Giáo trình Lý thuyết máy điện được biên soạn gồm các nội dung chính sau: sở điện từ trong lý thuyết máy điện; máy biến áp (transformer); máy điện không đồng bộ; máy điện đồng bộ. Mời các bạn cùng tham khảo!
Trường Đại học Cơng Nghiệp TPHCM Khoa Điện KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN GIÁO TRÌNH Biên soạn : BỘ MƠN THIẾT BỊ Lưu hành nội Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện CHƯƠNG 1: SỞ ĐIỆN TỪ TRONG LÝ THUYẾT MÁY ĐIỆN 1.1 Khái quát chung Máy điện định nghĩa thiết bị chuyển hoá lượng điện thành dạng lượng khác, ngược lại Máy điện định nghĩa thiết bị chuyển đổi lượng điện cấp điện áp sang cấp điện áp khác Từ định nghĩa, dựa công dụng đặc điểm làm việc, phân loại máy điện sau : ❖ Máy điện tĩnh : Máy biến áp (máy biến áp ba pha, máy biến áp pha) ❖ Máy điện Quay : o Máy điện chiều (máy điện DC) : Máy phát động o Máy điện xoay chiều (máy điện AC) : - Máy điện đồng không đồng : Máy phát động - Máy phát : Biến đổi dạng lượng khác thành điện - Động : Biến đổi lượng điện thành - Máy biến áp : Biến đổi nguồn điện từ cấp điện áp sang cấp điện áp khác Được sử dụng thông dụng truyền tải phân phối điện Cho dù loại máy điện có khác cấu trúc, tính , nguyên lý chung cho tất máy điện dựa nguyên lý điện từ Do trước vào phân tích máy điện ta nên phân tích qua tượng điện từ liên quan 1.2 Các định luật điện từ: Trong phần phân tích tượng điện từ liên quan làm sở phân tích máy điện chương sau 1.2.1 Lực Lorentz Lực điện từ tác động lên điện tích chuyển động trường điện từ Hình 1.1 Lực Lorentz Q + Fm V E Fe B Fdt Xét điện tích Q chuyển động trường từ có mật độ từ thơng B với vận tốc v hình vẽ (Hình 1.1) Dưới tác động từ trường, điện tích Q chịu tác động lực từ Fm định nghĩa: Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện (1-1) Fm = Q.v xB Lưu ý : vxB tích có hướng hai vectơ vectơ Lực Fm có phương vng góc với mặt phẳng chứa v B có độ lớn: Fm = Q v.B sin (1-2) Hình 1.2 Quy tắc bàn tay phải : góc nhỏ hai vectơ v B Chiều Fm xác định theo chiều tiến định ốc thuận cho đinh ốc quay từ v đến B theo vx B chiều góc nhỏ (hoặc dùng quy tắc bàn tay phải Hình 1.2) Nếu mơi trường xét, có điện trường E ngồi lực từ Fm điện tích Q chịu tác động lực điện trường Fe = QE (1-3) v an B O Và lực Lorentz định nghĩa : ( Fdt = Fe + Fm = Q E + v xB ) (1-4) Như hat mang điện tích, dịch chuyển trường điện từ có lực tác động lên điện tích đó, lực gọi lực Lorentz 1.2.2 Lực từ tác động lên phần tử mang dòng điện Xét dây dẫn l mang dòng điện I đặt từ trường ngồi có mật độ từ thơng B hình vẽ (Hình 1.3) Trên l xét đoạn vi phân dl, mang điện tích dQ dQ dịch chuyển đoạn dl khoảng thời gian dt với vận tốc v, dl = v.dt Lực từ tác động lên phần tử dòng dQ: ( ) dF = dQ v xB Hình 1.3 Lực từ tác động lên dây dẫn Với dQ xem điện tích dịch chuyển trường điện từ ta có : dQ = I dt dF = I dt.v xB dF = I v dtxB dF = I dl xB d Trong : l véctơ chiều dài vi phân dọc l dl I B dF theo l, có chiều theo chiều dịng điện Nếu dây dẫn thẳng, từ trường B dọc