Đang tải... (xem toàn văn)
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Tổng quan về máy điện1.2 Vật liệu dùng trong máy điện Trang 3 - Các máy thực hiện sự biến đổi:1: Cơ năng thành điện năng hoặc ngược lại gọi là các máy điện quay Đ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN Giảng viên: TS Lê Quang Cường Bộ môn: Kĩ thuật điện-điện tử Khoa: Điện – Điện tử 1/30 CHƯƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Tổng quan máy điện 1.2 Vật liệu dùng máy điện 1.3 Mạch từ thông số mạch từ 1.4 Các định luật nghiên cứu máy điện 2/30 1.1 Tổng quan máy điện 1.1.1 Khái niệm phân loại máy điện - Trong trình khai thác sử dụng tài nguyên thiên nhiên phục vụ cho kinh tế quốc dân, khơng thể khơng nói đến biến đổi lượng từ dạng sang dạng khác - Các máy thực biến đổi: 1: Cơ thành điện ngược lại gọi máy điện quay (ĐC MF) 2: Điện điện áp dòng điện thành điện điện áp dòng điện khác gọi máy điện tĩnh (MBA) - Các máy điện biến thành điện gọi máy phát điện máy điện dùng để biến đổi ngược lại gọi động điện Các máy điện có tính thuận nghịch, nghĩa biến đổi lượng theo hai chiều Nếu đưa vào phần quay máy điện làm việc chế độ máy phát; đưa điện vào phần quay máy sinh công học - Máy điện hệ điện từ gồm có mạch từ mạch điện liên quan với Mạch từ gồm phận dẫn từ khe hở khơng khí Các mạch điện gồm hai nhiều dây quấn chuyển động tương với phận mang chúng - Sự biến đổi lượng máy điện dựa nguyên lý cảm ứng điện từ 3/30 1.1 Tổng quan máy điện 1.1.1 Khái niệm phân loại máy điện MĐ đặc biệt 4/30 1.1 Tổng quan máy điện 1.1.2 Ứng dụng máy điện sống Trong xã hội công nghiệp đại 60% điện sử dụng để chạy máy điện 80% sử dụng cho máy điện cảm ứng -Trong nông nghiệp -Trong công nghiệp -Trong giao thông -Trong dân sinh 5/30 1.1 Tổng quan máy điện 1.1.2 Ứng dụng máy điện sống Máy biến áp - Để truyền tải điện từ trạm phát điện (trạm biến áp) đến nơi tiêu thụ vấn đề lớn đặt cần giải là: đảm bảo việc truyền tải điện xa cho kinh tế - Như ta biết, công suất truyền tải đường dây, điện áp tăng cao dịng điện chạy đường dây giảm xuống, làm tiết diện dây nhỏ đi, trọng lượng chi phí dây dẫn giảm xuống, đồng thời tổn hao lượng đường dây giảm xuống Vì thế, muốn truyền tải điện xa, tổn hao tiết kiệm kim loại màu, đường dây người ta phải dùng điện áp cao, thường 35kV, 110 kV, 220 kV 500 kV Trên thực tế, máy phát điện có khả phát điện áp có giá trị khoảng từ đến 21 kV, phải có thiết bị để tăng điện áp đầu đường dây lên Mặt khác, hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0,4 đến kV, tới phải có thiết bị giảm điện áp xuống Những thiết bị dùng để tăng điện áp đầu máy phát điện, tức đầu đường dây dẫn điện giảm điện áp tới hộ tiêu thụ, tức cuối đường dây dẫn điện gọi máy biến áp 6/30 1.1 Tổng quan máy điện 1.1.2 Ứng dụng máy điện sống Máy biến áp - Trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải phân phối công suất từ nhà máy điện tới hộ tiêu thụ cách hợp lý thường phải qua ba, bốn lần tăng giảm điện áp Do tổng công suất m.b.a hệ thống điện lực thường gấp ba, bốn lần tổng công suất trạm phát điện Những m.b.a dùng hệ thống điện lực gọi m.b.a điện lực hay m.b.a công suất Như m.b.a làm nhiệm vụ truyền tải phân phối lượng khơng phải chuyển hố lượng - Ngoài m.b.a