|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN Động cơ điện siêu nhỏ. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Xe máy điện Động cơ điện thường được chia thành ba nhóm: công suất cao, trung bình và thấp. Đối với động cơ công suất thấp (chúng ta sẽ gọi chúng là động cơ vi mô), không đặt giới hạn công suất trên; thường là vài trăm watt. Động cơ vi mô được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị và thiết bị gia dụng (ngày nay mỗi gia đình đều có vài vi động cơ - trong tủ lạnh, máy hút bụi, máy ghi âm, máy nghe nhạc, v.v.), thiết bị đo lường, hệ thống điều khiển tự động, công nghệ hàng không và vũ trụ và các lĩnh vực hoạt động khác của con người. Động cơ điện DC đầu tiên xuất hiện vào những năm 30 của thế kỷ 1856. Một bước tiến lớn trong sự phát triển của động cơ điện được thực hiện nhờ phát minh vào năm 1866 của kỹ sư người Đức Siemens về bộ chuyển đổi phần ứng kép và khám phá của ông về nguyên lý điện động lực vào năm 1883. Năm 1885, Tesla và năm 1884, Ferrari, độc lập với nhau, đã phát minh ra động cơ cảm ứng xoay chiều. Năm 1887, Siemens đã tạo ra động cơ xoay chiều cổ góp với cuộn dây kích từ nối tiếp. Năm 1890, Haselwander và Dolivo-Dobrovolsky đề xuất một thiết kế cánh quạt với cuộn dây lồng sóc ngắn mạch, giúp đơn giản hóa đáng kể thiết kế của động cơ. Năm XNUMX, Chitin và Leblanc lần đầu tiên sử dụng tụ điện chuyển pha. Động cơ điện bắt đầu được sử dụng trong các thiết bị điện gia dụng vào năm 1887 - trong quạt, năm 1889 - trong máy khâu, năm 1895 - trong máy khoan và năm 1901 - trong máy hút bụi. Tuy nhiên, cho đến nay, nhu cầu về động cơ vi mô đã trở nên rất lớn (có tới sáu động cơ vi mô được sử dụng trong một máy quay video hiện đại) đến mức các công ty, doanh nghiệp chuyên ngành đã ra đời để phát triển và sản xuất. Một số lượng lớn các loại động cơ vi mô đã được phát triển, mỗi loại sẽ được thảo luận trong một bài viết trong loạt bài này. Động cơ vi mô không đồng bộ Động cơ vi mô không đồng bộ một pha là loại phổ biến nhất; chúng đáp ứng yêu cầu của hầu hết các ổ điện của thiết bị và thiết bị, có đặc điểm là chi phí thấp và độ ồn, độ tin cậy cao, không cần bảo trì và không chứa các tiếp điểm chuyển động. Tăng sức mạnh. Một micromotor không đồng bộ có thể có một, hai hoặc ba cuộn dây. Động cơ một cuộn dây không có mômen khởi động ban đầu và phải được khởi động bằng cách sử dụng, ví dụ, động cơ khởi động. Trong động cơ có hai cuộn dây, một trong các cuộn dây, được gọi là cuộn dây chính, được nối trực tiếp với nguồn điện (Hình 1).
Để tạo ra mô-men xoắn khởi động, một dòng điện phải chạy trong cuộn dây phụ khác, lệch pha so với dòng điện trong cuộn dây chính. Để làm điều này, một điện trở bổ sung được mắc nối tiếp với cuộn dây phụ, có thể là điện trở chủ động, điện cảm hoặc điện dung. Thông thường, một tụ điện được đưa vào mạch cấp nguồn của cuộn dây phụ, nhờ đó thu được góc pha tối ưu của dòng điện trong cuộn dây bằng 90° (Hình 1, b). Tụ điện được nối cố định vào mạch điện của cuộn dây phụ được gọi là tụ điện làm việc. Nếu khi khởi động động cơ cần tăng mômen khởi động thì song song với tụ điện làm việc C, tụ điện khởi động Ca được bật trong quá trình khởi động (Hình 1, c). Sau khi động cơ tăng tốc đến tốc độ, tụ điện khởi động sẽ được ngắt bằng rơle hoặc công tắc ly tâm. Trong thực tế, phương án ở Hình 1, b thường được sử dụng hơn. Hiệu ứng dịch pha có thể đạt được bằng cách tăng điện trở tác dụng của cuộn dây phụ một cách giả tạo. Điều này đạt được bằng cách thêm một điện trở bổ sung hoặc bằng cách tạo ra một cuộn dây phụ từ dây có điện trở cao. Do nhiệt độ của cuộn dây phụ tăng lên, cuộn dây sau sẽ tắt sau khi khởi động động cơ. Những động cơ như vậy rẻ hơn và đáng tin cậy hơn động cơ tụ điện, mặc dù chúng không cho phép dòng điện cuộn dây lệch pha 90°. Để đảo chiều quay của trục động cơ, một cuộn cảm hoặc cuộn cảm phải được nối với mạch điện của cuộn dây phụ, do đó dòng điện trong cuộn dây chính sẽ sớm hơn pha của dòng điện trong cuộn dây phụ. . Trong thực tế, phương pháp này hiếm khi được sử dụng vì độ lệch pha không đáng kể do tính chất cảm ứng của điện trở cuộn dây phụ. Phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là chuyển pha giữa cuộn dây chính và cuộn dây phụ, bao gồm việc làm ngắn mạch cuộn dây phụ. Cuộn dây chính có kết nối từ tính với cuộn dây phụ, do đó, khi cuộn dây chính được nối với mạng cung cấp, EMF sẽ được tạo ra trong cuộn dây phụ và xuất hiện dòng điện lệch pha với dòng điện của cuộn dây chính. quanh co. Rôto động cơ bắt đầu quay theo chiều từ cuộn dây chính đến cuộn dây phụ. Động cơ cảm ứng ba pha ba cuộn dây có thể được sử dụng ở chế độ nguồn một pha. Hình 2 cho thấy kết nối của động cơ ba cuộn dây sử dụng mạch sao và tam giác ở chế độ vận hành một pha (mạch Steinmetz). Hai trong số ba cuộn dây được nối trực tiếp với mạng cung cấp và cuộn thứ ba được nối với điện áp nguồn thông qua tụ điện khởi động. Để tạo ra mômen khởi động cần thiết, cần mắc một điện trở nối tiếp với tụ điện, điện trở của tụ điện phụ thuộc vào thông số của cuộn dây động cơ.
cuộn dây. Không giống như động cơ không đồng bộ ba cuộn dây, được đặc trưng bởi sự sắp xếp không gian đối xứng và các thông số của cuộn dây trên stato giống hệt nhau, ở động cơ có nguồn điện một pha, cuộn dây chính và cuộn dây phụ có các thông số khác nhau. Đối với cuộn dây đối xứng, số lượng rãnh trên mỗi cực và pha có thể được xác định từ biểu thức: q = N/2h chiều, trong đó N là số rãnh stato; m - số cuộn dây (pha); p - số cực. Trong cuộn dây gần như đối xứng, số lượng rãnh và chiều rộng của cuộn dây hơi khác nhau, trong khi điện trở tác dụng và điện cảm của cuộn dây chính và cuộn phụ có giá trị khác nhau. Trong cuộn dây không đối xứng, số lượng khe mà mỗi cuộn dây chiếm giữ thay đổi đáng kể. Vì vậy, cuộn dây chính và cuộn phụ có số vòng dây khác nhau. Một ví dụ điển hình là cuộn dây 2/3-1/3 (Hình 3), trong đó 2/3 rãnh stato dành cho cuộn dây chính và 1/3 dành cho cuộn dây phụ.
Xây dựng. Hình 4 thể hiện mặt cắt ngang của động cơ có hai cuộn dây tập trung hoặc cuộn dây nằm trên các cực của stato.
Mỗi cuộn dây (chính 1 và phụ 2) được tạo thành bởi hai cuộn dây nằm ở hai cực đối diện nhau. Các cuộn dây được đặt trên các cực và lắp vào ách của máy, trong trường hợp này máy có hình vuông. Về phía khe hở không khí làm việc, các cuộn dây được giữ bằng các hình chiếu đặc biệt thực hiện chức năng của giày cực 3. Nhờ chúng, đường cong phân bố của cảm ứng từ trường trong khe hở không khí làm việc tiến đến hình sin. Nếu không có những phần nhô ra này, hình dạng của đường cong được chỉ định sẽ gần giống hình chữ nhật. Cả tụ điện và điện trở đều có thể được sử dụng làm phần tử chuyển pha cho động cơ như vậy. Cũng có thể làm ngắn mạch cuộn dây phụ. Trong trường hợp này, động cơ được chuyển đổi thành máy điện không đồng bộ cực bóng mờ. Động cơ cực bóng thường được sử dụng nhiều nhất do thiết kế đơn giản, độ tin cậy cao và chi phí thấp. Động cơ như vậy cũng có hai cuộn dây trên stato (Hình 5).
Cuộn dây chính 3 được chế tạo dưới dạng cuộn dây và được nối trực tiếp vào mạng lưới cấp điện. Cuộn dây phụ 1 được nối tắt và có từ một đến ba vòng trên mỗi cực. Nó che một phần cực, điều này giải thích tên của động cơ. Cuộn dây phụ được làm bằng dây đồng tròn hoặc dẹt có tiết diện vài mm vuông, được uốn thành các vòng có hình dạng phù hợp. Các đầu của cuộn dây sau đó được kết nối bằng cách hàn. Rôto động cơ là lồng sóc và các cánh làm mát được gắn vào các đầu của nó, giúp cải thiện khả năng loại bỏ nhiệt khỏi cuộn dây stato. Các phương án thiết kế cho động cơ cực có bóng mờ được thể hiện trên Hình 6 và 7.
Về nguyên tắc, cuộn dây chính có thể được đặt đối xứng hoặc không đối xứng với rôto. Hình 6 thể hiện thiết kế của động cơ có cuộn dây chính không đối xứng 5 (1 - lỗ lắp; 2 - shunt từ; 3 - cuộn dây ngắn mạch; 4 - lỗ lắp và điều chỉnh; 6 - khung cuộn dây; 7 - ách). Một động cơ như vậy có sự tiêu tán từ thông đáng kể trong mạch từ bên ngoài, do đó hiệu suất của nó không vượt quá 10-15% và nó được sản xuất với công suất không quá 5-10 W. Từ quan điểm chế tạo, động cơ có cuộn dây chính nằm đối xứng thì phức tạp hơn. Trong động cơ có công suất 10-50 W, sử dụng stato hỗn hợp (Hình 7, trong đó: 1 - vòng ách; 2 - vòng ngắn mạch; 3 - cực; 4 - rôto có cuộn dây lồng sóc; 5 - shunt từ). Do các cực của động cơ được bao phủ bởi một cái ách và các cuộn dây được đặt bên trong hệ thống từ tính nên từ thông rò rỉ từ ở đây nhỏ hơn đáng kể so với thiết kế trong Hình 6. Hiệu suất động cơ là 15-25%. Để thay đổi tốc độ quay của động cơ cực bóng mờ, người ta sử dụng mạch chéo cực (Hình 8). Nó khá đơn giản thực hiện việc chuyển đổi số cặp cực của cuộn dây stato, để thay đổi chỉ cần bật các cuộn dây được kết nối theo hướng ngược nhau là đủ. Động cơ cực bóng mờ cũng sử dụng nguyên lý điều khiển tốc độ, bao gồm việc chuyển các cuộn dây từ nối nối tiếp sang nối song song.
