Giáo trình Kỹ thuật điện gồm có 5 chương như sau: Chương I Những khái niệm cơ bản về mạch điện; Chương II Mạch điện xoay chiều một pha; Chương III Các phương pháp giải mạch điện; Chương IV Máy biến áp; Chương V Máy điện một chiều. Mời các bạn cùng tham khảo.
Chương I Những Khái niệm mạch điện CHƯƠNG I NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN I KHÁI NIỆM CHUNG Định Nghĩa Về Mạch Điện - - Mạch điện: hệ thống gồm thiết bị điện, điện tử ghép lại Trong xảy trình truyền đạt, biến đổi lượng hay tín hiệu điện từ đo đại lượng dịng điện, điện áp Kết Cấu Hình Học Của Mạch Điện: Nhánh: đoạn mạch gồm phần tử ghép nối tiếp nhau, có dịng điện chạy thơng từ đầu đến đầu Nút: giao điểm gặp nhánh trở lên Vịng (mạch vịng): lối khép kín qua nhánh Ví dụ 1.1: Cho mạch điện hình vẽ (1-1) Hãy cho biết mạch điện có nhánh, nút vòng? R1 R2 A I1 E1 I3 I2 E2 R3 B Hình 1-1 Giải Mạch điện gồm: nhánh: Nhánh 1: gồm phần tử R1 mắc nối tiếp với nguồn E1 Nhánh 2: gồm phần tử R2 mắc nối tiếp nguồn E2 Nhánh 3: gồm phần tử R3 nút: A B vòng: Vòng 1: qua nhánh (1, 3, 1) Vòng 2: qua nhánh (2, 3, 2) Vòng 3: qua nhánh (1, 2, 1) R1 Ví dụ 1.2: Cho mạch điện hình (1-2) Hãy cho biết mạch điện có nhánh, nút vòng? R6 E1 E2 R5 R4 D R2 A B R3 C Hình 1-2 Chương I Những Khái niệm mạch điện Giải Mạch điện gồm: nhánh: Nhánh 1: gồm phần tử R1 mắc nối tiếp với nguồn E1 Nhánh 2: gồm phần tử R2 mắc nối tiếp nguồn E2 Nhánh 3: gồm phần tử R3 Nhánh 4: gồm phần tử R4 Nhánh 5: gồm phần tử R5 Nhánh 6: gồm phần tử R6 nút (4 đỉnh): A, B, C, D vòng: Vòng 1: qua nhánh (1, 6, 4, 1) Vòng 2: qua nhánh (2, 5, 6, 2) Vòng 3: qua nhánh (1, 2, 3) Vòng 4: qua nhánh (1, 2, 4, 5) Vòng 5: qua nhánh (4, 5, 3) Vòng 6: qua nhánh (1, 6, 5, 3, 1) Vòng 7: qua nhánh (2, 6, 4, 3, 2) Mạch điện có phần tử nguồn điện phụ tải - Nguồn điện: thiết bị điện dùng để biến đổi dạng lượng khác sang điện năng, ví dụ pin, ắc qui (năng lượng hóa học), máy phát điện (năng lượng học)… - Phụ tải: thiết bị điện biến điện thành dạng lượng khác Trên sơ đồ chúng thường biểu thị điện trở R - Dây dẫn: dây kim loại dùng để nối từ nguồn đến phụ tải II CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG MẠCH ĐIỆN Dòng Điện Dòng điện dòng điện tích chuyển dời có hướng tác dụng điện trường Qui ước: Chiều dòng điện hướng từ cực dương cực âm nguồn từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp Cường độ dòng điện I đại lượng đặc trưng cho độ lớn dòng điện Cường độ dòng điện tính lượng điện tích chạy qua tiết diện thẳng vật dẫn đơn vị thời gian dq dt Đơn vị dòng điện ampe (A) Bản chất dịng điện mơi trường: I ( 1-1) - Trong kim loại: lớp nguyên tử kim loại có electron, chúng liên kết yếu với hạt nhân dễ bật thành electron tự Dưới tác dụng điện trường electron tự chuyển động có hướng tạo thành dòng điện - Trong dung dịch: chất hoà tan nước phân ly thành ion dương tự ion âm tự Dưới tác dụng điện trường ion tự chuyển động có hướng tạo nên dịng điện Chương I Những Khái niệm mạch điện - Trong chất khí: có tác nhân bên ngồi (bức xạ lửa, nhiệt…) tác động, phần tử chất khí bị ion hố tạo thành ion tự Dưới tác dụng