Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là “PROX” tên tiếng anh là Proximity Sensors ) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm
Cảm biến tiệm cận là gì
Khái niệm cảm biến tiệm cận Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là “PROX” tên tiếng anh là Proximity Sensors ) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm. Vận hành đáng tin cậy ngay cả trong môi trường khắc nghiệt (ví dụ: môi trường ngoài trời hoặc môi trường dầu mỡ)mm. Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy.
RTD và thermocouple là hai cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành công nghiệp. Tuy nhiên mỗi loại sẽ có nguyên lý hoạt động khác nhau.
RTD và thermocouple là hai cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành công nghiệp. Tuy nhiên mỗi loại sẽ có nguyên lý hoạt động khác nhau.
Động cơ đồng bộ thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao. Video này sẽ giải thích và minh họa về cách hoạt động của chúng.
Như tên gọi của nó thì động cơ đồng bộ có khả năng chạy với một tốc độ không đổi mà không bị ảnh hưởng bởi tải của chúng. Không giống như các động cơ cảm ứng, ở đây tốc độ của động cơ phụ thuộc vào momen tác động lên chúng, động cơ không đồng bộ có đặc điểm là tốc độ - momen không đổi. Động cơ đồng bộ có hiệu suất ( tỉ số chuyển đổi điện năng sang cơ năng) cao hơn các loại động cơ tương ứng khác. Hiệu suất của nó dao động từ 90-92%.
hình.1 Động cơ đồng bộ là máy điện có hiệu suất và độ chính xác cao
Nguyên lý hoạt động: Tương tác giữa các từ trường không đổi và từ trường quay
Đặc tính tốc độ không đổi đạt được bằng sự tương tác giữa từ trường quay và từ trường không đổi. Rotor của động cơ đồng bộ tạo ra một từ trường không đổi và startor tạo ra một từ trường quay.
hình.2 Sự tương tác giữa từ trường quay và từ trường không đổi làm cho chúng đạt được tốc độ đồng bộ
Stator: Từ trường quay
các cuộn dây của stator được cung cấp bởi nguồn điện 3 pha AC. Điều này sẽ tạo ra một từ trường quay(RMF), quay với tốc độ đồng bộ. cách mà tạo ra từ trường quay với dòng điện 3 pha được đề cập đến bằng 1 bài viết riêng. Từ trường quay được tạo ra trong động cơ đồng bộ và nó được đánh dấu chiều quay như Hình.2
Rotor: Từ trường không đổi
Rotor được kích từ bằng một nguồn điện một chiều DC. từ trường được tạo ra xung quanh rotor bằng nguồn kích từ 1 chiều được hiển thị như hình dưới. rõ ràng là với từ trường được tạo ra như vậy, rotor hoạt động như một nam châm vĩnh cữu . Ngoài ra rotor có thể được làm bằng nam châm vĩnh cữu
Sự tương tác giữa rotor và từ trường quay rất thú vị. giả sử rotor quay vòng ban đầu cùng chiều với chiều quay của từ trường quay RMF. Bạn có thể thấy rằng các cực khác cực tính của từ trường Quay RMF và Rotor sẽ bị hút lẫn nhau. và chúng sẽ bị khóa bằng từ tính. Điều này có nghĩa là rotor sẽ quay cùng tốc độ với tốc độ của từ trường quay RMF. Hay rotor quay với tốc độ đồng bộ.
hình.3 hình bên trái thể hiện sự hút lẫn nhau giữa các cực của từ trường quay và từ trườn không đổi hình bên trái cho thấy các cực bị khóa lẫn nhau ( khóa từ)
Tốc độ đồng bộ
Tốc độ đồng bộ có thể được tính một cách khá đơn giản như sau:
Rõ ràng từ mối quan hệ đó thấy rằng tốc độ động cơ đồng bộ, Ns(rpm) tỉ lệ thuận với tần số của nguồn điệnf(Hz). P là số cực của rotor. điều này có nghĩa rằng nếu chúng ta điều khiển được tần số nguồn điện cấp cho động cơ, tốc độ của động có đồng bộ có thể được điều khiển một các rất chính xác. Đây là lý do tại sao chúng được dùng trong các ứng dụng có độ chính xác cao.
