Máy điện một chiều là thiết bị có thể tạo ra điện như máy phát điện, hoặc sử dụng điện như motor điện bơm nước, motor quạt máy,… Vậy định nghĩa máy điện một chiều là gì, phân loại, công dụng, cấu tạo của máy điện 1 chiều như thế nào, mời bạn đọc bài viết dưới đây, chúng tôi sẽ phân tích chuyên sâu về phần kỹ thuật để bạn có thể hiểu rõ hơn máy điện là gì.
Khái niệm về máy điện một chiều
Ngày nay, máy điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nhưng máy điện một chiều vẫn được dùng trong giao thông vận tải, công nghiệp chính xác, hóa chất, hàn và trong nhiều đồ điện gia dụng,…để làm máy phát điện hoặc động cơ điện máy bơm nước.
Máy điện một chiều tuy cấu tạo phức tạp vì cả phần tĩnh (stato) và phần quay (rôto) đều có dây quấn, được liên hệ với nhau qua chổi than và cổ góp điện nên khó sử dụng, bảo dưỡng, khó sửa chữa nhưng lại có nhiều ưu điểm như:
- Máy phát điện một chiều cung cấp dòng điện trực tiếp cho công nghiệp điện phân, đúc điện, mạ điện, nạp ắc quy, dùng cho hệ thống tự động khống chế một chiều,…
- Motor điện dùng cho máy bơm nước loại một chiều dễ điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, bằng phẳng liên tục, mômen khởi động cao.
Cấu tạo của động cơ điện bơm nước một chiều và máy phát điện một chiều hoàn toàn going nhau: đều dùng động năng kéo cho rôto quay thì máy sẽ phát ra điện một chiều để thắp đèn, chạy máy. Ngược lại, khi cấp điện vào máy thì roto sẽ quay để kéo các máy công tác.
Máy điện một chiều khi sử dụng làm động cơ điện máy bơm nước, nếu giữ nguyên chiều dòng điện chạy trong dây quấn và tên các cực từ như ở máy phát điện thì động cơ sẽ quay ngược chiều với chiều quay khi làm máy phát điện.
Phân loại và công dụng của máy điện một chiều
Để phân loại máy điện một chiều, người ta dựa vào phương pháp kích từ cho máy, có thể chia ra làm 4 loại chính:
Xem thêm: Nên Mua Máy Bơm Nước Gia Đình Loại Nào Tốt Nhất
1. Máy điện một chiều kích từ độc lập
Cuộn dây kích từ không nối dung vào phần úng mà lấy từ nguồn điện một chiều bên ngoài. Nguồn này có thể từ acquy hoặc ở mạch điện một chiều khác (điều khiển tự động từ ngoài vào) nên chủ động được dòng kích từ để động cơ làm việc theo quy trình định trước.
2. Máy điện một chiều kích từ song song (tự kích từ)
Dây quấn kích từ đấu song song với dây quấn phần ứng. Khi dùng làm máy phát điện, roto quay thì từ dư sẽ cảm ứng vào dây quấn phần ứng sức điện động nhỏ, sức điện động này sẽ sinh ra dòng điện kích từ ở cuộn dây kích từ, vì thế từ thông của máy sẽ được tăng lên, làm cho sức điện động tăng lên.
Sức điện động tăng thì dòng điện kích từ lại tăng làm cho từ trường của máy tăng lên. Quá trình đó tiếp tục cho đến khi đạt đến điện áp định mức. Dòng điện kích từ thường ở mức 1-5% so với dòng điện định mức của phần ứng.
Máy phát điện kích từ song song chỉ dùng cho tải được phép biến động, vì khi tải tăng, điện áp ra của máy bị giảm xuống. Do đó những máy phát điện dùng trên ô tô phải kèm theo bộ điều tiết để ổn định điện áp và dòng điện nạp vào ắc quy (hình 1)
Động cơ điện kích từ song song thì cuộn dây kích từ phải được nối song song với phần ứng sao cho nhận được điện áp định mức khi máy khởi động. Mômen động cơ tăng tuyến tính với dòng điện, còn tốc độ gần như không đổi theo phụ tải.
