TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN GVC-ThS.NGUYEÃN TRỌ NG THẮNG GV-ThS.TRẦN PHI LONG GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN-KHÍ CỤ ĐIỆN TP HCM Tháng 12 / 2005 Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình MÁY ĐIỆ N-KHÍ CỤ ĐIỆN nhằm giúp sinh viê n bậ c đại họ c cao đẳng ngàn h Công nghệ Điện- Điệ n tử, Công nghệ Điện tử –Viễn thông trường Đạ i Họ c Sư Phạm Kỹ Thuậ t TP.HCM làm tà i liệu họ c tập dù ng làm tà i liệu tham khảo cho sinh viê n ngà nh Điện Cô ng Nghiệ p, Điện Tự Động cá c ngành khác liên quan đến lónh vự c điệ n-điện tử Giáo trình Máy điện- Khí cụ điện trình bày lý thuyế t về: cấu tạo; nguyên lý làm việc; quan hệ điện từ ; cá c đặc tính cũn g cá c tượ ng vật lý xảy trong: Máy điện chiều ; Máy biến áp ; Máy điện không đồng bộ, Máy điện đồng khí cụ điện thông dụn g Để giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức môn học, giáo trình trình bày nội dung cá ch ngắn gọn , Ở chương có ví dụ minh họ a, câ u hỏ i bà i tập để sinh viên hiểu sâu vấn đề họ c HCM TP t thua Ky Các tác gỉa pham H Su ng D Truo © uyen an q B Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Trang PHẦN 1: MÁY ĐIỆN CHƯƠNG I: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU § 1.1 Đại cương máy điện chiều § 1.2 Các quan hệ điện từ máy điện chiều § 1.3 Máy phát điện chiều 15 § 1.4 Mở máy điều chỉnh tốc độ động điện chiều 32 CHƯƠNG II: MÁY BIẾN ÁP 43 § 2.1 Đại cương máy biến áp 43 § 2.2 Tổ nối dây mạch từ máy biến áp 54 § 2.3 Các quan hệ điện từ máy biến áp 67 § 2.4 Máy biến áp làm việc tải xác lập đối xứng 85 CHƯƠNG III: CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG HCM TP CỦA MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 98 huat Ky t § 3.1 Sức điện động dây quấn máy điện xoayham p chiều 98 H Su § 3.2 Dây quấn máy điện xoay chiều 106 ng D § 3.3 Sức từ động dây quấn© máyo Tru điện xoay chiều 115 uyen an q B CHƯƠNG IV: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 126 § 4.1 Đại cương máy điện không đồng 126 § 4.2 Quan hệ điện từ máy điện không đồng 130 § 4.3 Mở máy điều chỉnh tốc độ động không đồng 158 CHƯƠNG V: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 172 § 5.1 Đại cương máy điện đồng .172 § 5.2 Quan hệ điện từ máy điện đồng 178 § 5.3 Máy phát điện đồng 189 § 5.4 Mở máy điều chỉnh công suất phản kháng động đồng 204 PHẦN 2: KHÍ CỤ ĐIỆN 208 CHƯƠNG I: MẠCH TỪ VÀ SỰ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ 209 § 1.1 Khái niệm chung 209 § 1.2 Từ dẫn khe hở khơng khí 213 § 1.3 Nam châm điện từ chiều 215 § 1.4 Nam châm điện từ xoay chiều .218 § 1.5 Nam châm vĩnh cửu 222 § 1.6 Lực điện động .226 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn CHƯƠNG II: CÁC LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN THƠNG DỤNG 233 § 2.1 Contactor 233 § 2.2 Cầu chì bảo vệ 237 § 2.3 Aptomat .241 § 2.4 Thiết bị chống dòng điện rò .248 § 2.5 Relay dịng điện 251 § 2.6 Relay điện áp 252 § 2.7 Relay trung gian 253 § 2.8 Relay thời gian 254 § 2.9 Relay tốc độ .255 H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn PHẦN : MÁY ĐIỆN H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn CHƯƠNG : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU § 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong sản xuất đại, máy điện chiều coi loại máy quan trọng Nó dùng làm