Bài giảng kỹ thuật điện tử chương 7 ĐHBK

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG CHƯƠNG 07 215 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 7.1.CÂ ́U TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIÊ ̀U: 7.1.1 CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH : HÌNH H 7.1: Phần cảm(stator) máy điện chiều Máy điện chiều danh từ dùng gọi chung cho máy phát hay động chiều Máy phát động có cấu tạo giống hệt nhau; nói cách khác máy phát động chiều có tính thuận nghịch Có thể hiểu cách đơn giản: dùng động sơ cấp quay động chiều, động thực tính máy phát điện; cung cấp điện vào dây quấn phần ứng phần cảm máy phát chiều, máy phát thực tính động điện Máy điện chiều gồm có thành phần : PHẦN CẢM: stator máy điện, có nhiệm vụ tạo từ trường kích thích chiều Phần cảm hình thành từ thép ghép, cực từ dạng cực từ lồi với dây quấn dạng tập trung Hình dạng phần cảm trình bày hình H7.1và hình H7.2 trình bày kết cấu mạch từ với đường sức từ trường phần cảm phân bố lỏi thép stator PHẦN ỨNG: phần quay (rotor) máy điện chiều Tùy thuộc vào chế độ làm việc máy điện máy phát hay động cơ, phần ứng thực nhiệm vụ khác Phần ứng hình thành lắp ghép thép kỹ thuật điện tạo thành khối trụ, thép có dập rãnh để bố trí dây quấn Hình dạng phần ứng trình bày hình H7.3 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 216 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG ổồỡng sổùc tổỡ trổồỡng hỗnh thaỡnh dỏy quỏỳn phỏửn cm Dáy qún pháưn cm Cỉûc tỉì stator Rotor (pháưn æïng) Khi máy điện chiều họat động theo chế độ máy phát, động sơ cấp quay phần ứng từ trường phần cảm: dẫn phần ứng di chuyển cắt đường sức từ trường phần cảm tạo nên sức điện động cảm ứng dây quấn phần ứng Khi máy điện chiều họat động theo chế độ động cơ, cấp dòng chiều qua dây quấn phần ứng, dẫn mang dòng điện đặt từ trường phần cảm chịu tác động lực điện từ, sinh ngẩu lực làm quay phần ứng HÌNH H 7.2: Stator máy điện chiều có 2p = cực HÌNH H 7.3: Phần ứng (rotor) máy điện chiều CỔ GÓP VÀ HỆ THỐNG CHỔI THAN : Tương tự phần quay máy phát điện đồng bộ, để nhận dòng chiều phần ứng (trường hợp máy phát) , hay cung cấp dòng chiều vào dây quấn phần ứng (trường hợp động cơ) lúc rotor quay, ta cần đến hệ thống chổi than cổ góp Cổ góp ghép từ phiến góp làm đồng xếp tròn liên tiếp thành khối hình trụ, phiến góp phân cách lớp mica cách điện , xem hình H7.4 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 217 låïp cạc h âiãûn Phiãún gọp bũn g õọửn g Hỗnh daỷng cọứ goùp õổồỹc cừt õóứ thỏỳy cỏỳu taỷo bón Hỗnh daỷng cọứ goùp Hỗnh daỷn g phióỳn goùp HèNH H 7.4: Cu tạo cổ góp HÌNH H 7.5: Cấu tạo máy điện chiều 7.1.2 ĐẶC TÍNH ROTOR MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU : SỰ HÌNH THÀNH MẠCH NHÁNH SONG SONG TRÊN DÂY QUẤN PHẦN ỨNG : Xét rotor có rãnh cổ góp chứa phiến góp Khi quấn dây phần ứng ta bắt đầu quấn bối dây từ rãnh sang rãnh 4 b d c a HÌNH H7.6 q Đầu dây a bối dây nối đến phiến góp q Đầy dây b bối dây thứ nhứt nối đến phiến góp q Khi bắt đầu quấn bối dây thứ nhì, đầu c bối dây nối chung với đầu b bối dây thứ nhứt phiến góp q Đầu d bối thứ nhì nối đến phiến góp Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 218 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG Mạch nhánh song song Mạch nhánh song song HÌNH H7.7: Hình vẽ mơ tả hai nhánh song song phần ứng ĐIỆN MÔT ̣ CHIÊ U ̀ : Chúng ta thực phương pháp bố trí dây quấn tương tự vừa trình bày hết rãnh Trên rotor có bối dây, đầu bối cuối chung với đầu dây a bối phiến góp Sơ đồ bố trí bối dây rotor đầu phiến góp trình bày hình H7.7 Khi đặt hai chổi than để cấp dòng điện vào phần ứng ( máy điện họat động theo chế độ động cơ) hay đưa dòng điện cấp đến tải (khi máy điện máy phát điện); tìm thấy dây quấn phần ứng có hai nhánh song song Một cách tổng quát, dây quấn phần ứng máy điện chiều ln ln có hai nhánh song song, hay bội số hai nhánh song song Gọi 2a số nhánh song song bố trí phần ứng 7.2 NGUYÊN LY ́ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT 7.2.1 QUÁ TRÌNH ĐIỆN TỪ : B I kt e B e v a v b v a +e e B b HÌNH H7.8: Sơ đồ cấu tạo nguyên lý Để đơn giản trình khảo sát, giả sử rotor máy điện chiều chứa khung dây gồm hai dẫn cổ góp có hai phiến góp Đây mơ hình đơn giản máy điện chiều Quá trình điện từ diễn theo trình tự sau: Đầu tiên cấp dòng chiều Ikt vào dây quấn phần cảm (dây quấn kích thích) để tạo từ trường phần cảm Từ trừơng đặc trưng vector cảm ứng từ B Dùng động sơ cấp quay phần ứng với tốc độ quay n [vòng/phút] Một dẫn phần ứng có vận tốc dài v (do động sơ cấp làm quay phần ứng) Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 219 Do tác động động sơ cấp, dẫn phần ứng di chuyển với vận tốc v cắt đường sức từ trường B phần cảm ; dẫn hình thành sức điện động cảm ứng e Quá trình điện từ vận hành chế độ máy phát tóm tắt hình H7.9 Fkt Nkt Ikt kt e B.l.v HÌNH H7.9: Sơ đồ khối tóm tắt q trình điện từ máy phát điện DC 7.2.2 BIỂU THỨC CỦA SỨC ĐIỆN ĐỘNG TRÊN PHẦN ỨNG MÁY PHÁT ĐIỆN DC : Gọi: N tổng số dẫn chứa phần ứng, số mạch nhánh song song phần ứng 2a Như vậy, tổng số dẫn mạch nhánh song song là: N Sức điện động 2a tòan dây quấn phần ứng xác định theo quan hệ sau E N e 2a (7.1) Trong e sức điện động tạo bời dẫn có bề dài từ trường B tạo bời phần cảm, ta có: e di chuyển với vận tốc dài v B .v (7.2) Gọi D đường kính phần ứng , l bề dài phần ứng Từ (7.2), ta có: e B .v D B .