Tại sao động cơ đồng bộ không tự khởi động
Nếu rotor không có sự chuyển động quay ban đầu, thì tình hình ngày càng khác. Cực bắc của rotor sẽ bị hút bởi cực nam của Từ trường quay RMF và sẽ bắt đầu chuyển động cùng chiều quay của Từ trường quay RMF. Nhưng khi rotor có quán tính Tốc độ khời động sẽ rất thấp. bởi vì sau đó cực nam của từ trường quay sẽ được Thay thế bởi một cực bắc. và chúng sẽ đẩy nhau. Điều này làm cho rotor chuyển động ngược lại. Nó làm cho rotor không thể tự khởi động.
Hình .4 hình bên trái các cực của RMF và rotor hút lẫn nhau. khi rotor chưa đạt tốc độ như hình bên trái thì chúng trở thành lực đẩy
Tóm lại là động cơ không đồng bộ không thể tự khởi động
Cách làm cho động cơ đồng bộ tự khởi động
Để làm cho động cơ đồng bộ tự khởi động, một lồng sóc được ngắn mạch 2 đầu bằng vòng ngắn mạch được gắn vào rotor.
Fig.5 Lồng sóc được gắn thêm cho rotor
Lúc khởi động thì các cuộn dây của rotor không được cấp năng lượng. vì vậy với sự tác động của từ trường quay, sẽ có dòng điện cảm ứng trong các thanh dẫn của lồng sóc, lúc này trở thành trường hợp dòng điện đặt trong từ trường. nên sẽ có lực điện từ tác động vào rotor và rotor bắt đầu quay giống như trường hợp của động cơ cảm ứng rotor lồng sóc.( tốc độ quay lúc này không phải là tốc độ đồng bộ)
Hình .7 Lồng sốc giúp động cơ khởi động như động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.
Khi rotor đạt được tốc độ lớn nhất, các cuộn dây rotor được cấp năng lượng. Do đó, như đã đề cập ở trên, các cực của rotor sẽ bị khóa với các cực của từ trường quay và sẽ quay với tốc độ đồng bộ. khi rotor chuyển động ở tốc độ đồng bộ, chuyển động tương đối giữa lồng sóc và từ trường quay là bằng 0. Điều này có nghĩa là không có dòng điện và lực trên các thanh dẫn của lồng sóc. Do đó nó không ảnh hưởng đến hoạt động của động cơ đồng bộ.
Động cơ đồng bộ không còn tính đồng bộ
Động cơ đồng bộ sẽ chạy với tốc độ không đổi nếu tải của động cơ nằm trong công suất của động cơ. nếu momen tải lớn hơn momen do động cơ sinh ra, nó sẽ không còn tính đồng bộ và sẽ dừng. Điện áp cấp và điện áp kích từ thấp cũng sẽ dấn đến động cơ sẽ không còn tính đồng bộ nữa. Động cơ đồng bộ có cấu tạo gần giống với máy phát điện.
Máy bù đồng bộ
Động cơ đồng bộ có thể được dùng để cải thiện hệ số công suất của hệ thống.Khi mục đích duy nhất của chúng được ứng dụng để cải thiện hệ số công suất thì chúng được gọi là máy bì đồng bộ. Trong trường hợp đóp thì trục động cơ không được kết nối với tải nào và nó quay tự do. Nguồn: Learn Engineering
Động cơ xoay chiều một pha dùng từ trường quay để nó hoạt động. Cách mà từ trường quay được tạo ra trong máy điện một pha là rất khác so với máy điện 3 pha. Trong video này sẽ cho ta thấy được cách tạo ra từ trường quay trong động cơ điện 1 pha
Bài viết sau sẽ mô tả những gì được đề cập đến trong video
Từ trường quay được tạo bởi dòng điện 1 pha
Dòng điện 1 pha đi qua cuộn dây sẽ tạo ra một từ trường biến thiên.
Fig.1 Từ trường biến thiên được tạo ra bởi dòng điện 1 pha.