lực để truyền tải phân phối điện cịn có nhiều loại m.b.a chuyên dụng như: m.b.a chỉnh lưu cho thiết bị mạ, điện phân; m.b.a chuyên dùng cho lò điện luyện kim; m.b.a hàn điện; m.b.a dùng đo lường, điều khiển, thí nghiệm 7/30 1.1 Tổng quan máy điện 1.1.2 Ứng dụng máy điện sống Máy điện không đồng Máy điện không đồng loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động điện Do kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động không đồng loại máy sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa nhỏ, động lực cho máy công cụ… Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió Trong nông nghiệp dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hàng ngày máy điện không đồng chiếm vị trí quan trọng: quạt gió, động tủ lạnh…Tóm lại phạm vi ứng dụng máy điện không đồng ngày rộng rãi Tuy máy điện không đồng có nhược điểm sau: cosφ máy thường khơng cao lắm, đặc tính điều chỉnh tốc độ khơng tốt nên ứng dụng có phần bị hạn chế 8/30 1.1 Tổng quan máy điện 1.1.2 Ứng dụng máy điện sống Máy điện không đồng pha Động không đồng pha thường dùng dụng cụ, thiết bị sinh hoạt cơng nghiệp, cơng suất từ vài ốt đến vài trăm oát nối vào lưới xoay chiều pha Do nguyên lý mở máy khác u cầu tính khác mà có kết cấu khác nhau, nói cho quy kết cấu giống động điện ba pha, khác stato có hai dây quấn: dây quấn (hay dây quấn làm việc) dây quấn phụ (hay dây quấn mở máy) Rơto thường lồng sóc Dây quấn nối với lưới điện suốt trình làm việc, dây quấn phụ thường nối vào mở máy, tốc độ đạt đến 75 ÷ 80% tốc độ đồng dùng ngắt điện kiểu ly tâm cắt dây quấn phụ khỏi lưới điện Có loại động sau mở máy dây quấn phụ nối vào lưới, loại động điện pha kiểu điện dung So với động điện khơng đồng ba pha kích thước, cơng suất động điện pha 70% công suất động điện ba pha, động điện pha có khả tải thấp nên thực tế, trừ động điện kiểu điện dung ra, công suất động điện pha 40 ÷ 50% cơng suất động điện ba pha 9/30 1.1 Tổng quan máy điện 1.1.2 Ứng dụng máy điện sống Máy phát điện không đồng Ưu điểm: Máy điện không đồng máy điện xoay chiều có tỉ số tốc độ phụ tải tần số lưới điện mắc nối tiếp khơng đổi Do đó, có ưu điểm cấu trúc đơn giản, chế tạo, sử dụng bảo trì thuận tiện, hoạt động đáng tin cậy giá thành thấp Máy điện không đồng có hiệu suất hoạt động cao đặc tính làm việc tốt hơn, đáp ứng u cầu truyền tải hầu hết máy móc sản xuất cơng nghiệp nơng nghiệp tốc độ gần không đổi dải từ không tải đến đầy tải Nhược điểm: Đo tốc độ máy điện không đồng có chênh lệch định với tốc độ quay từ trường nên hiệu suất điều tốc Sẽ tiết kiệm thuận tiện sử dụng máy phát điện chiều cho máy móc vận chuyển, máy cán, máy công cụ lớn, máy in nhuộm làm giấy yêu cầu dải tốc độ rộng mượt Ứng dụng: Máy phát điện cảm ứng sử dụng nhà máy điện gió trạm thủy điện nhỏ Máy phát điện không đồng pha thường sản xuất thành thiết bị cầm tay, dạng mini – dịng khơng u cầu cơng suất q cao Các dịng máy thích hợp với tua bin gió nhà máy nhỏ lẻ 10/30 12/5/2022 5.12 Động chiều 1) Mở máy Xuất phát từ phương trình CBĐA, ta có: Bắt đầu mở máy, tốc độ n = sđđ Eư = Cen Φ = 0, dịng điện phần ứng mở máy: Do Rư nhỏ, trừ trường hợp cơng suất nhỏ dịng Iưmở = (20 ÷ 30)Iđm, dịng điện mặt làm hỏng chổi than – vành góp, mặt khác làm