(2 n) (7.3) Với 2p : số cực động , quan hệ (7.3) viết lại sau: e Gọi D .p.(2n) 2p B (7.4) : bước cực từ phần ứng, ta ghi : e B.( l).2pn (7.5) Gọi F từ thông kích thích qua cực từ, quan hệ (7.5) viết lại sau : e kt 2pn (7.6) Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 220 Tóm lại, sức điện động cảm ứng tạo dẫn phần ứng xác định theo quan hệ (7.6); quan hệ quan hệ (7.1) suy sức điện động trung bình E tạo tồn dây quấn phần ứng E N e 2a KE p.N a Đặt: N 2p 2a kt n ( p.N ) a kt n (7.7) (7.8) KE : số cấu tạo phần ứng Tóm lại: E KE kt n (7.9) 7.2.3 PHÂN LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN DC: Tùy thuộc vào phương pháp cấp nguồn cho dây quấn kích thích (phần cảm) máy phát, phân lọai máy phát chiều theo dạng sau: MÁY PHÁT KÍCH TỪ ĐỘC LẬP: phần cảm cung cấp nguồn DC độc lập với nguồn điện DC phát từ phần ứng MÁY PHÁT KÍCH TỪ SONG SONG: phần cảm đấu song song với phần ứng Trong trường hợp muốn máy phát sinh điện áp, máy phát cần thỏa mản điều kiện tự kích MÁY PHÁT KÍCH TỪ NỐI TIẾP: phần cảm đấu nối tiếp với phần ứng Trong trường hợp máy phát điện mang tải, trường hợp không mang tải máy khơng thể phát điện MÁY PHÁT KÍCH TỪ HỔN HỢP: với lọai máy phát stator có hai dây quấn kích thích ; dây đấu song song với phần ứng dây kích thích cịn lại đấu nối tiếp với phần ứng Trong trường hợp kích từ hổn hợp, tùy theo sơ đồ đấu dây, ta có máy phát kích tứ hổn hợp mắc rẽ dài hay rẽ ngắn Ngòai tùy theo tính chất thuận từ hay nghịch từ thành phần dây quấn kích thích ta có máy phát kích từ hổn hợp cộng hay hổn hợp trừ 7.3 MÁY PHA ́T ĐIÊN ̣ MỘT CHIÊ ̀U KI ́CH TỪ ĐỘC LÂ ̣P : 7.3.1 MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP : + - Vkt Rf Ikt Rkt Vkt : điện áp kích thích cung cấp cho phần cảm Rf : điện trở dây quấn kích thích Rkt : biến trở kích từ , nối tiếp với dây quấn phần cảm để điều chỉnh thay đổi dịng điện kích thích Rư : điện trở nội dây quấn phần ứng E : Sức điện động sinh hai đầu phần ứng Ru Iu + + E - Mạch tương đương máy phát điện DC kích từ độc lập trình bày hình H7.10 - Vt Rt Các phương trình cân áp mạch phần cảm phần ứng máy phát kích từ độc lập : HÌNH H7.10 Vkt Rf E Vt E KE Rkt Ikt (7.10) Rö Iö (7.11) n (7.12) kt Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 221 7.3.2 CÁC ĐẶC TUYẾN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN DC : Đôi với máy phát điện chiều, quan tâm đến đặc tuyến: ĐẶC TUYẾN KHÔNG TẢI E = f(Ikt) : đồ thị hay đường biểu diển mô tả quan hệ sức điện động E sinh hai đầu phần ứng với dòng điện kích thích Ikt qua dây quấn phần cảm ĐẶC TUYẾN TẢI (HAY ĐẶC TUYẾN NGOÀI) (U = f (ITẢI)): đồ thị mô tả quan hệ điện áp Ut hai đầu tải theo dòng điện It cung cấp tải Các đặc tuyến trình bày hình H7.11 HÌNH H7.11: Các đặc tuyến máy phát điện chiều 7.3.2.1 ĐẶC TUYẾN KHÔNG TẢI CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN DC: Khi khảo sát đường đặc tuyến không tải máy phát điện chiều, cần ý đến tính chất sau đây: TÍNH CHẤT 1: Đường đặc tính khơng tải có dạng đường cong từ hóa B=f(H) vật liệu sắt từ cấu tạo nên mạch từ máy phát Gọi F kt sức từ động tạo nên dịng điện kích thích qua dây quấn phần cảm, ta có quan hệ sau: Fkt Nkt.Ikt H tb (7.13) Trong đó: H : cường độ từ trường vật liệu sắt từ tạo nên mạch từ máy phát : bề dài đường sức trung bình qua mạch từ tb Trong (7.13), tính gần bỏ qua ảnh hưởng khe hở không khí rotor stator (giữa phần cảm phần ứng máy phát) Ta có: Ikt tb Nkt H (7.14) Từ quan hệ (7.14), ta có dịng điện kích thích tỉ lệ với cường độ từ trường H Ngồi cịn có quan hệ sau: E KE kt n KE A.B n (7.15) Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 222 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG Trong đó: B : từ cảm cực đại (hay mật độ từ thông) mạch từ A : Tiết diện cực từ Tóm lại, sức điện động E sinh tỉ lệ thuận mật độ từ thơng B Như vậy, đặc tuyến khơng tải có dạng đường cong từ hóa B= f(H), E tỉ lệ với từ cảm B dòng Ikt tỉ lệ với cường độ từ trường H TÍNH CHẤT 2: Do tính chất từ trường dư Fdư tồn mạch từ, động sơ cấp quay kéo phần ứng với tốc độ n, chưa cấp nguồn điện