điện trường chúng chuyển động tạo thành dòng điện Điện Áp Điện áp đại lượng đặc trưng cho khả tích lũy lượng dòng điện Trong mạch điện, điểm có điện định Hiệu điện hai điểm gọi điện áp U Ta có: UAB = A - B (1-2) Trong đó: A: điện điểm A B: điện điểm B UAB: hiệu điện A B Qui ước: Chiều điện áp chiều từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp Đơn vị điện áp vôn (V) Ký hiệu: U, u(t) A R I B UAB Hình 1-3 Điện áp dịng điện điện trở Công suất Công suất P đại lượng đặc trưng cho khả thu phát lượng điện trường địng điện Cơng suất định nghĩa tích số dịng điện điện áp: - Nếu dòng điện điện áp chiều dịng điện sinh cơng dương P > (phần tử hấp thụ lượng) - Nếu dịng điện điện áp ngược chiều dịng điện sinh cơng âm P < (phần tử phát lượng) Đơn vị công suất watt (W) Đối với mạch điện xoay chiều, cơng thức tính cơng suất tác dụng sau P U.I cos φ Trong đó: (1-3) U : điện áp hiệu dụng I : dòng điện hiệu dụng cos hệ số công suất, với = u - i (với u góc pha đầu điện áp i góc pha đầu dịng điện) Chương I Những Khái niệm mạch điện III CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN: Điện trở R: đặc trưng cho tượng tiêu tán lượng i Ký hiệu: R Đơn vị: (ohm) R R Hình 1-4a,b Điện dẫn: Y G G= Y mho () R Cuộn Dây L + Ký hiệu: Hình 1-5 UL L: Điện cảm cuộn dây Đơn vị: Henry (H) 1mH=10-3H Điện cảm L: đặc trưng cho khả tạo nên từ trường phần tử mạch điện -Tính chất: gọi I dòng điện qua cuộn dây u: điện áp đặt đầu cuộn dây di (1-4) ta có: u = L dt di/dt: biến thiên dịng điện theothời gian Tính chất: từ công thức (1-4) Điện áp đầu cuộn dây tỉ lệ với biến thiên dòng điện theo thời gian Lưu ý: Trong mạch điện chiều điện áp đầu mạch điện Trong mạch điện chiều đặt cuộn dây coi mạch bị nối tắt Điện Dung : +Tụ điện: đặc trưng cho tượng tích phóng lượng điện trường C Ký hiệu: C UC Hình 1-6 C: điện dung tụ điện Đơn vị: Farad (F) 1F = 10-6F 1nF = 10-9F 1pF = 10-12F Gọi u điện áp đặt đầu tụ điện Ta có: q= c.u đó: q: điện tích tụ dq du c dt dt (1-5) Chương I Những Khái niệm mạch điện dq i dt du i c (1-6) dt Tính chất dịng điện qua tụ tỉ lệ với biến thiên điện áp tụ Nguồn Độc Lập: Ý nghĩa “độc lập”: giá trị nguồn không phụ thuộc vào phần tử mạch mà a) Nguồn áp chiều: E Ký hiệu: E Hoặc U Hình 1-7a, b E: giá trị nguồn áp Đơn vị: Volt (V) b) Nguồn áp xoay chiều: Ký hiệu: hoaëc u(t) e(t) Hình 1-8a, b Mang dấu “+” “–” thời điểm gốc t = chiều điện áp có dạng hình vẽ Chiều sức điện động e(t) từ điểm có điện thấp đến điểm có điện cao (ngược chiều với điện áp) c) Nguồn dịng: Ký hiệu: j(t) I Hình 1-9a, b I: giá trị nguồn dòng, đơn vị Ampe (A) : Chỉ chiều dòng điện Nguồn phụ thuộc Nguồn áp phụ thuộc: Ký hiệu: Chương I Những Khái niệm mạch điện Nguồn dòng phụ thuộc: Ký hiệu: + Nguồn áp điều khiển nguồn áp: (Nguồn áp phụ thuộc áp) Ký hiệu: VCVS (Voltage control voltage source) U1 R U1 U2 Hình 1-10 Phần tử phát điện áp U2 phụ thuộc vào điện áp U1 (Khi U1 thay đổi điện áp U2 thay đổi theo) theo biểu thức : U2 = U1 : khơng có thứ ngun + Nguồn áp điều khiển nguồn dòng: (Nguồn dòng phụ thuộc áp) Ký hiệu:VCCS (Voltage controlled curent source) I2 U1 g