Động cơ vi mô đồng bộ Động cơ đồng bộ với nguồn điện một pha được sử dụng trong đồng hồ, bộ đếm, rơle thời gian, hệ thống điều chỉnh và điều khiển, dụng cụ đo lường, thiết bị ghi âm, v.v. Trong động cơ đồng bộ, một từ trường quay được tạo ra, tốc độ quay của nó không đổi và không phụ thuộc vào sự thay đổi của tải. Giống như động cơ cảm ứng một pha, động cơ đồng bộ tạo ra từ trường quay hình elip. Khi bị quá tải, các động cơ vi mô đồng bộ sẽ không đồng bộ. Sau khi cấp điện áp vào chúng, cần tạo điều kiện để động cơ tăng tốc và chuyển sang trạng thái đồng bộ. Có động cơ đồng bộ từ trở, trễ, cũng như động cơ được kích thích bởi nam châm vĩnh cửu. động cơ phản lực Với công suất lên tới 100 W, một động cơ đồng bộ được chế tạo với hai cuộn dây - cuộn chính và cuộn phụ, và một tụ điện chuyển pha được mắc nối tiếp với cuộn dây sau. Stator của động cơ từ trở đồng bộ có cấu tạo không khác gì stato của động cơ không đồng bộ. Trên rôto của động cơ đồng bộ có một cuộn dây ngắn mạch (“lồng sóc”), đảm bảo khởi động đáng tin cậy của vi động cơ đồng bộ. Để đạt tốc độ quay gần bằng tốc độ đồng bộ, động cơ tăng tốc như một động cơ không đồng bộ, sau đó tự động được kéo về trạng thái đồng bộ và rôto tiếp tục quay với tốc độ đồng bộ. Thiết kế rôto của động cơ đồng bộ được thể hiện trên Hình 9.
Dọc theo chu vi của nó có các rãnh với bước đều nhau (Hình 9, a), và độ sâu của rãnh lớn gấp 10-20 lần chiều dài của khe hở không khí làm việc. Nhôm được đổ vào các rãnh này, và các thanh cuộn dây rô-to được tạo thành như vậy được nối tắt bằng cách sử dụng các vòng nhôm được hàn ở cả hai bên vào các đầu của thanh. Đối với cùng một giá trị công suất phản kháng tiêu thụ từ mạng, mômen hữu ích trên trục của động cơ đồng bộ nhỏ hơn hai lần mômen xoắn trên trục của động cơ không đồng bộ. Hiệu suất và cosf của động cơ đồng bộ cũng kém hơn động cơ không đồng bộ. Điều này được giải thích là do khe hở không khí làm việc của động cơ đồng bộ lớn hơn khe hở không khí làm việc của động cơ không đồng bộ. Bằng cách thay đổi độ dẫn của từng phần riêng lẻ trong mạch từ của động cơ, có thể điều khiển từ thông theo hướng mong muốn. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng các khoang đặc biệt trong vật liệu từ tính mềm chứa đầy hợp kim nhôm. Hình 9b thể hiện một rôto hai cực được chế tạo theo cách tương tự. Trong trường hợp này, chiều dài của khe hở không khí làm việc, giống như chiều dài của động cơ không đồng bộ, không thay đổi dọc theo toàn bộ chu vi của stato. Công suất của động cơ đồng bộ như vậy gần bằng công suất của động cơ không đồng bộ với nguồn điện một pha. Động cơ trễ Về mặt thiết kế, stato của động cơ trễ không khác biệt so với stato của động cơ đã xét trước đó (không đồng bộ, từ trở đồng bộ). Ở tốc độ quay thấp của động cơ trễ, stato của nó được chế tạo với các cực hình móng vuốt (Hình 10).
Nó chứa một ách 1 có một cuộn dây, các cuộn dây của nó xen kẽ dọc theo chu vi của stato, từ đó tạo thành một chuỗi các nam châm điện có cực tính xen kẽ (NSNS...); 2 - cột hình móng vuốt; 3 - ống lót làm bằng vật liệu tổng hợp; 4 - từ thông rò rỉ, 5 - từ thông hữu ích; 6 - rôto; 7 - cuộn dây vòng; 8 - khung quấn. Các tấm được lắp đặt ở hai bên của cuộn dây để đóng từ thông. Khi cuộn dây stato được nối với mạng lưới cấp điện, một từ trường đa cực sẽ được tạo ra trong khe hở không khí làm việc. Hình 11 cho thấy bốn cực nằm nối tiếp nhau (1 - bắc chính; 2 - bắc phụ; 3 - vòng ngắn mạch; 4 - cuộn dây kích thích vòng; 5 - cực nam chính; 6 - cực nam phụ). Các vòng (hoặc cuộn dây ngắn mạch), nằm đồng tâm so với cuộn dây cuộn dây stato, có hệ số ghép khác nhau với cực chính và cực phụ. Do đó, sự dịch pha của từ thông của các cực được chỉ định được đảm bảo, hậu quả của nó là sự xuất hiện của một từ trường quay hình elip.
Rôto có một vòng làm bằng vật liệu sắt từ với vòng trễ rộng. Lực cưỡng bức của vật liệu này phải nhỏ hơn lực cưỡng bức của vật liệu từ cứng dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu. Nếu không, sẽ cần một từ trường mạnh để từ hóa lại vòng. Vòng rôto có các cửa sổ, số lượng cửa sổ tương ứng với số cực của stato, đảm bảo rôto quay đồng bộ do mômen phản kháng. Động cơ kích thích bằng nam châm vĩnh cửu Động cơ đồng bộ có rôto làm bằng nam châm vĩnh cửu có cấu trúc tương tự như động cơ có cực hình móng vuốt (xem Hình 10). Ưu điểm chính của động cơ nam châm vĩnh cửu so với động cơ trễ là mô-men xoắn mà nó tạo ra với cùng kích thước lớn hơn 20-30 lần mô-men xoắn của động cơ trễ. Ngoài ra, động cơ nam châm vĩnh cửu còn đáng tin cậy hơn. Để khởi động động cơ, rôto phải được chuyển động nên không được gắn tải vào trục bằng kết nối cứng. Động cơ công suất thấp chứa một rôto với một vòng nam châm vĩnh cửu ferit, với một số cực nhỏ, được từ hóa theo hướng xuyên tâm. Với số lượng cực lớn, rôto bị từ hóa theo hướng trục và có các cực hình móng vuốt (Hình 12), trong đó 1 vòng được làm bằng nam châm vĩnh cửu; 2 - ống lót. Thiết kế stato được sử dụng trong động cơ công suất cao thực tế không khác gì thiết kế stato của động cơ không đồng bộ có cuộn dây phân tán. Các thiết kế cánh quạt rất đa dạng.
Hình 13 thể hiện ba phương án thiết kế cho động cơ đồng bộ bốn cực được kích thích bằng nam châm vĩnh cửu. Trong Hình 13, a, bari ferrite được sử dụng cho động cơ, trong Hình 13, b - một hợp kim dựa trên hợp chất của các nguyên tố đất hiếm và coban, trong Hình 13, c - hợp kim alnico (1 - cuộn dây lồng sóc; 2 - nam châm vĩnh cửu; 3 - shunt từ tính).
Để đảm bảo khởi động không đồng bộ, tất cả các rôto đều có cuộn dây ngắn mạch, như trong động cơ không đồng bộ. Động cơ vạn năng Động cơ cổ góp có kích thích tuần tự được gọi là động cơ vạn năng vì chúng có thể hoạt động từ mạng điện một chiều hoặc xoay chiều. Chúng tạo thành nhóm máy vi mô quan trọng nhất. Tốc độ động cơ không phụ thuộc vào tần số của điện áp nguồn, do đó, những động cơ này, không giống như động cơ không đồng bộ, có thể có tốc độ quay hơn 3000 vòng / phút. Ưu điểm của động cơ vạn năng là dễ dàng điều khiển tốc độ bằng cách chuyển các điểm của cuộn dây kích từ nối tiếp hoặc điều khiển pha bằng triac. Một nhược điểm, chúng ta có thể lưu ý rằng giá thành của động cơ vạn năng cao hơn so với động cơ không đồng bộ, do có cuộn dây trên rôto và cụm cổ góp chổi than (điều này cũng tạo ra thêm tiếng ồn và nhanh chóng bị hao mòn). Xây dựng. Động cơ vạn năng có thiết kế hai cực. Để giảm tổn thất do dòng điện xoáy, các mạch từ của stato và rôto được ghép nhiều lớp.
Hình 14 cho thấy một số phương án thiết kế cho stato động cơ: Hình 14, a - stato với các cuộn dây được chế tạo bằng máy; Hình 14, b - stato có cuộn dây kích từ, được chế tạo và lắp đặt thủ công; Hình 14,c - stato có hai cuộn dây kích từ ở xa; Hình 14, d - stato với một cuộn dây kích thích từ xa. Cuộn dây stato (kích thích) của động cơ vạn năng thường bao gồm hai phần hoặc cuộn dây, giữa đó có một phần ứng, cuộn dây được nối nối tiếp với cuộn dây kích từ. Cuộn dây phần ứng có thể được quấn bằng dây đôi. Khi các rãnh rôto có hình chữ nhật, các cuộn dây được đặt song song với nhau. Cuộn dây phần ứng bao gồm hai nhánh song song dọc theo đó dòng điện động cơ đi qua chổi than được phân phối. Ở động cơ phổ thông, cần đặc biệt chú ý đến bộ thu chổi than.
Các thiết kế được sử dụng phổ biến nhất của giá đỡ chổi than được thể hiện trong Hình 15, a, b, các thiết kế trong Hình 15, c, d rẻ hơn và được sử dụng trong các động cơ công suất thấp hơn. Hình 15, d thể hiện chổi than có cầu chì (1) - nắp; 2 - giá đỡ; 3 - cuộn cảm; 4 - tấm đồng; 5 - núm cách điện; Thân bàn chải có khoang hình trụ. Thiết kế của bàn chải (Hình 6e) sao cho khi bàn chải được kích hoạt đến cuối khoang, núm vú sẽ tựa vào bề mặt của cổ góp. Vì núm vú được làm bằng vật liệu cách điện nên sự tiếp xúc của chổi than với cổ góp bị hỏng và động cơ không thể hoạt động tiếp. Đặc điểm hoạt động của DC. Khi động cơ hoạt động với mạng điện một chiều, độ sụt điện áp trên cuộn dây phần ứng và cuộn dây kích thích chỉ phụ thuộc vào điện trở tác dụng của chúng, do đó, các yếu tố khác không đổi thì điện áp, dòng điện, từ thông và emf trong cuộn dây phần ứng đều lớn hơn khi được cấp nguồn từ mạng điện xoay chiều. Điều này dẫn đến sự thay đổi tốc độ động cơ. Nếu khi được cấp nguồn từ mạng điện một chiều và xoay chiều, động cơ cần hoạt động ở cùng tốc độ thì ở chế độ dòng điện một chiều, động cơ phải có số vòng dây kích từ lớn hơn. Điều chỉnh tốc độ. Nếu kết luận bổ sung được đưa ra trong cuộn dây kích thích, thì bằng cách chuyển đổi chúng, bạn có thể thay đổi tần số quay (Hình 16, a). Khi số vòng quay giảm thì tốc độ quay tăng lên. Phương pháp thứ hai là lắp một biến trở nối tiếp với các cuộn dây của động cơ (Hình 16b). Khi điện trở tăng thì tốc độ động cơ giảm. Phương pháp thứ ba là sử dụng máy biến áp điều khiển (Hình 16, c). Việc tăng điện áp nguồn dẫn đến tăng tốc độ động cơ. Phương pháp thứ tư là nối song song cuộn dây phần ứng bằng một điện trở thay đổi (Hình 16d). Khi điện trở của điện trở giảm thì số vòng quay cũng giảm. Phương pháp này tốt vì khi giảm tải, động cơ không rơi vào tình trạng tăng tốc quá mức.