vào dây quấn phần cảm; hai đầu phần ứng xuất sức điện động có giá trị thấp Chúng ta gọi sức điện động sức điện động sinh từ trường dư , ký hiệu Edư TÍNH CHẤT 3: Do đường đặc tính khơng tải có dạng đường cong từ hóa B= f(H) vật liệu sắt từ cấu tạo nên mạch từ máy phát; chia đặc tuyến thành ba vùng (hay khu vực) v KHU VỰC TUYẾN TÍNH (HAY KHU VỰC CHƯA BẢO HỒ): vùng giá trị sức điện động E tỉ lệ thuận với dịng điện kích thích Ikt qua dây quấn phần cảm v KHU VỰC CHUYỂN TIẾP (HAY KHU VỰC ĐẦU KHUỶU BẢO HÒA): khu vực giá trị sức điện động E bắt đầu tăng chậm tương ứng với tăng nhanh giá trị dịng kích thích Ikt Quan hệ E theo Ikt bắt đầu không tỉ lệ theo quan hệ bậc tuyến tính v KHU VỰC BẢO HỊA (HAY KHU VỰC PHI TUYẾN): khu vực tốc độ thay đổi giá trị E chậm tương ứng với tốc độ thay đổi lớn giá trị dịng kích thích Ikt (xem hình H7.11:) Dựa vào tính chất nêu trên, giải tốn máy phát điều kiện tuyến tính (mạch từ chưa bảo hịa) áp dụng phương pháp tính tỉ lệ hay phương pháp lập tỉ số (qui tắc tam suất ) Ngược lại trường hợp máy phát hoạt động khu vực chuyển tiếp hay khu vực bảo hịa, tính tốn phải dựa hồn tồn vào đường đặc tuyến khơng tải máy phát; phương pháp giải toán thường sử dụng phương pháp đồ thị THÍ DỤ 7.1: Cho máy phát điện DC kích từ độc lập, có sức điện động E = 151V vận tốc động sơ cấp kéo máy phát n = 1450 vòng/phút dịng kích thích 2,8A Nếu mạch từ chưa bảo hòa, xác định sức điện động E: a./ Khi dòng kích thích 2,4A vận tốc động sơ cấp 1450 vịng/phút b./ Khi dịng kích thích 2A vận tốc động sơ cấp 1600 vòng/phút GIẢI: Với điều kiện mạch từ chưa bảo hịa, ta xác định thơng số phần ứng trạng thái sau: TRẠNG THÁI E [V] N [ vòng/phút] Ikt [A] 151 E2 E3 1450 1450 1600 2,8 2,4 Áp dụng phương pháp lập tỉ số, suy kết sau: Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 223 a./ Sức điện động E : Iktr = 2,4A n = 1450 vòng/phút E2 kt2 E1 n2 kt1 Ikt2 n1 Ikt1 n2 n1 Suy ra: E2 E2 Ikt2 Ikt1 n2 n1 E1 2,4 1450 151 2,8 1450 129,43V Tóm lại, trạng thái 2, trì tốc độ quay khơng đổi giảm dịng kích thích, sức điện động hai đầu phần ứng giảm đến giá trị E = 129,43V n./ Sức điện động E : Iktr = A n = 1600 vịng/phút Tính tương tự trên, ta có: E3 E3 Ikt3 Ikt1 n3 n1 E1 1600 151 2,8 1450 119V Tóm lại, trạng thái thay đổi tốc độ quay động sơ cấp thay đổi dịng kích thích, sức điện động hai đầu phần ứng thay đổi có giá trị E = 119V THÍ DỤ 7.2: Cho máy phát điện chiều kích từ độc lập, đặc tuyến không tải cho đồ thị sau (xem hình 5.10) Các thơng số định mức máy phát điện sau: v Công suất định mức: Pđm = 400 kW v Điện áp định mức: Vđm=200V v Điện trở dây quấn phần ứng : Rư = 0,003 v Điện trở dây quấn kích thích: Rkt = 10,4 v Bảng số liệu xác định từ thí nghiệm không tải ứng với tốc độ động sơ cấp 900 vòng/phút ghi nhận sau: Ikt [A] E [V] Ikt [A] E [V] Ikt [A] E [V] 155 18 220 24 10 165 19 225 40 11 175 20 230 62 12 183 21 235 82 13 189 22 240 98 14 195 117 15 200 130 16 207 145 17 213 Xác định: a./ Dòng điện kích thích sức điện động phần ứng E = 200V ; tốc độ quay động sơ cấp n = 900 vòng/phút b./ Vẽ lại đặc tuyến không tải tốc độ quay động sơ cấp 750 vịng/phút c./ Dịng điện kích thích để tạo sức điện động E = 200V tốc độ quay động sơ cấp 750 vịng/phút d./ Tính lại câu b c tốc độ quay động sơ cấp 1000 vòng/phút Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 224 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG GIẢI: a./ Với số liệu đặc tuyến không tải cho đầu đề, ta vẽ hiệu chỉnh với sai số 0,5% suy đặc tuyến khơng tải tốc độ 900 vịng /phút theo hình H7.12, rút ranhận xét sau: Ø Dịng điện kích thích cần cung cấp cho phần cảm có giá trị khỏang i = 15A (hơi nhỏ 15A) để tạo sức điện động phần ứng E = 200V Ø Đặc tuyến không tải hai điểm (i = 14A ; E = 195V) ( i = 16A ; E = 207V) xem tuyến tính (có dạng đường thẳng) Viết phương trình đường thẳng biết trước tọa độ hai điểm nằm đường thẳng, ta suy quan hệ sau: ikt E 14 195 16 207 14 195 12 Thay giá trị E = 200V vào quan hệ vừa thành lập, ta tính giá trị dịng điện kích thích tương ứng qua dây quấn kích thích : ikt ikt (200 14,83A 14 195) 14 HÌNH H7.12: Đặc tuyến khơng tải máy phát điện DC, tốc độ động sơ cấp n = 900 vịng/phút Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 241 7.7 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU : 7.7.1.QUÁ TRÌNH ĐIỆN TỪ: Q trình điện từ dùng giải thích ngun tắc hoạt động động chiều trình bày sau: Đầu tiên, cấp nguồn áp chiều vào dây quấn phần cảm để tạo từ trường kích thích Fkt Đồng thời cấp nguồn áp chiều vào hai đầu phần ứng để tạo dòng điện Iư qua dẫn phần ứng Các dẫn phần ứng mang dòng điện Iư đặt từ trường kích thích chịu tác động lực điện từ F (xem hình H7.32a) tạo thành momen làm quay phần ứng Khi phần