 vòng + Dây quấn sơ cấp có tiết diện lớn do phải làm việc gần như ngắn mạch + Dây quấn thứ cấp có tiết diện nhỏ và nhiều vòng Máy biến dòng bao gồm các phần chính sau đây: + Primary Current: Dòng điện sơ cấp + Secondary Winding: Cuộn dây thứ cấp + Hollow Core: Lõi rỗng + Ammeter : Đồng hồ đo dòng 2. Nguyên lý hoạt động Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ , thông qua mạch từ lõi thép biến đổi dòng điện lớn phía cao áp sang dòng điện nhỏ cung cấp cho các phụ tải thứ cấp . Tổng trở mạch ngoài của CT rất bé nên có thể xem CT luôn làm việc ở trạng thái ngắn mạch . Ip×Wp = Is×Ws 2 푊1 = ( nếu W2 > W1 thì do I1 cao , I2 thấp ) 1 푊2 17
18. 3. Chế độ làm việc Chế độ làm việc ngắn mạch : Chủ yếu làm việc ở chế độ này , vì Z(A) rất nhỏ Tỷ số giữa dòng ngắn mạch sơ cấp trên dòng định mức gọi là bội số dòng của máy biến dòng. Khi bội số này lớn, sai số CT tăng và sai số này còn phụ thuộc vào dòng thứ cấp hoặc tải. Thường với mạch bảo vệ, bội số dòng điện của CT dòng phải đạt giá trị sao cho sai số của nó dưới 10% Chế độ hở mạch : Tránh hở mạch thứ cấp vì khi đó điện áp thứ cấp rất lớn có thể làm hư hỏng lớp cách điện . Nguyên nhân ∅max rất lớn làm nóng MBA 4. Phân loại máy biến dòng + Máy biến dòng dạng dây quấn +Máy biến dòng dạng vòng +Máy biến dòng dạng khối 5. Ứng dụng Ứng dụng máy biến dòng + Đo lường , điều khiển bảo vệ : Mở rộng phạm vi các dụng cụ đo như ampe kế ,công tơ , oát kế , hệ thống bảo vệ dòng điện tuần hoàn vi sai , bảo vệ sự cố quá dòng, bảo vệ khoảng cách trong hệ thống truyền tải . + Đo đếm điện năng tiêu thụ tại các trạm biến áp + Trong điều khiển , trong các tủ điện điều khiển bù công suất phản kháng , cần lấy tín hiệu dòng điện đưa về bộ điều khiển . 6. Ảnh hưởng các thông số đến độ chính xác của máy . Cấp chính xác của biến dòng đo lường -Biến dòng đo lường cho phép sai số nhỏ, với phạm vi hoạt động của tải thứ cấp (0,05÷1,2)x Iđịnh mức. -Giới hạn sai số với biến dòng đo lường: 0.1, 0.2, 0.5, 1 và 3. Trong đó: Cấp chính xác 0.1- Biến dòng dùng cho phòng thí nghiệm 18
19. Cấp chính xác 0.2 – Biến dòng dùng cho phòng thí nghiệm, biến dòng mẫu, công tơ đo đếm điện năng Cấp chính xác 0.5 – Dùng cho công tơ và đồng hồ đo đếm tiêu chuẩn. Cấp chính xác 1 – Chuẩn hóa dụng cụ đo trong công nghiệp. Cấp chính xác 3; 5 – Dụng cụ đo không cần độ chính xác cao Cấp chính xác 5P; 10P - Rơ le bảo vệ 7 Ưu nhược điểm Ưu điểm là kết cấu đơn giản , kích thước nhỏ gọn , tính ổn định cao khi dòng ngắn mạch chạy qua Nhược điểm là khi dòng điện phía sơ cấp nhỏ thì sai số máy biến dòng khá lớn 19
20. VI. Máy biến áp biến đổi số pha 1. Cấu tạo Hệ thống hai pha có thể có mạch 3 dây, 4 dây hoặc 5 dây. Cần phải xem xét rằng hệ thống hai pha không phải là 2/3 của hệ thống ba pha. Đoạn mạch ba dây, hai pha cân bằng có hai dây pha, cả hai đều mang cường độ dòng điện xấp xỉ nhau, trong đó dây trung tính mang cường độ dòng điện gấp 1,414 lần cường độ dòng điện trong các dây pha. Các điện áp pha-trung tính lệch pha với nhau 90o. Mạch điện hai pha 4 dây thực chất chỉ là hai mạch điện một pha không mắc điện nằm lệch pha nhau 90o. Hai đoạn mạch 5 dây pha có bốn dây pha cộng với một trung tính; bốn dây pha lệch pha với nhau 90 °. 2 phase five wire : 2 pha năm dây 2 phase three wire : 2 pha 3 dây Hinh1 : Kết nối Scott-T - Kết nối dây 2 và 3 pha 2. Nguyên lí làm việc -Cách dễ nhất để biến đổi điện áp ba pha thành điện áp hai pha là sử dụng hai máy biến áp một pha thông thường. Máy biến áp thứ nhất được nối pha-trung tính ở phía sơ cấp (ba pha) và máy biến áp thứ hai được nối giữa hai pha còn lại ở phía sơ cấp. -Sau đó mắc cuộn thứ cấp của hai máy biến áp vào đoạn mạch hai pha. Điện áp sơ cấp lệch pha với điện áp sơ cấp lệch pha 90 °, tạo ra điện áp hai pha trên hai đầu 20
