Giáo trình Máy điện (Nghề: Điện tử công nghiệp - CĐ/TC): Phần 2 - Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp

Giáo trình Máy điện với mục tiêu giúp các bạn có thể hiểu được về cấu tạo cũng như nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ, không đồng bộ, máy điện một chiều, máy biến áp. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 2 giáo trình!

Chương 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Mã chương: MH 12-03 Giới thiệu: Máy điện không đồng loại máy điện quay, chiếm vị trí quan trọng loại máy điện Máy điện không đồng ứng dụng nhiều sinh hoạt cơng nghiệp nội dung chương trình đào tạo máy điện máy điện khơng đồng chiếm toàn nội dung chương trình Mục tiêu: Học xong chương sinh viên hiểu, trình bày cấu tạo, ngun lý làm việc, cơng dụng phương pháp mở máy, điều chỉnh tốc độ sơ đồ khai triển dây quấn máy điện không đồng Nội dung chính: Đ i cương máy điện không đồng bộ: 1.1 Khái niệm phân loại kết cấu: 1.1.1 hái niệm: Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay rotor n (tốc độ máy) khác với tốc độ quay từ trường n1 Máy điện không đồng có dây quấn: dây quấn Stator nối với lưới điện tần số không đổi f, dây quấn Rotor nối lại khép kín điện trở Dịng điện dây quấn rotor sinh nhờ cảm ứng điện từ có tần số f phụ thuộc vào tải trục máy Động điện không đồng có cơng suất lớn 600W thường loại pha, có dây quấn làm việc, trục dây quấn đặc lệch khơng gian góc 1200 điện Các động công suất nhỏ 600W thường động pha pha Động pha có dây quấn làm việc, trục dây quấn đặt lệch góc 900 điện Động điện pha có dây quấn làm việc 1.1.2 Phân loại: Động không đồng có loại: động pha, pha pha Phân loại: Động điện ba pha phân làm loại sau: - Động KĐB pha rotor lồng sóc - Động KĐB pha rotor dây quấn Phân loại: Động điện pha phân làm loại sau: - Động điện pha có vịng ngắn mạch 34 - Động điện pha mở máy điện trở - Động điện pha mở máy điện dung - Động điện pha kiểu điện dung: + Có điện dung làm việc + Có điện dung làm việc mở máy 1.1.3 Cấu tạo máy điện khơng đồng bộ: Hình 3-1: Cấu tạo động ĐB Cấu tạo máy điện không đồng gồm phận chủ yếu Stator rotor, cịn có vỏ máy nắp máy 1.1.3.1 Stator (phần tĩnh): Hình 3-2: Stator dây quấn động ĐB 35 a Lõi thép: Lõi thép có hình trụ gồm nhiều thép mỏng ghép lại với có phay rãnh để đặt dây quấn Lõi thép ép vào vỏ máy b Dây quấn: Dây quấn thường dây đồng, bên ngồi có phủ lớp sơn cách điện (dây điện từ), đặt rãnh Stator Hình 3-3: Sơ đồ trãi dây quấn Stator c Vỏ máy: Vỏ máy làm nhôm gang, dùng để giữ chặt lõi thép cố định máy bệ Hai đầu vỏ máy có nắp ổ đỡ trục Vỏ nắp máy cịn dùng để bảo vệ máy Hình 3-4: Cấu tạo vỏ máy động ĐB 1.1.3.2 Rotor (phần quay): a Lõi thép: 36 Lõi thép gồm thép kỹ thuật dập rãnh ỡ mặt ghép lại, tạo thành rãnh theo hướng trục, có lỗ để lắp trục b Dây quấn: Có kiểu: - Rotor lồng sóc: hay cịn gọi rotor ngắn mạch Ở động công suất nhỏ, lồng sóc chế tạo cách đúc nhơm vào rãnh lõi thép rotor, tạo thành nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch cách quạt làm mát Loại rotor lồng sóc động cơng suất lớn 100kW, rãnh lõi thép rotor đặt đồng, hai đầu nối ngắn mạch vịng đồng tạo thành lồng sóc Động gọi động khơng đồng rotor lồng sóc Hình 3-5: Cấu tạo Rotor lồng sóc - Rotor dây quấn: rãnh lõi thép rotor đặt dây quấn pha Dây quấn rotor thường nối sao, đầu nối với đầu