Giáo trình điện - Chương 4: Đổi chiều dòng điện pdf

Chơng 4 Đổi chiều dòng điện 4-1. Đại cơng Nh đã trình bày ở chơng 2, khi chuyển động trong từ trờng của một cực từ, mỗi phần tử của dây quấn phần ứng thuộc vào một nhánh song song và dòng điện i trong nó có chiều nhất định. Lúc các cạnh của phần tử đi vào vùng trung tính thì phần tử bị chổi than nối ngắn mạch, dòng điện trong phần tử thay đổi để sau đó khi phần tử bớc sang ranh giới của cực kế tiếp và chuyển sang nhánh song song khác, dòng điện trong nó có chiều ngợc lại - i (hình 4-1). Quá trình đổi chiều của dòng điện khi phần tử di động trong vùng trung tính và bị chổi than nối ngắn mạch đợc gọi là sự đổi chiều. 32 H ình 4 -1. Q uá trình đổi chiều 1 2 3 a b c i 2 i i 1 i 2 t = 0 a ) i i i 1 2 3 a b c i 2 i o < t < T đc A B b) i 1 i 2 i i i 1 2 3 a b c i i i i i 1 i 2 2 i t = T đc c ) Để có khái niệm cụ thể, hình 4-1 trình bày quá trình đổi chiều dòng điện trong phần tử b của dây quấn xếp đơn. Ta thấy khi chổi than phủ hoàn toàn lên phiến góp 1 (hình 4-1a) dòng điện trong phần tử b giả sử có chiều + i . Khi chổi than hoàn toàn tách khỏi phiến góp 1 (hình 4-1c) thì dòng điện trong phần tử b có chiều ngợc lại (-i ). ở các vị trí trung gian, chổi than tiếp xúc với cả hai phiến đổi chiều 1 và 2 khiến cho phần tử bị nối tắt và dòng điện trong nó biến đổi theo những quy 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 việc đổi chiều gọi là chu kỳ đổi chiều, ký hiệu T đc . Đó là thời gian cần thiết để vành góp quay đi một góc tơng ứng với chiều rộng của chổi điện, nghĩa là: T đc = G c v b (4-1) trong đó: v G - là tốc độ dài của vành góp; b c - chiều rộng của chổi than. Nếu chúng ta ký hiệu: D G - đờng kính của vành góp; G D b G G = - bớc vành góp; G - số phiến góp; G c G b b = và biết rằng tốc độ dài của vành góp là: v G = D G n = b G .G.n (4-2) trong đó n là tốc độ quay của vành góp, thì chu kỳ đổi chiều ở dây quấn xếp đơn (hình 4-1) có dạng: n G T Gdc . 1 = (4-3a) ở loại dây quấn xếp phức tạp (mục 2.3) có bớc vành góp y G = m (m 1), giữa đầu và cuối của mỗi phần tử có (m - 1) phiến góp. Nh vậy phần tử sẽ bị chổi than nối ngắn mạch trong khoảng thời gian để vành góp quay đi một cung b c - (m - 1)b G , do đó: G Gc dc v bmb T )1( = Thay b c = G .b G , p a m = và v G ở biểu thức (4-2) ta sẽ thu đợc: nG p a T G dc . 1 = (4-3b) Rõ ràng ở dây quấn xếp đơn 1= p a nên biểu thức (4-3b) sẽ có dạng nh biểu thức (4-3a). Khi máy điện làm việc, các phần tử liên tiếp tiến hành đổi chiều và trong thực tế T đc 0,001s nên quá trình đổi chiều diễn ra tuần hoàn với tần số 1000 ữ 3000 Hz. Việc đổi chiều có thuận lợi hay không, nói cách khác là chất lợng của sự đổi chiều phụ thuộc vào nhiều yếu tố cơ và điện từ. Sự đổi chiều kém chất lợng đợc biểu hiện bên ngoài bởi sự hình thành tia lửa điện trên bề mặt vành góp và dới chổi than. Tiêu chuẩn Nhà nớc quy định các cấp tia lửa trình bày nh ở bảng 4-1. Bảng 4-1. Cấp tia lửa của máy