Bài giảng kỹ thuật điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP ĐINH HẢI LĨNH - TRẦN KIM KHUÊ KỸ THUẬT ĐIỆN (Bài giảng Trường Đại học Lâm nghiệp) HÀ NỘI - 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH ThS Đinh Hải Lĩnh - ThS Trần Kim Khuê KỸ THUẬT ĐIỆN (Bài giảng Trường Đại học Lâm nghiệp) Hà Nội - 2023 LỜI NĨI ĐẦU Kỹ thuật điện mơn học dành cho sinh viên ngành Kỹ thuật xây dựng Mục tiêu môn học cung cấp cho sinh viên kiến thức mạch điện bản, mạch điện xoay chiều pha, mạch điện xoay chiều ba pha; máy biến áp; động xoay chiều ba pha; máy điện chiều Hiểu nguyên lý phương pháp phân tích, giải mạch điện pha, mạch điện ba pha; hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động đặc tính máy biến áp, máy điện xoay chiều pha, máy điện xoay chiều ba pha Để phù hợp với mục tiêu đào tạo điều kiện học tập sinh viên, giảng biên soạn bao gồm có chương: - Chương 1: Tổng quan mạch điện; - Chương 2: Mạch điện sin; - Chương 3: Mạch điện ba pha; - Chương 4: Khái niệm chung máy điện - Máy biến áp; - Chương 5: Máy điện không đồng bộ; - Chương 6: Máy điện đồng bộ; - Chương 7: Máy điện chiều Bài giảng biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên ngành Kỹ thuật Xây dựng nói riêng sinh viên ngành kỹ thuật nói chung bắt đầu làm quen với kỹ thuật điện tài liệu tham khảo, học tập hữu ích Tạo điều kiện thuận lợi cho sinh viên học tập môn học Kỹ thuật điện; kỹ thuật điện & điện tử học tập thuận lợi nâng cao hiệu học tập Trong q trình biên soạn khơng tránh khỏi thiếu sót, nhóm tác giả mong nhận ý kiến đóng góp, xây dựng để giảng hồn chỉnh Nhóm tác giả i ii MỤC LỤC Lời nói đầu i Mục lục iii Phần I MẠCH ĐIỆN Chương TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 Khái niệm mạch điện 1.1.1 Mạch điện phần tử mạch điện 1.1.2 Phân loại mạch điện 1.2 Các đại lượng đặc trưng, thông số mô hình mạch điện 1.2.1 Các đại lượng đặc trưng cho trình lượng mạch điện 1.2.2 Các thông số mạch điện 1.2.3 Mơ hình mạch 11 1.3 Hai định luật Kirchhoff 12 1.3.1 Định luật Kirchhof dòng điện 12 1.3.2 Định luật Kirchhof điện áp 13 Bài tập chương 15 Chương MẠCH ĐIỆN SIN 18 2.1 Khái niệm chung 18 2.1.1 Dạng tổng quát đại lượng sin 18 2.1.2 Các thông số đặc trưng đại lượng sin 18 2.1.3 Sự lệch pha hai đại lượng sin tần số 19 2.2 Trị số hiệu dụng dòng điện sin 20 2.3 Các phương pháp biểu diễn dòng điện sin 21 2.3.1 Biểu diễn dòng điện sin dạng vector 21 2.3.2 Biểu diễn đại lượng sin số phức 22 2.4 Các mạch điện sin 26 2.4.1 Mạch trở 26 2.4.2 Mạch cảm 27 2.4.3 Mạch dung 29 2.4.4 Mạch R - L - C nối tiếp 30 2.4.5 Công suất 32 2.4.6 Nâng cao hệ số công suất cos 34 iii 2.5 Các phương pháp phân tích mạch điện 37 2.5.1 Ứng dụng biểu diễn vector phức 37 2.5.2 Phương pháp biến đổi tương đương 41 2.5.3 Phương pháp dòng điện nhánh 43 2.5.4 Phương pháp dòng điện vòng 45 2.5.5 Phương pháp điện áp hai nút 46 Bài tập chương .48 Chương MẠCH ĐIỆN SIN BA PHA 58 3.1 Khái niệm chung .58 3.2 Các phương pháp nối mạch ba pha .60 3.2.1 Phương pháp nối .60 3.2.2 Phương pháp nối tam giác .61 3.3 Công suất mạch điện ba pha 61 3.4 Tính tốn mạch ba pha đối xứng 62 3.4.1 Mạch điện ba pha tải nối hình đối xứng 62 3.4.2 Mạch điện ba pha tải nối hình tam giác đối xứng 63 3.5 Tính tốn mạch ba pha khơng đối xứng 64 3.5.1 Tải nối hình sao, có dây trung tính tổng trở Z0 64 3.5.2 Khi tổng trở dây trung tính Zo = 64 3.6 Cách nối nguồn tải mạch ba pha 64 3.6.1 Cách nối nguồn điện 64 3.6.2 Cách nối động điện ba pha 65 Bài tập chương .66 Phần II MÁY ĐIỆN .73 Chương KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN - MÁY BIẾN ÁP .75 4.1 Định nghĩa phân loại máy điện 75 4.2 Các định luật điện từ dùng máy điện 75 4.2.1 Định luật cảm ứng điện từ .75 4.2.2 Định luật lực điện từ 77 4.3 Nguyên lý máy phát điện động điện .77 4.4 Định luật mạch từ 79 4.5 Các vật liệu chế tạo máy điện 79 iv 4.6 Máy biến áp 80 4.6.1 Định nghĩa công dụng 80 4.6.2 Các thông số kỹ thuật máy biến áp 81 4.6.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy biến áp 81 4.6.4 Các phương trình máy biến áp 84 4.6.5 Sơ đồ thay máy biến áp 87 4.6.6 Chế độ không tải ngắn mạch máy biến áp 90 4.6.7 Máy biến áp ba pha 93 Bài tập chương 95 Chương MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 99 5.1 Khái niệm chung 99 5.2 Cấu tạo máy điện không đồng 100 5.3 Nguyên lý làm việc máy điện không đồng 101 5.4 Mơ hình tốn động không đồng 102 5.4.1 Phương trình điện áp dây quấn stator 102 5.4.2 Phương trình điện áp dây quấn rotor 102 5.4.3 Phương trình sức từ động động không đồng 104 5.4.4 Sơ đồ thay động không đồng 105 5.5 Biểu đồ lượng hiệu suất động điện không đồng 107 5.6 Mô men điện từ động không đồng 108 5.7 Các phương pháp mở máy động không đồng ba pha 111 Bài tập chương 113 Chương MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 117 6.1 Định nghĩa, phân loại, công dụng 117 6.2 Cấu tạo máy điện đồng 117 6.3 Nguyên lý làm việc 119 6.3.1 Nguyên lý làm việc máy phát điện đồng 119 6.3.2 Nguyên lý làm việc động đồng 120 6.4 Các thông số định mức máy điện đồng 120 6.5 Phản ứng phần ứng máy điện đồng 120 6.6 Quan hệ điện từ máy điện đồng 121 6.7 Công suất điện từ mô men điện từ máy phát điện đồng cực lồi 122 Bài tập chương 124 v Chương MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .127 7.1 Cấu tạo máy điện chiều 127 7.2 Nguyên lý hoạt động máy điện chiều .129 7.3 Phân loại máy điện chiều .131 7.4 Công suất điện từ mô men điện từ máy điện chiều 132 7.5 Máy phát điện chiều 132 7.5.1 Máy phát điện chiều kích từ độc lập .132 7.5.2 Máy phát điện kích từ song song 134 7.5.3 Máy phát điện kích từ nối tiếp 135 7.5.4 Máy phát điện chiều kích từ hỗn hợp 136 7.6 Động điện chiều 137 7.6.1 Mở máy động điện chiều 137 7.6.