tiếp xúc đồng cố định trục rotor cách điện với trục Nhờ chổi than tỳ sát vào vòng tiếp xúc đồng thời nối với biến trở bên để mở máy hay điều chỉnh tốc độ Động gọi động khơng đồng rotor dây quấn Hình 3-6: Cấu tạo Rotor dây quấn 1.2 Nguyên ý àm việc máy điện không đồng bộ: Khi cho dịng điện pha có tần số f vào dây quấn Stator, tạo từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ n1  60 f Từ trường quay cắt p dẫn dây quấn rotor, cảm ứng sức đện động Vì dây quấn rotor nối ngắn 37 mạch, nên sức điện động cảm ứng sinh dòng điện dẫn rotor, lực tác dụng tương hỗ từ trường quay máy với dẫn mang dòng điện rotor kéo rotor quay theo chiều quay từ trường với tốc độ n Hình 3-7: Sự hình thành từ trường quay Tốc độ n máy nhỏ tốc độ từ trường quay n tốc độ khơng có chuyển động tương đối dây quấn rotor khơng có sức điện động dịng điện cảm ứng, lực điện từ khơng Độ chênh lệch tốc độ từ trường quay tốc độ máy gọi tốc độ trượt n2 : n2 = n1 – n Hệ số trượt tốc độ là: s n2 n1  n  n1 n1 (3.1) Khi rotor đứng yên (n = 0), hệ số trượt s = Khi rotor quay định mức: s = 0,02 – 0,06 Tốc độ động cơ: n  n1 (1  s)  60 f (1  s) vòng / phút p (3.2) 1.3 Các đại lượng định mức: a Cơng suất có ích trục động Pđm b Điện áp dây Stator: U1đm c Dòng điện dây Stator: I1đm d Tần số dòng điện Stator: f e Tốc độ quay Rotor: nđm f Hệ số công suất định mức: cosđm g Hiệu suất định mức: đm 1.4 Công dụng máy điện không đồng bộ: Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động không đồng loại máy sử dụng rộng rãi ngành 38 kinh tế quốc dân Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, động lực cho máy công cụ Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nơng nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày máy điện không đồng chiếm vị trí quan trọng: quạt gió, động tủ lạnh Tóm lại phạm vi ứng dụng máy điện không đồng ngày rộng rãi Tuy máy điện khơng đồng có nhược điểm sau: cosj máy thường không cao lắm, đặc tính điều chỉnh tốc độ khơng tốt nên ứng dụng có phần bị hạn chế Quan hệ điện từ máy điện không đồng bộ: Ta coi máy điện khơng đồng máy biến áp mà dây quấn stator dây quấn sơ cấp, dây quấn rotor dây quấn thứ cấp, liên hệ sơ thứ thông qua từ trường quay (ở máy biến áp từ trường xoay chiều) Do dùng cách phân tích kiểu máy biến áp để thiết lập phương trình bản, mạch điện thay thế, đồ thị vectơ Ta xét đến tác dụng sóng khơng xét đến tác dụng sóng bậc cao ảnh hưởng chúng thứ yếu 2.1 Máy điện không đồng làm việc rotor đứng yên: Mục đích chứng minh rotor đứng yên máy điện không đồng xem máy biến áp khác phần cấu tạo Còn phần chất vật lý Để nghiên cứu cách hợp lý ta bắt đầu nghiên cứu từ trạng thái làm việc giới hạn máy: không tải, ngắn mạch để phần sau mở rộng khái niệm máy điện không đồng máy biến áp trường hợp với rotor quay 2.1.1 hông tải máy điện không đồng n = (Rotor đứng yên) Ta giả thuyết rotor máy điện khơng đồng hở mạch (vị trí h3-8) đứng yên stator đặt vào lưới điện có điện áp U1, tần số f1 Trong trường hợp máy điện không đồng xem máy biến áp lúc không tải Dưới tác dụng điện áp U1 stator có dịng điện khơng tải I0, I0  F1   , phần   m móc vịng với hai dây quấn máy, cịn phần  1 móc vịng với dây quấn stator Nếu máy có p đơi cực tốc độ n f1  m n1 = 60f1/p Từ thông  m sinh dây quấn stator rotor hai sức điện động E E2 xác định theo công thức: 39 E = 2 f k dq1  m E = 2 f k dq2  m (3.3) Từ thông tản  1 tạo nên dây quấn stator sức điện động tản E 1 E 1 = -j.I0.x1 x1 điện kháng tản dây quấn stator.Ngồi dây quấn stator cịn có điện trở tác dụng r1, kể đến có mặt hình thức điện áp rơi I0r1 Phương trình sức điện động sơ cấp máy điện không đồng dạng máy biến áp: U1 = - E1 + l0 Z1 Hình 3-8: Sơ đồ động điện khơng đồng rotor dây quấn có biến trở Hình 3-9: Từ thông stator rotor hở mạch Đồ thị không tải máy điện không đồng tương ứng nguyên tắc với đồ thị không tải máy biến áp Nhưng quan hệ lượng hai đồ thị có khác rõ rệt: Trong máy điện không đồng bộ: l0 = (20  50)  lñm l0 = (3  10)  lñm Trong máy biến áp: Điện áp rơi dây quấn máy điện không đồng không tải chiếm (2  5)% Uđm máy biến áp thường không (0,1  0,4)% Uđm Hệ số biến đổi sức điện động máy điện không đồng bộ: 40 ke  E1  E2 2.f1w1k dq1 m 2.f1w2k dq2 m  w1k dq1 w2k dq2 (3.4) Trong máy điện không đồng máy biến áp dây quấn thứ cấp đưa dây quấn sơ cấp nghĩa thay cuộn dây thứ cấp thật cuộn khác có số vịng dây, bước dây quấn số rãnh pha cực cuộn sơ cấp Sức điện động dây quấn thứ cấp qui đổi: E/2 = ke E2 = E1 Khi rotor hở mạch đứng yên máy có tổn hao đồng stator m1I2r1 tổn hao sắt stator, rotor: pfe1+ pfe2 Công suất P10 máy tiêu thụ từ lưới P10 = m1 I20 r1 + pfe1 + pfe2 Trong máy điện không đồng I0 r1 tương đối lớn nên tổn hao đồng pcu1 chiếm thành phần đáng kể P10 Đối với máy biến áp ta bỏ qua pcu1 lúc không tải 2.1.2 Ngắn mạch máy điện không đồng n = 0: Nếu dịch chuyển điểm tiếp xúc động biến trở mạch rotor từ vị trí sang vị trí (h3-8), có tình trạng ngắn mạch máy điện khơng đồng Về chất vật lý ngắn mạch tương tự ngắn mạch máy biến áp Đặt điện áp U1 = (15  25) % Uđm vào dây quấn stator Trong dây quấn stator có I1 chạy với tần số f1, rotor có I2 chạy với tần số f2, n = f2 = f1, I1, I2 sinh F1, F2 ta xét đến sóng điều hịa bậc một: m1 w1k dq1 l1  p m w2k dq2 F2  l2  p F1  F1, F2 quay với tốc độ n1 = 60f1/p tác dụng với sinh sức từ động tổng khe hở F0 F1 + F2 = F0 F1 = F0+ (-F2) Giống cách phân tích máy biến áp, coi dịng điện stato I1 gồm thành phần: m1 w1k dq1 0  p m w1k dq1 /   /  F /   2  p   F0  41 Như vậy, ta có: I1  I0  ( I2 ) so sánh sức điện động F2 dòng điện I2 rotor thành phần dòng điện stato sinh ra, ta có: m1 w1k dq1 / m w2k dq2   2  p  p Từ tìm hệ số biến đổi dịng điện: m1w1k dq1  k1   m2 w 2k dq2  2/ (3.5) Do dó dịng điện qui đổi rotor là: I/  I2 ki Dùng hệ số biến đổi sức điện động dòng điện (3.4), (3.5) xác định điện trở điện kháng qui đổi r/2 x2/ rotor Khi qui đổi r2/ xuất phát từ tổn hao đồng dây quấn rotor không phụ thuộc vào qui đổi đó: m2l2r2  m1l2r2 2     m2  m2  m1w1k dq1  /   r  r  r m1  /  m1  m2 w 2k dq2       2 w1k dq1 m1w1k dq1  r2  k ek ir2  k.r2 w2k dq2 m2 w2k dq2 Ở k = ke.ki hệ số qui đổi điện trở Khi qui đổi điện kháng đến x2 ta xuất phát từ góc y2 E2 I2 khơng phụ thuộc vào qui đổi: / x2 x2 tg   r2 r/ / r  x /  x  k.x 2 r2 Các phương trình sức điện động sơ cấp máy điện khơng đồng lúc ngắn mạch viết hồn tồn đối vớí máy biến áp: U1  E1  I1 Z1 O  E/   / Z / 2 / E  E1 I1  I /  I0  E1  I0 Zm 42 Z1=r1+jx1; Z2/ =r2/+jx2/ Với E2/ = E1 I2/ = -I1 (vì F0 nhỏ = 0) Giải phương trình đầu ta có: Ở 1  U1 U  Z1 Z1  Z / Zn = rn+jxn; rn = r1 + r2/; Đồ thị véc tơ mạch điện thay thế: xn = x1 + x2/ Trong U1 jx 1,  r1 ,   2 1 r1  