GIÁO TRÌNH MÔN HỌC MÁY ĐIỆN 1 NGÀNHNGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giáo trình Máy điện SỞ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MÔN HỌC MÁY ĐIỆN 1 NGÀNHNGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNGTRUNG CẤP Ban hành kèm theo Qu.giáo trình học tập, tài liệu cao đẳng đại học, luận văn tiến sỹ, thạc sỹ

SỞ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: MÁY ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: 234 /QĐ – CĐN ngày tháng năm 2020 Trường Cao Đẳng Nghề Hà Nam Hà Nam, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên 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 Dựa theo giáo trình này, sử dụng để giảng dạy cho trình độ nghề ngành/ nghề khác nhà trường LỜI GIỚI THIỆU Cùng với phát triển chung đất nước, ngành cơng nghiệp tự động hóa phát triển, nhằm thay phần cho người, giảm bớt nhân công chi phí Các dây chuyền tự động hóa sản xuất cần thiết nhà máy, xí nghiệp, việc cung cấp, sử dụng thiết bị để lắp đặt dây chuyền vô quan trọng cần thiết Môn học “ Máy điện ” môn chuyên ngành nhằm cung cấp kiến thức cho người học, sau trường đảm nhận công việc cụ thể nhà máy, xí nghiệp Đồng thời giúp người học hiểu sâu chất, thâm nhập thực tế, củng cố nâng cao trình độ chun mơn Đặc biệt trường Cao Đẳng Nghề Hà Nam giáo trình” Máy điện 1” tài liệu quan trọng, có ý nghĩa thiết thực cho việc giảng dạy học tập giảng viên học sinh Khi biên soạn, cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường có thề sử dụng cho phù hợp Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hoàn thiện Hà Nam, ngày 10 tháng năm 2020 Tham gia biên soạn Chủ biên: Nguyễn Thị Tuyến MỤC LỤC Trang LỜI GIỚI THIỆU BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Mã chương: MH17 – 00 Các định luật điện từ dùng máy điện 1.1 Định luật lực điện từ 1.2 Hiện tượng cảm ứng điện từ 1.3 Sức điện động cảm ứng dân dẫn chuyển động cắt từ trường 1.4 Tự cảm hỗ cảm Định nghĩa phân loại máy điện 2.1 Định nghĩa 2.2 Phân loại máy điện Nguyên lý máy phát động điện 3.1 Nguyên lý máy phát điện 3.2 Nguyên lý động điện 10 Sơ lược vật liệu chế tạo máy điện 11 4.1 Vật liệu dẫn điện 11 4.2 Vật liệu dẫn từ 11 4.3 Vật liệu cách điện 11 Phát nóng làm mát máy điện 12 CHƯƠNG 1: MÁY BIẾN ÁP 13 Mã chương: MH17-01 13 Khái niệm chung 13 1.1 Định nghĩa 14 1.2 Các loại máy biến áp 14 1.3 Công dụng máy biến áp 15 Cấu tạo máy biến áp 15 Các đại lượng định mức 19 Nguyên lý làm việc máy biến áp 20 Mô hình tốn máy biến áp 21 5.1 Nhận xét 21 5.2 Phương trình cân điện áp sơ cấp 22 5.3 Phương trình cân điện áp thứ cấp 23 5.4 Phương trình cân từ 23 5.5 Sơ đồ thay máy biến áp 24 Các chế độ làm việc máy biến áp 25 6.1 Chế độ không tải 25 6.2 Chế độ có tải 26 Máy biến áp pha 27 7.1 Công dụng 27 7.2 Nguyên lý cấu tạo chung 27 7.3 Hệ số biến áp 30 7.4 Tổ nối dây máy biến áp 31 Sự làm việc song song máy biến áp 33 Máy biến áp đặc biệt 35 9.1 Máy biến áp tự ngẫu 35 9.2 Máy biến dòng điện (TI, BI) 37 9.3 Máy biến áp đo lường (TU, BU) 39 9.4 Máy biến áp hàn 39 9.5 Máy biến áp chỉnh lưu 41 CHƯƠNG 2: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 45 Mã chương: MH17-02 45 Khái niệm phân loại 45 1.1 Khái niệm 45 1.2 Công dụng máy điện không đồng 46 1.3 Phân loại máy điện không đồng 46 1.4 Các số liệu định mức động không đồng ba pha là: 46 Cấu tạo máy điện không đồng ba pha 46 2.1 Phần