ứng quay, dẫn phần ứng di chuyển cắt đường sức từ trường phần cảm nên dẫn hình thành sức phản điện e (hình H7.32b) Biểu thức xác định sức phản điện trung bình xuất hai đầu phần ứng xác định tương tự theo quan hệ (7.6) (7.9) trình bày mục 7.2 + + F Ikt Ikt Iæ B B F + + v Iæ Vkt B F n Iæ v e V - + v V - Iæ Iæ - + e Vkt B HÇNH H7.32a - + HÇNH H7.32b HÌNH H7.32 : Nguyên tắc hoạt động động chiều Chúng ta cần ý hướng dòng Iư qua dẫn phần ứng so với hướng sức điện động cảm ứng e sinh dẫn Vì hướng dịng Iư sức điện động ngược nhau, điều chúng tỏ sức điện động e nhận lượng từ nguồn ngồi, trường hợp e gọi sức phản điện) 7.7.2.PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU: Tương tự, trường hợp máy phát điện chiều, tùy thuộc vào sơ đồ nối dây phần ứng với phần cảm; phân loại động sau: Động chiều kích từ độc lập Động chiều kích từ song song Động chiều kích từ nối tiếp Động chiều kích từ hổn hợp Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 242 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 7.8 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP : 7.8.1 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG DỊNG, ÁP: B; ( + kt) Ikt Ukt Rf Ikt + Iæ Ræ M Iæ n + Iæ - + - Vkt + + - E - V E = KE kt.n - U HÌNH H7.33: Mạch tương đương động DC kích từ độc lập Vkt Rf Ikt E KE V E Tương tự máy phát điện kích từ độc lập, phần cảm phần ứng động chiều kích từ độc lập cung cấp nguồn áp chiều riêng biệt Mạch điện tương đương động chiều kích từ độc lập trình bày hình H7.33 Từ suy phương trình cân dịng áp sau, đó: Rf : điện trở dây quấn kích thích (phần cảm) Rư : điện trở dây quấn phần ứng n : tốc độ quay rotor (tốc độ quay động cơ) kt : từ thơng kích thích tạo dây quấn phần cảm dịng điện kích thích Ikt (7.37) n (7.38) Rư Iư (7.39) kt 7.8.2 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG – HIỆU SUẤT: Từ phương trình cân áp mạch phần ứng, quan hệ (7.39); nhân hai vế cho giá trị dòng điện Iư , ta có: V.Iư Đặt: E.Iư Pđiệntừ Rư I2ư (7.40) E.Iư (7.41) Pđiện từ : cơng suất điện từ tiêu thụ phần ứng V.Iư : công suất điện cung cấp từ nguồn cho phần ứng Rư.Iư2 : công suất nhiệt tiêu thụ điện trở Rư phần ứng Tóm lại phần ứng có phương trình cân lượng sau: Pđiện ứng Pj ứng Pđiện ứng V.Iư Rư Iư2 Pđiệntừ (7.42) Pj ứng Vì động thuộc dạng kích từ độc lập, điện cung cấp cho động lấy từ hai nguồn khác nhau, tổng điện cấp cho động gồm điện cấp cho phần ứng phần cảm Điện cấp vào phần cảm tổn hao điện trở dây quấn phần cảm R f Ta có: Pđiện cảm Pj cảm Vkt.Ikt Rf I2f (7.43) Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG P âiãûn ỉïng 243 P âiãûn tỉì P Cå P âiãûn P âiãûn cm P ma sạt cå + P täøn hao thẹp P j ỉïng P j cm (Pmq+thép) HÌNH H7.34 : Giản đồ phân bố lượng Căn vào quan hệ (7.41), (7.42) (7.43) xây dựng giản đồ phân bố lượng Từ giản đồ cho thấy công suất điện từ phần ứng cơng suất đưa trục chưa trừ tổn hao ma sát (tổn hao ma sát ổ bi, quạt gió giải nhiệt ) tổn hao thép động Khi trừ thành phần tổn hao vào cơng suất điện từ, phần cịn lại cơng suất hữu ích đưa trục động THÍ DỤ 7.4: Cho động chiều kích từ độc lập có thơng số định mức sau: Điện áp định mức (cấp vào phần ứng) : Vđm = 120 V Dòng điện định mức (qua phần ứng) : Iđm = 40 A Điện trở dây quấn phần ứng: Rư = 0,25 Điện áp cấp vào phần cảm : Vkt = 100 V Điện trở dây quấn kích thích : Rf = 100 Công suất định mức động : Pđm = kW a./ Hiệu suất động mang tải định mức b./ Tổn hao ma sát tổn hao thép lúc tải định mức GIẢI: a./Hiệu suất động tải định mức: Công suất định mức cơng suất trục động tải định mức Công suất điện cung cấp cho động bao gồm tổng công suất điện cung cấp cho phần cảm phần ứng, ta có: Pđiện Pđiệnứng Pđiệncảm Vđm Iđm Vkt Ikt 120 40 100 100 100 4900 W Hiệu suất động điểm định mức là: Pcơ Pđm Pđiện 4000 4900 Pđiện 0,8163 Tóm lại: % = 81,63% b./Tổn hao thép tổn hao ma sát tải định mức: Muốn xác định tổng tổn hao ma sát tổn hao thép cần dựa vào giản đồ lượng Đầu tiên xác định sức phản điện phần ứng tải định mức: E Vđm Rư Iđm 120 0,25 40 110 V Công suất điện từ điểm định mức xác định theo quan hệ (7.41): Pđiện từ E.Iư E.Iñm 110 40 4400 W Tổn hao ma sát cơ, quạt giá tổn hao thép xác định theo quan hệ sau: Pmq thép Pđiệntừ Pcơ Pđiệntừ Pđm 4400 4000 400 W Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 244 7.8.2 ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ : Đặc tính tốc độ động đồ thị mô tả quan hệ tốc độ quay n động với dòng điện Iư qua mạch phần ứng Đặc tính tốc độ xây dựng cách khử E quan hệ (7.38) (7.39); ta có: V n Rư Iư KE (7.44) kt Ta ghi lại theo dạng sau: Rư n n KE kt V KE Iö (7.45) kt Đồ thị đặc tính tốc độ có dạng đường thẳng y Ax B , A vaø B Đặc tuyến qua hai điểm đặc biệt Âiãøm khäng ti l tỉåìng d c Âiãøm