Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, do từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra.. Hình 1.4: Chiều dương suất điện
ĐỊNH LUẬT MẠCH TỪ
Trong các máy điện, lõi thép là mạch từ của máy Mạch từ là mạch khép kín dùng để dẫn từ thông Định luật mạch từ là định luật dòng điện toàn phần áp dụng vào mạch tử Nội dung của định luật dòng điện toàn phần như sau:
Hình 1.9.1 Minh Hình! 92 Mạch Hình! 9.3 Mạch từ họa định luật dòng từ đồng nhất có có khe hở không khí điện toàn phần một cuộn dây và hai cuộn dây
Néu là vectơ cường độ từ trường do một tập hợp dòng điện ¡¡ i;, ¡¿ ¡„ tạo ra và nêu L là một đường cong kín bao quanh chúng thi: if dl =Si, (1.9)
Voi g 7 1a d6 doi vi phan trén (L) Dau cua 1, xac định theo qui tac van nut chai: quay cai van nut chai theo chiêu „; ;, chiêu tiên của van nut chai trùng với chiêu dòng điện 1: thì dòng điện 1 mang dâu dương, còn ngược lại lây dâu âm Định luật dòng điện toàn phần áp dụng vào mạch từ đồng chất có một cuộn dây như hình 1.9.1 ta có như sau:
H (Am): Cường độ từ trường trong mạch từ B=uH (T): Tự cảm (mật đệ từ thông) trong mạch từ u=u tạ(H/m): Độ từ thâm tuyệt đối của mạch từ u,=4zr 107 (H/m): độ từ thâm của không khí tu= tý tạ: độ từ thâm tương đối của mạch từ ¡ (m): chiều dài trung bình của mạch từ
N: số vòng dây của cuộn dây 1(A): gọt là dòng điện từ hóa, tạo ra từ thông cho mạch từ
F= NI (A): gọi là sức từ động (stđ)
H /: gọi là từ áp rơi trong mạch từ
Rạ„= „ý (A/WĐ) từ trở của mạch từ
S (m?): tiết điện ngang của mạch từ
Cũng áp dụng định luật dòng điện toàn phần vào mạch từ gồm hai đoạn có chiều dài l¡ và l; tiết điện S¡ và S;, hình 1.9.3.ta có:
Hìị, H› (Am): cường độ từ trường tương ứng trong đoạn mạch từ l1, 2
!:/;(m): chiều đài trung bình của đoạn mạch I, 2
Ni, Nị iz(A): suất từ động của cuộn dây L, 2
Một cách tông quát, mạch từ gồm m đoạn ghép nối tiếp định luật mạch từ được viết:
Trong đó, dòng điện 1 nào có chiêu phù hợp với chiêu từ thông ¿ đã chọn theo qui tac van nút chai sẽ mang dâu dương, còn ngược lại sẽ mang dâu âm; J: chỉ số tên đoạn mạch từ; k: chỉ sô tên cuộn dây có dòng điện.
CAC VAT LIEU CHE TAO MAY DIEN
Vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện đề chế tạo máy điện tốt nhất là đồng vì chúng không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ Ngoài ra còn đùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau, đồng photpho Dây đồng hoặc dây nhôm được chế tạo theo tiết điện tròn và trung bình, điện áp dưới 1000V thường dùng dây dẫn bọc êmay vì lớp cách điện của nó mỏng và đạt độ bền yêu câu.
Vật liệu dẫn từ
Vật liệu dẫn từ trong máy điện là vật liệu sắt từ như thép kỹ thuật điện, gang, thép đúc, thép rẻn Ở các phần dẫn từ có từ thông biến đổi với tần số 50Hz thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,35 + Imm, trong thành phần thép có từ 2 + 5% silic dé tăng điện trở của thép, giảm dòng điện xoáy Thép kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương pháp cán nóng hoặc cán nguội Hiện nay thường dùng thép cán nguội đề chế tạo các máy điện vì thép cán nguội có độ từ thâm cao hơn và suất tôn hao nhỏ hơn thép cán nóng Trên hình 1.10 trình bày đường cong từ hóa của một số vật liệu dẫn từ khác nhau Củng một dòng điện kích từ, ta thay thép kĩ thuật điện có từ cảm lớn nhất, sau đó là thép đúc và cuối cùng là gang Ở các phần dẫn từ có từ thông thay đôi thường dùng thép đúc, thép rèn hoặc lá thép
Hinh 1.10 Đường cong từ hóa của mét số vật liệu 1.5.3 Vật liệu cách điện
Vật liệu cách điện trong máy điện cần đảm bảo các tính năng thiết yếu như cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt hiệu quả, chống âm thanh và có độ bền cơ học Trong đó, khả năng chịu nhiệt của vật liệu cách điện bọc dây dẫn đóng vai trò quan trọng Vì khi nhiệt độ cho phép của vật liệu cách điện cao hơn thì nhiệt độ hoạt động cho phép của dây dẫn cũng lớn hơn, giúp dây dẫn chịu được dòng tải lớn hơn.
Chất cách điện của máy điện phần lớn ở thể răn và gồm có 4 nhóm: a) Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, lụa b)Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thủy tinh c) Cac chat tong hop d)Cac loai men va son cach dién
Chất cách điện tốt nhất là mica nhưng đất Giấy, vải, sợi rẻ nhưng dẫn nhiệt và cách điện kém, đễ bị âm Vì vậy chúng phải được tâm sấy đề cách điện tốt hơn
Căn cứ độ bên nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra các câp như sau:
- Cấp Y: Nhiệt độ cho phép là 90°C, bao gồm bông, giấy, vải, tơ lụa, sợi tông hợp, không được tâm sấy băng sơn cách điện
- Cấp A: Nhiệt độ cho phép là 150°C, bao gồm vải sợi xenlulô, sợi tự nhiên hoặc nhân tạo được qua tâm sây bằng sơn cách điện
- Cấp E: Nhiệt độ cho phép là 120°C, bao gồm màng vải, sợi tổng hợp gốc hữu cơ có thể chịu được nhiệt độ tương ứng
- Cap B: Nhiét d6 cho phép la 130°C, bao gồm các vật liệu gốc mica, sợi thủy tỉnh hoặc amiăng được liên kết bằng sơn hoặc nhựa sốc hữu cơ có thể chịu được nhiệt độ tương ứng
- Cấp F: Nhiệt độ cho phép là 155°C, giống như B nhưng được tâm sấy và kết dính bằng sơn hoặc nhựa tong hợp có thể chịu được nhiệt độ tương ứng
- Cấp H: Nhiệt độ cho phép là 180°C, giống như B nhưng dùng sơn tâm sấy hoặc chất kết dính gốc silic hữu cơ hoặc các chất tông hợp có khả năng chịu được nhiệt độ tương ứng
- Cấp C: Nhiệt độ cho phép là >180°C, bao gồm các vật liệu gốc mica, thủy tỉnh và các hợp chất của chúng dùng trực tiếp không có chất liên kết Các chất vô cơ có phụ gia liên kết bằng hữu cơ và các chất tông hợp có khả năng chịu được nhiệt độ tương ứng
Ngoài ra còn có chất cách điện ở thê khí (không khí) và thể lỏng ( dầu biến áp)
Khi máy điện làm việc, do tác động của nhiệt độ, chan động và các tác động lý hóa khác cách điện sẽ bị lão hóa nghĩa là mắt dần các tính bền về điện và cơ Thực nghiệm cho biết, khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độ làm việc cho phép 8-10°C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện giảm đi một nửa.