động điện, máy phát điện Động điện chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt, dùng nhiều ngành cơng nghiệp có u cầu cao điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ Máy phát điện chiều dùng làm nguồn điện cho động điện chiều, làm nguồn điện chiều kích thích từ máy điện đồng bộ, dùng cơng nghiệp mạ điện Nhược điểm máy điện chiều : Giá thành đắt, sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp I CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU: Kết cấu máy điện chiều phân thành phần : phần tĩnh phần quay M 1.Phần tĩnh (stato): P HC uat T Đây phần đứng yên máy gồm phận sau: th Ky pham a.Cực từ chính: H Su Là phận sinh từ trường gồm có uonsắt cực từ dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ lõi g D © Tr yen kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại tán Lõi sắt cực từ làm qu thép Ban chặt Trong máy điện nhỏ dùng thép khối Cực từ gắn chặt vào vỏ máy nhờ bulơng Dây quấn kích từ quấn dây đồng bọc cách điện cuộn dây bọc cách điện kỹ thành khối tẩm sơn cách điện trước đặt cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối nối tiếp với Hình 1-1 Cực từ b Cực từ phụ: Được đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép cực từ phụ thường làm thép khối thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống dây quấn cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ nhờ bulông Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn c Gông từ: Dùng làm mạch từ nối liền cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong máy điện vừa nhỏ thường dùng thép dày uốn hàn lại Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc d Các phận khác: - Nắp máy : Bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện Trong máy điện vừa nhỏ, nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B - Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt hộp chối than nhờ lị xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than cố định giá chổi than cách điện với giá Giá chổi than quay để điều chỉnh vị trí chổi than cho chỗ Sau điều chỉnh xong dùng vít cố định chặt lại Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Phần quay ( rôto ): Gồm phận sau : a Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng mặt ép chặt lại để giảm hao tổn dịng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình dạng rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào Trong máy cỡ trung trở nên, người ta dập lỗ thơng gió để ép lại thành lõi sắt tạo lỗ thơng gió dọc trục HCM TP huat Ky t pham H Su ng D Truo © uyen an q B Trong máy lớn lõi sắt chia thành đoạn nhỏ Giữa đoạn có để khe hở gọi khe thơng gió ngang trục Khi máy làm việc, gió thổi qua khe làm nguội dây quấn lõi sắt Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng ép trực tiếp vào trục Trong máy điện lớn, trục lõi sắt có đặt giá rơto Dùng giá rơto tiết kiệm thép kỹ thuật điện giảm nhẹ trọng lượng rôto b Dây quấn phần ứng: Là phần sinh sức điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ dùng dây có tiết diện trịn Trong máy điện vừa lớn dùng dây tiết diện chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh quay bị văng sức ly tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt phải đai chặt dây quấn Nêm làm tre, gỗ hay bakêlit Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Hình 1-7 Mặt cắt rãnh phần ứng