TRUYỀN DÒNG ĐIỆN VÀ CƠ BẢN VỀ MÁY ĐIỆN

1. Truyền động điện 
Trước đây, các máy điện như máy tiện, máy khoan cố định được trang bị bằng một động cơ chung duy nhất. Động cơ này nối với các máy công cụ qua các bộ phận truyền động để giúp máy hoạt động (Hình 1). Ngày nay các giải pháp truyền động sử dụng động Cơ riêng lẻ có tốc độ quay thay đổi (với nối kết cơ học) bao gồm phần cứng và phần mềm.

Thành phần phần cứng, gồm có động cơ điện, bộ phận truyền động, máy công cụ và bộ dẫn động điện tử, có phần mềm bổ sung. Phần mềm này cung cấp tính thông minh ngoại vi (phân tán) và bù đắp cho những khiếm khuyết thí dụ như tốc độ quay không đều của phần cứng (Hình 2). Nhằm thỏa mãn yêu cầu tự động hóa thời nay, thay vì chuyển đổi năng lượng tập trung sẽ là chuyển đổi năng lượng phân tán bằng những mođun động cơ được thích nghỉ đặc biệt (thí dụ như hệ truyền động với bộ biến tần). Được hỗ trợ bằng các mạch điện tử với điốt, transistor và thyristor, các hệ thống phân tán này ngày càng đảm nhận nhiều nhiệm vụ mà trước đây các hệ thống điều khiển trung tâm đảm nhiệm. Nhờ đó có thể thỏa mãn những yêu cầu như định vị chính xác, quay tốc độ đều trong những quá trình sản xuất ngày càng phức tạp mà do không có bộ phận nối kết cơ học, nên không bị bào mòn và không phải bảo trì.


Kết cấu của hệ truyền động điện có tốc độ quay thay đổi bao gồm các thành phần (Hình 3):
■    Cơ cấu tác động, bộ lọc (phần điện tử)
■    Động cơ điện
■    Bộ phận truyền động, tải (phần cơ học)


Động cơ điện ba pha cũng như động cơ điện một chiều đều có thể sử dụng trong hệ truyền động có tốc độ quay thay đổi. Trước đây, động cơ điện một chiều phải có thiết bị đảo điện cơ học, do bị bào mòn mạnh nên thường chịu phí tổn bảo dưỡng. Bây giờ nhờ có bộ chỉnh lưu (bộ biến đổi dòng điện) từ lưới điện (Hình 4a) nên có thể thay đổi điện áp phần ứng và do đó cả tốc độ quay của động cơ điện một chiều trong một phạm vi rộng mà không bị tiêu hao. Cũng vậy, thay đổi dòng điện phần ứng có thể điều chỉnh hay giới hạn momen quay. Nhờ vậy động cơ có thể khởi động nhẹ nhàng và không giật, có thể giữ nguyên tốc độ quay đã chọn độc lập với tải và có thể làm việc với tính năng động cao. Động cơ điện ba pha với rotor ngắn mạch truyền tải điện năng từ Stator vào rotor không bị mài mòn cơ học nhờ từ trường ba pha, nhưng tốc độ quay phụ thuộc vào tần số lưới điện. Bộ biến tần (Hình 4b) giúp thay đổi tốc độ quay, sao cho tốc độ quay của mọi động cơ ba pha chuẩn đều có thể được điều chỉnh tùy ý trong phạm vi điều chỉnh tốc độ. Bộ biến tần giúp thích nghi tối ưu với đặc trưng của máy công cụ.


2. Cơ bản về máy điện 
Máy điện là những thiết bị biến đổi năng lượng điện tử. được sử dụng làm động cơ hay máy phát điện. Trong chế độ vận hành động cơ, chung lấy năng lượng từ lưới điện và chuyển thành cơ nàng ở trục máy. Chế độ vận hành phát điện thường được áp dụng trong ngành tự động hóa và chế tạo xe hơi đề hãm lại chuyển động quay. Lúc đó, máy điện sẽ nhận được cơ năng từ trục máy và có thể thu được điện năng từ đầu nối (Hình 1).
Động cơ điện gồm có phần tĩnh là Statur và phần quay là rotor.


