Giáo trình Cơ sở lý thuyết máy điện (Trình độ: Cao đẳng/Trung cấp)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 1 TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/MÔ ĐUN: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ- ngày.tháng.năm ......... của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Công nghệ Hà Tĩnh TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 2 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 3 LỜI GIỚI THIỆU Để phục vụ cho việc giảng dạy theo chương trình khung của nghề điện công nghiệp, quyển giáo trình này sẽ cung cấp những kiến thức cơ bản về quấn dây máy điện. Sau một thời gian khảo sát và nghiên cứu tài liệu cũng như trong thực tiễn về lĩnh vực điện công nghiệp chúng tôi viết giáo trình này nhằm phục vụ cho công tác dạy nghề. Để hoàn thành được quyển giáo trình này là sự giúp sức không nhỏ của trường cao đẳng công nghệ Hà Tĩnh và tập thể đội ngũ giáo viên trong Khoa Điện. Giáo trình này được biên soạn để giảng dạy cho người học ở trình độ cao đẳng nghề hoặc làm tài liệu tham khảo cho các khoá đào tạo ngắn hạn cho các công nhân kỹ thuật chuyên ngành điện. Mặc dù nhóm tác giả đã có nhiều cố gắng, song thiếu sót là khó tránh. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn! Hà Tĩnh, ngày tháng năm 2020 1. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 4 MỤC LỤC CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC .......................................................................... 6 BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN.................................... 8 CHƯƠNG 1: MÁY BIẾN ÁP ............................ Error! Bookmark not defined. 1. Khái niệm chung ............................................ Error! Bookmark not defined. 2. Cấu tạo máy biến áp ....................................... Error! Bookmark not defined. 2.1. Lõi thép ....................................................... Error! Bookmark not defined. 2.2. Dây quấn ..................................................... Error! Bookmark not defined. 2.3. Vỏ máy ........................................................ Error! Bookmark not defined. 3. Các đại lượng định mức ................................. Error! Bookmark not defined. 3.1. Điện áp định mức ........................................ Error! Bookmark not defined. 3.2. Dòng điện định mức .................................... Error! Bookmark not defined. 3.3. Công suất đinh mức ..................................... Error! Bookmark not defined. 4. Nguyên lý làm việc của máy biến áp .............. Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 2: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Error! Bookmark not defined. 1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ Error! Bookmark not defined. 1.1 Khái niệm ..................................................... Error! Bookmark not defined. 1.2 Phân loại ...................................................... Error! Bookmark not defined. 1.3 Các đại lượng định mức ............................... Error! Bookmark not defined. 1.4 Công dụng của máy điện không đồng bộ ...... Error! Bookmark not defined. 2. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha .. Error! Bookmark not defined. 2.1 Stator (phần tĩnh).......................................... Error! Bookmark not defined. 2.2. Rotor (phần quay) ....................................... Error! Bookmark not defined. 2.3 Khe hở.......................................................... Error! Bookmark not defined. 3. Từ trường của máy điện không đồng bộ ......... Error! Bookmark not defined. 3.1. Từ trường đập mạch của dây quấn một pha . Error! Bookmark not defined. 3.2. Từ trường quay của dây quấn ba pha ........... Error! Bookmark not defined. 3.3. Từ trường quay của dây quấn hai pha .......... Error! Bookmark not defined. 4. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện không đồng bộ ....Error! Bookmark not defined. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 5 4.1. Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ Error! Bookmark not defined. 5. Biểu đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ điện không đồng bộ ........ Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 3: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ........... Error! Bookmark not defined. 1. Đại cương về máy điện một chiều. ................ Error! Bookmark not defined. 2. Cấu tạo của máy điện một chiều. ................... Error! Bookmark not defined. 3. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện một chiều. ... Error! Bookmark not defined. 3.1 Máy phát điện. .............................................. Error! Bookmark not defined. 3.2 Động cơ điện .............................................................................................. 10 4. Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều. .................................. 10 5. Tổn hao trong máy điện một chiều. ............................................................ 