Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp 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 cực từ , cảm ứng các sức điện
TỔNG QUAN MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Cấu tạo máy điện một chiều
1.1.1 Phần tĩnh (Stator) Đóng vai trò là phần cảm, bao gồm các bộ phận chính a) Cực từ chính : đây là bộ phận sinh ra từ trường chính trong máy, bao gồm :
Dây quấn cực từ chính
Dây quấn cực từ chính Gông
Hình 4.1 – Mặt cắt ngang trục máy điện một chiều
- Lõi cực từ : hình dạng như hình 4.2, có thể làm bằng thép khối, vì dẫn từ một chiều Tuy nhiên, để giảm kích thước, ngày nay nó được làm từ thép kỹ thuật điện cán lạnh không đẳng hướng
- Dây quấn cực từ chính : còn gọi là dây quấn kích từ, được làm bằng dây dẫn tròn có bọc cách điện hoặc dây dẫn tiết diện hình chữ nhật được quấn định hình rồi lồng vào thân cực từ Các Hình 4.2 – Cực từ stator dây quấn kích từ đặt trên các cực từ chính thường được nối nối tiếp với nhau b) Cực từ phụ : đây là bộ phận dùng để cải thiện đổi chiều
-Lõi cực từ có thể làm bằng thép đúc
-Dây quấn cực từ phụ được lồng vào cực phụ và nối nối tiếp với dây quấn phần ứng qua chổi than Các cực từ phụ được bố trí xen kẽ giữa các cực từ chính c) Gông từ: làm mạch dẫn từ, nối liền các cực từ chính và phụ, đồng thời làm võ máy Máy nhỏ và vừa, gông từ làm bằng thép tấm, máy lớn làm bằng thép đúc
1.1.2 Phần quay (Rotor) Đóng vai trò là phần ứng, bao gồm các bộ phận : a) Lõi thép phần ứng : Đây là bộ phận dẫn từ xoay chiều, nên được làm từ các lá thép kỹ thuật điện dày
0,35 ÷ 0,5 mm ghép lại Trên lõi thép có dập rãnh để bố trí dây quấn phần ứng Máy nhỏ và vừa có lỗ thông gió hướng trục, máy lớn còn có kênh thông gió hướng kính
Hình 4.3 – Lá thép rotor b) Dây quấn Đây là bộ phận tham gia trực tiếp quá trình biến đổi năng lượng điện từ, nó được phân bố trong các rãnh của lõi thép phần ứng Ở miệng các rãnh , có dùng nêm để chèn chặt dây quấn , tránh bị văng ra do lực ly tâm khi rôto quay
Dây quấn rôto được đặt trong các rãnh của lõi thép rôto thành 2 lớp : lớp trên và lớp dưới Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử, mỗi phần tử có nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp của cổ góp , hai cạnh tác dụng của một phần tử đặt trong hai rãnh dưới hai cực khác tên Vì trong mỗi rãnh có 2 lớp nên nếu cạnh tác dụng này của phần tử đặt ở lớp trên của một rãnh thì cạnh tác dụng kia được xếp ở lớp dưới của một rãnh khác Ví dụ hình 4.4a và b vẽ 4 phần tử dây quấn xếp thành 2 lớp, mỗi phần tử chỉ có 1 vòng dây Các phần tử được nối thành vòng kín tạo thành các mạch nhánh song song (hình 4.4c)
Hình 4.4 1.1.3 Cổ góp và chổi than
Cổ góp hay vành góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có đuôi nhạn ghép cách điện với nhau bằng lớp mica và hợp thành một hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôi cổ góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn phần ứng vào phiến góp được dễ dàng a) b) c)
Hình 4.5 – Cổ góp và phiến góp bắt chặt ở đầu trục rôto Để đưa dòng điện từ cổ góp ra ngoài, người ta dùng cơ cấu chổi than Cơ cấu gồm chổi than làm bằng than graphit, đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than được đặt cố định và cách điện trên giá chổi than Giá chổi than được gắn trên nắp máy