điện Cấp tia lửa Đặc điểm Tình trạng chổi điện và vành góp 1 4 1 1 Không có tia lửa Đốm lửa yếu ở một phần chổi than Không có vết trên vành góp và muội than trên các chổi 2 1 1 Tia lửa yếu ở phần lớn chổi than Có vết trên vành góp nhng có thể chùi sạch bằng dầu, xăng. Có muội trên chổi. 2 Tia lửa ở toàn bộ chổi than chỉ cho phép đối với tải xung hoặc quá tải ngắn hạn. Có vết trên vành góp không thể chùi sạch bằng dầu xăng và có muội than trên các chổi. 3 Tia lửa mạnh vung ra ở toàn bộ chổi than. Chỉ cho phép lúc mở máy trực tiếp với điều kiện sau đó vành góp và chổi than vẫn ở trạng thái bình thờng, có thể tiếp tục làm việc đợc. Vết đậm trên vành góp không thể chùi sạch bằng xăng dầu, cháy hoặc hỏng chổi điện. 33 4-2. Quá trình đổi chiều 4.2.1. Phơng trình dòng điện Để thấy rõ quy luật biến đổi của dòng điện trong phần tử đổi chiều và nguyên nhân chủ yếu phát sinh tia lửa, từ đó nêu ra biện pháp cải thiện đổi chiều, ta hãy nghiên cứu quy luật đổi chiều xảy ra ở phần tử của dây quấn xếp đơn trên hình 4-1b. Biểu thức của dòng điện trong bối dây đổi chiều có thể suy ra từ các định luật Kirhhoff viết cho bối dây đó. Theo định luật Kirhhoff thứ hai viết cho mạch vòng của bối đổi chiều ta có: i.r pt + i 1 (r d + r tx1 ) - i 2 (r d + r tx2 ) = e (4-4) trong đó: i - dòng điện chạy trong phần tử đổi chiều (phần tử b trên hình 4-1); i 1 , i 2 - dòng điện chạy trên các dây nối với các phiến đổi chiều 1 và 2; r tx1 , r tx2 - là các điện trở tiếp xúc giữa chổi than với các phiến đổi chiều 1 và 2; r pt , r d - là điện trở của phần tử, điện trở của dây nối e - tổng các s.đ.đ. cảm ứng sinh ra trong phần tử đổi chiều, bao gồm: 1. S.đ.đ. tự cảm e L gây ra do sự biến đổi của dòng điện i trong phần tử đổi chiều. 2. S.đ.đ. hỗ cảm e M sinh ra do ảnh hởng của sự đổi chiều đồng thời của các phần tử khác nằm trong cùng một rãnh. 3. S.đ.đ. đổi chiều e đc sinh ra khi phần tử đổi chiều chuyển động trong từ trờng tổng hợp tại vùng trung tính. Từ trờng này do cực từ phụ và phản ứng phần ứng tạo thành. Các s.đ.đ. e L và e M có tác dụng nh nhau đối với quá trình đổi chiều và tổng của chúng đợc gọi là s.đ.đ. phản kháng: e pk = e L + e M . Để quá trình đổi chiều tiến hành đợc thuận lợi, s.đ.đ. đổi chiều e đc phải luôn luôn ngợc chiều với e pk nói trên. Tuỳ theo quan hệ giữa hai loại s.đ.đ. đó, tính chất của quá trình đó sẽ đợc trình bày ở phần sau. Theo định luật Kirhhoff thứ nhất, có thể viết phơng trình dòng điện lần lợt tại các điểm nút A và B (hình 4-1b) nh sau: (4-5) = =+ 0 0 2 1 iii iii u u Trên thực tế r tx1 , r tx2 không những phụ thuộc vào i 1 , i 2 và thời gian mà còn phụ thuộc vào sự đốt nóng của chổi than và phiến đổi chiều và cả hiện tợng điện phân dới mặt chổi nữa. Hơn nữa tổng các s.đ.