Điện trở phần ứng là một trong những thông số cốt lõi của động cơ DC, và giá trị của nó ảnh hưởng trực tiếp đến việc tính toán tổn thất đồng của động cơ, phân tích hiệu suất khởi động và chẩn đoán lỗi (như đoản mạch cuộn dây phần ứng, lão hóa, v.v.). Việc đo chính xác điện trở phần ứng đòi hỏi phải tuân theo một quy trình cụ thể, đồng thời tránh các yếu tố gây nhiễu. Các phương pháp cụ thể và điểm chính cần lưu ý như sau:
1. Công tác chuẩn bị trước khi đo
- Lựa chọn thiết bị và công cụ
Cần chuẩn bị cầu DC hai nhánh (cầu Wheatstone) có cấp chính xác ≥0,5 hoặc đồng hồ vạn năng kỹ thuật số có độ chính xác cao (có điện trở trong ≥10MΩ). Đồng hồ vạn năng kỹ thuật số phù hợp hơn để đo điện trở phần ứng có điện trở thấp (thường trong phạm vi từ miliohm đến ohm) và có thể loại bỏ hiệu quả ảnh hưởng của điện trở dây dẫn và điện trở tiếp xúc. Đồng thời, hãy chuẩn bị găng tay cách điện, tua vít, giấy nhám (để vệ sinh khối đầu cực) và sơ đồ mạch động cơ (để xác định vị trí của dây quấn phần ứng).
- Xác nhận tình trạng động cơ
Trước khi đo, động cơ phải được tắt hoàn toàn, tất cả các nguồn điện (bao gồm nguồn điện phần ứng và nguồn điện kích thích) phải được ngắt và các linh kiện lưu trữ năng lượng như tụ điện phải được xả hết điện để tránh nguy cơ điện giật. Để động cơ nguội đến nhiệt độ phòng (thường là sau khi tắt hơn 1 giờ) để tránh giá trị điện trở tăng cao do nhiệt độ tăng (điện trở của kim loại tăng theo nhiệt độ, và hệ số nhiệt độ của đồng xấp xỉ 0,004/℃).
2. Phương pháp đo lõi: Phương pháp cầu hai cánh tay DC (Khuyến nghị)
- Hoạt động đấu dây
Tham khảo sơ đồ mạch động cơ để tìm hai đầu dây của cuộn dây phần ứng (thường được đánh dấu là "Phần ứng +" và "Phần ứng -"). Dùng giấy nhám làm sạch lớp oxit và vết dầu trên bề mặt các đầu dây để đảm bảo tiếp xúc tốt. Nối "các đầu dòng điện" (I1, I2) của cầu DC hai nhánh với cả hai đầu của phần ứng, và nối "các đầu điện áp" (U1, U2) song song ở mặt trong của các đầu dây dòng (tuân theo nguyên tắc "các đầu điện áp gần với điện trở đo được" để tránh bao gồm điện trở dây dẫn vào giá trị đo được).
- Các bước đo lường
Bật nguồn cầu, điều chỉnh cánh tay tỷ lệ của cầu (lựa chọn dựa trên giá trị ước tính của điện trở phần ứng; ví dụ, nếu điện trở ước tính là 5Ω, có thể chọn tỷ lệ 10Ω) và cánh tay so sánh, đồng thời quan sát độ lệch của kim điện kế. Khi kim trở về 0 hoặc nằm trong phạm vi sai số cho phép (thường là ±0,5%), hãy ghi lại hệ số cánh tay tỷ lệ (K) và số đọc của cánh tay so sánh (R0), và tính giá trị thực tế của điện trở phần ứng theo công thức. Ra = K × R0.
Để cải thiện độ chính xác, phép đo nên được lặp lại 3 lần và lấy giá trị trung bình làm kết quả cuối cùng (nhiều phép đo có thể bù đắp các lỗi ngẫu nhiên, chẳng hạn như biến động điện trở tại thời điểm tiếp xúc).