c Cổ góp: Dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành chiều Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có nhạn cách điện với lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng vành ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp trụ trịn cách điện mica Đi vành góp có cao lên để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye Ban Hình 1- Cổ góp d Các phận khác : - Cánh quạt : Để quạt gió làm nguội máy - Trục máy : Trên đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi Trục máy thường làm thép cacbon tốt Các trị số định mức: Chế độ làm việc định mức máy điện chế độ làm việc điều kiện mà xưởng chế tạo quy định Chế độ đặc trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi đại lượng định mức - Công suất định mức P đm ( KW hay W) - Điện áp định mức Uđm (V) - Dòng điện định mức Iđm (A) - Tốc độ định mức nđm ( vg/ph) - Hiệu suất định mức đm Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn CÂU HỎI Tại lõi sắt phần ứng phải làm thép kỹ thuật điện ? Tại vỏ máy chiều không dùng gang vật liệu rẻ tiền dễ đúc ? Ý nghĩa trị số công suất định mức ghi nhãn máy ? Công suất định mức ghi động điện công suất đầu trục hay công suất điện đưa vào động điện ? Các phận máy điện chiều công dụng phận ? H Su ng D ruo K pham M P HC uat T y th n©T quye an B Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Hình 1-30 Máy phát điện chiều làm vịêc song song : a) máy phát kích thích song song; b) máy phát kích thích hỗn hợp HC Điều kiện thứ cần phải đảm bảo thật chặt chẽ, khơng, sau M đóng cầu dao ghép TP uat khơng qau điện trở tải, gây sonh song hai máy phát I II bị nối nối tiếp thành mạchhkín Ky t am khơng thoả mãn sau ghép vào, nên tình trạng ngắn mạch cà máy Nếu điều kiệnhthứ Su p máy II phải nhận tải đột ngột (nếu E >nU)DH làm cho điện áp lưới điện thay đổi làm uo g việc theo chế độ động (nếu E < U) ©Sựrcần thiết điều kiện thứ giải thích sau : n T ye khơng có dây cân thìBsau qu ghép song song lí tốc độ an máy , ví dụ máy I tăng s.đ.đ E1 tăng I1 tăng Vì dây quấn kích thích song song nối tiếp máy phát kích thích hỗn hợp thường nối thuận nên I1 tăng, E1 tăng tiếp tục khiến cho máy I giành lấy hết tải bị tải, đồng thời buộc máy II giảm dần tải chuyển từ chế độ máy phát sang chế độ động Nếu có dây cân tránh tượng trên, dịng điện phần ứng máy I tăng phân phối cho dây quấn kích thích nối tiếp máy khiến cho s.đ.đ máy tăng Phân phối chuyển tải máy phát điện: Sau ghép máy phát điện II làm việc song song với máy phát điện I , E2 = U nên máy II chưa tham gia phát điện toàn tải máy I đảm nhiệm (I1 = I , I2 = 0) Lúc đặc tính ngồi máy phát điện trình bày đường hình (1-31) Hình 1-31 Phân phối tải máy phát điện 28 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Muốn máy II nhận tải phải tăng E2 > U đặc tính ngồi tịnh tiến lên (đường nét đứt 2’ ) Vì dịng điện tải tổng I bên ngồi khơng đổi nên muốn giữ cho điện áp U mạng điện không đổi với việc tăng E2 phải đồng thời giảm thích đáng E1 cho đặc tính ngồi máy I tịnh tiến xuống đến vị trí thích đáng (đường đứt nét 1’ ), cho điện áp U = Cte ta có I1 + I2 = I Việc thay đổi E1 E2 thực cách thay đổi dịng điện kích thích từ It1 It2 máy cách thay đổi tốc độ quay động sơ cấp kéo máy phát Trong thực tế vận hành, người ta thường dùng phương pháp thay đổi dịng điện kích thích để phân phối lại