BÀI GIẢNG MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU (DC) - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (41 trang)

Trang chủ

Kỹ Thuật - Công Nghệ

Điện - Điện tử

BÀI GIẢNG MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU (DC)

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (472.43 KB, 41 trang )

Bài 5: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU5.1. Đại cương về máy điện một chiềuTrong nền sản xuất hiện đại máy điện một chiều vẫn luôn luôn chiếm một vị tríquan trọng, bởi nó có các ưu điểm sau:Đối với động cơ điện một chiều: Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, bằng phẳng vìvậy chúng được dùng nhiều trong công nghiệp dệt, giấy, cán thép,...Máy phát điện một chiều dùng làm nguồn điện một chiều cho động cơ điện một chiều,làm nguồn kích từ cho máy phát điện đồng bộ, dùng trong công nghiệp mạ điện v.v...Nhược điểm: Giá thành đắt do sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo và bảo quản cổgóp phức tạp.5.1.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện một chiều:Người ta có thể định nghĩa máy điện một chiều như sau: Là một thiết bị điện từquay, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi cơ năng thành điệnnăng một chiều (máy phát điện) hoặc ngược lại để biến đổi điện năng một chiều thànhcơ năng trên trục (động cơ điện).5.1.1.1 Máy phát điện:Hình 5.1 Sơ đồ khối chỉ chế độ làm việc của máy DC. Hình 5.2. Sơ đồ nguyên lí máyMáy gồm một khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây và phiến gópđược quay quanh trục của nó với một vận tốc không đổi trong từ trường của hai cựcnam châm. Các chổi than A và B đặt cố định và luôn luôn tì sát vào phiến góp. Khi chokhung quay theo định luật cảm ứng điện từ trong thanh dẫn sẽ cảm ứng nên sức điệnđộng theo định luật Faraday ta có:e = B.l.v (V)B: Từ cảm nơi thanh dẫn quét qua. (T)L: Chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường. (m)V: Tốc độ dài của thanh dẫn (m/s).Chiều của sức điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải như vậy theo hình vẽsức điện động của thanh dẫn cd nằm dưới cực S có chiều đi từ d đến c, còn thanh abnằm dưới cực N có chiều đi từ b đến a. Nếu mạch ngoài khép kín qua tải thì sức điệnđộng trong khung dây sẽ sinh ra ở mạch ngoài một dòng điện chạy từ A đến B. Nếu từcảm B phân bố hình sin thì e biến đổi hình sin dạng sóng sức điện động cảm ứng trongkhung dây như hình 5.3a. Nhưng do chổi than A luôn luôn tiếp xúc với thanh dẫn nằmdưới cực N, chổi than B luôn luôn tiếp xúc với thanh dẫn nằm dưới cực S nên dòngđiện mạch ngoài chỉ chạy theo chiều từ A đến B. Nói cách khác sức điện động xoaychiều cảm ứng trong thanh dẫn và dòng điện tương ứng đã được chỉnh lưu thành sứcđiện động và dòng điện một chiều nhờ hệ thống vành góp và chổi than, dạng sóng sức166điện động một chiều ở hai chổi than như hình 5.3b. Đó là nguyên lý làm việc của máyphát điện một chiều.5.1.1.2 Động cơ điệnNếu ta cho dòng điện một chiều đi vào chổi than A và ra ở B thì do dòng điệnchỉ đi vào thanh dẫn dưới cực N và đi ra ở các thanh dẫn nằm dưới cực S, nên dướitác dụng của từ trường sẽ sinh ra một mô men có chiều không đổi làm cho quay máy.Chiều của lực điện từ được xác định theo qui tắc bàn tay trái. Đó là nguyên lý làm việccủa động cơ điện một chiều.Hình 5.3 Các dạng sóng s.đ.đTừ cảm hay s.đ.đ hình sin trong khung dây trước chỉnh lưub. S.đ.