21. cuộn thứ cấp. Kết nối đơn giản này, được gọi là kết nối T, được hiển thị trong hình trên (hình 1 ) - Kết nối scott T của máy biến áp: Máy biến áp Scott-T (còn được gọi là kết nối Scott) là một loại mạch được sử dụng để lấy điện hai pha từ nguồn ba pha hoặc ngược lại. Kết nối Scott phân phối đều tải cân bằng giữa các pha của nguồn. - Các kết quả đầu ra Main và đầu ra Teaser nằm trên các lõi riêng biệt. Một jumper bên ngoài cũng được yêu cầu để kết nối mặt chính của phần MAIN và Teaser. - Sơ đồ của Máy biến áp Scott T điển hình được hiển thị bên dưới: Hình 2 : Sơ đồ máy biến áp Scott T điển hình Hình 3 : Kết nối Scott-T chuyển đổi 3 pha sang 2 pha Tải nối giữa pha y1 và pha y2 của cuộn thứ cấp: Dòng điện thứ cấp từ cuộn dây sơ cấp vào pha X1 = 1,0 <90 ° Dòng điện thứ cấp từ dây quấn vào pha X2 = -1,0 <90 ° Dòng điện sơ cấp từ pha H3 vào dây quấn trêu chọc = 1,1547 <90 ° 21
22. Dòng điện sơ cấp từ pha H2 vào cuộn dây chính = 0,5774 <90 ° Dòng điện sơ cấp từ pha H1 vào cuộn dây chính = -0,5774 <90 ° Tải nối giữa pha X2 và pha X1 của cuộn thứ cấp: Dòng điện thứ cấp từ dây quấn chính vào pha X2 = 1,0 <0 ° Dòng điện thứ cấp từ dây quấn chính vào pha X4 = -1,0 <0 ° Dòng điện sơ cấp từ pha H2 vào dây quấn chính = 1,0 <0 ° Dòng điện sơ cấp từ pha H1 vào cuộn dây chính = - 1,0 <0 ° Dòng điện sơ cấp từ pha H3 vào cuộn dây = 0 Đặt chồng hai bộ dòng điện sơ cấp: I H3 = 1,1547 <90 ° + 0 = 1,1547 <90 ° I H2 = 0,5774 <90 ° + 1,0 <0 ° = 1,1547 <30 ° I H1 = 0,5774 <90 ° + 1,0 <0 ° = 1,1547 <210 ° 3. Ưu nhược điểm - Ưu điểm của kết nối Scott : Nếu muốn, tải ba pha, hai pha hoặc một pha có thể được cung cấp đồng thời. Các điểm trung tính có thể có sẵn cho mục đích nối đất hoặc tải Nhược điểm khi sử dụng cho tải 3 pha: Đây là loại kết nối không đối xứng (3 pha, 2 cuộn dây), tái tạo ba pha từ 2 cuộn dây. Điều này có thể gây ra giảm điện áp không bằng nhau trong các cuộn dây, dẫn đến điện áp có thể không cân bằng được đặt vào tải. Trung tính của thiết kế này phải được nối đất vững chắc. Nếu nó không được nối đất kiên cố, điện áp thứ cấp có thể trở nên không ổn định. Vì thiết kế này sẽ có trở kháng thấp nên sẽ phải đặc biệt chú ý đến công suất dòng sự cố bảo vệ chính. Đây có thể là một vấn đề nếu hệ thống được thiết kế cho kết nối Delta-Star. 4. Ứng dụng Máy biến áp biến đổi 3 pha sang 2 pha (MBA Scott) để cấp điện cho động cơ 2 pha. ĐC 2 pha có thể đấu nối điện trở vào 1 pha để dùng điện 1 pha, tuy nhiên việc này làm cho mômen mở máy thấp 22
23. VII. Máy Phát Tốc 1. Cấu tạo: Dựa vào tín hiệu ra ta chia làm 2 loại máy phát tốc: + Máy phát tốc một chiều + Máy phát tốc xoay chiều. Trong máy phát tốc xoay chiều ta chia làm 2 loại: Máy phát tốc đồng bộ Máy phát tốc không đồng bộ * Máy phát tốc một chiều: - Giống động cơ chấp hành một chiều loại rôto rỗng hoặc rôto hình đĩa mạch in. - Cấu tạo gồm: Stator (Phần cảm), roto(phần ứng), cổ góp và chổi quét, biến trở và vôn kế cuộn dây chuyển động, kích thích bằng nam châm vĩnh cửu hoặc kích thích độc lập, * Máy phát tốc xoay chiều: - Máy phát tốc đồng bộ: - Máy phát tốc đồng bộ có cấu tạo như MFĐĐB một pha công suất nhỏ với rôto là nam châm vĩnh cửu, với cấu tạo chỉnh gồm stato và roto 23
24. - Máy phát tốc không đồng bộ: - Cấu tạo giống ĐC chấp hành không đồng bộ: - Stato: lõi thép và hai dây quấn đặt lệch nhau trong không gian góc 90 độ + Dây quấn kích thích KT: Ukt = const + Dây quấn phát tốc FT Số rãnh hai dây quấn này là tương đương nhau (số vòng dây có thể khác nhau) - Rôto: + Rôto lồng sóc nhưng mômen quán tính lớn, ảnh hưởng đến cơ cấu cần đo. + Rôto rỗng không dẫn từ để giảm mômen quán tính. 2. Nguyên lý hoạt động *Máy phát tốc xoay chiều: 24
