Giáo trình Máy điện (Nghề: Công nghệ kỹ thuật Điện-Điện tử - CĐ/TC) - Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp

Giáo trình Máy điện cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái niệm chung về máy điện; Máy biến áp; Máy điện không đồng bộ; Máy điện đồng bộ; Máy điện một chiều. Mời các bạn cùng tham khảo!

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MÁY ĐIỆN NGÀNH, NGHỀ: CN T ĐI N ĐI N T TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định Số: /QĐ-CĐNĐT ngày… tháng…năm 2018 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2018 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Giáo trình: MÁY ĐI N LỜI GIỚI THI U Quyển sách giáo trình “MÁY ĐIỆN” sách thuộc môn học chuyên môn ngành thuộc khối kỹ thuật nói chung đặc biệt ngành Công nhân kỹ thuật Điện – Điện tử nối riêng Giáo trình “MÁY ĐIỆN” quan trọng giáo viên học sinh sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử môn học sở để học tập môn học chuyên ngành Trang bị điện, Truyền động điện vận dụng vào mơ đun chun ngành Lập trình PLC cách hiệu Quyển tài liệu biên soạn theo cấu trúc chương, phần từ đơn giản đến phức tạp giúp học sinh sinh viên có kiến thức kỹ môn học làm tản cho nhiều môn học chuyên môn khác Quyển tài liệu trích lọc từ nhiều nguồn tài liệu tham khảo kết hợp chắt lọc nội dung phù hợp từ thực tế giảng dạy nhằm đơn giản nội dung cho phù hợp với lực thực tiễn học sinh sinh viên Cuối lời xin chân thành cám ơn tác giả nhiều tài liệu Máy điện, cám ơn cộng tác quý bạn bè, đồng nghiệp Xin chân thành cám ơn đến ban tổ chức biên soạn giáo trình đóng góp q báu doanh nghiệp chuyên gia để tài liệu hoàn thiện xuất Đồng Tháp, ngày tháng năm 2018 Tham gia biên soạn Chủ biên: LÊ VĂN HỊA Cùng biên soạn: NGƠ TẤN NGÀ Trang Giáo trình: MÁY ĐI N MỤC LỤC  Trang Lời giới thiệu Lời nói đầu Chương 1: hái niệm chung máy điện Định nghĩa phân lọai Tính thuận nghịch máy điện 10 Các định luật máy điện 11 Các đơn vị 13 Sơ lược vật liệu chế tạo máy điện 14 Phát nóng làm mát 16 Chương 2: Máy biến áp 20 Đại cương 20 Nguyên lý làm việc máy biến áp 20 Các đại lượng định mức 22 Các lọai máy biến áp 23 Cấu tạo máy biến áp 25 Tổ nối dây máy biến áp 27 Chương 3: Máy điện không đồng 33 Đại cương máy điện không đồng 33 Quan hệ điện từ máy điện không đồng 37 Các đặc tính máy điện khơng đồng 51 Mở máy điều chỉnh tốc độ 60 Máy điện không đồng pha 70 Sơ đồ trãi động không đồng ba pha 74 Sơ đồ trãi động không đồng pha 86 Chương 4: Máy điện đồng Trang Giáo trình: MÁY ĐI N Định nghĩa cơng dụng 90 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 90 Động điện đồng 91 Mở máy động đồng 92 Chương 5: Máy điện chiều 93 Đại cương máy điện chiều 98 Mở máy động điện chiều 98 Tài liệu tham khảo 103 107 Trang Giáo trình: MÁY ĐI N Chương 1: Mã chương: MH 12-01 hái niệm chung máy điện Giới thiệu: Máy điện thiết bị vô quan trọng đời sống sinh hoạt công nghiệp Sự hiểu biết sửa chữa máy điện mảng công việc lớn cơng nhân kỹ sư ngành Điện việc đào tạo kiến thức máy điện cho học sinh sinh viên ngành Điện – Điện tử trách nhiệm lớn Mục tiêu: Học xong chương sinh viên phân loại máy điện, hiểu được luật cảm ứng điện từ, hiểu phát nóng làm mát máy điện Nội dung chính: Đ nh ngh v ph n oại máy điện: 1.1 Định nghĩa: Máy điện thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ Về cấu tạo, máy điện gồm mạch từ (lõi thép) mạch điện (các dây quấn), dùng để biến đổi lượng thành điện (máy phát điện) biến đổi ngược