jx , U1     ,r 2 0 X1 r'2 X'2 1   Hình 3-10: Đồ thị véc tơ máy điện Hình 3-11: Mạch điện thay máy không đồng rotor đứng yên điện không đồng ngắn mạch 2.2 Máy điện không đồng làm việc rotor quay: Trong trường hợp xem máy biến áp tổng hợp nghĩa biến đổi điện áp dịng điện số pha mà cịn có tần số dạng lượng Tóm lại viết phương trình sức điện động máy điện khơng đồng giải theo dịng điện, có nguyên tắc, giản đồ đẳng trị máy biến áp 2.2.1 Các phương trình bản: Máy điện khơng đồng làm việc dây quấn rotor thường nối ngắn mạch Nối dây quấn stator với nguồn pha dây quấn có I chạy, phương trình cân s.đ.đ dây quấn stator cũ:   E   I (r  jx ) U 1 1 m quay với tốc độ: n1  60f1 p a Tần số sức điện động cảm ứng dây quấn rotor: Khi quay rotor với tốc độ n từ trường quay có tốc độ n (và chiều) tốc độ quay tương đối  m với rotor có tốc độ n2 = n1 - n tần số dòng điện rotro là: f2  pn2 60 43 Trong giai đoạn nối dây quấn kích thích với điện trở R T có trị số 10 12 lần điện trở rt thân dây quấn kích từ cần thiết để dây quấn hở mạch có điện áp cao, làm hỏng cách điện dây quấn, lúc bắt đầu mở máy từ trường quay stato quét với tốc độ đồng Cũng cần ý đem nối ngắn mạch dây quấn kích thích tạo thành mạch pha có điện trở nhỏ rotor sinh momen cản lớn khiến cho tốc độ quay rotor vượt qúa tốc độ tốc độ đồng Hiện tượng giải thích sau Dịng điẹn có tần số f2= sf1 dây quấn kích thíchbị nối ngắn mạch sinh từ truờng đập mạch Từ truờng phân tích thành hai từ trường quay thuận ngược với chiều quay rotor với tốc độ tương đối so với rotor n1-n, n1 tốc độ từ trường quay stato n tốc độ rotor Từ trường quay thuận có tốc độ so với dây quấn phần tĩnh: nt h= n+ (n1 - n)= n1 nghĩa quay đồng với từ trường quay stato Tác dụng với trường quay stato tạo nên momen không đồng hổ trợ với momen không đồng dây quấn máy sinh có dạng đường hình 4-4 Từ tường quay ngược có tốc độ so với dây quấn phần tĩnh Nng = n - (n1 - n) = 2n-n1 = 2n1(1-S) - n1= n1(1 - 2S) sinh dây quấn phần tĩnh dòng điện tần số: f /  f1(1  2s) Như 0,5 < s n/2) từ trường quay ngựơc chiều với chiều quay rotor Tác dụng với dịng điện phần tỉnh tần số f / lúc sinh momen phụ trái dấu với momen không đồng từ trường quay thuận, có tác dụng momen hãm Kết dây quấn kích từ bị nối ngắn mạch,đừơng biểu diển momen động trình mở máy tổng đường có tác dụng đường hình 4-4 Rõ ràng mômen cản Mc trục động đủ lớn rotor làm việc điểm A ứng với tốc độ n  n1/2 đạt đến tốc độ gần tốc độ đồng rotor quay đến tốc độ n  n1 tiến hành trình thứ hai trình mở máy đem nối dây quấn kích từ vói điện áp chiều dây quấn kích thích Lúc ngồi mơmen không đồng tỉ lệ với hệ số trượt s mơmen gia tốc tỉ lệ với ds/dt có mơmen đồng phụ thuộc vào góc  tác dụng Do rotor chưa quay đồng nên tốc độ ln tay đổi Khi <  < 180 mômen đồng cộng tác dụng với mômen không đồng làm tăng thêm tốc độ quay rotor hồ vào tốc độ sau mơt q trình dao động Kinh nghiệm cho biết, để đảm bảo cho rotor đưa vào tốc độ đồng cách thuận lợi, hệ số trượt cuối giai đoạn thứ lúc chưa có dịng điện kích thích cần phù hợp với điều kiện sau: S  0.04 KmPñm GD2n2 ñm i tđb i tđm Trong đó: Km: lực q tải chế độ đồng với dịng điện kích từ định mức itđm Pđm: công suất định mức, kW Itđb : dịng điện kích từ đồng hóa GD2: mômen động lượng động máy công tác nối trục với nó, kGm2 Để tránh việc mở máy qua hai giai đoạn