Có thể điều chỉnh chính xác tốc độ quay bằng mạch triac điện tử (Hình 17). Triac “cắt” một phần nửa chu kỳ của điện áp xoay chiều. Để đảo chiều động cơ, cần thay đổi cực tính của mối nối của cuộn dây phần ứng hoặc cuộn dây kích từ.
Ổn định tốc độ. Động cơ vạn năng có đặc tính cơ học rất mềm, tức là sự phụ thuộc mạnh mẽ của tốc độ quay vào mômen tải. Để ổn định tốc độ quay dưới các tải thay đổi, đặc biệt, người ta sử dụng bộ điều chỉnh cơ học. Ví dụ: bạn có thể sử dụng một công tắc ly tâm, tiếp điểm của công tắc này được kết nối song song với một điện trở bổ sung. Phương pháp này đảm bảo độ ổn định tốc độ quay trong khoảng 1%, nhưng chỉ đối với giá trị tốc độ mà công tắc ly tâm được thiết kế. Vì vậy, bộ điều chỉnh điện tử ngày càng được sử dụng nhiều hơn. Ví dụ, trong các bộ điều chỉnh điện tử (Hình 17), EMF của cuộn dây phần ứng được sử dụng làm tín hiệu phản hồi tỷ lệ thuận với giá trị thực của tốc độ quay. Khi giá trị này tăng lên, góc điều khiển của triac tăng lên dẫn đến tốc độ động cơ giảm. Độ chính xác ổn định của phương pháp này là 10%. Có nhiều phương pháp phức tạp hơn (nhưng cũng đắt hơn). Động cơ DC kích thích bằng nam châm vĩnh cửu Hiện nay, những động cơ như vậy được sản xuất chủ yếu với điện áp cung cấp 12 V và được sử dụng trong các bộ truyền động cho ô tô, máy đánh chữ, thiết bị y tế và gia dụng. Công trình xây dựng Động cơ nam châm vĩnh cửu rất đa dạng. Điều này là do hiệu suất và yêu cầu chi phí khác nhau của động cơ.
Hình 18a cho thấy các yếu tố thiết kế của động cơ đơn giản và rẻ tiền với nam châm vòng làm bằng hợp chất ferit (1 - đoạn nam châm; 2 - rôto; 3 - gói stato; 4 - cực; 5 - nam châm vòng; 6 - từ hóa hướng tâm; 7 - từ hóa đường kính; 8 - nam châm hình chữ nhật). Những nam châm này được từ hóa theo hướng xuyên tâm hoặc hướng trục. Vỏ động cơ được làm bằng vật liệu từ mềm nhiều lớp, có dạng hình trụ hoặc dạng nồi thon dài. Vỏ có tác dụng đóng từ thông của nam châm vĩnh cửu. Gói rôto được làm từ các tấm thép điện không có chất phụ gia silicon (dày 1 mm). Rôto được đặt trong các ổ trục tự điều chỉnh; nó có một số rãnh nhỏ, giúp giảm chi phí cuộn dây phần ứng. Hình 18b cho thấy các bộ phận của thiết kế động cơ nam châm vĩnh cửu đắt tiền hơn (trong đó 9 là cột; 10 là giày cột). Họ sử dụng vật liệu từ cứng alnico (Al, Ni, Co) và nam châm làm bằng kim loại đất hiếm. Những động cơ này có thân hình đồ sộ và rôto được làm bằng thép điện chất lượng cao. Hiệu suất của động cơ như vậy vượt quá 80%. Bật động cơ. Nếu động cơ DC nhận năng lượng từ pin, thì nếu cần, hãy điều chỉnh tốc độ quay của nó, sử dụng bộ điều chỉnh xung (Hình 19, a, trong đó U là điện áp nguồn; điện áp xung Um; Ra, La và Ui tương ứng , điện trở hoạt động, điện cảm và cuộn dây phần ứng EMF; Фр - từ thông của cực). Hình 19b thể hiện dạng điện áp Um và dòng điện i(t) trong động cơ. Tốc độ động cơ tỷ lệ thuận với chu kỳ làm việc của các xung điện áp được bật bằng thyristor hoặc bóng bán dẫn mạnh.
Động cơ DC được cấp nguồn từ mạng AC thông qua bộ chỉnh lưu được kết nối qua mạch cầu một pha (Hình 20). Trong trường hợp này, tốc độ quay có thể được điều khiển theo cách mô tả ở trên.
Một khả năng khác để kiểm soát tốc độ là sử dụng bàn chải có vị trí có thể điều chỉnh được so với phần ứng. Điện áp nguồn có thể được cung cấp cho các chổi than nằm trên điểm trung tính hình học (a-a) hoặc cho một trong các chổi than này và một chổi than bổ sung a' (Hình 21), nằm ở một góc β so với chổi than thứ hai. Trong hai trường hợp này, tỉ số tốc độ động cơ có dạng n0/n = 2/(1 + cos β). Động cơ DC có rôto không từ tính. Trong động cơ servo và động cơ của các thiết bị tự động hóa, các yêu cầu ngày càng tăng thường được đặt ra đối với các giá trị của hằng số thời gian điện từ hoặc cơ điện, các giá trị này phải càng nhỏ càng tốt. Để giải quyết vấn đề này, hai loại thiết kế động cơ đã được phát triển: 1) hình rỗng hoặc hình chuông; 2) với rôto đĩa. Cái trước được sản xuất ở công suất 1 - 20 W, cái sau - ở công suất trên 20 W.
Trong động cơ có rôto rỗng, rôto rỗng được chế tạo dưới dạng thủy tinh bằng vật liệu cách điện tổng hợp, trên bề mặt có cố định cuộn dây (Hình 22, trong đó 1 - cổ góp; 2 - chổi than; 3 - vỏ; 4 - lớp trên của cuộn dây; 5 - lớp dưới của cuộn dây). Rôto quay trong từ trường của nam châm vĩnh cửu lắp trên stato và tạo thành hệ thống kích thích hai hoặc bốn cực.
Trong động cơ có rôto đĩa, rôto đĩa sau có dạng đĩa trên đó đặt các nam châm vòng hoặc đoạn, tạo ra từ thông theo hướng trục (Hình 23, trong đó 1 chổi than; 2 - nam châm hình trụ và vòng; 3 - rôto đĩa).
Nam châm có thể được đặt ở cả hai mặt của đĩa rôto. Ở động cơ công suất thấp, đĩa rôto được làm bằng vật liệu cách điện với cuộn dây được in hoặc dập. Mô-men xoắn trên trục động cơ thực tế không thay đổi, vì cuộn dây nằm đều xung quanh chu vi của rôto. Vì vậy, những động cơ như vậy phù hợp nhất cho các bộ truyền động điện yêu cầu duy trì tốc độ ổn định. Những động cơ này không yêu cầu bộ chuyển mạch được sử dụng trong động cơ DC thông thường vì chổi than trượt trên các đầu của dây dẫn cuộn dây được in. Trong các động cơ có công suất cao hơn, rôto được sử dụng với cuộn dây chứa hợp chất đặc biệt để cố định nó vào rôto. Những động cơ như vậy có thiết kế đa dạng thông thường. Động cơ van Trong các ổ đĩa vi mô hiện đại, yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt được đặt ra đối với động cơ. Một mặt, chúng phải có độ tin cậy cao và tính đơn giản trong thiết kế của động cơ không đồng bộ, mặt khác phải đơn giản và có phạm vi điều khiển tốc độ lớn đối với động cơ DC. Động cơ có mạch điều khiển điện tử, hoặc động cơ không chổi than đều đáp ứng đầy đủ các yêu cầu này. Đồng thời, chúng không có nhược điểm của động cơ không đồng bộ (tiêu thụ công suất phản kháng, tổn thất rôto) và động cơ đồng bộ (xung tốc độ quay, mất đồng bộ). Động cơ chuyển mạch là máy điện một chiều không tiếp xúc được kích thích bằng nam châm vĩnh cửu có stato đơn hoặc nhiều cuộn dây. Việc chuyển đổi cuộn dây stato được thực hiện tùy thuộc vào vị trí của rôto. Mạch điều khiển điện tử bao gồm các cảm biến vị trí rôto đặc biệt. Động cơ van được sử dụng trong các dụng cụ và thiết bị chất lượng cao, ví dụ, trong bộ truyền động điện của máy ghi băng và máy ghi video, trong thiết bị đo lường, cũng như trong các bộ truyền động điện cần đảm bảo vị trí chính xác cao của rôto và phần tử làm việc liên quan. Với khả năng này, họ cạnh tranh thành công với động cơ bước. Trong động cơ DC cổ góp, từ thông kích thích có cùng hướng và đứng yên trong không gian. Lực từ hóa của cuộn dây phần ứng Θ2 nằm ở góc 90° so với từ thông kích thích từ Ф1 (Hình 24). Nhờ có cổ góp, góc 90° vẫn giữ được giá trị ngay cả khi rôto quay.
Động cơ rôto có nam châm vĩnh cửu trên rôto tạo ra từ thông kích thích từ, cuộn dây phần ứng nằm trên stato (Hình 25, a - ở vị trí ban đầu; b - khi quay qua một góc α). Cuộn dây stato được cấp nguồn sao cho giữa lực từ hóa Θ1 và từ thông kích thích Ф2 góc được duy trì ở 90°. Với rôto quay, vị trí này có thể được duy trì khi chuyển mạch cuộn dây stato. Trong trường hợp này, cuộn dây stato phải chuyển mạch vào những thời điểm nhất định và theo trình tự nhất định.
Ví dụ, vị trí rôto được xác định bằng cách sử dụng cảm biến Hall. Cảm biến vị trí điều khiển hoạt động của các công tắc điện tử (bóng bán dẫn). Vì vậy, nếu không có mạch điện tử thì động cơ van không thể hoạt động được. Khi số lượng cuộn dây stato tăng lên thì độ phức tạp của mạch điều khiển điện tử cũng tăng lên. Vì vậy, những động cơ như vậy thường sử dụng không quá bốn cuộn dây. Thiết kế động cơ giá rẻ chỉ có một cuộn dây. Sơ đồ của động cơ một cuộn dây được thể hiện trên hình 26, a. Có một cuộn dây 1 trên stato, được nối với điện áp nguồn bằng bóng bán dẫn VT1 (Hình 26b). Rôto động cơ được làm bằng nam châm vĩnh cửu và có một cặp cực. Tín hiệu điều khiển tới chân đế của bóng bán dẫn được cung cấp bởi cảm biến Hall HG. Nếu cảm biến này đi vào một từ trường, chẳng hạn như một nam châm bổ sung, thì điện áp Un xuất hiện ở đầu ra của nó, điện áp này sẽ bật bóng bán dẫn. Transistor chỉ có thể mở hoặc chỉ đóng.
Hình 27,a hiển thị vị trí của cảm biến Hall và nam châm bổ sung (mặt cắt ngang dọc theo trục) và Hình 27,b - trên trục. Cảm biến Hall phản ứng với cực bắc của nam châm bổ sung (N).
Hình 28a thể hiện sơ đồ thiết kế của động cơ hai cuộn dây.
Stator có hai cuộn dây 1 và 2, trong đó có dòng điện trái dấu chạy qua hoặc các cuộn dây có hướng cuộn dây ngược nhau. Các cuộn dây được chuyển đổi lần lượt bằng các bóng bán dẫn VT1 và VT2 (Hình 28b). Để làm điều này, cảm biến Hall phải có hai đầu ra, một đầu ra xuất hiện xung khi cực bắc của một nam châm bổ sung đi qua, mặt khác - khi nó đi qua cực nam. Chế độ này cũng có thể được thực hiện trong động cơ một cuộn dây, nhưng để làm được điều này, bạn cần có hai nguồn điện và hai bóng bán dẫn. Trong trường hợp này, họ nói về một động cơ một cuộn dây với nguồn điện lưỡng cực. Hình 29a thể hiện sơ đồ của động cơ ba cuộn dây. Stator của nó có ba cuộn dây (1, 2, 3), nằm dọc theo chu vi của nó một góc 120° so với nhau. Mỗi cuộn dây được kết nối với nguồn điện thông qua một công tắc bóng bán dẫn riêng biệt. Ba cảm biến Hall được sử dụng để điều khiển các bóng bán dẫn. Dòng điện chạy qua mỗi cuộn dây trong một phần ba thời gian. Dòng điện xung này có thành phần không đổi, không tạo ra mô-men xoắn nhưng làm tăng tổn thất nhiệt của cuộn dây. Một động cơ ba cuộn dây có thể được bật bằng mạch toàn sóng, trong đó có sáu bóng bán dẫn (Hình 29, b).