Hình 4.6 – Rotor của máy điện một chiều
Các thông số định mức
Đối với máy điện một chiều, các thông số định mức bao gồm:
- Công suất định mức Pđm (W hoặc KW)
- Điện áp định mức Uđm (V)
- Tốc độ định mức nđm (vòng/phút)
Ngoài ra, còn có các thông số khác như : kiểu máy, phương pháp kích từ và dòng kích từ …
Nguyên lý làm việc của máy phát và động cơ một chiều
1.3.1 Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp 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 cực từ , cảm ứng các sức điện động Chiều sức điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải Ví dụ, trên hình 4.7, nếu từ trường cực từ hướng từ trên xuống dưới và rôto quay ngược chiều kim đồng hồ, thì ở thanh dẫn phía trên sức điện động có chiều từ b đến a, ở thanh dẫn phía dưới , sức điện động hướng từ d đến c Sức điện động của phần tử bằng 2 lần sức điện động của thanh dẫn Nếu nối 2 chổi điện A và B với tải, trên tải sẽ có dòng điện hướng theo chiều từ A Hình 4.7 – Nguyên lý làm việc đến B, nghĩa là điện áp U trên 2 cực của máy phát có của máy phát điện một chiều cực dương là A và cực âm là B
Khi rôto quay được nửa vòng thì vị trí của phần tử thay đổi, thanh ab ở cực S, thanh cd ở cực N, sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều Nhưng nhờ các chổi điện đứng yên, chổi
A vẫn nối với phiến góp phía trên, chổi B vẫn nối với phiến góp phía dưới, nên chiều dòng điện qua tải vẫn không đổi Ta có máy phát điện một chiều với cực dương là chổi A, cực âm là chổi B
Nếu máy chỉ có một phần tử thì điện áp đầu cực sẽ như hình 4.8a Để điện áp lớn và ít nhấp nhô như hình 4.8b dây quấn phần ứng cần có nhiều phần tử và nhiều phiến góp Ở chế độ máy phát, dòng trong dây quấn phần ứng gọi là dòng ứng, ký hiệu Iư, cùng chiều với sức điện động phần ứng Eư Do vậy, phương trình điện áp của máy phát điện một chiều được viết như sau :
Rư là điện trở dây quấn phần ứng → IưRư là điện áp rơi trên dây quấn phần ứng
U : điện áp đầu cực máy phát
Hình 4.8 – Sức điện động của máy phát điện một chiều
1.3.2 Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp của động cơ điện một chiều
Khi đặt một điện áp một chiều U vào 2 chổi điện A và B, trong dây quấn phần ứng có dòng Iư Các thanh dẫn ab, cd mang dòng Iư nằm trong từ trường cực từ, sẽ chịu lực điện từ
Fđt tác dụng Chiều lực điện từ cho bởi quy tắc bàn tay trái, ví dụ như hình 7 Lực điện từ sinh ra chính là momen làm quay rotor
Khi rôto quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab và cd đổi chỗ cho nhau , nhưng nhờ có phiến góp đổi chiều dòng Iư , nên chiều lực điện từ tác dụng lên thanh dẫn không đổi (hình 8), đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi a) b) a) b) Hình 4.9 – Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi rôto quay, các thanh dẫn cắt từ trường cực từ, cảm ứng sức điện động Eư có chiều xác định bởi quy tắc bàn tay phải (hình 7) Ở động cơ, Eư ngược chiều Iư, nên Eư còn được gọi là sức phản điện (spđ), và do đó, phương trình điện áp của động cơ điện một chiều được viết như sau :
1.4 SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHẦN ỨNG, CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ VÀ MOMEN ĐIỆN TỪ CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.4.1 Sức điện động phần ứng
Khi rotor quay, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt ngang từ trường cực từ, trong mỗi thanh dẫn cảm ứng sức điện động là : e = Btb.l.v (4.3) trong đó : Btb – mật độ từ thông (hay từ cảm) trung bình dưới mỗi cực từ v – tốc độ dài của thanh dẫn l – chiều dài hiệu dụng thanh dẫn
Nếu số thanh dẫn của dây quấn là N, số nhánh (song song) là 2a, với a là số đôi mạch nhánh, số thanh dẫn của một nhánh là sức điện động phần ứng là :
Tốc độ dài v được xác định theo tốc độ quay n (v/p) bằng công thức với D là đường kính rôto (m)
Mặt khác, từ thông Φ dưới mỗi cực từ là : , với p là số đôi cực từ
Eư = kEnΦ (4.5) với : là hằng số phụ thuộc vào kết cấu dây quấn phần ứng
Kết luận : sức điện động phần ứng Eư tỉ lệ với tốc độ quay n của rôto và tỉ lệ với từ thông φ đưới mỗi cực từ Muốn thay đổi trị số sức điện động, ta có thể điều chỉnh tốc độ quay n, hoặc điều chỉnh từ thông φ bằng cách điều chỉnh dòng kích từ Ik Còn muốn đổi chiều sức điện động, ta đổi chiều quay , hoặc đổi chiều dòng kích từ
1.4.2 Công suất điện từ và momen điện từ :
Momen điện từ : (4.7) với là tần số góc quay của rôto , từ đó ta có : với : là hằng số phụ thuộc vào kết cấu dây quấn phần ứng
Kết luận : Momen điện từ Mđt tỉ lệ với dòng điện phần ứng Iư và tỉ lệ với từ thông φ dưới mỗi cực từ Muốn thay đổi trị số Mđt, ta phải thay đổi dòng Iư, hoặc thay đổi từ thông φ bằng cách điều chỉnh dòng kích từ Ik Còn muốn đổi chiều momen điện từ, ta phải đổi chiều dòng Iư, hoặc dòng kích từ
1.5 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Khi máy điện một chiều làm việc không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng kích từ
Ikt gây ra, gọi là từ trường cực từ (hình 4.10a) Từ trường này phân bố đối xứng, ở đường trung tính hình học mn, cảm ứng từ B = 0, thanh dẫn chuyển động qua đó không cảm ứng sức điện động
Khi máy điện có tải, dòng Iư trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường phần ứng (hình 4.10b) Từ trường này có hướng vuông góc 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 (hình4.10c) Do phản ứng phần ứng, ở mỏm cực mà từ trường phần ứng cùng chiều với từ trường cực từ, thì từ trường được tăng cường ( mỏm cực số 1 và số 3 ); ở mỏm cực mà từ trường phần ứng ngược chiều với từ trường cực từ, thì từ trường bị yếu đi (mỏm cực số 2 và số 4)
Hình 4.10 – Phản ứng phần ứng 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 chuyển từ trung tính hình học mn đến vị trí mới m’n’ , gọi là trung tính vật lý Góc lệch β thường nhỏ và lệch theo chiều quay rôto , nếu là máy phát , ngược chiều quay rôto , nếu là động cơ Ở 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 đổi chiều dòng điện trong máy
• Điện áp đầu cực máy phát giảm – Tốc độ động cơ thay đổi
Phản ứng phần ứng của máy điện một chiều
Khi máy điện một chiều làm việc không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng kích từ