theo dây dẫn lực tác động lên dây dẫn tính : F = I l xB (1-4) l vectơ chiều dài l, có hướng chiều dịng điện I Độ lớn lực từ : Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM F = I l.B.sin Khoa Điện : góc nhỏ hình thành l với B 1.2.3 Moment – Moment từ cuộn dây 1.2.3.1 Moment Moment lực F điểm O hình vẽ (Hình 1.4) định nghĩa : Hình 1.4 T = r xF (1-5) Moment Điểm P đặt lực F nằm mặt phẳng z xy, lực F nằm mặt phẳng xy moment T F gây điểm O trùng với trục z T Như vậy, trục T trục mà cánh tay đòn r quay quanh bị tác động lực F y Gọi α góc hình thành r F Ta r F thấy moment lực F tạo để quay cánh tay P α đòn r quanh điểm O lớn F thẳng góc x với r O F song song với r Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện 1.2.3.2 Moment từ cuộn dây Xét cuộn dây phẳng hình chữ nhật, có vịng dây nằm mặt phẳng xy cho tâm cuộn dây trùng với gốc O (Hình 1.5) Cuộn dây đặt từ trường có mật độ từ thông B Lực từ tác động lên cạnh khung dây Hình 1.5 : Moment (Các cạnh song song với B khơng có lực tác dụng) z Ft = Il (− a y )x(Bax ) = BIl az Fp = Il (a y )x(Bax ) = − BIl az Lực Ft có điểm đặt lực trung điểm cạnh − d a x Ft y B l x I trái, cánh tay đòn rt = Lực Fp có điểm đặt lực trung điểm cạnh I Fp d d 2 phải, cánh tay đòn rp = ax Moment tổng lực gốc O : d d T = Tp + Tt = − ax x(BIl az ) + ax x(− BIl az ) 2 T = (BIld )a y = BISa y (1-6) S : diện tích cuộn dây Cơng thức (1-6) cuộn dây có hình dạng Tổng quát : Một cuộn dây phẳng có N vòng, mang dòng điện I, đặt từ trường B moment từ định nghĩa (Hình 1.6): Hình 1.6 m = N I S an (1-7) Moment từ Là vectơ thẳng góc với diện tích S vịng dây, chiều theo quy tắc đinh ốc thuận quy tắc bàn tay phải Với moment từ, từ trường có moment tác động lên cuộn dây suy từ công thức (1-6) T = mxB (1-8) m = N I S an T = mxB I B N vòng dây Khung dây có khuynh hướng quay đến moment từ có hướng với mật độ từ thông B Từ thông xuyên qua khung dây lớn nhất, moment tác động lên khung dây khơng Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện Điều cho thấy, ta đặt khung dây mang dòng điện I từ trường, khung dây có xu hướng chuyển động cho từ thông xuyên qua khung dây cực đại Đây nguyên lý để hình thành trình chuyển động động điện 1.3 Độ tự cảm cuộn dây Xét cuộn dây có N vịng, mang dịng điện I có chiều hình vẽ (Hình1.7 ) Φ từ thơng dịng điện chạy vòng dây cuộn dây gây Từ thơng móc vịng cuộn dây định : (Wb – vịng) (1-9) = N. Hình 1.7 Độ tự cảm cuộn dây định nghĩa : L= N. = I I (H) Độ tự cảm cuộn dây Φ (1-10) I 1.4 Định luật Faraday Từ định nghĩa lực Lorentz, Khi điện tích chuyển động với vận tốc v vùng cótừ trường B thìlực từ tác động lên điện tích (xem lại I.2.1): Fm = Q.v xB = QxEm Ta định nghĩa cường độ trường điện chuyển động : F Em = = v xB Q (1-11) Như vậy, mộtthanh dẫn mang nhiều điện tích tự chuyển động từ trường B , điện trường Em làm cho điện tích dịch chuyển, tạo hiệu điện hai đầu dẫn Độ lớn điện tùy thuộc vào hướng Em hay nói cách khác tùy thuộc vào vị trí tương đối dẫn đặt từ trường B Điện đầu a đầu b dẫn : ( ) a a vab = Em dl = v xB dl b (1-12) b Biểu thức 1-11; 1-12 hai biểu thức quan trọng nguyên lý làm việc máy phát điện Và chất định luật Faraday Định luật Faraday cho dẫn chuyển động Nếu dẫn thẳng chuyển động với vận tốc v vng góc với từ trường B , đồng thời dây dẫn vng góc với hai dây dẫn có chiều dài l dây dẫn có điện áp : V = B.l.v (1-13) Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Định luật Faraday : Khoa Điện Khi từ thông biến thiên = (t ) theo thời gian xuyên qua khung dây khung dây xuất điện áp cảm ứng v(t) : V =− d dt (1-14) Hình 1.8 Điện áp cảm ứng Định luật trường hợp từ thông xun qua cuộn dây dịng điện i chạy cuộn dây sinh d di V =− = −L (1-15) dt dt Điện áp V cuộn dây gọi điện áp tự cảm ứng cuộn dây Dấu ( - ) biểu thức 1-14; 1-15 liên quan đến cực tính điện áp cảm ứng Điện áp cảm ứng sinh từ thơng cảm ứng biến thiên theo t có cực tính cho dịng điện mà sinh khung dây sinh từ thông chống lại biến thiên từ thơng sinh Trong trường hợp dây dẫn chuyển động với vận tốc v từ trường không đổi theo thời gian, cực tính điện áp cảm ứng dây dẫn xác định theo quy tắc : nối dây dẫn kín mạch dịng điện cảm ứng tạo có chiều cho lực từ tác động lên dây dẫn chống lại chuyển động dây.(Hình 1.9) 1.5 Mạch từ toán mạch từ Mạch từ ic B a + _ ic R b ư Hình 1.9 Điện áp cảm ứng F a Bb _ I v + R Hình 1.10 Xét cuộn dây dài, lõi khơng khí (Hình1.10) C đường sức từ trường Áp dụng định luật lưu số Ampere, ta có : C N vịng H d l = N.I C H Vì từ trường chủ yếu tập trung bên lõi cuộn dây, ta có : I B I H l = N I H= N I L L chiều dài lõi Trong lõi dây khơng khí mật độ từ thông: B0 = 0H = 410−7 H Từ thông xuyên qua lõi : = B 0S Với S tiết diện lõi vuông góc với vectơ cảm ứng từ B Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Xét mạch từ có lõi sét từ (Hình 1.11) Gọi μr độ từ thẩm tương đối vật liệu, mật độ từ thông vật liệu : B = r H = B Khoa Điện Hình 1.11 I I N vịng Vì độ từ thẩm tương đối vật liệu sắt từ S Ф tương đối lớn so với khơng khí, với cường độ từ trường H mật độ từ thông B từ thông Ф qua vật liệu dẫn từ lớn nhiều so với Vật liệu sắt từ qua khơng khí Theo Hình 1.11 mặt dù dây quấn không chạy dọc theo lõi thép, từ thông chạy theo lõi thép Điều khơng thể xãy khơng khí, cần quan tâm đến vấn đề mạch từ Hình 1.12a,b sau đường cong từ hoá (quan hệ B –H) vật liệu sắt từ, đường cong từ hoá cho phép xác định độ từ thẩm vật liệu Một mẫu vật liệu sắt từ thử cách tác động lên từ trường H tăng dần đo mật độ từ thông B tương ứng Từ xác định đường cong từ hố hay đường cong B – H hình1.12 số loại vật liệu sắt từ Từ đường cong từ hoá, ứng với giá trị H, ta suy giá trị B tương ứng, từ tính độ từ thẩm tương đối vật liệu r = B 0H Chú ý : Hầu hết vật liệu dẫn từ cho phép mật độ từ thông qua B ≤ 1,8 T thường B =1,2 T ÷ 1,4T Bằng phương pháp này, xây dựng đặc tuyến biểu diễn mối quan hệ μ r với H cho vật liệu sắt từ thép Silic hình 9.6 Tính chất phi tuyến mối quan hệ địi hỏi phải phân tích mạch từ phương pháp đồ thị Phân