Một động cơ có bốn cuộn dây stato tương đối rẻ tiền vì nó chỉ sử dụng hai cảm biến Hall với bốn bóng bán dẫn, giúp đơn giản hóa mạch điều khiển. Các cuộn dây 1-4 (Hình 30, a, b) được đặt trên stato một góc 90°. Cảm biến Hall được kích thích bởi nam châm vĩnh cửu của rôto động cơ. Có hai cách để điều khiển động cơ: chuyển đổi 90 độ và 180 độ. Với sự đảo chiều 90 độ, dòng điện chỉ chạy qua một trong số bốn cuộn dây tại bất kỳ thời điểm nào.
Mạch điều khiển động cơ được hiển thị trong Hình 31, và vị trí của nam châm điều khiển và cảm biến Hall được hiển thị trong Hình 32. Với cách sắp xếp này, các bóng bán dẫn được bật theo thứ tự sau: VT1, VT3, VT2, VT4.
Với chuyển động 180 độ, thiết kế động cơ giống nhau, nhưng ở mỗi cuộn dây trong số bốn cuộn dây, dòng điện chạy trong nửa chu kỳ, dẫn đến dòng điện chồng chéo trong cuộn dây. Cảm biến Hall không hoạt động từ nam châm vĩnh cửu mà từ rôto từ hóa. Do đó, dạng điện áp đầu ra của cảm biến Hall là cosin và bóng bán dẫn VT1-VT4 không hoạt động ở chế độ xung mà ở chế độ tuyến tính. Chế độ chuyển mạch 180 độ cũng có thể được thực hiện trong động cơ hai cuộn dây nếu hai bóng bán dẫn với hai nguồn điện được nối vào mạch của mỗi cuộn dây. Để duy trì một giá trị nhất định của tốc độ quay của động cơ van, bạn có thể sử dụng sơ đồ trong Hình 33.
EMF của cuộn dây stato, tỷ lệ thuận với tốc độ rôto, được sử dụng làm tín hiệu phản hồi. Mạch chọn điện áp tối đa được lắp ráp bằng cách sử dụng điốt. Trong số bốn điốt, chỉ có một điốt mở, hiện có điện áp cao nhất. Kết quả là một bộ chỉnh lưu bốn pha, thành phần DC của điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với tốc độ quay. Ở đầu vào của bóng bán dẫn VT6, tụ điện C6 được kết nối, giúp làm dịu các gợn sóng của bộ chỉnh lưu. Khi tốc độ quay tăng, dòng điện của bóng bán dẫn VT6 tăng lên, dẫn đến dòng điện trong bóng bán dẫn VT5 giảm, nghĩa là dòng điện từ đầu ra của cảm biến Hall tới bóng bán dẫn VT1-VT4 giảm. Điều này dẫn đến tốc độ động cơ giảm. động cơ bước Có nhiều thiết bị và dụng cụ trong đó bộ truyền động điện được giao nhiệm vụ định vị nhanh chóng và chính xác một bộ phận hoặc bộ phận làm việc cụ thể. Trong những trường hợp này, động cơ điện có chuyển động rôto (bước) rời rạc được sử dụng. Động cơ chuyển đổi xung điện thành xung cơ học được gọi là động cơ bước.
Ngoài động cơ bước, bộ truyền động điện bước còn có bộ điều khiển điện tử (Hình 34), trong đó 1 là con trỏ cài đặt; 2 - mạch điều khiển; 3 - bộ phận điện tử hoặc bộ vi xử lý; 4 - công tắc; 5 - khối nguồn; 6 - nguồn điện; 7 - động cơ). Động cơ bước hoạt động chủ yếu theo nguyên lý của động cơ đồng bộ nên cũng có những nhược điểm tương tự - có khả năng mất đồng bộ và có xu hướng dao động của rôto khi thực hiện một bước. Xây dựng. Một động cơ bước bao gồm một số động cơ, các cuộn dây của chúng có chiều cuộn dây thuận và cuộn dây ngược. Vì các cuộn dây được phân bố đều xung quanh chu vi của stato nên rôto đi theo các cuộn dây được chuyển đổi tuần tự (Hình 35). Rôto được làm bằng vật liệu cứng từ tính hoặc vật liệu mềm từ tính, cũng như sự kết hợp của cả hai. Trong hai trường hợp cuối cùng, có răng trên rôto. Trong hình 35 b, mỗi bộ phận của rôto có bốn răng. Với một số m gói và 2p cực, rôto thực hiện z bước z = 2 chiều trên mỗi vòng quay. Số bước xác định kích thước bước dọc theo góc αt; = 2p/z. Thiết kế trong Hình 35b có m = 3 và 2р = 4, tương ứng với z = 12 và α = 30°.
Chế độ vận hành với việc chuyển đổi cuộn dây đơn được gọi là chế độ toàn bước. Tuy nhiên, có thể bật đồng thời hai cuộn dây liền kề theo thiết kế ở Hình 35, a. trong trường hợp này, rôto quay nửa bước. Chế độ này được gọi là chế độ bước phân đoạn. Trong trường hợp này, hệ số k phải được đưa vào biểu thức của z có tính đến chế độ vận hành của động cơ. Đối với chế độ bước đầy đủ k = 1, đối với chế độ bước phân đoạn k = 2. Phân số của bước cho phép bạn giảm số lượng cuộn dây, đơn giản hóa mạch điều khiển và giảm chi phí truyền động điện. Ngoài việc tăng số lượng cuộn dây, có thể giảm bước bằng cách tăng số cực hoặc răng rôto. Trong trường hợp này, nhu cầu ngày càng tăng được đặt vào độ chính xác của việc sản xuất rôto. Ngoài ra, rôto nhiều cực khó từ hóa hơn nhiều. Do đó, không chỉ rôto mà cả stato cũng được chế tạo bằng bánh răng (Hình 36).
Stator và rôto có một số khác biệt về số răng. Các răng rôto "phụ" nằm giữa các cực của stato. Trong thiết kế này cũng có thể thực hiện các chế độ bước đầy đủ và phân đoạn. Nếu dòng điện có giá trị nhất định chạy qua cuộn dây stato thì về nguyên tắc có thể đạt được bất kỳ bước nào, nhưng điều này sẽ dẫn đến sự phức tạp đáng kể của bộ điều khiển. Hộp số cũng có thể được sử dụng để giảm cường độ. Trong trường hợp này, mô-men xoắn trên trục của cơ cấu dẫn động quay tăng lên và mômen quán tính của nó giảm đi, đồng thời ma sát trong hộp số giúp làm giảm dao động của rôto động cơ bước. Nhưng việc sử dụng hộp số sẽ làm tăng sai số bước. Động cơ có rôto nam châm vĩnh cửu được gọi là động cơ rôto chủ động (động cơ PM). Động cơ có rôto được làm bằng vật liệu từ tính mềm được gọi là động cơ rôto từ trở (động cơ VR). Động cơ này phải có ít nhất ba cuộn dây, trong khi ở động cơ PM chỉ cần có hai cuộn dây là đủ. Ngoài ra, còn có những thiết kế kết hợp tính năng của động cơ rôto chủ động và phản lực. Trong những thiết kế lai này, rôto nam châm vĩnh cửu cũng có răng. Bảng so sánh ba loại động cơ bước được đưa ra trong Bảng 1 Bảng 1
Động cơ bước không chỉ có thể cung cấp chuyển động quay mà còn cung cấp chuyển động tịnh tiến của cơ cấu truyền động điện. Động cơ bước như vậy được gọi là tuyến tính. Ví dụ, chúng được sử dụng để định vị các thiết bị khác nhau trên mặt phẳng XY, với chuyển động dọc theo từng tọa độ được thực hiện bằng cách sử dụng một cuộn dây riêng biệt. Ngoài động cơ bước tuyến tính điện từ, còn có động cơ áp điện. Hình 37a thể hiện sơ đồ của một động cơ như vậy. Thiết kế của nó bao gồm hai nam châm điện M1 và M2 (1), có thể trượt dọc theo dầm thép 4 và cáp áp điện 3.
Thiết kế của cáp áp điện được minh họa trên hình 37, b. Nếu đặt điện áp vào điện cực 2 thì tùy thuộc vào cực tính của nó, các phần tử của cáp 5 sẽ bị nén hoặc giãn ra. Khi đặt điện áp vào các cuộn dây của nam châm điện, chúng sẽ được cố định vào dầm thép. Hình 37,c thể hiện trình tự các xung điện áp cung cấp cho cuộn dây của nam châm điện và tới các điện cực của cáp áp điện, cũng như quá trình chuyển động của nam châm điện. Mạch điều khiển. Hình 38 thể hiện các mạch điều khiển cho động cơ bước, trong đó hai phương pháp điều khiển chính được thực hiện - đơn cực và lưỡng cực. Với điều khiển đơn cực (Hình 38, a), một động cơ bước gồm hai gói được sử dụng, trên mỗi gói stato A và B có hai cuộn dây A1, A2 và B1, B2. Các cuộn dây của mỗi gói tạo thành một cặp cực và tạo ra lực từ hóa có dấu khác nhau.
Hình 39 thể hiện sơ đồ kết nối của động cơ có rôto tổ hợp. Cuộn dây vòng của mỗi cụm stato có cực hình móng vuốt chứa hai nửa cuộn dây.
Mạch điều khiển trong Hình 38a rất đơn giản, nhưng đồng thời việc sử dụng động cơ cũng kém đi do chỉ có một trong hai cuộn dây stato hoạt động. Với điều khiển lưỡng cực (Hình 38, b), việc sử dụng động cơ tăng lên, mặc dù đồng thời mạch điều khiển trở nên phức tạp hơn. Vì vậy, phương pháp điều khiển này được sử dụng trong các động cơ điện có yêu cầu ngày càng cao về các thông số trọng lượng và kích thước. Điều khiển động cơ Các phương trình mô tả động cơ cho từng pha như sau: Vm = Rm Im + Em; Em = K1w; M = K2Tôi trong đó Vm là điện áp cung cấp; Im - mức tiêu thụ hiện tại; Em - điện áp tự cảm; Rm - điện trở cuộn dây; M mômen lực tác dụng lên trục; w - tốc độ góc quay của rôto; ĐẾN1 và K2 - hệ số tỷ lệ. Do đó, đối với mỗi pha của điện áp được cung cấp, động cơ được biểu diễn bằng một mạch tương đương bao gồm một điện trở và một nguồn điện áp mắc nối tiếp. Điện trở biểu thị điện trở của cuộn dây, nguồn điện áp biểu thị điện áp tự cảm của cuộn dây (Hình 40).
Động cơ hoạt động ở một trong hai chế độ. Ở chế độ đầu tiên, tốc độ động cơ được đặt theo tần số điện áp cung cấp cho nó. Ở chế độ thứ hai, bản thân động cơ, bằng cách chuyển đổi cuộn dây bằng chổi than hoặc chuyển đổi cuộn dây dựa trên tín hiệu từ cảm biến vị trí, sẽ đặt tốc độ quay tùy thuộc vào điện áp đặt vào và tải trọng trên trục. Việc điều khiển động cơ DC phụ thuộc vào việc cung cấp cho động cơ điện áp cần thiết của một cực nhất định, vì giá trị điện áp xác định tốc độ và cực xác định hướng quay. Mạch giai đoạn đầu ra điển hình và hoạt động của các lệnh điều khiển được hiển thị trong Hình 41.