Động cơ kích thích song song được dùng để kéo những máy có tốc độ ít biến đổi theo tải như: thang máy, quạt gió, máy dệt,…
3. Máy điện một chiều kích từ nối tiếp (hình 2)
Cuộn dây kích từ được đấu nối tiếp với dây quấn phần ứng qua chổi than và cổ góp điện. Dòng điện qua cuộn dây kích từ cũng bằng dòng điện phần ứng nên cuộn dây kích từ phải quấn bằng dây to và ít vòng. Do cuộn dây kích từ nối tiếp với phần ứng nên khi dòng điện phụ tải thay đổi thì tốc độ động cơ cũng thay đổi : tải nặng thì tốc độ giảm, tải nhẹ tốc độ sẽ tăng.
Máy điện một chiều kích từ nối tiếp chỉ được dùng làm động cơ điện vì có mômen khởi động cao gấp 3/4 lần định mức, nó phù hợp để kéo máy khởi động ô tô, tàu thủy, dùng làm động cơ xe cẩu, palangw, tời điện, ô tô điện, máy bơm Pentax Ý,…Khi chạy không tải tốc độ vọt lên rất cao, có thể làm vỡ bi hoặc gãy trục.
Vì vậy động cơ nối tiếp không được cho chạy không tải (kể cả khi chạy thử) hoặc cắt tải đột ngột.
4. Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp
Phần cảm gồm có 2 cuộn dây:
- Cuộn kích từ song song quấn bằng dây nhỏ, nhiều vòng, nối song song với phần ứng
- Cuộn kích từ nối tiếp quấn bằng dây to, ít vòng, đấu nối tiếp với phần ứng. Những máy lớn có thêm cuộn dây bù cũng đấu nối tiếp với phần ứng.
Máy điện kích từ hỗn hợp được dùng làm máy phát điện ở các phương tiện giao thông, làm máy phát điện trong công nghệ hàn.
Máy cũng được sử dụng làm động cơ điện khi có yêu cầu công nghệ đặc biệt : từ thông của máy là tổng hợp các từ thông của cuộn kích từ song song và kích từ nối tiếp, do vậy nó tận dụng được những đặc tính cơ bản của hai loại trên tùy theo cách đấu dây để sử dụng cuộn dây kích nào đóng vai trò chủ yếu.
Ví dụ 1: máy phát điện hàn 1 chiều kích từ hỗn hợp (tự kích từ), có 2 cuộn dây kích từ (hình 3) nối dây theo kiểu kích từ âm.
- Cuộn dây kích từ song song, được cung cấp từ nguồn một chiều cố định. Cuộn dây kích từ nối tiếp được đấu nối tiếp với tải. Khi chưa hàn, điện áp không tải của máy từ 60V ~ 80V đủ để gây hồ quang cho que hàn. Điện áp này tạo ra do hiện tượng tự kích nhờ cuộn dây kích từ song song.
- Khi đang hàn, dòng điện hàn đi qua cuộn dây kích từ nối tiếp, nó sẽ sinh ra từ thông ngược chiều với từ thông của cuộn dây chính gây ra hiện tượng khử từ tạo nên điện áp rơi. Vì vậy, lúc đang hàn điện áp ở kìm hàn chỉ còn từ 30V ~ 40V mà vẫn an toàn cho thợ hàn.
- Trường hợp ngắn mạch ở kìm, từ thông của cuộn kích từ nối tiếp gần bằng từ thông của cuộn song song nên chúng khử nhau. Từ thông khi ấy có trị số rất nhỏ, do đó điện áp ở hai đầu máy hàn giảm gần tới 0 đảm bảo an toàn cho máy.
Xem thêm: Cách chọn máy bơm nước tốt và phù hợp
Ví dụ 2: Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp kiểu IIH205 dùng làm động cơ thì cách đấu dây giữa hai cuộn với phần ứng lại là kích từ dương có tác dụng trợ từ cho nhau (hình 4).
