Chuong 8.Pdf

Microsoft PowerPoint Chuong 8 Page 1 1 BMTBD BĐNLĐC nxcuong V3 8 1 Giới thiệu chung, chức năng, cấu tạo 8 2 Nguyên lý hoạt động 8 3 Tính mô men điện từ theo phương pháp đồng năng lượng 8 4 Các phương[.]

8.1 Giới thiệu chung, chức năng, cấu tạo 8.2 Nguyên lý hoạt động 8.3 Tính mơ men điện từ theo phương pháp đồng lượng 8.4 Các phương trình mơ tả 8.5 Quan hệ công suất 8.6 Máy điện DC kích từ độc lập 8.7 Máy điện DC kích từ nối tiếp Động vạn 8.8 Máy điện DC kích từ song song 8.9 Máy điện DC kích từ hỗn hợp BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 BMTBBĐ_CSKTD_nxcuong_V5 8.1 Giới thiệu chung, chức năng, cấu tạo 8.2 Nguyên lý hoạt động 8.3 Tính mơ men điện từ theo phương pháp đồng lượng 8.4 Các phương trình mơ tả 8.5 Quan hệ cơng suất 8.6 Máy điện DC kích từ độc lập 8.7 Máy điện DC kích từ nối tiếp Động vạn 8.8 Máy điện DC kích từ song song 8.9 Máy điện DC kích từ hỗn hợp BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 BMTBBĐ_CSKTD_nxcuong_V5 Page Đặc điểm máy điện chiều • Ưu điểm: - Dễ điều khiển tốc độ - Mơ men khởi động lớn • Khuyết điểm: - Giá thành đắt (so với ĐCKĐB) kết cấu phức tạp hơn, - Cần bảo trì thường xun, - Khơng dùng môi trường dễ cháy nổ BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Cấu tạo máy điện chiều + vf _ stato rô to B stato Rf if Lf stato cực từ stato La Ra + ia B Ea=Gmif va _ rô to (phần ứng) gơng cổ góp rơ to rơ to (phần ứng) cổ góp dây quấn phần ứng ổ bi chổi than stato (phần cảm) BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Page Cấu tạo máy điện chiều • Stato cịn gọi phần cảm, mạch từ gồm cực từ có quấn dây (để tạo từ thông), gông làm thép đúc (đễ dẫn từ) làm vỏ máy cực từ gơng cuộn cảm cổ góp rơ to (phần ứng) • Rơ to cịn gọi phần ứng, gồm lõi thép ghép từ thép cách điện với Các thép dập có rãnh để đặt dây quấn phần ứng Chổi than cổ góp dùng để lấy điện chổi than chiều vào dây quấn phần ứng dây quấn phần ứng stato (phần cảm) BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Dây quấn stato Dây quấn stato gọi dây quấn kích từ hay cuộn cảm  Máy điện DC cực • gồm cuộn dây quấn tập trung chung quanh lõi thép stato (cực từ) tạo thành nam châm điện với cực N S xen kẽ Stato gồm cuộn dây quấn cực từ, kích từ chiều  Máy điện DC cực • dùng nam châm vĩnh cửu máy điện công suất nhỏ Cuộn cảm cặp nam châm vĩnh cửu N-S BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Page Dây quấn stato Từ thơng khép kín máy điện cực nam châm điện dc Dây quấn stato (hay cuộn cảm) từ thơng Φ khép kín mạch từ gồm stato, khe hở khơng khí rơto: • Từ thơng Φ móc vịng dây quấn rơ to  điện áp cảm ứng (sức điện động cảm ứng) Ea dây quấn rơ to rơ to quay • Từ thông Φ  mô men điện từ Te tác động lên cạnh tác dụng dây quấn rơ to có dòng điện chạy qua + vf _ Rf La if Lf Ra ia B Ea + va _ BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Cực từ stato Dây quấn rơ to • Dây quấn rô to (phần ứng) cấp điện chiều qua chổi than cổ góp Cổ góp bao gồm phiến góp Cạnh tác dụng + - Chổi than cố định Phiến góp nối vào cạnh tác dụng BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Page Phần tử dây quấn rơ to • Mỗi phần tử (gồm hay nhiều vòng dây) dây