tải máy phát Tuy nhiên phương pháp khiến cho cơng suất động thay đổi lúc điều chỉnh chúng tác động làm thay đổi lượng nhiên liệu đưa vào động sơ cấp Như muốn chuyển tải hoàn toàn từ máy phát I sang máy phát II việc tiếp tục tăng E2 giảm E đồng thời E1 = U lúc máy phát II hoàn toàn đảm nhiệm tải (I2 = I) tách máy I khỏi lưới điện Chú ý giảm It1 nhiều E1 < U máy I làm việc chế độ động điện tiêu thụ công suất điện lấy từ máy phát II Nếu động sơ cấp động nhiệt động thuỷ lực khơng cho phép làm việc chế độ đó, gây hư hỏng động sơ cấp Việc điều chỉnh dịng điện kích thích It1 It2 phải tiến hành chậm liên tục thay đổi nhỏ dịng điện làm cho dịng điện I1 I2 thay đổi rât nhiều Từ hình (1-31) ta thấy làm việc song song điều kiện lúc không tải s.đ.đ E kích thích từ khơng đổi, lúc có tải máy phát điện có đặc tính ngồi cứng (độ dốc nhỏ) nhận nhiều tải (trường hợp máy I) Ngược lại, máy phát điện có đặc tính ngồi mềm (độ dốc lớn) nhận tải (trường hợp máy II) Tình trạng làm việc khơng lợi, để lợi dụng tốt công suất máy cần phải đảm bảo cho đặc tính ngồi máy phát điệnCM chiều làm việc song H song biểu thị hệ đơn vị tương đối hoàn toàn trùng Trong TP trường hợp tải ln ln uat tự động phân phối máy phát theo tỉ lệ công suất m Ky th pha H Su ng D VÍ DỤ Truo n© quye an phát điện chiều kích thích song song 25 kW, 1800 vg/ph, B Ví dụ : cho máy Rư = 0,09 , điện áp giáng chổi than Utx = V, phản ứng phần ứng lúc tải đầy (Iư = Iđm, bỏ qua It ) tương đương với dòng điện It = 0,05 A Đường cong từ hoá ứng với tốc độ định mức sau It (A) Uo(V) 134 1,5 180 209 237 256 268 Tính : a.Điện trở mạch kích từ rt b.Điện áp khơng tải (điện trở mạch kích từ giữ khơng đổi) Giải a Khi tải đầy : Iđm = Iư = 2500 = 108,7 A 230 Eư = U + IưRư = 230 + 108,7 0,09 +2 = 241,8 V Từ đường cong từ hoá suy : It = 3,25 A Tuy nhiên để khắc phục phản ứng phần ứng, tên thực tế ta phải có : I’t = 3,25 + 0,05 = 3,3 A U 230 Vậy : rt = ' 69,6 It 3,3 29 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn 279 Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn b Điện áp lúc không tải Uo giao điểm đường thẳng Uo = rtI t = 69,6 I t đặc tính khơng tải Bằng phương pháp vẽ ta suy giao điểm ứng với It = 3,56 A Uo = 247,6 V Ví dụ : cho máy phát điện kích thích độc lập có số liệu lúc tải đầy U = 220 V, It = 2,5 A = Cte , Iư = 10 A, n = 1000 vg/ph số vịng dây dây quấn kích thích wt = 850 Đường cong từ hố 750 vg/ph có trị số : It (A) Uo(V) 1,0 78 1,6 120 150 2,5 176 2,6 180 193,5 3,6 206 4,4 225 Tính : a Điện áp khơng tải n = 1000 vg/ph b Số ampe-vòng khử từ phản ứng phần ứng tải đầy c Điện áp đầu cực tải 25% Giải a Vì s.đ.đ tỉ lệ với tốc độ nên : E (1000 ) E (750 ) 1000 750 y th 1000pham K E(1000) = 176 Su 235 V g DH750 ruon n©T quye đầy tốc độ 1000 vg/ph : b Sức điện động máy phát tải Ban Eư = U + IưRư = 220 + 10 0,4 = 224 V Ở tốc độ 750 vg/ph : 224 168 V E(750) = 750 1000 Từ đường cóng từ hố ta tìm địng điện kìch từ tương ứng It = 2,35 A Vậy số ampe-vòng khử từ : 850.