Bài giảng cơ sở kĩ thuật điện c8

Chuong 7: Máy điện chiều Chương : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU • • • • • • • • • Giới thiệu - Cấu tạo Nguyên lý hoạt động Moment điện từ Kích từ cho phát điện DC Máy phát điện DC kích từ độc lập Máy phát điện DC kích từ song song Động điện DC kích từ độc lập Động điện DC kích từ song song Động điện DC kích từ nối tiếp BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Chuong 7: Máy điện chiều Giới thiệu - Cấu tạo BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Chuong 7: Máy điện chiều Giới thiệu - Cấu tạo BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Chuong 7: Máy điện chiều Giới thiệu - Cấu tạo Stator BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Rotor Chuong 7: Máy điện chiều Giới thiệu - Cấu tạo Phần ứng có rãnh nghiêng Cổ góp Ổ trục BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Chuong 7: Máy điện chiều Giới thiệu - Cấu tạo BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Chuong 7: Máy điện chiều Giới thiệu - Cấu tạo  Đặc điểm máy điện chiều Sử dụng với nguồn điện chiều, thiết bị di động Ưu điểm: - Dễ điều khiển tốc độ - Moment khởi động lớn Khuyết điểm: - Giá thành đắt cấu trúc phức tạp to lớn (so với động không đồng bộ) - Cần bảo trì thường xun - Khơng dùng môi trường dễ cháy nổ ❖ Máy điện AC chạy tốc độ đồng bị giới hạn tần số Nếu tăng tần số bị giới hạn tổn hao sắt từ BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 10 Chuong 7: Máy điện chiều Nguyên lý hoạt động máy điện chiều BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 11 Chuong 7: Máy điện chiều Nguyên lý hoạt động máy điện chiều BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 12 Chuong 7: Máy điện chiều Nguyên lý hoạt động máy điện chiều BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 13 Chuong 7: Máy điện chiều Bài tập Máy điện DC có: cực , Ra= 2Ω, Rf= 10Ω Khi hoạt động chế độ máy phát DC kích từ độc lập với dịng điện kích từ 3A tốc độ 1000 vịng/phút điện áp hở mạch 250V 1- Nếu máy điện nối động DC kích từ nối tiếp nối vào nguồn cung cấp 350VDC Xác định moment cùa động chế độ xác lập tốc độ 2000 vòng /phút 2- Nếu tải động 10 N.m Xác định điện áp nguồn cung cấp cho động để tốc độ 800 vòng/phút _ + vf Rf If =3A Lf La Ra Ia=0 Ea=Gmif MĐTT máy phát DC kích từ độc lập BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) + điện áp hở mạch 250V  Ea=250V _  G= 1000 vòng/phút 99 Chuong 7: Máy điện chiều Bài tập n 1000 100  m = 2 = 2 = rad/giay - Tốc độ: 60 60 E 250 2,5  Hằng số máy điện: G =  I = 100 3 =  ( ) m f 1- Moment động DC kích từ nối tiếp: T e = GI La + Lf Ra + Rf i Gmi=Ea Nm 200 rad/giay với V=350V Nm= 2000 vòng/phút hay  m = V = ( Ra + R f ) I + Ea = ( Ra + R f ) I + G m I + v _ MĐTT động DC kích từ nối tiếp V 350 I= = = 1,96 A Ra + R f + Gm 10 + + ( 2,5  )( 200 3) → T = GI = ( 2,5  )(1,96 ) = 3, 057 Nm e 2 80 2- Điện áp cần thiết để tốc độ động 800 vòng/phút hay  m = rad/giay với tải Te=10 Nm 10 = 4 → I =  = 3,545 A ( 2.5  ) 2,5 80   V = ( Ra + R f ) I + G m I = 10 + +  3,545 = 278,87 V    BMTBD-CSKTĐ-PVLong T e = GI → I = (TCBinh edited 2016) 10 Chuong 7: Máy điện chiều Bài tập Một máy phát DC kích từ song song có: Pđm = 27KW, Vđm = 115V, Nđm =1150vịng/phút, dịng điện kích từ If=5A Điện trở mạch phần ứng Ra = 0,02Ω, điện áp tiếp xúc chổi than Vtx = 2V Nếu dùng máy động DC kích từ song song với: Pđm = 25KW (Công suất đầu trục), Vđm = 110V, ηđm = 0,86 Tính: Tốc độ định mức (khi tải Pđm) Tốc độ không tải (xem tổn hao ma sát không) I1 + V1 If1 _ BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) La Rf Ra Ia1 Ea1=Gm1if1 Vtx = 2V Lf MĐTT máy phát DC kích từ song song 10 Chuong 7: Máy điện chiều Bài tập  Khi làm việc chế độ máy phát (Chế độ xác lập) I1 Ea1 = V1 + Ra I a1 + Vtx vói: Ea1 = G m1 I f (1) Với: V1 = 115V, P=27kW, Ra = 0,02Ω, Vtx = 2V, Ia1 = ? I a1 = I1 + I f Pdm 27000 = +5= + = 239, 78 A Vdm 115 + V1 Ea1=Gm1if1 If1=5A  Khi làm việc chế độ động (Chế độ xác lập) Ea = V2 − Ra I a − Vtx vói: Ea = G m I f (2) Với: V2 = 110V, P=25kW, ηđm = 0,86 , Ra = 0,02Ω, Vtx = 2V, Ia2 = ? Ia2 → Ea = 110 − ( 0,02)( 259,49) − = 102,8V EBMTBD-CSKTĐ-PVLong a2 = ? (TCBinh edited 2016) Ra Ia1 Rf Lf _ Vtx = 2V MĐTT máy phát DC kích từ song song Ea1 = ? → Ea1 = 115 + ( 0,02)( 239,78) + = 121,7956 = 121,8V Pdm.2 Vdm.1 = I2 − I f = − dm.2Vdm.2 Vdm.2 25000 110 = − = 264, 27 − 4, 78 = 259, 49 A ( 0,86)110 115 La I2 La + V2 If2 _ Rf Ra Ia2 Ea2=Gm2if2 Lf Vtx = 2V MĐTT động DC kích từ song song 10 Chuong 7: Máy điện chiều Bài tập Ea1 = G m1 I f (1) Ea = G m I f  m1 I f Ea1 n1 I f  = = Ea m I f n2 I f (2) I f Ea  n2 = n1 I f Ea1 Tốc độ định mức N2 động DC (khi tải Pđm =15kW) 102.8  n2 = 1150 = 1015 vòng/phút 4,78 121,8 → Ea1 = 115 + ( 0,02)( 239,78) + = 121,7956 = 121,8V 2 Tốc độ động không tải N20 - Khi động không tải  dòng điện phần ứng Ia ≈  Vđm,2 = Ea20 Ea 20 Vdm ,2  m 20 I f n20  = = = Ea Ea m I f n2 Vdm ,2 110  n20 = n→ vòng/phút 110 − ( 0,02=)(1086 259,49 − = 102,8V ) Ea = 1015 Ea 102,8 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) I2 La + V2 If2 _ Rf Ra Ia2 Ea2=Gm2if2 Lf Vtx = 2V MĐTT động DC kích từ song song 10 Chuong 7: Máy điện chiều Bài tập Một động DC kích từ độc lập (bởi nam châm vĩnh cửu) có tốc độ 3000vịng/phút dòng điện phần ứng A Điện áp đặt vào đầu cực phần ứng 24 V Điện trở mạch phần ứng Ra = 0,24 Ω Tính giá trị dịng điện mở máy lý thuyết đóng điện trực tiếp vào động cơ, ứng với tải nói Xác định giá trị điện trở cần thêm vào mạch phần ứng để giới hạn dòng điện mở máy 12 A Nếu mômen tải tăng gấp đơi so với tải nói trên, xác định tốc độ động tải Giả sử biến đổi công suất dùng để thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động theo ý muốn, tính điện áp ngõ biến đổi để động có tốc độ 1500 vịng/phút điều kiện tải với câu BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 10 Chuong 7: Máy điện chiều Bài tập Dòng điện mở máy lý thuyết Stator Khi mở máy ωm =  Ea = I starting 24 = = 100 A 0, 24 Istarting Ra _ + vf Rf if Ra Gmif= Ea Lf _ La + ia + Va Rotor va _ Kích từ NCVC MĐTT máy điện DC kích từ độc lập (chế độ động cơ) Tổng điện trở mạch phần ứng để giới hạn dòng điện mở máy 12 A 24 Rstarting = = 2 Istarting= 12A 12 +  Như vậy, điện trở thêm vào là: Rext = − 0, 24 = 1,76 Ra Va = 24V Rext _ BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 10 Chuong 7: Máy điện chiều Bài tập Một động DC kích từ độc lập (bởi nam châm vĩnh cửu) có tốc độ 3000 vòng/phút dòng điện phần ứng A Điện áp đặt vào đầu cực phần ứng 24 V Điện trở mạch phần ứng Ra = 0,24 W Tính giá trị dịng điện mở máy lý thuyết đóng điện trực tiếp vào động cơ, ứng với tải nói Xác định giá trị điện trở cần thêm vào mạch phần ứng để giới hạn dòng điện mở máy 12 A Nếu mômen tải tăng gấp đôi so với tải nói trên, xác định tốc độ động tải Giả sử biến đổi công suất dùng để thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động theo ý muốn, tính điện áp ngõ biến đổi để động có tốc độ 1500 vịng/phút điều kiện tải với câu BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 10 Chuong 7: Máy điện chiều Bài tập Moment T e = GI f I a Vì kích từ khơng thay đổi, dịng điện phần ứng tỷ lệ thuận với mơmen Do đó, mơmen tải tăng gấp đơi dịng điện phần ứng tăng gấp đôi, nghĩa là: Ia2 = 5x2= 10A Sức điện động ứng với dòng điện phần ứng này: Ea = Va − Ra I a = 24 − 0, 24 10 = 21,6V Sức điện động ứng với dòng điện phần ứng trước tăng mômen: Ea1 = 24 − 0, 24  = 22,8V Ea1 = G m1 I f Ea1  m1 n1 → = = Ea  m n2 E a = G m I f 21, Ea = 3000  = 2842 vòng/phút Tốc độ động là: n2 = n1  Ea1 22,8 Sức điện động tỷ lệ thuận với tốc độ, kích từ khơng thay đổi Ea = n3 Ea n2 Do đó, sức điện động ứng với tốc độ N3 =1500 vòng/phút 1500 n3  21, = 11, 4V Ea =  Ea = 2842 n2 Điện áp đặt vào phần ứng (cũng điện áp ngõ biến đổi) : BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) V3 = Ea3 + Ra I a → V3 = 11, + 0, 24 10 = 13,8V 10 Chuong 7: Máy điện chiều Bài Tập Máy điện chiều 25 kW, 125 V kích từ độc lập Điện trở phần ứng Ra= 0,02 Ω Máy làm việc tốc độ 3000 vòng/phút với dòng kích từ cho điện áp phần ứng hở mạch Ea= 125 V a/ Tính dịng phần ứng, công suất điện tiêu thụ (trên phần ứng), công suất điện từ moment điện từ điện áp cung cấp đầu cực máy điện 128 V? Tốc độ máy điện 2950 vòng/phút, với dịng kích từ có giá trị khơng đổi giá trị câu b/ Điện áp cung cấp đầu cực máy điện 125 V, tính dịng điện phần ứng, cơng suất điện tiêu thụ moment điện từ, máy làm việc chế độ máy phát hay động cơ? + vf Rf La if Lf BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) _ Ra ia E=Gmif Máy điện DC kích từ độc lập + va _ 10 Chuong 7: Máy điện chiều Bài Tập Phương trình cân áp phần ứng (dây quấn rotor) trạng thái xác lập: Va = Ra I a + Ea = Ra I a + G m I f Dòng điện phần ứng: Va − Ea Ia = Ra 128 − 125 = = 150 A 0.02 + vf Rf _ La + if Lf Ra ia E=Gmif va _ - Công suất điện cung cấp cho phần ứng: Va I a = 128.150 = 19200W = 19, 2KW Máy điện DC kích từ độc lập - Công suất điện từ : Pdien tu = Ea I a = 125.150 = 18750W = 18,75KW - Moment điện từ: Pdien tu T= m Ea I a 18750 = = = 59,7 Nm 2 n 2 3000 60 60 Nhận xét: Máy điện hoạt động chế độ động Công suất điện từ 12,783KW nhỏ công suất điện nhận vào 13KW có tổn hao điện trở dây quấn phần ứng BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 10 Chuong 7: Máy điện chiều Bài Tập Sức điện động tỉ lệ với tốc độ Ea = G m I f Sức điện động N= 2950 vịng/phút: Ea = 125 2950 = 122,92V 3000 Phương trình cân áp phần ứng (dây quấn rotor) trạng thái xác lập: Va = Ra I a + Ea = Ra I a + G m I f Dòng điện phần ứng: Va = 125V + vf Va − Ea 125 − 122,92 = = 104 A Ia = 0.02 Ra - Công suất điện cung cấp cho phần ứng: Va I a = 125.104 = 13000W = 13KW - Công suất điện từ (=Công suất trục) : Rf _ La if Lf Ra ia E=Gmif + va _ Máy điện DC kích từ độc lập Tốc độ máy điện 2950 vòng/phút, Pdien tu = Ea I a= (122,92 )(104 ) = 12783 W dịng = 12,kích 783từ KW với có giá trị không đổi giá trị - Moment điện từ: Pdien tu Ea I a 12783 T= = = 2 n 2 2950 m BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 60 60 câu b/ Điện áp cung cấp đầu cực máy điện 125 V, tính dịng điện phần ứng, công suất điện = 41,38 Nm tiêu thụ moment điện từ, máy làm việc chế độ máy phát hay động cơ? 11 Chuong 7: Máy điện chiều Bài Tập Sức điện động tỉ lệ với tốc độ Ea = G m I f Sức điện động n= 2950 vòng/phút: Ea = 125.2950 = 122,92V 3000 Phương trình cân áp phần ứng (dây quấn rotor) trạng thái xác lập: Va = Ra I a + Ea = Ra I a + G m I f Dòng điện phần ứng: Va = 125V + vf Rf Va − Ea 125 − 122,92 = = 104 A Ia = 0.02 Ra Va I a = 125.104 = 13000W = 13KW - Công suất điện từ (=Công suất trục) : La Ra + if Lf - Công suất điện cung cấp cho phần ứng: _ ia E=Gmif va _ Máy điện DC kích từ độc lập Pdien tu = Ea I a= (122,92 )(104 ) = 12783W = 12, 783KW - Moment điện từ: Pdien tu Ea I a 12783 T= = = = 41,38 Nm 2 n 2 2950 m BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 60 60 Công suất điện từ 12,783KW nhỏ công suất điện nhận vào 13KW Máy điện hoạt động chế độ động 11 Chuong 7: Máy điện chiều 7.Bài Tập Một động DC kích từ độc lập 18 kW, 110 V, 4400 vịng/phút, có dịng điện kích từ điều chỉnh để tạo từ thông ứng với điều kiện định mức Động có điện trở phần ứng Ra = 17 mΩ Khi không tải, phần ứng động tiêu thụ dòng điện 7,45 A Giả sử tổng tổn hao quay tổn hao lõi thép không đổi điều kiện hoạt động từ không tải đến định mức Động làm việc điện áp định mức a) Xác định dòng điện phần ứng định mức b) Xác định tốc độ không tải động c) Xác định giá trị điện trở thêm vào mạch phần ứng, để hạn chế dòng điện mở máy có giá trị tối đa lần dịng điện định mức BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 11 Chuong 7: Máy điện chiều Bài Tập a) Tổn hao quay lõi thép tính từ điều kiện làm việc không tải: VI a  110 ( 7, 45 ) = 819,5W Suy ra, công suất điện từ định mức 18000 + 819,5 = 18819,5W (tính từ cơng suất định mức tổn hao quay lõi thép) Ta có: Pdien tu = Ea I a Với: Ea = Va − Ra I a , Va =110V, Ra = 17 mΩ Từ đó, thành lập phương trình bậc hai theo Ia, giải hai nghiệm: Ia = 6295A (loại, q lớn) Ia.đm = 176A(đây dịng điện phần ứng định mức) b) Sức điện động không tải: Sức điện động định mức: Tốc độ không tải: Ea0 = Va − Ra I a = 109,9V Ea.dm = Va − Ra I a.dm = 107V Ea n0 = ndm  = 4519vong / phut Ea dm c) Dòng điện phần ứng cho phép tối đa mở máy: Ia = 2x176 = 352A Suy điện trở cần thêm vào mạch phần ứng: BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 110 − 0.017 = 0, 2955 352 11 ... mức, tính sức điện động, moment điện từ hiệu suất máy phát? Biết tổn hao kW Giải lại hỗn hợp rẽ ngắn? Máy điện chiều 55 Chuong 7: Máy điện chiều Máy điện DC  Chế độ máy phát điện điện + Rf vf... Máy điện chiều MÁY PHÁT ĐIỆN DC – Kích từ độc lập + Vf Rf _ La 1 10A 20A + If Lf E=GmIf 100V ?V _ n=1000 vịng/phút a) Tính điện áp khơng tải? b) Tính cơng suất moment điện từ? c) Tính điện. .. Chế độ động điện điện + ia Lf Ra + va _ n 56 Chuong 7: Máy điện chiều Nguyên lý hoạt động Động điện chiều BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 58 Chuong 7: Máy điện chiều Máy điện DC kích