gU1 Hình 1-11 Phần tử phát dịng I2 phụ thuộc vào điện áp U1 (Khi U1 thay đổi dòng điện I2 thay đổi theo) theo hệ thức: I2 = gU1 Đơn vị đo g Siemen (S) mho () + Nguồn dòng điều khiển nguồn dòng: (Nguồn dòng phụ thuộc dòng) Ký hiệu: CCCS (Current - controlled current source) Phần tử phát dòng I2 phụ thuộc vào dịng I1 (Khi I1 thay đổi dòng điện I2 thay đổi theo) theo biểu thức: I2 = I1 : khơng có thứ ngun I2 I1 R I1 Hình 1-12 + Nguồn dịng điều khiển nguồn áp: (Nguồn áp phụ thuộc dòng) Chương I Những Khái niệm mạch điện Ký hiệu: CCVS (Current - controlled voltage source) I1 R RI1 U2 Hình 1-13 Phần tử phát điện áp U2 phụ thuộc vào dịng điện I1 (Khi I1 thay đổi điện áp U2 thay đổi theo) theo biểu thức: U2 = R I1 Đơn vị đo R ohm () IV CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN Định luật ohm: Khi cho dòng điện qua điện trở R, U điện áp đặt đầu R theo định luật ohm ta có: R U Hình 1-14 U=I.R (1-7) Định Luật Kirchhoff 1: (Định Luật Nút) Tổng đại số dòng điện nút 0: i (1-8) Ví dụ 1-3: Cho mạch điện hình (1-15) xét nút A: theo định luật Kirchhoff ta có: I2 A I1 + I2 + I3 = I1 I3 Hình 1-15 Ví dụ 1-4: Cho mạch điện hình (1-16) xét nút A: theo định luật Kirchhoff ta có: I1 I2 A I4 I1 – I2 + I3 – I4 = I3 Hình 1-16 Chương I Những Khái niệm mạch điện + Nếu ta qui ước dòng điện vào nút A mang dấu cộng (+), dòng điện nút A mang dấu trừ (-) ngược lại Định luật Kirchhoff 2: Tổng đại số điện áp phần tử vòng kín u (1-9) Ví Dụ 1-5: Cho mạch điện hình (H.1-17) R1 R2 a c I1 d I3 I2 E1 E2 R3 vịng vịng b Hình 1-17 Xét vịng (a,b,c,a) theo định luật Kirchhoff ta có: Uab + Ubc + Uca = Xét vòng (a,d,b,a) theo định luật Kirchhoff ta có: Uad + Udb + Uba = Ví Dụ 1-6: Cho mạch điện hình vẽ (H.1-18) c R1 I1 E1 R3 a d I3 I2 E2 R2 l2 l1 b Hình 1-18 Dùng định luật tìm dịng điện qua nhánh I1, I2 I3 Giải Tại nút a: theo định luật Kirchhoff ta có: I1 – I2 – I3 = (1) Giả sử ta xét vòng kín l1 (a, b, c, a) theo định luật Kirchhoff ta có: Uca + Uab + Ubc = (2) I1R1 + I2 R2 + (- E 1) = (2) Khảo sát vịng kín l2 (a, d, b, a) theo định luật Kirchhoff ta có: Uad + Udb + Uba = (3) I3R3 + E + (- I2R2) = (3) Giải hệ phương trình (1), (2), (3) ta tìm dịng điện qua nhánh I1, I2 I3 Chương I Những Khái niệm mạch điện V BÀI TẬP VÍ DỤ CHƯƠNG I Bài 1.1: Cho mạch điện hình (H1-19) a 1A 6A I1 c I I2 5 2 3 e d + 12V 4 1A Hình 1-19 b Dùng định luật Kirchhoff tìm i Uab Giải Tại nút c: theo định luật Kirchhoff ta có: 12 I1 I1 = – – = – (A) Tại nút d: I2 = I1 + = – + = (A) Tại nút e: I2 + = I I = +1 = (A) Vậy I = (A) Theo định luật Kirchhoff ta có: Uab = Uae + Ued + Udc + Ucb = (–I).3 + (– I2).2 + (– I1).5 + 12 = – – – 20 + 12 = 19 (V) Vậy Uab = 19 (V) Bài 1.2: Cho mạch điện hình (H1-20) 2V C I I4 I5 R 16 A 4 A I3 11 a I A I1 8 Dùng định luật Kirchhoff Kirchhoff tìm I R E b 6 8V 6V E Hình 1-20 Giải Áp dụng định luật K2 vịng (A,E,A) ta có: 2.8 + - - I = 18 2V I1 = = 3A C I 16 A R I5 B 4 I4 I3 11 a A I A I1 8 b 6 8V 6V E Chương I Những Khái niệm mạch điện Áp dụng định luật K1 A ta có: I = I + I = + = 5A Áp dụng định luật K vịng (B,E,A,B) ta có: I 11 – I2.8 – I3.4 = 