Giáo trình kỹ thuật điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN BỘ MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN - BIÊN SOẠN: ThS NGUYỄ N TRỌNG THẮNG ThS LÊ THỊ THANH HOÀNG GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT ĐIỆN stator dây quấn rotor TP HCM Tháng 01/ 2008 Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn LỜI NÓI ĐẦU KỸ THUẬT ĐIỆN môn học sở quan trọng sinh viên khối kỹ thuật nói chung sinh viên ngành điện nói riêng Để tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực điện sinh viên phải nắm vững kiến thức môn học Kỹ thuật điện nghiên cứu ứng dụng tượng điện từ nhằm biến đổi lượng tín hiệu, bao gồm việc phát, truyền tải, phân phối sử dụng điện sản xuất đời sống Ngoài mơn học cịn giúp sinh viên khơng chun ngành điện bổ sung thêm kiến thức mạch điện, thiết bị điện, cấu tạo đặc tính làm việc chúng để vận hành thực tế Giáo trình biên soạn sở người đọc học mơn tốn vật lý bậc phổ thông, phần điện môn vật lý đại cương bậc đại học nên không sâu vào mặt lý luận tượng vật lý mà chủ yếu nghiên cứu phương pháp tính toán ứng dụng kỹ thuật tượng điện từ Giáo trình kỹ thuật điện gồm phần: Phần Mạch điện bao gồm chương Phần Máy điện bao gồm chương HCM pháp tính tốn phương P Quyển sách trình bày kiến thức mạch điện, T uatkiến thức nguyên lý, cấu mạch điện, dòng điện xoay chiều hình sin pha ba pha, y th K am ví dụ cụ thể tập tạo, đặc tính ứng dụng loại máy điện có kèm theo u ph S H soạn theo chương lý thuyết, đểuogiúp ng Dngười học giải ứng dụng vào mơn r T học có liên quan n© quye n a B Giáo trình kỹ thuật điện biên soạn với tham khảo tài liệu nước, đóng góp tận tình đồng nghiệp mơn.Tuy nhiên giáo trình xuất lần đầu nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến đồng nghiệp, sinh viên bạn đọc quan tâm đến giáo trình Các tác giả Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn MỤC LỤC Trang CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Định Nghĩa Về Mạch Điện 1.1.2 Kết Cấu Hình Học Của Mạch Điện 1.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG MẠCH ĐIỆN 1.2.1 Dòng Điện 1.2.2 Điện Áp M HC P T 1.2.3 Công suất uat y th K ham Su p 1.3 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN CỦA MẠCHDĐIỆN H ng Truo © n 1.3.1 Điện trở quye Ban 1.3.2 Điện dẫn 1.3.3 Cuộn dây 1.3.4 Điện dung 1.3.5 Nguồn độc lập 1.3.6 Nguồn phụ thuộc 1.4 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA MẠCH ĐIỆN 1.4.1 Định luật ohm 1.4.2 Định Luật Kirchhoff 1.4.3 1.4.2 Định Luật Kirchhoff 1.5 BÀI TẬP VÍ DỤ CHƯƠNG 1.6 BÀI TẬP CHƯƠNG I 12 CHƯƠNG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN MỘT PHA 14 2.1 CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 14 2.1.1 Chu kỳ, tần số, tần số góc 14 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn 2.1.2 Trị số tức thời dòng điện 15 2.1.3 Góc lệch pha  điện áp dòng điện 15 2.1.4 Trị số hiệu dụng dòng điện 16 2.2 BIỂU DIỄN DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN BẰNG VECTƠ 17 2.3 DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU QUA ĐIỆN TRỞ THUẦN R 19 2.4 DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU QUA CUỘN DÂY THUẦN CẢM 20 2.5 MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU THUẦN ĐIỆN DUNG 21 2.6 MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU GỒM R - L - C MẮC NỐI TIẾP 22 2.7 BIỂU DIỄN DÒNG ĐIỆN HÌNH SIN BẰNG SỐ PHỨC 24 2.7.1 Định nghĩa cách biểu diễn số phức 24 2.7.2 Một số phép tính số phức 26 M HC P T 2.7.3.Biểu diễn định luật dạng dạng số phức 27 uat y th K am u ph HÌNH SIN 28 2.8 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU S H D uong r T n© 2.8.1 Phương pháp đồ thị vectơu 28 q ye n a B 2.8.2 Phương pháp số phức 28 2.9 CÔNG SUẤT 32 2.9.1 Công suất tức thời 32 2.9.2 Công suất tác dụng 32 2.9.3 Công suất phản kháng 33 2.9.4 Công