tích mạch từ ? Cách đo B ? ……………………… ……………………… ……………………… ……………………… ……………………… ……………………… ……………………… ……………………… ……………………… ……… Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện Định luật mạch từ Xét lõi thép từ có chiều dài trung bình L, tiết diện thẳng S, cuộn dây kích từ có n vịng, mang dịng điện kích từ I Cuộn dây kích từ mang dịng điện I tạo mạch từ cường độ từ trường H Áp dụng lưa số Ampere ta có : H.l = N.I = F Gọi F=N.I=H.L sức từ động Trong lõi thép có mật độ từ thơng B từ thơng Ф chạy xuyên mạch từ = B.S = H S = N.I N.I S= L L S Gọi R m = L .S từ trở mạch từ Và ta có F=N.I=H.L=Rm.Φ Như ta sơ đồ mạch từ tương đương hình 1.13 Có tương tự mạch điện mạch từ ( xem hình 1.13) Bảng so sánh tương tự mạch điện mạch từ : Hình 1.13 B H I I ? n vịng Giáo trình Lý thuyết máy điện S F Rm E R Trang Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện Mạch điện Đại lượng J = E Mạch từ Đại lượng Chú thích Chú thích = −. [S/m]:điện dẫn = r [H/m] : Độ từ suất vật liệu, tỷ lệ thuận thẩm vật liệu, hay với độ linh động âm điện tử tự mật độ âm điện gọi từ dẫn B = H suất vật liệu tử vật liệu Rm: Từ trở mạch từ R: Điện trở.[] R= l l = S S Rm = ρ : Điện trở suất l .S : Điện dẫn suất E Sức điện động F Sức từ động I Cường độ dịng điện Ф Từ thơng E=R.I Định luật Ohm mạch điện F=Rm.Ф Định luật Ohm mạch từ Khác mạch điện mạch từ : Điện dẫn suất khơng phụ thuộc vào dịng điện I, độ thẩm từ μ (μr) phụ thuộc vào B Do phải biết μr tính Rm, μr biết sau tính B H Vì vậy, phương pháp tính tốn mạch từ khác với cách tính mạch điện Khác ? Mạch từ nối tiếp.(Hình 1.14) Hình 1.14 I1 Rm1 F1 R1 E1 R2 F2 E2 Rm3 + _ Giáo trình Lý thuyết máy điện L3H3 R3 _ l3 R3I3 + n2 vòng _ _ I2 Rm2 _ + R2I2 n1 vòng l2 F2=N2.I2 I + R1I1 +L2H2 F1=N1.I1 _ Ф + L1 H l1 Trang Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện 5.6.3 Đặc tính điều chỉnh: It = f( I) U= const , n = const I (A) Iđm It (A) Itđm Ito It.đm It = f(I) It0 Iđm I Quan hệ dịng kích từ dịng tải điện áp đầu cực máy phát điện áp định mức tốc độ quay rotor khơng đổi gọi đặc tính điều chỉnh Đường đặc tính cho thấy: để giữ cho điện áp đầu cực máy phát không đổi phụ tải tăng cần phải tăng dịng kích từ để tăng sức điện động cảm ứng bù vào suy giảm điện áp rơi dây quấn phần ứng ( Iư, Rư ) tác dụng phản ứng phần ứng Nghĩa I → U muốn U = const → It Từ lúc không tải đến lúc tải định mức, thường phải tăng dịng kích từ lên (15 25)% It0 Máy phát điện chiều kích từ độc lập dùng nhiều trường hợp cần phạm vi điều chỉnh điện áp đầu cực máy phát rộng 5.6.4 Máy phát điện chiều tự kích thích: bao gồm kích từ song song, kích từ nối tiếp, kích từ hỗn hợp: 5.6.4.1 Điều kiện để tự kích từ: Máy phải có từ dư (dư), máy sử dụng lần đầu từ dư phải dùng nguồn ngồi (acquy, …) để kích từ lại Mạch kích từ phải nối chiều, dịng kích từ phải tạo từ trường chiều với từ dư, ngược chiều khử từ dư máy phát không thành lập điện áp Điện trở mạch kích từ khơng q lớn để gia tăng dịng kích mức độ xảy q trình tự kích 5.6.4.2 Q trình thành lập điện