Ikt gây ra, gọi là từ trường cực từ (hình 4.10a) Từ trường này phân bố đối xứng, ở đường trung tính hình học mn, cảm ứng từ B = 0, thanh dẫn chuyển động qua đó không cảm ứng sức điện động
Khi máy điện có tải, dòng Iư trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường phần ứng (hình 4.10b) Từ trường này có hướng vuông góc 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 (hình4.10c) Do phản ứng phần ứng, ở mỏm cực mà từ trường phần ứng cùng chiều với từ trường cực từ, thì từ trường được tăng cường ( mỏm cực số 1 và số 3 ); ở mỏm cực mà từ trường phần ứng ngược chiều với từ trường cực từ, thì từ trường bị yếu đi (mỏm cực số 2 và số 4)
Hình 4.10 – Phản ứng phần ứng 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 chuyển từ trung tính hình học mn đến vị trí mới m’n’ , gọi là trung tính vật lý Góc lệch β thường nhỏ và lệch theo chiều quay rôto , nếu là máy phát , ngược chiều quay rôto , nếu là động cơ Ở 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 đổi chiều dòng điện trong máy
• Điện áp đầu cực máy phát giảm – Tốc độ động cơ thay đổi
Khi tải lớn, dòng ứng Iư lớn, từ trường phần ứng lớn, mỏm cực từ được tăng cường bị bão hòa, từ cảm B ở đó tăng lên được rất ít, trong khi ơ mỏm cực kia, từ trường lại bị giảm đi nhiều Kết quả là từ thông Φ của máy bị giảm xuống, Φ giảm kéo theo sức điện động phần ứng Eư giảm làm cho điện áp U ở đầu cực máy phát giảm Còn ở chế độ động cơ, φ giảm làm cho momen quay giảm và tốc độ động cơ thay đổi Để khắc phục hậu quả trên , người ta dùng cực từ phụ và dây quấn bù Từ trường của cực từ phụ và dây quấn bù ngược với từ trường phần ứng Để kịp thời khắc phục từ trường phần ứng khi tải thay đổi, dây quấn cực từ phụ và dây quấn bù được đấu nối tiếp với mạch phần ứng.
Nguyên nhân tia lửa điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục
Khi máy điện một chiều làm việc, quá trình đổi chiều thường gây ra tia lửa điện giữa chổi than và cổ góp Tia lửa lớn có thể gây nên vành lửa xung quanh cổ góp, phá hỏng chổi than và cổ góp, gây tổn hao năng lượng và làm nhiễu các thiết bị điện tử khác
Sự phát sinh tia lửa điện do các nguyên nhân sau :
- Vành góp không đồng tâm với trục
- Sự cân bằng quay không tốt, gây dao động hướng kính
- Cổ góp không tròn, lực ép chổi than không đủ
Khi rotor quay, liên tiếp có phần tử chuyển đổi từ mạch nhánh này sang mạch nhánh khác, trong phần tử đổi chiều ấy, sẽ xuất hiện các sức điện động sau : a Sức điện động tự cảm eL do sự biến thiên dòng điện trong phần tử đổi chiều b Sức điện động hỗ cảm em do sự biến thiên dòng điện trong cácphần tử đổi chiều khác lân cận c Sức điện động eq do từ trường phần ứng gây ra
Khi đi qua chổi than, các phần tử này bị nối tắt, mà tổng các sức điện động ∑e ≠ 0 do đó phát sinh tia lửa điện
Loại trừ nguyên nhân cơ khí
- Dùng dây quấn bù và cực từ phụ để triệt tiêu từ trường phần ứng dưới bề mặt cực từ làm cho từ trường khe hở phân bố đều, thuận lợi cho quá trình đổi chiều
- Đối với các máy công suất nhỏ, không bố trí cực từ phụ và dây quấn bù, thì ta có thể dời chổi than đến vị trí trung tính vật lý.