tĩnh ( stato) 47 2.2 Phần quay (Roto) 48 Biểu đồ lượng hiệu suất dộng có điện khơng đồng 58 6.1 Biểu đồ lượng 58 6.2 Hiệu suất động cơ: (%) 58 Mô men quay động không đồng pha 59 7.1 Quá trình biến đổi điện thành 59 7.2 Chiều quay động không đồng pha 60 Mở máy động không đồng pha 60 8.1 Khái niệm 60 10.4 Sử dụng động không đồng pha vào lưới điện pha 80 4.5 Các đường đặc tính máy phát điện đồng 116 Sự làm việc song song máy phát điện đồng 118 5.1 Khái niệm 118 CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 128 Mã chương: MH17 - 04 128 Khái quát chung 128 1.1 Khái niệm máy phát điện chiều 128 1.2 Phân loại máy điện chiều 129 2.1 Phần cảm 130 Công suất điện từ mômen điện từ máy điện chiều 140 CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC Tên môn học: Máy điện Mã môn học: MH17 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học - Vị trí: Mơn học học sau mơn học An tồn lao động, Mạch điện mơ đun Đo lường điện - Tính chất: Là mơn học chuyên môn, thuộc môn học đào tạo bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mơn học: Có vị trí quan trọng chương trình đào tạo nghề điện cơng nghiệp Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Mơ tả cấu tạo, phân tích ngun lý loại máy điện + Phân tích phản ứng phần ứng xảy máy phát điện đồng + Trình bày phương pháp mở máy, đảo chiều quay, điều chỉnh tốc độ động điện chiều - Về kỹ năng: + Tính tốn thông số kỹ thuật máy điện + Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn máy điện + Tính tốn dây quấn máy biến áp cơng suất nhỏ - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Chủ động giải cơng việc tính toán vẽ sơ đồ trải, bảo dưỡng sửa chữa máy điện điều kiện làm việc thay đổi + Có lực đánh giá, giám sát người khác thực nhiệm vụ tính tốn vẽ sơ đồ trải, bảo dưỡng sửa chữa máy điện; chịu trách nhiệm cá nhân trách nhiệm nhóm + Có tư tổ chức cơng việc chuyên môn, đánh giá chất lượng sản phẩm bảo dưỡng sửa chữa máy điện sau hoàn thành kết thực thành viên nhóm Nội dung mơn học: BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN Mã chương: MH17 – 00 Giới thiệu: Nội dung gồm kiến thức bản, định luật điện từ dùng máy điện, chế độ làm việc máy điện Mục tiêu: - Phát biểu định luật điện từ máy điện - Phân tích nguyên lý hoạt động máy phát động điện - Giải thích q trình phát nóng làm mát máy - Phát huy tính tích cực, chủ động, cẩn thận cơng việc Nội dung chính: Các định luật điện từ dùng máy điện 1.1 Định luật lực điện từ Khi dẫn mang dòng điện đặt vng góc với đường sức từ trường, dẫn chịu lực điện từ tác dụng có trị số là: F= B.I.l (1.1) Trong đó: - B cường độ từ cảm (T) - I dòng điện chạy dẫn (A) - l chiều dài tác dụng dẫn (m) - F lực điện từ đo Newton (N) Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái (hình 1-1) Hình 1-1 Xác định lực điện từ quy tắc bàn tay trái 1.2 Hiện tượng cảm ứng điện từ Khi từ thông  = (t) xuyên qua vòng dây biến thiên vòng dây cảm ứng sức điện động e(t) Sức điện động có chiều cho dịng điện sinh tạo từ thông chống lại biên thiên từ thơng sinh (hình 12).Sức điện động cảm ứng vịng dây tính theo cơng thức Măcxoe Hình 1.2 Chiều dương sđđ cảm ứng phù hợp với từ thông theo quy tắc vặn nút chai 1.3 Sức điện động cảm ứng dân dẫn chuyển động cắt từ trường Khi dẫn chuyển động thẳng vng góc với đường sức từ trường (đó trường hợp thường gặp máy phát điện), dẫn cảm ứng sức điện