8V I 11 – 2.8 – 5.4 = 8V 44 I4 = = 4A 11 Áp dụng định luật K B: I = I +I = 4+5= 9A Áp dụng định luật K C: I = 16 – I = 16 – = 7A Áp dụng định luật K theo vòng (C,B,E,C): I4.11 – I.R = 4.11 – 7.R = R= Đáp số: 44 = 6 I = 7A R = 6 Bài 1.3: Cho mạch điện hình (H1-21) I3 A I1 I 18V I4 + 4A B I2 3A I5 I6 2A - + U R Hình 1-21 Tìm cường độ dịng điện chạy nhánh điện áp U đặt điện trở R Biết I = 1A Giải Tại nút A theo định luật Kirchhoff 1: I1 + I + I = (1) Biết rằng: I = 1A I4 = – 3A Thay vào (1) ta được: I1 + – = I1 = – = 2A Ta có: I1 = I + I = I + I2 = I – = – = A Tại nút B theo định luật Kirchhoff ta có: I1 – I5 + I6 = 10 Chương V Máy điện chiều Khi phần ứng quay nửa vịng, vị trí phần tử thay đổi, ab cực S, cd cực N, sức điện động dẫn đổi chiều Nhờ có chổi than đứng yên, chổi than A nối với phiến góp phía trên, chổi B nối với phiến góp phía dưới, nên chiều dịng điện mạch ngồi khơng đổi Ta có máy phát điện chiều với cực dương chổi A, cực âm chổi B Nếu máy có phần tử, điện áp đầu cực hình 8-5a; để điện áp lớn đập mạch (hình 8-5b), dây quấn phải có nhiều phần tử, nhiều phiến đổi chiều Ở chế độ máy phát, dòng điện phần ứng Iư chiều với sức điện động phần ứng Eư Phương trình cân điện áp là: (5-1) U = Eư - RưIư Trong RưIư điện áp rơi dây quấn phần ứng; Rư điện trở dây quấn phần ứng; U điện áp đầu cực máy; Eư sức điện động phần ứng e e t t a) b) Hình 5-5 Điện áp đầu cực máy phát điện chiều Nguyên lý làm việc phương trình cân điện áp động điện chiều Hình 8-6 mô tả nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều U vào hai chổi than A B, dây quấn phần ứng có dịng điện Các dẫn ab, cd có dịng điện nằm từ trường, chịu lực tác dụng làm cho rotor quay Chiều lực xác định theo qui tắc bàn tay trái chiều dòng điện a d b chiều quay E c Hình 5-6 Nguyên lý làm việc động điện chiều 104 Chương V Máy điện chiều Khi phần ứng quay nửa vịng, vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ cho nhau, có phiến góp đổi chiều dịng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động có chiều quay khơng đổi Khi đơng quay, dẫn chuyển động cắt từ trường, cảm ứng sức điện động Eư Chiều sức điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải Ơ động cơ, chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện I nên Eư gọi sức phản điện Phương trình cân điện áp là: U = Eư + RưIư (5-2) III QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Sức điện động phần ứng a Sức điện động dẫn: quay rotor, dẫn dây quấn phần ứng cắt từ trường, dẫn cảm ứng sức điện động là: (5-3) Trong đó: Etd = Btb.l.v (V) Btb : cường độ từ cảm trung bình cực từ ( đơn vị: T) v: tốc độ dài dẫn (đơn vị: m/s) l: chiều dài tác dụng dẫn (đơn vị:m) b Sức điện động phần ứng: dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối tiếp thành mạch vịng kín Các chổi than chia dây quấn thành nhiều nhánh song song Sức điện động phần ứng tổng sức điện động dẫn mạch nhánh Nếu số dẫn dây quấn N, số mạch nhánh song song 2a( a số đôi nhánh), số dẫn nhánh N , sức điện động phần ứng là: 2a Eu N N E td 2a 2a tb (5-4) B lv Tốc độ dài v xác định theo tốc độ quay n (vòng/phút): v