đ. e cũng khó xác định đợc chính xác nên dới đây ta chỉ xét vấn đề ở mức độ gần đúng. Với giả thiết r pt = r d = 0, thay trị số của i 1 và i 2 theo (4-5) vào (4-4) ta đợc: 2121 12 txtx u txtx txtx rr e i rr rr i + + + = , (4-6) 34 Số hạng thứ nhất của biểu thức (4-6) là thành phần cơ bản của dòng điện đổi chiều i cb , số hạng thứ hai là thành phần phụ i ph . Với giả thiết r pt = r d = 0 thì rõ ràng (r tx1 + r tx2 ) là tổng số điện trở của phần tử đổi chiều khi bị chổi than nối ngắn mạch. Vì vậy dòng điện phụ i ph chính là dòng điện ngắn mạch trong phần tử gây nên bởi tổng các s.đ.đ. e. Giả thiết rằng các điện trở r tx1 và r tx2 tỉ lệ nghịch với các bề mặt tiếp xúc S tx1 và S tx2 giữa chổi than với các phiến đổi chiều 1 và 2. Nếu cho rằng quá trình đổi chiều bắt đầu khi t = 0 và kết thúc khi t = T đc với điều kiện b c = b G thì: S T tT S dc dc tx = 1 (4-7) S T t S dc tx = 2 (4-8) trong đó: S là bề mặt tiếp xúc toàn phần giữa chối than và phiến góp. Gọi điện trở tiếp xúc toàn phần ứng với mặt tiếp xúc toàn phần là r tx , ta có: tx dc dc tx tx tx r tT T r S S r == 1 1 (4-9a) tx dc tx tx tx r t T r S S r == 2 2 (4-9b) Thay các trị số r tx1 và r tx2 vừa tìm đợc vào (4-6) ta có quan hệ giữa dòng điện i trong phần tử đổi chiều và thời gian t nh sau: n u dc r e i T t i + = , 2 1 (4-10a) trong đó: tx dc dc txtxn r tTt T rrr )( 2 21 =+= (4-10b) 4.2.2. Xác định các s.đ.đ. trong phần tử đổi chiều Để đảm bảo điều kiện đổi chiều bình thờng của máy, khi thiết kế cần phải xác định các s.đ.đ. sinh ra trong phần tử đổi chiều để giới hạn chúng trong một phạm vi nhất định. Dới đây ta sẽ lần lợt tính các s.đ.đ. đó. a. S.đ.đ. tự cảm e L S.đ.đ. tự cảm e L có dạng: dt di Le L = (4-11) trong đó: L - hệ số tự cảm của phần tử. Vì qua quá trình đổi chiều, dòng điện biến đổi từ + i đến - i nên 0< dt di , do đó e L > 0 và làm cho sự thay đổi của dòng điện trong phần tử chậm dần. Giá trị trung bình của s.đ.đ. tự cảm trong chu kỳ đổi chiều là: 35 dc u Ltb T Li e , 2 = (4-12) b. S.đ.đ. hỗ cảm e M Cùng một lúc với sự đổi chiều dòng điện trong phần tử đang xét, sự đổi chiều cũng xảy ra ở một số phần tử khác. ở dây quấn xếp đơn hai lớp bớc đủ, sự đổi chiều xảy ra đồng thời trong các cạnh tác dụng cùng nằm trong một rãnh. Hơn nữa, thờng b c > b G và các chổi than nối ngắn mạch vài phần tử liên tiếp nhau có cạnh nằm trong một rãnh, nên các phần tử cùng tham gia đổi chiều đó có sự liên hệ hỗ cảm rất mạnh. Vì vậy trong phần tử tham gia đổi chiều đang xét, ngoài s.đ.đ. tự cảm còn có s.đ.đ. hỗ cảm: dt di Mee n n n n M n M 11 == (4-13) trong đó: M n - hệ số hỗ cảm giữa phần tử đang xét với phần tử thứ n; i n - dòng điện trong bối thứ n. S.đ.đ. hỗ cảm e M cũng có tác dụng đối với quá trình đổi chiều giống nh s.đ.đ. tự cảm e L . Trị số trung bình của s.đ.đ. hỗ cảm bằng: n dc u Mtb M T i e = , 2 (4-14) c. S.đ.đ. phản kháng Vì e L và e M có tính chất giống nhau (đều làm chậm quá trình đổi chiều) nên tổng của chúng gọi là s.đ.đ. phản kháng e pk . S.đ.đ. phản kháng trung bình bằng: e pktb = e Ltb + e Mtb (4-15) d. S.đ.đ. đổi chiều e đc Gọi B đc là từ cảm tổng hợp của từ trờng cực từ phụ và từ trờng của phần ứng tại vùng trung tính (còn gọi là từ cảm đổi chiều) thì biểu thức s.