động e: e = Blv (1.4) Trong đó: - B từ cảm đo Tesla (T) - l chiều dài hiệu dụng dẫn (phần dẫn nằm từ trường) đo mét (m) - v tốc độ dẫn đo m/s - Chiều sức điện động cảm ứng xác định theo quy tắc bàn tay phải 1.4 Tự cảm hỗ cảm a Hiện tượng tự cảm: Là tượng xuất sức điện động cảm ứng mạch biến thiên từ thơng gây i dịng điện mạch (hình 1-4) Hình 1- Hiện tượng tự cảm  = L.i (1.5) cuộn dây có dịng điện Với L hệ số tự cảm (Henri – H) etc = -d/dt = -dLi/dt = -Ldi/dt (1.6) b Hiện tượng hỗ cảm: Hiện tượng hỗ cảm hai mạch xuất sức điện động cảm ứng hai mạch làm biến thiên dòng 21 = M21.i Tương tự: 12 = M12.i2 M21 = M12 = M Khi i1 biến thiên  21 biến thiên qua cuộn sinh sức điện động cảm ứng: ecư2 = -d21/dt = -M.di1/dt M độ hỗ cảm hai mạch Định nghĩa phân loại máy điện 2.1 Định nghĩa Máy điện hệ điện từ, thiết bị điện từ, làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, cấu tạo gồm mạch từ (lõi thép) mạch điện (dây quấn), dùng để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại điện thành (động điện), dùng để biến đổi thông số điện điện áp, dòng điện, tần số, số pha 2.2 Phân loại máy điện Máy điện có nhiều loại có nhiều cách phân loại khác Ở ta phân loại máy điện dựa vào nguyên lý biến đổi lượng sau : a Máy điện tĩnh Máy điện tĩnh làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, biến đổi từ thông cuộn dây khơng có chuyển động tương Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện máy biến áp biến điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều có giá trị khác, b Máy điện quay (hoặc có loại chuyển động thẳng) Máy điện quay làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ từ trường dòng điện cuộn dây gây Loại máy nầy dùng để biến đổi dạng lượng thành điện (máy phát điện) ngược lại điện thành (động điện) Q trình biến đổi lượng nầy có tính thuận nghịch nghĩa máy điện làm việc chế độ máy phát điện động điện Sơ đồ phân loại máy điện thường gặp: c Tính thuận nghịch máy điện Nếu ta cho nguồn điện chiều vào dây quấn rôto động điện, sau dùng động sơ cấp kéo rôto quay, lấy nguồn điện từ dây quấn phần ứng máy phát điện Ngược lại, ta đem máy phát điện cấp nguồn điện cho dây quấn stato rôto ta thấy rôto quay làm việc động điện Giả sử có máy điện chiều làm việc chế độ máy phát ta có dịng điện đưa: I ­  E­ nghĩa Eư >U, máy sinh mômen điện từ hãm Nếu ta R­ giảm từ thông Ф tốc độ n, gây giảm Eư xuống thích hợp đặt Eư nhỏ U, làm dịng điện Iư đổi chiều, Eư Iư ngược chiều Do chiều từ thông không đổi nên mômen điện từ ( M= C.M.Ф.Iư ) đổi dấu, tức M n chiều mômen điện từ từ mơmen hãm máy phát biến thành mômen quay Máy chuyển từ máy phát điện sang động điện, tách động sơ cấp ta động điện chiều * Kết luận: Về nguyên lý máy phát điện động điện có tính thuận nghịch, sử dụng thay cho Nhưng thực tế chế tạo, muốn để máy phát động điện làm việc với hiệu suất cao cần phải có kỹ thuật điều chỉnh phần chết Nguyên lý máy phát động điện 3.1 Nguyên lý máy phát điện Khi dây dẫn chuyển động với tốc độ v mặt phẳng vng góc với đường sức, ta thấy sđđ dây dẫn E = B.l.v Nếu mạch dây dẫn nối với phụ tải bên ngồi R mạch có dòng điện I Dòng điện qua dây dẫn làm suất lực điện từ F = B.l.I có chiều xác định theo qui Trong thực tế Để điện áp lớn đập mạch, người ta chế tạo dây quấn phần ứng với nhiều phần tử dây quấn, nối nhiều phiến góp vành đổi chiều phần từ nối tiếp với phiến góp(hình 