Dn 60 (5-5) Từ thông cực từ là: Btb Dl 2p (5-6) Suy ra: Eu pN n k E n 60a (5-7) Trong đó: 105 Chương V Máy điện chiều p: số đôi cực Hệ số k E pN phụ thuộc vào kết cấu máy gọi hệ số kết cấu 60a Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay phần ứng từ thông cực từ Muốn thay đổi sức điện động ta điều chỉnh tốc độ quay, điều chỉnh từ thơng cách điều chỉnh dịng điện kích từ Muốn đổi chiều sức điện động, ta đổi chiều quay đổi chiều dịng điện kích từ Cơng suất điện từ, moment điện từ máy điện chiều Công suất điện từ máy điện chiều: Pđt = Eư.Iư (5-8) Thay giá trị Eư 5-7 vào -8 ta có: Pđt = pN nI u 60a (5-9) Moment điện từ là: Mđt = Pdt r (5-10) r tần số góc quay rơto, tính theo tốc độ quay n(vịng/phút) biểu thức: r 2n 60 Thay -9 -11 vào -10, ta có biểu thức moment điện từ là: pN I u k M I u Mđt = 2 a pN phụ thuộc vào kết cấu máy Trong hệ số k M = 2a (5-11) (5-12) Moment điện từ Mđt tỷ lệ với dòng điện phần ứng Iư từ thông Muốn thay đổi moment điện từ, ta phải thay đổi dòng điện phần ứng Iư thay đổi dịng điện kích từ Ikt muốn đổi chiều moment điện từ phải đổi chiều dòng điện phần ứng dịng điện kích từ IV PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Dựa vào phương pháp cung cấp dịng điện kích từ, người ta chia máy điện chiều loại sau: - Máy điện chiều kích từ độc lập: dịng điện kích từ máy lấy từ nguồn điện khác không liên hệ với phần ứng máy (hình -9a) - Máy điện chiều kích từ song song: dây quấn kích từ nối song song với mạch phần ứng (hình 5-9b) - Máy điện chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ nối tiếp với mạch phần ứng (hình -9c) 106 Chương V Máy điện chiều - Máy điện chiều kích từ hỗn hợp: gồm hai dây quấn kích từ dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp, thường dây quấn kích từ song song chủ yếu ( hình 5-9d) F F F F a) b) c) d) Hình 5-9 Các phương pháp cung cấp dịng kích từ máy điện chiều Máy phát điện chiều kích từ độc lập Sơ đồ máy phát điện kích từ độc lập vẽ hình 8-10a R I A U Eö A Iö Ikt R Ukt a) c) Hình 5-10 Sơ đồ đặc tính máy phát điện chiều kích từ độc lập - Phương trình dịng điện: Iư = I - Phương trình cân điện áp: + Mạch phần ứng: U = Eư – Rư.I 107 Chương V Máy điện chiều + Mạch kích từ: Ukt = Ikt(Rkt + Rđc) Trong đó: Rư điện trở dây quấn phần ứng Rkt điện trở dây quấn kích từ Rđc điện trở điều chỉnh Đường đặc tính ngồi U = f(I) tốc độ dịng điện kích từ khơng đổi, vẽ hình -10b Khi tải tăng, điện áp giảm, độ giảm điện áp khoảng – 10% điện áp không tải Để giữ cho điện áp máy phát không đổi, phải tăng dịng điện kích từ Đường đặc tính điều chỉnh Ikt = f(I),khi giữ điện áp tốc độ khơng đổi, vẽ hình -10c Máy phát điện kích từ song song Sơ đồ máy phát điện kích từ song song vẽ hình 8-11a - Phương trình dịng điện: Iư = I + Ikt - Phương trình cân điện áp: + Mạch phần ứng: U = Eư – Rư.Iư + Mạch kích từ: Ukt = Ikt(Rkt + Rđc) Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng tăng, điện áp rơi phần ứng phản ứng phần ứng tăng, hai nguyên nhân làm điện áp U hai đầu cực giảm máy phát điện kích từ độc lập, máy phát điện kích từ song song cịn thêm ngun nhân U