suất tiêu thụ công suất phản kháng điện trở R 33 2.9.5 Công suất tác dụng công suất phản kháng cuộn dây 34 2.9.6 Công suất tác dụng công suất phản kháng tụ điện 34 2.9.7 Công suất biểu kiến 34 2.9.8 Hệ số công suất 38 2.9.8.1 Định nghĩa ý nghĩa hệ số công suất 38 2.9.8.2 Nâng cao hệ số công suất 39 2.10 BÀI TẬP CHƯƠNG 41 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI MẠCH ĐIỆN 47 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn 3.1 PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG MẠCH 47 3.1.1 Mạch nguồn suất điện động nối tiếp 47 3.1.2 Mạch nguồn dòng mắc song song 47 3.1.3 Mạch điện trở mắc nối tiếp 47 3.1.4 Mạch điện trở mắc song song 48 3.1.5 Mạch chia dòng điện 48 3.1.6 Mạch chia áp 49 3.1.7 Biến đổi tương đương điện trở mắc hình sang tam giác 49 3.1.8 Biến đổi tương đương điện trở mắc hình tam giácsao sang 50 3.1.9 Sự tương đương nguồn áp nguồn dòng 50 3.2 BÀI TẬP CHƯƠNG MỤC 3.1 51 M HC P T 3.3 BÀI TẬP CHO ĐÁP SỐ 61 huat t y K pham 3.4.PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN THẾ NÚT 69 u S DH g n uo © Tr 81 3.5 PHƯƠNG PHÁP DÒNG MẮT LƯỚI n e y qu Ban CHƯƠNG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 86 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 86 4.1.1 Định nghĩa 86 4.1.2 Cách tạo dòng điện xoay chiều ba pha 86 4.2 CÁCH NỐI MẠCH BA PHA 87 4.2.1 Nối hình Sao 87 4.2.2 Nối hình tam giác 88 4.3 CÁCH GIẢI MẠCH BA PHA 90 4.3.1 Mạch ba pha đối xứng 90 4.3.2 Công suất mạch ba pha đối xứng 92 4.3.3 Cách giải mạch ba pha không đối xứng 98 4.3.4 Công suất mạch ba pha không đối xứng 99 4.4.CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 100 4.5.BÀI TẬP CHƯƠNG 100 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn CHƯƠNG MÁY BIẾN ÁP 104 5.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP 104 5.1.1 Định nghĩa 104 5.1.2 Các đại lượng định mức 104 5.1.3 Vai trò máy biến áp 105 5.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 106 5.2.1 Cấu tạo 106 5.2.2 Nguyên lý làm việc 108 5.3 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP 109 5.3.1 Quá trình điện từ máy biến áp 109 5.3.2 Phương trình cân điện áp cuộn sơ cấp 110 M HC P T 5.3.3 Phương trình cân điện áp cuộn thứ cấp 110 uat y th K am u ph 5.3.4 Phương trình cân sức từ động 111 S H D g n uo © Tr 5.4 MẠCH ĐIỆN THAY THẾquMÁY yen BIẾN ÁP 111 Ban 5.4.1 Qui đổi đại lượng thứ cấp sơ cấp 111 5.4.2 Mạch điện thay máy biến áp 112 5.5 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ MÁY BIẾN ÁP 113 5.5.1 Thí nghiệm khơng tải 113 5.5.2 Thí nghiệm ngắn mạch 114 5.5.3 Hiệu suất máy biến áp 115 5.6 MÁY BIẾN ÁP BA PHA 116 5.6.1 Cấu tạo 116 5.6.2 Tổ nối dây máy biến áp ba pha 117 5.7 MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG 118 5.8 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 120 5.9 BÀI TẬP CHƯƠNG 120 CHƯƠNG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 124 6.1 KHÁI NIỆM CHUNG 124 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn 6.2 CẤU TẠO 124 6.3 TỪ TRƯỜNG QUAY 127 6.3.1 Sự tạo thành từ trường quay 127 6.3.2 Tính chất từ trường quay 128 6.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 129 6.4.1 Động điện không đồng 129 6.4.2 Nguyên lý làm việc máy phát điện không đồng 130 6.4.3 Nguyên lý làm việc động không đồng làm việc chế độ hãm điện từ 130 6.4.4 Các tình trạng làm việc 131 6.5 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN TỪ 132 6.5.1 Phương trình cân điện áp stator 132 M HC P T 6.5.2 Phương trình cân điện áp dây quấn rotor 133 huat t y K pham 6.5.3 Phương trình cân sức từ động 133 u S DH g n ruo 6.6 MẠCH ĐIỆN THAY THẾ uĐỘNG n © TCƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 134 e y q Ban 6.6.1 Qui đổi đại lượng rotor stator 134 6.6.2 Mạch điện thay động KĐB 135 6.7 GIẢN ĐỒ NĂNG LUỢNG CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 