Mạch điều khiển gửi tín hiệu F (tiến) - tiến và R (ngược) - lùi. Khi các tín hiệu này được đưa vào, cực tính của điện áp cấp vào động cơ sẽ thay đổi. Nếu các lệnh này được áp dụng đồng thời (F = R = 1) hoặc bị loại bỏ (F = R = 0), thì động cơ sẽ hoạt động ở chế độ phanh hoặc ở chế độ dừng. Sự khác biệt giữa chúng là trong chế độ phanh, động cơ thực tế bị đoản mạch. Ở chế độ dừng, động cơ hoạt động ở điều kiện gần như không tải, tức là. quay theo quán tính. Động cơ dừng nhanh nhất khi phanh, vì động năng tích trữ trong rôto bị tiêu tán trong điện trở cuộn dây. Như có thể thấy trong Hình 41, điện áp cấp vào động cơ không thể lớn hơn điện áp ở chân Vc (điều khiển điện áp). Điện áp ở chân này không tuyến tính mà liên quan đơn điệu với điện áp động cơ nên được dùng để điều khiển tốc độ. Hình 42 cho thấy việc sử dụng vi mạch ROHM BA6219B để điều khiển động cơ DC của trục truyền động VCR. Ở đây, như trên, lệnh F và R chỉ định hướng quay. Chúng được cung cấp từ một máy vi tính điều khiển cơ cấu truyền động băng từ, điện áp điều khiển Vc được tạo ra trong bộ xử lý servo
Điều khiển động cơ bước Đối với động cơ bước, việc quay theo một góc (bước) tối thiểu được thực hiện khi pha của điện áp nguồn thay đổi. Đối với động cơ có p cặp cực, bước này bằng π/(np). Để thuận tiện cho việc xác định số bước trong mã nhị phân, số cuộn dây được chọn bằng lũy thừa 2 (thường là 4). Điện áp sóng truyền tạo ra từ trường quay được tạo ra từ các tín hiệu kỹ thuật số được cung cấp cho đầu vào của mạch điều khiển. Một đặc điểm trong hoạt động của động cơ bước là sau khi quay qua một góc nhất định, rôto phải duy trì vị trí chiếm chỗ của nó, tức là. dòng điện phải chạy qua cuộn dây. Do đó, cuộn dây được cấp nguồn bằng dòng điện chứ không phải điện áp. Một phiên bản trực quan của giai đoạn đầu ra của mạch điều khiển động cơ bước được hiển thị trong Hình 43.
Tín hiệu số D0 và D1, từ đó hình thành điện áp sóng lan truyền, được tạo ra bởi bộ đếm đảo chiều CT2. Lệnh ghi WR tải bộ đếm số bước NS. Bộ đếm đếm cho đến khi nội dung của nó bằng XNUMX. Tại thời điểm này, số XNUMX xuất hiện ở đầu ra truyền P và việc đếm dừng lại do tín hiệu P đóng van cung cấp các xung có tần số bước FS cho đầu vào đếm của bộ đếm. Tần số nhịp thường được tạo ra từ tần số xung nhịp bằng bộ đếm hoặc bộ đếm thời gian. Tín hiệu FR xác định hướng đếm và do đó xác định hướng quay của động cơ. Tín hiệu STOP được sử dụng để dừng động cơ. Các mạch điều khiển thực tế có logic điều khiển mở rộng hơn, tầng đầu ra được bắc cầu và thường chứa bộ giới hạn dòng điện có độ rộng xung. Logic điều khiển thường được bổ sung các tín hiệu ức chế và quay pha. Một tầng đầu ra cầu được lắp đặt để thay đổi hướng dòng điện trong cuộn dây động cơ khi được cấp nguồn từ nguồn đơn cực. Lệnh quay pha thay đổi hướng của dòng điện: tùy thuộc vào giá trị của nó, các bóng bán dẫn của chỉ một trong các đường chéo của tầng đầu ra hoạt động. Bộ giới hạn dòng điện có độ rộng xung giúp giảm công suất tiêu tán ở giai đoạn đầu ra. Thiết kế của mạch điều khiển động cơ bước điển hình được thể hiện trong Hình 44 (chỉ có một tầng đầu ra).
Đầu vào điều khiển phân cực P mở van G1 hoặc G2, do đó tín hiệu số từ đầu vào IN1 (đầu vào pha 1) chỉ mở các bóng bán dẫn của một trong các đường chéo cầu: T1, T4 tại P = 1 và T2, T3 tại P = 0. Cực điện áp thay đổi tương ứng, tác dụng lên cuộn dây động cơ. Bộ giới hạn độ rộng xung bao gồm một điện trở đo dòng điện, một bộ so sánh và một bộ đếm thời gian. Bộ hẹn giờ bao gồm một diode, mạch RC và bộ kích hoạt Schmitt. Bộ giới hạn ổn định dòng điện trong cuộn dây ở mức Imax =Vref/Rs như sau. Giả sử tại một thời điểm P = 1, IN1 = 1, Q = 1 (tụ điện của mạch hẹn giờ RC phóng điện), điện áp trên điện trở đo dòng điện Rs nhỏ hơn Vref: IL Rs < Vref (IL là dòng điện chạy qua cuộn dây tự cảm). Trong trường hợp này, các bóng bán dẫn T1 và T4 mở và IL hiện tại tăng dần lên Imax. Sau khi bộ so sánh được kích hoạt, tụ điện của mạch hẹn giờ RC sẽ được tích điện qua diode D. Trong thời gian Tm (thời gian phóng điện của tụ), các bóng bán dẫn T1 và T4 sẽ đóng lại. Trong thời gian này, một điện áp phân cực ngược được đặt vào cuộn dây và dòng điện giảm đi một lượng dI = VL(Tm/L). VL = Vm - điện áp trên cuộn dây, L - độ tự cảm của cuộn dây động cơ. Sau khi kết thúc xung hẹn giờ, các bóng bán dẫn T1 và T4 sẽ mở và cực tính của điện áp trên cuộn dây sẽ lại thay đổi. Dòng điện trong cuộn dây sẽ bắt đầu tăng trở lại và nó sẽ tăng một lượng dI trong khoảng thời gian gần như bằng Tm, vì khi dòng điện giảm, điện áp trên cuộn dây gần giống như khi dòng điện tăng. Do đó, dòng điện trung bình Iw trong cuộn dây là Iw = Imax - dI/2. Động cơ bước có thể được thiết lập để hoạt động ở chế độ bánh xe tự do, sau đó tốc độ của nó sẽ được xác định bởi điện áp đặt vào và tải trọng trên trục. Để làm được điều này, điều cần thiết là các xung tạo ra điện áp sóng lan truyền phải được tạo ra như một hàm số của góc quay của rôto, tức là. Vị trí của ông. Thiết kế và hoạt động của mạch điều khiển động cơ bước ở chế độ bánh xe tự do được thể hiện trên Hình 45.
Để rõ ràng, động cơ được đề cập có một cặp cực rôto và hai cuộn dây stato. Các cuộn dây được kết nối thông qua các điện trở giới hạn dòng điện, điện áp từ các cảm biến được cung cấp cho đầu vào của bộ kích hoạt Schmitt. Hình 45,c thể hiện tất cả bốn tổ hợp có thể có của dấu dòng điện trong cuộn dây và vị trí rôto tương ứng. Chúng được đặt ở góc 45° so với phương thẳng đứng, đối diện hoàn toàn với các cảm biến vị trí. Khi rôto ở gần cảm biến, bộ kích hoạt tương ứng sẽ được kích hoạt, kết quả là một dòng điện được cung cấp cho cuộn dây, hút rôto đến cảm biến tiếp theo theo hướng quay. Khi quay theo chiều âm (theo chiều kim đồng hồ), tiếp điểm công tắc nâng lên (FR = 1), điện áp V1 chuyển dòng I1 ở cuộn 1, V0 - dòng I0 ở cuộn 0. Ở vị trí ban đầu, khi không có dòng điện chạy qua cuộn dây, rôto được kéo cực vào lõi của một trong các cuộn dây, tức là. chiếm một vị trí ở một góc 0 hoặc 90° so với phương thẳng đứng. Khi cấp nguồn, bộ kích hoạt sẽ được đặt ở một số trạng thái nhất định và rôto sẽ có xu hướng đảm nhận vị trí tương ứng. Đồng thời, nó sẽ chạm tới hoặc đi ngang qua cảm biến, khiến cò súng tương ứng được kích hoạt, sau đó rôto sẽ bắt đầu quay đều. Lưu ý rằng quy trình vận hành và đặc biệt là quy trình khởi động được mô tả là đáng tin cậy nếu các cảm biến chỉ tạo ra điện áp theo vị trí mà không ảnh hưởng đến tốc độ rôto. Cảm biến đơn giản và đáng tin cậy nhất có các đặc tính này là cảm biến Hall, đó là lý do tại sao chúng gần như đã thay thế tất cả các loại cảm biến khác được sử dụng trong động cơ. Máy ghi băng cassette thường có một động cơ DC, không thay đổi hướng quay. Phần lớn các máy ghi băng đều có động cơ với rôto ba cực, hoạt động và thiết kế của nó được thể hiện trong Hình 45.
Các yêu cầu về độ ổn định tốc độ được đáp ứng bằng mạch ổn định hoạt động bằng cách đo điện áp tự cảm ứng của động cơ. Điện áp này tỷ lệ thuận với tốc độ quay và do đó có thể đóng vai trò là cảm biến tốc độ. Mạch ổn định phải duy trì điện áp tự cảm bằng điện áp quy định. Hình 46 cho thấy một trong những sơ đồ trực quan nhất thực hiện ý tưởng này. Trong sơ đồ này, việc ổn định tốc độ được thực hiện bằng cách so sánh điện áp trên động cơ và model của nó. Động cơ được biểu diễn bằng điện trở Rm và nguồn điện áp Em. Mô hình bao gồm điện trở R2 và nguồn điện áp điều khiển Vc. Điện trở R2 biểu thị điện trở động cơ; Vc là điện áp tự cảm quy định. Các điện trở R1, Rm, R2, R3 tạo thành cầu đo chênh lệch điện áp Vc và Em. Với hệ số khuếch đại đủ lớn, chúng ta có thể giả sử V1 = V2 và động cơ sẽ quay với tốc độ cho trước w0 bất kể tải trọng đặt lên trục của nó.
Hình 47 thể hiện sơ đồ khối của mạch tích hợp Toshiba TA7768F, trong đó điện áp tham chiếu được trừ trực tiếp khỏi điện áp động cơ. Để sử dụng vi mạch này, bạn cần biết tỉ số điện trở của các điện trở R1/R2.
Đối với tốc độ cố định, mạch ba chân phổ biến nhất (Hình 48). Trong đó, một dòng điện kIm được cung cấp cho điện trở R1 thông qua một gương dòng điện, tỉ lệ với dòng điện Im chạy qua động cơ. Dòng điện trong điện trở R2 và dòng điện tiêu thụ trong mạch điều khiển cũng chạy qua điện trở R1 nên dòng điện động cơ phải đủ lớn không đáng kể.