Vật liệu kết cấu
Vật liệu kết câu là vật liệu đề chê tạo các chi tiệt chịu các tác động cơ học như trục, ô trục, vỏ máy, nặp máy Trong máy điện, các vật liệu kêt cầu thường là gang, thép lá, thép rèn, kim loại màu và hợp kim của chúng, các chât dẻo.
PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN
Trong quá trình biến đổi năng lượng tại máy điện, tồn hao do tổn hao sắt từ (hiện tượng từ trễ và dòng xoáy trong thép), tổn hao đồng (dây quấn) và tổn hao ma sát (máy điện quay) đều chuyển hóa thành nhiệt, làm máy điện nóng lên Để tản nhiệt, máy điện cần có biện pháp giải nhiệt bằng cách đối lưu không khí xung quanh hoặc sử dụng môi trường làm mát khác (như dầu máy biến áp) Thường thì vỏ máy điện có cánh tản nhiệt, đi kèm hệ thống quạt gió hỗ trợ làm mát.
Kích thước máy, phương pháp làm mát cần được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo độ tăng nhiệt của vật liệu cách điện không vượt ngưỡng cho phép, duy trì tuổi thọ của máy khoảng 20 năm.
Khi máy điện làm việc ở chế độ định mức, độ tăng nhiệt của các phần tử không được vượt quá độ tăng nhiệt cho phép Khi máy quá tải độ tăng nhiệt của máy sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép, vì thế không cho phép máy làm việc quá tải lâu dài.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Việc nghiên cứu máy điện gồm các bước sau: ® Mô tả các hiện tượng vật lí xảy ra trong máy điện ® Dựa vào các định luật vật lí, việt phương trình toán học mô tả sự làm việc của máy điện Đó là mô hình toán của máy điện © Từ mô hình toán thiết lập mô hình mạch, đó là sơ đồ thay thế của máy điện ® Từ mô hình toán và mô hình mạch, tính toán các đặc tính và nghiên cứu máy điện, khai thác sử dụng theo các yêu câu cụ thé.
CHƯƠNG 2: MÁY ĐIỆN MOT CHIEU
CAU TAO CUA MAY DIEN MOT CHIEU
Máy điện mét chiéu c6 cau tao gan gidn g voi may điện xoay chiêu rotor dây quân, bao gom: stator, rotor, c6 g6p va choi than.
_Commutator Co gop Chéi quét
Phần ứng cô góp nắp máy
Hình 2.1 Các thành phân của máy điện một chiêu 2.1.1 Stator
Còn gọi là phân cảm, gôm có cực từ chính, cực từ phụ, gông từ nap may va co cau chôi điện aC ¢ chinh:
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường, gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lỗng ngoài lõi sắt cực từ Lõi thép cực từ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện hay thép cácbon dày 0.5mm hay Imm duoc ép chat va tan lại Trong máy điện nhỏ có thế dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy bằng bulông Dây quấn kích từ được làm bằng déng bọc cách điện, được quấn thành từng cuộn, mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và tâm sơn cách điện trước khi lồng vào thân lõi thép cực từ Các cuộn dây ở các cực từ chính được nối nối tiếp nhau sao cho khi có dòng điện chạy qua chúng thì hình thành các cực từ trái dấu xen kẽ
Hình 2.2 Cực từ chính trong máy điện một chiếu: a) Bốn cực; b) Sảu cực 1 Cuộn dây kích từ, 2 Vỏ máy ( gông từ); 3 Lõi thép; 4 Bulông b.Cực từ phụ:
Cực từ phụ gồm có lõi thép và dây quấn Lõi thép thường làm bằng thép khối còn dây quấn cực từ phụ có cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được đặt xen kẽ với cực từ chính và được dùng để cải thiện đổi chiều Dây quấn cực từ phụ được nối nối tiếp với dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông
Hình 2.3 Cực từ phụ 1) Lõi; 2) Cuộn dây c V6 may (Gong ti):
Gông từ làm mạch tử nôi liên các cực tử, đông thời làm vỏ máy Trong máy điện công suât lớn gông từ làm băng thép đúc, còn máy điện công suât vừa và nhỏ thường dùng thép tâm cuôn lai va han
Gồm có chổi than đặt trong hộp chỗi than và tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo Hộp chổi than được có định trên giá chối than và cách điện với giá Giá chôi than có thê quay được để điều chỉnh vị trí chỗi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì cố định lại bằng vit Chéi than làm băng than hay gra-phít, đôi khi ta trộn thêm bột đồng đề làm tăng độ dẫn điện Chối than có nhiệm vụ đưa đòng điện từ phần ứng ra ngoài hay ngược lại
Hình 2.4 Cơ cấu chồi than
Hộp chối than, 2) Choi
than, 3) Lò so ép, 4) Dây cáp dân điện e Nap may:
Nặp máy đề bảo vệ dây quân và đảm bảo an toàn cho con người Đôi với các máy điện công suât vừa và nhỏ, nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ô bị và thường làm băng gang
Còn gọi phần ứng gồm lõi thép, đây quấn phần ứng và cô góp lõi thép Dây quấn phần Ứng
Cô góp Bợ trục Truc may
Hình 2.5 Cấu tạo của rotor q Lỗi thép rofor:
Lõi thép của máy biến áp được làm từ các lá thép kỹ thuật dày 0,5 mm, phủ sơn cách điện và ghép lại để giảm tổn hao năng lượng do dòng điện xoáy sinh ra Các lá thép được đục lỗ thông gió và tạo rãnh để đặt dây quấn phần ứng Trong các máy cỡ trung bình trở lên, đôi khi còn có lỗ tạo sự thông gió dọc trục Với các máy lớn hơn, lõi sắt được chia thành từng đoạn nhỏ, giữa các đoạn có khe hở để thông gió ngang trục.
Hình 2.6 Lá thép phẩn ứng
1) Trục máy, 2) Lỗ thông gió đọc trục, 3) Rãnh, 4) Răng b Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phân ứng là phần sinh ra sức điện động cảm ứng và có dòng điện chạy qua
Dây quần phần ứng làm bằng đồng có bọc cách điện, có tiết diện hình tròn (đối với máy có công suất bé) hay hình chữ nhật (đối với máy công suất lớn) được đặt trong các rãnh của lõi thép theo một sơ dé cu thé va duoc cách điện với rãnh Đề tránh dây quấn bị văng ra khi rotor quay (lực ly tâm), ở miệng rãnh có dùng nêm bằng tre hay bakelit c Cỗ góp:
Cô góp gồm có các phiến góp bằng đồng có đuôi én được ghép lại thanh hinh tru tròn, giữa các phiến góp được cách điện với nhau bằng các tâm mica dày 0,4 đến I,2mm Hai đầu vành én có 2 vành ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và phiến góp cũng được cách điện bằng các tắm mica Đuôi vành góp nhô cao lên một ít để hàn các đầu đây của phân tử nối với phiến góp Thông qua chỗi điện và cô góp, dòng điện xoay chiều trong day quấn rotor được đồi thành dòng điện một chiều đưa ra mạch ngoài, do đó cô góp còn gọi là vành đổi chiều
Hinh 2.7 Phién doi chiéu (a), (b) và cổ góp (c)
1 Phién góp; 2,3 ốp hình chữ LV; 4 cách điện bằng mi ca;
5 ranh noi day; 6 vanh dém cach điện; 7.bulông xiẾ d Các bộ phận khác Các bộ phận khác gồm Có:
Cánh quạt dùng để quạt gió làm mát máy Máy điện một chiều thường chế tạo theo kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió Cánh quạt lắp trên trục máy Khi máy quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt g1ó ra ngoài làm nguội máy
Trục quay làm bằng thép cácbon tốt Trên trục máy lắp lõi sắt phần ứng, vành góp, cánh quạt.
