Trang 24 - Thộp lỏ kĩ thuật điện được chế tạo bằng phương phỏp:+ cỏn núng+ cỏn nguội.- Do cỏn nguội cú nhiều ưu điểm như độ từ thẩm caovà cụng suất tổn hao nhỏ hơn loại cỏn núng nờn hiện
BÀI GIẢNG KĨ THUẬT ĐIỆN CƠ Bộ môn: Kĩ thuật điện, điện tử Khoa: Điện – điện tử KĨ THUẬT ĐIỆN CƠ CHƯƠNG I: MẠCH TỪ VÀ VẬT LIỆU TỪ CHƯƠNG II: MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU MÁY ĐIỆN QUAY CHƯƠNG IV: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ CHƯƠNG V: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ CHƯƠNG VI: MÁY ĐIỆN CHIỀU CHƯƠNG VII: MÁY ĐIỆN CÓ TỪ TRỞ THAY ĐỔI VÀ CÁC LOẠI MÁY ĐIỆN KHÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kĩ thuật điện cơ, Tài liệu dịch, ĐH Thủy Lợi [2] Hướng dẫn thí nghiệm, BM Kĩ thuật điện, ĐH Thủy Lợi [3] A E Fitzgerald, C Kingsley Jr., S D Umans, Electric Machinery , 6th ed (McGraw-Hill, New York, 2003) [4] Trần Khánh Hà, Máy điện I, II, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội 2005 CHƯƠNG 1: MẠCH TỪ VÀ VẬT LIỆU TỪ §1.1 GIỚI THIỆU CÁC LOẠI MẠCH TỪ §1.2 TỪ THƠNG MĨC VỊNG, ĐIỆN CẢM VÀ NĂNG LƯỢNG §1.3 TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU TỪ §1.4 KÍCH THÍCH XOAY CHIỀU §1.5 NAM CHÂM VĨNH CỬU §1.1 MẠCH TỪ VÀ ĐỊNH LUẬT MẠCH TỪ Từ trường: Trong máy điện, từ trường tạo cực từ dòng điện chạy dây quấn Mạch từ: Mạch từ dùng để dẫn từ thông Trong máy điện, mạch từ lõi thép Định luật mạch từ: n ∫ Hdl = ∑ i k L i1 k =1 ik > tạo từ trường chiều với chiều vòng i2 i3 H dl (L) Áp dụng vào mạch từ sau, ta có: n ∫ Hdl = ∑ i =Ni k L Do: =F k =1 Đường từ thơng Độ dài lõi trung bình lc φc = ∫ B.da =Bc × Ac S Như vậy: F = ∫ Hdl = Ni = H c × lc L Mặt cắt ngang lõi Ac Độ từ thẩm lõi từ µ Cuộn dây, N vịng B = µH Hình 1.1 Mạch từ đơn giản Ac –Mặt cắt ngang lõi lc – chiều dài trung bình đường sức mạch từ F – sức từ động(stđ), φc từ thơng lõi i – dịng điện từ hóa Xét mạch từ có khe hở khơng khí Đường từ thơng Bc = φ / Ac Bg = φ / Ag Độ dài khe hở g Cuộn dây, N vòng Độ dài lõi trung bình lc Khe hở khơng khí, độ từ thẩm µ0, diện tích Ag Lõi từ, độ từ thẩm µ, diện tích Ac Hình 1.2 Mạch từ với khe hở khơng khí Bg Bc F = ∫ Hdl = Ni = H c × lc + Hg × g F = ì lc + ì g à0 L Trong đó: Fc = H c × lc sức từ động cần thiết để tạo từ trường Fg = Hg × g sức từ động tạo từ trường khe hở khơng khí lc Đặt ℜc = µAc lc g F = φ( + ) µAc µ Ag g ℜg = µ Ag F = φ(ℜ c + ℜ g ) φ = F / (ℜ c + ℜg ) Đặt ℜtot = ℜc + ℜg ⇒ φ = F / ℜtot ℜtot Được gọi tổng từ trở Ptot = / ℜ tot Được gọi tổng từ dẫn Thường lc g ℜc = ≪ ℜg = µA c µ Ag F µ0 Ag µ0 Ag F ⇒φ ≃ = = Ni ℜg g g Coi Ag = A c Đường từ thơng Trường diềm Khe hở khơng khí Hình 1.4 Trường diềm khe hở khơng khí Tổng qt: m F = ∑ Fk = ∑ H k l k = ∑ ℜµk Φ k k =1 k =1 Tương tự mạch điện ta áp dụng Định luật Kirchoff mạch từ: ∑Φ = k giả sử máy hoạt động tốc độ không đổi Mối liên hệ sực điện động tạo xác lập Ea điện áp đầu cực phần ứng Va là: Va = Ea − I a Ra Ia dòng điện phần ứng đầu Ra điện trở mạch phần ứng Bất kỳ phương pháp kích thích sử dụng cho máy phát sử dụng cho động Trong động cơ, mối liên quan sức điện động Ea phát phần ứng điện áp đầu cực phần ứng là: Va = Ea + I a Ra Ia = Va − Ea Ra Những lợi ứng dụng máy chiều nằm đa dạng đặc tính hoạt động cung cấp khả kích từ song song, nối tiếp, hỗn hợp Đặc tính động chiều xác lập điển hình thể hình 7.6, giả sử đầu cực động cung cấp từ nguồn