quấn rơ to có hai đầu dây nối vào hai phiến góp Cạnh tác dụng + • Hai cạnh tác dụng phần tử đặt hai rãnh hai cực tên khác stato - Phiến góp BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Dây quấn rô to thực tế Phần tử, cuộn dây, dây quấn phần tử cuộn dây dây quấn 10 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Page 8.1 Giới thiệu chung, chức năng, cấu tạo 8.2 Ngun lý hoạt động 8.3 Tính mơ men điện từ theo phương pháp đồng lượng 8.4 Các phương trình mơ tả 8.5 Quan hệ cơng suất 8.6 Máy điện DC kích từ độc lập 8.7 Máy điện DC kích từ nối tiếp Động vạn 8.8 Máy điện DC kích từ song song 8.9 Máy điện DC kích từ hỗn hợp 11 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 BMTBBĐ_CSKTD_nxcuong_V5 Nguyên lý hoạt động động  Trường hợp máy có cực B Khi rơ to quay nửa vịng (góc 180o)  cạnh tác dụng phần tử chuyển từ cực sang cực kia, đồng thời phiến góp cạnh chuyển sang chổi than trái dấu  dòng điện cạnh tác dụng bị đổi chiều (vì dịng điện ln chạy từ cực dương sang cực âm) 12 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Page Nguyên lý hoạt động động • Lực Lorentz: Lực F tác động lên dòng điện I đặt từ trường B • Do dịng điện cạnh tác dụng bị đổi chiều chuyển từ cực sang cực  mô men tác động lên phần tử luôn chiều quay    F  I B B I phiến góp + chổi than B I • Làm rơ to quay máy điện thực tế có nhiều phần tử dây quấn 13 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Nguyên lý hoạt động máy phát Từ thơng phần cảm móc vịng dây quấn phần ứng (quay nhờ động sơ cấp)  điện áp cảm ứng (sức điện động cảm ứng) dây quấn phần ứng Ea Ea=GωmIf ωm vận tốc góc rơ to If dịng điện stato Ea Ea 14 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Page Nguyên lý hoạt động máy điện thực tế Rơ to máy điện thực tế có nhiều phần tử dây quấn Mỗi phần tử có hai đầu dây nối vào hai phiến góp Từ trường phần cảm khe hở khơng khí Dịng điện phần ứng cố định Cổ góp vị trí chổi than cho từ trường rơ to stato vng góc với  mô men cực đại BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 15 8.1 Giới thiệu chung, chức năng, cấu tạo 8.2 Nguyên lý hoạt động 8.3 Tính mơ men điện từ theo phương pháp đồng lượng 8.4 Các phương trình mơ tả 8.5 Quan hệ cơng suất 8.6 Máy điện DC kích từ độc lập 8.7 Máy điện DC kích từ nối tiếp Động vạn 8.8 Máy điện DC kích từ song song 8.9 Máy điện DC kích từ hỗn hợp 16 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 BMTBBĐ_CSKTD_nxcuong_V5 Page Dùng đồng lượng tính mơ men điện từ  Xét máy điện có hai cực từ rơ to có phần tử Từ thơng móc vịng cuộn dây phần ứng (rơ to) λa cuộn cảm (dây quấn stator) λf : a (ia , i f ,  )  Laf ( )i f  La ia  f (ia , i f ,  )  L f i f  Laf ( )ia Đồng lượng Wm'  1 L f i 2f  Laia2  Laf   i f ia 2 Laf(θ) Chỉ có Laf phụ thuộc vào θ 17 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Dùng đồng lượng tính mơ men điện từ  Xét máy điện có hai cực từ rơ to có phần tử  Mơ men điện từ dL   Wm'  iai f af T   d e Với dịng điện rơ to  I a ;     ia    I a ;0     Ia phiến góp + chổi than B Ia Do dòng điện phần tử dây quấn đổi chiều đầu phiến góp chuyển qua cực chổi than trái dấu 18 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Page