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều 138 Bài tập chương .139 Tài liệu tham khảo 142 vi Phần I MẠCH ĐIỆN Cực từ Cực từ phụ Hình 7.2 Stator máy điện chiều Phần gông từ thường làm thép đúc, vừa mạch từ vừa vỏ máy Phần cảm bên có gắn cực từ cực từ phụ Mỗi máy thường có đến cực từ Các cực từ có dây quấn kích từ, cuộn dây nối tiếp Cực từ phụ xen kẽ với cực từ chính, có tác dụng làm giảm tia lửa điện chổi than vành góp b Rotor (phần ứng) Rotor máy điện chiều gọi phần ứng, gồm lõi thép dây quấn phần ứng Lõi thép hình trụ, làm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, phủ sơn cách điện ghép lại Các thép dập có lỗ thơng gió rãnh để đặt dây quấn phần ứng (Hình 7.3) Hình 7.3 Rotor máy điện chiều Mỗi phần tử dây quấn phần ứng có nhiều vịng dây, hai đầu nối với phiến góp, hai cạnh tác dụng phần tử dây quấn đặt hai rãnh hai cực khác tên c Cổ góp chổi than Cổ góp (cịn gọi vành góp hay phiến đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Gồm phiến góp đồng ghép cách điện có dạng hình trụ, gắn đầu trục rotor 128 Chổi than làm băng graphit có độ cứng tùy theo tốc độ động cơ, số lượng hộp chổi than kích thước chổi than cực phụ thuộc vào mật độ dòng điện qua Chổi than ép mặt cổ góp lị xo, điều chỉnh lực căng để khắc phục tia lửa điện Hình 7.4 Cổ góp chổi than Cấu trúc chổi than - cổ góp để biến dịng điện chiều thành dòng điện xoay chiều trường hợp động biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều trường hợp máy phát Mặt cổ góp gồm phiến đồng ghép cách điện với rải theo chu vi mặt trục nối với dây quấn phần ứng Phần cổ góp liên lạc với nguồn điện chiều thông qua hệ thống chổi than 7.2 Nguyên lý hoạt động máy điện chiều a Nguyên lý hoạt động phương trình điện áp động điện chiều Hình 7.5 Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi cho điện áp chiều vài hai chổi điện A B, dây quấn phần ứng có dịng điện Iư Các dẫn ab, cd có dịng điện nằm từ trường, chịu lực Fđt tác dụng làm cho rotor quay Chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái (Hình 7.5a) 129 Khi phần ứng quay nửa vịng, vị trí dẫn ab, cd đổi chỗ nhau, có phiến góp đổi chiều dịng điện, giữ cho lực tác dụng khơng đổi, đảm bảo động có chiều quay khơng đổi (Hình 7.5b) Khi động quay, dẫn cắt từ trường, cảm ứng s.đ.đ Eư Chiều s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động chiều s.đ.đ ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư gọi sức phản điện Phương trình điện áp là: U = Eư + Rư.Iư (7.1) b Nguyên lý hoạt động phương trình điện áp máy phát điện chiều Khi động sơ cấp quay phần ứng, dẫn dây quấn phần ứng cắt từ trường cực từ, cảm ứng sức điện động Chiều s.đ.đ xác định theo quy tắc bàn tay phải Như hình 7.6 từ trường hướng từ cực N đến cực S (từ xuống dưới), chiều quay phần ứng ngược chiều kim đồng hồ, dẫn phía trên, s.đ.đ có chiều từ b đến a Ở dẫn phía dưới, chiều s.đ.đ từ d đến c S.đ.đ phần từ hai lần s.đ.đ dẫn Nếu chổi điện A B nối với tải, tải có dịng điện chiều từ A đến B Điện áp máy phát điện có cực dương chổi A cực âm chổi B Khi phần ứng quay nửa vịng, vị trí phần tử thay đổi, ab cực S, dc cực N, s.đ.đ dẫn đổi chiều Nhờ có chổi điện đứng yên, chổi điện A nối với phiến góp phía trên, chổi B nối với phiến góp phía dưới, nên chiều dịng điện mạch ngồi khơng đổi Hình 7.