5-9b) Ở chế độ máy phát, dịng điện phần ứng Iư chiều với sức điện động phần ứng Eư Phương trình cân điện áp là: U = Eư - RưIư Trong đó: 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 Trên nguyên lý làm việc máy phát điện chiều 3.2 Nguyên lý làm việc động điện chiều Hình 4.10 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 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 khơng đổi, đảm bảo động có chiều quay không đổi Khi động 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 Ở động cơ, chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư gọi sức phản điện Phương trình cân điện áp là: U = Eư + RưIư Trên nguyên lý làm việc động điện chiều - Trong thực tế để nâng cao hiệu suất làm việc công suất động cơ, người ta chế tạo dây quấn phần ứng với nhiều phần tử dây quấn, nối nhiều 136 phiến góp vành đổi chiều phần từ nối tiếp với phiến góp 3.3 Các phương pháp kích từ máy điện chiều * Khái niệm Là phương pháp nối dây phần cảm với phần ứng máy điện chiều Trong thực tế tuỳ theo đặc tính mang tải mà người ta chọn phương pháp kích từ cho máy làm việc * Phương pháp kích từ độc lập máy điện chiều  Sơ đồ nguyên lý: ICKT + CKT Eư Hình 4.11 Phương pháp kích từ độc -lập máy điện chiều  Đặc điểm - Từ thông phần cảm phần ứng khơng phụ thuộc lẫn hai mạch độc lập khơng nối với - Có khả điều chỉnh điện áp phạm vi rộng, công suất lớn, điện áp thấp( 4- 24 )v, điện áp cao 600 v * Phương pháp kích từ nối tiếp  Sơ đồ nguyên lý - +  I­ kt U R  (5.2) kt I kt R  r­  R kt kt I CKT Trong đó: - rư điện trở dây quấn phần ứng có giá trị nhỏ, momen mở máy lớn - Rkt diện trở dây quấn phần kích từ 137 Eư Hình 4.12 Phương pháp kích từ nối tiếp máy điện chiều * Phương pháp kích từ song song * Sơ đồ nguyên lý: * Đặc điểm Dây quấn kích từ song song với dây quấn phần ứng IKT đ/chỉnh = (1-5%)Iư + CKT Eư - Hình 4.13 Phương pháp kích từ song song máy điện chiều * Phương pháp kích từ hỗn hợp (nối tiếp song song) - Sơ đồ nguyên lý: * Đặc điểm - Có dây quấn nối tiếp với dây quấn phần ứng Hình 4.14 Phương pháp kích từ hỗn hợp - Có dây quấn song song với dây quấn phần ứng Tuỳ theo đặc tính tải mà cho cuộn làm dây quấn kích từ 4.Từ trường sức điện động máy điện chiều 4.1 Từ trường máy điện chiều Khi máy điện chiều không tải, từ trường máy dịng điện kích từ gây gọi từ trường cực từ Trên hình 5.15 vẽ từ trường cực từ Từ trường cực từ phân bố đối xứng, trung tính hình học mn dẫn chuyển động qua khơng cảm ứng sức điện động B  B  BU a) b) Hình 15 Vẽ từ trường cực từ c) Khi máy điện có tải, dịng điện Iư dây quấn phần ứng sinh từ trường phần ứng(hình 4.15a) Từ trường phần ứng hướng vng góc với trường cực từ 138 Tác dụng từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi phản ứng phần ứng, từ trường máy từ trường tổng hợp từ trường cực từ từ trường phần ứng (hình 4.15b).Trên hình (4.5c)vẽ từ trường tổng hợp mỏm cực từ, từ trường tăng cường (ở từ trưịng phần ứng trùng chiều với từ trường cực từ), mỏm cực kia, từ trường bị yếu (ở tư trờng phần ứng ngược chiều với từ trương cực từ Hậu phản ứng phần ứng là: a) Từ trường máy bị biến dạng: Điểm trung tính dịch chuyển từ trung tính hình học đến vị trí gọi trung tính vật lý m , n, Góc lệch pha β thường nhỏ lệch theo chiều quay rôto máy phát điện ngược chiều quay rôto động điện Ở vị trí trung tính hình học, từ cảm B≠0, dẫn chuyển động qua cảm ứng sức điện