11 CHƯƠNG 4: ĐỘNG CƠ VẠN NĂNG ............................................................ 14 1.Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của động cơ vạn năng .................................. 14 CHƯƠNG 5:ĐỘNG CƠ SERVO ..................................................................... 17 1. Hệ thống servo là gì? .................................................................................... 17 2..servomotor ..................................................... Error! Bookmark not defined. 3. Servo Amplifiers ............................................ Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 6:ĐỘNG CƠ BƯỚC....................................................................... 28 1/ Khái niệm ..................................................................................................... 28 2. Cấu tạo động cơ bước ................................................................................... 28 3. Đặc điểm của động cơ bước ......................................................................... 28 4.Phương pháp điều khiển động cơ................................................................... 30 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 6 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Cơ sở lý thuyết máy điện Mã môn học: MH12 Thời gian thực hiện môn học: 30 giờ; (Lý thuyết: 28 giờ; kiểm tra: 2 giờ) I. Vị trí, tính chất của môn học: - Vị trí: Môn học cơ sở lý thuyết máy điện được bố trí học sau môn học cơ sở lý thuyết mạch điện và trước các mô đun chuyên môn nghề. - Tính chất: Là môn học cơ sở. II. Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: Trình bày được các khái niệm về máy điện, các định luật điện từ, cấu tạo, nguyên lý làm việc, các đại lượng định mức, phân loại và ứng dụng của máy biến áp, máy điện không đồng bộ, máy điện một chiều, động cơ vạn năng, động cơ servo và động cơ bước. - Về kỹ năng: Giải thích được nguyên lý làm việc của từ trường trong máy điện không đồng bộ, động cơ một chiều và động cơ vạn năng. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết công việc, vấn đề phức tạp trong điều kiện làm việc thay đổi; + Hướng dẫn, giám sát những người khác thực hiện nhiệm vụ xác định; chịu trách nhiệm cá nhân trách nhiệm đối với nhóm; + Đánh giá chất lượng công việc sau khi hoàn thành và kết quả thực hiện của các thành viên trong nhóm. III. Nội dung môn học: 1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian: Số TT Tên chương, mục Thời gian (giờ) Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập Kiểm tra 1 Bài mở đầu: Khái niệm chung về máy điện 5 5 1. Các định luật điện từ dùng trong máy điện. 1.1. Lực từ. 1.2. Hiện tượng cảm ứng điện từ. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 7 1.3. Tự cảm và hổ cảm. 2. Định nghĩa và phân loại máy điện. 2.1 Định nghĩa. 2.2 Phân loại máy điện. 2.1. Khái niệm về máy điện xoay chiều. 2 Chương I: Máy biến áp 5 5 1. Khái niệm chung. 2. Cấu tạo của máy biến áp. 3. Các đại lượng định mức của máy biến áp. 4. Nguyên lý làm việc của máy biến áp. 5. Phân loại và ứng dụng 3 Chương II: Máy điện không đồng bộ 5 4 1 1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ. 2. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha. 3. Từ trường của máy điện không đồng bộ. 4. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện không đồng bộ. 5. Phân loại và ứng dụng 1 4 Chương III: Máy điện một chiều 5 5 1. Đại cương về máy điện một chiều 2. Cấu tạo của máy điện một chiều 3. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện một chiều. 4. Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều. 5. Ứng dụng của động cơ một chiều 5 Chương IV: Động cơ điện vạn năng 5 5 1. Cấu tạo động cơ điện vạn năng TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 8 2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện vạn năng 3. Nguyên lý từ trường trong động cơ điện vạn năng. 4. Ứng dụng của động cơ điện vạn năng 6 Chương 5: Động cơ servo 2 2 1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc. 2. Điều khiển động cơ servo. 3 Ứng dụng của động cơ servo. 7 Chương 6: Động cơ bước 3 2 1 1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc. 2. Điều khiển động cơ bước. 3. Ứng dụng của động cơ bước. Tổng 30 28 2 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 9 BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Mục tiêu: - Phát biểu được các định luật điện từ trong máy điện; - Phân tích được nguyên lý hoạt động của máy phát và động cơ điện; - Giải thích được quá trình phát nóng và làm mát của máy; - Phát huy tính tích cực, chủ động, cẩn thận trong công việc; 1. Định nghĩa và phân loại máy điện 1.1. Định nghĩa Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ về cấu tạo gồm mạch từ ( lõi thép ) và mạch điện ( các dây cuốn), dùng để biến đổi dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc ngược lại biến đổi điện năng thành cơ năng ( động cơ điện ), hoặc dùng để biến đổi thông số điện năng như biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha v.v Máy điện là máy thường gặp nhiều trong công nghiệp, giao thông vận tải, sản xuất và đời sống. 1.2. Phân loại. Máy điện có nhiều loại, và có nhiều cách phân loại khác nhau, ví dụ phân lọai theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện (xoay chiều, một chiều), theo nguyên lý làm việc v.v Trong giáo trình này ta phân loại dựa vào nguyên lý biến đổi năng luợng như sau: 1.2.1. Máy điện tĩnh Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối với nhau. Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng. Do tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi có tính thuận nghịch, ví dụ máy biến áp biến đổi hệ thống điện có thông số U1, f thành hệ thống điện có thông số U2, f hoặc ngược lại biến đổi Máy gồm một khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây và phiến góp được quay quanh trục của nó với một vận tốc không đổi trong từ trường của hai cực nam châm. Các chổi than A và B đặt cố định và luôn luôn tì sát vào phiến góp. Hình 4-6 Nguyên lý hoạt động của máy phát điện Khi cho khung quay theo định luật cảm ứng điền từ trong thanh dẫn sẽ cảm ứng nên sức điện động theo định luật Faraday ta có: e = B.l.v (V) (4-1) B: Từ cảm nơi thanh dẫn quét qua; T L: Chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường; m V: Tốc độ dài của thanh dẫn; m/s Chiều của sức điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải như vậy theo hình vẽ sức điện động của thanh dẫn cd nằm dưới cực S có chiều đi từ d đến c, còn thanh ab nằm dưới cực N có chiều đi từ b đến a. Nếu mạch ngoài khép kín qua tải thì sức điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 10 động trong khung dây sẽ sinh ra ở mạch ngoài một dòng điện chạy từ A đến B. Nếu từ cảm B phân bố hình sin thì e biến đổi hình sin dạng sóng sức điện động cảm ứng trong khung dây như hình 5.3a. Nhưng do chổi than với thanh dẫn nằm dưới cực S nên dòng điện mạch ngoài chỉ chạy theo chiều từ A đến B. Nói cách khác sức điện động xoay chiều cảm ứng trong thanh dẫn và dòng điện tương ứng đã được chỉnh lưu thành sức điện động và dòng điện một chiều nhờ hệ thống vành góp và chổi than, dạng sóng sức điện động một chiều ở hai chổi than như hình 5.3b. Đó là nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều. 3.2 Động cơ điện Từ cảm hay sức điện động hình sin a) Quy tắc bàn tay Trong khung dây trước chỉnh lưu phải a) S.đ.đ và dòng điện đã được chỉnh b) Quy tắc bàn tay lưu trái Hình 4-7 Các dạng sóng sức điện động Hình 4-8 Quy tắc bàn tay trái và phải Nếu ta cho dòng điện một chiều đi vào chổi than A và ra ở B thì do dòng điện chỉ đi vào thanh dẫn dưới cực N và đi ra ở các thanh dẫn nằm dưới cực S, nên dưới tác dụng của từ trường sẽ sinh ra một mô men có chiều không đổi làm cho quay máy. Chiều của lực điện từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Đó là nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. 4. Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều. Sức điện động cảm ứng trong dây quấn phần ứng. Cho một dòng điện kích thích vào dây quấn kích thích thì trong khe hở sinh ra một từ thông Φδ. Khi phần ứng quay với một tốc độ nhất định nào đó thì trong dây quấn sẽ cảm ứng một suất điện động. Sức điện động đó là sức điện động của mạch nhánh song song và bằng tổng sức điện động cảm ứng của các thanh dẫn nối tiếp trong một mạch nhánh đó. Sức điện động cảm ứng của một thanh dẫn: ex = Bδx.lδ.v (4-2) Trong đó: Bδx: Từ cảm nơi thanh dẫn x quét qua lδ: Chiều dài tác dụng của thanh dẫn v: Tốc độ dài của thanh dẫn Hình 17-05-9 Xác định s.đ.đ phần ứng Nếu thanh dẫn của một mạch nhánh là a N 2 thì: Eư = e1 + e2 ++ eN/2a =      aN x aN x llx vlBvlBe 2/ 1 2/ 1 )...(  Nếu số thanh dẫn đủ lớn thì   aN x xB 2/ 1  bằng trị số trung bình Btb nhân với tổng số thanh dẫn trong mạch nhánh: TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 11    aN x tbx B a N B 2/ 1 2  nên Eư = a N 2 Btblδ.v = a N 2 Etb 60 ..2 602 2 60 npn p D pn D v   Với v là tốc độ dài của phần ứng. Φδ: từ thông dưới mỗi cực từ trong khe hở không khí: Φδ = Bδ.lδ.τ. Từ đó: Eư = a N 2 Btblδ. 60 ..2 np = n a pN . 60  Trong đó: p: Số dư cực từ kích thích N: Tổng số thanh dẫn của phần ứng n: Tốc độ quay của phần ứng (vòng/phút) a: Số đôi mạch nhánh song song Đặt CE = a pN 60 : Hệ số kết cấu của máy điện. Ta có: Eư = CE.Φδ.n (4-3) 5. Tổn hao trong máy điện một chiều. a) Tổn hao cơ pcơ Bao gồm tổn hao ở ổ bi, ma sát giữa chổi than và vành góp, của không khí với cánh quạt, Tổn hao này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ quay của máy, thông thường pcơ = 2-4%Pđm (4-4) b) Tổn hao sắt pFe Do trễ từ và dòng điện xoáy trong lõi thép gây nên. Được xác định bằng công thức: PFe = kδ.P(1/50). cGB f .. 