lại biến đổi điện thành (động điện), để biến đổi thông số điện biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha,… Máy điện máy thường gặp nhiều nghành kinh tế công nghiệp, giao thông vận tải… dụng cụ sinh hoạt gia đình 1.2 Phân loại: Máy điện có nhiều loại, ta phân loại dựa nguyên lý biến đổi điện sau: a Máy điện tĩnh: Máy điện tĩnh thường gặp máy biến áp Nó dùng để biến đổi thơng số điện Ví dụ máy biến áp biến đổi điện có thơng số U 1, I1, f thành điện có thơng số U2, I2, f b Máy điện có phần động (quay chyển động thẳng) Loại máy điện thường để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại điện thành (động điện) Nó làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ Do từ trường dòng điện cuộn dây có chuyển động tương gây Trang Giáo trình: MÁY ĐI N Sơ đồ phân loại máy điện thông dụng thường gặp: Tính thuận nghịch máy điện: 2.1 Chế độ máy phát: Cho động sơ cấp tác dụng vào dẫn lực học Fcơ dẫn chuyển động với tốc độ v từ từ trường nam châm N – S , dẫn xuất sức điện động e Nếu nối vào cực dẫn điện trở R tải dịng điện I chạy trng dẫn cung cấp điện cho tải Nếu bỏ qua điện trở dẫn điện áp đặt vào tải u= e Công suất điện máy phát cho tải Pđ =ui =ei Dòng điện I nằm từ trường chịu tác dụng lực điện từ F đt = Bil Khi máy quay với tốc độ không đổi lực điện từ cân với lực động sơ cấp: Fđt = Fcơ Nhân vế với v ta được: vFđt = vFcơ = Bilv =ei Như công suất động sơ cấp Pcơ = Fcơ v biến đổi thành công suất điện Pđ =ei nghĩa biến thành điện Trang Giáo trình: MÁY ĐI N 2.2 Chế độ động điện: Cung cấp cho máy phát điện điện áp U nguồn điện gây dòng điện I dẫn Dưới tác dụng từ trường có lực điện từ Fđt=Bil tác dụng lên dẫn làm dẫn chuyển động với tốc độ v có chiều hình vẽ Cơng suất điện đưa vào động cơ: P = ui = ei = Blvi = Fđt v Như công suất điện P = ui đưa vào động biến thành công suất Pcơ = Fđt v trục động Điện biến đổi thành Các đ nh uật máy điện: 3.1 Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday): a Trường hợp từ thông  biến thiên xuyên qua dịng dây(định luật Lenxơ): Hình 1.4 Sức điện động vịng dây có từ thơng biến thiên Giả sử ta có vịng dây, từ thơng qua diện tích vòng dây  Qui ước chiều dương cho vòng dây sau: Vặn vặn nút chai theo chiều tiến từ thơng chiều xoay vặn nút chai chiều dương vòng Khi từ thơng  biến thiên xun qua dịng dây dẫn, vòng dây cảm ứng sức điện động Nếu chiều suất điện động cảm ứng phù hợp với chiều chọn, có giá trị dương ngược lại có giá trị âm Cho nam châm lại gần dịch xa vòng dây để làm thay đổi từ thơng qua vịng làm xuất sức điện động cảm ứng vịng dây Nếu từ thơng biến thiên nhanh s.đ.đ lớn Như s.đ.đ cảm ứng tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông Nếu thời gian dt, từ thông qua vịng biến thiên lượng d trị số sức điện động cảm ứng vòng dây đựơc viết theo công thức Maxwell sau: e = - d/dt Nếu cuộn dây có w vịng, sđđ cảm ứng cuộn dây là: e=  w.d d  dt dt Trang Giáo trình: MÁY ĐI N Trong đó:  =w. từ thơng móc vịng cuộn dây Đơn vị Webe (Wb) b Trường hợp dẫn chuyển động từ trường: Một dẫn có chiều dài l, chuyển động với vận tốc v vng góc với đường sức từ trường (thường gặp máy phát điện), dẫn cảm ứng sđđ e từ trường đứng yên có từ cảm B e = B.v.l (v B hợp với góc 90) (1.4) Trong đó: B: cảm ứng từ tính T (tesla) l: chiều dài dẫn nằm từ trường, đo mét (m) v: vận tốc dẫn đo m/s Chiều s.đ.