Nhưng làm thế nào để từ trường có thể quay được. để làm điều đó, Nikola Tesla một nhà phát minh nổi tiếng của Nam Tư đã đưa ra một giải pháp đó là đặt một cuộn dây nữa vuông góc với cuộn dây đầu tiên. Dòng điện cùng một nguồn điện được truyền qua cuộn dây thứ hai. Vì vật từ thông trong dây cuốn thứ hai dao động vuông góc với từ trường của cuộn dây thứ nhất.
Fig.2 Từ thông trong cuộn dây thứ hai sẽ dao động vuông góc với từ thông trong cuộn dây thứ nhất.
mào. bây giờ chúng ta thêm một tụ điện vào cuộn dây thứ hai. Tụ điện này đảm bảo rằng dòng điện trong cuộn dây thứ 2 lệch pha so với dòng điện trong cuộn dây thứ nhất một góc 90*
Fig.3 Một tụ điện mắc vào cuộn dây thứ 2 sẽ đảm bảo rằng dòng điên lệch pha 90*
Sự thay đổi của từ trường theo thời gian
Từ trường bây giờ sẽ là tổng của 2 từ trường được tạo ra bởi 2 cuộn dây. bây giờ ta xem xét sự thay đổi của từ trường theo thời gian.
Fig.4 Sự thay đổi của từ trường theo thời gian
Bạn có thể thấy rằng theo thời gian thì cường độ từ trường không đổi nhưng hướng thay đổi. nó cũng giống như một từ trường quay. Và đây là cách tạo ra từ trường quay trong động cơ điện xoay chiều một pha. Tốc độ quay của tử trường được biết đến như tốc độ đồng bộ.
Fig.5 Từ trường quay theo hướng mũi tên.
Máy điện 1 pha với số cực khác nhau
Dây quấn trong Fig.5 tạo ra đươc 2 cực từ. Trong thực tế máy điện có thể có nhiều cực từ hơn. Do đó tốc độ từ trường có thể thay đổi. Hình dưới đây hiển thì từ trường 4 cực.
Với từ trường như vậy động cơ xoay chiều một pha có thể hoạt động. Nguồn: Learn Engineering
Động cơ điện 3 pha là loại máy điện thường được sử dụng nhiều nhất. Chúng rẻ, bền và dễ dàng bảo trì hơn các loại khác. Trong video này chúng ta sẽ học về cách hoạt động của động cơ 3 pha rotor lồng sóc
Bài viết sau đây sẽ đưa ra một mô tả chi tiết về những gì video trên đề cập đến
Các bộ phận chính của động cơ điện 3 pha Một động cơ điện có 2 phần chính; là Stator và Rotor. Stator là phần đứng yên hay còn gọi là phần tĩnh và Rotor là phần quay. Rotor được đặt bên trong Stator. Sẽ có một khe hở giữa Stator và Rotor, được biết đến như là khe hở không khí. Giá trị của khe hở không khí có thể dao động từ 0,5 đến 2mm.
Hình.1 Stator và Rotor của một động cơ điện.
Cấu tạo chi tiết của Stator Stator được làm bằng cách ghép các tấm thép kỹ thuật điện mỏng bên trong có xẻ rãnh hoặc là khối thép đúc. Cách mà các lá thép được gắn vào khung được biểu diễn như hình dưới. Ở đây chỉ có một số lá théo được hiển thị. Dây quấn đi qua các khe(rãnh) của stator.
Hình . 2 Cấu tạo chi tiết của Stator
Hiện tượng gây ra bởi dòng điện 3 pha đi qua dây quấn stator
Khi dòng điện xoay chiều 3 pha đi qua dây quấn stator sẽ có điều rất thú vị xảy ra đó là nó tạo ra một từ trường quay Rotating magnetic field (RMF). Như hiển thị trong hình dưới một từ trường quay được tạo ra trong stator khi có dòng điện 3 pha chạy qua. RMF là một khái niệm quan trọng trong máy điện. Chúng ta sẽ xem nó được tạo ra như thế nào ở phần tiếp theo.