âënh mỉïc v Giao điểm đồ thị với trục hịanh (trục dịng điện Iư): no nâm Âiãøm khåíi âäüng a Iâm Iỉ Inm HÌNH H7.35: Đặc tính tốc độ động DC kích từ độc lập Iư khởi động V ; vị trí Rư Khi n= , ta có Iư b Inm V Rư động khơng quay (n = 0) có dịng điện qua mạch phần ứng Điểm làm việc tương ứng với điểm khởi động động cơ, dịng điện tính gọi dòng điện mở máy trực tiếp động qua phần ứng hay dòng điện ngắn mạch phần ứng thời điểm khởi động (mở máy) Ta có quan hệ sau: (7.46) v Giao điểm đồ thị với trục tung (trục tốc độ n): Khi Iư = 0, ta có tốc độ : n không tải no V KE (7.47) kt Muốn hiểu ý nghĩa vật lý giao điểm đồ thị với trục tung, quan sát đặc tính tốc độ động hình H7.35 Tại thời điểm bắt đầu khởi động động (điểm a); dòng mở máy (hay khởi động trực tiếp) qua phần ứng có giá trị In ; động tăng dần tốc độ từ giá trị Khi rotor quay: tốc độ động tăng dần, dòng qua phần ứng giảm dần (quan sát đọan ab hình H7.35) Tại chế độ khơng tải, động không mang tải trục, tốc độ động tiếp tục tăng dòng điện qua phần ứng giảm thấp giá trị định mức , điểm làm việc đọan cd Tóm lại , chế độ không tải điểm làm việc động đặc tính tốc độ nằm gần vị trí d Tuy nhiên, chế độ không tải điện làm việc động khơng thể vị trí d, dòng điện qua mạch phần ứng Iư = (khơng có dịng điện qua dẫn phần ứng) khơng hình thành lực điện từ để tạo momen quay rotor Thực động tiến vùng cận điểm d qúa trình họat động khơng tải; lý điểm d gọi điểm không tải lý tưởng; tốc độ động d no gọi tốc độ không tải lý tưởng Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 245 7.8.3 ĐẶC TÍNH MOMEN THEO DỊNG PHẦN ỨNG : Gọi Pđt công suất điện từ tạo phần ứng, ta có: Pđt E.Iư (7.48) Với n tốc độ động mang tải ứng với công suất điện từ vừa xác định theo quan hệ (7.48), ta có momen điện từ xác định sau: Mđt 9,55 Trong đó, Mđt Pđt E.Iư 9,55 n N.m ; Pđt (7.49) n vòng , viết lại quan hệ phuùt W ; n (7.49) sau: Mđt 9,55 KE kt n n.Iư 9,55.KE I kt ö (7.50) Khi bỏ qua ảnh hưởng ma sát cơ, quan hệ momen điện từ theo dòng qua phần ứng có dạng đường thẳng qua gốc tọa độ y Ax A 7.8.4 ĐẶC TÍNH CƠ : Từ quan hệ (7.45) (7.50) suy quan hệ momen điện từ theo tốc độ động cơ, đặc tính gọi đặc tính động Ta có quan hệ sau: Rư n Đặt: KM KE kt KE kt Mñt 9,54.K E kt V K E (7.51) kt (7.52) Suy ra: Rư Mđt n 9,54.K V KM M (7.53) Từ quan hệ (7.53) cho thấy đặc tính động chiều kích từ độc lập hay có dạng đường thẳng y Ax B A 0;B 7.9 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG : Rf Rkt Ikt Ru Iu In + HÌNH H7.36 Tương tự động kích từ độc lập, phần cảm phần ứng động chiều kích từ song song cấp nguồn áp chiều Mạch điện tương đương động chiều kích từ song song trình bày hình H7.36 Trong đó: + E V - n - Rf : điện trở dây quấn kích thích (phần cảm) Rkt : điện trở nối tiếp phần cảm Rư : điện trở dây quấn phần ứng n : tốc độ quay rotor (tốc độ quay động cơ) kt : từ thơng kích thích tạo dây quấn phần cảm dịng điện kích thích Ikt Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 249 Dịng điện qua dây quấn kích thích: Ikt Dịng điện mở máy qua dây nguồn: Imm Vđm 240 240 Rf Imm ung 1A Ikt 600 601A CÂU c: Tốc độ không tải lý tưởng Theo giả thiết đầu đề : với mạch từ không bảo hịa khơng điều chỉnh thay đổi dịng kích thích (khơng thay đổi từ thơng kích thích) tốc độ quay sức phản điện phần ưng tỉ lệ thuận với Ngoài theo quan hệ (7.38) (7.47) ta suy ra: no nđm E Vđm lúc đầy taûi E Sức phản điện lúc đầy tải: Vdm Tốc độ khơng tải lý tưởng: n0 E Vđm Ru Iu 240 229,6 nđm lúc đầy tải 0, 26 240 1500 1568 229, V vòng phút CÂU d: Sức phản điện tốc độ quay lúc tải với Pđt = 2500 W Với Pdt 2500 W , ta suy quan hệ sau: Từ phương trình cân áp phần ứng ta có: E.Iu 2500 W Vđm E Rö Iö hay 240 E 0,4.Iö Thu gọn hệ phương trình hai ẩn số theo E Iư ta có phương trình bậc sau đây: E2 240.E 1000 Giải phương trình bậc ta có nghiệm sau: E1 235,758 V E1 4,24 V Chọn nghiệm có giá trị lớn, suy tốc độ động phương pháp lập tì số, ta có: n E E1 nđm lúc đầy tải 235,758 229,6 1500 1540 vòng phuùt CÂU e: Tốc độ quay lúc tải với dòng từ nguồn nửa định mức Dòng qua phần ứng lúc mang tải: Iư In Ikt Iđm Ikt 26 12 A Sức phản điện mang tải với dòng qua phần ứng Iư = 12 A E Vđm Rư Iư 240 0,4 12 239,52 V Tốc độ động mang tải với dòng qua phần ứng Iư = 12 A n E E lúc đầy tải nđm 239,52 229,6 1500 1564,8 vòng phút Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 247 Hiệu suất động xác định theo quan hệ: Công suất (đã trừ Pmq+Thép ) P2 P1 (7.64) Công suất điện cấp vào động cô Phần trăm hiệu suất: P2 % P1 100 (7.65) 7.9.3 CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC : Các đặc tính làm việc động DC kích từ song song gồm: đặc tính tốc độ, đặc tính momen điện từ theo dịng phần ứng đặc tính có quan hệ hồn tồn giống