trình bày trên, phải thao tác tách dây quấn kích thích khỏi điện trở R T sau nối máy kích từ, nối thẳng dây quấn kích thích với máy kích từ suốt q trình mở máy theo sơ đồ hình 4-3:1b thường gặp gần 100 Như vậy, dây quấn phần ứng máy kích từ có dịng điện xoay chiều điều khơng gây tác hại Khi rotor đạt đến tốc độ quay n = (0,6  0,7) nđm, máy kích thích bắt đầu tăng tốc dịng điện kích từ cho động điện đồng bộ, nhờ mà lúc đền gần tốc độ đồng động kéo vào tốc độ đồng Cần ý trình mở máy theo sơ đồ hình 4-3:1b thực điều kiện khó khăn động điện đồng kích thích q sớm, tạo nên dòng điện ngắn mạch In  (1  s) E rö2  (1  s) x d Trong đó: E: s.đ.đ cảm ứng dịng điện kích từ it xd: điện kháng đồng dọc trục s = Do động phải tải thêm công suất: 2r Pn  mIn ö kết trục động điện có thêm mơmen cản Mc  p.Pn  khiến cho trình kéo động vào tốc độ đồng gặp khó khăn hơn, phương pháp mở máy động đồng theo sơ đồ hình 4-3b áp dụng tốt m6men cản trục động điện Mc = (0,4  0,5)Mđm Chỉ dây quấn mở máyđược thiết kế hoàn hảo cho phép mở máy với M c = Mđm Do cách mở máy đơn giản, hoàn toàn giống cách mở máy động điện không đồng nên ngày ứng dụng rộng rải Hình 4-4 trình bày biến đổi dịng điện phần ứng I, dịng điện kích từ it tốc độ quay n q trình mở mày lúc khơng tải động đồng (Pđm= 1500 kW; Uđm= KV; nđm= 1000 v/p) trực tiếp vời điện áp định mức theo sơ đồ hình 4-3 4.2 Các phương pháp mở máy khác: Mở máy theo phương pháp hòa đồng Các điều kiện hòa đồng động đồng hoàn toàn giống máy phát điện đồng bộ.Trừơng hợp động đồng quay máy nối trục với (ví dụ động đồng - máy phát điện chiều, máy phát điện chiều lúc mở máy làm việc động điện để quay động đồng đến tốc độ đồng bộ) Trong số trường hợp mở máy động điện đồng nguồn có tần số thay đổi Muốn động đồng phải lấy điện từ máy phát điện riêng có tần số điều chỉnh từ khơng đế tần số định mức q 101 trình mở máy.Như động quay đồng với máy phát từ lúc tốc độ thấp Cần ý trường hợp này, dòng điện kích thích động vào máy phát điện điều phải nguồn điện chiều riêng cung cấp CÂU HỎI Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động máy điện đồng bộ? So sánh ưu nhược điểm động đồng khơng đồng bộ? Trình bày phương pháp mở máy không đồng động điện đồng bộ? 102 Chương 5: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Mã chương: MH 12-05 Giới thiệu: Máy điện chiều không thông dụng máy điện xoay chiều đặc tính điều chỉnh tốt nên sản xuất công nghiệp nhiều ứng dụng động điện chiều Ngồi máy phát điện chiều cịn sử dụng làm nguồn kích cho máy phát điện đồng Mục tiêu: Học xong chương sinh viên hiểu, trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc phương pháp mở máy động điện chiều Nội dung chính: Đ i cương máy điện chiều: Trong sản xuất đại máy điện chiều ln ln chiếm vị trí quan trọng, có ưu điểm sau: Đối với động điện chiều: Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, phẳng chúng dùng nhiều công nghiệp dệt, giấy, cán thép, Máy phát điện chiều dùng làm nguồn điện chiều cho động điện chiều, làm nguồn kích từ cho máy phát điện đồng bộ, dùng công nghiệp mạ điện v.v Nhược điểm: Giá thành đắt sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp 1.1 Nguyên lý làm việc máy điện chiều: Người ta định nghĩa máy điện chiều sau: Là thiết bị điện từ quay, làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi thành điện chiều (máy phát điện) ngược lại để biến đổi điện chiều thành trục (động điện) Hình 5-1: Sơ đồ khối chế độ làm việc máy DC Hình 5-2: Sơ đồ nguyên lí máy phát điện DC 103 1.1.1 Máy phát điện: Máy gồm khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây phiến góp quay quanh trục với vận tốc không đổi từ trường hai cực nam châm Các chổi than A B đặt cố định ln ln tì sát vào phiến góp Khi cho khung quay theo định luật cảm ứng điện từ dẫn cảm ứng nên sức điện động theo định luật Faraday ta có: e = B.l.v (V) B : Từ cảm nơi dẫn quét qua (T) L : Chiều dài dẫn nằm từ trường (m) V : Tốc độ dài dẫn (m/s) Chiều sức điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải theo hình vẽ sức điện động dẫn cd nằm cực S có chiều từ d đến c, cịn ab nằm cực N có chiều từ b đến a Nếu mạch ngồi khép kín qua tải sức điện động khung dây sinh mạch ngồi dịng điện chạy từ A đến B Nếu từ cảm B phân bố hình sin e biến đổi hình sin dạng sóng sức điện động cảm ứng khung dây hình 5-3a Nhưng chổi than A luôn tiếp xúc với dẫn nằm cực N, chổi than B luôn tiếp xúc với dẫn nằm cực S nên dòng điện mạch chạy theo chiều từ A đến B Nói cách khác sức điện động xoay chiều cảm ứng dẫn dòng điện tương ứng chỉnh lưu thành sức điện động dòng điện chiều nhờ hệ thống vành góp chổi than, dạng sóng sức điện động chiều hai chổi than hình 5-3b Đó ngun lý làm việc máy phát điện chiều Hình 5-3: Các dạng sóng s.đ.đ Từ cảm hay s.đ.đ hình sin khung dây trước chỉnh lưu 104 1.1.2 Động điện: Hình 5-4: Qui tắc bàn tay phải qui tắc bàn tay trái Nếu ta cho dòng điện chiều vào chổi than A B dịng điện vào dẫn cực N dẫn nằm cực S, nên tác dụng từ trường sinh mơ men có chiều khơng đổi làm cho quay máy Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái Đó nguyên lý làm việc động điện chiều 1.2 Cấu tạo máy điện chiều: Kết cấu máy điện chiều phân làm hai thành phần phần tĩnh phần quay 1.2.1 Phần tĩnh hay stator: Đây phần đứng yên máy gồm phận sau: a Cực từ chính: Hình 5-5: Cực từ Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ.Lõi sắt cực từ 1làm thép kỹ thuật điện hay thép bon dày 0,5 đến 1mm ghép lại đinh tán Lõi mặt cực từ kéo dài (lõm vào) để tăng thêm đường từ trường.Vành cung cực từ thường 2/3  (: Bước cực, khoảng cách hai cực từ liên tiếp nhau) Trên lõi cực có cuộn dây kích từ 3, có dịng chiều chạy qua, dây quấn kích từ quấn dây đồng cuộn cách điện kỹ thành 105 khối, đặt cực từ mắc nối nối tiếp với Cuộn dây quấn vào khung dây 4, thường làm nhựa hoá học hay giấy bakêlit cách điện Các cực từ gắn chặt vào thân máy nhờ bu lông b Cực từ phụ: Được đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều, triệt tia lửa chổi than Lõi thép cực từ phụ làm thép khối, thân cực từ phụ có đặt dây quấn, có cấu tạo giống dây quấn cực từ Để mạch từ cực từ phụ khơng bị bão hịa khe hở với rotor lớn khe hở cực từ với rotor Hình 5-6: Cực từ phụ 1) Lõi; 2) Cuộn dây c Vỏ máy (Gông từ): Làm nhiệm vụ kết cấu đồng thời dùng làm mạch từ nối liền cực từ Trong máy điện nhỏ vừa thường dùng thép để uốn hàn lại Máy có cơng suất lớn dùng thép đúc có từ (0,2 - 2)% chất than d Các phận khác: Hình 5-7: Cơ cấu chổi than 1) Hộp chổi than 2) Chổi than 3) Lò so ép 4) Dây cáp dẫn điện 106 - Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi - Cơ cấu chổi than: Để đưa điện từ phần quay ngược lại 1.2.2 Phần quay hay rotor: a