Ở những máy ghi băng có chuyển động băng ngược, cần phải ổn định tốc độ động cơ theo cả hai hướng. Để làm điều này, một bộ ổn định thông thường được bổ sung một công tắc để kết nối động cơ ở một cực nhất định. Khi thiết lập các mạch được mô tả, trước tiên hãy chọn một điện trở mô phỏng điện trở của cuộn dây động cơ, từ điều kiện tải trọng ảnh hưởng tối thiểu đến tốc độ động cơ. Sau đó, một điện trở được chọn để đặt tốc độ quay. Động cơ của trục truyền động VCR được sử dụng nhiều pha để giảm sự quay không đều của nó và điện áp hình sin được cung cấp cho các cuộn dây. Trong phần lớn các trường hợp, động cơ ba pha có cảm biến Hall được sử dụng. Cấu trúc động cơ được thể hiện trên hình 49, a. Hoạt động của nó cũng giống như động cơ bước.
Mạch điện trong Hình 49a bao gồm ba khối (kênh) giống hệt nhau, trong đó mỗi khối có một điện áp V được tạo ra cho cuộn dây có pha riêng của nó. Khối này bao gồm một cảm biến, bộ kích hoạt Schmitt, trình điều khiển và giai đoạn đầu ra. Động cơ có rôto hai cực, các cuộn dây nằm đối diện với các cảm biến. Tại thời điểm được hiển thị trong Hình 49, a, cực bắc của rôto nằm ở cảm biến pha A, tức là. Cho đến thời điểm này, một dòng điện chạy qua cuộn dây của pha A, hút cực rôto vào nó. Khi rôto tiếp cận cảm biến pha A, điện áp cảm ứng trong nó sẽ kích hoạt pha A. Việc ném cò sẽ làm cho dòng điện được cung cấp cho một pha khác của cuộn dây tùy thuộc vào hướng quay: để rôto quay ngược chiều kim đồng hồ, nó cần thiết để cung cấp dòng điện cho cuộn dây của pha C và để nó quay theo chiều kim đồng hồ - vào cuộn dây của pha B. Sơ đồ thời gian của hoạt động được thể hiện trong Hình 49, b. Tốc độ quay của trục truyền động được ổn định dựa trên xung chuyển mạch đầu, chính xác đến từng pha. Xung chuyển mạch đầu là xung tần số khung đối xứng, được gắn duy nhất với các trường khung. Khi ghi, một xung được đưa vào đầu điều khiển và trong khi phát lại, nó sẽ được đọc từ đầu điều khiển. Sơ đồ khối điều khiển động cơ trục truyền động được thể hiện trên hình 50.
Cảm biến tốc độ là một đĩa răng gắn trên rôto động cơ và cảm biến Hall đặt trên stato. Tần số xung điện áp ở đầu ra của cảm biến Hall tỷ lệ thuận với tốc độ rôto. Tín hiệu từ cảm biến tốc độ được khuếch đại, giới hạn và đưa đến các đầu dò tần số (FR) và pha (PD). Các tín hiệu đầu ra của máy dò được tổng hợp và đưa đến giai đoạn đầu ra. Lệnh phanh và hướng quay cũng được gửi đến nó. Điện áp đầu ra được cung cấp cho động cơ. Mạch tích hợp điều khiển động cơ chỉ bao gồm các đơn vị riêng lẻ của sơ đồ khối trong Hình 50. Thông thường, nó bao gồm một tầng đầu ra và một bộ khuếch đại cảm biến tốc độ, vì chúng được kết nối trực tiếp với động cơ. Hình 51,a hiển thị sơ đồ khối của vi mạch KA8329 (Samsung) và Hình 51,b hiển thị HA13406W (Hitachi).
Tính toán động cơ điện Xếp hạng động cơ là công suất, tốc độ quay và điện áp. Công suất động cơ được biểu thị bằng watt. Đây không phải là công suất tiêu thụ từ nguồn mà là công suất cơ trên trục. Việc lựa chọn công suất phụ thuộc vào mục đích sử dụng của động cơ. Vì vậy, đối với đồ chơi và mô hình điện, công suất lên tới 3 W là đủ, đối với một chiếc quạt nhỏ - 10-15 W, đối với máy cưa đĩa - hàng trăm watt. Công suất động cơ có quan hệ mật thiết với tốc độ quay. Đối với một công suất nhất định, tốc độ động cơ càng cao thì kích thước của nó càng nhỏ và càng cần ít vật liệu hơn. Động cơ chổi than DC và AC có thể được thiết kế cho bất kỳ tốc độ quay nào (thậm chí lên tới 10000 vòng/phút). Tuy nhiên, dựa trên các điều kiện để chổi than trên cổ góp hoạt động đáng tin cậy, không nên chế tạo động cơ có tốc độ quay trên 5000 vòng / phút. Đối với tất cả các loại động cơ không đồng bộ, tốc độ rôto phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều, tần số này không đổi. Đối với động cơ hai cực thường được sử dụng nhất, tốc độ đồng bộ ở tần số 50 Hz là 3000 vòng / phút (có tính đến độ trượt - 2900 vòng / phút). Tốc độ quay như vậy hiếm khi được sử dụng trực tiếp; hộp số thường được lắp đặt giữa động cơ và cơ cấu dẫn động. Điện áp động cơ được xác định bởi nguồn điện. Ví dụ, động cơ điện của ô tô phụ thuộc vào điện áp của ắc quy. Việc tính toán động cơ DC bắt đầu bằng việc xác định hai kích thước chính: đường kính và chiều dài của phần ứng. Các kích thước này được bao gồm trong công thức D2l = Pa 109/1,1 AS Bn (cm3), (một) trong đó D là đường kính neo, cm; l - chiều dài neo, cm; Pa - công suất thiết kế, W; AS - tải phần ứng tuyến tính, A/cm; B - cảm ứng từ trong khe hở không khí, G; n - tốc độ quay định mức, vòng/phút. Vế trái của công thức (1) tỷ lệ thuận với thể tích của phần ứng. Như có thể thấy từ phía bên phải của (1), thể tích của phần ứng tỉ lệ với công suất động cơ Pa và tỉ lệ nghịch với tốc độ quay n. Từ đó chúng ta có thể kết luận rằng tốc độ quay của phần ứng động cơ càng cao thì kích thước của nó càng nhỏ và kích thước của các bộ phận còn lại của động cơ phụ thuộc vào kích thước của phần ứng. Công suất động cơ định mức Pa = EI = P(1 + 2y)/3y (W), (2) trong đó E là EMF sinh ra trong cuộn dây phần ứng khi nó quay trong từ trường; I là dòng điện tiêu thụ của động cơ từ nguồn A; P - công suất động cơ định mức, W; y là hiệu suất động cơ, giá trị của nó có thể được xác định từ Hình 52 (có thể thấy từ đường cong, giá trị hiệu suất giảm mạnh khi công suất động cơ giảm). Công suất tính toán của động cơ luôn lớn hơn công suất định mức.
Dòng điện tiêu thụ của động cơ I = P/U y (A), (3) trong đó U là điện áp định mức. Hãy xác định EMF E: E = Pa/I (B). (4) Tải phần ứng tuyến tính AS = NI/2πD (A/cm). (5) Trong công thức (5), N là số dây dẫn của cuộn dây phần ứng, hai số ở mẫu số cho thấy tổng dòng điện phần ứng I phân nhánh giữa hai dây dẫn của cuộn dây, tích πD là chu vi của phần ứng. Tải tuyến tính AS và cảm ứng từ trong khe không khí B được gọi là tải điện từ. Chúng cho thấy động cơ được tải điện và từ tính mạnh đến mức nào. Các giá trị này không được vượt quá một giới hạn nhất định, nếu không động cơ sẽ quá nóng trong quá trình vận hành. Việc sưởi ấm động cơ không chỉ phụ thuộc vào tải điện từ mà còn phụ thuộc vào thời gian vận hành. Một số động cơ chạy không ngừng trong thời gian dài (động cơ quạt). Các động cơ khác hoạt động không liên tục, trong thời gian đó chúng có thời gian làm mát (động cơ máy hút bụi, tủ lạnh). Động cơ hoạt động không liên tục gọi là hoạt động không liên tục. Tải tuyến tính và cảm ứng từ có thể được xác định bằng Hình 53 và 54 (trong đó trục hoành biểu thị công suất định mức chia cho tốc độ quay định mức, ví dụ: với công suất 15 W và tốc độ 3000 vòng/phút, bạn cần phải lấy số 5 trên trục hoành).
Hãy chuyển sang công thức (1). Trong đó, đường kính và chiều dài của mỏ neo có liên quan với nhau theo một tỷ lệ nhất định. Hãy để chúng tôi biểu thị tỷ lệ l/D = k. Giá trị k đối với động cơ nhỏ nằm trong khoảng từ 0,7 đến 1,2. Nếu động cơ có chiều dài ngắn hơn nhưng yêu cầu đường kính lớn hơn thì chọn k = 0,7. Ngược lại, nếu động cơ cần đặt trong ống có đường kính nhỏ thì chọn k = 1,2. Bằng cách đưa tỷ số l/D = k vào (1), chúng ta được giải phóng khỏi một l chưa biết và công thức (1) có dạng sau: D = (Pa 109/1,1k NHƯ Bn)1/3 (cm). (6) Tính giá trị của D ta tìm được l qua hệ số k. Do đó, kích thước chính của động cơ được xác định. Bây giờ hãy tính toán cuộn dây phần ứng. Để làm được điều này, bạn cần xác định từ thông của động cơ. Nếu cảm ứng từ trong khe hở không khí nhân với diện tích mà đường dây điện đi vào phần ứng, chúng ta thu được từ thông động cơ. Ф = B atl, (7) trong đó t là độ chia cực, tức là một phần chu vi của phần ứng trên mỗi cực. Trong động cơ hai cực t = πD/2. Hệ số a thường được lấy bằng 0,65. Giá trị của B được tìm thấy từ biểu đồ ở Hình 54. Số dây dẫn phần ứng được xác định theo công thức N = E 60 108/F n. (số 8) Số lượng dây dẫn không thể là số nguyên. Các dây dẫn cuộn dây phần ứng phải được phân bổ đều giữa các khe phần ứng. Số lượng rãnh Z được xác định từ mối quan hệ Z = 3D. Nên lấy số lẻ gần nhất. Số lượng dây dẫn trong rãnh Nz = =N/Z phải chẵn để cuộn dây thành hai lớp. Sự lựa chọn này sẽ được minh họa bằng một ví dụ. Tiết diện của dây quấn phần ứng S có thể được xác định bằng cách chia dòng điện trong dây dẫn I cho mật độ dòng điện g: S = I/2g. Để chọn mật độ hiện tại, bạn có thể được hướng dẫn theo đường cong 1 trong Hình 55.
Phần này là sơ bộ. Sử dụng sách tham khảo (ví dụ: “Thành phần và Vật liệu Vô tuyến”, trang 8), bạn cần tìm mặt cắt của dây tiêu chuẩn gần nhất với mặt cắt được tính toán. Trong cùng một bảng, chúng ta sẽ tìm thấy đường kính của dây d. Bây giờ hãy xác định kích thước của rãnh. Mặt cắt ngang W của nó, cần thiết để chứa các dây quấn, W=d2 Nz/Kz (mm2). (9) Hệ số Kz được gọi là hệ số lấp đầy rãnh. Nó cho thấy dây dẫn lấp đầy rãnh chặt đến mức nào. Khi tính toán có thể lấy Kz = 0,6-0,7. Khi làm neo, tiết diện của rãnh phải lớn hơn nữa theo công thức (9), vì nó vẫn phải chứa ống bọc cách điện 2 dày 0,2 mm và nêm 3 làm bằng bìa cứng dày 0,3 mm. 56 mm (Hình XNUMX).