136 6.8 MOMENT QUAY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 137 6.9 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 139 6.9.1 Mở máy động KĐB rotor lồng sóc 139 6.9.2 Mở máy động KĐB rotor dây quấn 141 6.10 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 141 6.10.1 Thay đổi tần số 142 6.10.2 Thay đổi số đôi cực 142 6.10.3 Thay đổi điện áp 142 6.10.4 Thay đổi điện trở phụ nối vào rotor 142 6.11 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 143 6.12 BÀI TẬP CHƯƠNG 143 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn CHƯƠNG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 146 7.1 CẤU TẠO 146 7.1.1 Phần tĩnh(stato) 146 7.1.2 Phần quay (Rotor) 146 7.1.3 Các phận phụ 147 7.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 147 7.2.1 Máy phát điện đồng 147 7.2.2 Phản ứng phần ứng máy phát điện đồng 148 7.3 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ 149 7.3.1 Phương trình điện áp máy phát điện đồng cực lồi 149 7.3.2 Phương trình điện áp máy phát điện đồng cực ẩn 150 M HC P T 7.4 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 150 huat t y K pham 7.4.1 Công suất tác dụng 150 u S DH g n uo © Tr 7.4.2 Cơng suất phản kháng 150 n e y qu n a B 7.4.3 Đặc tính máy phát điện đồng 151 7.5 SỰ LÀM VIỆC SONG SONG CỦA CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 151 7.6 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 152 7.6.1 Nguyên lý làm việc 152 7.6.2 Điều chỉnh hệ số công suất động điện đồng 152 7.6.3 Mở máy động điện đồng 152 7.7 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 153 7.8 BÀI TẬP CHƯƠNG7 153 CHƯƠNG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 156 8.1 CẤU TẠO 156 8.1.1 Phần tĩnh (Stator) 156 8.1.2 Phần quay (Rotor) 156 8.1.3 Cỗ góp chổi điện 157 8.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC 157 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn 8.2.1 Nguyên lý làm việc phương trình cân điện áp máy phát điện chiều 157 8.2.2 Nguyên lý làm việc phương trình cân điện áp động điện chiều 158 8.3 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 159 8.3.1 Sức điện động phần ứng 159 8.3.2 Công suất điện từ, moment điện từ máy điện chiều 160 8.4 PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 160 8.4.1 Máy phát điện chiều kích từ độc lập 161 8.4.2 Máy phát điện kích từ song song 162 8.4.3 Máy phát điện kích từ nối tiếp 163 8.4.4 Máy phát điện kích từ hỗn hợp 163 8.5 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 164 M HC P T 8.5.1 Mở máy động điện chiều 164 huat t y K pham 8.5.2 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều 165 u S DH g n Truo 8.5.3 Động điện kích từ songuysong 165 n © e q n a B 8.5.4 Động kích từ nối tiếp 166 8.5.5 Động kích từ hỗn hợp 167 8.6 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 168 8.7 BÀI TẬP CHƯƠNG 168 TÀI LIỆU THAM KHẢO Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương Những Khái niệm mạch điện CHƯƠNG NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN §1.1.KHÁI NIỆM CHUNG 1.1.1 Định Nghĩa Về Mạch Điện - Mạch điện: hệ thống gồm thiết bị điện, điện tử ghép lại Trong xảy q trình truyền đạt, biến đổi lượng hay tín hiệu điện từ đo đại lượng dòng điện, điện áp 1.1.2 Kết Cấu Hình Học Của Mạch Điện: - Nhánh: đoạn mạch gồm phần tử ghép nối tiếp nhau, có dịng điện chạy thông 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? M HC P T t thua R1 R y K A am u ph S H D uong I1 I2en © Tr I3 quy E2 Ban E1 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 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương Máy điện chiều Khi phần ứng quay nửa vòng, vị trí phần tử thay đổi, ab cực S, cd cực N, sức điện động dẫn đổi chiều Nhờ có chổi than đứng n, 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: U = Eư - RưIư (8-1) 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 DH S0u g n ruo K pham M P HC uat T y th t b) ©T yen u q Ban Điện áp đầu cực máy phát điện chiều Hình 8-5 a) 8.2.2 Nguyên lý làm việc phương trình cân điện áp động điện chiều Hình 8-6 mơ tả ngun 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 dịng điện a d b chiều quay E c Hình 8-6 Nguyên lý làm việc động điện chiều 158 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương Máy điện chiều Khi phần ứng quay nửa vòng, 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 (8-2) §8.3 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 8.3.1 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: M HC P T uat Etd = Btb.l.v (V) (8-3) y th K m a h Trong đó: Su p H D ng Btb : cường độ từ cảm trung Truobình cực từ ( đơn vị: T) © n uye dẫn (đơn vị: m/s) v: tốc độ dàiBacủa n qthanh 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 N nhánh , sức điện động phần ứng là: 2a Eu   N N B tb lv E td  2a 2a (8-4) Tốc độ dài v xác định theo tốc độ quay n (vịng/phút): v Dn 60 (8-5) Từ thơng  cực từ là:   Btb Dl 2p (8-6) Suy ra: Eu  pN n  k E n 60a (8-7) Trong đó: 159 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương 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 8.3.2 Cơng suất điện từ, moment điện từ máy điện chiều Công suất điện từ máy điện chiều: Pđt = Eư.Iư (8-8) Thay giá trị Eư 8-7 vào 8-8 ta có: Pđt = pN nI u 60a Moment điện từ là: Mđt = Pdt u DH S g n ruo K pham M (8-9) P HC uat T y th (8-10) r ©T yen u q n Bađược  r tần số góc quay rơto, tính theo tốc độ quay n(vòng/phút) biểu thức: r  2n 60 (8-11) Thay 8-9 8-11 vào 8-10, ta có biểu thức moment điện từ là: Mđt = Trong hệ số k M = pN I u  k M I u 2 a (8-12) pN phụ thuộc vào kết cấu máy 2a 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 §8.4 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 8-9a) - Máy điện chiều kích từ song song: dây quấn kích từ nối song song với mạch phần ứng (hình 8-9b) - Máy điện chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ nối tiếp với mạch phần ứng (hình 8-9c) 160 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương 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 8-9d) F F F F a) b) c) d) Hình 8-9 Các phương pháp cung cấp dịng kích từ máy điện chiều 8.4.1 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 DH S g n ruo K pham M P HC uat T y th ©T yen u q an B U A Iư Ikt R Ukt a) c) Hình 8-10 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 161 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương 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 8-10b Khi tải tăng, điện áp giảm, độ giảm điện áp khoảng – 10% điện áp không tải Để giữ cho điện áp máy phát khơng 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 8-10c 8.4.2 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 - M - Phương trình cân điện áp: P HC uat T h Ky t m a h + Mạch kích từ: Ukt = Ikt(Rkt + Rđc) Su p H D Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng tăng, điện áp rơi phần ứng phản ứng phần uong r T © điện áp U hai đầu cực giảm máy phát điện ứng tăng, hai ngun nhânenlàm quy kích từ song song cịn thêm nguyên nhân U n kích từ độc lập, máy phát điện a B giảm làm cho dịng điện kích từ giảm, từ thơng sức điện động giảm, đường đặc tính ngồi dốc so với máy phát điện kích từ độc lập có dạng hình 811b + Mạch phần ứng: U = Eư – Rư.Iư 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 8-11 Sơ đồ đặc tính máy phát điện chiều kích từ song song 162 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương Máy điện chiều 8.4.3 Máy phát điện kích từ nối tiếp Sơ đồ nối dây hình 8-12a Dịng điện kích từ dịng điện tải, tải thay đổi, điện áp thay đổi nhiều, thực tế không 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 a) u DH S g n ruo