đ.đ. đổi chiều do từ cảm này sinh ra bằng: e đc = 2B đc .w s .l đc . v (4-16) trong đó: l đc là chiều dài của thanh dẫn cắt đờng sức của từ trờng đổi chiều; w s - số vòng dây của bối đổi chiều; v - tốc độ dài của phần ứng. Chiều của s.đ.đ. đổi chiều phụ thuộc vào chiều của từ trờng đổi chiều và chiều quay của phần ứng và đợc xác định theo quy tắc bàn tay phải. Vì vậy mà e đc có thể cùng chiều hoặc ngợc chiều với e pk . 4.2.3. Các loại đổi chiều a. Đổi chiều đờng thẳng Giả sử s.đ.đ. đổi chiều e đc cảm ứng trong phần tử đổi chiều do tác dụng của các từ trờng tổng hợp tại vùng trung tính triệt tiêu đợc hoàn toàn s.đ.đ. phản kháng e pk , nghĩa là e = 0, thì dòng điện phụ trong phần tử đổi chiều bằng không và từ phơng trình (4-10a) ta có: 36 u dc i T t i = 2 1 37 H ình 4 - 2 . Đ ổi chiều đờng thẳn g i 2 = i - i i (4-17) Đờng biểu diễn của dòng điện i theo thời gian t là một đờng thẳng (hình 4-2) và đổi chiều mang tên là đổi chiều đờng thẳng. Khi đổi chiều đờng thẳng, mật độ dòng điện ở bề mặt tiếp xúc phía đi ra và phía đi vào của chổi than bằng: 1 1 1 1 )( i StT T S i J dc dc tx == 2 2 2 2 i tS T S i J dc tx . == (4-18) Từ hình 4-2 ta thấy: i 1 2 i -i i 1 = i + i t 0 t T đc 1 1 tg tT i dc = và 2 2 tg t i = . Vì 1 = 2 nên tg 1 = tg 2 do đó trong suốt quá trình đổi chiều J 1 = J 2 = C te và quá trình đổi chiều đợc tiến hành thuận lợi (không phát sinh tia lửa). b. Đổi chiều đờng cong Trên thực tế các s.đ.đ. e pk và e đc trong phần tử đổi chiều không hoàn toàn triệt tiêu nhau, nghĩa là e 0 và trong bối đổi chiều sẽ xuất hiện dòng điện phụ i ph = n r e . Dòng điện phụ i ph cộng với dòng điện cơ bản i cb làm cho quan hệ i = f(t) không còn đờng thẳng nữa và ta có đổi chiều đờng cong. Giả sử điện trở tiếp xúc toàn phần r tx không đổi, từ biểu thức (4-10b) ta thấy rằng trong quá trình đổi chiều (từ t = 0 đến t = T đc ) sự biến đổi của r n thay đổi có dạng nh đờng cong 1 trên hình 4-3. 1 i ph ( e>0) i ph ( e<0) r n t Hình 4-3 Dòng điện phụ khi đổi chiều Nếu e pk > e đc nghĩa là e > 0 và coi e = C te thì dòng điện phụ i ph biến thiên theo đờng cong 2 trên hình 4-3 và dòng điện đổi chiều i = i cb + i ph thay đổi theo dạng đờng cong trên hình 4-4. Trờng hợp này đổi chiều mang tính chất trì hoãn, nghĩa là dòng điện đổi chiều i thay đổi chậm hẳn so với khi đổi chiều đờng thẳng. Sở dĩ có sự trì hoãn đó là do tác dụng của s.đ.đ phản kháng e pk chống lại sự thay đổi của dòng điện i. Từ hình 4-4 ta thấy 1 > 2 , do đó J 1 > J 2 . Nh vậy, trong trờng hợp đổi chiều trì hoãn tia lửa thờng xuất hiện ở đầu ra của chổi than khi r , i ph 2 3 phần tử ra khỏi tình trạng bị chổi than nối ngắn mạch. Sự xuất hiện tia lửa này có thể giải thích nh sau: do hiện tợng điện hoá và nhiệt ở bề mặt tiếp xúc giữa chổi than và phiến đổi chiều, nên lúc quá trình đổi chiều kết thúc, điện trở tiếp xúc r tx1 trong biểu thức (4-9a) không phải