25. * Máy phát tốc một chiều: Máy phát tốc DC hoạt động dựa trên nguyên tắc khi dây dẫn kín chuyển động trong từ trường, suất điện động cảm ứng trong dây dẫn. Độ lớn của suất điện động cảm ứng phụ thuộc vào liên kết từ thông với vật dẫn và tốc độ của trục. Phần ứng của máy phát tốc một chiều quay giữa trường không đổi của nam châm vĩnh cửu. Sự quay tạo ra suất điện động trong cuộn dây. Độ lớn của sdd cảm ứng tỉ lệ với tốc độ trục. Cổ góp biến đổi dòng điện xoay chiều của cuộn dây phần ứng thành dòng điện một chiều với sự trợ giúp của chổi than. Vôn kế cuộn dây chuyển động đo sdd cảm ứng. Cực của điện áp cảm ứng xác định hướng chuyển động của trục. Điện trở được mắc nối tiếp với vôn kế để điều khiển dòng điện nặng của phần ứng. 26
26. 3. Ứng dụng - Máy phát tốc được lắp ở trục động cơ, trục mát phát điện, hoặc 1 trục quay nào đấy. Khi trục động cơ/ trục máy phát/ trục quay nào đấy quay, thì rotor của máy phát tốc cũng quay, phía Stator của máy phát tốc sẽ có điện áp. Người ta trích lấy điện áp đó để cung cấp cho mạch kiểm soát tốc độ của trục động cơ/ trục máy phát/ trục quay ứng dụng cho giám sát từ xa và điều khiển vận tốc. - Sử dụng để đo tốc độ động cơ cũng như tốc độ tương ứng của các thiết bị được cấp nguồn như băng tải, máy trộn, quạt và máy công cụ. Do đó, chúng được sử dụng như các thành phần phản hồi trong các mạch điều khiển tốc độ - Máy phát tốc cũng có thể được sử dụng làm nguồn phản hồi để điều khiển điện áp động cơ. Ví dụ, một động cơ yêu cầu điện áp đáng kể để khởi động nhưng sau đó có thể chạy trên điện áp thấp hơn nhiều. Việc sử dụng máy phát tốc độ cho phép cung cấp điện áp tỷ lệ thuận với tốc độ quay, liên tục cho động cơ, phạm vi điều khiển tốc độ cao hơn nhiều dưới các tải khác nhau. 4. Ưu nhược điểm: 4.1. Máy phát tốc 1 chiều - Ưu điểm: + Cực của điện áp cảm ứng cho biết chiều quay của trục. + Trong máy phát tốc 1 chiều, việc bù nhiệt độ dễ dàng hơn. + Kích thước nhỏ nhưng tạo ra được điện áp cao + Mối quan hệ giữa đầu vào (tốc độ) và đầu ra (điện áp) là tuyến tính. - Nhược điểm: + Cổ góp và chổi than dễ hao mòn, không bền bỉ 27
27. + Điện trở đầu ra của máy phát tốc một chiều được giữ ở mức cao so với điện trở đầu vào. Nếu xuất hiện dòng điện lớn trong dây dẫn phần ứng, thì trường không đổi của nam châm vĩnh cửu sẽ bị méo. 4.2. Máy phát tốc xoay chiều - Ưu điểm + Biên độ và tần số của điện áp cảm ứng trong cuộn dây stato tỉ lệ với tốc độ. + Tốc độ chưa biết có thể được đo bằng hai cách. Một là đo biên độ và một là đo tần số của điện áp cảm ứng. + Mối quan hệ giữa đầu vào (tốc độ) và đầu ra (biên độ và tần số của điện áp) là tuyến tính. + Không có thành phần chổi than cổ góp kém bền bỉ như ở máy phát tốc một chiều. - Nhược điểm: + Trong điều kiện tốc độ thấp, tần số điện áp đầu ra thấp. + Trong điều kiện tốc độ cao, trở kháng của cuộn dây tăng cùng với tần số. Vì vậy, để có độ tuyến tính tốt, trở kháng đầu vào của thiết bị hiển thị phải cao so với trở kháng của cuộn dây. 28
28. VIII. Hệ tự đồng bộ 3 pha (Selsyn 3 pha) K/N: Trong hệ thống điều khiển và điều chỉnh tự động cần có sự truyền đạt đồng bộ từ xa những chuyển động góc của các cơ cấu không có liên hệ về cơ khí với nhau và chỉ nối với nhau bằng điện. Khi một trong những máy đó quay đi một góc (gọi là máy phát) thì những máy khác (máy thu) cũng quay một góc như vậy. Nhiệm vụ này được thực hiện bằng hệ thống liên lạc 1. Cấu tạo Hệ tự đồng bộ ba pha đơn giản nhất là gồm hai máy điện không đồng bộ rôto dây quấn. Dây quấn stato của chúng được nối với lưới điện còn dây quấn rôto được nối với nhau theo đúng thứ tự pha. Như vậy nếu ở hai máy vị trí của rôto đối với stato giống nhau thì sđđ E 2 trong mạch rôto của chúng sẽ ngược nhau và dòng điện I sẽ bằng 0. 2 2. Nguyên lý làm việc Gọi F là máy phát tín hiệu và T là máy thu tín hiệu thì khi có tín hiệu tác động vào máy phát F làm quay roto của nó đi 1 góc thì các Sđđ E2F và E2T sẽ có góc lệch và do đó trong mạch rôto sẽ có dòng điện I2. (+) khi rôto F quay cùng chiều với ƯF ( E2T vượt trước E2F ) (–) Khi rô to F quay ngược chiều với ƯF Trong đó : Z2F và Z2T : tổng trở rôto của máy phát (F) và máy thu (T). Đồ thị vectơ cho thấy thành phần tác dụng của I2 cùng chiều với E2T do đó MT sẽ làm quay rôto của máy T đi 1 góc. Trái lại thành phần tác dụng của I2 ngược chiều với E2F nên sẽ có mômen MF kéo rôto của máy F trở về vị trí = 0. 29