động, gây ảnh hưởng xấu đến việc đổi chiều b) Khi tải lớn, dòng điện phần ứng lớn, từ trường phần ứng lớn, phần mỏm cực từ trường tăng cường bị bão hoá, từ cảm B tăng lên ít, đó, mỏm cực từ trường giảm nhiều, kết từ thông máy bị giảm xuống Từ thông giảm kéo theo sức điện động phần ứng Eư giảm, làm cho điện áp đầu cực máy phát giảm Ở chế độ động Hình 4.16 cơ, từ thơng giảm làm cho mô men quay giảm, tốc độ động thay đổi Để khắc phục hậu trên, người ta dùng cực từ phụ dây quấn bù.Từ trường cực từ phụ dây quấn bù ngược với từ trường phần ứng Để kịp thời khắc phục phản ứng phần ứng tải thay đổi, dây quấn cực từ phụ dây quấn bù đấu nối tiếp với mạch phần ứng (hình 4-16) 4.2 Sức điện động phần ứng a Sức điện động dẫn Khi quay rôto, dẫn dây quấn phần ứng cắt từ trường, dẫn cảm ứng sức điện động: E = Btblv Trong đó: - Btb cường độ từ cảm trung bình cực từ - v tốc dài dẫn - l chiều dài hiệu dụng dẫn b Sức điện động phần ứng Eư Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối tiếp thành mạch vịng kín Các chổi điện chia dây quấn thành nhiều nhánh song song Sức điện động phần ứng tổng sức điện động dẫn nhánh Nếu số 139 dẫn dây quấn N, số nhánh song song 2a (a đôi nhánh), số dẫn nhánh N/2a, nên sức điện động phần ứng là: N N E­  e  B l.v 2a 2a tb Tốc độ dài v xác định theo tốc độ quay n(vg/ph) Bằng công thức:  Dn v  60 Thay (2) vào (1) rằng, từ thông  cực từ là:   Btb  Dl 2p pN n 60a E­  kE n cuối ta có: E­  Hoặc: Trong đó: P số đơi cực từ Hệ số: kE  pN phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn phần ứng 60a * Nhận xét: Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay từ thông Φ cực từ Muốn thay đổi trị số sức điện động, ta điều chỉnh tốc độ quay, điều chỉnh dịng điện kích từ Muốn đổi chiều sức điện động đổi chiều quay, đổi chiều dịng điện kích từ Công suất điện từ mômen điện từ máy điện chiều a Công suất điện từ máy điện chiều * Định nghĩa: Công suất điện từ (Pđt) công suất biến đổi lượng từ lượng thành lượng điện trường hợp máy phát điện hay từ lượng điện sang lượng trường hợp động điện * Công thức tính: P®t  E­ I­ Thay giá trị Eư vào ta có: P®t  pN n I ­ 60a * Kết luận: Cơng suất điện từ tích số sức điện động với dịng điện phần ứng b Mơmen điện từ máy điện chiều Trong trình làm việc máy điện chiều dù chế độ máy phát hay động xảy lực tác dụng tương hỗ lực dòng điện phần ứng 140 lực dịng điện kích từ tạo Cả tạo nên lực điện từ xác định bằng: Fđt=B.l.v Momen điện từ sinh dây dẫn: Md  Fd d p   I­ 2 a Nếu có N dây dẫn có momen tác dụng lên trục Roto thì: M  Md N  Fd d N Trong đó: M mơmen tổng: M  km I ­  Trong đó: - km hệ số chế tạo phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn: pN km  2 a - N số dây dẫn có dịng điện qua sinh từ trường Fđt - P số đối cực - a hệ số kết cấu Chú ý: Momen máy điện 1chiều tức momen quay động mơmen hãm máy phát, tính tích số dịng điện phần ứng từ thông máy Muốn thay đổi mômen điện từ, ta phải thay đổi dòng điện phần ứng Iư thay đổi dịng điện kích từ Ikt Muốn đổi chiều mơmen điện tư phải đổi chiều dòng điện phần ứng dịng điện kích từ Tia lửa điện cổ góp biện pháp khắc phục Khi máy điện làm việc, trình đổi chiều thường gây tia lửa chổi than cổ góp Tia lửa lớn gây nên vành lửa xung quanh cổ góp, phá hỏng chổi than cổ góp, gây tổn hao lượng, ảnh hưởng xấu đến môi trường gây nhiễu đến làm việc thiết bị điện tử Sự phát sinh tia