Máy phát điện một chiều
1.7.1 Phân loại máy phát điện một chiều
Dựa vào phương pháp cung cấp dòng kích từ , người ta chia máy điện một chiều ra các loại như sau
• Máy điện một chiều kích từ độc lập: dòng kích từ của máy lấy từ nguồn điện khác không liên hệ với phần ứng của máy
• Máy điện một chiều kích từ song song: dây quấn kích từ nối song song với dây quấn phần ứng
• Máy điện một chiều kích từ nối tiếp : dây quấn kích từ mắc nối tiếp với dây quấn phần ứng
• Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp : gồm 2 dây quấn kích từ , dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp
1.7.2 Công suất, tổn hao và hiệu suất của máy phát điện một chiều
Xét máy phát hỗn hợp rẽ dài Hình 4.17b làm ví dụ Luồng công suất cũng tương tự như trong máy phát đồng bộ
Công suất cơ P1 = M.ω do máy phát nhận từ động cơ sơ cấp Các tổn hao của máy phát :
- Tổn hao cơ do ma sát quạt gió : pmq
- Tổn hao từ do từ trễ và dòng xoáy trong mạch từ : pFe, phụ thuộc vào vận tốc n và từ cảm cực đại Bm trong lõi thép
- Tổn hao đồng trong dây quấn phần ứng : pđư = I 2 ư Rư
- Tổn hao mạch kích từ song song : pf = I 2 k Rf (Rf = Rs + Rk)
- Tổn hao kích từ nối tiếp : pn = I 2 n Rn
Tổng tổn hao : Pth = pmq + pFe + pư + pf + pn = P1 – P2
Động cơ điện một chiều
1.8.1 ĐẠI CƯƠNG Động cơ điện một chiều được dùng trong giao thông, các cơ cấu truyền động tự động, những nơi cần điều chỉnh tốc độ chính xác, liên tục trong dãi rộng
Phân loại động cơ một chiều tương tự như máy phát điện một chiều : kích từ độc lập, song song, nối tiếp và hỗn hợp
Sức điện động của động cơ điện một chiều theo công thức (4.5):
(4.11) Đối với động cơ, dòng điện Iư ngược chiều với sức điện động, nên Eư còn gọi là sức phản điện
1.8.2 MOMEN CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
Momen điện từ của động cơ một chiều theo công thức (4.8):
Công thức (4.12) cho thấy momen động cơ tỷ lệ thuận với từ thông cảm Φ và dòng ứng Iư Momen điện từ Mđt chưa phải là momen có ích trên trục động cơ Gọi : pmq = tổn hao ma sát, quạt gió pFe = tổn hao lõi thép (từ trễ + dòng xoáy)
P0 = pmq + pFe = tổn hao không tải hay tổn hao quay
Do đó, momen có ích (momen ra) trên trục động cơ chỉ còn :
1.8.3 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Phương trình điện áp mạch phần ứng :
Khi mở máy, tốc độ n = 0, sức phản điện Eư = kE.n.Φ = 0, dòng điện phần ứng lúc mở máy là : vì điện trở Rư rất nhỏ nên dòng điện phần ứng lúc mở máy rất lớn (khoảng 20 đến 30 lần
Iđm), có thể làm hỏng chổi than hoặc cổ góp Dòng ứng lớn kéo theo dòng mở máy lớn làm ảnh hưởng tới lưới điện Phương pháp mở máy trực tiếp chỉ sử dụng cho động cơ có công suất nhỏ vì các động cơ này có Rư tương đối lớn Để giảm dòng mở máy, ta dùng các biện pháp sau :
1/ Dùng biến trở mở máy R m
Mắc biến trở mở máy nối tiếp với mạch phần ứng Dòng phần ứng lúc mở máy là :
Ban đầu, để biến trở Rm ở giá trị lớn nhất, trong quá trình mở máy, tốc độ tăng lên, sức điện động Eư tăng và giảm biến trở Rm dần về không, máy làm việc đúng điện áp định mức