áp: ➢ Máy phát kích từ song song : quay rotor máy phát tới tốc độ định mức, cực từ có từ dư nên dây quấn phần ứng cảm ứng sức điện động nhỏ gọi Edư = (2 3)% Uđm ; Eư dư tạo dòng điện nhỏ chạy dây quấn kích từ Dịng điện sinh từ trường, dây quấn kích từ dây quấn phần ứng nối từ trường chiều với từ dư, từ trường tổng máy tăng lên làm cho sức điện động cản ứng tăng Khi sức điện động tăng, dòng điện sinh chạy dây quấn kích từ lại tăng từ trường Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang 96 Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện máy lại tăng, kết sức điện động cảm ứng đầu cực máy phát lại tăng lên Quá trình tiếp diễn, sức điện động đầu cực máy phát tăng theo đường đặc tính khơng tải có dạng đường cong từ hóa mạch từ ➢ Máy phát chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ nối tiếp với tải (It = Iư = I) nên điều kiện tự kích nói trên, để thành lập điện áp, mạch ngồi máy phát chiều kích từ nối tiếp phải khép mạch qua điện trở ➢ Máy phát chiều kích từ hỗn hợp: mở máy cuộn kích từ nối tiếp chưa có tác dụng dịng điện I = It = Q trình thành lập điện áp xảy máy phát kích từ song song Khi máy mang tải, dịng tải chạy qua dây quấn kích từ tạo nên từ trường phụ, tùy theo cách đấu cuộn kích từ nối tiếp mà từ trường phụ có tác dụng trợ từ khử từ ảnh hưởng đến đặc tính làm việc máy 5.6.5 Đặc tính máy phát chiều kích thích song song: 5.6.5.1 Đặc tính ngồi: U = f(I) Rt = const ; n = const I (A) U (V) Iđm Uđm Uo + It A U G I V tải nđm - A U K thích song song N Uo Uđm K thích độc lập I UDC Io + S UDC Iđm E I o = dư Rư In G + Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang 97 Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện Khi dòng điện tải tăng, điện áp giảm nhiều so với kích từ độc lập ngài ảnh hưởng phản ứng phần ứng điện áp rơi dây quấn phần ứng, sức điện động giảm điện áp đầu cực máy phát giảm dịng kích từ giảm theo Ngồi ra, tiếp tục tăng tải dịng điện tải khơng tăng mà giảm nhanh đến trị số I0 thường nhỏ Iđm, It giảm, máy làm việc tình trạng khơng bão hòa tương ứng với đoạn dốc đường đặc tính khơng tải nên It giảm lượng nho, điện áp giảm nhiều Chính cố ngắn mạch đầu cực máy phát kích từ song song khơng gây nguy hiểm máy phát kích từ độc lập 5.6.5.2 Đặc tính điều chỉnh: It = f(I) U = const , n = const It I (A) Iđm It (A) Itđm Ito Itđm Ito It = f(I) I Iđm Giống đặc tính điều chỉnh máy phát kích từ khơng độc lập Ở máy phát kích thích song song tăng tải, điện áp sụt nhiều nên mức độ tăng dòng điện kích thích phải nhiều hơn, đặc tính điều chỉnh dốc 5.6.6 Đặc tính máy phát chiều kích thích nối tiếp: N - - G UDC UDC + + S U Uđm + A G U = f(I) I V tải - Đặc tính ngồi: Giáo trình Lý thuyết máy điện I Edư Iđm Đặc tính ngồi máy phát kích thích nối tiếp Trang 98 Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện U = f ( I ) n = const Dây quấn kích thích nối tiếp với dây quấn phần ứng, số vịng dây dây quấn kích thích kích từ nối tiếp nhiều so với số vịng dây dây quấn kích thích kích từ song song ngược chiều lại tiết diện dây lớn cách tương ứng Máy kích thích có tải Vì It = Iư = I nên n = const hai đại lượng biến đổi U I, máy phát điện có đặc tính ngồi U = f( I ) Đường đặc tính cho thấy: tải tăng It = I nên điện áp đầu cực máy phát tăng tỉ lệ, mạch từ bão hòa dù tăng dòng điện tải (tức It ) điện áp khơng tăng mà lại giảm điện áp rơi dây quấn phần ứng tăng phản ứng phần ứng tăng Từ đường đặc tính cho thấy điện áp phụ thuộc nhiều dịng tải máy phát kích từ nối tiếp sử dụng 5.6.7 Đặc tính máy phát chiều kích thích hỗn hợp: - - UDC G + UDC + Short shunt + A G I V tải long shunt + A G I V tải - Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang 99 Trường Đại học Cơng Nghiệp TPHCM Khoa Điện Máy phát kích từ hỗn hợp có đồng thời hai dây quấn: song song nối tiếp Tùy theo cách nối, sức điện động hai dây quấn kích thích chiều ngược chiều Khi nối thuận hai dây quấn kích thích, dây quấn song song đóng vai trị cịn dây quấn nối tiếp đóng vai trị bù lại tác dụng phản ứng phần ứng điện áp rơi Rư , nhờ mà máy có khả điều chỉnh tự động điện áp phạm vi tải định 5.6.7.1 Đặc tính ngồi: U = f (I) It = const , n = const Từ thông cuộn dây nối tiếp sinh với từ thông cần bù gọi bù đủ I (A) U (V) Nối ngược Bù đủ Bù dư Nối ngược Bù đủ Bù dư Nối ngược 0 Uo Uo Uo nt nt > cần bù gọi bù dư Iđm Iđm Iđm U const > Uo < Uo nt ss Uo Bù dư (1) (1) Bù đủ (1) Nối ngược Nối thuận I Khi nối thuận, điện áp đầu cực giữ không đổi Bù thừa, điện áp tăng tải tăng Khi nối ngược, dòng tải tăng, từ trường phụ thuộc làm giảm từ trường kích từ nên điện áp đầu cực máy phát giảm nhanh Do đó, máy phát kích từ hỗn hợp sử dụng trường hợp máy phải làm việc điều kiện bị ngắn mạch thường xuyên máy hàn hồ quang Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang 100 Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện Đặc tính điều chỉnh: It = f( I ) 5.6.7.2 It Nối ngược Nối thuận (bù bình thường) Bù dư I 5.6.8 Máy phát điện chiều làm việc song song: Thanh (bus bar) K2 K1 V1 • A + - V2 A + G2 G1 Điều kiện làm việc song song: Giả sử G1 làm việc với có điện áp U Muốn ghép G2 vào làm việc song song G1thì phải thỏa: Cực tính G2 cực tính G1 (nối cực vào góp) E2 thực tế phải U (sức điện động G2 phải điện áp U góp) Quay G2 với nđm, chưa kích thích G2 giả sử Edư2 = vơn kế V2 giá trị U Sau tăng dần It2 (dịng kích từ G2 ), cực tính G2 cực tính G1 vơn kế V2 trị số giảm dần vôn kế V2 giá trị Lúc E −U Eư2 = U → đóng K2, đưa G2 làm việc song song G1 Iư2 = ö = 0, thuận lợi Rư2 khơng gây tia lửa điện, G2 chưa tham gia cấp điện cho phụ tải (I1 = I ; I2 = 0) Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang 101 Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện Muốn cho G2 nhận tải phải tăng E2 > U (It2), dịng điện tổng I bên ngồi khơng đổi nên muốn giữ U mạng điện khơng đổi với việc E2 phải đồng thời giảm E1 (It1) ( → 1' ; → 2') Muốn cắt máy F1 It2, It1 cho I1 = 0, I2 = Itải → ngắt K1 U 2" 2' I2 I2 1' 1" I1' I1 = Itải Itải I1 5.7 Động điện chiều.