n©T Iư an quye B K pham M P HC uat T y th b) Hình 8-12 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 8-13a Khi nối thuận, từ thơng dây quấn kích từ nối tiếp chiều với từ thơng dây quấn kích từ song song, tải tăng, từ thơng cuộn dây kích từ nối tiếp tăng làm cho từ thông 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 8-13b Khi bù dư đường đặc tính dốc lên 163 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương Máy điện chiều bù dư R I A bù đủ U b) Rktnt Iktnt Eư nối ngược Iư Iktss R Rktss A Ikt M HC c) uat TP h Ky t m a h Hình 8-13 Sơ đồ đặc tính máy phát điện Su p chiều kích từ hỗn hợp H D ng Truo © n Phương trình dịngađiện: quyIe = Iktnt B n Iư = I + Iktss a) - - 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 8-13c Đường đặc tính ngồi dốc, nên sử dụng làm máy hàn điện chiều §8.5 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 8.5.1 Mở máy động điện chiều Phương trình cân điện áp mạch phần ứng là: U = Eư + Rư.Iư (8-13) Khi mở máy, tốc độ n = 0, sức phản điện Eư = kE.n. = Dòng điện phần ứng lúc mở máy là: Iưmm = U Ru (8-14) Vì Rư nhỏ nên Iư mm lớn khoảng 2030 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: 164 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương Máy điện chiều - Dùng biến trở mở máy (như hình 8-14), lúc này: Iưmm = U Ru  Rmm (8-15) - Giảm điện áp đặt vào phần ứng Rđc Rmm A M HC P T Hình 8-14 Sơ đồ mở máy động điện mộthuchiều at yt K am u ph 8.5.2 Điều chỉnh tốc độ động điện mộtH chiều S D uong r T n© Từ phương trình 8-13, rút ra: quye n a Eư = U – Rư.IưB Thay trị số Eư = kE.n., ta có phương trình: U  Ru I u (8-16) n k E Từ phương trình 8-16, ta có phương pháp sau: - Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng - Thay đổi điện áp U - Thay đổi từ thông 8.5.3 Động điện kích từ song song Sơ đồ nối dây hình 8-15a Để mở máy ta dùng biến trở mở máy Rmm - Đường đặc tính n = f(M) hình 8-15b, thêm điện trở phụ Rp vào mạch phần Ru  R p U  ứng ta có phương trình đặc tính sau: n  M k E k E k M  - Họ đặc tính thay đổi từ thơng vẽ hình 8-15d - Họ đặc tính thay đổi điện áp đặt vào phần ứng vẽ hình 8-15e - Đặc tính làm việc: đường đặc tính làm việc xác định điện áp dịng 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 8-14c 165 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương Máy điện chiều Rmm b) Iư Ikt Eư A M P HC uat T Rp a) u DH S g n ruo th K c)y m a ph ©T yen u q an B d) e) Hình 8-15 Sơ đồ hoạt dộng đặc tính động điện chiều kích từ song song 8.5.4 Động kích từ nối tiếp Sơ đồ nối dây vẽ hình 8-16a sơ đồ điều chỉnh tốc độ điện trở phụ, hình 8-6b hình 8-6c sơ đồ điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông 166 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương Máy điện chiều - Đường đặc tính n = f(M) hình 8-16d, 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 8-16e, 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) c)HCM P T uat b) u DH S g n ruo K pham y th ©T yen u q an B d) e) Hình 8-16 Sơ đồ hoạt dộng đặc tính động điện chiều kích từ nối tiếp 8.5.5 Động kích từ hỗn hợp Sơ đồ nối dây vẽ hình 8-17a dây quấn kích từ nối thuận làm từ thông tăng nối ngược làm từ thông giảm 167 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương Máy điện chiều U Rkt A Ikt I Iư Eư a) b) M HC P T Hình 8-17 Sơ đồ hoạt dộng đặc tính động điện mộthuchiều at kích từ hỗn hợp yt K hamnối thuận (đường 1) trung bình u pkhi Đặc tính động kích từ hỗn hợp hình 8-17b, S H gD đặc tính động kích từ song song 2) nối tiếp (đường 3) uon(đường r T © n động làm việc nặng nề, dây e kích từ nối tiếp dây quấn kích từ chính, cịn dây quấn yquấn n quđược nối thuận Baphụ kích từ song song dây quấn 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 §8.6 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG 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 §8.7 BÀI TẬP CHƯƠNG Bài 8.1: 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: P Iđm = dm = 43,48A U dm U Ikt = dm = 4A Rkt Iu = Idm + Ikt = 47,48A Eu = U +IưRư = 232,37V Bài 8.2: 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 168 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương Máy điện chiều việc chế độ động điện kích từ song song với U = 220V, dịng 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 * Suy nđc = = 824,14 v/p  udc ndmmf Eumf n dmdc M HC P T Bài 8.3: Máy phát điện chiều kích từ song song: Pđm = 50KW, tUhđm uat= 110V, Rư = 0,01, n = y K 1440 vòng/phút, Rkt = 11 am uUp=h 110V, dịng điện phần ứng kích từ S Cho làm việc chế độ động kích từ song song với H gD chế độ máy phát Tính tốc độ động© T ruon n Lời giải: quye n a * Chế độ máy phát B Pdm = 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 Iđm = Bài 8.4: 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 169 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương 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 * Suy nđc = = 774,8 v/p  udc ndmmf Eumf n dmdc Ikt = * Pđt = Eưđc* Iưđc = 9597,9W P * Mđm = 9,55 dm = 118,3Nm n Bài 8.5: Một động điện chiều kích từ hỗn hợp có Pđm = 20KW, Uđm = 230V, Rư = 0,04, M quấn phần ứng Rktnt = 0,01, Rktss = 71,8, nđm = 1150 vịng/phút Tính sức điện động trongHdây C P T Eư momen định mức Mđm uat y th K Lời giải am u ph S Pdm H D = 86,96A Iđm = uong r U dm T © yen U dm Ban qu = 3,2A Iktss = Rkt Iư = Iđm – Iktss = 83,76A Eư = Uđm –Iư (Rktnt + Rư) = 221,6V P Mđm = 9,55 dm = 166,1Nm n Bài 8.6: Một động điện chiều kích từ song song điện áp định mức Uđm = 220V; dòng điện định mức Iđm = 502A; dòng 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 I , Ikt, tốc độ n chế độ động điện Xác định công suất điện P máy phát điện áp U máy phát Đáp số: P = 103,12kW; U = 209 V Bài 8.7: Một động chiều kích từ song song có Pđm =5,5kw; Uđm =110V; Iđm =58A; nđm =1450v/p; Rư =0,15; Rkt =137; 2Utx = 2V Hãy xác định sức điện động phần ứng, dòng điện phần ứng mô men điện từ Đáp số: Iư = 93,35 A; Eư = 204,13 V; Mđm = 179,54 N.m Bài 8.8: 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, dòng điện I=200A Mơmen đện từ Mđt = 696Nm 1) Tính cơng suất điện động tiêu thụ 2) Tính tốc độ động n Đáp số: P = 50kW; nđc = 625,7 v/p 170 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Chương 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 u DH S g n ruo K pham M P HC uat T y th ©T yen u q an B 171 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ĐẶNG VĂN ĐÀO- LÊ VĂN DOANH, Kỹ Thuật Điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật –Hà Nội- 2005 [2] DAVID E JOHNSON - JOHNNY R JOHNSON - JOHN L HILBURN, Electric Circuit Analysis, Prentice Hall, 1989 [3] DAVID IRWIN J., Basic Engineering Circuit Analysis, Prentice Hall, 1996 [4] JOHN WILEY & SONS, Inc., Electric Engineering Circuits, 1963 [5] NGUYỄN TRỌNG THẮNG, Giáo trình máy điện 1, 2, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, năm 2007 [6] SANDER K.F., Electric Circuit Analysis, Addison Wesley, 1992 u DH S g n ruo K pham M P HC uat T y th ©T yen u q an B Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn ... dụng kỹ thuật tượng điện từ Giáo trình kỹ thuật điện gồm phần: Phần Mạch điện bao gồm chương Phần Máy điện bao gồm chương HCM pháp tính tốn phương P Quyển sách trình bày kiến thức mạch điện, ... phương trình cân điện áp máy phát điện chiều 157 8.2.2 Nguyên lý làm việc phương trình cân điện áp động điện chiều 158 8.3 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 159 8.3.1 Sức điện động... dụng điện trường chúng chuyển động tạo thành dòng điện 1.2.2 Điện Áp Điện áp đại lượng đặc trưng cho khả tích lũy lượng dịng điện Trong mạch điện, điểm có điện  định Hiệu điện hai điểm gọi điện