là vô cùng lớn mà có một trị số nhất định, kết quả là lúc t = T đc dòng điện phụ i ph 0 và trong từ trờng của phần tử đổi chiều tích luỹ một năng lợng đáng kể 2 2 1 ph Li . Khi phần tử đổi chiều ra khỏi tình trạng bị chổi than nối ngắn mạch, sự xuất hiện tia lửa chính là hậu quả của việc giải phóng năng lợng điện từ đó một cách đột ngột, tơng tự nh khi dùng cầu dao cắt mạch điện có r và L. i 38 i 2 i i 2 i - i i 1 t T đc 1 0 Hình 4-4 Đổi chiều có tính chất trì hoãn t T đc 1 2 i 2 i i t 0 - i t i 1 Hình 4-5 Đổi chiều có tính chất vợt trớc Nếu e pk < e đc , hay e < 0 thì dòng điện i ph đổi dấu so với khi e > 0 và có dạng nh đờng cong 3 ở hình 4-3. Đờng biểu diễn dòng điện đổi chiều i tơng ứng đợc trình bày trên hình 4-5 và sự đổi chiều mang tính chất vợt trớc. Khi đổi chiều vợt trớc 1 < 2 , do đó J 1 < J 2 và có hiện tợng phóng tia lửa ở đầu vào của chổi than tơng tự nh khi đóng cầu dao khép mạch điện. Trên thực tế hiện tợng phóng tia lửa này rất yếu. ở giai đoạn cuối của quá trình đổi chiều vợt trớc i 1 và J 1 rất nhỏ nên phần tử đổi chiều ra khỏi tình trạng bị chổi than nối ngắn mạch một cách nhẹ nhàng và thuận lợi. 4-3. Nguyên nhân phát sinh ra tia lửa và các biện pháp cải thiện đổi chiều 4.3.1. Nguyên nhân phát sinh tia lửa Tia lửa sinh ra dới chổi than có thể do những nguyên nhân cơ hoặc nguyên nhân điện từ. Những nguyên nhân về cơ có thể là: vành góp không đồng tâm với trục, sự cân bằng bộ phận quay không tốt, bề mặt vành góp không phẳng, lực ép trên chổi than không thích hợp, chổi than bị kẹt trong hộp, hộp chổi than không đợc giữ chặt hay đặt không đúng vị trí v.v Nguyên nhân điện từ là do s.đ.đ. đổi chiều không triệt tiêu đợc s.đ.đ. phản kháng trong phần tử đổi chiều. Ngoài ra còn phải kể đến sự phân bố không đều của mật độ dòng điện trên bề mặt tiếp xúc và quan hệ phi tuyến của điện trở tiếp xúc R tx = f(t, )trong đó là thông số đặc trng cho tác dụng nhiệt và hiện tợng điện phân dới chổi than. Khi sự đổi chiều bị rối loạn phía sau chổi than phóng ra tia lửa mãnh liệt. Chùm tia lửa này khi tắt để lại một vùng ion hoá, đây chính là điều kiện tốt để chùm tia lửa sau đó sinh ra càng mạnh hơn nếu nguyên nhân gây ra rối loạn cha bị loại trừ. ở mức độ ác liệt, các chùm lửa càng dài ra và nối từ chổi này sang chổi khác tạo thành vòng lửa trên mặt vành góp. Vòng lửa xuất hiện khi dòng điện trong phần ứng tăng lên quá định mức (quá tải, ngắn mạch). Để chống lại vòng lửa phải dùng dây quấn bù và trang bị máy cắt cực nhanh kịp thời cắt mạch ngay sau khi xảy ra sự cố (0,05 ữ 0,1s). 