tăng dịng điện mở máy (Imở), ảnh hưởng điện áp lưới điện Người ta thường quy định cho phép dòng điện Imở = (1,5 ÷ 2)Iđm Để giảm Imở người ta sử dụng biện pháp sau: a Mở máy trực tiếp Phương pháp mở máy trực tiếp sử dụng với động cơng suất vài trăm ốt, loại có điện trở Rư tương đối lớn, dịng điện mở máy trực tiếp vào khoảng (4 ÷ 6)Iđm 5.12 Động chiều b Mở máy dùng biến trở Rm nối tiếp với mạch phần ứng Khi mở máy đặt điện trở Rm nấc lớn nhất, ta có: Muốn Imở ≤ (1,5 ÷ 2)Iđm Rm phải thỏa mãn: Khi roto quay, dòng Iư giảm, bước giảm Rm để giảm thời gian mở máy c Mở máy phương pháp giảm điện áp PP dùng ĐC có nguồn cung cấp độc lập điều chỉnh điện áp cung cấp cho phần ứng, mạch kích từ phải trì điện áp Uđm Đây phương pháp dùng với động công suất lớn kết hợp dùng nguồn điều chỉnh điện áp để điều chỉnh tốc độ 21 12/5/2022 5.12 Động chiều 2) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCMC KTSS KTĐL a Đặc tính Đặc tính quan hệ n(M) điện áp U = const, điện trở Rđc = const Φ ≈ const Thay Iư từ biểu thức M = CMΦIư, ta có: Thêm điện trở Rđc2 vào mạch phần ứng ta có: Quan hệ n(M) vẽ, đường ứng với Rđc=0, đường với Rđc≠0 Do điện trở Rư nhỏ, nên tải thay đổi từ không đến định mức, tốc độ thay đổi vào khoảng ÷8% 5.12 Động chiều 2) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCMC KTSS KTĐL b Điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Φ It = U/Rt -> Nối điện trở Rđc vào mạch kích từ để thay đổi từ thơng Φ Hình vẽ đặc tính ứng với thay đổi điện trở Rđc Khi tăng Rđc, n0 tăng, đặc tính cắt trục hoành điểm (n = 0, Iu = U/Ru ) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở Rđc mạch phần ứng Thêm điện trở Rđc vào mạch phần ứng đặc tính biểu diễn cơng thức: Đường đặc tính “mềm” hơn, hình vẽ thể đặc tính ứng với thay đổi điện trở Rđc, tăng Rđc tốc độ giảm 22 12/5/2022 5.12 Động chiều 2) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCMC KTSS KTĐL b Điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp U Nói chung phương pháp sử dụng điều chỉnh giảm tốc độ, muốn tăng tốc độ phải tăng điện áp làm động áp Đặc điểm thay đổi tốc độ, M Iư không đổi 5.12 Động chiều 3) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCMC kích từ nối tiếp a Đặc tính Động kích từ nối tiếp Iư = I = It Trong phạm vi rộng biểu thị: Với k số vùng I < 0.8Iđm , I > (0.8-0.9) Iđm k giảm xuống ảnh hưởng bão hịa mạch từ Như biểu thức mơmen có dạng: M =CMIu = CM 2 k Kết hợp với biểu thức: Ta có: Đặc tính ĐCMC kích thích hỗn hợp(1,2),song song (3), nối tiếp (4) Nếu bỏ qua Rư 23 12/5/2022 5.12 Động chiều 3) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCMC kích từ nối tiếp Quan hệ n(M) có dạng hypecpol vẽ hình vẽ (đường 1), Đường đặc tính mềm, mômen tăng tốc độ giảm, không tải non tải tốc độ tăng cao gây hỏng ĐC Tối thiểu tải ĐC kích từ nối tiếp khoảng (0,2 ÷ 0,25)Pđm, khơng cho mở máy khơng tải non tải ĐC kích từ nối tiếp thuận lợi cho tải mở máy nặng nề cần tốc độ thay đổi phạm vi rộng, đầu máy kéo tải xe điện, metro, cầu trục b Đặc tính điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Φ Từ thông Φ ĐC kích từ nối tiếp thay đổi cách sau: - Nối sun dây quấn kích từ điện trở điều chỉnh Rst (hình a) -Thay đổi số vịng dây dây quấn kích từ (hình b) - Nối