Hình.3 Từ trường quay tạo ra bởi một động cơ điện.
Khái niệm về từ trường quay RMF( Rotating Magnetic Field)
Để hiểu được hiện tượng tạo ra từ trường quay, tốt nhất nên xem xét dây quấn 3 pha đơn giản với chỉ 3 cuộn dây. Một dây dẫn mang dòng điện tạo ra một trừ trường xung quanh nó. với sự sắp xếp đặc biệt của đây quấn 3 pha, từ trường được tạo ra bởi dòng điện 3 pha sẽ được hiển thị như hình dưới tại 1 thời điểm tức thời riêng biệt. Fig.4 Từ trường được tạo ra bởi 3 cuộn dây đơn giản và dây dẫn đơn.
Dòng điện AC sẽ thay đổi theo thời gian. xét 3 thời điểm được thể hiện ở hình dưới, ở đây do sự thay đổi của dòng điện AC, từ trường cũng thay đổi theo, rõ ràng là mỗi từ trường có một hướng khác nhau ở một thời điểm, nhưng mà độ lớn là giống nhau. Từ 3 thời điểm thì rõ ràng nó giống như một từ trường đang quay đều. tốc độ quay của từ trường được gọi là tốc độ đồng bộ. Fig.5 Từ trường quay được tạo ra trên dây quấn đơn giản.
Giả sử bạn đang đặt một vòng dây dẫn kín bên trong từ trường quay như vậy. khi từ trường biến thiên thì một điện áp cảm ứng E.M.F được tạo ra trong vòng kín theo định luật Faraday. E.M.F sẽ sinh ra một dòng điện chạy trong vòng dây kín . do đó giờ đây nó trở thành trường hợp một vòng dây kín có dòng điện đi qua được đặt trong từ trường. điều này dẫn đến sẽ có một lực điện từ trong dây dẫn kín theo định luật Lorentz, vì vậy vòng dây kín sẽ bắt đầu quay dưới tác dụng của lực điện từ.
Hình.6 Hiện tượng tạo RMF trong đây dẫn kín
Hoạt động của một động cơ điện Hiện tượng tương tự cũng xảy ra bên trong một động cơ điện. Ở đây, thay vì một vòng dây kín đơn giản, một rotor lồng sóc được sử dụng. Rotor lồng sóc bao gồm các thanh dẫn được ngắn mạch 2 đầu bởi 2 vòng ngắn mạch.
Hình.7 Rotor lồng sóc thường được sử dụng trong động cơ điện 3 pha
Dòng điện 3 pha chạy trong dây quấn stator tạo ra một từ trường quay. Do vậy giống như hiện tượng nhắc đến phía trên, dòng điện sẽ được tạo ra trong các thanh dẫn của rotor lồng sóc và nó bắt đầu quay. Bạn sẽ để ý thấy dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn sẽ thay đổi, điều này là do từ thông cắt qua mỗi một cặp thanh dẫn là khác nhau, và hướng khác nhau của chúng. Sự thay đổi của dòng điện trên các thanh dẫn sẽ thay đổi theo thời gian.
Hình.8 RMF tạo ra momen quay rotor như với trường hợp vòng dây kín đơn giản.
Đây là lý do tại sao cái tên đông cơ điện cảm ứng (induction motor) được sử dụng. Dòng điện trong rotor sinh ra do cảm ứng chứ không phải được cấp trực tiếp. Để hỗ trợ hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra thì các lá thép điện từ được gắn bên trong rotor.
Hình.9 Lớp lá thép điện từ được gắn chặt bên trong rotor.
các lá sắt được dát mỏng để giảm thiểu dòng điện xoáy ở mức nhỏ nhất. Bạn có thể thấy rằng một lợi thế lớn của động cơ 3 phase là nó tự khởi động. Bạn hãy để ý đến các thanh dẫn trong rotor. chúng được đặt xiên so với trục quay. Điều này để tránh sự dao động của momen quay. Nếu các thanh dẫn được đặt thẳng song song với trục, sẽ có 1 khoảng thời gian nhỏ momen quay chuyển từ cặp thanh dẫn này sang cặp thanh dẫn tiếp theo. điều này sẽ gây ra dao động moment quay và làm rotor bị giật khi quay. Bằng cách đặt xiên các thanh dẫn rotor, trước khi momen quay được tạo ra bởi cặp thanh dẫn này hết đi thì cặp thanh dẫn khác đi vào hoạt động. Do đó nó tránh được sự dao động momen.