2.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC
Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định Chế độ đó được đặc trưng bởi những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những lượng định mức Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau: ° Công suất định mức Pạ„ (W hay kW) ° Điện áp định mức Uan (V) ° Dòng điện định mức lạ„ (A) e _ Tốc độ định mức nạ„ (vòng/phút)
Ngoài ra còn ghi kiêu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu về điều kiện sử dụng v.v
Cân chú ý là công suât định mức ở đây là chỉ công suat đưa ra của máy điện Đôi với máy phát điện, đó là công suât điện đưa ra ở đầu máy Đôi với động cơ điện thi đó là công suat cơ đưa ra ở đầu trục
2.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MAY DIEN MOT CHIEU
Máy điện một chiêu có thê làm việc ở chê độ máy phát điện, động cơ điện dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ
Hình 2.8 Sơ đồ khối chỉ chế độ làm việc của may dién mot chiéu 2.3.1 Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều
Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường của cực từ, cảm ứng các sức điện động Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải và giá trị tức thời được tính theo biéu thức: e=B.l.v (2.1)
B: cảm ứng từ nơi thanh dẫn quét qua v: vận tốc quét của thanh dẫn; l: chiều dài tác dụng của thanh dẫn
Hình 2.9 Mô tả nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều trong dé day quan phan ứng chỉ có 1 phần tử nối với 2 phiến đổi chiéu
Theo hình 2.9 từ trường hướng từ cực N đến S, chiều quay phần ứng ngược chiều kim đồng hồ, ở thanh dẫn phía trên sức điện động có chiều đi từ b đến a Ở thanh dẫn phía dưới chiều sức điện động đi từ d đến c Sức điện động của phần tử bằng 2 lần sức điện động của thanh dẫn Nếu nối 2 chỗi điện A và B với tải, trên tải sẽ có dòng điện, điện áp của máy phát điện có cực dương ở chổi A và cực âm ở chối B
Trong quá trình quay nửa vòng, vị trí của phần tử thay đổi, thanh ab nằm tại cực S còn thanh dc nằm tại cực N, dẫn đến suất điện động trong thanh dẫn đổi chiều Nhờ chổi điện đứng yên, chổi A vẫn kết nối với phiến góp phía trên và chổi B vẫn kết nối với phiến góp phía dưới, đảm bảo chiều dòng điện ở mạch ngoài không đổi Thiết bị này khi đó trở thành máy phát điện một chiều, với cực dương tại chổi A và cực âm tại chổi B Để tăng điện áp và giảm chập mạch, dây quấn phải chứa nhiều phần tử và nhiều phiến đối chiều Khi máy hoạt động ở chế độ phát điện, dòng điện phần ứng Ia có cùng chiều với suất điện động phần ứng Ea.
Phương trình cân bằng điện áp là:
R„1, : là điện áp rơi trên đây quấn phần ứng; R.„ là điện trở của dây quấn phần ứng U: là điện áp đầu cực máy phát điện; E„ là sức điện động phần ứng
2.3.2 Nguyên lý làm việc của động cơ một chiều Hình 2.10 mô tả nguyên lý làm việc của động cơ một chiều Khi cho điện áp một chiều U vào 2 chéi điện A và B, trong dây quân phần ứng có dòng điện Dưới tác dụng của nam châm lên các thanh dẫn ab, cd có dòng điện, sẽ sinh ra lực điện từ tác dụng làm cho rotor quay
Hình 2.10 Mô tả nguyên lý làm việc của động cơ một chiễu Khi cho điện áp một chiều U vào 2 chối điện a và b, trong dây quấn phần ứng có dòng điện Chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái và có độ lớn:
F=B,li (2.3) ° Bw: cảm ứng từ trung bình trong khe hở ° ¡: dòng điện chạy trong thanh dẫn; l: chiều dài thanh dẫn
Khi phần ứng quay được 1⁄2 vòng vị trí các thanh dẫn ab, cd đối chỗ cho nhau Do có phiến góp, đối chiều dòng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay không đôi Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động E„ Chiều sức điện động sẽ xác định theo quy tắc bàn tay phải Ở động cơ, chiều sức điện động E ngược chiêu với dòng điện l; nên E„ còn được gọi là sức phản điện
Phương trình cân bằng điện áp là: U=E,+1I,R, (2.4)
Hình 2.11 Chiều quay của phần ứng động cơ DC
2.4 PHẦN LOẠI MÁY ĐIỆN MỘT CHIẾU
Ta đã phân máy điện một chiều thành máy phát điện một chiều và động cơ điện một chiều
Song tủy theo cách kích thích của cực từ chính, mà còn phân loại máy điện một chiều thành các loại như sau: s* Máy điện một chiều kích từ độc lập: Mạch phần ứng không liên hệ trực tiếp về điện với mạch kích từ Nếu máy có công suất nhỏ thi cực từ chính thường dùng nam châm vỉnh cửu, còn máy có công suất lớn cần có nguồn kích từ riêng để có điều chỉnh điện áp hoặc tốc độ trong pham vi rộng s* Máy điện một chiều kích từ song song: Mạch kích từ nối song song với mạch phân ứng s* Máy điện một chiêu kích từ nôi tiếp: Mạch kích từ mắc nôi tiếp với mạch phần ứng
~ +, s* Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp: Mạch vừa kích từ nối tiếp vừa kích từ song song a) b) c) d)
Hình 2.12 Sơ đô nguyên lý máy điện một chiễu: a) Kich từ độc lập, b) Kích từ song song, ©) Kích từ nồi tiếp, đ) Kích từ hôn họp.
2.5 QUAN HE LUC TU TRONG MAY DIEN MOT CHIEU
2.5.1 Sức điện động phần ứng
_ Sức điện động thanh dẫn: khi quay rotor, các thanh dẫn của day quan phan ứng cắt từ trường, trong mỗi thanh dân cảm ửng sức điện độn g là:
Btb : cường độ từ cảm trung bình dưới cue tu ( don v 1: T) v: tốc độ dài của thanh dẫn (don v i: m/s)
1: chiéu dài tác dụng của thanh d ẫn (đ ơn vị:m)
Thay gia tri Ey = eb =k,.n®? ta cô
QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỐI NĂNG LƯỢNG
2.6.1 Các tôn hao trong máy điện một chiều
Trong máy điện một chiều, đa phần công suất cơ chuyển hóa thành công suất điện (máy phát) hoặc ngược lại (động cơ) Tổn hao trong máy rất nhỏ, biểu hiện dưới dạng nhiệt tỏa ra ngoài không khí Tổn hao gồm: tổn hao máng từ (Peo) do từ trường tản máng; tổn hao ma sát chổi than với vành góp; tổn hao thông gió; Tổn hao này tăng theo tốc độ quay, gây nóng ổ bi và vành góp Ngoài ra còn tổn hao từ trễ (Psat) do dòng điện xoáy trong lõi thép máy.
Độ hao tổn này phụ thuộc vào chất liệu, chiều dài tắm thép, trọng lượng lõi thép, cảm ứng từ và tần số f Khi lõi thép đã định dạng, độ hao tổn tỉ lệ thuận với f và B.