sun dây quấn phần ứng điện trở điều chỉnh Rsư (hình c) Hai trường hợp đầu, có thêm điện trở sun làm giảm dịng kích từ, điều chỉnh tăng tốc độ ĐC; trường hợp thứ ba làm tăng dịng kích từ, điều chỉnh giảm tốc độ ĐC 5.12 Động chiều 3) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCMC kích từ nối tiếp b Đặc tính điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở Rđc mạch phần ứng Thêm điện trở Rđc vào mạch phần ứng (hình d) Phương pháp làm tăng tổn hao, giảm hiệu suất động nên sử dụng Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp U Phương pháp sử dụng điều chỉnh tốc độ tốc độ định mức, tổn hao Thường dùng giao thông 24 12/5/2022 5.12 Động chiều 4) Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCMC kích từ hỗn hợp Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở Rđc mạch phần ứng Dây quấn kích từ ĐCMC kích từ hỗn hợp gồm hai phần: Dây quấn kích từ song song Dây quấn kích từ nối tiếp Cũng MFMC, có hai cách thường dùng: nối thuận, từ trường hai dây quấn chiều nối ngược, từ trường hai dây quấn ngược chiều Trong thực tế động kích từ hỗn hợp thường sử dụng loại nối thuận Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở Rđc mạch phần ứng Đặc tính ĐCMC kích thích hỗn hợp(1,2),song song (3), nối tiếp (4) ĐCMC kích từ hỗn hợp sử dụng trường hợp có u cầu mơmen mở máy lớn, tốc độ thay đổi theo tải phạm vi rộng máy ép, máy cán thép, máy nâng, giao thông vận tải 5.12 Động chiều 4) Đặc tính làm việc động điện chiều Quan hệ M = f(Iư) Từ quan hệ M = CMΦIư ta thấy: Ở ĐCMC kích từ song song Φ=Const nên quan hệ M = f(Iư) đường thẳng (đường 1) Ở ĐCMC kích từ nối tiếp Φ ≡ Iư, M ≡ Iư2 nên quan hệ M = f(Iư) đường parapol (đường 4) Ở ĐCMC kích từ hỗn hợp, có dây quần kích từ nối tiếp song song nên quan hệ M = f(Iư) nằm trung gian (đường 2, 3) Đặc tính η = f(Iư) U = Uđm có dạng hình vẽ, ĐCMC thường thiết kế cho mang tải 0,75 định mức hiệu suất cực đại Đặc tính n(Iư)và M(Iư) loại ĐCMC Hiệu suất ĐCMC loại nhỏ thường vào khoảng η = 0,75 ÷ 0,85, hiệu suất ĐCMC trung bình lớn thường vào khoảng η = 0,85 ÷ 0,95 25 12/5/2022 TĨM TẮT LÝ THUYẾT Máy điện chiều kích từ độc lập Máy điện chiều kích từ song song Máy điện chiều kích từ nối tiếp Máy điện chiểu kích từ hỗn Hợp 51/30 TÓM TẮT LÝ THUYẾT Sức điện động máy điện chiểu Eư Mômen điện từ máy điện chiều 52/30 26 12/5/2022 TÓM TẮT LÝ THUYẾT Các biện pháp mở máy 1) Mắc vào mạch phần ứng 2) Giảm điện áp U Các biện pháp điều chỉnh tốc độ (thiết bị đơn giản, phạm vi điêu chỉnh rộng liên tục) 1) Mắc Rp vào mạch phần ứng 2) Thay đổi điện áp U 3) Thay đổi dòng kích từ 53/30 BÀI TẬP ƠN TẬP Ví dụ 1: 54/30 27 12/5/2022 BÀI TẬP ƠN TẬP Ví dụ 2: 55/30 BÀI TẬP ƠN TẬP Ví dụ 3: 56/30 28 12/5/2022 BÀI TẬP ƠN TẬP Ví dụ 4: 57/30 BÀI TẬP ƠN TẬP Ví dụ 5: 58/30 29 12/5/2022 BÀI TẬP ƠN TẬP Ví dụ 6: 59/30 BÀI TẬP ƠN TẬP Ví dụ 7: 60/30 30 12/5/2022 BÀI TẬP ƠN TẬP Ví dụ 8: 61/30 BÀI TẬP ƠN TẬP Ví dụ 9: 62/30 31 12/5/2022 BÀI TẬP ƠN TẬP Ví dụ 10: 63/30 BÀI TẬP ƠN TẬP Ví dụ 11: 64/30 32 12/5/2022 BÀI TẬP ƠN TẬP Ví dụ 12: 65/30 BÀI TẬP ÔN TẬP Bài tập 5.1: Bài tập 5.2: 66/30 33 12/5/2022 BÀI TẬP ÔN TẬP Bài tập 5.3: Bài tập 5.4: 67/30 BÀI TẬP ÔN TẬP Bài tập 5.5: 68/30 34 12/5/2022 BÀI TẬP ÔN TẬP Bài tập 5.6: Bài tập 5.7: 69/30 35