Diện tích chiếm bởi tay áo là Sg = p tg (mm2), (10) trong đó p là chu vi của rãnh, mm; tg - độ dày tay áo, mm. Khu vực nêm Sk = hk bk (mm2), (11) hk là độ dày của nêm, mm; bк - chiều rộng nêm, mm. Như vậy, tổng mặt cắt ngang của rãnh bằng Sp = W + Sg + Sk. Đối với rãnh tròn, đường kính có thể được xác định bằng mặt cắt ngang đầy đủ của nó dп = 2 Sp/п (mm). Sau khi xác định kích thước của rãnh theo Hình 56, bạn có thể tính được độ dày của răng. Đầu tiên, chúng ta hãy tìm đường kính của hình tròn Dn mà tâm của các rãnh sẽ nằm trên đó. Để làm điều này, hãy trừ đường kính rãnh + 1 mm khỏi đường kính phần ứng Dn =D - (dn +1). Khoảng cách giữa các rãnh liền kề t = nDn/Z (mm), độ dày răng bz = t - dn (mm). (4) Độ dày của răng ở nơi hẹp tối thiểu phải là 2 mm. Nếu cách này không hiệu quả, bạn cần phải cắt các rãnh có hình dạng phức tạp và vì việc này khó thực hiện nên bạn có thể tăng đường kính của mỏ neo để có được các răng dày ít nhất 2 mm. Khe của rãnh “a” phải lớn hơn đường kính của dây 1 mmcủa. Mặt cắt ngang của chổi than hoặc than chì Sщ = Tôi/ngàyщ(5) ở đâu dщ - mật độ dòng điện dưới chổi than. Hãy chuyển sang tính toán hệ thống từ tính. Đối với động cơ tự chế, cách dễ nhất là sử dụng hệ thống từ tính loại mở (Hình 57, trong đó 1 - giấy tẩm; 2 - mặt bích; 3 - cuộn dây).
Trước hết, chúng ta xác định khe hở không khí q giữa phần ứng và các cực. Trong các máy DC, người ta sử dụng khe hở tăng lên, làm giảm tác dụng khử từ của từ trường phần ứng. Lỗ hổng không khí q = 0,45 t AS/B (cm). (6) Chúng tôi tính toán kích thước của hệ thống từ tính bằng cảm ứng từ. Khi tính toán hệ thống từ của các cực và khung, cường độ từ thông phải tăng thêm 10%, vì một số đường dây điện được đóng giữa các cạnh của khung, bỏ qua phần ứng. Do đó, từ thông của các cực và khung Fst = 1,1F. Ta lấy cảm ứng trong hệ quy chiếu Vst = 5000 G (0,5 T). Chúng tôi xác định chiều dài của giường Lst từ bản phác thảo trong Hình 58.
Nếu hình dạng của khung tương ứng với Hình 59 (trong đó 1 là cuộn dây; 2 là cực; 3 là đinh tán), thì dòng chảy của khung Fst phải được chia làm đôi, vì nó phân nhánh dọc theo hai đường song song.
Trong hình 58, đường đứt nét biểu thị đường đi của từ thông. Nó bao gồm các phần sau: hai khe hở không khí, hai răng, một mỏ neo và một khung. Để tìm ra lực từ hóa Iw mà cuộn dây từ trường cần phải có là bao nhiêu, bạn cần tính Iw cho từng phần này, sau đó cộng tất cả chúng lại. Hãy bắt đầu với khe hở không khí. Lực từ hóa của khe hở không khí Iw = 1,6 qkB, (7) trong đó q là khe hở không khí ở phía phần ứng (cm); k - hệ số có thể lấy k = 1,1; B - cảm ứng trong khe hở không khí (G). Để xác định lực từ hóa (ns) của răng phần ứng, bạn cần biết cảm ứng trong răng. Chúng tôi xác định độ dày của răng bằng công thức (4). Từ thông đi vào răng thông qua phần chu vi phần ứng trên mỗi răng. Nó được gọi là răng và được xác định theo công thức t1 = nD/Z. (số 8) Cảm ứng trong răng sẽ lớn gấp nhiều lần cảm ứng trong khe hở khí vì độ dày của răng nhỏ hơn độ phân chia răng. Ngoài ra, phải tính đến việc một phần chiều dài của phần ứng bị chiếm bởi các lớp cách điện giữa các tấm, chiếm tới 10%. Vì vậy, cảm ứng ở răng Bz = Bt/bz XUẤT KHẨU. (0,9) Theo Bảng 2, cảm ứng này tương ứng với cường độ trường Hz. Bảng 2
Để tính n.s. với chiều cao hai răng Hz phải được nhân với chiều cao gấp đôi răng Iwz = Hz 2hz. Trong bảng, cảm ứng từ được thể hiện ở cột dọc, biểu thị bằng hàng nghìn gauss và ở đường ngang - tính bằng hàng trăm gauss. Ví dụ: nếu cảm ứng là 10500 G, thì giá trị cường độ trường yêu cầu được tìm thấy ở giao điểm của hàng 10000 và cột 500 (trong trường hợp này là 6,3). Lực từ hóa có thể được xác định bằng cách nhân điện áp với chiều dài của đường sức từ. Khi tính toán cảm ứng trong lõi phần ứng, cần tính đến việc từ thông trong nó phân nhánh ra ngoài, và do đó chỉ một nửa từ thông rơi vào một phần. Tiết diện lõi phần ứng (theo hình 58) bằng khoảng cách ha từ đáy rãnh đến trục nhân với chiều dài phần ứng ha = D/2 - hz - db/2. Bạn cũng cần tính đến các lớp cách nhiệt giữa các tấm. Vì vậy, cảm ứng trong lõi phần ứng Ba = Ф/(2hal 0,9). Theo bảng trên thì Ha tương ứng với quy nạp này. Lực từ hóa của lõi phần ứng Iw =HLa, ở đâu La - Chiều dài đường dây trong lõi theo Hình 58: La = n(D - 2hz -ha)/2 (cm). Như có thể thấy trong Hình 58, động cơ này không có các cực nhô ra được hợp nhất với khung. Do đó, việc tính toán phần đứng yên của mạch từ được rút gọn thành tính toán khung. Chiều rộng của khung được xác định bởi cảm ứng B = 5000 Gs đã cho. Từ đây bcm = Fcm/5000xlx0,9 (cm). Cường độ trường Hcm đối với cảm ứng 5000 G được tìm thấy trong Bảng 2. Khi xác định độ dài của đường dây điện trong khung gặp khó khăn. Rốt cuộc, chiều dài của cạnh khung phụ thuộc vào độ dày của cuộn dây và không xác định được. Do đó, chúng ta lấy độ dày của cuộn dây bằng 30 giá trị khe hở không khí. Sau khi xác định được độ dài của đường lực trong khung Lst từ bản phác thảo, chúng ta tính lực từ hóa (f.s.) cho khung Iwcт =Lcт Нcт. Bây giờ hãy thêm n.s. tất cả các phần Iw0 = Ờd + Ờz + Ờa + Ờcт . Như vậy n.s. nên tạo ra cuộn dây khi động cơ chạy không tải, nhưng khi có tải sẽ xuất hiện tác dụng khử từ của từ trường phần ứng. Do đó, chúng tôi cần một khoản dự trữ, chúng tôi tính toán bằng công thức Iwp = 0,15 t AS (vòng A). (10) Số vòng dây có thể được tính từ tổng Iw: w = Iw/I. Để xác định tiết diện của dây, bạn cần chia dòng điện cho mật độ dòng điện (chúng tôi xác định nó bằng đường cong 2 trong Hình 55. Sử dụng các bảng của sách tham khảo "Linh kiện và Vật liệu Vô tuyến", chúng tôi tìm ra tiêu chuẩn gần nhất tiết diện và đường kính của dây trong cách điện dcủa. Diện tích bị chiếm bởi số vòng cuộn dây, F = wdcủa2 / kз (kз - hệ số lấp đầy). Chia diện tích F cho chiều dài của cuộn dây (trong hình vẽ lк) và nhận được chiều rộng của nó bк = F/lк. Ví dụ tính toán động cơ DC Dữ liệu định mức động cơ: P = 5 W, U = 12 V, n = 4000 vòng/phút. Sử dụng đường cong ở Hình 52, ta xác định được hiệu suất của động cơ là 30%, sử dụng công thức (2) - công suất ước tính của động cơ Ra = 5 (1 + 2x0,3)/3x0,3 = 8,9 W. Để tìm các giá trị AS và B bằng cách sử dụng các đường cong trong Hình 53 và 54, chúng ta tính tỷ số giữa công suất động cơ, tính bằng miliwatt, với tốc độ quay 5000/4000 = 1,25. Từ Hình 53 chúng ta tìm được AS = 50 A/cm. Tương tự, từ Hình 54, chúng ta tìm thấy cảm ứng trong khe hở không khí B = 2200 G. Chúng ta hãy chấp nhận tỷ lệ l/D = 1. Thay các giá trị số của các giá trị tính được vào công thức (6) và tìm đường kính phần ứng D = (8,9x109/1,1x50x2200x4000)1/2 = 2,6 cm. Tại k = 1 thì chiều dài của neo là l = 2,61 = 2,6 cm. Dòng điện phần ứng theo công thức (3) Tôi = 5/0,3x12 = 1,4 A. EMF của cuộn dây phần ứng theo công thức (4) E = 3,14 2,6/1,4 = 6,3 V. Độ chia cực của phần ứng t = 3,14x2,6/2 = 4,1 cm. Từ thông theo công thức (7) Ф = 0,65x4,1x2,6x2200 = 15200. Số dây dẫn của cuộn dây phần ứng theo công thức (8) N= =6,3x60x108/15200x4000 = 620. Số khe phần ứng z = 3x2,6 = 7,8. Ta làm tròn đến số lẻ gần nhất z = 7. Số dây dẫn trong rãnh Nz = =620/7= 88. Số này chia hết cho 2 nên không cần làm tròn. Tiết diện của dây quấn phần ứng ở d=10A/mm2 s = 1,4/2x10 = 0,07 mm2. Theo đường cong 1 Hình 55 có tiết diện 0,07 mm2 bạn cần lấy mật độ dòng điện là 8 A/mm2. Hãy điều chỉnh tiết diện dây 0,07x10/8 = 0,085 mm2 và đường kính dây 0,33 mm. Xét độ dày của lớp cách điện thì đường kính của dây cách điện là 0,37 mm2. Tiết diện rãnh theo công thức (9) S = diz2 88/0,7 = 17,2 mm2. Đường kính của vòng tròn chứa dây dẫn d0 = (4x17,2/3,14)1/2 = 4,7 mm. Chu vi của ống bọc cách điện là p = 3,14x4,7 = 14,7 mm. Diện tích rãnh do tay áo chiếm theo công thức (10) Sg = 14,7 0,2 = 2,9 mm2. Diện tích rãnh chiếm bởi nêm, theo công thức (11) Sк = 0,3 3 = 0,9 mm2. Tổng mặt cắt rãnh Sp = 17,2 + 2,9 + 0,9 = 21 mm2. Đường kính rãnh dп = (4x21/3,14)1/2 = 5,2 mm. Đường kính của hình tròn nơi đặt tâm của các rãnh là Dп = 26 - (5,2 + 1) = 19,8 mm. Khoảng cách giữa các rãnh liền kề là 3,14 19,8/7 = 8,9 mm. Bề dày răng tại điểm hẹp bz = 8,9 - 5,2 = 3,7 mm. Khe rãnh a = 0,37 + 1 = 1,37 mm. Số tấm thu K = 7. Tiết diện chổi Ssh = 1,4/6 = 0,23 cm2. Bạn có thể lấy một bàn chải vuông có kích thước cạnh 5 x 5 mm. Khe hở không khí giữa phần ứng và cực theo công thức (6, RE 10/2000) bằng 0,45x4,1x50/2200 = 0,4 mm. Để xác định n.s. cuộn dây, ta sẽ tính mạch từ theo hình 58. N.s. khe hở không khí theo công thức (7, RE 10/2000) Iwd = 1,6x0,04x1,1x2200 = 155 vòng A. Phân chia răng theo công thức (8, RE 10/2000) t1 = 3,14x2,6/7 = 1,2 cm. Cảm ứng trong răng theo công thức (9, RE 10/2000) Bz = 2200x1,2/0,37x0,9 , 8000 = 10 G. Cường độ trường của răng theo bảng (RE 2000/10, tr. 4,05) Hz = 4,05. N.s. răng Iwz = 2x0,57x4,6 = 15200 Avitkov. Cảm ứng trong lõi phần ứng Ba = 2/0,5x2,6x0,9x6500 = 3,2 Gs. Theo bảng tương tự cho cảm ứng này Ha = 3,2. N.s. đối với lõi phần ứng Iw = 1,5x4,8 = 1,1 vòng A. Chúng tôi xác định n.s. đối với các phần cố định của mạch từ. Từ thông của khung Fst = 15200x16700 = XNUMX. Giả sử có một cảm ứng trong hệ quy chiếu 5000 Gs. Khi đó chiều rộng của khung bst = 16700/5000x2,6x0,9 = 1,4 cm Theo bảng, cảm ứng 5000 G tương ứng với giá trị Hst = 2,5. Để xác định độ dài của đường lực trong khung, ta lấy độ dày của cuộn dây bk = 30d = 30x0,04 = 1,2 cm. Từ Hình 58 ta xác định được độ dài trung bình của đường lực Lst = 4,5 cm. khung Iwct = 2,5x4,5 = 11 vòng A. Bây giờ hãy thêm n.s. của tất cả các đoạn Iw0 = 155 + 4,6 + 4,8 + 11 = 175 vòng quay A. Lực khử từ theo công thức (10) Iwp = 0,15x4,1x50 = 31 A vòng. Sau đó n.s. khi tải động cơ Iw = 175 + 31 = 206 vòng A. Số vòng dây là w = 206/1,4 = 147 vòng. Gọi mật độ dòng điện trong cuộn dây là 5 A/mm2, khi đó tiết diện dây là s = 1,4/5 = 0,28 mm2. Tiết diện gần nhất của dây tiêu chuẩn là s = 0,273 mm2 và đường kính dây 0,59 mm. Đường kính của dây cách điện là 0,64 mm. Diện tích chiếm bởi số vòng cuộn F = 147x0,642/0,7 = 86 mm2. Chiều dài của cuộn dây theo Hình 58 là lк = 12 mm. Do đó độ dày của cuộn dây bk = 86/12 = 7,2 mm. Tính toán động cơ không đồng bộ một pha Chúng ta đặt công suất động cơ P (W), điện áp U (V) và tốc độ quay n (vòng/phút). Công suất động cơ định mức Pa = P/ηcosφ. ( 1 ) Giá trị η cos φ được lấy từ đường cong ở Hình 60.