Hai loại tổn hao trên khi không tải đã tồn tại nên gọi là tốn hao không tải:
; , Po=Pco Pre Ộ Tôn hao cơ và sắt sinh ra momen hãm và momen này tôn tại khi không tải nên gọi là momen không tải M, Quan hệ giữa M, vả p như sau:
Trong đó œ là tốc độ góc cua rotor c) Tén hao đồng pcu: Tên hao đồng bao gồm hai phần: tổn hao đồng trong mạch phần ứng Pouw và ton hao đồng trong mạch kích từ pcu:
Tổn hao đồng trong phân ứng bao gôm ton hao đồng trong dây quan phan ứng l,/r„ tổn hao đồng trong dây quân cực từ phụ L¿r; tôn hao tiếp xúc giữa chéi than va vành ĐÓP Tu Thường với chỗi than graphit điện áp giáng trên chỗ tiếp xúc của hao chỗi than khống chế 2AU,,= 2V nên p„ = 2l
Trong tính toán, thường gộp tất cả các tôn hao đồng trên phần ứng lại và viết dưới dạng PCu = kERu, trong đó: Ru = rcu + rcu2 + rti là điện trở tổng các tổn hao đồng, bao gồm điện trở dây quấn ứng rcu, điện trở dây quấn phụ rcu2 và điện trở tiếp xúc chổi than rti Điện trở dây quấn rcu phụ thuộc vào nhiệt độ của dây quấn ứng, nên thực tế không phải là hằng số.
Tổn hao đồng trong mạch kích từ bao gồm tôn hao đồng của dây quân kích từ và tôn hao đồng của điện trở điều chỉnh trong mạch kích từ Vì vậy pcu: = U/, trong đó U, là điện áp đặt trên mạch kích từ và I, là dòng điện kích từ đ) Tén hao phu pr:
Tổn hao phụ trong thép có thế do từ trường phân bố không đều trên bề mặt phần ứng, các bulông ốc vít trên phần ứng làm từ trường phân bố không đều trong lõi sắt, ảnh hưởng của răng, rãnh làm từ trường đập mạch sinh ra
Tổn hao trong đồng có thể do quá trình đổi chiều làm đòng điện trong phần tử thay đối, dòng điện phân bố không đều trên bề mặt chỗi than làm tốn hao tiếp xúc lớn, từ trường phân bố không đều trong rãnh làm cho trong dây dẫn sinh ra dòng điện xoáy, ton hao trong dây nối cân bằng sinh ra Trong máy điện một chiều p; tương đối khó tính Thường lấy bằng 1% công suất định mức
2.6.2 Quy trình năng lượng và các phương trình cần bằng năng lượng a) Máy phát diện May phát điện biến cơ năng thành điện năng bên máy đo một động cơ sơ cấp bất kỳ kéo hay quay với một tốc độ nhất định
Giả thiết công suất kích từ đo một máy khác cung cấp nên không tính vào công suất đưa từ động cơ sơ câp vào máy phát điện
Công suất cơ đưa vào Pi, tiêu hao đi một phần đề bù vào tốn hao cơ p„ và tốn hao sắt pre, còn đại bộ phận biến đổi thành công suất điện từ Pạ Ta có:
Pì — Pa + (Peco + Pre) = Pa + Po 0 16)
Khi có dòng điện chạy trong dây dân thì có tôn hao đồng, nên công suât điện đưa ra P; bằng:
P;ạ= Pa — Pcu = Eul — I2Re = Ula 02 17)
Hình 2.13: Giản đô năng lượng của máy phát điện một chiễu Chia hai về của phương trình (2.L7) với l¿ ta được:
U=E,- Lẹ¿ (2.18) Đó là phương trình cân băng suất điện động (phương trình cân bằng áp) của máy phát điện một chiều
Công suất cơ đưa vào, công suất không tải, công suất điện từ có thể được biểu diễn dưới dạng mô men nhân với tốc độ góc.
Chia hai về cho œ ta được:
Mi: momen đưa vào M: momen điện từ M,: momen không tải
Quan hệ trên gọi là phương trình cân bằng momen của máy phát điện một chiều b) Động cơ điện Động cơ điện lấy công suất điện vào và truyền công suất cơ ra đầu trục
Công suất điện mà động cơ điện nhận được từ dưới vào băng:
(động cơ điện kích tử song song) Trong đó:
I=l¿+1].: dòng điện từ lưới điện vào (1, là dòng điện vào phần ứng, I, là dòng điện kích từ)
U: điện áp ở đầu cực máy
Công suất P¡, một phần cung cấp cho mạch kích từ UI, còn phần lớn đi vào phần ứng Uh, tiêu hao một ít trên day quan déng trong mach phan tmg peux, con đại bộ phận là công suất điện từ Pa, ta cd:
Công suất điện từ sau khi chuyền thành công suất cơ thì còn tiêu hao một ít để bù vào tôn hao Co peo va ton hao sat pre (gọi chung la tốn hao không tải hay công suất không tai p
Cuối cùng phần còn lại là công suất đưa ra đầu trục P; = M;0 Ta có:
Hình 2.14: Giản đô năng lượng động cơ điện một chiéu Từ công thức trên, ta có công suất điện trong mạch phần ứng băng:
, Ulu = Pa + Pcuw = Ele + l’Ru (2.24)
Chia hai về cho l¿ ta được phuong trinh:
U=E,+LRy (2.25) Đó là phương trình cân bang suât điện động của động cơ điện một chiêu
Cũng từ công thức cân băng công suat, ta c6 thé viet:
Chia hai về cho œ ta được:
TINH CHAT THUAN NGHICH CUA MAY DIEN MOT CHIEU
Một máy điện một chiều có thể làm ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện Trong máy phát điện, chiều của moment điện từ và tốc độ quay ngược nhau, còn dòng điện và suất điện động cùng chiều Trong động cơ điện thì momen và tốc độ quay cùng chiều, còn dòng điện và suât điện động ngược chiêu nhau
R, nghĩa là E„>U Máy sinh ra momen điện từ hãm Nếu ta giảm từ thông ® hoặc tốc độ n dé giam E, xuống một cách thích đáng thì E„ sẽ nhỏ hơn U và dòng điện I, sẽ đôi chiều, E„ và l„ ngược chiều nhau Do chiều của từ thông ® không đổi nên momen điện từ (M=Cu®1,) sẽ đôi dấu nghĩa là M và n đã thành cùng chiều và momen điện từ đó đã chuyên từ momen hãm thành momen quay Máy đã chuyến từ chế độ máy phát điện sang chế độ động cơ Giả sử máy đang làm việc ở trạng thái máy phát Ta có dòng điện đưa ra l¿ điện Tách động cơ sơ cấp ra ta sẽ được một động cơ điện một chiều thông thường
Ta thay rang cung một thiệt bị điện từ (thanh dân đặt trong từ trường của nam châm N - 8), tùy theo năng lượng đưa vào (cơ năng hay điện năng) mà máy điện có thể làm việc ở chế độ động cơ điện hoặc máy phát điện Đây chính là tính thuận nghịch của máy điện
Vậy: Mọi máy điện đều có tính thuận nghịch.