39 Cần chú ý rằng quá trình đổi chiều diễn ra tuần hoàn và sinh ra dao động điện từ với tần số khoảng 1000 ữ 3000 Hz. Nếu máy đợc sử dụng vào lĩnh vực vô tuyến điện, sự đánh lửa dới chổi than với tần số ấy sẽ gây nhiễu trong hệ thống vô tuyến. Để chống sự nhiễu loạn ấy ngời ta chia những cuộn dây nối tiếp với phần ứng, trong đó có các cuộn dây cực từ phụ thành hai phần và nối đối + c p c p - H ình 4 -6. Chống nhiễu vô tuyến điện xứng với phần ứng nh ở hình 4-6. Ngoài ra giữa các chổi than và thân máy còn nối những tụ để tạo đờng thoát cho các dao động tần số cao tại các đầu ra của máy. 4.3.2. Các phơng pháp cải thiện đổi chiều Để tạo điều kiện tốt cho sự đổi chiều, trớc hết phải giữ đúng những quy định về trạng thái của vành góp và cơ cấu giữ chổi than để loại trừ những nguyên nhân về cơ sinh ra tia lửa. Sau đây là những biện pháp cải thiện đổi chiều dựa vào khuynh hớng giảm dòng điện phụ chạy trong phần tử đổi chiều. a. Đặt cực từ phụ Biện pháp cơ bản để cải thiện đổi chiều trong các máy điện một chiều hiện đại là tạo ra từ trờng ngoài, còn gọi là từ trờng đổi chiều tại vùng trung tính , bằng cách đặt những cực từ phụ giữa những cực từ chính (hình 3-7). S.t.đ. của cực từ phụ F t phải có chiều ngợc với s.t.đ. ngang trục F q của phản ứng phần ứng và phải có độ lớn sao cho vừa trung hoà đợc ảnh hởng của F q , vừa tạo ra đợc từ trờng phụ để sinh ra s.đ.đ. đổi chiều e đc triệt tiêu đợc s.đ.đ. phản kháng e pk . Để đạt đợc mục đích trên, ngời ta bố trí các cực từ phụ nh 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 (hình 3-7). ở động cơ điện cực tính sẽ ngợc lại. Nh đã biết, s.đ.đ. phản kháng e pk = (e L + e M ) I và s.đ.đ. đổi chiều e đc B đc (theo biểu thức 4-16) nên để cực từ phụ phát huy tác dụng thì điều kiện cơ bản là B đc I . Muốn vậy dây quấn cực từ phụ phải đợc nối nối tiếp với dây quấn phần ứng và dòng điện tải I chỉ đợc thay đổi trong phạm vi khiến cho mạch từ của cực từ phụ không bão hoà. Trên thực tế không thể đạt đợc điều kiện B đc I ở nhiều tải khác nhau, do đó không thể đạt đợc một vùng đổi chiều đờng thẳng. Vì vậy ở những máy điện làm việc ở chế độ thờng bị quá tải không nặng lắm, ngời ta thờng chế tạo cuộn dây cực từ phụ thích hợp sao cho khi máy làm việc ở chế độ định mức thì sự đổi chiều hơi vợt trớc (nhng cha phát sinh tia lửa), khi quá tải - đổi chiều đờng thẳng và khi quá tải nặng - đổi chiều hơi trì hoãn. Cấu tạo của cực từ phụ phải làm sao tạo ra đợc từ trờng đổi chiều trong khắp khu vực đổi chiều và sinh ra s.đ.đ. đổi chiều tơng ứng với s.đ.đ. phản kháng. Thờng khe hở dới cực từ phụ bằng 1,5 ữ 2 lần khe hở dới cực từ chính, bề rộng của cực từ phụ vào khoảng 0,4 ữ 0,8 bề rộng của khu vực đổi chiều. Cũng cần nói thêm là cực từ phụ chỉ đặt ở những máy có P > 0,3 kW. Số cực từ phụ thờng bằng số cực từ chính, tuy nhiên trong các máy P < 2 ữ 2,5 kW có thể chỉ đặt một nửa số cực từ phụ là đủ. ở máy có cực từ phụ thì chổi than đợc đặt cố định trên đờng trung tính hình học. b. Xê dịch chổi than khỏi đờng trung tính hình học ở những máy điện nhỏ, để thay thế cho tác dụng của cực từ phụ, ta có thể lợi dụng từ trờng tổng của máy để tạo ra từ trờng đổi chiều bằng cách xê dịch chổi than khỏi đờng trung tính hình học (hình 4-7). Từ hình 4-7 có thể thấy rằng, ở trờng hợp máy phát điện, muốn từ trờng ở khu vực đổi chiều có cực tính của