50 2        ; Watt/kg (4-5) kδ: hệ số kinh nghiệm xét đến sự tặng thêm tổn hao thép do gia công, lắp ghép lõi thép, từ thông phân bố không đều, thường chọn kδ = 3,6 p(1/50): suất tổn hao của thép khi B = 1T, f = 50Hz f: tần số dòng điện; B: từ cảm tính toán (1T = 104 Gauss) GC: trọng lượng của sắt tính bằng kg. β: số mũ thép hợp kim thấp β = 1,5; với thép hợp kim cao thì β = 1,2-1,3. Hai loại tổn hao trên khi không tải đã tồn tại nên gọi là tổn hao không tải P0 = Pcơ + PFe Nó sinh ra mô men không tải mang tính chất hãm M0 = P0/ω c) Tổn hao đồng pCu - Tổn hao đồng trong mạch phần ứng PCu ư bao gồm tổn hao đồng trong dây quán phần ứng I2ư.rư cực từ phụ I2ư.rf, tổn hao tiếp xúc giữa chổi than và vành góp Ptx Ptx = 2ΔUtx.Iư PCu ư = I2ư.Rư Rư = rư + rf + rtx TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 12 rư: điện trở phần ứng rf: điện trở của dây quấn cực từ phụ rtx: điện trở tiếp xúc của chổi than với vành góp - Tổn hao đồng trong mạch kích từ PCu t PCu t = Ut.It Ut: điện áp đặt trên mạch kích thích It: dòng điện kích thích d) Tổn hao phụ pf: Sinh ra trong thép cũng như ở trong đồng của máy điện. Tổn hao phụ trong thép do từ trường phân bố không đều trên bề mặt phần ứng, ảnh hưởng của răng và rãnh làm xuất hiện từ trường đập mạch dọc trục. Tổn hao phụ trong đồng: dòng điện phân bố không đều trên chổi than, khi đổi chiều, từ trường phân bố không đều trong rãnh làm cho trong dây quấn sinh ra dòng điện xoáy, tổn hao trong dây nối cân bằng, thường trong máy điện một chiều lấy: Pf =1%Pđm nếu máy không có dây quấn bù. Pf = 0,5%Pđm nếu máy có dây quấn bù Tổng tổn hao trong máy là: Σp = pcơ + pFe + pCu ư +pCu t + pf (4-6) Nếu gọi p1 là công suất đưa vào máy P2 là công suất đưa ra của máy thì P1 = p2 + Σp Hiệu suất của máy được tính theo phần trăm % 100)1(100.100.100% 11 1 2 2 1 2 p p p pp pp p p p        Câu hỏi 1. Hãy định nghĩa máy phát điện một chiều? . 2. Nêu cấu tạo của máy phát điện một chiều? TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 13 .. 3. Trình bày nguyên lý làm việc của máy phát điện và động cơ điện một chiều? TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 14 . 4. Nêu các đại lượng định mức của máy điện một chiều và ý nghĩa của chúng? .......... Câu 4. Sđđ trong máy điện phụ thuộc vào những yếu tố gì? .......... CHƯƠNG 4: ĐỘNG CƠ VẠN NĂNG Mục tiêu: - Phân tích được cấu tạo và nguyên lý của động cơ vạn năng; - Trình bày được đặc điểm từ trường của động cơ điện vạn năng; - Rèn luyện tính cẩn thận, tư duy khoa học và sáng tạo. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 15 1.Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của động cơ vạn năng Động cơ vạn năng -Universal motor hoặc Serie motor hay còn được gọi là động cơ cổ góp điện. Loại động cơ này có 2 phần + Stato: hay còn gọi là phần cảm thực chất là một nam châm điện, thông thường là hai từ cực lồi, có quấn các cuộn dây để tạo từ trường. + Roto: Còn gọi là phần ứng, gồm nhiều lá sắt ghép lại thành khối trụ, có rảnh ở xung quanh và được quấn dây theo một trật tự nhất định. Các đầu cuộn dây này được nối ra cổ góp điện tạo thành một mạch kín.Cổ góp điện được cấu tạo bởi nhiều phiến đồng ghép lại và được cách điện độc lập với nhau. Nhiệm vụ của cổ góp điện là dẫn điện vào phần ứng và đồng thời kết hợp với chổi than để đổi chiều dòng điện giữ cho chiều quay của roto không đổi chiều. Nguyên lý làm việc Hình 5-2a trình bày động cơ đơn giản có phần cảm mắc nối tiếp với phần ứng. Khi cho dòng điện vào động cơ, do tác dụng của từ trường phần cảm lên dòng điện một lực điện từ làm cho roto quay, khi roto quay được 1 góc 180° thì lúc đó phiến góp cũng di chuyển theo H5-2b nên dòng điện di chuyển trong thanh dẫn ở mỗi từ cực vẫn giữ nguyên chiều cũ. Vì thế roto vẫn tiếp tục quay tròn do lực điện từ tác dụng không đổi chiều. Nếu cho dòng điện xoay chiều vào động cơ thì dòng điện đổi chiều ở bán kỳ âm, ngay lúc đó chiều từ trường trong phần cảm cũng đổi chiều nên lực tác dụng vẫn không đổi chiều. Vì thế động cơ vẫn quay được liên tục theo 1 chiều nhất định. Do đặc tính của động cơ như thế nên được gọi là động cơ vạn năng, vì nó sử dụng được với 2 loại dòng điện: dòng điện một chiều và dòng điện 2 chiều. Đặc tính và công dụng Động cơ vạn năng vận hành với tốc độ cao đạt đến 10.000 vòng /phút và có momen quay lớn so với các động cơ khác. Vì thế không nên để động cơ vạn năng vận hành không tải,vì có thể làm bung các đầu dây nối vào cổ góp điện. Khi vận hành có tải tốc độ quay của động cơ trong khoảng 2500 vòng/phút đến 6000 vòng/phút Công dụng của động cơ vạn năng đó là được sử dụng để làm động cơ máy may, máy khoan điện cầm tay, máy xay trái cây, máy xay thịt... Việc điều chỉnh tốc độ của động cơ dựa trên nguyên tắc giảm điện áp đưa vào động cơ bằng cuộn cảm kháng, thường quấn chung với cuộn dây từ cực. Câu hỏi ? Câu 1: Em hãy trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ vạn năng ? TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 16 Câu 2: Em hãy trình bày đặc tính và công dụng của động cơ vạn năng ? TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 17 CHƯƠNG 5:ĐỘNG CƠ SERVO Mục tiêu: - Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ servo; - Trình bày được phương pháp điều khiển động cơ servo; - Rèn luyện tính cẩn thận, tư duy khoa học và sáng tạo. 1. Tổng quan hệ thống servo Nó là một hệ thống để kiểm soát dụng cụ cơ khí phù hợp với biến đổi vị trí hoặc tốc độ mục tiêu giá trị. Cơ cấu định vị: Hệ thống servo không đơn giản chỉ là một phương pháp thay thế điều khiển vị trí và tốc độ của các cơ cấu cơ học, ngoài những thiết bị cơ khí đơn giản, hệ thống servo bây giờ đã trở thành một hệ thống điều khiển chính trong phương pháp điều khiển vị trí và tốc độ. Sau đây là một số ví dụ về các cơ cấu định vị: Cơ cấu định vị đơn giản : Các vị dụ về cơ cấu này đó là xy lanh hay trục cam hay bộ ly hợp và phanh hãm Ưu điểm của cơ cấu này đó là đơn giản, rẻ tiền, và có thể hoạt động ở tốc độ cao. Cơ cấu định vị linh hoạt điều khiển bởi servo motor Cơ cấu này có thể được điều khiển vòng hở, nửa kín hay vòng kín Ưu điểm của cơ cấu này đó là độ chính xác và đáp ứng tốc độ cao, có thể dễ dàng thay đổi vị trí đich và tốc độ của cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chuyển động định hướng Cơ cấu này chuyển động theo hướng nhất định được chỉ định từ bộ điều khiển. Chuyển động có thể là chuyển động tịnh tiến hay quay. Ưu điểm là cơ cấu chấp hành đơn giản và nâng cao tuổi thọ hộp số truyền động (do truyền động khá êm). Backlash và hiệu chỉnh: Backlash hiểu nôm na đó là giới hạn chuyển động của một hệ thống servo.Tất cả các thiết bị cơ khí đều có một điểm trung tính giữa chuyển động hoặc quay theo chiều TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 18 dương và âm (cũng giống như động cơ trước khi đảo chiều thì vận tốc phải giảm về 0). Xét một chuyển động tịnh tiến lui và tới như trong hình sau: Chuyển động tính tiến này được điều khiển bởi một động cơ servo. Chuyển động tới và lui được giới hạn bởi một khoản trống như trong hình. Như vậy động cơ sẽ quay theo chiều dương hoặc chiều âm theo một số vòng nhất định để chuyển động của thanh quét lên toàn bộ khoản trống đó nhưng không được vượt quá khoản trống (đây là một trong những điều kiện cốt lõi của việc điều khiển động cơ servo). Giới hạn này được gọi là backlash. Tuy nhiên trong thực tế độ động cơ quay những vòng chính xác để con trượt trựơt chính xác và quét lên toàn bộ khoản trống trên là rất khó thực hiện nếu không có một sự bù trừ cho nó. Và trong hệ thống servo nhất thiết có những hàm lệnh thực hiện việc bù trừ, hiệu chỉnh này. Như trong hình vẽ trên, hệ thống servo gởi xung lệnh hiệu chỉnh cộng/trừ số lượng xung lệnh điều khiển và các xung lệnh hiệu chỉnh này sẽ không được tính đến trong bộ đếm xung. Hệ thống điều khiển Có ba dạng : Điều khiển vòng hở: Nghĩa là bộ điều khiển vị trí chỉ đặt lệnh cho động cơ quay mà thôi. Điều khiển nửa kín: Ở đây số vòng quay của step motor được mã hóa và hồi tiếp về bộ điều khiển vị trí. Nghĩa là đến đây thì động cơ step chỉ quay một số vòng nhất định tùy thuộc vào “ lệnh” của bộ điều khiển vị trí, nói cách khác bộ điều khiển vị trí có thể ra lệnh cho chạy hoặc dừng động cơ theo một lập trình sẵn có tùy thuộc vào ý đồ của người thiết kế. Điều khiển vòng kín TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 19 Vòng hồi tiếp lúc này không phải hồi tiếp từ trục động cơ về mà vòng hồi tiếp lúc này là hồi tiếp vị trí của bàn chạy thong qua một thướt tuyến tính. Lúc này bộ điều khiển vị trí không điều khiển số vòng quay của motor nữa mà nó điều khiển trực tiếp vị trí của bàn chạy. Nghĩa là các sai số tĩnh do sai khác trong các bánh răng hay hệ thống truyền động được loại bỏ. Cấu hình của hệ thống servo: Động cơ servo Sự khác biệt của động cơ servo so với những động cơ sử dụng cảm ứng từ nói chung là nó có một máy dò để phát hiện tốc độ quay và vị trí. Bộ điều khiển (Tính hiệu đầu vào) TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 20 Điều khiển tốc độ đông cơ servo quay với một tốc độ tương ứng với tính hiệu điện áp đầu vào. VÌ vậy nó giám sát tốc độ quay của đông cơ trong mọi thời điểm. Sơ đồ khối điều khiển động cơ servo với 2 vòng hồi tiếp vị trí và tốc độ: Trong đó phần A B C là phần so sánh xử lý tín hiệu hồi tiếp và hiệu chỉnh lệnh. Phần D E là cơ cấu thực thi và hồi tiếp. Các phần A B C thì khá phổ dụng trong các sơ đồ khối điều khiển, phần D E thì tùy các thiết bị sử dụng mà chúng có khác nhau đôi chút nhưng về bản chất chúng hoàn toàn giống nhau. Sau đây là một số ví dụ về phần D E thường gặp. Encoder series Mã số Thông số kỹ thuật SGMAH SGMPH SGMGH SGMUH SGB MH 1 16-bit mã hóa tuyệt đối Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn - - - 1 17-bit mã hóa tuyệt đối - - Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn A 13-bit mã hóa gia tăng Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn - - - B 16-bit mã hóa gia tăng Tùy chọn Tùy chọn - - - C 17-bit mã hóa gia tăng - - Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Sự khác biệt so với motor thường: Về kết cấu và hoạt đông của động cơ servo về cơ bản giống động cơ thường. Nhưng nó được thiết kế để đáp ứng độ chính xác cao, tốc độ cao, tần số cao kiểm soát tốc độ và vị trí của các phương tiên cơ khí. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 21 Không phải bất kì động cơ nào cũng có thể dùng làm động cơ servo. Động cơ servo là động cơ hoạt động dựa theo các lệnh điều khiển vị trí và tốc độ. Chính vì thế nó phải được thiết kế sao cho các đáp ứng là phù hợp với nhu cầu điều khiển. Về cơ bản thì một servo motor và một động cơ bình thường giống nhau về mặc cấu tạo và nguyên lý hoạt động ( cũng có phần cảm phần ứng, khe hở từ thông, cách đấu dây ). Tuy nhiên tuỳ theo nhu cầu điều khiển mà nó có một số điểm cải tiến hơn (dành cho những mục đích đặc biệt) so với động cơ thường. Sau đây là một vài ví dụ về nét đặt trưng của động cơ servo: a. Tăng tốc độ đáp ứng tốc độ: Các động cơ bình thường, muốn chuyển từ tốc độ này sang tốc độ khác thì cần có một khoảng thời gian quá độ. Trong một số nhu cầu điều khiển, đòi hỏi động cơ phải tăng/giảm tốc nhanh chóng để đạt được một tốc độ mong muốn trong thời gian ngắn nhất, hoặt đạt được một vị trí mong muốn nhanh nhất. Ví dụ muốn điều khiển một cơ cấu từ vị trí X đến vị trí X’, ban đầu khi ở xa vị trí X’ thì động cơ quay với vận tốc lớn để tăng tốc, tuy nhiên khi đến gần X’ đòi hỏi động cơ cần giảm tốc tức thì để có thể đạt được vị trí mong muốn một cách chính xác và loại trừ sự vọt lố vị trí. Các động cơ thường không thể đáp ứng được điều này. Để động cơ đáp ứng được những yêu cầu trên thì nó phải được thiết kế sao cho rút ngắn đáp ứng tốc độ của động cơ. Muốn như vậy ta cần giảm moment quán tính và tăng dòng giới hạn cho động cơ. Để giảm moment quán tính thì động cơ servo được giảm đường kính rotor và loại bỏ các cơ cấu sắt không cần thiết. Để tăng dòng giới hạn, động cơ servo có thể sử dụng sắt Ferrit để làm mạch từ và thiết kế hình dạng lõi sắt cho phù hợp. Đối với động cơ nam châm vĩnh cữu thì nó cần được thiết kế sao cho ngăn cản được sự khử từ (hình dạng mạch từ) và tăng khả năng từ tính của nam châm (sử dụng nam châm đất hiếm rare earth magnet). b. Tăng khả năng đáp ứng Đáp ứng ở đây cần được hiểu đó là sự tăng/giảm tốc cần phải “mềm” nghĩa là gia tốc là một hằng số hay gần như là một hằng số. Một số động cơ như thang máy hay trong một số băng chuyền đòi hỏi đáp ứng TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 22 tốc độ của cơ cấu phải “mềm”, tức là quá trình quá độ vận tốc phải xảy ra một cách tuyến tính. Để làm được điều này thì cuộn dây trong động cơ phải có điện cảm nhỏ nhằm loại bỏ khả năng chống lại sự biến đổi dòng điện do mạch điều khiển yêu cầu. Các động cơ servo thuộc loại này thường được thiết kế giảm thiểu số cuộn dây trong mạch và có khả năng thu hẹp các vòng từ trong mạch từ khe hở không khí. c. Mở rộng vùng điều khiển(control range): Một số yêu cầu trong điều khiển cần điều khiển động cơ ở một dải tốc độ lớn hơn định mức rất nhiều. Động cơ bình thường chỉ cho phép điện áp đặt lên nó phải bằng điện áp chịu đựng của động cơ và thông thường không quá lớn so với điện áp định mức. Động cơ servo thuộc loại này có thiết kế đặt biệt nhằm gia tăng điện áp chịu đựng hoặc tăng khả năng bão hoà mạch từ trong động cơ .Như vậy động cơ servo thuộc loại này phải được tăng cường cách điện và sử dụng sắt Ferrit hoặc nam châm đất hiếm (rare earth). d. Khả năng ổn định tốc độ: Động cơ servo loại này thường được thiết kế sao cho vận tốc quay của nó rất ổn định. Như các ta biết là không có mạch điện hoàn hảo, không có từ trường hoàn hảo trong thực tế. Chính vì thế một động cơ quay 1750 rpm không có nghĩa là nó luôn luôn quay ở 1750 rmp mà nó chỉ dao động quanh giá trị này. Động cơ servo khác biệt với động cơ thường là ở chỗ độ ổn định tốc độ khác cao. Các động cơ servo loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ chính xác (như robot). Nó được thiết kế sao cho có thể gia tăng được dòng từ trong mạch từ lên khá cao và gia tăng từ tính của cực từ. Các rãnh rotor được thiết kế với hình dáng đặc biệt và các cuộn TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 23 dây rotor cũng được bố trí khác đặc biệt để có thể đáp ứng được yêu cầu này. Tăng khả năng chịu đựng của động cơ: Một số động cơ servo được thiết kế sao cho có thể chịu đựng được các tín hiệu điều khiển ở tần số rất cao và có khả năng chịu được được những yêu cầu tăng tốc bất ngờ từ bộ điều khiển. Những động cơ như thế này thường được cải tiến về phần cơ để có tuổi thọ cao và có thể chống lại được sự hao mòn do ma sát trên ổ bi bạc đạn cũng như trên chổi than (đôi với DC) Các loại và tính năng của Servo Motors: Động cơ Servo được phân loại thành các động cơ servo DC, động cơ servo AC, và động cơ bước. Có hai loại động cơ servo AC , động cơ servo đồng bộ và động servo loại cảm ứng. Phân loại động cơ servo: Nét đặc trưng của mỗi động cơ servo: TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 24 Cấu trúc động cơ servo AC : Các tính năng của động cơ servo AC so với động cơ servo DC: - Nam châm vĩnh cửu được gắn sẳn