2/ Giảm điện áp đặt vào phần ứng
Phương pháp này được sử dụng khi có nguồn một chiều có thể điều chỉnh được điện áp, ví dụ trong hệ thống máy phát – động cơ, hoặc nguồn một chiều chỉnh lưu có điều khiển
Chú ý : để momen mở máy lớn, lúc mở máy phải có từ thông lớn nhất, vì vậy các thông số mạch kích từ phải điều chỉnh sao cho dòng điện kích từ lúc mở máy lớn nhất
1.8.4 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
Từ phương trình (4.15) rút ra :
Ta có phương trình tốc độ động cơ :
Nhìn vào phương trình (4.19), ta thấy n phụ thuộc vào điện áp nguồn U, dòng ứng Iư và từ thông cảm φ Ngoài ra, nếu có thêm điện trở trong mạch phần ứng thì n sẽ phụ thuộc điện trở đó
Một cách tổng quát, muốn điều chỉnh tốc độ, ta dùng các phương pháp sau :
1/ Thêm điện trở vào mạch phần ứng
Khi thêm điện trở vào mạch phần ứng tốc độ sẽ giảm Vì dòng phần ứng lớn nên tổn hao công suất trên điện trở này cũng lớn Phương pháp này chỉ sử dụng cho động cơ công suất nhỏ
Dùng nguồn một chiều điều chỉnh được điện áp cung cấp điện cho động cơ Phương pháp này được sử dụng nhiều
Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng kích từ
Khi điều chỉnh tốc độ, ta kết hợp các phương pháp trên.Ví dụ phương pháp thay đổi từ thông kết hợp thay đổi điện áp thì phạm vi điều chỉnh rất rộng, đây là ưu điểm lớn của động cơ một chiều
TÓM TẮT CHƯƠNG 1: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Máy điện một chiều kích từ độc lập
Máy điện một chiều kích từ song song
Máy điện một chiều kích từ nối tiếp
Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp
Sức điện động máy điện một chiều
Mômen điện từ máy điện một chiều
Các biện pháp mở máy động cơ DC :
1 Mắc thêm Rm vào mạch phần ứng
2 Giảm điện áp U Điều chỉnh tốc độ động cơ DC : 1 Mắc thêm Rp vào mạch phần ứng
3 Thay đổi dòng kích từ
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ HỖN HỢP 2.1 Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp
Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp
1/ Mạch tương đương và các phương trình
Giống như máy phát hỗn hợp, mỗi cực từ mang hai dây quấn kích từ : song song Rs và nối tiếp Rn
I Rn Iử Rử I Rn Iử Rử
Hình 4.24 – Mạch điện tương đương động cơ một chiều kích từ hỗn hợp
Các phương trình làm việc là : a) Rẽ ngắn (hình 4.24.a)
Uk = U – In.Rn b) Rẽ dài (hình 4.24.b)
Uk = U Trong đó, sức điện động Eư trong cả 2 trường hợp là :
• dấu + ứng với hỗn hợp cộng (từ trường hai dây quấn cùng chiều)
• dấu – ứng với hỗn hợp trừ (từ trường hai dây quấn ngược chiều)
2/ Đặc tuyến momen – vận tốc (đặc tính cơ) Đó là đường cong n = f(M), hình 4.25 cho thấy các dạng đặc tính cơ khác nhau phụ thuộc vào cách đấu dây quấn kích từ nối thuận hay nối ngược (hỗn hợp cộng hay trừ) Với động cơ được nối thuận (hỗn hợp cộng), khi tải tăng, Iư tăng thì n giảm nhiều hơn động cơ kích từ song song, nhưng ít hơn động cơ nối tiếp Vì vậy, đường 3 nằm giữa đường 1 và 2