đặc tính động kích từ độc lập Tham khảo lại mục 7.82 ; 7.8.3 ; 7.8.4 THÍ DỤ 7.5: Cho động chiều kích từ song song có thơng số định mức sau: Công suất định mức: Pđm = 12 kW Áp định mức: Vđm = 240 V Dòng vào định mức: Iđm = 61 A Tốc độ định mức: ndm = 1000 vòng/phút Điện trở dây quấn kích thích: Rf = 240 Ω Khi khơng đấu nối tiếp điện trở với mạch phần cảm vận hành động mang tải định mức, tổn hao dây quấn phần ứng 54,54% tổn hao tổng Lúc động mang tải định mức, xác định: a./ b./ c./ d./ Điện trở dây quấn phần ứng Sức phản điện phần ứng Tổn hao ma sát thép Momen điện từ momen trục động GIẢI CÂU a: Điện trở dây quấn phần ứng Công suất điện cấp vào động lúc tải định mức (hay đầy tải): P1 Vdm Idm 14640 W 240 61 Tâổnhao Tổng tổn hao: Vdm Ikt Dịng điện kích thích: Rf P1 Pđm 240 240 1A 14640 12000 2640 W Dòng điện qua phần ứng lúc tải định mức: Iư Iđm Ikt 61 60 A Tổn hao dây quấn phần ứng lúc đầy tải: Pju 0, 5454 Tâoånhao 0, 5454 2640 1439, 85 1440 W Điện trở dây quấn phần ứng: Rö Pjö 1440 I2ö 602 0, Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 248 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG CÂU b: Sức phản điện E Sức phản điện phần ứng lúc tải định mức: E Udm Ru Iu 240 0, 60 216 V CÂU c: Tổn hao ma sát quạt gió tổn hao thép Cơng suất điện từ lúc tải định mức Pñt Pmq Tổn hao ma sát thép: E Iư Pđt thép 12960 W 216 60 Pñm 12960 12000 960 W CÂU d: Momen điện từ momen Momen điện từ lúc tải định mức Mdt 9, 55 Pdt ndm 9,55 12960 1000 123, 768 Nm Momen trục lúc tải định mức Mco 9, 55 Pdm ndm 9, 55 12000 1000 114, Nm THÍ DỤ 7.6: Cho động chiều kích từ song song có thơng số định mức sau: Công suất định mức: Pđm = 5,5 kW Áp định mức: Vđm = 240 V Dòng vào định mức: Iđm = 26 A Tốc độ định mức: ndm = 1500 vòng/phút Điện trở dây quấn phấn ứng: Rư = 0,4 Ω Điện trở dây quấn phấn cảm: Rf = 240 Ω a./ Tính phần trăm hiệu suất động lúc đầy tải (tải định mức) b./ Dòng điện mở máy qua phần ứng qua dây nguồn c./ Giả sử mạch từ khơng bảo hịa, tìm tốc độ không tải lý tưởng động d./ Khi không điều chỉnh thay đổi kích thích giảm thấp tải trục động cơ, biết công suất điện từ 2500 W , tính sức phản điện phần ứng suy tốc độ quay động lúc e./ Bây giả sử động mang tải với dịng từ nguồn cấp vào động có giá trị nửa giá trị định mức; tìm tốc độ quay momen điện từ động GIẢI CÂU a: Phầm trăm hiệu suất động lúc đầy tải Công suất điện cấp vào động lúc tải định mức (hay đầy tải): P1 Vdm Idm 240 26 Phần trăm hiệu suất động cơ: 6240 W % Pñm P1 100 Vñm 240 0,4 5500 6240 100 88,14 % CÂU b: Dòng mở máy qua phần ứng Áp dụng quan hệ (7.46), ta có: Imm ứng Rư 600 A Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 249 Dòng điện qua dây quấn kích thích: Ikt Dịng điện mở máy qua dây nguồn: Imm Vñm 240 240 Rf Imm ung 1A Ikt 600 601A CÂU c: Tốc độ không tải lý tưởng Theo giả thiết đầu đề : với mạch từ khơng bảo hịa khơng điều chỉnh thay đổi dịng kích thích (khơng thay đổi từ thơng kích thích) tốc độ quay sức phản điện phần ưng tỉ lệ thuận với Ngoài theo quan hệ (7.38) (7.47) ta suy ra: no nñm E Vđm lúc đầy tải E Sức phản điện lúc đầy tải: Vdm Tốc độ không tải lý tưởng: n0 E Vđm Ru Iu 240 229,6 nđm lúc đầy tải 0, 26 240 1500 1568 229, V vòng phút CÂU d: Sức phản điện tốc độ quay lúc tải với Pđt = 2500 W Với Pdt 2500 W , ta suy quan hệ sau: Từ phương trình cân áp phần ứng ta có: E.Iu 2500 W Vđm E Rư Iư hay 240 E 0,4.Iư Thu gọn hệ phương trình hai ẩn số theo E Iư ta có phương trình bậc sau đây: E2 240.E 1000 Giải phương trình bậc ta có nghiệm sau: E1 235,758 V E1 4,24 V Chọn nghiệm có giá trị lớn, suy tốc độ động phương pháp lập tì số, ta có: n E E1 nđm lúc đầy tải 235,758 229,6 1500 1540 vòng phút CÂU e: Tốc độ quay lúc tải với dòng từ nguồn nửa định mức Dịng qua phần ứng lúc mang tải: Iư In Ikt Iñm Ikt 26 12 A Sức phản điện mang tải với dòng qua phần ứng Iư = 12 A E Vđm Rư Iư 240 0,4 12 239,52 V Tốc độ động mang tải với dòng qua phần ứng Iư = 12 A n E E lúc đầy tải nđm 239,52 229,6 1500 1564,8 vòng phút Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 250 7.10 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP : 7.10.1 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG DÒNG, ÁP VÀ NĂNG LƯỢNG: Với động DC kích từ nối tiếp phần cảm phần ứng động chiều kích từ nối tiếp đấu nối tiếp với Sơ đồ mạch tương đương động chiều kích từ nối tiếp trình bày hình H7.38 Từ mạch điện tương đương ta xây dựng phương trình cân áp động sau: HÌNH H7.38 V E Rư Rn Iư (7.66) Vì dây quấn phần cảm nối tiếp với phần ứng nên dịng điện qua phần ứng dịng kích thích (7.67) Iư Ikt Trong đó: Rn : điện trở dây quấn kích thích nối tiếp Rư : điện trở dây quấn phần ứng n : tốc độ quay rotor (tốc độ quay động cơ) kt : từ thơng kích thích tạo dây