giảm làm cho dịng điện kích từ giảm, từ thông sức điện động giảm, đường đặc tính ngồi dốc so với máy phát điện kích từ độc lập có dạng hình -11b Để điều chỉnh điện áp, ta phải điều chỉnh dịng điện kích từ, đường đặc tính điều chỉnh Ikt = f(I), U tốc độ khơng đổi, vẽ hình 8-11c R I A U Eư I Iư Ikt R A Ikt a) c) Hình 5-11 Sơ đồ đặc tính máy phát điện chiều kích từ song song 108 Chương V Máy điện chiều Máy phát điện kích từ nối tiếp Sơ đồ nối dây hình -12a Dịng điện kích từ dịng điện tải, tải thay đổi, điện áp thay đổi nhiều, thực tế khơng sử dụng máy phát kích từ nối tiếp Đường đặc tính ngồi U = f(I) vẽ hình 8-12b R I A U Rktnt Eư Iư a) b) Hình 5-12 Sơ đồ đặc tính máy phát điện chiều kích từ nối tiếp - Phương trình dịng điện: Iư = I = Ikt - Phương trình cân điện áp: + Mạch phần ứng: U = Eư – (Rư +Rktnt).Iư 8.4.4 Máy phát điện kích từ hỗn hợp Sơ đồ nối dây hình -13a Khi nối thuận, từ thơng dây quấn kích từ nối tiếp chiều với từ thông dây quấn kích từ song song, tải tăng, từ thơng cuộn dây kích từ nối tiếp tăng làm cho từ thơng máy tăng lên, sức điện động máy tăng, điện áp đầu cực máy giữ không đổi, trương hợp bù đủ Đây ưu điểm lớn máy phát điện kích từ hỗn hợp Đường đặc tính ngồi U = f(I) vẽ hình -13b Khi bù dư đường đặc tính dốc lên 109 Chương V Máy điện chiều R I A U Rktnt Iktnt Eư Iư Iktss R Rktss A Ikt a) Hình 5-13 Sơ đồ đặc tính máy phát điện chiều kích từ hỗn hợp - Phương trình dịng điện: I = Iktnt Iư = I + Iktss - Phương trình cân điện áp: + Mạch phần ứng: U = Eư – Rư.Iư – I.Rktnt + Mạch kích từ: Ukt = Iktss(Rktss + Rđc) – I.Rktnt Khi nối chiều ngược, từ trường dây quấn kích từ nối tiếp ngược với chiều từ trường dây quấn kích từ song song, tải tăng, điện áp giảm nhiều Đường đặc tính ngồi U = f(I) vẽ hình -13c Đường đặc tính ngồi dốc, nên sử dụng làm máy hàn điện chiều V ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Mở máy động điện chiều Phương trình cân điện áp mạch phần ứng là: U = Eư + Rư.Iư (5-13) Khi mở máy, tốc độ n = 0, sức phản điện Eư = kE.n. = Dòng điện phần ứng lúc mở máy là: Iưmm = U Ru (5-14) Vì Rư nhỏ nên Iư mm lớn khoảng 2030 lần Iđm dễ làm hỏng cổ góp, chổi than ảnh hưởng đến lưới điện Để giảm dòng mở máy, đạt I mm = (1,5 2)Iđm, ta dùng biện pháp sau: 110 Chương V Máy điện chiều - Dùng biến trở mở máy (như hình 5-14), lúc này: Iưmm = U Ru Rmm (5-15) - Giảm điện áp đặt vào phần ứng Rđc Rmm A Hình 8-14 Sơ đồ mở máy động điện chiều Điều chỉnh tốc độ động điện chiều Từ phương trình 8-13, rút ra: Eư = U – Rư.Iư Thay trị số Eư = kE.n., ta có phương trình: U Ru I u n k E Từ phương trình -16, ta có phương pháp sau: - Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng - Thay đổi điện áp U - Thay đổi từ thơng (5-16) Động điện kích từ song song Sơ đồ nối dây hình -15a Để mở máy ta dùng biến trở mở máy Rmm - Đường đặc tính n = f(M) hình -15b, thêm điện trở phụ Rp vào mạch phần Ru R p U M ứng ta có phương trình đặc tính sau: n k E k E k M - Họ đặc tính thay đổi từ thơng vẽ hình 5-15d - Họ đặc tính thay đổi điện áp đặt vào phần ứng vẽ hình -15e - Đặc tính làm việc: đường đặc tính làm việc xác