đ và dòng điện đã được chỉnhlưu nhờ vành góp.Trong đó:B: Từ cảmE: Sức điện động cảm ứngI: Dòng điệnF: Lực điện từHình 5.4. Qui tắc bàn tay phải và qui tắc bàn tay trái:5.1.2 Cấu tạo của máy điện một chiềuKết cấu của máy điện một chiều có thể phân làm hai thành phần chính là phần tĩnh vàphần quay.5.1.2.1 Phần tĩnh hay stator:Đây là phần đứng yên của máy nó gồm các bộ phận chính sau:a. Cực từ chính:Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõisắt cực từ.Lõi sắt cực từ 1làm bằng thép lá kỹ thuật điện hay thép các bon dày 0,5 đến1mm ghép lại bằng đinh tán. Lõi mặt cực từ 2 được kéo dài ra (lõm vào) để tăng thêmđường đi của từ trường.Vành cung của cực từ thường bằng 2/3 τ (τ: Bước cực, làkhoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp nhau). Trên lõi cực có cuộn dây kích từ 3, trongđó có dòng một chiều chạy qua, các dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng mỗicuộn đều được cách điện kỹ thành một khối, được đặt trên các cực từ và mắc nối nốitiếp với nhau. Cuộn dây được quấn vào khung dây 4, thường làm bằng nhựa hoá họchay giấy bakêlit cách điện. Các cực từ được gắn chặt vào thân máy 5 nhờ những bulông 6.167Hình 5.5. Cực từ chính4) Khung dây1) Lõi cực5) Vỏ máy2) Mặt cực6) Bu lông bắt chặtcực từ vào vỏ máy.3) Dây quấn kích từb. Cực từ phụ:Được đặt giữa cực từ chính dùng để cải thiện đổi chiều,triệt tia lửa trên chổi than. Lõi thép của cực từ phụ cũng cóthể làm bằng thép khối, trên thân cực từ phụ có đặt dâyquấn, có cấu tạo giống như dây quấn của cực từ chính. Đểmạch từ của cực từ phụ không bị bão hòa thì khe hở củanó với rotor lớn hơn khe hở của cực từ chính với rotor.c. Vỏ máy (Gông từ):Hình 5.6. Cực từ phụLàm nhiệm vụ kết cấu đồng thời dùng làm mạch từ nối liền1) Lõi; 2) Cuộn dâycác cực từ. Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng théptấm để uốn và hàn lại. Máy có công suất lớn dùng thép đúccó từ (0,2 - 2)% chất than.d. Các bộ phận khác:- Nắp máy: Để bảo vệ máykhỏi bị những vật ngoài rơi vàoHình 5.7. Cơ cấu chổi thanlàm hư hỏng dây quấn. Trong1) Hộp chổi thanmáy điện nhỏ và vừa nắp máy2) Chổi thancó tác dụng làm giá đỡ ổ bi.3) Lò so ép4) Dây cáp dẫn điện- Cơ cấu chổi than: Để đưađiện từ phần quay ra ngoàihoặc ngược lại.5.1.2.2. Phần quay hay rotora. Lõi sắt phần ứng:Để dẫn từ thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện cách điệnhai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xóay gây nên. Trên các lá thép códập các rãnh để đặt dây quấn. Rãnh có thể hình thang, hình quả lê hoặc hình chữnhật...Trong các máy lớn lõi thép thường chia thành từng thếp và cách nhau một khoảng hởđể làm nguội máy, các khe hở đó gọi là rãnh thông gió ngang trục.Ngoài ra người ta còn dập các rãnh thông gió dọc trục.168Hình 5.8. Lõi thép phần ứngb. Dây quấn phần ứng:Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứngthường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ thường dùng dây cótiết diện tròn, trong máy điện vừa và lớn có thể dùng dây tiết diện hình chữ nhật. Dâyquấn được cách điện cẩn thận với rãnh và lõi thép. Để tránh cho khi quay bị văng rangoài do sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt và phải đai chặt các phầnđầu nối dây quấn. Nêm có thể dùng tre gỗ hoặc ba kê lít.Hình 5.9. Mặt cắt rãnh phần ứngHình 5.10. Mặt cắt một cổ góp điệnc. Cổ góp:Dây quấn phần ứng được nối ra cổ góp. Cổ góp thường được làm bởi nhiều phiếnđồng mỏng được cách điện với nhau bằng những tấm mi ca có chiều dày 0,4 đến 1,2mm và hợp thành một hình trụ tròn(hình 5.10). Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ép hìnhchữ V ép chặt lại, giữa vành ép và cổ góp có cách điện bằng mica hình V. Đuôi cổ gópcao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp đượcdễ dàng (hình 5.11).d. Chổi than: Máy có bao nhiêu cực có bấynhiêu chổi than. Các chổi than dương được nốichung với nhau để có một cực dương duynhất. Tương tự đối với các chổi than âm cũngvậy.e. Các bộ phận khác:Cánhquạtdùngđểquạtgió làm nguội máy.Hình 5.11. Hình cắt dọc của cổ góp- Trục máy, trên đó có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi.Trục máy thường được làm bằng thép các bon tốt.1695.1.3 Các trị số định mứcChế độ làm việc định mức của các máy điện là chế độ làm việc trong nhữngđiều kiện mà nhà chế tạo đã qui định.Chế độ đó được đặc trưng bởi những đại lượng ghi trên nhãn máy gọi là các đại lượngđịnh mức.