(2,5 - 2,35) = 127,5 A.vg c Khi tải 25 % phản ứng phần ứng tăng 25% tương ứng : It = (2,5 – 2,35).1,25 = 0,1875 A Dịng điện kích thích có hiệu : It = 2,5 - 0,1875 = 2,315 A Từ đường cong từ hoá suy E(750) = 165 V Do : E(1000) = 1000 M P HC uat T 165 220 V 750 Điện áp đầu cực : U = E – IưRư = 220 – (10.1,25).0,4 = 215 V 30 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn CÂU HỎI : Khi lấy đặc tính khơng tải, q trình tăng điện áp, có nên giảm dịng đệin kích từ tăng tiếp tục khơng ? Tại sao? Với điện trở nhỏ điện trở tới hạn rt(th) n < nđm qúa trình tự kích thích máy phát điện kích thích song song, điện áp đầu cực máy Trong trường hợp máy khơng thể tự kích ? Giải thích đặc tính suy từ tam giác đặc tính khác đặc tính có từ thí nghiệm trực tiếp có dạng đường nét đứt hình vẽ ? Tìm nguyên nhân khiến máy phát điện kích thích song song khơng tự kích tạo điện áp ? Nếu máy phát đệin kích thích song song khơng tự kích thích từ dư giải để tạo điện áp Khi tải chung khơng đổi tăng kích thích máy phát điện I mà khơng giảm kích thích máy phát điện II làm việc song song với máy phát điện I tải phân phối lại máy ? Điện áp lưới lúc ? BÀI TẬP Cho máy phát điện chiều có Pđm = 215 kW, Uđm = 115 V n = 450 vg/ph Điện trở dây quấn phần ứng cực từ phụ 0,002 , U tx V Các số liệu đặc tính khơng tải đặc tính ngằn mạch sau : It (A) Uo(V) 49 It (A) Inm(A) 0 10 87 15 108 20 119,3 30 35 HCM TP 129,5 135 uat y th am K u ph 25 125,2 HS ng D ruo Iđm n©T quye an B a Vẽ tam giác ngắn mạch b Dùng kích thích ngồi cho máy đầy tải U = Uđm , I = Iđm , n = nđm Nếu bỏ tải đi, tính U % ? c Dùng kích thích ngồi khiến cho không tải U = Uđm giữ It = Cte I = Iđm, U % ? Đáp số : b 10 % c 18,2 % Hai máy phát điện kích thích song song có số liệu sau : Máy I II Pđm (kW) 20 15 Uo (V) 1000 1200 N (vg/ph) 230 240 Uđm 210 210 Giả sử quan hệ U = f(I) đường thẳng Tính : a Cơng suất máy tải tổng 20kW điện áp lúc ? b Tải tổng lớn với điều kiện không máy bị tải ? Đáp số : a P = P = 10 kW ; U = 220 V b P 35 kW Cho hai máy phát điện chiều làm việc song song với tải tổng P = 100 kW Sức điện động chúng E1 = 250 V, E2 = 248 V, dịng kích từ It1 = It2 = 21 A Điện trở dây quấn phần ứng Rư = Rư = 0,05 Hãy xác định điện áp chung công suất máy Đáp số :U= 237,42 P1 = 45,25 kW P2 = 54,75 kW 31 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn § 1.4 MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I Mở máy động điện chiều Để mở máy động điện chiều tốt, phải thực yêu cầu sau: + Mômen mở máy (hay khởi động) Mk phải có trị số cao có để hồn thành trình mở máy, nghĩa đạt tốc độ quy định thời gian ngắn + Dòng mở máy (hay khởi động ) Ik phải hạn chế đến mức nhỏ để tránh cho dây quấn khỏi bị cháy ảnh hưởng đến đổi chiều Trong khuôn khổ yêu cầu trên, người ta áp dụng phương pháp mở máy sau : a Mở máy trực tiếp (U= Uđm) b Mở máy nhờ biến trở c Mở máy điện áp thấp (U < Uđm) Trong tất trường hợp, mở máy phải đảm bảo có max nghĩa trước đóng động vào nguồn điện, biến trở điều chỉnh dịng điện kích thích phải vị trí ứng với trị số nhỏ để sau đóng cầu dao động kích thích tới mức tối đa theo biểu thức (1-6) mômen ứng với trị số dịng điện Iư ln ln lớn Hơn phải đảm bảo không để xảy đứt mạch kích thích trường hợp , M = 0, động không quay được, H M Eư = theo biểu thức (1-21) dòng điện Iư lớn làm cháy vành góp vàC quấn TP dây huat Ky t Khi mở máy, chiều quay động điện u pham thuộc vào chiều mômen Để thay chiều phụ S DH : đổi chiều dòng điện phần ứng đổi g đổi chiều mômen dùng phương pháp ruon chiều từ thơng, cụ thể dịng điện en © T kích thích Việc thực cách trao đổi cách quy nối đầu dây quấn phần aứng đầu dây quấn kích thích trước lúc mở máy Vấn đề đổi B n chiều quay động điện lúc quay nguyên tắc thực phương pháp Tuy nhiên, thực tế dùng phương pháp đổi chiều dịng điện phần ứng Iư dây quấn kích thích có nhiều vịng dây hệ số tự cảm Lt lớn việc thay đổi chiều dịng điện kích thích dẫn đến xuất s.