định điện áp dòng điện kích từ khơng đổi Đó đường quan hệ tốc độ n, moment M, dòng điện phần ứng Iư hiệu suất theo công suất trục P2, vẽ hình -14c 111 Chương V Máy điện chiều Rmm Iư Ikt Eư A Rp a) Hình 5-15 Sơ đồ hoạt dộng đặc tính động điện chiều kích từ song song Động kích từ nối tiếp Sơ đồ nối dây vẽ hình -16a sơ đồ điều chỉnh tốc độ điện trở phụ, hình -6b hình -6c sơ đồ điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông 112 Chương V Máy điện chiều - Đường đặc tính n = f(M) hình -16d, có dạng hình hypebol, moment tăng tốc độ động giảm Khi khơng tải tải nhỏ , dịng điện từ thông nhỏ, tốc độ động tăng lớn gây hỏng động mặt khí, khơng cho phép động kích từ nối tiếp làm việc không tải tải nhỏ - Đường đặc tính làm việc vẽ hình 5-16e, động phép làm việc với tốc độ n nhỏ tốc độ giới hạn , đường đặc tính vùng làm việc vẽ đường nét liền A I a) b) c) Hình 5-16 Sơ đồ hoạt dộng đặc tính động điện chiều kích từ nối tiếp Động kích từ hỗn hợp Sơ đồ nối dây vẽ hình -17a dây quấn kích từ nối thuận làm từ thơng tăng nối ngược làm từ thông giảm 113 Chương V Máy điện chiều U Rkt A Ikt I Iư Eư a) b) Hình 5-17 Sơ đồ hoạt dộng đặc tính động điện chiều kích từ hỗn hợp Đặc tính động kích từ hỗn hợp hình -17b, nối thuận (đường 1) trung bình đặc tính động kích từ song song (đường 2) nối tiếp (đường 3) động làm việc nặng nề, dây quấn kích từ nối tiếp dây quấn kích từ chính, cịn dây quấn kích từ song song dây quấn phụ nối thuận Động kích từ hỗn hợp có dây quấn kích từ nối tiếp dây quấn phụ nối ngược, có đặc tính cứng (đường 4), nghĩa tốc độ quay khơng đổi CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG V Cấu tạo nguyên lý làm việc máy phát điện chiều Sức điện động momen điện từ máy điện chiều Phân loại sơ đồ đấu dây loại máy điện chiều Mở máy điều chỉnh tốc độ động điện chiều VI BÀI TẬP CHƯƠNG V Bài 1: Một máy phát điện chiều kích từ song song Pđm = 10KW, Uđm = 230V, Rư = 0,05; Rkt = 57,5 Tính suất điện động phần ứng Eư Lời giải: Pdm = 43,48A Iđm = U dm U Ikt = dm = 4A Rkt Iu = Idm + Ikt = 47,48A Eu = U +IưRư = 232,37V Bài 2: Máy phát điện chiều kích từ song song có Pđm = 7,5KW, Uđm = 220V, điện trở mạch phần ứng Rư = 0,1, tốc độ n = 850 vịng/phút, điện trở mạch kích từ Rkt = 220 Cho máy làm 114 Chương V Máy điện chiều việc chế độ động điện kích từ song song với U = 220V, dòng điện phần ứng dịng điện kích từ chế độ máy phát Tính tốc độ quay chế độ động Lời giải: P Iđm = dm = 34A U dm U Ikt = dm = 1A Rkt * Ở chế độ máy phát Iưmf = Iđm + Ikt = 35A Eưmf = U + Iư Rư = 223,5V * Ở chế độ động Iưđc = Iđm – Ikt = 33A Eưđc = U –Iư Rư = 216,7V Eumf E udc * n mf E * nđc = = 824,14 v/p udc Suy ndmmf Eumf n dmdc Bài 3: Máy phát điện chiều kích từ song song: Pđm = 50KW, Uđm = 110V, Rư = 0,01, n = 1440 vòng/phút, Rkt = 11 Cho làm việc chế độ động kích từ song song với U = 110V, dịng điện phần ứng kích từ chế độ máy phát Tính tốc độ động Lời giải: * Chế độ máy phát P Iđm = dm = 454,5A U dm U Ikt = dm = 10A Rkt Iưmf = Iđm + Ikt = 464,5A Eưmf = U + Iư Rư = 114,645V * Chế độ động Iưđc = Iưmf = 464,5A Iktđc = Iktmf = 10A Eưđc = U –Iư Rư = 