Đường kính ngoài của Stator Đa = (14Pa)1/3 (cm). (2) Đường kính trong của Stator D = 0,55 Đa (cm). (3) Chiều dài stato l = D (cm). Độ chia cực t = 3,14 D/2 (cm). Ta chọn cảm ứng từ trong khe hở không khí B theo đường cong trên Hình 54. Từ thông như trên được xác định theo công thức Ф = a B t l. Đối với động cơ một pha, giá trị “a” có thể được chọn bằng 0,72. Số lượng rãnh stato đối với động cơ có cuộn khởi động chuyển mạch được chọn là bội số của 6. Đối với động cơ có công suất đến 10 W có thể lấy 12 rãnh stato. Trong số này, 8 phần sẽ dành cho cuộn dây làm việc và 4 phần dành cho cuộn khởi động. Đối với động cơ có công suất cao hơn cần có 18 rãnh stato (12 rãnh là cuộn dây làm việc, 6 khe là cuộn dây khởi động). Số vòng dây quấn làm việc wp = U 106/2,5 F. (4) Số lượng dây dẫn trong rãnh của cuộn dây làm việc Nz = 2 tuầnp/zp, ( 5 ) ở đâu zp - số lượng rãnh mà cuộn dây làm việc chiếm giữ. Dòng điện trong cuộn dây làm việc Tôi = Pa/U(A). (6) Tiết diện dây dẫn của cuộn dây làm việc S = I/d. Ta tìm đường kính của dây trong lớp cách điện như trên. Kích thước của các rãnh được xác định tương tự như tính toán của động cơ DC. Cuộn dây khởi động chiếm 1/3 diện tích rãnh stato. Số vòng của cuộn khởi động phụ thuộc vào phần tử nào được mắc nối tiếp với cuộn khởi động khi khởi động. Nếu điện trở hoạt động đóng vai trò là một phần tử thì số vòng của cuộn khởi động ít hơn 3-4 lần số vòng của cuộn làm việc. Nhưng nó chiếm ít khe hơn 2 lần, do đó, trong mỗi rãnh sẽ có số vòng ít hơn 1,5-2 lần so với rãnh của cuộn dây làm việc. Chúng tôi cuộn dây khởi động bằng cùng một dây với dây đang làm việc. Nếu dùng tụ điện làm phần tử khởi động thì số vòng của cuộn khởi động bằng số vòng của cuộn làm việc. Để cuộn dây khởi động khớp vào các rãnh của nó thì tiết diện của dây phải lấy bằng một nửa kích thước đó. Sơ đồ cuộn dây và thứ tự sắp xếp của nó trong các rãnh được thể hiện trong Hình 61.
Số lượng rãnh rôto được chọn tùy thuộc vào số lượng rãnh stato. Với 12 khe stato, bạn có thể lấy 9 khe rôto và với 18 khe stato, bạn có thể lấy 15 khe rôto. Ta chọn đường kính rãnh rôto sao cho tổng tiết diện các thanh rôto lớn gấp 1,5-2 lần tổng tiết diện các dây dẫn của cuộn dây stato làm việc. Các thanh đồng phải được dẫn vào các rãnh của rôto và hàn vào các vòng đóng ở hai đầu rôto. Tiết diện của vòng đóng phải lớn hơn tiết diện của thanh khoảng ba lần. Momen khởi động của động cơ phụ thuộc vào điện trở của cuộn dây rôto, do đó, đối với động cơ có mômen khởi động lớn thì các thanh rôto phải làm bằng đồng thau hoặc đồng thau. Khe hở không khí giữa stato và rôto trong động cơ không đồng bộ phải được giữ càng nhỏ càng tốt. Ở động cơ do nhà máy sản xuất, khe hở thường là 0,25 mm. Trong động cơ tự chế 0,3-0,4 mm. Dung lượng tụ khởi động cho động cơ công suất thấp thường là 3-10 µF. Cần lưu ý rằng điện áp được tạo ra ở các cực của tụ điện vượt quá đáng kể điện áp nguồn, do đó tụ điện phải được đặt ở điện áp bằng ba lần điện áp nguồn. Khi điện áp giảm, điện dung của tụ tăng theo định luật bậc hai nên để có điện áp làm việc 12 V thì phải dùng tụ có công suất rất lớn (lên tới 1000 µF). Ví dụ tính toán động cơ không đồng bộ một pha Thông số định mức: công suất 3 W, điện áp 220 V, tốc độ quay 3000 vòng/phút, động cơ hoạt động ngắt quãng. Sử dụng đường cong ở Hình 60 chúng ta tìm được tích η cos φ = 0,25. Công suất ước tính của động cơ theo công thức (1) Pа = 3/0,25 = 12 V.A. Đường kính ngoài của stato theo công thức (2) Da =(14x12)1/3 = 5,5 cm. Để đơn giản hóa, hãy lấy hình dạng của stato là hình vuông, được mô tả xung quanh đường kính ngoài (Hình 62).
Đường kính trong của stato theo công thức (3) D = 0,55x0,55 = 3 cm. Chiều dài stato l = 3 cm. Phân chia cực t = 3,14x3/2 = 4,7 cm. đường cong (xem Hình 54) bằng 2800 Gs, nhưng với hình vuông stato thì nó phải tăng lên 4000 Gs. Từ thông Ф = 0,72x4000x4,7x3 = 40600. Số lượng rãnh stato là 12, trong đó 8 rãnh cho cuộn dây làm việc, 4 cho cuộn dây khởi động. Số vòng của cuộn dây làm việc theo (4). wp = 220x106/2,5x40600 = 2170 lượt. Số dây dẫn trong rãnh của cuộn dây làm việc Nz = 2x2170/8 = 542. Cường độ dòng điện trong cuộn dây làm việc theo công thức (6) I = 12/220 = 0,055 A. Ở mật độ dòng điện d = 5 A/mm2 tiết diện dây s = 0,055/5 = 0,011 mm2. Phần này tương ứng với đường kính của dây PEL cách điện 0,145 mm. Với hệ số lấp đầy rãnh bằng dây dẫn là 0,5 thì diện tích rãnh bị dây dẫn chiếm dụng là s = 0,1452x542/0,5 = 27 mm2. Đường kính của vòng tròn chứa dây dẫn cuộn dây, d0 = (4x27/3,14)1/2 = 5,9 mm. Chu vi của ống bọc cách điện là p = 3,14x5,9 = 18,3 mm. Diện tích rãnh chiếm bởi tay áo, Sz = 18,3x0,2 = 3,7 mm2. Diện tích rãnh chiếm bởi nêm Sc = 0,3x3 = 0,9 mm2. Tổng tiết diện rãnh S = 27 + 3,7 + 0,9 = 31,6 mm2. Đường kính rãnh dn = (4x31,6/3,14)1/2 = 6,3 mm, làm tròn thành 6,5 mm. Đường kính của đường tròn chứa tâm của các rãnh, Dn = 30 + (6,5 + 1) = 37,5 mm. Khoảng cách giữa các rãnh liền kề là t = 3,14x37,5/12 = 9,6 mm. Độ dày của răng tại điểm hẹp là bz = 9,6 - 6,5 = 3,1 mm. Khe rãnh a = 0,145 + 1 = 1,145 mm, được làm tròn thành 1,2 mm. Khe hở không khí được giả định là 0,3 mm. Đường kính rotor Dp = 30 - 2x0,3 = 29,4 mm. Số lượng rãnh rôto là 9. Tổng tiết diện đồng trong các rãnh của cuộn dây stato làm việc là 0,011x542x8 = 47 mm2. Tổng mặt cắt ngang của đồng trong các khe rôto là 47x1,5 = 70,5 mm2. Tiết diện thanh rotor 70,5: 9 = 7,8 mm2. Đường kính thanh rôto (4x7,8/3,14)1/2 = 3,1 mm. Đường kính dây tiêu chuẩn gần nhất là 3,05 mm. Đường kính của rãnh rôto có dung sai dẫn động trong các thanh là 3,05 + 0,25 = 3,3 mm. Đường kính của vòng tròn đặt tâm của các rãnh rôto là 29,4 - (3,3 + 1) = 25,1 mm. Khoảng cách giữa các rãnh liền kề là 3,14x25,1/9 = 8,7 mm. Độ dày của răng rôto tại điểm hẹp là 8,7 - 3,3 = 5,4 mm. Tác giả: A.D.Pryadko
Nồng độ cồn của bia ấm
07.05.2024 Yếu tố nguy cơ chính gây nghiện cờ bạc
07.05.2024 Tiếng ồn giao thông làm chậm sự phát triển của gà con
06.05.2024
▪ Ong có khả năng nhân bản chính mình ▪ Mùi thức ăn được ghi nhớ qua miệng
▪ phần tính toán đài nghiệp dư của trang web. Lựa chọn bài viết ▪ bài viết Vì vậy, dịch vụ không giống như mật ong. biểu hiện phổ biến ▪ bài viết Nước nào cấm người mẫu quá gầy làm việc? đáp án chi tiết ▪ bài Bạch yến nguyên củ. Truyền thuyết, canh tác, phương pháp áp dụng ▪ bài viết Tổng quan về Anten Delta. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này