Phần cảm (stato) gồm có các cuộn dây:
- Cuộn kích từ song song Wa.
- Cuộn kích từ nối tiếp Wb và cuộn dây bù Wb2.
Động cơ này có công suất P = 33,5 Kw, điện 1 chiều U = 220V, tốc độ 1580 vòng/phút, được lắp cho hệ thống máy xén giấy để điều chỉnh tốc độ cho phù hợp với từng loại nguyên liệu và mômen khởi động cao. Khi tải nặng, tốc độ động cơ có xu hướng giảm xuống nhờ có dòng điện kích từ qua cuộn nối tiếp tăng. Do vậy, từ thông qua nó cũng tăng lên giữ cho tốc độ động cơ hầu như không đổi để đảm bảo yêu cầu của công nghệ giấy. Động cơ này vẫn là máy điện một chiều nếu được một nguồn động lực kéo để quay với tốc độ 1460 vòng/phút thì phát ra điện một chiều 220V – 230V, P = 27Kw
Một số điểm chú ý:
- Máy phát điện tự kích từ muốn phát ra điện thì phải còn từ dư, nếu bị mất từ dư thì phải dùng điện một chiều mồi lại từ cho máy.
- Phải nối dây quấn ích từ đúng chiều để nó sinh ra từ trường trùng với chiều của từ trường dư, nếu nối sai làm cho từ trường của dây quấn kích từ ngược chiều với từ dư sẽ dấn đế khử từ dư, thì dù có cho máy phát điện quay đúng chiều cũng không phát ra điện được.
- Một vài loại máy phát điện đặc biệt (hình 3) kể cả máy phát điện nhỏ ở ô tô (do tự động điều chỉnh U và I để nạp điện vào acquy) đặt thêm chổi than phụ thứ 3 để lấy điện dương (+) kích từ vào cuộn dây kích thích song song. Chổi than phụ cỡ nhỏ và có thể điều chỉnh được: chỉnh chổi than phụ gần lại chổi than lửa (+) thì điện áp và dòng điện tăng lên, nếu kéo ra xa hơn thì U và I của máy phát sẽ giảm đi.
- Chiều quay của động cơ điện máy bơm nước một chiều phụ thuộc vào tên cực từ, bởi vậy nếu muốn đổi chiều quay thì phải giữ nguyên chiều dòng điện vào phần ứng và đổi chiều dòng điện kích từ bằng cách đảo chéo đầu với cuối cuộn dây kích từ để đổi tên cực từ thì chiều quay sẽ thay đổi.
Với máy phát điện khi đã nối dây quấn kích từ đúng, thì phải cho máy quay đúng chiều quy định máy mới phát điện được.
Tóm lại, mỗi loại máy được thiết kế chế tạo để có đặc tính riêng, phù hợp với yêu cầu công nghệ nên khi sửa chữa không được tùy tiện sửa đổi cách đấu dây của chúng.
Cấu tạo của máy điện một chiều
Máy điện một chiều gồm:
1. Phần tĩnh (stato)
Được gọi là phần cảm, thường làm bằng thép đúc để dẫn từ đồng thời là thân máy, trên thân có hàn chân máy, móc treo. Những máy lớn có loại đúc bằng gang, thân máy liền chân có gắn tăng cường. Phía trong được lắp các cực từ lồi, bắt chặt vào thân máy bằng bu lông.
Có hai loại cực từ: cực từ chính và cực từ phụ, mỗi máy thông thường có từ 2 đến 8 cực từ chính.
Động cơ điện một chiều nhỏ (đầu video, catxet, đồ chơi trẻ em,…) thì phần cảm có các cực từ bằng nam châm vĩnh cửu N – S đặt xen kẽ.