quấn phần cảm dịng điện kích thích Ikt Vì từ thơng kích thích động kích từ nối tiếp tạo dòng điện phần ứng Như vậy, động mang tải dòng phần ứng thay đổi tác động trực tiếp lên từ thơng kích thích ảnh hưởng đến tốc độ quay 7.10.2 GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG – HIỆU SUẤT: Tính tóan tương tự trường hợp trên, ta có: V.Iư E.Iư Rư Rn Iư2 (7.69) Suy ra: Công suất điện cấp đến động cơ: P1 Pđiện V.Iư (7.70) Cơng suất điện từ, cơng suất đưa trục động chưa trừ ma sát cơ, quạt gió tổn hao thép (7.71) Pđt Pđiệntừ E.Iư Tổn hao dây quấn phần ứng tác dụng Joule, tổn hao đồng phân ứng: (7.72) Pjứng Rư Iư2 Pjkt Tổn hao mạch kích thích: P1 Pđiện Pđiệntừ V.Iư E.Iư Rn.Iư2 P2 Pmq Pjkt Rn.Iư2 Pjứng Pcơ thép R I ư (7.73) Căn vào quan hệ vừa xác định xây dựng giản đồ phân bố lượng trình bày hình H7.39 Biểu thức tính hiệu suất xác định tương tự theo quan hệ (7.64) (7.65) HÌNH H7.39 : Giản đồ phân bố lượng động DC kích từ nối tiếp Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 251 7.10.3 ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ ĐỘNG CƠ KÍCH TỪ NỐI TIẾP: Tính tóan tương tự trường hợp động kích từ độc lập hay song song, đặc tính tốc độ động xác định theo quan hệ sau: V n (Rö KE Rn ).Iư (7.74) kt Với động kích từ nối tiếp dịng qua dây quấn phần ứng dịng kích thích hình thành từ thơng kích thích; nên dịng Iư từ thơng kích thích quan hệ với Quan hệ đặc tuyến từ hóa vật liệu sắt từ tạo nên động Trong trường hợp mạch từ chưa bảo hịa ta có : A.Iö kt (7.75) A số tỉ lệ dịng điện Iư từ thơng V n (Rư Rn ).Iö KE A.Iö kt Từ (7.64) (7.65) suy quan hệ: Rö V KE A.Iö Rn (7.76) KE A Từ quan hệ (7.66) cho thấy đường biểu diễn đặc tính tốc độ động DC kích từ nối tiếp có dạng hyperbol vng góc n Ta có giới hạn tìm sau: lim n i (Rư Rn ) KE A lim n i Đồ thị nhận đường thẳng sau làm dường tiệm cận: v Đường thẳng song song với trục hịanh có In Iư (R R n ) K E kt HÌNH H7.40: đặc tính tốc độ động DC kích từ nối tiếp Inm phương trình n Rn ) KE A đường tiệm cận ngang đặc tính tốc độ v Trục tung đường tiệm cận đứng đặc tính tốc độ v Giao điểm đồ thị với trục hòanh : V (Rư (Rư Rn ) (7.77) Dịng Inm gọi dòng điện ngắn mạch hay dòng điện khởi động trực tiếp động Đường đặc tính tốc độ trình bày hình H7.40 Từ đặc tính tốc độ rút nhận xét sau: Trên đặc tuyến tốc độ vị trí có dịng điện tải thấp, tốc độ động tăng cao Vì đặc tuyến nhận trục tung làm đường tiệm cận, nên lúc động vận hành khơng tải (dịng điện có giá trị nhỏ) tốc độ quay động lớn (tiến đến giá trị vô lớn) Như động kích từ nối tiếp khơng vận hành trạng thái khơng tải tốc độ tăng cao phá hủy rotor tác dụng lực ly tâm Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 252 THÍ DỤ 7.7 : Cho động DC kích từ nối tiếp có thơng số định mức sau: Điện áp định mức : Dòng điện định mức : Điện trở dây quấn phần ứng: Điện trở dây quấn kích thích nối tiếp : Cơng suất định mức động : Tốc độ quay định mức động : Vđm = 220 V Iđm = 86 A Rư = 0,2 Rn = 0,1 Pđm = 16 kW nđm = 600 vịng/phút a./ Tình dịng điện khởi động trực tiếp b./ Tình điện trở Rmm cần nối tiếp với động để giảm dòng điện khởi động đến giá trị 2.Iđm c./ Khi động mang tải, mạch điện đấu nối với điện trở Rmm, xác định tốc độ quay động dòng qua động đạt giá trị định mức GIẢI a./ Dòng điện khởi động trực tiếp động cơ: Imm trựctiếp Từ quan hệ (7.77), suy ra: Inm V Rö Rn 220 0,2 0,1 733,3 A b./ Giá trị Rmm để giảm dòng khởi động: Khi nối tiếp điện trở Rmm với động cơ, dòng điện khởi động động xác định theo quan hệ sau: Imm V Rn Rö Rmm Suy ra: V Rmm Rö Imm Rn 220 86 0,2 0,1 1,279 0,3 0,979 0,98 c./ Giá trị tốc độ động mang tải với dòng Iđm động nối tiếp Rmm: Ta khảo sát trạng thái sau: v TRANG THÁI 1: Khi động không đấu nối tiếp với điện trở Rmm mang tải định mức (dòng điện Iđm = 86A), tốc độ quay lúc giá trị định mức nđm = 600 vịng/phút v TRANG THÁI 2: Khi động đấu nối tiếp với điện trở Rmm dòng tải giá trị định mức, tốc độ quay trạng thái n Vì dịng điện kích thích hai trạng thái giá trị, nên từ thơng kích thích hai trạng thái Xem mạch từ chưa bảo hòa, lập tỉ số hai giá trị tốc độ: nđm V (Rư Rn ).Iđm KE n V kt (Rư Rn KE Rmm ).Iđm kt Suy ra: n nđm n V Rư V Rn Rư 600.109,92 194,2 Rmm Iñm Rn Iñm 339,6 220 0,2 220 0,1 0,98 86 0,2 0,1 86 109,92 194,2 340 voøng / phút Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 253 7.10.4 ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ: Đầu tiên cần xác định đặc tính momen điện tử theo dịng qua phần ứng, ta có quan hệ sau: Pđiệntừ Mđt 9,55 Mđt KM A.Iư 9,55 n E.Iö 9,55 n KE kt n n.Iö 9,55.K E A Iö Suy ra: M (7.78) Khi dịng điện qua phần ứng có giá trị thấp mạch từ chưa bảo hòa, giá trị A xem số Đặc tính momen điện từ theo dịng phần ứng động DC kích từ nối tiếp