Lõi sắt phần ứng: Để dẫn từ thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện cách điện hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xóay gây nên Trên thép có dập rãnh để đặt dây quấn Rãnh hình thang, hình lê hình chữ nhật Trong máy lớn lõi thép thường chia thành thếp cách khoảng hở để làm nguội máy, khe hở gọi rãnh thơng gió ngang trục Ngồi người ta cịn dập rãnh thơng gió dọc trục Hình 5-8: Lõi thép phần ứng b Dây quấn phần ứng: Là phần sinh sức điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện trịn, máy điện vừa lớn dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh cho quay bị văng sức ly tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt phải đai chặt phần đầu nối dây quấn Nêm dùng tre gỗ ba kê lít Hình 5-9: Mặt cắt rãnh phần ứng Hình 5-10: Mặt cắt cổ góp điện 107 c Cổ góp: Dây quấn phần ứng nối cổ góp Cổ góp thường làm nhiều phiến đồng mỏng cách điện với mi ca có chiều dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ trịn (hình 5-10) Hai đầu trụ trịn dùng hai vành ép hình chữ V ép chặt lại, vành ép cổ góp có cách điện mica hình V Đi cổ góp cao để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng d Chổi than: Máy có cực có nhiêu chổi than Các chổi than dương nối chung với để có cực dương Tương tự chổi than âm e Các phận khác: - Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy - Trục máy, có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép bon tốt 1.3 Các trị số định mức: Chế độ làm việc định mức máy điện chế độ làm việc điều kiện mà nhà chế tạo qui định Chế độ đặc trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi đại lượng định mức - Công suất định mức: Pđm (W hay kW) công suất đầu máy điện - Điện áp định mức: Uđm (V hay KV): Là điện áp hai đầu tải chế độ định mức (máy phát) Là điện áp đặt vào động chế độ định mức (động cơ) - Dòng điện định mức Iđm (A): Là dòng điện cung cấp cho tải chế độ định mức (máy phát) Là dòng điện cung cấp cho động chế độ định mức (động cơ) - Tốc độ định mức: nđm (vòng / phút) - Hiệu suất định mức: đm Ngồi cịn ghi kiểu máy, cấp cách điện, phương pháp kích từ, dịng điện kích từ, chế độ làm việc v.v 108 Hình 5-11: Nhãn máy động điện chiều Mở máy động điện chiều: Quá trình mở máy trình đưa tốc độ động điện từ n = đến tốc độ n = nđm · Yêu cầu mở máy: - Dòng điện mở máy (Imm) phải hạn chế đến mức thấp - Moment mở máy (Mmm) phải đủ lớn - Thời gian mở máy phải nhỏ - Biện pháp thiết bị mở máy phải đơn giản vận hành chắn · Từ yêu cầu có phương pháp mở máy sau đây: - Mở máy trực tiếp (U = Uđm) - Mở máy biến trở - Mở máy điện áp thấp đặt vào phần ứng (U < Uđm) Trong tất trường hợp mở máy phải bảo đảm từ thông  = đm nghĩa biến trở mạch kích từ Rđc phải trị số nhỏ để sau đóng điện, động kích thích tối đa lớn Phải đảm bảo không để đứt mạch kích thích trường hợp  = 0, M = động không quay sức phản điện động Eư =  Iư = U/Rư lớn làm cháy dây quấn vành góp Muốn đổi chiều quay động dùng hai phương pháp đổi chiều dòng điện phần ứng Iư đổi chiều dòng điện kích thích It Thơng thường thực tế đổi chiều Iư dây quấn kích từ có nhiều vòng dây nên hệ số tự cảm Lt lớn thay đổi It dẫn đến thay đổi s.đ.