trên roto .... từ trường quay. - Cuộn dây được cung cấp trên các Stator ... ... ... ... tĩnh phần ứng. - Mặt khác, các chức năng điện của Stator một rotor được đảo ngược, động cơ AC servo không có các chuyển mạch và chuổi than mà động cơ DC servo có. Nguyên tắc hoạt động của đông cơ servo AC: TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 25 Như hình trên thì động cơ có ba cuộn dây với một đầu chung cho tất cả các cuộn dây. Thông thường đầu chung được đấu với nguồn dương nguồn và được kích từ theo thứ tự liên tục. Theo hình thì đây là động cơ có góc quay 120 độ cho mỗi bước. Rotor trong động cơ có 2 răng. Stator có ba cực cách nhau 120 độ. Khi cuộn một kích điện thì răng của rotor bị hút vào cực một.Nếu dòng qua cuộn một bị ngắt và đóng dòng cho cuộn hai , rotor quay 120 độ ngược kim đông hồ và răng của rotor sẽ hút vào cực hai. Để quay động cơ này một cách liên tục, chúng ta cần cấp điện liên tục luân phiên cho ba cuộn dây. Bảng dưới đây thể hiển rõ quá trình hoạt động của động cơ servo. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 26 Các đặc điểm của động cơ servo: TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 27 Câu hỏi: Câu 1: Hệ thống servo là gi ? ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... Câu 2: Em hãy trình bày Các tính năng của động cơ servo AC so với động cơ servo DC ? ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 28 ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ................................................................................................................ ...... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ...................................................................................................................... ................................................................................................................................. .............................................................. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 29 CHƯƠNG 6: ĐỘNG CƠ BƯỚC Mục tiêu: - Trình bày được cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ bước; - Trình bày được phương pháp điều khiển động cơ bước; - Rèn luyện tính cẩn thận, tư duy khoa học và sáng tạo. 1/ Khái niệm Động cơ bước (stepper motor), thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay. Hình ảnh một số loại động cơ bước 2. Cấu tạo động cơ bước Về cấu tạo động cơ bước gồm có các bộ phận là stato, roto là nam châm vĩnh cửu hoặc trong trường hợp của động cơ biến từ trở là những khối răng làm bằng vật liệu nhẹ có từ tính. Động cơ bước được điều khiển bởi bộ điều khiển bên ngoài. Động cơ bước và bộ điều khiển được thiết kế sao cho động cơ có thể giữ nguyên bất kỳ vị trí cố định nào cũng như quay đến một vị trí bất kỳ nào. Động cơ bước có thể sử dụng trong hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản, hoặc vòng kín, tuy nhiên khi sử dụng động cơ bước trong hệ điều khiển vòng hở khi quá tải, tất cá các giá trị của động cơ đều bị mất và hệ thống cần nhận diện lại. 3. Đặc điểm của động cơ bước  Động cơ bước hoạt động dưới tác dụng của các xung rời rạc và kế tiếp nhau. Khi có dòng điện hay điện áp đặt vào cuộn dây phần ứng của động cơ bước làm cho roto của động cơ quay một góc nhất định gọi là bước của động cơ.  Góc bước là góc quay của trục động cơ tương ứng với một xung điều khiển. Góc bước được xác định dựa vào cấu trúc của động cơ bước và phương pháp điều khiển động cơ bước.  Tính năng mở máy của động cơ được đặc trưng bởi tần số xung cực đại có thể mở máy mà không làm cho roto mất đồng bộ.  Chiều quay động cơ bước không phụ thuộc vào chiều dòng điện mà phụ thuộc vào thứ tự cấp xung cho các cuộn dây. 2.1. Phân loại động cơ bước Động cơ bước được chia thành 3 loại chính là: - Động cơ bước biến từ trở. - Động cơ bước nam châm vĩnh cửu - Động cơ bước hỗn hợp/lai. a. Động cơ bước nam châm vĩnh cửu Động cơ bước nam châm vĩnh cửu có roto là nam châm vĩnh cửu, stato có nhiều răng trên mỗi răng có quấn các vòng dây. Các cuộn dây pha có cực tính khác nhau. TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 30 Cấu tạo động cơ bước nam châm vĩnh cửu Nguyên lý hoạt động của động cơ bước nam châm vĩnh cửu có 2 cặp cuộn pha được trình bày ở hình: Ban đầu vị trí của stato và roto đang ở phase A. Khi cấp điện cho 2 cuộn dây pha B và D trong 2 cuộn sẽ xuất hiện cực tính. Do cực tính của cuộn dây pha và roto ngược nhau dẫn đến roto chuyển động đến vị trí như hình phase B on. Khi cuộn dây pha B và D ngắt điện cuộn dây A và B được cấp điện thì roto lại chuyển động đến vị trí như hình phase C on. Nguyên lý hoạt động động cơ bước nam châm vĩnh cửu Gọi số răng trên stato là Zs, góc bước của động cơ là Sđc, góc bước của động cơ này được tính theo công thức sau: 2.2. Động cơ bước biến từ trở Động cơ bước biến từ trở có cấu tạo giống với động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Cấu tạo của stato cũng có các cuộn pha đối xứng nhau, nhưng các cuộn pha đối xứng