- Công suất định mức: Pđm (W hay kW) là công suất đầu ra của máy điện- Điện áp định mức: Uđm (V hay KV):Là điện áp ở hai đầu tải ở chế độ định mức (máy phát)Là điện áp đặt vào động cơ ở chế độ định mức (động cơ)- Dòng điện định mức Iđm (A):Là dòng điện cung cấp cho tải ở chế độ định mức (máy phát)Là dòng điện cung cấp cho động cơ ở chế độ định mức (động cơ)- Tốc độ định mức: nđm (vòng / phút).- Hiệu suất định mức: ηđmNgoài ra còn ghi kiểu máy, cấp cách điện, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ, chếđộ làm việc v.v...Hình 5.11. Nhãn máy của một động cơ điện một chiềuCâu hỏi:1. Hãy định nghĩa máy điện một chiều?2. Trình bày nguyên lý làm việc của máy phát điện và động cơ điện một chiều?3. Nêu cấu tạo của máy điện một chiều?4. Nêu các đại lượng định mức của máy điện một chiều và ý nghĩa của chúng?Bài tập1. Máy phát điện một chiều có công suất định mức: P = 85 KW; Uđm = 230V; nđm =1470 v/phút; ηđm = 0.895. Khi máy làm việc ở chế độ định mức. tính dòng điện địnhmức và mô men của động cơ sơ cấp.Đáp số: Iđm = 369,5 A; M1 = 617 Nm2. Máy phát điện một chiều có công suất định mức: Pđm = 95 KW; Uđm = 115V; nđm =2820 v/phút; ηđm = 0.792. Khi máy làm việc ở chế độ định mức. tính dòng điện địnhmức và công suất cơ của động cơ sơ cấp kéo máy phát, mô men của động cơ sơ cấp.Đáp số: Iđm = 826 A; P1 = 120 kW; M1 = 406 Nm1705.2 Quan hệ điện từ trong máy điện một chiều5.2.1. Sức điện động cảm ứng trong dây quấn phần ứngCho một dòng điện kích thích vào dây quấn kích thích thì trong khe hở sinh ra 1từ thông Φδ. Khi phần ứng quay với 1 tốc độ nhất định nào đó thì trong dây quấn sẽcảm ứng 1 sức điện động. Sức điện động đólà sức điện động của một mạch nhánh songsong và bằng tổng sức điện động cảm ứngcủa các thanh dẫn nối tiếp trong 1 mạchnhánh đó.Sức điện động cảm ứng của 1 thanh dẫn:e x = Bδxlδ .vTrong đó: Bδx Từ cảm nơi thanh dẫn x quyétqua.lδ: Chiều dài tác dụng của thanh dẫn.v: Tốc độ dài của thanh dẫn.Hình 5.11. Xác định s.đ.đ phần ứngNNếu số thanh dẫn của 1 mạch nhánh làthì2aN / 2aN / 2aEö = e1 + ... + eN / 2a =e x = ( Bδl + ... + ).l δ .v =Bδx .l δ .vx =1x =1N / 2aBδx bằng trị số trung bình Btb nhân với tổng số thanhNếu số thanh dẫn đủ lớn thìx =1dẫn trong 1 mạch nhánh:N / 2aNNNBδx =.Btb nên Eö =Btblδ .v =Etb2a2a2ax =1πDöπD n2p.τ.nv=n = 2p ö=Với v: tốc độ dài của phần ứng.602p 6060Φδ: từ thông dưới mỗi cực từ trong khe hở không khí: Φδ = Bδ. lδ.τ.∑∑∑∑Từ đó:Trong đó:Đặt:Ta cóN2p.τ.n pNBtb .lδ .=Φ δ .n2a6060ap: Số đôi cực từ kích thíchN Tổng số thanh dẫn của phần ứngn: Tốc độ quay của phần ứng (vòng/phút)a: Số đôi mạch nhánh song songpnCE =: Hệ số kết cấu của máy điện.60aEư = CEΦδ.nEö =5.2.2. Mômen và công suất điện từKhi máy điện làm việc, trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện chạy qua.Tác dụng của từ trường lên dây dẫn có dòng điện sẽ sinh ra mô men điện từ trên trụcmáy. Theo địmh luật Faraday, lực điện từ tác dụng nên thanh dẫn mang dòng điện là:f = Bδ iưlδ171Trong đó:Bδ: Từ cảm nơi thanh dẫn quyét quaiư: Dòng điện trong thanh dẫn (cũng là dòng điện trong 1 mạch nhánhsong song).Vớilδ: Chiều dài tác dụng của thanh dẫnIiö = ö2aIư: Dòng điện phần ứng; N: Tổng số thanh dẫn của phần ứngDư: Đường kính ngoài của phần ứngThì mô men điện từ của máy điện một chiều là:DIDMñt = f.N öMñt = Bδ ö Iδ N ö22a2Φ2p.τBδ = δDö =τ.lδπThay vào công thức tính mô men điện từ ta được:pNMñt =Φ s .Iö(Nm)2π aTrong đó:Φδ tính bằng weber (wb)Iư tính bằng Ampe (A)Nếu chia hai vế của biểu thức trên cho 9,81 thì Mđt tính bằng KgmĐặt:Ta có:pnhệ số kết cấu máy60aMđt = CM Φδ.IưCE =Công suất điện từ của máy điện một chiều:2π.nPđt = Mđt.ω vớiω=60Với n tính bằng vòng /phút.Thay vào biểu thức tính Pđt ta cópN2π nΦ s .Iö .2π a60Pđt = Eư IưTrong đó:Eư tính bằng volt (V)Pñt =Iư tính bằng Ampe (A)Máy điện 1 chiều có thể làm việc ở hai chế độ:– Đối với máy phát điện: Mđt ngược với chiều quay của máy nên khi máy cung cấpcho tải càng lớn thì công suất cơ cung cấp cho máy phải càng tăng vì Mđt luôn cóchiều ngược với chiều quay của phần ứng.Hình 5.12 Xác định Eư và Mđt trong máy phát điện một chiều.172Chiều của Eư, Iư phụ thuộc vào chiều của Φ δ và n, được xác định bằng qui tắc bàntay phải. Chiều của Mđt xác định bằng qui tắc bàn tay trái.- Đối với động cơ điện khi cho dòng điện vào phần ứng thì dưới tác dụng của từtrường, trong dây quấn sẽ sinh ra 1 Mđt kéo máy quay, vì vậy chiều quay của máycùng chiều Mđt.Hình 5.13 Xác định Eư và Mđt trong động cơ điện một chiều.5.2.3 Quá trình năng lượng và các phương trình cân bằng5.2.3.1. Tổn hao trong máy điện một chiều.a. Tổn hao cơ pcơ: bao gồm tổn hao ở ổ bi, ma sát giữa chổi than và vành góp, củakhông khí với cánh quạt v.v… Tổn hao này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ quay củamáy, thông thườngpcơ = (2 ÷ 4)% Pđm.b. Tổn hao sắt pFe:Do từ trễ và dòng điện xoáy trong lõi thép gây nên. Được xác định bằng công thức:fp Fe = k δ .P (1/ 50) ( )β .B2 .Gc(Watt / kg)50kδ: hệ số kinh nghiệm xét đến sự tăng thêm tổn hao thép do gia công, lắp ghéplõi thép, từ thông phân bố không đều v.v... thường chọn kδ = 3,6p (1/50): suất tổn hao của thép khi B = 1T, f = 50 Hzf: Tần số dòng điện ; B từ cảm tính toán (1T = 104 Gauss)GC: Trọng lượng của sắt tính bằng kg.β: số mũ thép hợp kim thấp β = 1,5; với thép hợp kim cao thì β = 1,2 ÷ 1,3.Hai loại tổn hao trên khi không tải đã tồn tại nên gọi là tổn hao không tảiPo = pcơ + pFeNó sinh ra mô men không tải mang tính chất hãmPM0 = 0ωc. Tổn hao đồng pcu: tổn hao đồng bao gồm 2 phần:- Tổn hao đồng trong mạch phần ứng pcuư bao gồm tổn hao đồngtrong dây quấn phần ứng I2ư.rư,cực từ phụ I2ưrf, tổn hao tiếp xúc giữa chổithan và vành góp ptx:ptx = 2.∆Utx.Iưpcu.ư = I2ưRưRư = rư + rf + rtxrư: điện trở phần ứngrf: điện trở của dây quấn cực từ phụrtx: điện trở tiếp xúc của chổi than với vành góp173- Tổn hao đồng trong mạch kích từ pcut:Pcu.t = Ut.ItUt: điện áp đặt trên mạch kích thíchIt: dòng điện kích thíchd. Tổn hao phụ pf: sinh ra trong thép cũng như ở trong đồng của máy điện.Tổn hao phụ trong thép do từ trường phân bố không đều trên bề mặt phần ứng, ảnhhưởng của răng và rãnh làm xuất hiện từ trường đập mạch dọc trục.Tổn hao phụ trong đồng: dòng điện phân bố không đều trên chổi than, khi đổi chiều, từtrường phân bố không đều trong rãnh làm cho trong dây quấn sinh ra dòng điện xoáy,tổn hao trong dây nối cân bằng v.v... Thường trong máy điện một chiều lấy:pf = 1% Pđm nếu máy không có dây quấn bù.= 0,5% Pđm nếu máy có dây quấn bù.Tổng tổn hao trong máy là:Σp = pcơ + pFe + pcuư + pcut + pfNếu gọi P1 là công suất đưa vào máyP2 là công suất đưa ra của máy thìP1 = P2 + ΣpP2 = P1 – ΣpHiệu suất của máy được tính theo %η% =P − ∑pP2P2∑p 100100 =100 = 1100 = 1−P1P2 + ∑pP1P1 5.2.3.2. Quá trình năng lượng trong máy điện DC và các phương trình cân bằnga. Máy phát điện:Ta hãy xét quá trình biến đổi năng lượng. Ví dụ như của máy phát điện mộtchiều kích thích độc lập được quay với tốc độ n = Cte. Khi kích thích độc lập thì tổnhao trong mạch kích thích không tính vào công suất P1 đưa từ động cơ sơ cấp vàomáy phát điện. Khi biến đổi năng lượng 1 phần P1 tiêu phí vào các tổn hao pcơ, pFe,pf và phần còn lại biến thành năng lượng điện từ, do đó:Pđt = Eư.Iư = P1 – (pcơ + pFe+ pf)Công suất có ích P2 = U.Iư do máy phátđiện đưa vào lưới nhỏ hơn Pđt một trị sốbằng tổn hao đồng trong máy:P2 = Pđt – pcuư= Eư.Iư – Rư = U.IưChia 2 vế trên cho Iư ta có:U = Eư – Iư.RưĐó là phương trình cân bằng sức điện độngcủa máy phát điện.Giản đồ năng lượng của máy phát điện 1chiều: Ta có thể viết công thức:P1 = Pđt + P0HayM1.