Nguyên tắc căn bản của mọi động cơ điện dựa trên lực tác dụng của từ trường lên một sợi dây có dòng điện chạy qua (Hình 2). ở động cơ điện xoay chiều, từ trường xoay chiều do dòng điện xoay chiều sinh ra. ở động cơ điện một chiều, một từ trường tĩnh do dòng điện một chiều sinh ra.


Thí nghiệm: Nối ba cuộn dây bố trí cách nhau 120° trong stator (Hình 3a mạng hình sao) vào một lưới điện ba pha và đóng dòng điện. Đặt một kim nam châm có thể quay vào giữa.
Dòng điện ba pha làm phát sinh trong ba cuộn dây bố trí cách nhau 120° một từ trường quay. Với ba cuộn dây ta có trường quay hai cực.
Như trong hình 3b ta thấy có cực bắc và cực nam, nghĩa là số đôi cực p= 1.


Trường quay quay với tốc độ nào? Nói cách khác, tốc độ quay của từ trường quay là bao nhiêu? Nếu thay ba cuộn bằng sáu cuộn dây lệch nhau 60° trong Stator (Hình 4a) sẽ cho ra một trường quay bốn cực với hai đôi cực (p = 2). Trong một chu kỳ của dòng điện, mồi cực sẽ quay đúng một vòng nếu có hai cực nhưng chỉ quay được nửa vòng stator nếu có bốn cực (Hình 4b). Tốc độ quay của trường quay chỉ bằng nửa so với trường hợp hai cực.


Giữa tốc độ từ trường quay ns, tần số lưới điện f=1/T và số đôi cực p có liên quan với nhau như sau:


Tốc độ trường quay ns được định bởi tần số mạng lưới điện f và số đôi cực p.
Hình 1 minh họa sự liên quan giữa tốc độ trường quay và tần số mạng lưới ờ một trường quay hai cực. Trong ruột chu kỳ, cập cực sẽ quay chính xác 360° nghĩa là đúng một vòng.
Bên cạnh tốc độ trường quay còn có một thông số quan trọng của máy điện nữa, đó là momen quay. Vì các cuộn dây rotor phân bố đều trên mặt trong của rotor, lực tác động lên mỗi sợi dây vì các sợi dây có điện chạy qua (Hình 2). Lực F không tác động lên tâm điểm của rotor mà ờ khoảng cách r bằng bán kính của rotor.



Tất cả các máy điện đều có biển công suất. Đây là một dạng hồ sơ ghi tất cả những thông số quan trọng của máy điện, trong đó có các trị số thiết kế như dòng điện thiết kế lN hay tốc độ quay thiết kế nN. Đó là những trị số do nhà sản xuất quy định cho máy điện. Nếu trên biển không ghi chế độ vận hành thì máy được thiết kế cho chế độ vận hành liên tục (S1 ) (Hình 3). Tùy theo quá trình làm việc mà máy điện hoạt động chịu tải khác nhau. Các chuẩn VDE ghi nhận 10 chế độ vận hành cho động cơ điện. Trong chế độ vận hành liên tục thì máy điện chịu một tải cố định và thời gian vận hành đủ dài, sao cho động cơ đạt đến trạng thái ổn định nhiệt độ. Chế độ vận hành S2 là chế độ vận hành ngắn hạn và S3 là chế độ vận hành bật/tắt theo chu kỳ (Hình 5).


Như trong Hình 4, máy điện không những chỉ cung cấp cơ năng (tái) mà còn gây ra tiêu hao nhiệt trong quá trình chuyển đổi. Chỉ số cho toàn bộ tiêu hao trong máy điện là hiệu suất n (eta).


Vì momen quay không có trên biển công suất nên momen này được tính như sau:

 

Chia sẻ bài viết:

Bài viết liên quan