TỪ TRUONG CUA MAY DIEN MOT CHIEU
Khi máy điện một chiều không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng điện kích từ gây ra gọi là từ trường cực từ Các cực từ có cực tính khác nhau được bố trí xen kẽ nhau dọc theo chu vi phía trong thân vỏ máy, từ thông đi từ cực bắc N qua khe hở và phần ứng rồi trở về cực nam S nằm bên cạnh Sự phân bố đường sức từ của một máy bốn cực như hình 2.15 Đại bộ phận từ thông đi qua khe hở vào phần ứng, chỉ có một bộ phận rất nhỏ không đi qua phần ứng mà đi thắng vào các cực từ bên cạnh hay gông từ, nắp máy làm thành mạch kín
Hình 2.15 Từ trường cực từ của máy điện một chiếu
Khi máy điện có tải, dòng điện I„ trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường phần ứng Từ trường phần ứng hướng vuông góc với từ trường cực từ Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng, từ trường trong máy là từ trường tổng hợp của từ trường cực từ và từ trường phần ứng Ở một mỏm cực, từ trường được tăng cường (tại đó từ trường phần ứng cùng chiều với từ trường cực từ) trong khi đó ở mỏm cực kia, từ trường bị yếu đi (tại đó từ trường phần ứng ngược chiều với từ trường cực từ)
Hình 2.16 Từ trường phần ứng và từ trường tổng hợp của máy điện một chiều Hậu quả của phản ứng phần ứng là:
- Từ trường trong máy bị biến dạng: Điểm có từ cảm B=0 dịch chuyên từ trung tính hình học mn đến vị trí mới gọi là trung tính vật lý mn Góc lệch B thường nhỏ và lệch theo chiều quay rotor khi là máy phát điện và ngược chiều quay rotor khi là động cơ Ở vị trí trung tính hình học, từ cảm B#0 thanh dẫn chuyển động qua đó sẽ cảm ứng sức điện động gây ảnh hưởng xấu đến việc đôi chiều
- Khi tải lớn dòng điện phần ứng lớn: Từ trường phân ứng lớn, phần mỏm cực này, từ trường được tăng cường bị bão hòa, từ cảm B tại đó được tăng lên rất ít, trong khi đó mỏm cực kia từ trường giảm đi nhiều, kết quả là từ thông của máy bị giảm đi nhiều Từ thông giảm kéo theo sức điện động phần ứng giảm làm cho điện áp đầu cực máy phát điện U giảm xuống Ở chế độ động cơ từ thông giảm làm cho mômen quay giảm và tốc độ động cơ thay đôi Đề khắc phục hậu quả trên người ta đùng cực từ phụ và dây quấn bù Từ trường của cực từ phụ và dây quấn bù ngược chiều với từ trường phần ứng Để khắc phục việc từ trường phần ứng khi tải thay đổi, dây quấn cực từ phụ và đây quần bù đấu nối tiếp với mạch phần ứng.
PHAN UNG PHAN UNG CUA MAY DIEN MOT CHIEU
Khi máy điện làm việc có tải, dòng điện phần ứng sinh ra từ trường phần ứng Tác dụng của từ trường phần ứng với từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng Khi xét tác dụng của phần ứng ta chú ý rằng nếu máy điện có chiều dòng điện và cực tính của cực từ như trong hình vẽ thì chiều quay của máy phát điện và động cơ sẽ ngược nhau và được kí hiệu bằng các mũi tên Sau đây ta xét 2 trường hợp: a Chỗi than đặt trên đường trung tính hình học
_/) Trung tinh hình học me" -“Z -Z
Hình 2.17.Phản ứng phần ứng khi chối than đặt trên đường trung tính hình học
Sự phân bố của từ thông tổng do từ trường cực từ chính và từ trường phan ứng hợp lại
Khi chổi than đặt trên đường trung tính hình học, phản ứng phần ứng ngang trục F làm biến dạng từ trường khe hở Nếu mạch từ không bão hòa, từ trường tổng không bị mất đối xứng do trợ từ và khử từ cân bằng Ngược lại, khi mạch từ bão hòa, trợ từ yếu hơn khử từ khiến từ thông giảm nhẹ ở một cực, dẫn đến phản ứng ngang trục có tác dụng khử từ Độ lệch của đường trung tính vật lý so với đường trung tính hình học phụ thuộc vào chiều quay của máy.
Nếu mạch từ không bão hòa thì từ thông tổng không đôi Nếu mạch từ bão hòa thì từ thông tổng giảm đi một ít b Xê dịch chỗi than khỏi đường trung tính hình học:
Trong máy phát điện một chiều, thường chỗi than đặt ở trên đường trung tính hình học nhưng do lắp ghép không tốt, hoặc khi máy không có cực từ phụ, muốn cải thiện đôi chiều, có thê xê dịch chỗi than đi một góc khỏi đường trung tính hình học Khi xê địch chỗi than như vậy thì sức từ động phần ứng có thê chia làm hai phần: ngang trục và đọc trục
Tác dụng của phản ứng phần ứng ngang trục như đã nói ở trên là làm méo dạng từ trường của cực từ chính và khử từ một ít nếu mạch từ bão hòa
Phản ứng phần ứng dọc trục trực tiếp ảnh hưởng đến từ trường cực tử chính vả có tính chất trợ từ hay khử từ tùy theo chiều xê dịch của chỗi than Nếu xê dịch chỗi than theo chiều quay của máy phát (hay ngược chiều quay của động cơ) thì phản ứng phần ứng dọc trục có tính chất khử từ, ngược lại nếu xê dịch chối than ngược chiều quay của máy phát (thuận chiều quay của động cơ) thì phản ứng phần ứng đọc trục có tính chất trợ từ Trong máy phát điện một chiều, đo yêu cầu về đổi chiều, chỉ cho phép quay chỗi than theo chiều quay phần ứng nếu là máy phát, hay ngược chiều quay phần ứng nếu là động cơ
Phản ứng phần ứng đọc trục chỉ ảnh hưởng đến trị số của từ trường tông chứ không làm nó biến dạng.
DOI CHIEU DÒNG ĐIỆN, TIA LỬA ĐIỆN TREN CO VANH GOP 1 Déi chiéu dong dién
Khi chuyên động trong từ trường của một cực từ, mỗi phần tử của dây quấn phần ứng thuộc vào một nhánh song song và dòng điện 1¿ trong nó có chiều nhất định Lúc các cạnh của phân tử đi vào vùng trung tính thì phần tử bị chỗi than nối ngắn mạch, đòng điện trong phân tử thay đổi đề sau đó khi phần tử bước sang ranh giới của cực kế tiếp và chuyển sang nhánh song song khác, dòng điện trong nó có chiều ngược lại -1, Qua trình đổi chiều của dòng điện khi phần tử di động trong vùng trung tính và bị chổi than nỗi ngắn mạch được gọi là sự đổi chiều Đề có khái niệm cụ thể, hình dưới trình bày quá trình đối chiều dòng điện trong phần tử b của dây quấn xếp đơn Ta thấy khi chổi than phủ hoàn toàn lên phiến góp 1, dong điện trong phần tử b giả sử có chiều +i„ Khi chỗi than hoàn toàn tách khỏi phiến góp | thi dòng điện trong phần tử b có chiều ngược lại (-i„) Ở các vị trí trung gian, chỗi than tiếp xúc với cả hai phiến đổi chiều I và 2 khiến cho phần tử bị nỗi tắt và dòng điện trong nó biến đổi theo những qui luật nhất định, phụ thuộc vào quá trình quá độ điện từ xảy ra trong và xung quanh phần tử đổi chiều
Quá trình đổi chiều của dòng điện trong mỗi phần tử tồn tại trong một thời gian rất ngắn
Khoảng thời gian để dòng điện hoàn thành quá trình đổi chiều một lần được gọi là chu kỳ đổi chiều (ký hiệu Tđ) Đây là khoảng thời gian cần thiết để roto quay đủ một góc tương ứng với chiều rộng của cực điện từ Tức là: 0 < t < Tđ.