đ.đ tự cảm cao, gây điện áp đánh thủng cách điện dây quấn kích thích Sau ta xét phương pháp mở máy động điện chiều : Mở máy trực tiếp: Phương pháp thực cách đóng thẳng động điện vào nguồn Như lúc rôto chưa quay s.đ.đ Eư = dòng điện qua phần ứng : Iư = U Eö U Rö Rư Vì thực tế Rư* = 0,02 0,1 nên với điện áp định mức U* = dòng điện Iư lớn (5 10) Iđm phương pháp mở máy trực tiếp áp dụng cho động điện có cơng suất vài trăm oát Ở cỡ máy Rư tương đối lớn mở máy Iư (4 6) Iđm Trong trường hợp đặc biệt cho phép mở máy trực tiếp động có cơng suất vài kW Mở máy nhờ biến trở: Để tránh nguy hiểm cho động dịng điện mở máy q lớn, người ta dùng biến trở mở máy Rk, gồm có số điện trở nối tiếp khác đặt mạch phần ứng (hình 1-32) 32 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Hình 1-32 Sơ đồ mở máy động điện chiều kích thích song song biến trở Như q trình mở máy ta có : Iư U Ei với “i” số ứng với thứ tự bậc điện trở R ö R ki Biến trở mở máy tính cho dịng điện mở máy Ik = (1,4 1,7)Iđm động HCM TP máy lớn Ik = (2 2,5)Iđm động nhỏ Trước lúc mởthuat tiếp điểm T nằm vị trí O y = 0) chạy biến trở mạch kích thích vị trí b ( rđc ham KKhi bắt đầu mở máy, gạt T vị trí up Nhờ cung đồng M, dây quấn kích thích đượcgđặtHdưới tồn điện áp từ thơng có trị số cực đại D S on max Nếu mơmen động n © Tru lớn mômen cản (M > Mc ) rôto bắt đầu quay điện sinh uye s.đ.đ tăng tỉ lệ với tốc độan q n Do xuất tăng lên E, dòng điện phần ứng Iư B quay giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm (hình 1-33) Hình 1-33 Các quan hệ I, M n thời gian mở máy động Khi Iư giảm đến trị số (1,1 1,3)Iđm ta gạt T đến vị trí Vì bậc điện trở bị loại trừ, Iư tăng đến giới hạn kéo theo M, n, E tăng Sau I, M lại giảm theo quy luật Lần lượt chuyển T đến vị trí 3, 4, Q trình lặp lại máy đạt đến tốc độ n = nđm Rk loại trừ hồn tồn động làm việc với toàn điện áp Sự biến thiên M, I, n trình mở máy trình bày hình (1-33) cho thấy loại bậc điện trở, I M tăng với số thời gian Tư hệ số tự cảm phần ứng bé Trái lại giảm dần I M xảy chậm chạp phụ thuộc vào tăng s.đ.đ E hay tốc độ n, nghĩa phụ thuộc vào số thời gian Tcơ lớn khối quay 33 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Số bậc điện trở mở máy điện trở bậc thiết kế cho dòng điện mở máy cực đại cực tiểu bậc để đảm bảo cho trình mở máy tốt Mở máy điện áp thấp (Uk < U đm) Phương pháp đòi hỏi phải dùng nguồn điện độc lập điều chỉnh điện áp để cung cấp cho phần ứng động cơ, mạch kích thích phải đặt điện áp U = Uđm nguồn khác Đây phương pháp thường dùng việc mở máy động điện cơng suất lớn để ngồi kết hợp với việc điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp II Điều chỉnh tốc độ động điện chiều Từ biểu thức E = Ce n => n= U I ö Rö E Ce Ce (1-27) mà M = CM Iư nên ta có : n= Rư M U Ce C MCe 2 (1-28) Từ biểu thức (1-28) ta thấy việc điều chỉnh tốc độ động điện HCMchiều thực TP cách thay đổi , Rư U huat Ky t ham Su - Phương pháp điều chỉnh tốc độ cáchHthayp đổi áp dụng tương đối phổ biến, có D uong Trtế Trong trình điều chỉnh hiệu suất = Cte điều thể thay đổi tốc độ liên tục n © kinh uye an q B chỉnh dựa việc tác dụng lên mạch kích