Bài giảng máy điện I - Phần 1 Máy điện một chiều - Chương 4 pps

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU CHƯƠNG : TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU  4-1: TỪ TRƯỜNG LÚC KHÔNG TẢI  4-2: TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI Back Phần I Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU  4-1: TỪ TRƯỜNG LÚC KHƠNG TẢI 1.Từ trường từ trường tản: 0  Từ thơng từ thơng qua khe hở khơng khí phần ứng cực từ phạm vi bước cực Từ thông cực từ tính sau: c = 0 + = 0(1+) = 0.t Với t = 1+  0 hệ số tản từ cực từ Sức từ động cần thiết để sinh từ thông: - Do mạch từ hoàn toàn đối xứng sức từ động cực từ nên ta cần tính cho đơi cực Back Chương Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU - Để có từ thơng 0 ta cần cung cấp cho dây quấn kích thích sức từ động F0 Để đơn giản cho việc tính tốn ta dùng cách phân đoạn mạch từ thành đoạn: khe hở khơng khí (), phần ứng (hr), lưng phần ứng (lư), cực từ (hc), gơng từ (lG) Khi sức từ động cần thiết cho đơi cực tính sau: F0 =  I.W =  H.l = 2H. + 2Hr.hr + Hư.lư + 2Hc.hc + HG.lG = F + Fr + Fư + Fc + FG Trong đó: h chiều cao, l chiều dài B  Trong đoạn cường độ từ trường tính: H = với B =  S , S,  từ thông, tiết diện, hệ số từ thẩm đoạn lG a) Sức từ động khe hở F: F = 2H. * Khi phần ứng nhẵn:  - Do khe hở cực từ phần ứng không cđều: thìhkhe hở h c nhỏ, đầu mép cực từ khe hở lớn: max = (1,5  2,5) nênhphân bố từ r h r lư cảm điểm thẳng góc với bề mặt phần ứng khác Back Chương Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU - Phân bố từ cảm cực từ biểu diễn  hình vẽ Từ cảm cực từ có giá trị lớn mép cực trị số giảm dần đường  trung tính hình học cực từ - Để đơn giản ta thay đường cong từ cảm thực tế hình chữ nhật có chiều cao B đáy B b = . cho diện tích hình chữ nhật diện tích bao đường cong thực tế (b cung  tính tốn cực từ cịn  hệ số tính tốn b cung cực) Trong MĐMC có cực từ phụ  = 0,62  0,72; MĐMC khơng có cực từ phụ  = 0,7  0,8 lc Gọi lư chiều dài phần ứng theo dọc trục l1 lc chiều dài cực từ ta có chiều dài tính tốn l = l­  lc Với lư = l1- ng.bg B ng,bg số rãnh chiều rộng rãnh thơng gió Back Chương l Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Từ cảm khe hở không khí: B        S l  b  Sức từ động tính: B  F1  2.H      0 0 l  b * Khi phần ứng có răng: t1 - Khi tính tốn ta phải quy đổi phần ứng br1 có phần ứng nhẵn cách tăng khe hở khơng khí ' = K. với ' gọi trị số tính tốn khe hở t  10 K hệ số khe hở: K   b r1  10 t1 bước răng; br1 chiều rộng đỉnh Ta có sức từ động phần ứng có : F = 2.H.' ' = K. Back   K F = 2.H K. = 2.F1 K =  l  b  Chương Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU b) Sức từ động phần ứng: Với phần ứng có rãnh từ thơng qua khe hở khơng khí phân làm mạch song song vào rãnh phần ứng Do từ dẫn thép lớn khơng khí nhiều nên đại phận từ t1 thông vào t1 bước đỉnh Hr1 br1 t2 bước chân Hrtb Từ thông qua bước t1 t = B.l.t1 Xét tiết diện đồng tâm với mặt phần x ứng, cách đỉnh khoảng x từ thơng br2 Hr2 qua tiết diện gồm thành phần: t2  t   rx   rx (1) Chia vế (1) cho Srx (tiết diện răng) ta có:  t  rx  rx   (1’) Srx Srx Srx t  rx  Brx  B rx trị số từ cảm tính tốn thực tế S rx Back S rx Chương Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU *) ý nghĩa B’rx: Coi tồn từ thơng qua phần ứng (mạch từ chưa bão hồ) Khi B’tx> 1,8 Tesla mạch từ bắt đầu bão hoà, từ trở tăng dần, ta bỏ qua từ cảm rãnh Khi thành phần thứ biểu thức (1') biểu diễn sau:  rx  rx S rx   B rx K rx   H rx K rx (2) S rx S rx S rx - Giả thiết mặt cắt hình trụ ngang rãnh độ cao x mặt đẳng trị từ trường xem Hrx = Hr’x Thay vào (1'): Brx  B rx   H