có dạng parabol qua gốc tọa độ (đường hình H7.41) Khi có tính đến ma sát tổn hao thép đặc tính momen theo tốc độ có dạng đường hình H7.41 Từ quan hệ (7.78) ta có: Iư Mdt (7.79) KM A Iu M ma saùt Từ (7.79) (7.76) suy quan hệ : Io HÌNH 5.43 Rư V n K E A M KM A Rn KE ,A Tóm lại: Rư V n M R KE A KE A (7.80) 9,549 Từ quan hệ (7.80) cho thấy tốc độ n quan hệ với M theo quan hệ hàm biến; đặc tính động chiều kích từ nối tiếp có dạng hàm hyperbol (tương tự trường hợp đặc tính tốc độ) Momen khởi động động xác định từ (7.80) cho giá trị n = hay thay dòng điện mở máy trực tiếpvào quan hệ (7.78); ta có kết sau: Mmm KM.A V Rö Rn (7.81) Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 254 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG BÀI TẬP CHƯƠNG BÀI TẬP 6.1 Cho máy phát đồng pha : 100 kVA, 1100 V, 50 Hz đấu Y thử nghiệm có kết sau: THỬ KHƠNG TẢI : lkt THỬ NGẮN MẠCH : lkt 12,5 A ; Edaây 12,5 A ; In 420 V Idm ĐIỆN TRỞ XOAY CHIỀU ĐO GIỮA ĐẦU RA : 0,9 ; a./ Tổng trở đồng pha b./ Tính phần trăm độ thay đổi điện áp máy phát công suất định mức cho tải có hệ số cơng suất : 0,8 trễ ; 0,8 sớm ĐÁP SỐ: a./ 1200 vòng/phút b./ s = 0,03 BÀI TẬP 6.2 Khi dịng kích từ 10 A qua dây quấn kích thích máy phát đồng pha, dịng ngắn mạch qua dây quấn phần ứng 150 A Với dịng kích từ tạo sức điện động dây 720 V lúc vận hành máy phát không tải Biết điện trở dây quấn stator không đáng kể Xác định độ thay đổi điện áp máy phát áp định mức dòng qua tải 60 A ĐÁP SỐ: a./ 1767,6 vòng/phút b./ 14317 W c./ 77,35 Nm BÀI TẬP 6.3 1,2 Cho động không đồng pha: 100 kVA; 230 V ; đấu Y có điện kháng đồng / pha điện trở dây quấn phần ứng 0,5 / pha a./ Tính phần trăm thay đổi điện áp máy phát cơng suất định mức cho tải có HSCS = 0,8 trễ b./ Tính lại V% máy phát cấp áp định mức có hệ số tải Kt = 0,8 , tải có HSCS = 0,707 trễ ĐÁP SỐ: a./ 81978 W b./ 7378 W c./ 77478 W BÀI TẬP 6.4 Cho máy phát đồng pha: 40 hp; cực, 60 Hz, 2300 V (áp dây) vận hành 80 % tải định mức điện áp thấp định mức % Hiệu suất hệ số công suất động trạng thái 85% 90% Tổn hao ma sát quạt gió 1011 W , tổn hao đồng rotor 969 W, tổn hao đồng stator 1559 W Xác định: a./ Công suất trục b./ Tốc độ động c./ Momen d Hệ số trượt e./ Dòng dây từ nguồn cấp vào động f./ Tổn hao thép BÀI TẬP 5.5 Cho động không đồng pha: hp, cực, 60 Hz, 115 V (áp dây) hoạt động áp định mức, tần số định mức hệ số tải 125 % ; động có hiệu suất 85,4% Tổn hao đồng stator, tổn hao đồng rotor tổn hao thép : 223,2 W ; 153 W 114,8 W Xác định: a./ Tốc độ động b./ Momen trục c./ Momen sinh ma sát cơ, quạt gió BÀI TẬP 5.6 Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 255 Cho động không đồng pha: 50 hp, cực, 60 Hz, 230V (áp dây) hoạt động áp định mức, tần số định mức Động bị qua tải tần số giảm thấp 5% áp nguồn giảm thấp 7% Để tránh tình trạng tải cơng suất trục giảm cịn 70% cơng suất định mức Dòng dây nguồn cấp vào động lúc 100 A Các thành phần tổn hao trạng thái hoạt động là; tổn hao đồng stator 1015 W ; tổn hao rotor 696 W ; tổn hao thép 522 W tổn hao ma sát quạt gió 667 W Xác định: a./ Hiệu suất động b./ Tốc độ động c./ Momen trục d./ Hệ số công suất BÀI TẬP 5.7 Cho động không đồng pha: 25 hp, cực, 60 Hz, 230V (áp dây) dùng kéo tải theo yêu cầu momen không đổi (momen số không phụ thuộc vào tốc độ quay) Động hoạt động áp định mức, tần số định mức với tốc độ định mức 3575 vịng/phút Xác định cơng suất trục, tốc độ quay hiệu suất tần số giảm thấp đến 54 Hz Hệ số cơng suất dịng dây nguồn điều kiện 0,89 55 A Tổn hao đồng stator, tổn hao đồng rotor tổn hao thép là: 992,7 W , 496 W 546 W BÀI TẬP 5.8 Cho động không đồng pha: 15 hp, cực, 60 Hz, 460V (áp dây) dây quấn stator đấu Y, dùng kéo bơm ly tâm tốc độ 1185 vòng/phút Tổn hao ma sát quạt gió 166 W Thơng số mạch tương đương pha qui stator là: R1 = 0,2 Ω ; Xt1 = 1,2 Ω ; R’2 = 0,25 Ω ; X’t2 = 1,29 Ω ; Rc = 317 Ω Xm = 42 Ω Áp dụng mạch tương đương dạng xác, xác định: a./ Hệ số trượt b./ Dòng dây cấp vào dây quấn stator c./ Công suất điện hệ số công suất động d./ Tổn hao đồng stator, tổn hao đồng rotor e./ Công suất điện từ f./ Công suất momen trục g./ Hiệu suất động Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 ... HÇNH H7. 27 c Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 248 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG CÂU b: Sức phản điện E Sức phản điện. .. Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 221 7. 3.2 CÁC ĐẶC TUYẾN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN DC : Đôi với máy phát điện chiều,... giá trị sức điện động E với điện áp Vt Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phịng Thí Nghiệm Máy Điện Thực Tập Điện- 2009 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 2 27 + + Ikt