đ tự cảm lớn gây điện áp đánh thủng cách điện dây quấn 2.1 Mở máy trực tiếp: 109 Phương pháp thực cách đóng thẳng động vào nguồn điện với điện áp định mức Như lúc khởi động rotor chưa quay n=0 nên Eư = U  Eö m Iư Imn đm  Rư Rư Trong thực tế Rư* = 0,02  0,1 = Iđm.Rưđm / Uđm nên với điện áp định mức U* = dịng Iư lớn: Iư = Iđm = (50  10)Iđm hay Imm / Iđm = Imm* = 50 10 Dòng điện mở máy lớn làm hư hỏng cổ góp, xung lực trục làm hư hỏng trục máy Nên phương pháp áp dụng động công suất nhỏ khoảng vài trăm watt trở xuống cỡ cơng suất máy có R lớn Do mở máy Iư = Imm  (4  6)Iđm 2.2 Mở máy nhờ biến trở: Để tránh nguy hiểm cho động người ta phải giảm dòng điện mở máy Imm cách nối biến trở mở máy Rmm với phần ứng Dòng điện phần ứng động tính theo biểu thức: Iư  m  Rư   Rmmi Trong đó: i thứ bậc bậc điện trở Trước mở máy phải để Rmmmax, Rđc Gạt tay gạt T vị trí ta có dịng điện mở máy I mm1 bằng: Imn1  m  Rư   Rmm Vì mở máy n = nên Eư = Ce..n Do dây quấn kích thích nối trực tiếp với nguồn nên từ thông  = đm Nếu mômen động sinh lớn mơ men cản trục MĐ > Mc n  Eư  Iư  M  Khi Iư = Imm2 = (1,1 1,3)Iđm ta gạt tay gạt T đến vị trí bậc điện trở bị loại trừ nên Iư  đến Imm1: Iư  M  n  Eư  Iư  M  Iư  đến Imm2 ta gạt T đến vị trí đến vị trí 4, Quá trình lặp lại nĐ = nđm Rmm bị loại trừ khỏi mạch phần ứng Nếu Rmm hết mà nĐ chưa nđm điều chỉnh Rđc Muốn dừng máy ta kéo tay gạt T vị trí ban đầu số 0, tốc độ máy chậm lại chậm lại, cắt nguồn điện đưa vào động Giới hạn dòng điện mở máy I mm1 chọn cho thỏa mãn điều kiện đổi chiều dòng điện (tia lửa) chổi than Giới hạn dòng điện Imm2 chọn cho thỏa mãn điều kiện: Mđl  MĐ  Mc  J d 0 dt 110 J: Môment quán tính khối quay; : Tốc độ góc roto Thường chọn Imm1 = (1,5  1,75)Iđm, Imm2 = (1,1  1,3)Iđm Hình 5-12: Sơ đồ mở máy động điện chiều kích thích song song biến trở Hình 5-13: Các quan hệ Iư, M, n theo thời gian mở máy động 2.3 Mở máy điện áp thấp: Umm < Uđm Trong thiết bị công suất lớn, biến trở mở máy cồng kềnh đưa lại lượng tổn hao lớn, phải mở máy Nên số thiết bị người ta dùng mở máy không biến trở cách điện áp đặt vào động lúc mở máy Dùng tổ máy phát - động (Hệ thống WARD - LEONARD nguồn điện áp điều chỉnh máy phát cung cấp cho phần ứng động cơ, mạch kích thích máy phát động phải 111 đặt điện áp độc lập khác Phương pháp áp dụng cho ĐCĐKTĐL Thường kết hợp với điều chỉnh n Sơ đồ nối dây hệ thống Ward - Leonard thay đổi điện áp để điều khiển ĐCĐKTĐL Hệ thống MF- động gồm phận: Máy kích từ nhỏ, động sơ cấp, máy phát điện DC điều khiển CÂU HỎI Hãy định nghĩa máy điện chiều? Trình bày nguyên lý làm việc máy phát điện động điện chiều? Nêu cấu tạo máy điện chiều? Nêu đại lượng định mức máy điện chiều ý nghĩa chúng? 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO  [1]- Nguyễn Đức Sĩ, Công nghệ chế tạo Máy điện Máy biến áp, NXB Giáo dục 1995 [2]- Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Máy điện 1, NXB Khoa học Kỹ thuật 2001 113 ... kn2 = 1, cịn:  180 sin 2m2 2. 3  0,955 k r2    180 q2 sin sin 2q2m2 2. 5.3 sin Trong đó: q2  Z2 5 2pm k dq2  kn2kr2  0,955 Vì m1  m2 nên ki  k e  w1k dq1 108 0,963   2, 71 w2k dq2... m1  m2 w 2k dq2       2? ?? w1k dq1 m1w1k dq1  r2  k ek ir2  k.r2 w2k dq2 m2 w2k dq2 Ở k = ke.ki hệ số qui đổi điện trở Khi qui đổi điện kháng đến x2 ta xuất phát từ góc y2 E2 I2 không.. .- Động điện pha mở máy điện trở - Động điện pha mở máy điện dung - Động điện pha kiểu điện dung: + Có điện dung làm việc + Có điện dung làm việc mở máy 1.1.3 Cấu tạo máy điện khơng đồng