Tốc độ quay của Rotor và khái niệm về hệ số trượt. Bạn có thể nhận thấy ở đây là cả hai từ trường và rotor đều quay. Nhưng rotor sẽ quay với tốc độ nào?. Để có câu trả lời cho vấn đề này chúng ta hãy xem xét các trường hợp khác nhau. Giả sử tốc độ của rotor giống với tốc độ của từ trường quay. Do tốc độ từ trường quay bằng tốc độ rotor ta có thể thấy rằng khi đó thì rotor sẽ chịu một từ trường không đổi, do đó sẽ không có điện áp cảm ứng E.M.F hay dòng điện cảm ứng được sinh ra trong rotor. Điều này có nghĩa sẽ không có lực điện từ nào sinh ra trong thanh dẫn của rotor, do đó rotor sẽ quay chậm dần. Nhưng tại lúc nó quay chậm dần, rotor sẽ chịu 1 từ trường biến thiên, Do đó, dòng điện cảm ứng và lực sẽ tăng lên lại và rotor sẽ quay nhanh lên. Một cách ngắn gọn, rotor sẽ không bao giờ có thể bắt kịp với tốc độ của từ trường. Nó quay với một tốc độ củ thể và nhỏ hơn tốc độ đồng bộ. Sự khác nhau của tốc độ đồng bộ và tốc độ rotor được gọi là hệ số trượt.
Năng lượng được chuyển đổi trong động cơ Năng lượng của chuyển động quay thu được từ rotor thông qua trục rotor.Hiểu một cách ngắn gọn, năng lượng điện đi vào stator của motor và đầu ra là chuyển động quay của rotor tức biến điện năng thành cơ năng.
Fig.10 Chuyển đổi công suất trong động cơ
Nhưng giữa công suất vào và ra, sẽ có một lượng năng lượng bị tổn thất. Tổn thất này được hợp thành từ các loại tổn thất đó là tổn thất do ma sát, tổn thất đồng, dòng điện eddy và tổn thất sắt từ... tổn thất năng lượng trong quá trình hoạt động của motor được tiêu tán dưới dạng nhiệt, do dó 1 cánh quạt được đặt sau động cơ giúp hạ nhiệt động cơ.
Fig.11 Một quạt làm mát dùng để loại bỏ nhiệt sinh ra bởi động cơ
Bạn sẽ làm gì nếu bạn có động cơ 3 pha trong khi đó nguồn điện cấp chỉ có nguồn 1 pha? Trong bài viết này tôi sẽ chia sẽ những kiến thức quan trọng mà tôi sử dụng nó trong trường hợp "khẩn cấp" để sử dụng động cơ điện 3 pha ở lưới điện 1 pha. Trên thực tế, Động cơ 3pha có thể làm việc ở lưới 1pha như động cơ 1pha khi dùng tụ điện mở máy động cơ có thể đạt đến 80% công suất định mức. Tuy nhiên người ta thường áp dụng với động cơ 3pha công suất nhỏ dưới 2KW . Khi đó mỗi động cơ cần phải chọn cho 1 sơ đồ và trị số tụ điện cho phù hợp .
Nguyên tắc chuyển đổi các cuộn dây 3 pha sang hoạt động 1 pha
-Điện áp định mức trên cuộn dây không đổi
-Phải đặt 1 trong 2 cuộn dây pha thành cuộn làm việc cuộn còn lại thành cuộn khởi động
-Trị số tụ điện phải chọn sao cho góc lệch pha giữa dòng điện cuộn làm việc và khởi động đạt 900.