ω = Mđt.ω + M0.ωChia 2 vế cho ω174Hình 5.14 Giản đồ năng lượng của máyphát điện 1 chiềuM1 = Mđt + M0Đó là phương trình cân bằng môment của máy phát điện 1 chiều vớI M1: Môment cơđưa vào trục MF điện; Mđt: môment điện từ phát ra của máy phát.b. Động cơ điện:Xét 1 động cơ điện 1 chiều kích thích song song làm việc ở n = Cte. Công suất điệnP1 = U(Iö + It ) .mà động cơ nhận từ lưói vào:Một phần công suất đó bù vào tổn hao đồng trên mạch kín từ: Pt = U.It và tổ hao trênmạch phần ứng Pcuö còn phần lớn chuyển thành PđtP1 = Pñt + pcuö + pcut ⇒ Pñt = P1 − pcuö − pcut (1)P2 = Pñt − pcô − pFe − p1Từ (1) ta có:U.Iư = U.(Iư + It ) – U. It - I2 .Rư = U.Iư - I2 .RưööĐó là phương trình cân bằng sđđ của động cơ điện 1 chiều.Giản đồ năng lượng của động cơ điện 1 chiều được trình bày hình 5.15.Phương trình cân bằng môment xuất pháttừ:P2 = Pñt − P0M2 ω = Mñt ω + M0 ωM2 = Mñt −M0Đó là phương trình cân bằng môment củađộng cơ điện 1 chiều.M2: Môment đưa ra đầu trục.M0: Môment không tải.Mđt: Môment điện từ.Hình 5.15 Giản đồ năng lượng của độngcơ điện 1 chiềuThí dụ1. Một máy phát điện một chiều lúc quay không tải ở tốc độ n0 = 1000 V/ph thì s.đ.đphát ra E0 = 222 V.Hỏi lúc không tải muốn phát ra s.đ.đ định mức E0đm = 220 V thìtốc độ n0đm phải bằng bao nhiêu khi giữ dòng điện kích từ không đổi ?GiảiGiữ dòng điện kích từ không đổi nghĩa là từ thông không đổi.Theo công thức tính s.đ.đ (4-2) ta có:E0CEΦ δ .n0n0==E0ñm CEΦ δ .n0ñm n0ñmDo đó khi E0đm = 220 V, tốc độ tương ứng sẽ là:E220n0ñm = n0 0ñm = 1000= 990 v / pE02222. Một động cơ điện một chiều kích thích song song công suất định mức Pđm = 5,5kW, Uđm = 110 V, Iđm = 58 A (tổng dòng điện đưa vào bao gồm dòng điện phần ứngIư và kích từ It), nđm = 1470 V/ph. Điện trở phần ứng Rư = 0,15 Ω, điện trở mạch kíchtừ rt = 137 Ω, điện áp rơi trên chổi than 2∆Utx = 2 V. Hỏi s.đ.đ phần ứng, mômen điệntừ của động cơ.GiảiDòng điện kích từ:175It =U 110== 0,8Art 137Dòng điện phần ứng:Iư = Iñm – It = 58 – 0,8 = 57,2 ASđđ phần ứng:Eư = U – Iư.Rư – 2.∆Utx = 110 – (57,2×0,15) – 2 = 99,4 VMôment điện từ:EIEI99,4x57,2M= ö ö = ö ö == 36,9Nm2πn2πx1470ω6060Nếu tính ra kGm thì:36,9M== 3,76kG.m9,81Câu hỏi1. S.đ.đ trong máy điện phụ thuộc vào những yếu tố gì?2. Tự phân tích giản đồ năng lượng của máy phát và động cơ điện một chiều, từ đódẫn ra các quan hệ về công suất, mô men, dòng điện và s.đ.đ.Bài tập1. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có số liệu sau: Uđm = 220 V, Rư =0.4 Ω, dòng điện định mức của động cơ Iđm = 52 A, điện trở mạch kích từ rt = 110 Ωvà tốc độ không tải lý tưởng n0 = 1100 V/ph. Tìm:- S.đ.đ phần ứng lúc tải định mức.- Tốc độ lúc tải định mức- Công suất điện từ và mô men điện từ lúc tải định mức, biết Iđm = Iưđm+ ItđmĐáp số:Eưđm = 200V; nđm = 1000 vg/phPđt = 10kW; Mđt = 95,5 Nm5.3. Phản ứng phần ứng trong máy điện một chiều.5.3.1. Khi chổi than đặt trên đường trung tính hình học.Sự phân bố của từ thông tổng do từ trường cực từ chính và từ trường phần ứng hợplại như hình 5.16, cũng có thể dùng hình khai triển của nó như hình 5.17 để phân tíchsự thay đổi của từ thông khi có phản ứng phần ứng.Đường cong 1 thể hiện sự phân bố của từ trường cực từ chính.Đường yên ngựa 2: Chỉ sự phân bố của từ trường phần ứng.Khi mạch từ không bão hòa µ = Cte thì theo nguyên lý xếp chồng đường 3 là sự phânbố của từ trường tổng. Do đó từ thông tổng Φ bằng từ thông chính Φo. Khi mạch từbão hòa dùng nguyên lý xếp chồng không chính xác nữa (vì Φ không tăng tỉ lệ vớis.t.