29. 3. Ứng dụng Truyền thông tin góc quay từ vị trí này tới vị trí khác tức thời và chính xác mà không cần sử dụng các kết nối cơ học -Được sử dụng trong hệ thống điều khiển hệ thống kênh đào. -Được sử dụng rộng rãi hơn trong quân đội, trong bộ điều khiển bệ phóng tên lửa và bộ điều khiển rada. - Trong hàng không vũ trụ. Ưu điểm: - Truyền thông tin một cách tức thời - nguồn tiêu thụ thấp, điện áp và tần số truyền dẫn được thiết đặt cho từng ứng dụng và thiết bị khác nhau - linh hoạt, chính xác, an toàn và tránh được các yêu cầu bảo dưỡng hệ thống phức tạp. Nhược điểm: Chế tạo phức tạp, giá thành cao 30
30. IX. Hệ tự đồng bộ 1 pha (Selsyn 1 pha) 1. Cấu tạo, Cấu tạo gồm có 2 phần: + Stato: lõi sắt từ , trên đó đặt dây quấn 3 tia (giống dây quấn 3 pha, nghĩa là đặt lệch nhau trong không gian 1200 điện). Dây quấn này được gọi là dây quấn đồng bộ (ĐB) + Rôto: có lõi thép dạng cực từ và dây quấn kích thích (KT) kiểu tập trung. Để nối điện với rôto phải dùng 2 vành trượt và 2 chổi than. 2. Nguyên lý làm việc Xenxin có thể làm việc ở 2 chế độ: + Chế độ chỉ thị góc xoay trực tiếp + Chế độ biến áp: chỉ thị góc xoay gián tiếp qua các cơ cấu khác Selsyn một pha ở chế độ chỉ thị Selsyn một pha ở chế độ máy biến áp Trục của từ trường kích thích trùng với trục Cuộn KT ở XT gọi là cuộn Ra. Đặt U~ vào của dây quấn tia 1. Đặt điện áp xoay chiều Ut cuộn kích thích KT của XF → cảm ứng ra các vào các cuộn kích thích của XF và XT → tạo sđđ ở các tia. nên từ trường đập mạch  với tần số f. đm đm Vì hai cuộn ĐB của XF và XT nối với nhau, cảm ứng ra các sđđ biến áp (hiện tượng giống mà ở XT không có sđđ nên xuất hiện dòng điện như ở MBA) ở các tia của dây quấn đồng bộ Icbi = EFi / 2.ZĐB chạy từ XF đến XT. Dòng điện XF và XT. này chạy trong cuộn đồng bộ của XT tạo nên Sđđ thứ cấp ở cuộn đồng bộ trùng pha về thời stđ tổng Ft Icb. gian và trị số phụ thuộc vào góc lệch của tia Sđđ Era được khuyếch đại qua bộ KĐ đưa vào dây quấn với trục từ trường kích thích. cuộn điều khiển của động cơ chấp hành làm Vì rôto của XF cố định nên rôto của XT xoay rôto của ĐCCH này xoay. ĐCCH được nối đi một góc bằng góc quay rôto của XF. Như cùng trục với với rôto của XT nên rôto của XT vậy chuyển dịch góc đã truyền được một đi cũng xoay và xoay cho đến khi Era = 0 → cos một khoảng cách xa từ XF đến XT. = 0 → = 900. 31
31. Dựa vào góc sai số phân ra cấp chính xác Vậy hệ thống XF, XT vẫn làm nhiệm vụ xenxin : 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 5. chuyển góc đi một khoảng cách xa nhưng phải dùng cơ cấu trung gian để tạo nên mômen xoay lớn. 3. Ứng dụng Hiện nay Selsyn 1 pha được áp dụng rộng rãi trong ngành tự động hóa và điều khiển. 4. Ưu nhược điểm 4.1. Ưu điểm Cấu tạo selsyn 1 pha đơn gián, giống động cơ không đồng bộ roto dây quấn Ở chế độ chỉ thị thì một XF làm việc với nhiều XT. 4.2. Nhược điểm Làm việc ở cả 2 chế độ đều có sai số. Ở chế độ chỉ thị thì có ma sát trên trục của XT, công nghệ chế tạo nên mạch từ hoặc mạch điện không đối xứng, rôto không cân bằng. Ở chế độ máy biến áp phải dùng cơ cấu trung gian 32
32. X. Máy điện không đồng bộ biến đổi tần số 1. Cấu tạo Cấu tạo của máy điện không đồng bộ gồm hai bộ phận chính là: stato và roto, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy. Trong đó Stato là phần tĩnh gồm hai phần chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra có võ máy và nắp máy. Roto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy. 2. Nguyên lý làm việc Máy điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể dùng làm máy biến đổi tần số f1 sang f2. Xét trường hợp f2 > f1 Dây quấn Stato MĐKĐB rôto dây quấn BT nối với lưới điện có tần số f1, roto được 1 ĐC sơ cấp ĐK kéo quay ngược chiều với từ trường quay. Tần số của sđđ cảm ứng ở dây quấn roto: Dây quấn rôto nhận năng lượng từ 2 phía. Một phần từ phía stato chuyển qua nhờ từ trường quay, một phần từ động cơ sơ cấp ĐK truyền qua theo trục của rôto . P2 = m2 s E2 I2 cosψ2 Trong đó m2 và E2 là số pha và sđđ của rôto khi đứng yên. Công suất điện từ chuyển từ stato sang roto bằng : Pđt = m2 E2 I2 cosψ2 Khi s > 1 thì P2 > Pđt , máy lấy công suất từ trục động cơ sơ cấp ĐK vào và công suất cơ đó bằng: Pcơ = P2 – Pđt.= m2 (s-1) E2 I2 cosψ2 33