Hinh 2.18.Qudé trinh doi chiều
Khi máy điện làm việc, các phần tử liên tiếp đôi chiều và trong thực tế Ta.=0,001s nên quá trình đôi chiều diễn ra tuần hoàn với tần số 1000-3000Hz Chất lượng đổi chiều phụ thuộc vào nhiều yếu tố cơ và điện từ Sự đổi chiều kém chất lượng được biêu hiện bên ngoài bởi sự hình thành của tía lửa điện trên bề mặt vành góp và dưới chổi than
2.10.2 Các biện pháp cải thiện đỗi chiều
2.10.2.1 Nguyễn nhân phát sinh tia lửa
Khi máy điện làm việc, quá trình đổi chiều gây ra tia lửa giữa chổi điện và cổ góp Tia lửa lớn có thể dẫn đến vành lửa xung quanh cổ góp, phá hỏng chổi điện và cổ góp, gây tổn hao năng lượng, gây hại môi trường và gây nhiễu thiết bị điện tử.
Sự tiếp xúc giữa cổ góp và chổi điện không tốt do cổ góp không tròn, không nhãn, chỗi than không đủ, đúng quy cách, rung động của chỗi than cô định không tốt hoặc lực lò xo tỷ yêu
Khi rotor quay liên tiếp có phần tử chuyển mạch nhánh này sang mạch nhánh khác
Ta gọi các phần tử ấy là phần tử đổi chiều Trong phần tử đổi chiều xuất hiện các sức điện động sau:
Sức điện động tự cảm đo sự biến thiên dòng điện trong phần tur doi chiéu
Sức điện động hỗ cảm do sự biến thiên dòng điện của các phần tử đổi chiều khác lân cận
Sức điện động do từ trường phần ứng gây ra Ở thời điểm chối điện ngắn mạch phần tử đổi chiều, các sức điện động trên sinh ra dòng điện ¡ chạy quần trong phần tử ấy, tích lũy năng lượng và phóng ra dưới đạng tia lửa khi vành góp chuyên động Ta lần lượt xét năm thời điểm trong thời gian xảy ra hiện tượng đổi chiều a Thời điểm 1
Hình 2.19 Sơ đô biếu diễn chồi than thu điện ở vị trí phiếm b
Ae an > r ` TA ^ Ae ` / ` an ^ ` ^
Choi than thu điện ở phím b, dòng điện trong dây nôi là ——, dòng điện trong bộ vòng dây m v Arie ys I sap noi tat la 1 = ——
Hinh 2.20 So d6 biéu diễn chối than thu điện vừa tiếp xúc phím a
Chéi than thu điện vừa tiếp xúc phiến a, tiếp trở giữa chối và phím a lớn, tiếp giữa
As ` 7 2 z ` TA ^ Ae oh ` I ^ Ae choi va phim b nho, do d6 dong dién trong day noi phién b la — +/, trong day noi m s I phiên a là — - 7, trong b6 vong có dòng điện chạy qua là ? < 5° m 2m c Thời điểm 3
Hình 2.21 Sơ đồ biểu diễn điện tích tiếp xúc của chồi than thu điện với hai phiến bằng nhau
Diện tích tiếp xúc hai phím bằng nhau tiếp trở bằng nhau, dòng điện trong bộ vòng
A I day i=0 Dong dién chay trong day noi 2 phién a, b la 2m d Thời điểm 4
Hinh 2.22 So d6 béu dién choi than thu dién tiếp xúc phím a nhiễu hơn phím b
Chéi than thu điện tiếp xúc phiến a nhiều hơn phím b, tiếp trở giữa chỗi than thu điện
„ k I ơ- " ơ ke và phớm a nhỏ hơn, dũng điện trong day noi phim a la ơ— tỉ, dũng điện trong dõy nội
/ 2m phiên b là - 7, Dòng điện trong bộ vòng dây là ¡< —— nhưng đã đôi chiêu
Hình 2.23 Sơ đô biếu diễn chồi than thu điện ở vị tri phim a
Choi than thu điện 6 phim a, dong di¢n trong bd vong day la [— Vay dong dign
/ ằ fei Rey Ị trong bộ vòng dây bị nội tắt thay đôi từ —— > 0 > - ——,
Hình 2.24 Sơ đồ biêu diễn sự thay đổi giá trị của dòng điện trong bộ vòng dây Trong bộ vòng đây bị nối tắt có 2 suất điện động:
Log 10 ` ® Suât điện động ứng: e =- | do phan ing phan ứng tạo ra ¢
Lg di `" ey Ud / ® Suât điện động ty cam e =- L T do sự biên thiên dòng điện 1 từ mm
Suất điện động này có tác đụng chống lại ¡ Chính hai suất điện động này tạo nên tia lửa điện
2.10.2.2 Các biện pháp cải thiện đỗi chiều
2.10.2.2.1 Khắc phục nguyên nhân cơ khí:
- Trong quá trình vận hành máy điện phải chú ý giữ mặt tiếp xúc của vành đôi chiều sạch sẽ, trơn nhãn, nếu có hiện tượng mài mòn trên vanh đổi chiều phải sửa chứa tiện trơn láng và tròn đều
- Các khe cách điện của lớp mica giữa các phiến góp đôi chiều phải rạch thấp hơn bề mặt và không để bụi đồng hay bụi chỗi than thu điện lắp vào khe đó
- Chỗi than thu điện không được gãy vỡ, mòn vẹt và lò xo ép phải ổn định
Như vậy sẽ hạn chế sự xuất hiện tia lửa điện do nguyên nhân cơ khi
2.10.2.2.2 Khắc phục nguyên nhân điện từ: Đề khắc phục tia lửa, ngoài việc loại trừ nguyên nhân cơ khí ta phải tìm cách giảm tri sô các sức điện động trên và dùng cực từ phụ và dây quân bủ đề tạo nên trong phân tử đôi chiêu các sức điện động nhăm bù hay triệt tiêu tông 3 sức điện động ở trên
Từ trường của dây quấn bù và cực từ phụ phải ngược chiều với từ trường phần ứng Đối với máy công suất nhỏ người ta không dùng cực từ phụ mà đôi khi chuyên chối than đến trung tính vật lý da Đặt cực từ phụ
Biện pháp cơ bản dé cai thién déi chiều trong các máy điện một chiều hiện đại là tạo ra từ trường ngoàải, còn gọi là từ trường đổi chiều tại vùng trung tính, bằng cách đặt những cực từ phụ giữa những cực tử chính
Sức từ động của cực từ phụ F; phải có chiều ngược với sức từ động ngang trục F„; của phần ứng và phải có độ lớn sau cho vừa trung hòa được ảnh hưởng của F„¿, vừa tạo ra được từ trường phụ để sinh ra sức điện động đổi chiều ea triệt tiêu được sức điện động phản kháng Cục Đề đạt được mục đích trên, nguoi ta bố trí các cực từ phụ như sau: cực từ phụ ở máy phát điện phải có cùng cực tính với cực từ chính mà các cạnh của phần tử dây quấn phần ứng tại cực từ phụ sắp quay tới Ở động cơ điện cực tính sẽ ngược lại
Vì sức điện động phản kháng e„.~1, và sức điện động đôi chiều ea~Bạ: nên để cực từ phụ phát huy tác dụng thì điều kiện cơ bản là Ba.~I„ Muốn vậy dây quấn cực từ phụ phải được nối nỗi tiếp với dây quấn phần ứng và dòng điện tải I„ chỉ được thay đổi trong phạm vi khiến cho mạch từ của cực từ phụ không bão hòa
Trên thực tế không thể đạt được điều kiện Ba.~1l,ở nhiều tải khác nhau, do đó không thé dat được một vùng đôi chiều đường thắng Vì vậy ở những máy điện làm việc ở chế độ thường bị quá tải không nặng lắm, người ta thường chế tạo dây quấn cực từ phụ thích hợp sao cho khi máy làm việc ở chế độ định mức thì sự đổi chiều hơi vượt trước (nhưng chưa phát sinh tia lửa), khi quá tải - đối chiều đường thắng và khi quá tải nang — đôi chiều hơi trì hoãn
CHƯƠNG 3: MÁY PHÁT ĐIỆN MOT CHIEU KiICH TU SONG SONG
3.1.PHAN LOAI MAY DIEN MOT CHIEU
Theo cách kích thích của cực từ chính, máy điện một chiều được phân thành các loại sau:- Máy điện một chiều kích từ độc lập: Mạch phần ứng không liên hệ trực tiếp về điện với mạch kích từ.- Máy điện một chiều kích từ song song: Mạch kích từ nỗi song song với mạch phần ứng.- Máy điện một chiêu kích từ nôi tiệp: Mạch kích từ mặc nôi tiếp với mạch phân ứng.- Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp: Mạch vừa kích từ nối tiếp vừa kích từ song song.