cực từ chính mà sau khi đổi chiều các cạnh bối dây sẽ đi tới nh ở trờng hợp cực từ phụ thì phải xê dịch chổi than thuận theo chiều quay của máy một góc: = + 40 + N S Hình 4-7 Xê dịch chổi than khỏi đờng trung tính hình học để cải thiện đổi chiều F Đ trong đó: - góc giữa các đờng trung tính hình học và vật lý; - góc có trị số ứng với điều kiện từ trờng tổng bằng từ trờng đổi chiều. Đối với động cơ điện phải xê dịch chổi than ngợc chiều quay của máy. Vì s.đ.đ. phản kháng e pk I nên khi tải thay đổi, muốn e đc thay đổi theo thì phải xê dịch lại chổi than để thay đổi góc , điều mà trong thực tế không thể thực hiện đợc. Do đó phơng pháp xê dịch chổi than chỉ cải thiện đợc đổi chiều ở một tải nhất định. c. Dùng dây quấn bù Trung tính vật lý Trung tính hình học Đối với các máy điện có công suất lớn hơn 150 kW và làm việc trong điều kiện tải thay đổi đột ngột, để ngăn ngừa hiện tợng vòng lửa và hỗ trợ thêm cho cực từ phụ, ngời ta dùng dây quấn bù. Tác dụng của dây quấn bù là triệt tiêu từ trờng của phần ứng trong phạm vi dới mặt cực từ chính. Kết quả là từ trờng cực từ chính hầu nh không bị biến dạng. Vì từ trờng phần ứng phụ thuộc theo dòng điện tải I nên để có thể bù đợc từ trờng đó ở tải bất kỳ, dây quấn bù đợc mắc nối tiếp với dây quấn phần ứng. Khi có dây quấn bù thì s.t.đ. của cực từ phụ đợc giảm nhỏ, mạch từ của nó ít bão hoà hơn và hiệu quả cải thiện đổi chiều sẽ tăng lên. d. Những biện pháp khác Để giảm nhỏ dòng điện phụ i ph và do đó cải thiện đổi chiều, từ biểu thức 4-6 ta thấy còn có khả năng tăng điện trở tiếp xúc, hoặc khi thiết kế khống chế sao cho s.đ.đ. phản kháng e pk 7 ữ 10V. Nhng những biện pháp đó khiến cho cấu tạo của máy phức tạp và công nghệ chế tạo khó khăn cho nên không đợc thông dụng và ta cũng không đề cập đến. Câu hỏi 1. Các s.đ.đ. xuất hiện trong phần tử đổi chiều? Tác dụng của các s.đ.đ. đó đối với quá trình đổi chiều của dòng điện? 2. Nguyên nhân phát sinh tia lửa dới bề mặt chổi than? 3. So sánh các phơng pháp cải thiện đổi chiều, hiệu quả và ứng dụng của từng phơng pháp đó? 4. Vẽ cách nối dây của các dây quấn bù và dây quấn cực từ phụ. Bài tập 6. Tính số vòng dây của cực từ phụ của máy phát điện một chiều để có thể đổi chiều đờng thẳng. Cho N = 834, I = 50 A, a = p = 1, w s = 3, D = 24,5 cm, n = 1460 vg/ph, = 8,5.10 6 H/m, l = l đc = 8 cm, p = 3 mm, k p = 1,3. Đáp số: w p = 118 vg 41 . trên hình 4-3 và dòng điện đổi chiều i = i cb + i ph thay đổi theo dạng đờng cong trên hình 4-4 . Trờng hợp này đổi chiều mang tính chất trì hoãn, nghĩa là dòng điện đổi chiều i thay đổi chậm. bối đổi chiều ta có: i.r pt + i 1 (r d + r tx1 ) - i 2 (r d + r tx2 ) = e ( 4-4 ) trong đó: i - dòng điện chạy trong phần tử đổi chiều (phần tử b trên hình 4-1 ); i 1 , i 2 - dòng điện. xăng dầu, cháy hoặc hỏng chổi điện. 33 4-2 . Quá trình đổi chiều 4.2.1. Phơng trình dòng điện Để thấy rõ quy luật biến đổi của dòng điện trong phần tử đổi chiều và nguyên nhân chủ yếu