33. 3. Ứng dụng Máy điện không đồng bộ dùng biến đổi tần số thường cấp điện tần số f2 từ 100 đến 200Hz dùng trong công nghiệp 4. Ưu nhược điểm 4.1. Ưu điểm của động cơ không đồng bộ ba pha Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ. Vận hành dể dàng, bảo quản thuận tiện. Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa. Sản xuất với nhiều cấp điện áp khác nhau (từ 24 V đến 10 kV) nên rất thích nghi cho từng người sử dụng. 4.2. Nhược điểm của động cơ không đồng bộ ba pha Hệ số công suất thấp gây tổn thất nhiều công suất phản kháng của lưới điện. Không sử dụng được lúc non tải hoặc không tải. Khó điều chỉnh tốc độ. Đặc tính mở máy không tốt, dòng mở máy lớn (gấp 6-7 lần dòng định mức). Momen mở máy nhỏ. 34
34. XI. Động cơ Servo 1. Khái niệm - Là một thiết bị biến đổi tín hiệu dưới dạng điện áp thành tín hiệu cơ dưới dạng tốc độ. - Chế độ làm việc của động cơ chấp hành có thể là chạy, thay đổi tốc độ, dừng, đảo chiều 2. Cấu tạo 2.1. Động cơ secvo một chiều (DC servo motor) - Là ĐCMC kích từ độc lập bằng điện từ hoặc từ điện. - Stato (phần cảm) tạo nên từ thông cho máy gồm hai loại kích từ: + điện từ: cực từ làm bằng các lá thép KTĐ, trên có đặt dây quấn kích từ và được nối với nguồn một chiều. + từ điện: cực từ là nam châm vĩnh cửu. - Rôto (phần ứng): + thường là rôto rỗng không dẫn từ để giảm trọng lượng. + rôto hình đĩa nối với dây quấn mạch in hoặc loại không tiếp xúc 2.2. Động cơ secvo xoay chiều (AC servo motor): gồm có ĐC secvo không đồng bộ và ĐC secvo đồng bộ. - Gồm 3 phần : stator, rotor ( thường là loại nam châm vĩnh cửu ) và encoder +) Stator bao gồm 1 cuộn dây được quấn quanh lõi , được cấp nguồn để cung cấp lực cần thiết làm quay rotor. +) Rotor được cấu tạo bởi nam châm vĩnh cửu có từ trường mạnh. +) Encoder được gắn sau đuôi động cơ để phản hồi chính xác tốc độ và vị trí của động cơ về bộ điều khiển. 3. Nguyên lý hoạt động - Rotor của động cơ servo motor chính là một nam châm vĩnh cửu. Động cơ này có từ trường mạnh, đồng thời stator của động cơ còn được cuốn vào các cuộn dây riêng biệt, được cấp nguồn điện để hoạt động theo một trình tự thích hợp, từ đó sẽ làm quay rotor. Nếu thời điểm mà dòng điện cấp tới cho các cuộn dây là chuẩn xác thì khi đó chuyển động quay của roto sẽ phụ thuộc vào tần số và pha của dòng điện, mặt khác, phân cực và dòng điện sẽ chạy trong cuộn dây stator. - Động cơ servo được tạo nên bởi những hệ thống hồi tiếp vòng khép kín và tín hiệu đầu ra của động cơ, chúng sẽ được nối với một mạch điều khiển. Khi động cơ 35
35. quay thì vận tốc và vị trí của chúng sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. - Khi đó, cho dù bất kỳ tác nhân nào muốn ngăn cản chuyển động quay của động cơ thì cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận được tín hiệu cho thấy chưa đạt được vị trí mong muốn. Mạch điều khiển sẽ tiếp tục chỉnh sai lệch, điều này khiến cho động cơ đạt được vị trí chính xác nhất của bộ điều khiển servo. 4. Ứng dụng -Một số ứng dụng động cơ servo phổ biến được sử dụng hiện nay: rô bốt, băng tải băng chuyền , lấy nét tự động của máy ảnh , xe robot , hệ thống theo dõi NL mặt trời, máy cắt và tạo hình kim loại, định vị ăng-ten, chế biến gỗ/CNC, dệt may, . 5. Ưu nhược điểm 5.1.