điện áp khơng đổi 7.4 PHÂN TÍCH YẾU TỐ CƠ BẢN: KHÍA CẠNH MẠCH ĐIỆN Momen điện từ: Tc¬ = K a Φ d I a Sức điện động: Ea = K a Φ dω m Công suất điện từ (EaIa) : Tc¬ = Ka = (sè cùc)Ca 2π m Ea I a = K a Φd I a ωm Công suất điện từ khác công suất trục máy tổn hao quay khác công suất điện đầu cực máy kích từ song song tổn hao phần ứng I2R Khi xác định công suất điện từ EaIa, để thu công suất đầu trục máy phát ta cộng thêm tổn hao quay động trừ Tương quan điện áp dòng điện: Va = Ea ± I a Ra Vt = Ea ± I a ( Ra + Rs ) IL = Ia ± If Trong dấu + sử dụng cho động dấu trừ cho máy phát VÍ D 7.1 Một máy chiều kích từ độc lập 25 kW, 125 V hoạt động tốc độ khơng đổi 3000 vịng/phút với dịng điện kích từ không đổi để điện áp phần ứng hở mạch 125 V Điện trở phần ứng 0,02 Ω Tính tốn dịng điện phần ứng, cơng suất đầu cực công suất điện từ, momen điện áp đầu cực (a) 128 V (b) 124 V VÍ D 7.2 Xem xét lại máy điện chiều kích từ độc lập ví dụ 7.1 với dịng kích từ giữ không đổi giá trị mà sinh điện áp đầu cực 125 V tốc độ 3000 vòng/phút Máy điện quan sát hoạt động động với điện áp đầu cực 123 V với công suất đầu cực 21,9 kW Tính tốn tốc độ động 7.5 PHÂN TÍCH CƠ BẢN: KHÍA CẠNH MẠCH TỪ Tổng từ thông cực kết kết hợp sức từ động dây quấn kích từ sức từ động dây quấn phần ứng Trước tiên, xem xét sức từ động đặt cực stator để tạo từ thơng làm việc, nghĩa sức từ động từ chính, chúng bao gồm ảnh hưởng phản ứng phần ứng 7.5.1 Ph n ng phn ng đc b qua Với điều kiện không tải máy điện ảnh hưởng phản ứng phần ứng bỏ qua, sức từ động tổng tổng đại số sức từ động hoạt động trục hay dọc trục Sức từ động từ = NfIf + NsIs N Sức từ động tổng = I f + s I s Nf - kích từ song song tương đương Một ví dụ đặc tính từ hóa khơng tải cho đường cong với Ia = hình 7.14 VÍ D 7.3 Một máy phát kích từ hỗn hợp song song - dài 100 kW, 250 V, 400 A có điện trở phần ứng (bao gồm chổi than) 0,025 Ω, điện trở kích từ nối tiếp 0,005 Ω, đường cong từ hóa hình 7.14 Có 1000 vịng kích từ song song cực vịng kích từ nối tiếp cực Kích từ nối tiếp kết nối dòng điện phần ứng dương sinh sức từ động dọc trục để thêm vào sức từ động kích từ song song Tính tốn điện áp đầu cực dòng điện đầu cực định mức dịng điện kích từ song song 4,7 A tốc độ 1150 vòng/phút Bỏ qua ảnh hưởng phản ứng phần ứng 7.5.2 nh h ng c a ph n ng phn ng Dòng điện dây quấn phần ứng đưa đến hiệu ứng từ hóa gây phản ứng phần ứng ngang trục Phân tích bao gồm hiệu ứng khơng đơn giản liên quan đến phi tuyến Một cách tiếp cận chung phân tích dựa đo lường hoạt động máy cho loạt thiết kế tương tự kích thước máy o Dữ liệu thực với kích thích kích từ kích thích phần ứng, kiểm tra thực để xét ảnh hưởng sức điện động kích từ sức từ động phần ứng o Một dạng tổng hợp, tương ứng với kết minh họa hình 7.14 Các đường cong vẽ khơng cho đặc tính khơng tải (Ia = 0) mà cho họ giá trị Ia Trong phân tích hoạt động máy điện, ảnh hưởng phản ứng phần ứng trở nên đơn giản việc sử dụng đường cong từ hóa tương ứng với dòng điện phần ứng o Các đường cong bão hịa tải dịch sang phải đường cong khơng tải lượng hàm Ia o Ảnh hưởng phản ứng phần ứng xấp xỉ giống sức từ động khử từ Far hoạt động trục từ trường Sức từ động thực = sức từ động tổng – Far = NfIf + NsIs – AR o Trong phạm vi hoạt động bình thường (khoảng 240 tới khoảng 300 V cho máy điện hình 7.14), ảnh hưởng khử từ phản ứng phần ứng giả sử xấp xỉ tỉ lệ thuận với dịng điện phần ứng VÍ D 7.4 Xem xét lại máy phát chiều hỗn hợp song song – dài ví dụ 7.3 Như ví dụ 7.3, tính tốn điện áp đầu cực dịng điện đầu cực định mức dịng điện kích từ song song 4,7 A tốc độ 1150 vòng/phút Trong trường hợp này, có xét đến ảnh hưởng phản ứng phần ứng VÍ D 7.5 Để chống lại ảnh hưởng phản ứng phần ứng, vòng dây thứ bốn thêm tới dây quấn kích từ nối tiếp máy phát chiều ví dụ 7.3 7.4, điện trở tăng thành 0,007 Ω Lặp lại tính tốn điện áp đầu cực ví dụ 7.4 7.6 PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG XÁC LẬP Đối với máy phát, tốc độ thường cố định động dẫn động, vấn đề thường gặp phải xác định điện áp đầu cực tương ứng với tải tiêu chuẩn kích từ để tìm kích từ cần thiết cho tải trọng quy định điện áp đầu cực Đối với động cơ, vấn đề thường gặp phải xác định tốc độ tương ứng với tải cụ thể kích từ hay tìm kích từ cần thiết cho tải tiêu chuẩn điều kiện tốc độ; điện áp đầu cực thường cố định giá trị nguồn sẵn có 7.6.1 Phân tích máy phát Máy phát kích từ độc lập: đơn giản để phân tích Dịng điện kích từ độc lập với điện áp máy phát Đối với tải cho, kích thích từ tương đương cho phương trình 7.21 sức điện động phần ứng Ea xác định đường cong từ hóa phù hợp Điện áp này, với phương trình 7.17 7.18 cố định điện áp đầu cực Máy phát kích từ song song Tự kích từ điều kiện hoạt động lựa chọn thích hợp Dưới điều kiện này, sức điện động máy phát thiết lập cách tự phát tới giá trị bị giới hạn độ bão hòa từ Phụ thuộc dịng điện kích từ song song điện áp đầu cực kết hợp đồ họa phân tích cách vẽ đường từ - trở (field – resistance line), đường 0a hình 7.14, đường cong từ hóa Xu hướng máy phát kết nối song song để tự kích từ nhìn thấy ví dụ tăng dần điện áp cho máy phát kích từ song song khơng tải o Sự tăng dần tiếp tục mối liên hệ V – A thể cong từ hóa đường từ - trở đồng thời thỏa mãn dif ( La + Lf ) = ea − ( Ra + Rf ) if dt Đường từ - trở nên bao gồm điện trở phần ứng Chú ý điện trở kích từ lớn, mô tả đường 0b cho Rf = 100 Ω hình 7.14, chỗ giao điện áp thấp tăng dần không thu Cũng ý rằng, đường từ - trở tiếp xúc với phần thấp đường cong từ hóa, tương ứng với điện trở kích từ 57 Ω hình 7.4, chỗ giao đâu từ khoảng 60 tới 170 V, kết điều kiện không ổn định Điện trở tương ứng điện trở từ tới hạn, tăng dần khơng thu VÍ D 7.6 Một máy phát chiều kích từ song song 100 kW, 250 V, 400 A, 1200 vịng/phút có đường cong từ hóa (bao gồm ảnh hưởng phản ứng phần ứng) hình 7.14 Điện trở mạch phần ứng bao gồm chổi than 0,025 Ω Máy phát điều khiển tốc độ khơng đổi 1200 vịng/phút kích thích điều chỉnh (bằng thay đổi biến trở kích từ song song) để đạt điện áp định mức chế độ không tải (a) Xác định điện áp đầu cực dòng điện phần ứng 400 A (b) kích từ nối tiếp vịng/cực có điện trở 0,005 Ω thêm vào Có 1000 vịng/cực kích từ song song Máy phát hỗn hợp phẳng để điện áp đầy tải 250 V biến trở kích từ song song điều chỉnh để có điện áp khơng tải 250 V Điện trở qua kích từ nối tiếp (được gọi kích từ nối tiếp rẽ) điều chỉnh để sinh hoạt động mong muốn bao nhiêu? 7.6.2 Phân tích đ(ng c) Điện áp đầu cực động thường giữ không đổi hay điều khiển tới giá trị cụ thể Do đó, phân tích động tương tự cho máy phát kích từ độc lập Tốc độ biến quan trọng thường giá trị tìm thấy Va = Ea ± I a Ra Vt = Ea ± I a ( Ra + Rs ) Tc¬ = K a Φ d I a Ea = K a Φ dωm ω Ea = m Ea0 ω m0 n Ea = Ea0 n0