lửa cổ góp nguyên nhân khí điện từ 6.1 Nguyên nhân a Nguyên nhân khí Do tiếp xúc cổ góp chổi điện khơng tốt, cổ góp khơng trịn, khơng nhẵn, chổi than khơng quy cách rung động chổi than cố định không tốt lực lị xo khơng đủ để tỳ sát chổi điện vào cổ góp b Nguyên nhân điện từ 141 Khi máy làm việc liên tiếp có phần tử chuyển từ mạch nhánh sang mạch nhánh khác, dịng điện phần tử đổi chiều Ta gọi phần tử phần tử đổi chiều Hình 4.17 Trên hình 4-17, thời điểm A phần tử b chuẩn bị chuyển từ nhánh bên trái sang nhánh bên phải chuẩn bị đổi chiều Ở thời điểm b phần tử b bị chổi than ngắn mạch Ở thời điểm C phần tử b chuyển sang nhánh phải, phần tử b vừa thực xong việc đổi chiều.Trong phần tử đổi chiều xuất sức điện động sau:  Sức điện động hỗ cảm eL, biến thiên dòng điện phần tử đổi chiều lân cận  Sức điện động eq từ trường phần ứng gây Ở thời điểm chổi than ngắn mạch phần tử đổi chiều, sức điện động sinh dòng điện i chạy quẩn phần tử ấy, tích luỹ lượng phóng dạng tia lửa vành góp chuyển động 6.2 Khắc phục - Loại trừ nguyên nhân khí - Làm giảm trị số sức điện động eL, eM, eq cách dùng cực từ phụ dây quấn bù để tạo nên phần tử đổi chiều sức điện động nhằm triệt tiêu sức điện động Từ trường dây quấn bù cực từ phụ phải ngược chiều với từ trường phần ứng Đối với máy công suất nhỏ, người ta không dùng cực từ phụ mà chuyển chổi than đến đường trung tính vật lý Máy phát điên chiều 7.1 Phân loại máy phát điện 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 - Máy điện chiều kích từ song song - Máy điện chiều kích từ nối tiếp - Máy điện chiều kích từ hỗn hợp 7.2 Các loại máy phát điện chiều 142 7.2.1 Máy phát điện chiều kích từ độc lập * Sơ đồ máy phát điện kích từ độc lập vẽ hình (5-18) Dịng điện kích từ It nguồn chiều ngồi máy tạo ra, khơng phụ thuộc dịng điện phần ứng Iư Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện chiều kích từ độc lập Các phương trình máy phát chiều kích từ độc lập: Phương trình dịng điện : Iư=I Phương trình điện áp: + Mạh kích từ: Ut=RmIt + Mạch phần ứng: Eư = U+RưIư (5.11) Trong đó: Ut điện áp nguồn kích từ tạo dịng điện kích từ It Rt điện trở cuộn dây kích từ Rđc biến trở điều chỉnh dịng điện kích từ Rmt= Rt+Rđc điện trở mạch kích từ Rư điện trở mạch phần ứng * Đặc tính khơng tải Đặc tính khơng tải quan hệ đường cong E = It(f) máy làm việc không tải I = tốc độ quay n = const (hình 5.15a) Nó dạng đường cong từ hóa Đây đặc tính quan trọng hầu hết đặc tính làm việc khác phụ thuộc vào Lưu ý điểm sau : • Lúc = có sức điện động nhỏ Edưdo từ dư lõi thép • Trong đoạn Edư A, sức điện động E tỷ lệ It • Trong đoạn chuyển tiếp AB, sức điện động E tăng chậm It Trong đoạn bão hoà BC, sức điện động E tăng lên không đáng kể Điểm làm việc bình thường máy nằm đoạn chuyển tiếp đoạn tuyến tính sức điện động E thay đổi nhiều theo dòng điện I t nên điện áp máy bị giao động, cịn đoạn bão hồ dịng điện It lớn làm tăng tổn hao kích từ * Đặc tính ngồi 143 Đặc tính ngồi máy phát điện chiều quan hệ U = f(I), n = const It= const (hình 4.15b) Nếu khơng có phản ứng phần ứng sức điện động E từ thơng Φ không đổi, nên U = Eư - RưIư đường thẳng xuống (đường 1) Nếu có phản phần ứng dịng điện tải I tăng, dịng điện phần ứng tăng, điện áp U giảm xuống nhiều (đường 2) hai nguyên nhân sau : • Tác dụng phản ứng phần ứng làm cho từ thông Φ giảm, kéo theo sức điện động Eư giảm • Điện áp rơi