đ) nên đường 4 là đường phân bố từ trường tổng khi kể đến sự bão hoà của mạchtừ.Kết luận:- Khi chổi than nằm trên đường trung tính hình học thì phản ứng phần ứng ngang trục(Fư = Fưq) làm méo từ trường trong khe hở. Nếu mạch từ không bão hoà thì từtrường tổng không đổi vì tác dụng trợ từ và khử từ như nhau. Nếu mạch từ bão hoà thìtừ thông dưới mỗi cực giảm đi một ít, nghĩa là phản ứng phần ứng ngang trục cũng cómột ít tác dụng khử từ.- Từ cảm ở đường trung tính hình học khác 0, do đó đường mà trên đó bề mặt phầnứng có từ cảm bằng 0 gọi là đường trung tính vật lý (đường đi qua điểm a và b trên176hình 5.17).5.3.2. Khi xê dịch chổi than lệch khỏi đường trung tính hình học.Lúc đó S.t.đ phần ứng có thể chia làm 2 thành phần:Hình 5.16. Sự phân bố từ trường tổng của máy khi chổi than đặttrên đường trung tính hình học.Hình 5.17 Các đường phân bố từ trường của máy khi chổithan ở các vị trí khác nhau.Đường 1: Từ trường cực từ chínhĐường 2: Từ trường phần ứng.Đường 3: Từ trường tổng khi mạch từ không bão hoà.Đường 4: Từ trường tổng khi mạch từ bảo hào- Thành phần ngang trục Fưq làm méo từ trường của cực từ chính và khử mộtít từ nếu mạch từ bão hòa.- Thành phần dọc trục Fưd trực tiếp ảnh hưởng đến từ trường của cực từ chínhvà có tính chất trợ từ hay khử từ tùy theo chiều xê dịch của chổi than.Nếu xê dịch chổi than theo chiều quay của máy phát (hay ngược chiều quay của độngcơ) thì phản ứng dọc trục Fưd có tính chất khử từ và ngược lại nếu quay chổi thanngược chiều quay của máy phát và thuận chiều động cơ thì Fưd có tính chất trợ từ.5.4 Các máy phát điện một chiều5.4.1. Đại cươngTrên thực tế các trạm phát điện hiện đại chỉ phát ra điện năng xoay chiều 3pha, phần lớn năng lượng đó được dùng dưới dạng điện xoay chiều trong côngnghiệp, để thắp sáng và dùng cho các nhu cầu trong đời sống. Trong những trườngnghiệp hợp do điều kiện sản xuất bắt buộc phải dùng điện 1 chiều (xí nghiệp hóa học,177công luyện kim, giao thông vận tải v.v…) thì người ta thường biến điện xoay chiềuthành một chiều nhờ các bộ chỉnh lưu hoặc chỉnh lưu kiểu máy điện, cách thứ hai làdùng máy phát điện một chiều để là nguồn điện một chiều.Phân loại các máy phát điện một chiều theo phương pháp kích thích. Chúngđược chia thành:a. Máy phát điện một chiều kích thích độc lập.b. Máy phát điện một chiều tự kích-Máy phát điện một chiều kích thích độc lập gồm:Hình 5.18 Sơ đồ nguyên lí MFĐ DC+ Máy phát DC kích thích bằng điện từ: dùng nguồn DC, ắcqui... v.v.+ Máy phát điện một chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu.- Theo cách nối dây quấn kích thích, các máy phát điện một chiều tự kích được chiathành:+ Máy phát điện một chiều kích thích song song+ Máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp+ Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp5.4.2. Các đặc tính cơ bản của các MFĐDCBản chất của máy phát điện được phân tích nhờ những đặc tính quan hệ giữa 4 đạilượng cơ bản của máy:- Điện áp đầu cực máy phát điện: U- Dòng điện kích từ: It- Dòng điện phần ứng Iư- Tốc độ quay: nTrong đó n = Const còn 3 đại lượng tạo ra mối quan hệ chính và các đặc tính chính là:a. Đặc tính phụ tải (đặc tính tải): U = f(It) khi I = Iđm = Const,n = nđm = ConstCte. Khi I = 0 đặc tính phụ tải chuyển thành đặc tính không tải Uo = Eo = f(It). Đặc tínhnày có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá máy phát và để vẽ các đặc tính kháccủa máy phát điện.b. Đặc tính ngoài: U = f(I) khi Rđc = Const (It = Const )c. Đặc tính điều chỉnh: It = f(I) khi U = Const. Trong trường hợp riêng khi U = 0,đặc tính điều chỉnh chuyển thành đặc tính ngắn mạch It = f(In). Chúng ta hãy xét cácđặc tính của máy phát điện theo phương pháp kích từ và coi đó là nhân tố chủ yếu đểxác định các bản chất của các máy phát điện.5.4.2.1 Các đặc tính của máy phát điện kích thích độc lập178a. Đặc tính không tải: Uo = f(It) khi I = 0 và n = Const.Sơ đồ lấy đặc tính đó trình bày trên hình 5.19a, đặc tính được biểu thị trên hình 5.19b.Vì trong máy thường có từ thông dư nên khi It = 0 trên cực của máy phát có điện ápU/oo = OA (h5.19b), thường U/oo = (2 ÷ 3) % Uđm. Khi biến đổi It từ It = 0 ÷ (+Itmax) =OC điện áp U sẽ tăng theo đường cong 1 đến + Uomax = Cc. Thường Uomax = (1,1 ÷1,25) Uđm. Lúc không tải phần ứng của MFĐKTĐL chỉ nối với voltmet nên:Uo = Eo = Ce.n.