Động cơ Secvo một chiều +) Ưu điểm: Kiểm soát được tốc độ chính xác cho máy móc, đặc điểm tốc độ của mô men xoắn cũng rất khó, đồng thời, nguyên tắc điều khiển đơn tương đối giản, dễ sử dụng và giá cả lại rẻ hơn các loại khác. +) Nhược điểm: Chổi than của động cơ sẽ giới hạn tốc độ, sức đề kháng bổ sung, do đó dẫn đến các hạt bị mài mòn (do môi trường không có bụi bẩn sẽ không thích hợp) 5.2. Động cơ Secvo xoay chiều +) Ưu điểm: Điều khiển tốc độ cực tốt, điều khiển một cách trơn tru trên toàn bộ vùng tốc độ, đặc biệt chúng không hề dao động, hiệu suất hoạt động cao hơn 90%. Loại động cơ này sản sinh ít nhiệt, điều khiển được ở tốc độ cao, điều khiển vị trí có độ chính xác cao. Động cơ dùng mô men xoắn, quán tính thấp, đồng thời tiếng ồn thấp, không có bàn chải mặc, với chế độ bảo trì miễn phí áp dụng cho môi trường không có khói bụi, chất dễ gây nổ. +) Nhược điểm: Điều khiển phức tạp hơn, bởi lẽ các thông số ổ đĩa cũng cần phải được điều chỉnh theo các thông số PID chính xác để có thể xác định được nhu cầu kết nối nhiều hơn. 36
36. XII. ĐỘNG CƠ BƯỚC ( STEPPER MOTOR ) 1. Tổng quan - Là loại động cơ được dùng để biến đổi các lệnh cho dưới dạng xung điện thành sự dịch chuyển dứt khoát về góc hay đường thẳng – như là bước từng bước mà không cần cảm biến phản hồi. - Động cơ làm việc phải có kèm theo bộ đổi chiều điện tử dùng để chuyển đổi các cuộn dây điều khiển của động cơ bước với thứ tự và tần số tuỳ theo lệnh đã cho. - Góc quay tổng hợp của rotor động cơ bước tương ứng chính xác với số lần chuyển đổi các cuộn dây điều khiển, chiều quay phụ thuộc theo thứ tự chuyển đổi, tốc độ quay phụ thuộc tần số chuyển đổi. 2. Phân loại - Chỉ thị hay động lực. - Thuận nghịch hay không thuận nghịch. - Có một stator hay nhiều stator. - Có một hay nhiều cuộn dây điều khiển (quấn tập trung hoặc quấn rải) - Rotor tác dụng (có dây quấn kích thích hoặc nam châm vĩnh cửu) và Rotor phản kháng (không có dây quấn), hoặc lai (kết hợp cả rotor tác dụng và rotor phản kháng) - Rotor hình đĩa hay rotor mạch in. - Bước dịch chuyển xoay hay dịch chuyển thẳng trực tiếp. 3. Cấu tạo. – 1 Rotor là một dãy các lá nam châm vĩnh cữu được xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận. Trên các lá nam châm này lại chia thành các cặp cực xếp đối xứng nhau. – Stato được tạo bằng sắt từ được chia thành các rãnh để đặt cuộn dây. 4. Nguyên lý hoạt động - Nguyên lý hoạt động động cơ bước không quay theo các cơ chế thông thường, bởi vì động cơ bước quay theo từng bước một, cho nên nó có một độ chính xác cao, đặc biệt là về mặt điều khiển học. - Động cơ bước làm việc nhờ vào hoạt động của các bộ chuyển mạch điện tử. Các mạch điện tử này sẽ đưa các tín hiệu của lệnh điều khiển chạy vào stato theo số thứ tự lần lượt và một tần số nhất định. 37
37. Tổng số góc quay của từng con rotor tương ứng với số lần mà động cơ được chuyển mạch. Đồng thời, chiều quay và tốc độ quay của con rotor còn phụ thuộc vào số thứ tự chuyển đổi cũng như tần số chuyển đổi của nó. 5. Điều khiển động cơ bước 5.1. Điều khiển tốc độ quay của động cơ bước - Điều khiển vận tốc động cơ bước được thực hiện bằng cách thay đổi tần số dịch bước f. 5.2 Điều khiển chiều quay của động cơ bước - Chiều quay của động cơ bước được xác định bằng thứ tự chuyển dịch các trạng thái cấp điện của các cuộn dây stator. 6. Ứng dụng - Tự động hóa : trong thiết bị điều khiển robot, điều khiển lập trình trong các thiết bị gia công cắt gọt. - Điện tử tiêu dùng : dùng trong máy ảnh số để lấy nét và điều chỉnh tiêu cự. - Oto và máy bay: để kiểm soát hành trình, định vị ăng ten quân sự, dùng trong thiết bị cảm biến tự động, ăng ten, thiết bị quét. - Thiết bị văn phòng: dùng bên trong máy tính, ổ đĩa lưu trữ dữ liệu, đầu ổ đĩa quang máy in, máy in mã vạch, máy quét. - Y tế: trong máy quét y tế, động cơ bước điều khiển chuyển động đa trục vi mô hoặc nano của thiết bị tự động, máy bơm pha chế, dụng cụ lấy mẫu và dụng cụ tiêm tự động sắc ký, chụp ảnh nha khoa kỹ thuật số, máy bơm chất lỏng, mặt nạ phòng độc, máy phân tích máu - Máy công nghiệp: sử dụng trong đồng hồ đo ô tô, thiết bị sản xuất tự động (bộ điều khiển động cơ bước đơn /đa trục) và trong bộ dụng cụ trang bị thêm (bộ điều khiển động cơ bước và động cơ) cho điều khiển máy CNC. - Thiết bị khoa học: máy quang phổ thiết bị khoa học, định vị kính viễn vọng quan sát. - Hóa học: thiết bị trộn và lấy mẫu sử dụng bộ điều khiển động cơ bước và thiết bị kiểm tra môi trường có động cơ bước đơn / đa trục được điều khiển. - An ninh: sản phẩm giám sát mới cho ngành công nghiệp bảo mật 38