3: kích từ nối tiếp 3: kích từ hỗn hợp cộng 4: kích từ hỗn hợp trừ
Hình 4.25 – Đặc tuyến cơ của các loại động cơ một chiều
Các động cơ làm việc nặng nề, dây quấn kích từ nối tiếp là dây quấn kích từ chính, còn dây quấn kích từ song song là dây quấn kích từ phụ và được nối thuận (hỗn hợp cộng). Ưu điểm của động cơ này là lúc không tải (Iư nhỏ, và Φ nhỏ), vận tốc vẫn không lớn nhờ có từ thông của cuộng song song Động cơ kích từ hỗn hợp có dây quấn kích từ nối tiếp là kích từ phụ và được nối ngược (hỗn hợp trừ), có đặc tính cơ rất cứng (đường 4 – hình 4.25), nghĩa là tốc độ quay hầu như không thay đổi khi momen thay đổi, vì khi tải tăng, dòng Iư tăng, dây quấn kích từ song song làm tốc độ giảm một ít, nhưng vì có dây quấn kích từ nối tiếp nối ngược làm từ thông máy giảm, do đó tốc độ máy lại tăng lên
3/ Công suất trong động cơ kích từ hỗn hợp Xét động cơ hỗn hợp rẽ dài hình 4.24.b, ta có :
Công suất điện động cơ nhận từ nguồn : P1 = U I
Tổn hao kích từ song song: pk = Uk.Ik = Ik 2 Rf n
Tổn hao kích từ nối tiếp : pn = In 2 Rn I
Tổn hao đồng phần ứng : pđư = Iư 2 Rư
Công suất điện từ : Pđt = Eư Iư
Tổn hao không tải : p0 = pFe + pmq
Công suất ra : P2 = Pđt – p0 Hình 4.24.b
TÍNH TOÁN KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ HỖN HỢP
Sơ đồ mạch
Mạch khởi động động cơ bơm làm mát máy phụ số 1, 2, 3, 4; bơm làm mát hệ trục số 1, 2; bơm làm mát sự cố; bơm làm mát nước biển MXMB; bơm làm mát bảng điện ắc quy CBO
Hình 26: Mạch khởi động động cơ bơm làm mát
Máy phụ số 1, 2, 3, 4; bơm làm mát hệ trục số 1, 2; bơm làm mát sự cố; bơm làm mát nước biển MXMB; bơm làm mát bảng điện ắc quy CBO Phần tử trên mạch gồm có:
Q – Áp tô mát cấp nguồn 175-320V một chiều từ nguồn chính hoặc nguồn dự phòng S1, S2 – Các nút ấn khởi động, dừng;
F1, F2 – Các cầu chì bảo vệ ngắn mạch, dòng cực đại mạch điều khiển;
KK – Rơ le nhiệt, bảo vệ quá tải;
KM1, KM2 – Công tắc tơ;
RF – Điện trở khởi động;
KV1, KV2 – Rơ le vi phân có cuộn hút làm việc mắc song song với phần ứng;
– Cuộn dây kích từ song song; ОШ – Cuộn dây kích từ song song;
OC – Cuộn dây kích từ nối tiếp;
– Cuộn dây cực từ phụ; ОДП – Cuộn dây cực từ phụ;
– Cuộn dây phát tín hiệu vào hộp điều tốc ; ДЧ – Cuộn dây phát tín hiệu vào hộp điều tốc БС; БС;
R1…R5: là các điện trở bảo vệ cuộn dây.
Nguyên lý làm việc
Hoạt động: Đóng áp tô mát Q để cấp nguồn 175V-320V cho hệ thống chuẩn bị làm việc từ nguồn điện chính hoặc nguồn dự phòng. Động cơ khởi động bằng cách nhấn nút S2 tại chỗ, khi đó công tắc tơ động lực KM1 có điện, đóng mạch phần ứng để động cơ khởi động qua điện trở khởi động RF (điện trở RF có tác dụng làm giảm dòng điện khởi động chạy qua phần ứng rô to).
Khi động cơ làm việc, quá trình gia tốc xảy ra cho đến khi rô to quay đến tốc độ nhất định thì rơ le vi phân KV1, KV2 lần lượt tác động đóng mạch cuộn hút các công tắc tơ trung gian KM2 để loại trở RF khỏi quá trình khởi động Động cơ làm việc ở tốc độ định mức.Đặc điểm: mạch khởi động 2 cấp.