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy phát điện chiều 130 Ở chế độ máy phát Iư chiều Eư Phương trình điện áp là: U = Eư - Rư.Iư (7.2) Trong đó: (Rư Iư) 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 7.3 Phân loại máy điện chiều Dựa vào phương pháp cung cấp dịng kích từ, người chia máy điện chiều loại sau: 1) Máy điện chiều kích từ độc lập: Dịng điện kích từ máy lấy từ nguồn điện khác khơng liên hệ với phần ứng máy (Hình 7.7c); 2) Máy điện chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ nối song song với mạch phần ứng (Hình 7.7a); 3) Máy điện chiều kích từ nối tiếp: Dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng (Hình 7.7b); 4) 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, dây quấn kích từ song song thường chủ yếu (Hình 7.7d) + Iu I kt = 1u Iu Ikt U r kt = + U  I kt U - I kt = Iu I kt - a) b) Iu + Ikt  Iu - I + U + - I kt I kt // I = I u ktnt Iu Uk t U I = Iu + I kt Ikt = Iu - d) c) Hình 7.7 Các loại máy điện chiều 131 Qua sơ đồ chung ta thấy trường hợp kích thích độc lập có phức tạp có hai nguồn điện song cấu tạo mà từ thơng máy không phụ thuộc vào phụ tải Ngược lại trường hợp kích thích nối tiếp từ thơng bị chi phối phụ tải Loại máy điện chiều kích thích song song kết hợp ưu diểm mạch kích thích độc lập từ thơng phụ thuộc vào phụ tải điện trở kích thích lớn dịng kích thích nhỏ 7.4 Cơng suất điện từ mô men điện từ máy điện chiều Công suất điện từ máy điện chiều: Pđt = Eư.Iư (7.3) Trong đó: Eư = kE.n.Ф kE = p.N/60a hệ số phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn phần ứng; a số đôi nhánh song song (Các chổi điện chia dây quấn thành nhiều nhánh song song) Mô men điện từ máy điện chiều: 𝑀đ𝑡 = 𝑃đ𝑡 𝜔𝑟 (7.4) Trong đó: ωr tốc độ góc quay roto, ωr = 2π.n/60 (rad/s) Suy mơ men điện từ tính sau: 𝑀đ𝑡 = 𝑝 𝑁 𝐼 𝛷 2𝜋𝑎 (7.5) Như vậy, mô men điện từ tỷ lệ với dịng điện phần ứng Iư từ thơng Muốn thay đổi mơ men điện từ, ta phải thay đổi dịng điện phần ứng thay đổi dịng kích từ Ikt Muốn đổi chiều mô men điện từ phải đổi chiều dịng điện phần ứng đổi chiều dịng kích từ 7.5 Máy phát điện chiều 7.5.1 Máy phát điện chiều kích từ độc lập Sơ đồ máy phát điện kích từ độc lập hình 7.8 Dịng điện phần ứng Iư dịng điện tải I 132 Phương trình điện áp: + Mạch phần ứng: U = Eư - Rư.Iư (7.6) Ukt = Ikt (Rkt + Rđc) (7.7) + Mạch kích từ: Trong đó: Rư điện trở dây quấn phần ứng; Rkt điện trở dây quấn kích từ; Rđc điện trở điều chỉnh Hình 7.8 Sơ đồ máy điện chiều kích từ độc lập Khi dòng điện tải I tăng, dòng điện phần ứng tăng, điện áp U giảm xuống hai nguyên nhân sau: - Tác dụng từ trường phần ứng làm cho từ thông giảm, kéo theo sức điện động Eư giảm; - Điện áp rơi mạch phần ứng Rư.Iư tăng Đặc tính ngồi U = f(I) tốc độ dịng điện kích từ khơng đổi hình 7.9b Khi tải tăng điện áp giảm, độ giảm điện áp khoảng ÷ 10% điện áp khơng tải Để giữ cho điện áp máy phát không đổi phải tăng dịng điện kích từ Đường đặc tính điều chỉnh dịng kích từ Ikt = f(I), giữ điện áp tốc độ khơng đổi vẽ hình 7.9c 133 Hình 7.9 Các đường đặc tính máy phát chiều kích từ độc lập 7.5.2 Máy phát điện kích từ song song Sơ đồ máy phát điện kích từ song song vẽ hình 7.10a Để thành lập điện áp cần thực q trình tự kích từ Hình 7.10 Sơ đồ đặc tính máy phát chiều kích từ song song Lúc đầu, máy khơng có dịng điện kích từ, từ thơng máy từ dư cực từ tạo ra, khoảng ÷ 3% từ thơng định mức Khi quay phần ứng, dây quấn phần ứng có sức điện động cảm ứng từ thông dư sinh Sức điện động khép mạch qua dây quấn kích từ (điện trở mạch kích từ vị trí nhỏ nhất), sinh dịng kích từ, làm tăng từ trường cho máy Quá trình tiếp tục đạt điện áp ổn định Để máy thành lập điện áp, cần thiết phải có từ dư 134 chiều từ trường dây quấn kích từ phải chiều từ trường dư Nếu khơng cịn từ dư, ta phải mồi để tạo từ dư, chiều hai từ trường ngược nhau, ta phải đổi cực tính dây quấn kích từ đổi chiều quay phần ứng Phương trình cân điện áp: + Mạch phần ứng: U = Eư - Rư.Iư (7.8) Ukt = Ikt (Rkt + Rđc) (7.9) + Mạch kích từ: Phương trình dịng điện là: Iư = I + Ikt (7.10) Khi dòng điện tải tăng, dịng điện phần ứng tăng, ngồi hai ngun nhân làm điện áp đầu cực giảm máy phát điện kích từ độc lập, máy kích từ song song cịn thêm nguyên nhân U giảm, làm cho dịng điện kích từ giảm, từ thơng sức điện động giảm, đường đặc tính ngồi dốc so với máy kích từ độc lập có dạng hình 7.10b Từ đường đặc tính ta thấy, ngắn mạch, điện áp U = 0, dịng kích từ khơng, sức điện động máy từ dư sinh dịng điện ngắn mạch In nhỏ so với dòng điện định mức Để điều chỉnh điện áp, ta phải điều chỉnh dòng điện kích từ, đường đặc tính điều chỉnh Ikt = f(I), U, n khơng đổi vẽ hình 7.10c 7.5.3 Máy phát điện kích từ nối tiếp Sơ đồ nối dây hình 7.11a 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 7.11b Dạng đường đặc tính ngồi giải thích sau: Khi tải tăng, dịng điện Iư tăng, từ thơng Eư tăng, U tăng, I = (2÷ 2,5)Iđm, máy bão hịa, I tăng U giảm 135 Hình 7.11 Sơ đồ đặc tính máy phát chiều kích từ nối tiếp 7.5.4 Máy phát điện chiều kích từ hỗn hợp Sơ đồ nối dây hình 7.12a Hình 7.12 Sơ đồ đặc tính máy phát chiều kích từ hỗn hợp Khi nối thuận, từ thơng dây quấn kích từ nối tiếp chiều với từ thơng dây quấn kích từ song song, tải tăng, từ thông cuộn nối tiếp tăng làm cho từ thông máy tăng lên, sức điện động máy điện tăng, điện áp đầu cực máy đầu cực không đổi Đây ưu điểm lớn máy phát điện kích từ hỗn hợp Đường đặc tính ngồi U = f(I) vẽ hình 7.12b 136 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 vẽ hình 7.12c Đường đặc tính ngồi dốc, nên sử dụng làm máy hàn điện chiều 7.6 Động điện chiều 7.6.1 Mở máy động điện chiều Sơ đồ mạch điện thay động chiều giống máy phát điện chiều, đổi chiều dòng điện Do đó, phương trình điện áp là: U = Eư + Rư.Iư (7.11) Từ rút ra: 𝐼ư = 𝑈 − 𝐸ư 𝑅ư (7.12) Khi mở máy tốc độ n = 0, sức phản điện Eư = ke.n.