3. Các yếu tố gây nhiễu phổ biến và biện pháp phòng tránh
- Ảnh hưởng của nhiệt độ
Sau khi cuộn dây phần ứng hoạt động, nhiệt độ của nó tăng lên, điều này sẽ làm tăng giá trị điện trở (ví dụ, khi động cơ hoạt động ở nhiệt độ 80℃, điện trở của cuộn dây đồng cao hơn khoảng 22% so với điện trở ở nhiệt độ phòng 25℃). Nếu cần đo "điện trở lạnh" (trạng thái chuẩn tham chiếu), động cơ phải được tắt và làm nguội đến nhiệt độ phòng. Nếu cần đo "điện trở nóng" (để phân tích tổn thất vận hành), việc đo lường phải được hoàn thành trong vòng 10 phút sau khi động cơ tắt, và nhiệt độ cuộn dây tại thời điểm đó phải được ghi lại để thuận tiện cho việc hiệu chỉnh dữ liệu sau này.
- Từ thông dư và suất điện động cảm ứng
Sau khi động cơ DC kích từ riêng biệt hoặc kích từ shunt bị ngắt, cuộn dây kích từ có thể còn từ thông dư. Khi phần ứng quay, một suất điện động sẽ được tạo ra (tương tự như máy phát điện), gây nhiễu cho phép đo cầu. Phương pháp phòng tránh: Trước khi đo, hãy nối tắt hai đầu phần ứng bằng dây dẫn và quay trục động cơ bằng tay 3-5 lần để giải phóng suất điện động dư cảm ứng. Nếu nhiễu vẫn còn, có thể ngắt kết nối dây quấn kích từ để loại bỏ ảnh hưởng của từ thông dư.
- Điện trở tiếp xúc và dây dẫn
Nếu sử dụng đồng hồ vạn năng thông thường (đo một tay), điện trở dây dẫn (như điện trở dây dẫn, điện trở tiếp xúc cực) có thể chiếm tỷ lệ lớn (ví dụ, nếu điện trở phần ứng là 1Ω và điện trở dây dẫn là 0,1Ω, sai số có thể lên tới 10%). Do đó, cần sử dụng cầu hai tay để đo điện trở phần ứng có điện trở thấp. Trong quá trình đo, hãy đảm bảo tiết diện dây dẫn ≥1,5mm² (để giảm điện trở dây dẫn) và siết chặt các đầu nối bằng tua vít để tránh kết nối ảo.
4. Phân tích dữ liệu và ứng dụng sau khi đo lường
- So sánh và đánh giá dữ liệu
So sánh giá trị điện trở phần ứng đo được với giá trị tiêu chuẩn trong sách hướng dẫn sử dụng động cơ: Nếu giá trị thực tế cao hơn giá trị tiêu chuẩn hơn 15%, nguyên nhân có thể là do cuộn dây phần ứng bị lão hóa (dây bị oxy hóa, lớp cách điện bị cacbon hóa) hoặc đoản mạch giữa các vòng dây (một phần của cuộn dây được kết nối, dẫn đến giảm tổng điện trở, cần được đánh giá kết hợp với các thử nghiệm khác). Nếu giá trị thực tế nhỏ hơn, cần kiểm tra xem có đoản mạch giữa các vòng dây trong cuộn dây không (có thể sử dụng mêgôm kế để đo điện trở cách điện của cuộn dây để đánh giá bổ sung).
- Các tình huống ứng dụng thực tế
Giá trị điện trở phần ứng chính xác có thể được sử dụng để tính toán dòng điện khởi động động cơ (theo công thức Ist = U/Ra, trong đó U là điện áp phần ứng) để xác định xem bộ khởi động có phù hợp hay không. Đồng thời, có thể được sử dụng để tính toán tổn thất đồng (Pcu = Ia²Ra, trong đó Ia là dòng điện phần ứng) để tối ưu hóa hiệu suất năng lượng của động cơ (nếu tổn thất đồng quá lớn, cần kiểm tra xem cuộn dây có sinh nhiệt bất thường hay không).
Tóm lại, việc đo chính xác điện trở phần ứng động cơ DC đòi hỏi phải lựa chọn công cụ phù hợp, kiểm soát các điều kiện môi trường, tránh các yếu tố gây nhiễu và kết hợp nhiều phép đo với việc so sánh dữ liệu. Chỉ bằng cách này mới có thể cung cấp cơ sở đáng tin cậy cho việc bảo trì và tối ưu hóa hiệu suất động cơ, đồng thời tránh được các lỗi bảo trì hoặc hỏng hóc thiết bị do đánh giá thông số không chính xác.