có cùng cực tính khác với động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Góc bước của stato là Ss. Roto của động cơ bước biến từ trở được cấu tạo từ thép non có khả năng dẫn từ cao, do đó khi động cơ mất điện roto vẫn tiếp tục quay tự do rồi mới dừng hẳn. Nguyên lý hoạt động của động cơ bước biến từ được thể hiện như hình: Nguyên lý hoạt động động cơ bước biến trừ trở Khi cấp điện cho pha A (hình a), từng cặp cuộn dây A bố trí đối xứng nhau có cùng cực tính là nam (S) và bắc (N). Lúc này các cuộn dây hình thành các vòng từ đối xứng. Khi cấp điện cho pha B (hình b). Lúc này từ trở trong động cơ lớn, momen từ tác động lên trục roto làm cho roto quay theo chiều giảm từ trở. Roto quay cho tới khi từ trở nhỏ nhất và khi momen bằng không thì trục động cơ dừng, roto đạt đến vị trí cân bằng mới. Tương tự như vật khi cấp điện cho pha C, động cơ hoạt động theo nguyên tắc trên và roto ở vị trí như hình c. Quá trình trên lặp lại và động cơ quay liên tục theo thứ tự pha A  B  C. Để động cơ quay ngược chiều chỉ cần cấp điện cho các pha theo thứ tự ngược lại. Gọi số pha của động cơ là Np, ổ răng trên roto là Zr, góc bước của động cơ bước biến từ trở là S ta tính được công thức sau: 2.3. Động cơ bước hỗn hợp TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 31 Động cơ bước hỗn hợp (còn gọi là động ơ bước lai) có đặc trưng cấu trúc của động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ. Stato và roto có cấu tạo tương tự động cơ bước biến từ trở nhưng số răng của stato và roto không bằng nhau. Roto của động cơ bước thường có 2 phần: phần trong là nam châm vĩnh cửu được gắn chặt lên trục động cơ, phần ngoài là 2 đoạn roto được chế tạo từ lá thép non và răng của 2 đoạn roto được đặt lệch nhau. Cấu tạo động cơ bước hỗn hợp Góc bước của động cơ bước hỗn hợp được tính theo công thức: Trong đó:  S là góc bước của động cơ  Sr là góc giữa 2 răng kề nhau  Zs là số cặp cực trên stato. Động cơ bước hỗn hợp được sử dụng rộng rãi vì kết hợp các ưu điểm của 2 loại động cơ trên là động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ bước biến từ trở. 2.4. Động cơ bước 2 pha Hiện nay các động cơ bước 2 pha được sử dụng rất thông dụng, có kết cấu như động cơ bước hỗn hợp và động cơ bước nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên động cơ bước 2 pha còn được phân loại dựa vào cách đấu dây các cặp cực. Động cơ bước đơn cực: cuộn dây pha có ba dây đầu ra. Điểm trung tâm của cuộn dây được đấu ra ngoài. Khi cấp điện, dây trung tâm được nối với đầu dương của nguồn điện, hai đầu dây còn lại được nối với đầu âm. Động cơ bước lưỡng cực: cuộn dây pha của loại động cơ này chỉ có 2 đầu ra. Một đầu dây được nối với nguồn dương và đầu còn lại được nối với đầu âm của nguồn điện. Động cơ bước lưỡng cực có kết cấu đơn giản nhưng điều khiển phức tạp hơn động cơ bước đơn cực. Động cơ bước 2 pha lưỡng cực và đơn cực 4.Phương pháp điều khiển động cơ Hiện nay có 4 phương pháp điều khiển động cơ bước. Phương pháp điều khiển động cơ bước - Điều khiển dạng sóng (Wave): là phương pháp điều khiển cấp xung điều khiển lần lượt theo thứ tự chon từng cuộn dây pha. - Điều khiển bước đủ (Full step): là phương pháp điều khiển cấp xung đồng thời cho 2 cuộn dây pha kế tiếp nhau. - Điều khiển nửa bước (Half step): là phương pháp điều khiển kết hợp cả 2 phương pháp đều khiển dạng sóng và điều khiển bước đủ. Khi điều khiển theo phương TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 32 pháp này thì giá trị góc bước nhỏ hơn hai lần và số bước của động cơ bước tăng lên 2 lần so với phương pháp điều khiển bước đủ tuy nhiên phương pháp này có bộ phát xung điều khiển phức tạp. - Điều khiển vi bước (Microstep): là phương pháp mới được áp dụng trong việc điều khiển động cơ bước cho phép động cơ bước dừng và định vị tại vị trí nửa bước giữa 2 bước đủ. Ưu điểm của phương pháp này là động cơ có thể hoạt động với góc bước nhỏ,độ chính xác cao. Do xung cấp có dạng sóng nên động cơ hoạt động êm hơn,hạn chế được vấn đề cộng hưởng khi động cơ hoạt động. Câu hỏi: Câu 1: Em hãy trình bày khái niệm về động cơ bước ? Câu 2: Em hãy trình bày cấu tạo và đặc điểm của động cơ bước ? TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 33 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH KHOA ĐIỆN GIÁO TRÌNH CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Giáo trình máy điện đặc biệt – Th/sĩ Nguyễn Trọng Thắng NXB Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh - Giáo trình máy điện – PGS. TS Đào Việt Hoa, Th/sĩ Vũ Hữu Thích, Th/sĩ Vũ Đức Thoan – Kỹ sư Đỗ Duy Hợp - NXB Giáo dục Việt Nam - Máy điện 1-2 – T/S Đặng Quốc Vương – Trường Đại học SP KT TP HCM - Động cơ servo - Biên dịch: Lâm Quỳnh Trang - Lê Trọng Hiền - Nguyễn Minh Trung - Đoàn Hiệp Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh - Chương trinh PFIEV Programmable Logic Controllers AC Servo Drives TIÊU CHUẨN CHỨC NĂNG SERIES SERVOMOTOR LOẠI: SGMAH-SGMPH-, SGMGH-, SGMSH-, SGMDH- SERIES SERVOPACK LOẠI: SGDM-YASKAWA