38. - Công nghiệp games: động cơ cung cấp trong máy đánh bạc, máy kéo bánh xe và xáo trộn thẻ. 7. Ưu nhược điểm *Ưu điểm: - Góc quay của động cơ tỷ lệ với xung đầu vào. - Động cơ có mô-men quay đầy đủ ở trạng thái dừng (nếu cuộn dây được cấp điện). - Bảo trì ít hoặc không cần bảo trì. - Phản ứng tuyệt vời để khởi động/ dừng / đảo chiều. - Hoạt động đáng tin cậy vì không có chổi than. - Tuổi thọ của động cơ chỉ đơn giản phụ thuộc vào tuổi thọ của ổ trục. - Động cơ được điều khiển vòng hở với các xung đầu vào kỹ thuật số giúp việc điều khiển ít tốn kém hơn và đơn giản hơn - Có thể đạt được tốc độ đồng bộ rất thấp với tải được ghép trực tiếp vào trục. - Có dải rộng tốc độ quay vì tốc độ tỷ lệ thuận với tần số của các xung đầu vào. *Nhược điểm: - Cộng hưởng có thể xảy ra trong động cơ nếu không được điều khiển đúng cách. - Không dễ để vận hành động cơ ở tốc độ rất cao. - Khả năng hạn chế khi giữ tải quán tính lớn. - Ồn ào trong quá trình hoạt động, có hiện tượng động cơ nóng dần. 39
39. XIII. Động cơ BLDC 1. Cấu tạo Gồm 3 bộ phận 1.1. Động cơ một chiều + Phần ứng đứnng yên bên stato; Stato được ghép từ các lá thép KTĐ, trong các rãnh đặt dây quấn phần ứng + Phần cảm (kích từ) bên rôto: * Nam châm vĩnh cửu, được sử dụng nhiều * Kích thích điện từ, ít được sử dụng do có cấu tạo phức tạp 1.2. Cảm biến vị trí rôto (Hall, quang điện )đặt cùng vỏ máy với động cơ Thực hiện chức năng tạo ra tín hiệu điều khiển nhằm xác định thời điểm và thứ tự đổi chiều 1.3. Bộ chuyển mạch (Bộ đổi chiều không tiếp xúc) : Cuộn dây phần ứng đứng yên nên bộ phận đổi chiều dễ dàng được thay thế bằng bộ đổi chiều điện tử, được điều khiển bởi bộ cảm biến vị trí đặt trên trục động 2. Nguyên lý hoạt động Dựa trên lực tương tác của từ trường do stator tạo ra và nam châm vĩnh cửu trên rotor. Khi dòng điện chạy qua một trong ba cuộn dây stato sẽ tạo ra cực từ hút những nam châm vĩnh cửu gần nhất có cực từ trái dấu. Rotor sẽ tiếp tục chuyển động nếu dòng điện dịch chuyển sang một cuộn dây liền kề. Cấp điện tuần tự cho mỗi cuộn dây sẽ làm cho rotor quay theo từ trường quay 3. Ưu Nhược điểm - Ưu điểm: + không có tiếp xúc, đổi chiều không có tia lửa điện + độ tin cậy cao, có thể làm việc ở mọi môi trường + đặc tính cơ tốt + đáp ứng nhanh + hiệu suất cao 40
40. + không có tiếng ồn - Nhược điểm: phức tạp về mặt điều khiển, kích thước bộ đổi chiều lớn, giá thành cao 3. Ứng dụng của động cơ BLDC trong điều khiển tự động - Giao thông : Động cơ không chổi than được tìm thấy trong xe điện, xe lai và phương tiện giao thông cá nhân - Máy công cụ cầm tay không dây: ví dụ như máy cắt cỏ, máy thổi lá, máy cưa và máy khoan /bộ dẫn động. - Hệ thống điều hòa không khí. Có xu hướng trong ngành và điện lạnh sử dụng động cơ không chổi than thay vì các loại động cơ AC khác nhau do giảm đáng kể công suất tiêu thụ. - Công nghiệp: Việc áp dụng BLDC trong kỹ thuật công nghiệp chủ yếu tập trung vào quá trình sản xuất, thiết kế tự động hóa công nghiệp, hệ thống điều khiển chuyển động, định vị hoặc truyền động. -Hệ thống điều khiển chuyển động: thường được sử dụng làm máy bơm, quạt và dẫn động trục chính trong các ứng dụng có thể điều chỉnh hoặc thay đổi tốc độ vì chúng có khả năng tạo ra mô-men cao với tốc độ đáp ứng tốt, dễ dàng tự động hóa để điều khiển từ xa. Và còn có đặc tính nhiệt tốt và hiệu quả năng lượng cao. -Hệ thống định vị và truyền động công nghiệp Đối với robot lắp ráp, động cơ bước không chổi than hoặc động cơ servo được sử dụng để định vị một bộ phận để lắp ráp hoặc là công cụ cho quy trình sản xuất, chẳng hạn như hàn hoặc sơn. BLDC cũng có thể được sử dụng để điều khiển bộ truyền động tuyến tính.( Động cơ trực tiếp tạo ra chuyển động tuyến tính được gọi là động cơ tuyến tinh) -Máy bay mô hình. Động cơ không chổi than đã trở thành một lựa chọn động cơ phổ biến cho máy bay mô hình bao gồm máy bay trực thăng và máy bay không người lái 41