mạch phần ứng RưIư tăng * Đặc tính điều chỉnh Đó quan hệ It=I(f) giữ điện áp tốc độ máy phát khơng đổi vẽ hình (4.19c) Để giữ cho điện áp máy phát không đổi tải tăng, phải tăng dịng điện kích từ It dịng điện kích từ tăng để bù lại phản ứng phần ứng điện áp rơi dây quấn phần ứng a) Đặc tính khơng tải b) Đặc tính ngồi c) Đặc tính điều chỉnh Hình 4.19 Đặc tính điều chỉnh mạch điện kích từ độc lập Máy phát điện tự kích từ song song * Sơ đồ nguyên lý máy phát điện tự kích từ song song vẽ hình 4-16 Hình 4.20 Trình bày mạch điện tương đương máy phát điện chiều kích từ song song Ta thấy điện áp kích thích Ut lấy từ mạch phần ứng, Ut = U 144 Hình 4.20a Sơ đồ nguyên lý máy phát điện kích từ song song Hình 4.20b Điều kiện tự kích Các phương trình cân máy phát kích thích song song : Phương trình dịng diện : Iư = I +It Mạch phần ứng: U=Eư - RưIư Mạch kích từ: Ukt = Ikt(Rkt + Rđc) * Điều kiện tự kích Khi quay máy phát với tốc độ n tình trạng khơng tải (I = 0) máy không kich từ (It = 0) Nhờ có từ dư Φdư máy có sức điện động đầu cực máy Khi mạch kích từ nối với đầu cực máy phát, có hai trường hợp xảy :  Edư tạo dịng kích thích It dịng điện tạo từ thơng chiều với Lúc từ thông cực từ   t  d ­ tăng dần lên, sức điện động E tăng theo máy tự kích  Nếu t ngược chiều triệt tiêu d ­ máy khơng tự kích Giả sử máy tự kích chưa mang tải, lúc E I t nghiệm hệ sau : E = It(f) E = Rmt It Đường E=f(It) đặc tính khơng tải máy phụ thuộc tốc độ n, đường E=RmtIt đường thẳng phụ thuộc vào điện trở mạch kích từ Rmt tạo với trục It góc   aretagRm Hai đường cắt M Giả thiết giữ tốc độ quay n không đổi, Rmt tăng, đường thẳng tiếp xúc với đặc tính khơng tải ứng với điện trở tới hạn Rth, lúc điện áp khơng ổn định Nếu tiếp tục tăng Rmt máy làm việc với Edư Tóm lại điều kiện tự kích : Phải có từ dư máy 145 Từ thông sđđ Edư tạo phải chiều từ dư Biến trở mạch kích từ Rđc phải đủ nhỏ Chú ý: Chiều đấu dây mạch phần ứng mạch phần cảm phải phù hợp Chiều quay phần ứng phải phù hợp vận tốc phải lớn * Đặc tính ngồi Đó đường cong U = f(I), n = const, Rmt = const Khi dòng điện tải I tăng, điện áp U giảm, khiến It E giảm theo nên U giảm nhiều so với kích từ độc lập * Đặc tính điều chỉnh Để điều chỉnh điện áp, ta phải điều chỉnh dịng đieenj kích từ, đường đăc tính điều chỉnh máy phát kích từ song song It=f(I), U n khơng đổi a) b) Hình 4.21 a) đặc tính ngồi, b) đặc tính điều chỉnh 7.2.3 Máy phát điện kích từ nối tiếp Sơ đồ mạch hình 4-22a Dịng điện kích từ dịng điện tải, tải thay đổi, điện áp thay đổi nhiều Đườngđặc tính ngồi U = f(I) vẽ hình 4-22b Dạng đường đặc tính ngồi giảithích sau: Khi tải tăng, dịng điện Iư tăng, từ thơng Φ Eưtăng, U tăng, I = (2 ÷ 2,5)Iđm, máy bão hoà từ, I tăng U giảm b) a) Hình 4.22 a) sơ đồ nguyên lý máy phát điện kích từ nối tiếp, b) đường đặc tính ngồi 7.2.4.Máy phát điện kích từ hỗn hợp Sơ đồ mạch vẽ hình 4-23a Máy có dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song dây quấn kích từ nối tiếp, dây quấn kích từ song song 146 thường kích từ 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 nối tiếp tăng làm cho từ thông máy tăng lên, sức điện động máy tăng, điện áp đầu cực máy giữ không đổi, ưu điểm lớn máy phát điện kích từ hồn hợp Đường đặc tính ngồi U = f(I) vẽ hình 4-23b a) b) c) Hình 4.23 Khi nối ngược, chiều 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 4.23c Đường đặc tính ngồi dốc, nên sử dụng làm máy hàn điện chiều Động điện chiều Động điện nhận công suất điện từ lưới điện truyền công suất đầu trục động Dựa vào phương pháp kích từ, việc phân loại động điện chiều, giống máy phát chiều 8.1.Mở máy động điện chiều Phương trình cân điện áp mạch phần ứng là: U = Eư + Rư.Iư Khi mở máy, tốc độ n = 0, sức phản điện - + Eư = kE.n.