rx K rx (3) Giá trị biểu thức tìm từ đường cong từ hoá B = f(H) qua bước tính cụ thể sau: + Vẽ đường cong từ hoá lõi sắt phần ứng Khi biết kích thước rãnh ta có: K  Srx  t x l  rx Srx brxl ­ k c Với: Kc hệ số ép chặt lõi sắt; Stx, tx tiết diện bước độ cao x; lư, l chiều dài thực tính tốn lõi sắt MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU + Từ đường cong từ hoá cho trị số từ cảm Brx ta tìm Hrx tương ứng  B’rx theo (3) Sau vẽ đường biểu diễn (đường 2) B (2) 0 Hrx.Krx (1) - Ngồi trị số từ cảm tính tốn có Brx  Btl Brx  t    (4) thể xác định theo biểu thức: Hrx H Srx brxl ­ kc * Thực tế tính tốn sức từ động cần tính H điểm theo chiều cao răng: đỉnh răng, chân chiều cao Khi trị số tính tốn cường độ từ trường trung bình bằng: H r  H r1  4H rtb  H r  (5) Gọi hr chiều cao sức từ động đôi cực là: Fr = Hr hr (6) * Để đơn giản ta cần xác định từ cảm từ trường tiết diện cách chân 1/3 làm trị số tính tốn Khi ta có: Fr = Hr1/3 hr (7) Trong máy điện chiều từ cảm nơi hẹp = 1,8  2,3 T MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU c) Sức từ động lưng phần ứng: Từ thông sau qua khe hở khơng khí vào phần ứng qua rãnh phân bố không đều: gần có từ cảm lớn khác biệt khơng lớn nên lấy từ cảm trung bình lưng phần ứng để tính tốn 0 0  B­  ­   Từ cảm lưng phần ứng: S­ Trong đó: ­  2.S ­ 2.h ­ l ­ k c 0 từ thông phần ứng; S ­  h ­ l ­ k c tiết diện lưng phần ứng Theo đường cong từ hố từ Bư  Hư Khi sức từ động lưng phần ứng tính: Fư = Hư.lư Back Chương Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU d) Sức từ động thân cực từ gơng từ: Tính tốn sức từ động cực từ ta phải xét đến ảnh hưởng từ thơng tản Khi từ thơng cực từ lớn từ thơng chính: c = 0.t với t = 1,15  1,25 hệ số tản từ Thực tế  tản khắp cực từ nên từ thông phần cực từ gơng từ khác Nhưng để đơn giản hố tính tốn ta coi cực từ gơng từ có từ thơng khơng đổi (G = 1/2c) c c Ta có: Bc  B G  2S G Sc Với Sc SG tiết diện cực từ gông từ Sức từ động cực từ gông từ: Fc = 2.Hc.hc hc: chiều cao cực từ FG = HG.lG lG: chiều dài trung bình gơng từ Back Chương Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Đường cong từ hoá MĐMC: Đường biểu diễn quan hệ 0 F0  đma b c gọi đường cong từ hoá MĐMC Nếu kéo dài đoạn tuyến tính ta quan hệ  = f(F) Khi từ thơng đạt giá trị định mức đoạn ab đặc trưng cho sức từ động khe hở F đoạn bc đặc trưng cho sức từ động rơi phần sắt mạch từ ab = F  F0 = ac = F + Fr + Fư + Fc + FG bc = Fr + Fư + Fc + FG Đặt F0  k  ac k hệ số bão hồ mạch từ  F ab Trong MĐ để triệt để lợi dụng vật liệu công suất điện áp định mức ta chọn điểm làm việc điểm chớm bão hồ (điểm c: điểm mà đường cong từ hố bắt đầu cong với k = 1,1 1,35) Back Chương Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU  4-2: TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN KHI CÓ TẢI N Từ trường cực từ chính: Từ hình vẽ phân bố từ trường cực từ máy cực ta thấy từ trường nhận trục cực làm trục đối xứng khơng thay đổi vị trí khơng gian S Từ trường phần ứng: a) Chiều từ trường phần ứng: * Khi chổi than đặt trung tính hình học: - Trục sức từ động tổng dây quấn sinh luôn trùng với trục chổi than N n Trung tính Nư hình học Sư S Back Chương Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU * Nếu dịch chổi than khỏi trung tính hình học ứng với đoạn b phần ứng: - Phân tích sức từ động phần ứng Fư thành thành N Trung tính phần: + Sức từ động ngang trục Fưq vật lý + Sức từ động dọc trục: Fưd n N n D A Trung tính hình học Fưd Fư Fưq C b B b S (*) b) Sự phân bố từ trường bề mặt phần ứng: * Khi chổi than đường trung tính hình học: (*) S Ta xét mạch vòng đối xứng với điểm chổi than điểm cách gốc x sức từ động tính sau: Fưx = A.2x (A/đôi cực) A = N i ­ (A/cm): phụ tải đường phần ứng I ­  D ­ iư = dòng dẫn 2a  Sức từ động lớn x = Back Khi đó: Fư = A.2  Chương = A. Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU - Nếu bỏ qua từ trở lõi thép từ trở mạch phần ứng khe hở khơng khí nên từ cảm phần ứng mặt cực từ biểu diễn: A.2x (*) Bưx = 0.Hưx = 0.F­ x = 0 2 2 = 0 A x  * Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học khoảng b đó: N F Đ S Fưx A/2 Bưx Dưới bước cực phạm vi 2b dòng điện sinh sức từ động dọc trục phạm vi ( - 2b) dòng điện sinh sức từ động ngang trục: Fưd = A.2b (A/đơi cực) Fưq = A ( - 2b) Tóm lại: từ trường phần ứng phụ thuộc vào vị trí chổi than mức độ tải Back Chương Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Phản ứng phần ứng: a) Khi chổi than đặt đường trung tính hình m học: N - Sự phân bố từ trường từ trường cực từ từ trường phần ứng hợp lại F Đ sau: (1): Từ cảm cực từ (2): Từ trường phần ứng (3): Từ trường tổng mạch từ chưa bão hoà (4): Từ trường tổng mạch từ bão hoà m S (4) (3) (1) (2) *)Tóm lại: m m Khi chổi than đặt trung tính hình học có phản ứng ngang trục làm méo dạng từ trường khe hở xuất đường trung tính vật lý Back Chương Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU b) Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học: Phân tích sức từ động phần ứng thành phần: Fưq Fưd - Thành phần ngang trục Fưq có tác dụng làm méo dạng từ trường cực từ khử từ mạch từ bão hồ - Thành phần dọc trục Fưd ảnh hưởng trực tiếp đến từ trường cực từ Nó có tác dụng khử từ trợ từ tuỳ theo chiều xê dịch chổi than (*) Do yêu cầu đổi chiều cho phép quay chổi than theo chiều quay phần ứng trường hợp máy phát cịn động ngược lại Back Chương Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Từ trường cực từ phụ: Sf Tác dụng cực từ phụ sinh sức từ động triệt F tiêu từ trường phần ứng ngang trục tạo từ trường ngược chiều với từ trường phần ứng khu vực đổi chiều (1): Sức từ động cực từ (2): Sức từ động phần ứng (3): Sức từ động cực từ phụ Hình b-2: Sức từ động tổng Hình b-3: Phân bố từ cảm Back Chương N S Nf Sf Đ (1) (2) Hb-1 (3) Hb-2 Hb-3 Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU - Khi chổi than đặt trung tính hình học cực từ phụ khơng ảnh hưởng đến cực từ Hình c1: Cực từ phụ Sf Nf N S không ảnh hưởng tới từ S trường tổng F Đ Hình c2: Cực từ phụ có  tác dụng khử từ Hc1 Hình c3: Cực từ phụ có tác dụng trợ từ  Cách nối cực từ phụ: Hc2 Đ N F Sf  Nf Hc3 S Back Chương Next MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Từ trường dây quấn bù: Sf - Tác dụng dây quấn bù S sinh từ trường triệt tiêu phản F ứng phần ứng làm cho từ trường khe hở không bị méo dạng Đường (1): Sức từ động phản ứng phần ứng ngang N S Nf Đ (1) (2) (3) Đường (2): Sức từ động dây quấn bù (4) Đường (3): Sức từ động không tải Đường (4): Phân bố từ trường tổng có dây quấn bù cực từ phụ Cách nối dây quấn bù: Back Chương Next ... ta chọn ? ?i? ??m làm việc ? ?i? ??m chớm bão hoà (? ?i? ??m c: ? ?i? ??m mà đường cong từ hoá bắt đầu cong v? ?i k = 1, 1 ? ?1, 35) Back Chương Next MÁY ? ?I? ??N MỘT CHIỀU  4- 2 : TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ? ?I? ??N KHI CÓ T? ?I N Từ trường... G? ?i lư chiều d? ?i phần ứng theo dọc trục l1 lc chiều d? ?i cực từ ta có chiều d? ?i tính toán l = l­  lc V? ?i lư = l 1- ng.bg B ng,bg số rãnh chiều rộng rãnh thơng gió Back Chương l Next MÁY ? ?I? ??N... Để đơn giản ta cần xác định từ cảm từ trường tiết diện cách chân 1/ 3 làm trị số tính tốn Khi ta có: Fr = Hr1/3 hr (7) Trong máy ? ?i? ??n chiều từ cảm n? ?i hẹp = 1, 8  2,3 T MÁY ? ?I? ??N MỘT CHIỀU c) Sức