Hình 3.1 Sơ đô nguyên lý máy điện một chiều: a) Kích từ độc lập, b) Kích từ song song, ©) Kích từ nối tiếp, d) Kich từ hỗn hợp, (mũi tên nét đứt chỉ dòng điện ở chế đọ động co)
3.1.1 Máy phát điện một chiều kích từ độc lập
Dòng điện kích từ của máy lây nguồn điện khác không liên hệ với phân ứng của máy
3.1.2 Máy phát điện một chiều kích từ song song
Dây quân kích từ nội song song với mạch từ phân ứng i
3.1.3 Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp
Day quan kích từ mặc nồi tiếp với mạch phân ứng
3.1.4 Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp
Gồm 2 dây quấn kích từ
7 Dây quấn kích từ song song 7 Dây quấn kích từ nối tiếp
3.2 CAC DAC TUYEN CUA MAY PHAT DIEN MOT CHIEU
Muốn vận hành máy phát điện được đúng đắn phải biết các giá trị định mức của nó là cụng suất Pa„, điện ỏp định mức Ua„, dũng điện định mức Iạ„, tốc độ quay nạằ và cỏc đại lượng khác, thường chỉ dẫn trên biên nhãn hiệu của máy
Mặc khác cũng cần biết mối quan hệ giữa các đại lượng đặt trưng cho máy phát điện
Những mối quan hệ này thường biếu diễn dưới dạng đồ thị gọi là đặc tuyến của máy phát điện
Các đặc tuyến gồm có:
7 Dac tuyén khéng tai 7 Dac tuyén ngoai
3.2.1 Đặc tuyến không tải Đặc tuyến không tải là quan hệ giữa suất điện động của phần ứng (E,) với đòng điện kích tử (J) khi tốc độ quay của máy (n) không đôi và dòng điện tải (I) băng không, tức là:
Eu = Uo = f(J) Trong đó: n: không đổi I=0 Ủ¿: điện áp trên hai cực của máy khi không tải
3.2.2 Đặc tuyến ngoài Đặc tuyến ngoài là quan hệ giữa điện áp trên hai cực của máy (U) với dòng điện tai (1) khi tốc độ quay của máy (n) và dòng điện kích từ (J) không đổi, tức là:
U=f(D Trong đó: n: không đổi J: không đổi
3.2.3 Đặc tuyến điều chỉnh Đặc tuyến điều chỉnh là quan hệ giữa dòng điện kích từ (J) với dòng điện tải (1) khi điện áp trên hai cực (U) và tốc độ quay (n) của máy không đổi, tức là:
3.3 MAY PHAT DIEN MOT CHIẾU KÍCH TU SONG SONG
May phát điện một chiều kích từ song song là loại máy tự kích, cuộn dây kích từ được ghép nôi tiệp với một biên trở va mắc vào hai cực của máy phát Máy có thê tự kích từ nhờ tử dư của các cực từ c
Cuộn dây kích từ của máy phát điện một chiều kích từ song song được thiết kế với dòng điện kích từ định mức nhỏ, thường vào khoảng 2-3% dòng điện định mức của phần ứng Điều này giúp giảm công suất cần thiết cho quá trình kích từ và nâng cao hiệu suất hoạt động của máy phát điện.
Hình 3.2 Sơ đồ máy phát điện một chiễu kích từ song song
3.3.1 Đặc tuyến không tải Đặc tuyến không tải của máy phát điện một chiều kích từ song song giỗng như máy phát điện kích từ độc lập cũng có dạng đường cong từ hóa
Hình 3.3 Sơ đô đặc tuyến không tải của máy phat dién mét chiéu kich tte song song Theo hình vẽ ta có:
Uo = (J): đặt tuyến không tải Ủạ = R¡.J: đường thang cảm, phụ thuộc điện trở phần cảm R;
Để động cơ hoạt động, dòng kích từ J phải đủ lớn sao cho đường thẳng Ua = RJ cắt đặc tuyến không tải tại điểm A, được gọi là điểm khởi động Khi điện trở mạch phụ R tăng, dòng kích từ J phải giảm để đảm bảo điểm giao cắt vẫn nằm tại điểm A Khi đó, góc α giữa đường thẳng Ua = RJ và trục J cũng tăng theo.
Gọi œ là góc hợp bởi đoạn thắng của đặc tuyến với trục J Rõ ràng ơ, cũng chính là góc tới han cua a Vậy điều kiện mở máy: a< Qe tga < tga
R.= tgœ.: là điện trở tới hạn
Do đó, khi mở máy người ta cho biến trở nối tắt
Tuy nhiên, điều kiện này chưa đủ đề máy chạy Khi máy chạy, từ thông dư 'P„ trong mạch từ phần cảm tạo ra suất điện động nhỏ trong phần ứng Suất điện động này khép mạch qua day quan kích từ sinh ra dòng điện kích từ, dòng điện kích từ này sẽ tạo ra từ thông ®,
* Nếu từ thông ®°, cùng chiều với từ thông ®,, tir théng tong cla may sẽ được tăng cường, dẫn đến điện áp trên hai cực của máy sẽ tăng và máy sẽ tự kích được
* Nếu từ thông ®, ngược chiều với từ thông 'P„, lúc này từ thông tông của máy sẽ nhỏ hơn tử thông dư ®, thi may sẽ bị khử từ, không thể tự kích và tạo điện áp được
Trong trường hợp này, ta phải đôi chiều quay của máy hoặc đổi ngược dây nối với phần cảm để tăng từ thông dư, và nếu từ thông dư quá yếu, phải từ hóa mạch từ phần cảm với nguồn điện phụ
3.3.2 Đặc tuyến ngoài Là đường cong biểu diễn U = f{I) khi máy quay với vận tốc định mức và J không đổi a
Hinh 3.4 So đồ đặc tuyển ngoài của máy phát điện một chiều kích từ song song Phương trình cân băng điện áp là:
Mach phan cam: U = J (Ri + Rac) (Ra: điện trở điều chỉnh) (3.2)
Vio may phát điện một chiều kích từ song song, mạch kích từ nối vào đầu phân ứng nên:
Đặc tuyến ngoài của máy phát điện kích từ tăng cao hơn so với máy phát điện một chiều kích từ độc lập do sự phụ thuộc lẫn nhau giữa dòng kích từ, từ thông và suất điện động Khi phụ tải trên hai cực máy phát giảm, dòng kích từ tăng, dẫn đến sự gia tăng của từ thông và suất điện động Hệ quả là đặc tuyến ngoài của máy phát được đẩy lên cao hơn.