Φ = C’e.ΦHình 5.19 Sơ đồ lấy các đặc tính và đặc tính không tải của MFĐMCKTĐLNên quan hệ Uo = f(It) lặp lại quan hệ Φ = f(It) theo 1 thước tỉ lệ nhất định.Bây giờ chúng ta hãy biến đổi It từ + Itmax = OC ÷ It = 0 sau đó đổi nối ngượcchiều dòng điện trong mạch kích thích rồi tiếp tục biến đổi It từ It = 0 ÷ (- Itmax) = Od→ vẽ được đường cong 2.Lặp lại sự biến đổi của dòng điện theo thứ tự ngược lại từ – Itmax = Od ÷(+Itmax) = OC thì ta vẽ được đường 3.Đường cong 3 và 2 tạo thành chu trình từ trễ xác định tính chất thép của cực từvà gông từ. Vẽ đường 4 trung bình giữa các đường trên chúng ta được đặc tính khôngtải để tính toán.b. Các đặc tính phụ tải: U = f(It) khi I = Const, n = Const.Khi MF có dòng điện tải I thì điện áp trên đầu cực bị hạ thấp do:- Điện áp rơi trên phần ứng IưRư.- Phản ứng phần ứng ε.Các đường 1, 2 trên hình 5.20biểu thị các đặc tính không tải và phụtải. Nếu cộng thêm điện áp rơi IưRư vàođường cong phụ tải thì ta có đặc tínhphụ tải trong U + IưRư = Eư = f(It).Khi I = Cte, n = Cte là đường cong 3.Đặc tính phụ tải cùng với đặc tính khôngtải cho phép thành lập ∆ đặc tính củaHình 5.20 Đặc tính phụ tảI của MFĐKTĐL179máy phát điện một chiều. Tam giác này một mặt cho phép đánh giá ảnh hưởng củađiện áp rơi và phản ứng phần ứng đối với điện áp của máy phát điện một chiều mặtkhác có thể dùng để vẽ đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh của máy phát điện mộtchiều.c. Đặc tính ngoài: U = f(I) khi It = Const (Rđc= Const),n = Const.Đặc tính ngoài được lấy theo sơ đồ 5.19a lúccầu dao P được đóng mạch. Điện áp Ut trênđầu cực kích thích được giả thiết là không lớn,do đó:It =Ut= C teRtĐể lấy đặc tính ngoài chúng ta quay MFĐ đếnn = nđm và thiết lập dòng điện kích thích Itđmsao cho I = Iđm = 1 và U = Uđm = 1 (hình5.21). Sau đó giảm dần phụ tải của MFĐ đếnkhông tải. Điện áp của MFĐ tăng theo đườngcong 1 vì phụ tải giảm điện áp rơi trên phầnứng IưRư và phản ứng phần ứng giảm lúckhông tải Uo = OA, do đó:∆U% =U − UñmOA − OB100 = o100OBUñmHình 5.21 Đặc tính ngoài của MFĐDCKTĐLVì Rư = Cte nên IưRư = f(Iư ) biểu diễn bằng đường thẳng 2.Đường cong 3 là quan hệ của:U + IưRư = Eư = f(Iư )gọi là đặc tính trong của máy phát điện.d. Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi U = const, n = constVì khi c= Cte thì U trên trục máy phát hạ thấp khi I tăng thì ngược lại (hình 5.21). Nếumuốn U = Cte thì phải tăng It khi I tăng và giảm It khi I giảm. Sơ đồ thí nghiệm nhưhình 5.19a, cho máy phát làm việc và mang tải đến định mức I = Iñm , U = Uñm , It =Itñm sau đó giảm dần tả nhưng giữ cho n =Cte và điều chỉnh It để cho U = Uñm lầnlượt ghi trị số của I và It ta có dạng đặc tính điều chỉnh như hình 5.22.Đặc tính điều chỉnh cho ta biết cần điều chỉnh dòng điện kích thích thế nào để giữ chođiện áp đầu ra của máy phát không đổi khi thay đổi tải. Đường biểu diễn đặc tính điềuchỉnh trên hình (5.22) cho thấy khi tải tăng cần phải tăng dòng điện kích thích sao chobù được điện áp rơi trên Iư và ảnh hưởng của phản ứng phần ứng . Từ không tải ( U=Uđm ) tăng đến tải định mức (I = Iđm ) thường phải tăng dòng điện kích thích lên 15 ÷25% .180Hình 5.22 Đặc tính điều chỉnh của MFĐDCKTĐLe. Đặc tính ngắn mạch In = f(It ) khi U = 0,n = ConstNối ngắn mạch các chổi than qua ampe mét cho máy chạy với n = Cte, đo các trị số Itvà In tương ứng ta được đặc tính ngắn mạch.Khi ngắn mạch:U = Eư – IưRư = 0⇒ Eư = IưRư do Rư 0dtJ: Môment quán tính của khối quay;ω: Tốc độ góc của roto.Thường chọnImm1 = (1,5 ÷ 1,75)Iđm,Imm2 = (1,1 ÷ 1,3)Iđm.Hình 5.38 Sơ đồ mở máy động cơ điện mộtchiều kích thích song song bằng biến trởHình 5.39 Các quan hệ Iư, M, n theothời gian khi mở máy động cơ.5.5.2.3. Mở máy bằng điện áp thấp: Umm < UđmTrong các thiết bị công suất lớn, biến trở mở máy rất cồng kềnh và đưa lại năng lượngtổn hao lớn, nhất là khi phải mở máy luôn. Nên trong một số thiết bị người ta dùng mởmáy không biến trở bằng cách ha điện áp đặt vào động cơ lúc mở máy.Dùng tổ máy phát - động cơ (Hệ thống WARD - LEONARD nguồn điện áp có thể điềuchỉnh được của máy phát cung cấp cho phần ứng của động cơ, trong khi đó mạch kíchthích của máy phát và động cơ phải được đặt dưới 1 điện áp độc lập khác. Phươngpháp này chỉ áp dụng cho ĐCĐKTĐL. Thường được kết hợp với điều chỉnh n.Sơ đồ nối dây của hệ thống Ward - Leonard thay đổi điện áp để điều khiển mộtĐCĐKTĐL . Hệ thống MF- động cơ gồm 3 bộ phận: Máy kích từ nhỏ, động cơ sơ cấp,máy phát điện DC điều khiển.5.5.3 Đặc tính của động cơ điện một chiềuTùy theo cách kích từ động cơ điện một chiều có những tính năng khác nhaubiểu diễn bằng các đường đặc tính làm việc, đặc tính cơ khác nhau. Đặc tính quantrọng nhất là đặc tính cơ biểu thị quan hệ giữa tốc độ quay và mômen: n = f(M)5.5.3.1. Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều:a. Đặc tính cơTừ biểu thức Eư = Ce Φ δ n⇒EöU − Iö RöRöU==−Iö (4)CeΦ δCeΦ δCeΦ δCeΦ δpNCe =Với;Rư = Rb + Rct + Rf60an=Trong đó:Rư: Điện trở phần ứng;Rb: Điện trở dây quấn bù;Rct: Điện trở tiếp xúc của chổi than với vành góp;Rf: Điện trở dây quấn cực từ phụ;189Phương trình (4) được gọi là phương trình đặc tính tốc độ của động cơ: n = f(Iư).M = CM Φ δ IưVì:n=nên:RöU−MCeΦ δ CeΦ 2 δ(5)Phương trình (5) gọi là phương trình đặc tính cơ của động cơ: n = f(M).Từ (4) và (5) ta thấy khi phụ tải đặt trên trục động cơ bằng 0, trường hợp lý tưởngIư = 0 hoặc M = 0 thì n =Tại n = 0 ta có:Đặt:U= no : Tốc độ không tải lí tưởng.CeΦ δUIö ==InRöUM = CMΦ δ= CMΦ δIn = MnRöRöRö=tgα’vàCeΦ δCeΦ 2δ= tgαLà hệ số góc đặc tính tốc độ và đặc tính cơ.RöIö =CeΦ δ∆n’vàRöCeΦ 2MδĐộ sụt tốc độ của đặc tính tốc độ và đặc tính cơ tại 1 giá trị dòng điện và môment nhấtđịnh.Đặc tính cơ và đặc tính tốc độ của động cơ có độ dốc không đổi còn độ sụt tốcđộ biến đổi theo dòng điện và môment.n = n0 - ∆n∆n = n0 –nBiểu diễn trên đồ thị:Hình 5.40 Đặc tính tốc độ của độngHình 5.41 Đặc tính cơ của động cơ điệncơ điện một chiều kích từ độc lậpmột chiều kích từ độc lậpTrong truyền động điện 1 vấn đề tương đối quan trọng được đặt ra là phải có sự phốihợp tốt đặc tính cơ của động cơ điện và đặc tính cơ của phụ tải hoặc máy công tác.Thí dụ: Tốc độ của hệ thống phải không đổi hay thay đổi nhiều khi môment tải thay đổivà để thỏa mãn các yêu cầu đó cần phải dùng các loại động cơ điện khác nhau có đặctính cơ thích hợp. Sự phối hợp các đặc tính cơ của động cơ điện và của tải còn phảiđảm bảo được tính ổn định trong chế độ làm việc xác lập cũng như trong quá trình quáđộ. Để nghiên cứu điều kiện làm việc ổn định của hệ thống truyền động ta xét đặc tính190

Tài liệu liên quan

bài 1 CHIẾT RÚT VÀ TINH CHẾ ENZYM
- 13
- 387
- 0
bài 1: Chiếc thuyền ngoài xa
- 3
- 669
- 3
Bài giảng Ở lại với chiến khu
- 12
- 625
- 0
Bài giảng Tiết 71 văn9 Chiếc lược ngà
- 19
- 618
- 1
Tài liệu Cơ điện tử_ Chiến lược phát triển khu công nghệ cao Hòa Lạc docx
- 9
- 291
- 0
Tài liệu (Luyện thi cấp tốc Lý) Các bài toán cực trị trong điện xoay chiều_Trắc nghiệm và đáp án docx
- 9
- 876
- 12
BÀI 1: CHIẾN LƯỢC GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG ppt
- 55
- 520
- 1
bài giảng thương mại điện tử - chiến lược marketing
- 60
- 593
- 0
Bài giảng Next Generation Network : Chiến lược phát triển của ngành part 3 pot
- 4
- 368
- 0
Bài giảng Next Generation Network : Chiến lược phát triển của ngành part 2 pptx
- 6
- 352
- 0