đ cảm ứng xác định theo qui tắc bàn tay phải: Cho đường sức từ đâm vào lòng bàn tay phải, chiều ngón tay chãi chiều chuyển động dẫn chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều sức điện động Định luật lực điện từ (định luật Laplace): Khi dẫn với chiều dài l mang dịng điện i đặt thẳng góc với từ cảm B (đường sức từ trường, trường hợp thường gặp động điện) Nó chịu lực điện từ F: Chiều độ lớn lực f xác định tích vectơ: Có trị số: F = i.l.B (i B)=90 (1-5) Hình 1.6 Qui tắc bàn tay trái Trong đó: B: từ cảm có đơn vị (T) l: chiều dài tác dụng dẫn đơn vị (m) i: dòng điện đo ampe (A) F: lực điện từ đo Niuton (N) Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái: Để cho đường sức từ đâm vào lòng bàn tay trái, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều dịng điện chiếu ngón tay chãi chiều lực điện từ 3.2 Định luật ôm từ: Trang Giáo trình: MÁY ĐI N Định luật ôm từ: Định luật ôm từ suy từ định lý ampere: Nếu H cường độ từ trường tập hợp dòng điện I 1, I2, I3,…In tạo C đường kín bao quanh chúng  H.dl   i K C Xét mạch từ có w vịng dây cho dịng điện I chạy qua ta cường độ từ trường H mạch từ, tiếp xúc với đường sức từ trung bình (C) có chiều dài l lúc trở thành: H.l = w.i = F Viết tổng quát ta có: n  H dl   H i li  w.i  F i 1 Trong F sức từ động để tạo từ thơng  Tính tóan mạch từ: a Bài tóan thuận biết  tìm F: Cho mạch từ gồm m phần tử nối tiếp phần tử i có chiều dài li , tiết diện Si Tính sức từ động F để tạo từ thơng  chạy mạch từ Giải: Trong mạch từ nối tiếp, từ thông xuyên qua tiết diện Cách tính sau: Bước 1: Tính từ cảm B Bi   Si Suy từ trường Hi sau:  Nếu phần từ khe hở khơng khí μ0  4 107 H/m H  B n F   HiLi 0 i1  Nếu đọan mạch từ vật liệu sắt từ dựa vào đường cong từ hóa B= f(H) biết B suy H Bước : Tính sức từ động tổng tạo từ thông  Bước 3: Mặt khác F = i.w, tùy theo tóan cho số vịng dây dịng điện kích từ ta tính dịng điện số vịng dây cần có Các đơn v : Sử dụng loại đơn vị: Hệ tuyệt đối đơn vị có thứ nguyên Hiện sử dụng loại đơn vị tuyệt đối CGS  SI: Quan hệ đơn vị hệ MKSA, SI CGS  Trang Giáo trình: MÁY ĐI N điện mơmen động điện đồng tỉ lệ với U mô men động không đồng tỉ lệ với U2 Vì điện áp lưới sụt thấp cố, khả giữ tải động điện đồng lớn hơn; trường hợp tăng kích thích, động điện đồng làm việc an tồn cải thiện điều kiện làm việc lưới điện Cũng phải nói thêm rằng, hiệu suất động điện đồng thường cao hiệu suất động khơng đồng động đồng có khe hở tương đối lớn khiến cho tổn hao sắt phụ nhỏ Nhược điềm động đồng so với động không đồng chỗ cấu tạo phức tạp, địi hỏi phải có máy kích từ nguồn cung cấp dòng điện chiều khiến cho giá thành cao Hơn việc mở máy động đồng phức tạp việc điều chỉnh tốc độ thực cách thay đổi tần số nguồn điện Việc so sánh động đồng với động không đồng có phối hợp với tụ điện cải thiện cos giá thành tổn hao lượng dẫn đến kết luận P đm > 200  300 kW, nên dùng động đồng nơi không cần thường xuyên mở máy điều chỉnh tốc độ Khi Pđm > 300 kW dùng động đồng với cosđm = 0,9 Pđm > 1000 kW dùng động đồng với cosđm = 0,8 có lợi dùng động khơng đồng Các quan hệ điện từ phương trình điện áp, đồ thị véc tơ, công suất mô men điện từ động điện đồng xét chương trước Ở đề cập đến vấn đề mở máy động điện đồng bộ, đặc tính chế độ làm việc 3.2 Mở máy động điện đồng bộ: 3.2.1 Mở máy theo phương pháp không đồng bộ: Các động đồng phần lớn mở máy theo phương pháp không đồng Thông thường động điện đồng cực lồi có đặt dây quấn mở máy Dây quấn mở máy có cấu tạo kiểu lồng sóc đặt rãnh mặt cực, hai đầu nối với hai vành ngắn mạch tính toán để mở máy trực