Khi tăng phụ tải, điện áp trên hai cực của máy giảm xuống do độ sụt áp trên điện trở của phần ứng và phản ứng phần ứng Điều đó làm giảm dòng điện nuôi cuộn dây kích từ và giảm suất điện động của máy Vì vậy, khi tăng phụ tải, điện áp trên hai cực của máy phát điện một chiều kích từ song song giảm nhanh hơn so với máy phát điện kích từ độc lập
I Hình 3.5 So dé dac tuyén ngoài của máy phát điện một chiều kích từ song song và độc lập
Tiếp tục tăng dòng điện phụ tải, không những làm giảm điện áp điện áp của máy mà còn làm giảm dòng điện kích từ và khi mạch ngoài của máy bị ngắn mạch, điện áp mạch ngoài giảm tới không (lúc này dòng điện ngắn mạch chỉ gây bởi suất điện động được sinh ra do từ dư của máy)
Vậy máy phát điện một chiều kích từ song song có khả năng chịu đựng nối tắt đột ngột
Theo đặc tuyến ngoài, máy làm việc ốn định khi đặc tuyến của máy năm ở phần trên của đặc tuyến
Là đặc tuyến J = f{I) khi máy quay với tốc độ định mức cũng có dạng tương tự đặc tuyến điêu chỉnh của máy điện không đôi kích từ độc lập
CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT MỘT SÓ ĐẶC TUYẾN CỦA MAY PHAT DIEN MOT CHIEU KICH TỪ SONG SONG
4.1 THÍ NGHIỆM VỚI MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIẾU KÍCH TU SONG SONG (PHÒNG THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT ĐIỆN - BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN)
4.1.1 Mục dích thí nghiệm Khao sat một số đặc tuyên của máy phát điện một chiêu kích từ song song
4.1.2 Mô tả dụng cụ thí nghiệm 4.1.2.1 Máy phát điện một chiều kích từ song song
Hình 4.1: Máy phát điện một chiều kích từ song song
(2): Bộ giao tiếp dùng đề kết nối giữa máy tính và bộ thí nghiệm
(3): Num điều chỉnh điện áp một chiều cung cấp cho động cơ sơ cấp
(4): Bộ nguồn dùng đề cung cấp điện áp cho động cơ sơ cấp
(5): Động cơ sơ cấp ( động cơ kéo máy phát)
(6): Núm điều chỉnh dòng kích từ
Cac thong số của máy phát điện một chiều kích từ song song:
Thông số động cơ sơ cấp: ; Thông số máy phát:
Tôc độ định mức: 2500 (vòng/phút) Tôc độ định mức: 1500 (vong/phut) Công suât định mức: 750 (W) Công suất định mức: 110 (W) Điện áp định mức: + 150 (V) Điện áp định mức: 220 (V)
Máy tính cài đặt phân mêm với bộ labvolt dùng đề hiên thị các số liệu cân đo
4.1.3 Phương án và các bước tiến hành thí nghiệm Thiết kế thí nghiệm như sơ dé sau:
Hình 4.4 Sơ đồ thí nghiệm
(1): Dong co so cap (2): May phat
(3): Biến trở dùng đề thay đổi đòng điện kích từ
E¡: Vôn kế dùng đề đo hiệu điện thế của tải I: Ampe kế đùng đề đo đòng điện tải Lb: Ampe kế đùng đề đo dòng điện kích từ R: Tải
T: May do gia tri momen N: Máy đo giá trị tốc độ của máy
Bộ thí nghiệm sau khi ráp mạch:
Hình 4.5: Hình ảnh bộ thi nghiệm sau khi rắp mạch
4.1.3.1.1 Phương án 1 tiến hành thí nghiệm :
Khảo sát sự phụ thuộc của điện áp trên hai cực của máy (U) vào dòng điện kích từ (J) khi tốc độ quay của máy (n) không đôi và máy hoạt động ở chê độ không tải
4.1.3.1.1.1 Tiến hành thí nghiệm s* Bảng số liệu:
Lần 1: n = 1460 (vòng/phút)
Lan 2: n= 1200 (vòng/phút)
Lan 3: n = 1300 (vòng/phút
100+ n00 yong/phut n09 yòng/phút n60 yong/phit
Khi dòng điện kích từ tăng, điện áp trên hai cực máy cũng tăng theo Tương tự, khi tốc độ quay của máy tăng thì điện áp trên hai cực máy cũng tăng Đặc tuyến không tải khi tốc độ quay của máy không đổi có dạng đường cong từ hóa.
4.1.3.1.2.Phương án 2 tiến hành thí nghiệm :
Khảo sát sự phụ thuộc của điện áp trên hai cực của máy (U) vào tốc độ quay của máy (n) khi dòng điện kích từ (J) không đôi và máy hoạt động ở chê độ không tải s* Bảng số liệu:
Lần 1: J= 0.07 A 4.1.3.1.2.1.Tiến hành thí nghiệm n(vong/phut) 0 | 1174.13 1231.55 | 1279.79 | 1320.62 1373.34 | 1421.33 | 1465.62 | 1513.51
Lần 2: J= 0.2 A
Lan 3: J=0.135 A
Khi tăng tốc độ quay của máy thì điện áp trên hai cực của máy cũng tăng theo và khi dòng điện kích từ tăng thì điện áp trên hai cực cũng tăng Đặc tuyến không tải khi dòng điện kích từ không đối, có dạng đường thắng tuyến tính
4.1.3.2.1 Phương án tiến hành thí nghiệm
Khảo sát sự phụ thuộc của điện áp trên hai cực của máy (U) vào dòng điện tải (I) khi dòng điện kích từ (J) và tốc độ quay của máy (n) không đôi
4.1.3.2.2 Tiến hành thí nghiệm n › s* Bảng số liệu:
Lần 1: J= 0.195 A
Lan 2: J = 0.320 A
Lan 3: J = 0.302 A
Khi tăng dòng điện tải, điện áp trên hai cực của máy giảm và khi dòng điện kích tử tăng thì điện áp trên hai cực của máy cũng giảm Đường đặc tuyến không cong xiêng nhiều như lý thuyết là đo ảnh hưởng tải nhỏ
4.1.3.3 Đặc tuyến điều chỉnh 4.1.3.3.1 Phương án tiến hành thí nghiệm
Khảo sát sự phụ thuộc của dòng điện kích từ (J) vào dòng điện tải (1) khi điện áp trên hai cực của máy (U) và tốc độ quay của máy (n) không đổi
4.1.3.3.2 Tiến hành thí nghiệm s* Bảng số liệu:
Lan 1: U=100 V
Lan 2: U=150V
Khi tăng đòng điện tải, dòng điện kích từ tăng và khi điện thế điện áp tăng thì dòng điện kích từ cũng tăng Đường đặc tuyến không cong như lý thuyết là do ảnh hưởng tải nhỏ
4.2.1 So sánh ưu điềm và nhược điễm của máy phát điện một chiều kích từ song song Ưu điểm:
Bộ thí nghiệm được kết nối với máy tính nên có thê hiển thị nhanh, chính xác các giá trị cần đo cùng một lúc, đồng thời máy tính còn có thê hiển thị các bảng số liệu và đồ thị cần ve Tốc độ quay của động cơ sơ cấp có thể điều chỉnh được
Bộ thí nghiệm gần gũi với công nghệ điều khiến tự động
Thiết kê thí nghiệm phức tạp
4.2.2 So sánh lý thuyết và thực nghiệm
Qua khảo sát đặc tuyến không tải, đặc tuyến ngoài và đặc tuyến điều chỉnh, máy phát điện một chiều kích từ song song có các đặc điểm sau:
Qua nhiều lần tiến hành thí nghiệm khác nhau nhưng kết quả khảo sát đều giống nhau Kết quả thí nghiệm thực tiễn phù hợp với lý thuyết đã trình bày.