( D.C Motor) 5.7.1 Đại cương: Phân loại: phân loại theo cách kích từ Dộng chiều kích thích độc lập Dộng chiều kích thích nối tiếp Dộng chiều kích thích song song Dộng chiều kích thích hỗn hợp + + It It I Iư I Iư tải M G U - - 5.7.2.Mở máy động điện chiều: n = → nđm Yêu cầu: - Dòng điện mở máy phải hạn chế đến mức thấp - Moment mở máy phải đủ lớn - Thời gian mở máy ngắn - Thiết bị phương pháp mở máy phải đơn giản làm việc chắn Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang 102 Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện 5.7.2.1 Mở máy trực tiếp: + Phương trình cân sđđ động chiều: - U = Eư + Iư Rư Iư = CD U − Eö I mm Rö U lớn (ở Rư động cơng suất lớn Rư bé)→ xuất vịng lửa chổi than làm hỏng cổ góp Trường hợp mở máy trực tiếp dùng cho loại máy có cơng suất bé ( thường động công suất bé khoảng vài trăm watt có Rư tương đối lớn), mở máy I (4 6) Iđm Khi mở máy n = , Eư = → I mm = M 5.7.2.2 Mở máy biến trở: Do dòng điện mở máy lớn, để tránh nguy hiểm cho động cơ, người ta dùng biến trở mở máy + M U a b - Rđc Khi bắt đầu mở máy, tay gạt đặt vị trí số 1, tồn điện trở phụ nối tiếp với dây quấn phần ứng, đồng thời chạy biến trở mạch kích từ vị trí a (Rđc = 0) nên dây quấn kích từ nối trực tiếp với điện áp nguồn, từ trường kích từ đạt giá trị cực đại ( = max) Tại thời điểm t1, dòng đạt giá trị Imm1 giới hạn Khi n tăng, sđđ Eư, xuất tăng lên E→Imm, khiến n tăng chậm Khi Imm giảm đến trị số (1,1 1,3) Iđm ta gạt đến vị trí Ở vị trí này, cấp điện trở bị loại bỏ nên Imm đến giới hạn ( Imm1) kéo theo moment, n Eư tăng Sau Imm, M lại giảm theo qui luật Lần lượt chuyển tay gạt đến vị trí 3, 4, Tại vị trí tồn điện trở mở máy loại khỏi phần ứng tốc độ động đạt tốc độ ổn định Imm2 phải tạo moment động lực dương M đl = J d = (M Đ − M C ) dt Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang 103 Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện MĐ: moment động MC: moment cản I n = f(t) Imm1 Imm2 I = f(t) n ổn định t1 t2 t3 t4 t5 t 5.7.2.3 Hạ điện áp đặt vào phần ứng: A + B U M - C Ukt + I mm = - U1 Rư với U1 U đm Mạch kích từ phải đặt điện áp U =Uđm nguồn khác Nguồn cung cấp cho phần ứng điều chỉnh Momen mở máy phải đủ lớn 5.7.3.Đảo chiều quay động chiều : Muốn đảo chiều quay động điện chiều, đảo chiều dịng điện kích từ đảo chiều cực tính nguồn đđđiện đưa vào phần ứng 5.7.4.Điều khiển tốc độ động điện chiều: U = CE n + I ö R ö n= U − I ö Rö CE Do : để điều khiển tốc độ động điện chiều ta có phương pháp: Điều khiển Điều khiển điện áp đặt vào phần ứng Điều khiển Rư Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang 104 Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện ➢ Điều khiển từ thơng Dịng kích từ hay từ thơng động kích từ song song động kích từ hổn hợp thay đổi cách mắc biến trở nối tiếp với cuộn dây kích từ song song Tăng điện trở mạch kích từ làm giảm từ thơng tăng tốc độ Ngược lại, giảm điện trở mạch kích từ làm tăng tốc độ ➢ Điều khiển điện trở mạch phần ứng Điện trở mạch phần ứng động thay đổi