Ф = (ke = pN/60a), p số đôi cực, N số dẫn dây quấn, a số đôi nhánh Dòng điện phần ứng lúc mở máy là: Iưmở = U Rư (7.13) Vì điện trở Rư nhỏ, dòng điện phần ứng lúc mở máy lớn khoảng (20÷ 30)Iđm, làm hỏng cổ góp chổi than Dòng điện phần ứng lớn kéo theo dòng điện mở máy lớn, làm ảnh hưởng đến lưới điện Để giảm dịng điện mở máy, đạt Imm = (1,5÷ 2)Iđm, ta dùng biện pháp sau: a Dùng biến trở mở máy Rmở Mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng Dịng điện mở máy phần ứng lúc có biến trở mở máy là: Iưmở = U/(Rư + Rmở) Lúc đầu để biến trở Rmở lớn nhất, trình mở máy tốc độ tăng lên, sức điện động Eư tăng điện trở mở máy giảm dần đến không, máy làm việc điện áp định mức b Giảm điện áp đặt vào phần ứng Phương pháp sử dụng có nguồn điện chiều điều chỉnh điện áp, ví dụ hệ thống máy phát động cơ, nguồn chiều chỉnh lưu 137 Cần ý để mô men mở máy lớn, lúc mở máy phải có từ thơng lớn nhất, thơng số mạch kích từ phải điều chỉnh cho dịng điện kích từ lúc mở máy lớn 7.6.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều Từ phương trình cân điện áp ta rút ra: Eư = U – Rư.Iư (7.14) Thay trị số Eư = ke.n.Ф ta có phương trình tốc độ là: n = (U – Rư.Iư)/(ke.Ф) Từ phương trình ta thấy muốn điều chỉnh tốc độ, ta có phương pháp sau a Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng Khi thêm điện trở vào mạch phần ứng, tốc độ giảm Vì dịng điện phần ứng lớn, nên tổn hao công suất điện trở điều chỉnh lớn Phương pháp sử dụng động công suất nhỏ b Thay đổi điện áp U Dùng nguồn điện chiều điều chỉnh điện áp cung cấp điện cho động Phương pháp sử dụng nhiều c Thay đổi từ thơng Thay đổi từ thơng cách thay đổi dịng điện kích từ Khi điều chỉnh tốc độ, ta kết hợp phương pháp Ví dụ, phương pháp thay đổi từ thông kết hợp với phương pháp thay đổi điện áp phạm vi điều chỉnh rộng, ưu điểm lớn động chiều 138 BÀI TẬP CHƯƠNG Bài 7.1: Một máy phát điện kích từ song song, cơng suất định mức Pđm = 25kW, điện áp định mức Uđm = 115V, có thơng số sau: Điện trở dây quấn kích từ song song Rkt = 12,5Ω; điện trở dây quấn phần ứng Rư = 0,0238Ω, số đôi nhánh a = 2, số đôi cực từ p = 2, số dẫn N = 300, tốc độ quay n = 1300 vg/ph a Xác định sức điện động Eư từ thông Φ b Giả sử dịng điện kích từ khơng đổi, bỏ qua phản ứng phần ứng, xác định điện áp đầu cực máy dòng điện giảm xuống 80,8A Giải: a Dòng điện định mức 𝐼đ𝑚 = 𝑃đ𝑚 25000 = = 217,4 𝐴 𝑈đ𝑚 115 Dịng điện kích từ: 𝐼𝑘𝑡 = 𝑈đ𝑚 115 = = 9,2 𝐴 𝑅𝑘𝑡 12,5 Dòng điện phần ứng: 𝐼ư = 𝐼đ𝑚 + 𝐼𝑘𝑡 = 217,4 + 9,2 = 226,6 𝐴 Sức điện động máy: 𝐸ư = 𝑈 + 𝐼ư 𝑅ư = 115 + 226,6.0,0238 = 120,4 𝑉 Từ thông Φ: 𝛷= 60𝑎 𝐸ư 60.2.120,4 = = 1,852 10−2 𝑊𝑏 𝑝 𝑁 𝑛 2.300.1300 b Dòng điện phần ứng 𝐼ư = 𝐼 + 𝐼𝑘𝑡 = 80,8 + 9,2 = 90 𝐴 Điện áp đầu cực máy phát: 𝑈 = 𝐸ư − 𝐼ư 𝑅ư = 120,4 − 90.0,0238 = 118,3 𝑉 Bài 7.2: Một máy phát điện chiều kích từ song song, điện áp định mức Uđm = 115V, cung cấp dòng điện It = 98,3A cho tải Điện trở phần ứng Rư = 0,0753Ω, điện trở dây quấn kích từ song song Rkt = 19Ω Tổn hao cơ, sắt từ, phụ 4% công suất điện 139 a Xác định sức điện động Eư hiệu suất η máy