Φ = Dòng điện phần ứng lúc mở máy là: I ­mm CD U  R­ Vì Rư nhỏ nên Iưmm lớn khoảng 20→30 lần Iđm dễ làm hỏng cổ góp, chổi than ảnh hưởng đến lưới điện Để giảm dòng mở máy, đạt Imm = (1,5→ 2)Iđm, ta dùng biện pháp sau: - Dùng biến trở mở máy (như hình 5-24), lúc này: I ­mm  U R­  Rmm - Giảm điện áp đặt vào phần ứng: 147 Eư Hình 4.24.Sơ đồ mở máy động điện chiều 8.2 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều Từ phương trình 8-1, rút ra: Eư = U – Rư.Iư Thay trị số Eư = kE.n.Φ, ta có phương trình: n U  I ­ R­ k E Từ phương trình, ta có phương pháp sau: - Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng - Thay đổi điện áp U - Thay đổi từ thông 8.3.Các loại Động điện chiều a Động điện chiều kích từ song song  Sơ đồ nguyên lý phương trình Mạch điện tương đương trình bày hình 9.21; với ký hiệu tương tự máy phát, ta có phương trình cân : I  I ¦  It I kt  U U  R®c  Rt Rmt E­  U  R­ I ­  km  Hình 4.25 Đặc tính Sơ đồ nguyên lý động điên chiều kích từ song song * Đặc tính Ω = f(M) Đó đường cong quan hệ Ω = f(M), It = const U = const Từ cơng thức (5.8.3), ta có :   U  R­ I ­ km  pN  I ­  km I ­ thay vào, ta : 2 a R­ U   M km  km 2 Rút Iư từ công thức: M  Nếu điện áp U từ thơng Φ khơng đổi đặc tính đường thẳng dốc xuống trình bày hình 4.25 Momen tăng tốc độ giảm ít, 148 đặc tính cứng Trong máy điện thực từ thông giảm phản ứng phần ứng, nên M hay Iư tăng làm tốc độ giảm so với trình bày hình 4.25 Như vậy, phản ứng phần ứng có lợi việc điều khiển tốc độ động chiều Nếu M2= M0= Iư= 0, động quay với tốc độ không tải lý tưởng : 1  U km Lúc không tải động phải lấy I0 để bù vào tổn hao quay(tổn hao tổn hao sắt tổn hao phụ), động quay với 0  1 ít: 0  U  R­ I  1 km Từ công thức trên, ta thấy để điều chỉnh tốc độ động chiều có ba phương pháp : Điều chỉnh điện áp U đặt vào mạch phần ứng U Điều chỉnh từ thông Φ Điều chỉnh điện trở phụ mắc nối tiếp với mạch phần ứng Tóm lại, tốc độ động điện chiều tăng hay giảm thay đổi U  điện trở phụ b Động chiều kích từ nối tiếp * Sơ đồ nối dây vẽ (hình 5-26a) sơ đồ điều chỉnh tốc độ điện trở phụ, hình 5-26b hình 5-26c sơ đồ điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông - Đường đặc tính n = f(M) hình 5-26d, có dạng hình hypebol, momen tăng tốc độ động giảm Khi không tải tải nhỏ , dịng điện từ thơng nhỏ, tốc độ động tăng lớn gây hỏng động mặt khí, khơng cho phép động kích từ nối tiếp làm việc khơng tải tải nhỏ - Đường đặc tính làm việc vẽ hình 5-26e, động phép làm việc với tốc độ n nhỏ tốc độ giới hạn, đường đặc tính vùng làm việc vẽ đường nét liền 149 _- + Rđc + + - CKT CKT Rđc CKT Rđc CK T Eưư RRđcđc Eưư a) Hình 4.26 - Rđc CKT CKT Eưư c) b) c Động chiều kích từ hỗn hợp Sơ đồ nối dây vẽ hình 4-27a dây quấn kích từ nối thuận làm từ thông tăng nối ngược làm từ thơng giảm - Đặc tính động kích từ hỗn hợp hình 4-27b, nối thuận (đường 1) trung bình đặc tính động kích từ song song (đường 2) nối tiếp (đường 3) Các 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 a) CKT b) Hình 4.27 150