105,355V E udc * n mf E udc n = 1323 v/p dc Suy nđc = E umf nmf Eumf Bài 5.4: Một máy phát điện kích từ song song có Pđm = 10 KW; Uđm = 250V; Rư = 0,1; Rkt = 250; nđm = 800vòng/ phút Người ta sử dụng máy phát làm động đấu vào nguồn có Uđm = 250V, cho động làm việc với I I chế độ máy phát a.Tính tốc độ động b.Tính mơmen điện từ động Lời giải P Iđm = dm = 40A U dm 115 Chương V Máy điện chiều U dm = 1A Rkt * Chế độ máy phát Iưmf = Iđm + Ikt = 41A Eưmf = U +Iư Rư = 254,1V * Chế độ động Iưđc = Iđm – Ikt = 39A Eưđc = U –Iư Rư = 246,1V Eumf E udc * n mf E * = 774,8 v/p udc Suy nđc = ndmmf Eumf n dmdc Ikt = * Pđt = Eưđc* Iưđc = 9597,9W P * Mđm = 9,55 dm = 118,3Nm n Bài 5: Một động điện chiều kích từ hỗn hợp có Pđm = 20KW, Uđm = 230V, Rư = 0,04, Rktnt = 0,01, Rktss = 71,8, nđm = 1150 vịng/phút Tính sức điện động dây quấn phần ứng Eư momen định mức Mđm Lời giải P Iđm = dm = 86,96A U dm U Iktss = dm = 3,2A Rkt Iư = Iđm – Iktss = 83,76A Eư = Uđm –Iư (Rktnt + Rư) = 221,6V P Mđm = 9,55 dm = 166,1Nm n Bài 5.6: Một động điện chiều kích từ song song điện áp định mức Uđm = 220V; dòng điện định mức Iđm = 502A; dịng điện kích từ song song Ikt = 4,3A , điện trở phần ứng Rư = 0,011 Người ta sử dụng động chế độ máy phát với dòng điện Iư , Ikt, tốc độ n chế độ động điện Xác định công suất điện P máy phát điện áp U máy phát P = 103,12kW; U = 209 V Đáp số: Bài 7: Một động chiều kích từ song song có Pđm =5,5kw; Uđm =110V; Iđm =58A; nđm =1450v/p; Rư =0,15; Rkt =137; 2Utx = 2V Hãy xác định sức điện động phần ứng, dịng điện phần ứng mơ men điện từ Đáp số: Iư = 93,35 A; Eư = 204,13 V; Mđm = 179,54 N.m Bài 8: Một động điện chiều kích từ hỗn hợp, điện trở phần ứng Rư = 0,06; Rktss=125; Rktnt=0,04 Khi làm việc với điện áp U=250V, dịng điện I=200A Mơmen đện từ Mđt = 696Nm 1) Tính cơng suất điện động tiêu thụ 2) Tính tốc độ động n Đáp số: 116 nđc = 625,7 v/p Đáp số: P = 50kW; Chương V Máy điện chiều Bài 8.9: Một máy phát điện kích từ song song có số liệu sau : Iđm =28,5A; Uđm =230V, dịng điện kích từ định mức Iđm = 0,5A , tốc độ định mức, n =1000 v/ph, điện trở mạch phần ứng Rư = 0,7 Tính sức điện động phần ứng lúc làm việc định mức Tính điện trở mạch kích từ song song Tính dịng điện ngắn mạch ngắn mạch đầu cực máy phát, cho biết từ thông dư 7% từ thông làm việc định mức Đáp số : Eư = 250,3 V; Rktss = 460; Inm = 25,03 A 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TH.S NGUYỄN TRỌNG THẮNG, TH.S LÊ THANH HỒNG, Giáo trình Kỹ Thuật Điện, Nhà xuất ĐHQG HCM, 2008 ... Như vậy, mạch điện có điện trở mắc song song, ta có: - Dịng điện chạy qua điện trở - Điện áp toàn mạch tổng điện áp điện trở - Điện trở tương đương mạch tổng điện trở thành phần Mạch điện trở mắc... dung Mạch điện xoay chiều điện dung mạch điện có điện dung C điện trở nhỏ coi khơng đáng kể Giả sử có dịng điện: i = I m.sint ( 2-1 6) qua tụ điện điện dung C (hình 2-1 1), điện áp tụ điện là: uC... Hình 1-3 Điện áp dịng điện điện trở Công suất Công suất P đại lượng đặc trưng cho khả thu phát lượng điện trường địng điện Cơng suất định nghĩa tích số dịng điện điện áp: - Nếu dịng điện điện