chế độ tải b Tính dịng điện ngắn mạch ngắn mạch hai đầu cực máy phát Cho biết từ thông dư 3% từ thông máy chế độ tải tốc độ máy không đổi Giải: a Dịng điện kích từ 𝐼𝑘𝑡 = 𝑈đ𝑚 115 = = 6,05 𝐴 𝑅𝑘𝑡 19 Dòng điện phần ứng: 𝐼ư = 𝐼𝑡 + 𝐼𝑘𝑡 = 98,3 + 6,05 = 104,35 𝐴 Sức điện động máy: 𝐸ư = 𝑈 + 𝐼ư 𝑅ư = 115 + 104,35.0,735 = 122,7 𝑉 Tổn hao dây quấn phần ứng: ∆𝑃ư = 𝐼ư2 𝑅ư = 104,352 0,0735 = 800,33 𝑊 Tổn hao dây quấn kích từ song song: ∆𝑃𝑘𝑡 = 𝐼𝑘𝑡 𝑅𝑘𝑡 = 6,052 19 = 695,44 𝑊 Tổn hao cơ, sắt từ phụ: ∆𝑃𝑐𝑠𝑡𝑓 = 4% 𝑃 = 0,04.115.98,3 = 452 𝑊 Hiệu suất máy: 𝜂= 𝑃 115.98,3 = = 0,853 𝑃 + ∆𝑃 115.98,3 + 800,33 + 695,44 + 452 b Khi ngắn mạch đầu cực, dòng điện ngắn mạch chạy dây quấn phần ứng 𝐼ư𝑛 = 𝐸ư𝑛 𝑅ư Trong đó: 𝐸ư𝑛 = 𝑘𝑒 𝑛 𝛷𝑑ư = 0,03 𝑘𝑒 𝑛 𝛷 = 0,03 𝐸ư = 0,03.122,7 = 3,7 𝑉 Suy ra: 𝐼ư𝑛 = 𝐸ư𝑛 3,7 = = 50 𝐴 𝑅ư 0,0735 Ở máy phát kích từ song song, dịng điện ngắn mạch nhỏ dòng điện định mức 140 Bài 7.3: Một máy phát điện kích từ hỗn hợp, cơng suất định mức Pđm = 20kW, điện áp định mức 230V Điện trở mạch kích từ song song Rkt// = 71,87Ω, điện trở dây quấn phần ứng Rư = 0,098Ω, điện trở dây quấn kích từ nối tiếp Rnt = 0,04Ω, tổn hao cơ, sắt, từ, phụ 4% công suất định mức Xác định sức điện động Eư Giải: Dòng điện định mức máy phát: 𝑃đ𝑚 20000 𝐼đ𝑚 = = = 87 𝐴 𝑈đ𝑚 230 Dịng điện kích từ song song: 𝑈đ𝑚 220 𝐼𝑘𝑡 = = = 3,2 𝐴 𝑅𝑘𝑡// 71,87 Dòng điện định mức: 𝐼ưđ𝑚 = 𝐼đ𝑚 + 𝐼𝑘𝑡 = 87 + 3,2 = 90,2 𝐴 Sức điện động máy Eư: 𝐸ư = 𝑈đ𝑚 + 𝐼ưđ𝑚 (𝑅ư + 𝑅𝑛𝑡 ) = 230 + 90,2 (0,098 + 0,04) = 242,4 𝑉 Bài 7.4: Một động điện chiều công suất định mức Pđm = 1,5kW, điện áp định mức 220V, hiệu suất 82%, tốc độ 1500 vịng/phút Tính mơ men định mức, tổn tổn hao máy, dòng điện định mức Đáp số: Momen: 9,44Nm; Iđm = 8,31A; ΔP = 329,3W Bài 7.5: Một động điện chiều kích từ hỗn hợp có điện áp định mức 220V, dịng điện định mức Iđm = 502A, hiệu suất 90,5%, điện trở dây quấn kích từ song song Rkt// = 50Ω, tổn hao cơ, sắt, từ, phụ 4136W Tính cơng suất điện động tiêu thụ, công suất định mức động cơ, tổng tổn hao điện trở phần ứng, điện trở kích từ nối tiếp dây quấn cực từ phụ Đáp số: P1 = 110,44kW; Pđm = 100 kW; ΔPkt// = 986 W; ΔP = 10,44 W; ΔPư,nt,f = 5336 W Bài 7.6: Một động điện chiều kích từ hỗn hợp có điện áp định mức 220V, dòng điện định mức Iđm = 94A, điện trở dây quấn kích từ song song Rkt// = 338Ω, điện trở dây quấn phần ứng kích từ nối tiếp Rư + Rnt = 0,017Ω, số đôi nhánh a = 1, số đôi cực từ p = 2, số dẫn N =372, tốc độ n = 1100 vịng/phút Tính sức điện động Eư (đối với động cịn gọi sức phản điện), từ thơng Φ, công suất điện từ, mô men điện từ Đáp số: Eư = 204V; Φ =1,49.10-2 Wb; Pđt = 19,043 kW; Mđt = 165Nm 141 TÀI LIỆU THAM KHẢO Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh (2017) Kỹ thuật điện Nxb Khoa học kỹ thuật Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu (2003) Máy điện Nxb Khoa học kỹ thuật Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu (2003) Máy điện Nxb Khoa học kỹ thuật Trần Kim Khôi (2006) Kỹ thuật điện & điện tử Nxb Nông nghiệp 142