41. XV. Động cơ từ trở (động cơ phản kháng) (reluctance motor) Phân loại : có 3 loại 1. Động cơ từ trở đồng bộ (động cơ phản kháng đồng bộ) (synchronous reluctance motor-SYRM) N 1.1. Cấu tạo NF - Stato : dây quấn 1, 2, 3 pha Rôto : khối sắt từ tạo ra xd ≠ xq, không có dây quấn F 1.2. Nguyên lý làm việc S S - Ustato → Φquay, Φquay tác động giống máy không đồng bộ tạo Mkđb đồng thời là mômen mở máy làm rôto quay n < n1. Khi n ≈ n1 → xuất hiện mômen phản kháng Mfk = Mđb tác động kéo rôto với n = n1. - Đường Φ luôn có xu hướng duy trì đường đi ngắn nhất và lực kháng từ bị uốn cong do lệch cực từ khi n ≠ n1, xuất hiện lực từ kéo roto về vị trí sao cho từ trở nhỏ nhất. Do xd ≠ xq, ΦStato bị uốn tạo lực tiếp tuyến Ft. 1.3. Ưu nhược điểm - Ưu điểm : cấu tạo đơn giản không cần nguồn điện MC, giá thành rẻ, dễ sử dụng - Nhược điểm: mômen mở máy không cao, cos thấp do Q lớn, từ trở của mạch từ lớn. Mômen tỷ lệ với bình phương điện áp làm cho ĐC rất nhạy với các dao động của điện áp lưới 1.4. Ứng dụng: +Bơm định lượng. +Máy đóng gói và gấp. +Thiết bị cân đối trên Bơm hoặc băng tải. +Thiết bị sản xuất sợi tổng hợp. +Gia công vật liệu tấm hoặc màng liên tục. 42
42. 2. Động cơ từ trở chuyển mạch (động cơ phản kháng chuyển mạch (switched reluctance motor –SRM) 2.1. Cấu tạo: - Stato: dây quấn tập trung trên cực từ - Rôto: mạch từ có răng, không có dây quấn, không có nam châm. stato, rôto đều có dạng cực lồi 2.2. Nguyên lý làm việc: - Các dây quấn stator được kích tư lần lượt (gần giống động cơ bước- stepping motor), lực từ trường tác dụng lên rotor làm nó quay từ vị trí có từ trở lớn nhất( vị trí lệch trục) đến vị trí có từ trở vùng tuyến tính và vùng bão hòa nên ta có thể sử dụng tối đa khả năng của vật liệu từ đó, do vậy động cơ SRm có tỉ 8 lệ công suất trên khối lượng lớn. 2.3. Phân loại động cơ từ trở chuyển mạch (switched reluctance -SRM) + ĐC từ trở chuyển mạch quay (rotary SRM) : + ĐC từ trở chuyển mạch từ trường hướng tâm (hướng kính) (radial field SRM) + ĐC từ trở chuyển mạch từ trường dọc trục (axial field SRM) + ĐC từ trở chuyển mạch một pha (single-phase SRM) + ĐCPKCM tuyến tính (linear SRM – LSRM): 2.4. Ưu điểm + Cấu tạo đơn giản, không có chổi than + Không phải bảo dưỡng. + Chi phí sản xuất thấp. + Tổn hao tập trung chủ yếu trên stato nên dễ làm mát. Tổn hao trên roto nhỏ hơn nhiều so với stato + Mômen khởi động lớn + Rôto nhỏ gọn, mômen quán tính nhỏ, đáp ứng nhanh, phù hợp với tốc độ cao + Có thể có tốc độ cao 43
43. + Các dây quấn tách biệt với nhau về điện và vì chúng có sự liên kết lẫn nhau không đáng kể, sự cố điện trong một pha không ảnh hưởng đến các pha khác. + Mạch chuyển đổi bán dẫn công suất đơn giản hơn + Dễ dàng điều chỉnh đặc tính mômen/tốc độ 2.5. Nhược điểm + Dao động mômen (có độ gợn sóng cao) + Máy ồn và Tổn thất do ma sát và do gió lớn do rôto nhô ra (lồi lõm) + Cần có bộ nguồn điện tử công suất đi kèm động cơ và không có khả năng khởi động trực tiếp 2.6. Ứng dụng + Thiết bị gia dụng, điều hòa, máy giặt, máy hút bụi, quạt + Máy công cụ cầm tay, bơm, quạt, + Hệ thống truyền động chống cháy cho môi trường dễ cháy nổ + Điều khiển robot + Máy dệt bao gồm: máy dệt thoi, máy dệt khăn, v.v. + Máy móc thiết bị trong lĩnh vực dầu mỏ: máy bơm trục đứng, máy bơm chùm, máy móc kiểm tra giếng + Máy ép cơ khí, kể cả máy ép trục vít. + Máy khai thác mỏ: máy cắt, băng tải, tời, máy khoan, máy nghiền quặng, máy nghiền than + Thiết bị công nghiệp: 44
44. Hết Rồi 45