tiếp với điện áp lưới điện Trong số động cơ, mặt cực thép nguyên khối nối với hai đầu hai vòng ngắn mạch hai đầu rơto thay cho dây quấn ngắn mạch dùng việc mở máy Ở lưới điện lớn cho phép mở máy trực tiếp với điện áp lưới động đồng công suất vài trăm có đến hàng nghìn kW Đối với động đồng cực ẩn, việc mở máy theo phương pháp khơng đồng có khó khăn hơn, dịng điện cảm ứng lớp mỏng mặt ngồi Trang 89 Giáo trình: MÁY ĐI N rotor nguyên khối gây nóng cục đáng kể Trong trường hợp đó, để mở máy dễ dàng cần hạ điện áp máy biến áp tự ngẫu cuộn kháng Quá trình mở máy động đồng phương pháp khơng đồng chia thành hai giai đoạn Lúc đầu việc mở máy thực với it= 0, dây quấn kích thích nối tắt qua điện trở RT hình 4.17 Sau đóng cầu dao nối dây quấn stato với nguồn điện, tác dụng động đồng lúc mở máy với dây quấn momen không đồng roto quay tăng tốc độ đến gần tốc độ đồng n1 từ trường quay 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 Trang 90 Giáo trình: MÁY ĐI N 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 4.18 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 4.18 Rõ ràng mơmen 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 Trang 91 Giáo trình: MÁY ĐI N rotor quay đến tốc độ n  n1 tiến hành q trình thứ hai trình mở máy đem nối dây quấn kích từ vói điện áp chiều dây quấn kích thích Lúc ngồi mơmen khơng đồng tỉ lệ với hệ số trượt s mômen gia tốc tỉ lệ với ds/dt có mơmen đồng phụ thuộc vào góc  tác dụng Do rotor chưa quay đồng nên tốc độ tay đổi Khi <  < 180 mơmen đồng cộng tác dụng với mômen không đồng làm tăng thêm tốc độ quay rotor hoà 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 K mPñm i tñb GD 2n2 i tñm ñm Trong đó: Km: lực tải chế độ đồng với dịng điện kích từ định mức i tđm Pđm: công suất định mức, kW Itđb : dịng điện kích từ đồng hóa GD2: mơmen 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 RT sau nối máy kích từ, nối thẳng dây quấn kích thích với máy kích từ suốt trình mở máy theo sơ đồ hình 4.17-1b thường gặp gần 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 4.17-1b thực điều kiện khó khăn động điện đồng kích thích sớm, tạo nên dòng điện ngắn mạch In  (1  s) E rö2  (1  s) x d (28-2) 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  mI n ö Trang 92 Giáo trình: MÁY ĐI N kết trục động điện có thêm mơmen cản Mc  p.Pn  khiến cho q trình kéo động vào tốc độ đồng gặp khó khăn hơn, phương pháp mở máy động đồng theo sơ đồ hình 4.17b 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 4.19 trình bày biến đổi dòng điện phần ứng I, dòng điện kích từ i t 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 4.17 3.2.2 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 trình mở máy.Như động quay đồng với máy phát từ lúc tốc độ thấp Cần ý trường hợp này, dịng 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 không đồng bộ? Trình bày phương pháp mở máy khơng đồng động điện đồng bộ? Trang 93 Giáo trình: MÁY ĐI N Chương 5: Máy điện 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 cơng nghiệp cịn nhiều ứng dụng động điện chiều Ngoài 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: Đại 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 ngun lí máy phát điện DC Trang 94 Giáo trình: MÁY ĐI N 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 khơng đổi từ trường hai cực nam châm Các chổi than A B đặt cố định 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, ab nằm cực N có chiều từ b đến a Nếu mạch