cách mắc nối tiếp biến trở vào phần ứng Khi điện trở nối tiếp tăng, điện áp qua phần ứng động giảm tốc độ động giảm Ngược lại, tốc độ động tăng điện trở nối tiếp giảm Phương pháp điều khiển tốc độ thường sử dụng cho động kích từ nối tiếp ➢ Điều khiển điện áp Tốc độ động điều khiển cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng 5.7.4.1 Động kích từ song song: ➢ Đặc tính tốc độ tự nhiên: (mạch phần ứng khơng có điện trở phụ) n= Rö M U − CE CE CM n n0 n U = const , It = const nđ m R M n = n0 − ö k n = f(M) k: số M Mđm Do Rư nhỏ nên tải thay đổi từ → định mức tốc độ giảm ít→ đặc tính cứng→ động DC kích thích song song dùng trường hợp tốc độ không đổi tải thay đổi (máy cắt kim loại,quạt…) ➢ Điều chỉnh tốc độ : • Phương pháp thay đổi ( tốc độ lớn tốc độ định mức ) + It I Iư M n0 n03 Mc = const n02 2 < 1 1 < đm đm U n01 Rđc - Mc Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang 105 M Trường Đại học Công Nghiệp TPHCM Khoa Điện Thay đổi Rđc để thay đổi dịng kích thích dẫn đến thay đổi từ thơng Đây phương pháp điều chỉnh kinh tế Ikt nhỏ, ( – 5)%Iđm nên tổn hao Rđc nhỏ Tốc độ quay động điều chỉnh phẳng phạm vi rộng U − Eö → M > Mcản→ n→ Rö Eư→ Iư Quá trình tiếp diễn đến lúc động làm việc ổn định.( Mđt = CM..Iư) Khi Rđc→ Ikt → → Eư = Cư n→ I ö = Chú ý: Iư xuất tia lửa điện vành đổi chiều nên không điều chỉnh n phạm vi lớn Bình thường, động làm việc chế độ định mức với kích thích tối đa ( = max) nên điều chỉnh theo chiều hướng giảm , tức điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức giới hạn điều chỉnh tôc độ bị hạn chế điều kiện khí đổi chiều máy • Phương pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng ( thấp tốc độ định mức ) : Mắc điện trở nối tiếp với mạch phần ứng Dòng điện qua phần ứng bị giảm Iư Rf I U M Rđc Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ quay vùng tốc độ quay định mức kèm theo tổn hao lượng điện trở phụ, làm giảm hiệu suất động Vì phương pháp áp dụng động điện có cơng suất nhỏ • Phương pháp thay đổi điện áp: n M = const n01 n02 n03 Uđm U1 < Uđm U2 < U M Phương pháp điều chỉnh tốc độ quay dước tốc độ định mức khơng thể nâng cao điện áp điện áp định mức động Khi U , n0 độ dốc phụ thuộc Rư Giáo trình Lý thuyết máy điện Trang 106 Trường Đại học Cơng Nghiệp TPHCM Khoa Điện 5.7.4.2 Động kích từ nối tiếp: n ➢ Đặc tính : = K I (do It = Iư = I) M K 2 M = CM .I = CM →= K CM n = f(M) M n= C M U Rö − K M CE K 0,25 Moment mở máy lớn nên sử dụng trường hợp cần mở máy có moment lớn Đặc tính cho thấy tốc độ quay giảm nhanh M Khi không tải ( I = , M = 0) tốc độ động lớn → không để ĐC nối tiếp làm việc không tải Thông thường cho phép động làm việc tối thiểu P2 = (0,2 0,25)Pđm → động kích từ nối tiếp ưu việt nơi cần điều kiện mở máy nặng nề cấn tốc độ thay đổi vùng rộng ➢ Điều chỉnh tốc độ thay đổi từ thông : Thay đổi phương pháp sau: - Mắc song song dây quấn kích thích điện trở - Mắc shunt dây quấn phần ứng điện trở - Thay đổi điện áp ➢ Mắc shunt dây quấn kích thích: →n, điều chỉnh