Dùng đồng lượng tính mơ men điện từ  Xét máy điện có hai cực từ rơ to có phần tử Ia  Suy mô men điện từ:  T e  GI a I f Hằng số G  dL fa   d  I a  Laf(θ)  const ,  Henry  dL fa   d 0 dL fa   d 0 Mô men điện từ chiều 19 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 8.1 Giới thiệu chung, chức năng, cấu tạo 8.2 Nguyên lý hoạt động 8.3 Tính mơ men điện từ theo phương pháp đồng lượng 8.4 Các phương trình mơ tả 8.5 Quan hệ công suất 8.6 Máy điện DC kích từ độc lập 8.7 Máy điện DC kích từ nối tiếp Động vạn 8.8 Máy điện DC kích từ song song 8.9 Máy điện DC kích từ hỗn hợp 20 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 BMTBBĐ_CSKTD_nxcuong_V5 Page 10 Phương trình cân áp phần ứng (dây quấn rô to)  Xét máy điện có hai cực từ rơ to có phần tử Khảo sát chế độ xác lập Từ thơng móc vịng dây quấn rơ to: G Điện áp (sđđ) cảm ứng phần ứng dLaf    const d Ra + Ia Va Ea=GmIf - Lf a ( I a , I f ,  )  Laf ( ) I f  La I a Ea  La + Vf _ Rf If Laf(θ) dLaf   d d a  If  I f Gm dt d dt Ghi chú: dấu trị tuyệt đối Ea>0 (nhờ phiến góp) Phương trình cân áp phần ứng (dây quấn rô to): Va  I a Ra  I f G m Với: Va: điện áp nguồn phần ứng Ea= IfGωm: điện áp (sđđ) cảm ứng phần ứng Ra: điện trở dây quấn phần ứng ωm (=dθ/dt): vận tốc góc quay rơ to 21 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Phương trình động học Ra ia a Rf Phương trình trạng thái (quá độ) hệ thống điện di f vf  Rf if  Lf dt dia Rf v a  R a i a  La  G m i f dt dm J  Bm  Giai f  Tload dt Ea=GωmIf: sđđ cảm ứng phần ứng G=IdLrs(θ)/dθl: số Ra: điện trở dây quấn phần ứng Rf: điện trở cuộn cảm ωm: vận tốc góc quay rơ to if Tload f + vf _ La if Lf Ra ia Ea=Gmif + va _ La: độ tự cảm dây quấn phần ứng Lf: độ tự cảm cuộn cảm J: mơ men qn tính B: hệ số ma sát 22 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Page 11 8.1 Giới thiệu chung, chức năng, cấu tạo 8.2 Ngun lý hoạt động 8.3 Tính mơ men điện từ theo phương pháp đồng lượng 8.4 Các phương trình mơ tả 8.5 Quan hệ cơng suất 8.6 Máy điện DC kích từ độc lập 8.7 Máy điện DC kích từ nối tiếp Động vạn 8.8 Máy điện DC kích từ song song 8.9 Máy điện DC kích từ hỗn hợp 23 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 BMTBBĐ_CSKTD_nxcuong_V5 Quan hệ cơng suất • Xét máy điện hoạt động xác lập tốc độ không đổi điện áp nguồn khơng đổi, ta có: - Cơng suất phần ứng Pa  Va I a  Ra I a2  G m I a I f Pf  V f I f  R f I 2f - Công suất phần cảm - Công suất điện từ (công suất cơ) hay Pm  T em  GI a I f m Pm  T em  GI f m I a  Ea I a 24 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Page 12 Quan hệ công suất động điện Giản đồ dịng cơng suất Pđt=EaIa Pout hay P2 hay %Pđm Pin hay P1 (bao gồm VaIa+VfIf) RfIf2 Pa công suất phần ứng Pf công suất phần cảm RaIa2 Tổn hao phụ Pa  V a I a  R a I a2  G  m I a I f P f  V f I f  R f I 2f Pag / Pđt / Pm công suất điện từ công suất Pdt  Pm  T e  m  G I a I f  m  E a I a P1 Pin: công suất tác dụng nhận từ nguồn điện P2 Pout % Pđm: công suất đầu trục động Hiệu suất động Pout  Pin  Pin   Pton hao i Pin  BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Pout Pout   Pton hao 25 i Quan hệ công suất máy phát điện Rf + vf _ If La Lf Giản đồ dịng cơng suất Pđt=EaIa Pin hay P1 Ra ia Ea=GmIf + va _ Pout / P2 / %Pđm (công suất cung cấp+VfIf) RfIf2 Tổn hao phụ RaIa2 Pa công suất phần ứng P  V I  R I  G  I I a a a a a m a Pf công suất phần cảm P f  V f I f  R f I 2f Pag /Pđt /Pm công suất điện từ công suất f Pm  T e  m  G I a I f  m  E a I a P1 Pin công suất nhận từ động sơ cấp P2 Pout công suất cung cấp cho tải Hiệu suất máy phát điện P   out  Pin Pout  V a I a Pin   Pton hao i Pin  Pout Pout   Pton hao i BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Page 13 26 8.1 Giới thiệu chung, chức năng, cấu tạo 8.2 Nguyên lý hoạt động 8.3 Tính mơ men điện từ theo phương pháp đồng lượng 8.4 Các phương trình mơ tả 8.5 Quan hệ công suất 8.6 Máy điện DC kích từ độc lập 8.7 Máy điện DC kích từ nối tiếp Động vạn 8.8 Máy điện DC kích từ song song 8.9 Máy điện DC kích từ hỗn hợp 27 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 BMTBBĐ_CSKTD_nxcuong_V5 Động DC kích từ độc lập Sơ đồ đấu dây Cuộn cảm cuộn dây phần ứng đấu vào hai nguồn điện dc độc lập + vf Rf if Lf _ La Ra ia Gmif + va _ Phương trình động học (quá độ): di f v f  Rf i f  Lf dt di va  Ra ia  La a  Gmi f dt dm J  Bm  Giai f  Tload dt BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Page 14 Ea=Gωmif: sđđ cảm ứng phần ứng G=IdLrs(θ)/dθI: số La: độ tự cảm dây quấn phần ứng Lf: độ tự cảm cuộn cảm Ra: điện trở dây quấn phần ứng Rf: điện trở cuộn cảm ωm: vận tốc góc quay rơ to J: mơ men qn tính B: hệ số ma sát 28 Động DC kích từ độc lập Phương trình xác lập: Vf  Rf I f Va  Ra I a  Gm I f  Ra I a  Ea + Vf _ Rf Vận tốc góc quay rơ to: If Lf Nm 60m , rad / s  N m  , rpm 60 2 V  Ra I a m  a GI f m  2 La Ra Ia Ea=GmIf + Va _ Các thông số ký hiệu • Nm: tốc độ quay rơ to (vịng/phút) • ωm: vận tốc góc quay rơ to (rad/giây) • G phụ thuộc vào số cực p • Va: điện áp nguồn phần ứng • Ea=GωmIf: điện áp (sđđ) cảm ứng phần ứng • G=IdLrs(θ)/dθI • La: độ tự cảm dây quấn phần ứng • Lf: độ tự cảm cuộn cảm • Ra: điện trở dây quấn phần ứng • Rf: điện trở cuộn cảm 29 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Động DC kích từ độc lập Tính thơng số động theo vận tốc góc: Dịng điện phần ứng: Ia  Va  G m I f Ra Công suất điện cung cấp cho phần ứng: Pa  Va I a  Va Va  Gm I f Ra Mô men điện từ (mô men cơ): T e  GI f I a  GI f Va  Gm I f Ra Công suất điện từ (công suất cơ): V  Gm I f Pm  T em  Ea I a  GI f I am  GI f m a Ra 30 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Page 15 Máy điện DC kích từ độc lập Tính cơng suất cực đại V  Gm I f  dPm d    Gi f a m   dm ds  Ra  Cho m  Suy Va 2GI f Pmmax  Pmmax Va2 Ra Đặc tính mơ men – tốc độ T e  GI f I a  GI f Va  Gm I f m Ra tăng Va  Điều khiển tốc độ động cách thay đổi điện áp nguồn phần ứng Va giảm Va Do điện trở phần ứng Ra nhỏ  đặc tính tốc độ-mơ men gần nằm ngang  tốc độ động phụ thuộc vào mơ men tải Te 31 BMTBD-BĐNLĐC-nxcuong-V3 Các chế độ làm việc máy điện Đặc tính mơ men – tốc độ T  e Ra Va  Gm I f Ra m  GI f Va Ra Pm Pa điện T e  GI f Chế độ hãm ωm Pm < Pa điện Pm Chế độ động 0 Pm > Va GI f Pa điện Pm Chế độ máy phát điện ωm > Va/(GIf) Pm < Pa < 0, Ở chế độ hãm, máy điện nhận công suất điện từ nguồn điện phần ứng (Pa>0) nhận công suất (Pm