ngồi khép kín qua tải sức điện động khung dây sinh mạch dòng 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 ln tiếp xúc với dẫn nằm cực N, chổi than B luôn tiếp xúc với dẫn nằm cực S nên dịng điện mạch ngồi 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 nguyên 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 Hình 5.4 Qui tắc bàn tay phải qui tắc bàn tay trái Trang 95 Giáo trình: MÁY ĐI N 1.1.2 Động điện: 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: Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng 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 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 lơng Hình 5.5 Cực từ 4) Khung dây 1) Lõi cực 5) Vỏ máy 2) Mặt cực 6) Bu lơng bắt chặt 3) Dây quấn kích từ cực từ vào vỏ máy 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 không bị bão hịa khe hở với rotor lớn khe hở cực từ với rotor Trang 96 Giáo trình: MÁY ĐI N 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 - 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 dịng điện xóay gây nên Trên thép có dập rãnh để đặt dây quấn Rãnh hình thang, hình lê hình chữ nhật Trang 97 Giáo trình: MÁY ĐI N 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 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 (hình 5.11) d Chổi than: Trang 98 Giáo trình: MÁY ĐI N 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 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: Trang 99 Giáo trình: MÁY ĐI N - Dịng 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 khơng để đứt mạch kích thích trường hợp  = 0, M = động khơng 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 dịng điện kích thích It Thơng thường thực tế đổi chiều Iư dây quấn kích từ có nhiều vịng 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: 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 E = U  m Iư Imn đm  Rö Rö 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 Rư 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 I mm cách nối biến trở mở máy Rmm với phần ứng Dòng điện phần ứng động tính theo biểu thức: Trang 100 Giáo trình: MÁY ĐI N 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 Imm1 bằng: Imn  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 mô 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 n Đ = 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 Imm1 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: Mñl  MÑ  Mc  J d 0 dt J: Mơment qn tính khối quay; : Tốc độ góc roto Thường chọn Imm1 = (1,5  1,75)Iđm, Imm2 = (1,1  1,3)Iđm Hình 5.38 Sơ đồ mở máy động điện chiều kích thích song song biến trở Hình 5.39 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 Trang 101 Giáo trình: MÁY ĐI N 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 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? Trang 102 Giáo trình: MÁY ĐI N TÀI LI U THAM HẢO  [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 Trang 103 ... Chương 3: Máy điện không đồng 33 Đại cương máy điện không đồng 33 Quan hệ điện từ máy điện không đồng 37 Các đặc tính máy điện khơng đồng 51 Mở máy điều chỉnh tốc độ 60 Máy điện không đồng pha... ? ?- 10; ∆/ ? ?- 4; Y / Y - Trang 28 Giáo trình: MÁY ĐI N Chương 3: Máy điện không đồng Mã chương: MH 1 2-0 3 Giới thiệu: Máy điện không đồng loại máy điện quay, chiếm vị trí quan trọng loại máy điện. .. 29 Giáo trình: MÁY ĐI N - 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 không đồng bộ: Cấu tạo máy