Các sơ đồ nguyên lý chuyển đổi
Theo nguyên tắc trên tuỳ theo điện áp nguồn và điện áp định mức của cuộn dây pha mà ta chọn 1 trong 4 sơ đồ sau:
Sơ đồ hình 1 và hình 3 áp dụng cho trường hợp điện áp lưới UL =UphaĐC
Sơ đồ hình 2 và hình 4 áp dụng cho trường hợp điện áp lưới UL =UdâyĐC
Ví dụ : Một động cơ 3pha có nhãn hiệu D/Y – 220/380v
-Nếu điện áp nguồn cung cấp cho động cơ là 220v sau khi đấu thành 1pha thì ta chọn sơ đồ hình 1 và hình 3
-Nếu điện áp nguồn cung cấp cho động cơ là 380v sau khi đấu thành 1pha thì ta chọn sơ đồ hình 2 và hình 4
Tính chọn trị số tụ điện làm việc (tụ ngâm) và tụ khởi động theo công thức
Bước 1: Tính điện dung tụ điện làm việc
.
Trong đó :
Ipha đm là dòng điện định mức của động cơ
UL là điện áp nguồn 1pha mà động cơ sẽ hoạt động khi đấu 1pha
k là hệ số tính toán phụ thuộc vào từng sơ đồ đấu dây cụ thể :
- Sơ đồ hình 1 : k = 4800
- Sơ đồ hình 2 : k = 2800
- Sơ đồ hình 3 : k = 1600
- Sơ đồ hình 4 : k = 2740
Bước 2: Tính điện áp tụ điện làm việc
UC> 1.5 UL
Bước 3: Tính điện dung tụ điện khởi động
Ckđ=(2-3)CLV
Tính trị số tụ điện theo kinh nghiệm
Với những động cơ chạy lưới 220v thì cứ 1kw phải có CLV= 65 mF
Ví dụ : Động cơ 3pha 220/380v, 0,6kw đấu lại chạy 1pha 220v thì phải dùng tụ điện có điện dung:
CLV= 70x 0,6 = 39 mF
Ckđ =(2-3)CLV = (78-117)mF
Ví dụ : Một động cơ 3pha công suất 1kw điện áp 220/380v dòng điện 4.2/2.4A. Hãy đấu lại để sử dụng ở mạng 1pha 220v.
Giải:
- Nếu theo kinh nghiệm
CLV= 65 mF
Ckđ =(2-3)CLV = (130-195)mF
Hai tụ này là tụ dầu có Uc > 380v
-Theo công thức ta chọn sơ đồ:
+ Với hình 1:
+ Với hình 3:
Trong thực tế, Động cơ 3 pha thường được kết nối theo 2 cách là kết nối sao và kết nối tam giác. Do đó để đơn giản hóa việc chuyển chuyển đổi động cơ 3 pha sử dụng lưới điện một pha tôi sẽ hướng dẫn cách kết nối chỉ cần 1 tụ điện thường trực với động cơ 3 pha để nó hoạt động với điện áp 1 pha, cách đảo chiều quay động cơ, ước tính, tính toán điện dung của tụ điện thích hợp
1) Kết nối Tụ thường trực với động cơ đấu hình tam giác chúng ta cần phải lắp đặt tụ với kết nối tan giác như hình vẽ dưới đây. Ký tự * –> thay đổi kết nối giữa đầu nối sao của tụ điện cho phép đảo chiều quay của động cơ.
1) Kết nối Tụ thường trực với động cơ đấu hình sao
chúng ta cần phải lắp đặt tụ với kết nối hình sao như hình vẽ dưới đây.
Ký tự * –> thay đổi kết nối giữa đầu nối sao của tụ điện cho phép đảo chiều quay của động cơ.
3) Cách chọn tụ thường trực
Điều này tương đối quan trọng vì nếu chúng ta chọn tụ điện có điện dung không phù hợp tức quá thấp hay quá cao sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ và có thể làm cháy cuộn dây động cơ .
Dưới đây là bảng tham khảo giá trị điện dung của tụ điện. chúng ta phải xem xét kỹ điện áp làm việc cũng như điện áp kết nối để tránh làm hư hỏng động cơ hay bản thân tụ điện.