2. Phần quay (rôto)
Được gọi là phần ứng có lắp trục và vòng bi ở hai đầu trục. Lõi thép phần ứng có dây quấn nối ra cổ góp điện, khe hở không khí giữa phần tĩnh và phần quay từ 0,5 ~ 3mm, ở những máy lớn có thể đến 12mm. Dưới đây là chi tiết từng phần:
Cực từ chính
- Dùng để tạo nên từ thông chính của máy điện một chiều. Nó được chế tạo bằng các lá thép 0,5 ~ 1mm (lá thép kỹ thuật điện – KTĐ) ghép lại (máy nhỏ có khi được đúc bằng thép). Thân cực từ có dạng hình chữ nhật, trên đó đặt cuộn dây kích từ.
- Mặt cực từ hướng về phía phần ứng và có hình dáng lo era để giữ chặt cuộn dây kích từ và để cho từ trường phân bố đều theo chu vi phần ứng được tốt nhất. Những máy công suất lớn, tốc độ nhanh, phụ tải thay đổi đột ngột thì trên mỏm cực còn có thêm các thành rãnh để đặt cuộn dây bù nối tiếp với phần ứng cải thiện việc đổi chiều được ở bất kỳ phụ tải nào. Cực từ được bắt chặt vào stato bằng các bu lông. Để có thể điều chỉnh khe hở không khí giữa cực từ và roto, đôi khi có thêm một vài miếng đệm thép dày 0,5mm lót giữa thân cực từ và stato (hình 5).
Xem thêm: Aptomat là gì
Cực từ phụ:
- Thường chế tạo bằng thép khối hoặc thép lá kỹ thuật điện (KTĐ) được sử dụng ở máy lớn, điện áp cao, có phụ tải biến đổi nhiều. Nó cũng được bắt chặt vào stato bằng bulong (có lót miếng đệm để điều chỉnh khe hở).
- Cực phụ nhỏ hơn cực chính (cuộn dây đặt trên cực phụ quấn ít vòng bằng dây to) và được đặt đúng trên đường trung tính hình học giữa hai cực chính khác tên để cải thiện từ trường do phản ứng phần ứng làm méo, khắc phục được tia lửa điện trên cổ góp điện.
Lõi phần ứng
- Dạng hình trống, ghép bằng các lá thép KTĐ dày 0,5mm để dẫ từ tốt, giảm tổn thất do dòng điện xoáy. Các lá thép đã dập sẵn lỗ thông gió để làm mát máy (máy nhỏ chỉ lắp cánh quạt làm mát) và các rãnh để quấn dây.
- Máy nhỏ dập rãnh nửa kín, tuy lồng dây khó nhưng từ thông phân bố tốt, còn ở máy cỡ trung bình và lớn thì rãnh roto thường có hình chữ nhật, vách thẳng và miệng hở. Vì rãnh hở nên việc lồng dây, đặt thanh dẫn bằng đồng dễ dàng nhưng khi quấn roto xong phải đánh đai quanh roto để chống lực ly tâm làm bung dây.
Cổ góp điện
- Nằm trên roto, gồm nhiều phiến đồng “cadimi” dập theo dạng mang cá, tiết diện hình thang ghép chặt với nhau và được cách điện giữa hai phiến bằng mica. Phía trong cổ góp được lót cách điện với trục bằng ống nhựa cứng hoặc “mũ micanit”, phía ngoài là một mặt trụ láng nhẵn bóng.
- Máy nhỏ thì cổ góp được đổ nhựa tổng hợp, còn máy lớn thì phiến góp được giữ chặt bằng hai vòng chặn, đầu có ren đai ốc hoặc tán chặt thành khối.
- Dây quấn phần ứng được kẹp vào các phiến góp rồi hàn thiếc chắc chắn.
Chổi than
- Điện được đưa qua dây quấn phần ứng nhờ choorit han. Trong quá trình làm việc chổi than đứng yên, chỉ có những viên than bằng “graphit” đặt trong hộp giá đỡ chổi than được ấn sát xuống cổ góp điện nhờ những lò xo.
- Giá đỡ chổi than được lót cách điện và bắt chắc chắn vào nắp máy.
Xem thêm: cách sửa chữa động cơ điện một chiều