thích có công suất nhỏ so với công suất động Chú ý bình thường động làm việc chế độ định mức với kích thích tối đa ( = max ) nên điểu chỉnh theo chiều hướng giảm , tức điều chỉnh tốc độ vùng tốc độ định mức giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế điều kiện khí đổi chiều máy - Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng Rư cho phép điều chỉnh tốc độ quay vùng tốc độ quay định mức kèm theo tổn hao lượng điện trở phụ, làm giảm hiệu suất động điện Vì phương pháp áp dụng động điện có công suất nhỏ thực tế thường dùng động điện cần trục - Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp cho phép điều chỉnh tốc độ quay tốc độ định mức khơng thể nâng cao điện áp điện áp định mức động điện Phương pháp không gây thêm tổn hao động điện địi hỏi phải có nguồn riêng có điện áp điều chỉnh Sau ta xét đặc tính cách điều chỉnh tốc độ loại động điện: Động điện kích thích song song kích thích độc lập: Với điều kiện U = Cte , It = Cte M (hoặc Iư) thay đổi, từ thông động điện khơng đổi, thực ảnh hưởng làm giảm bớt từ thông phản ứng ngang trục phần ứng nhỏ biểu thức (1-28) viết dạng : 34 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn n no R ö M k (1-29) Và đặc tính động điện kích thích song song đường thẳng hình (1- 34) Đường đặc tính ứng với trường hợp mạch phần ứng khơng có điện trở phụ gọi đặc tính tự nhiên Hình 1- 34 Đặc tính (và đặc tính tốc độ) tự nhiên động điện chiều kích thích song song HCM TP (khoảng 3% tốc Do Rư nhỏ nên tải thay đổi từ thông đến định mức, tốchđộtgiảm ua Ky t thích song song cứng Với đặc độ định mức ) đặc tính tự nhiên động am kích ph điện tính vậy, động điện kích thích song song dùng trường hợp tốc độ H Su ng D không đổi tải thay đổi (máy cắt kim Truo ) loại © uyen an q B a Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông : Nếu tăng điện trở rđc mạch kích thích từ (hình 1-32) ứng với trị số khác điện kích thích ta có đặc tính tương ứng hình (1-35) Hình 1-35 Đặc tính (và đặc tính tốc độ) động điện chiều kích thích song song với dịng điện kích thích khác Các đường có no lớn nođm có độ nghiêng khác , giao trục hồnh điển ứng với dịng điện lớn I = U theo điều kiện n = biểu thức (1-29) (1-27) Rư Đường thấp hình ứng với từ thơng đm Giao điểm đường mơmen cản tải Mc = f(n) với đường cho biết tốc độ xác lập ứng với trị số khác từ thông 35 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Do điều kiện đổi chiều, động thông dụng điều chỉnh tốc độ quay phương pháp giới hạn : Cũng sản xuất động giới hạn điều chỉnh : chí đến : phải dùng phương pháp khống chế đặc biệt Do cấu tạo cơng nghệ chế tạo phức tạp khiến cho giá thành máy tăng lên b Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ Rf mạch phần ứng: Nếu nối thêm điện trở phụ R f vào mạch phần ứng biểu thức (1-29) trở thành : n no R R f .M (1-30) k Hình (1- 36) trình bày đặc tính ứng với trị số khác Rf, ứng với R f = đặc tính tự nhiên K pham M P HC uat T y th H Su ng D ruo Hình 1-36 © T tính (và đặc tính tốc độ) động điện yen Đặc qu Ban kích thích song song điện trở phụ khác chiều Nếu R f lớn đặc tính có độ dốc cao mềm hơn, nghĩa tốc độ thay đổi nhiều tải thay đổi Cũng trên, giao điểm đường với đường Mo = f(n) cho biết trị số tốc độ xác lập điều chỉnh tốc độ thay đổi điện trở phụ R f c Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp: Phương pháp áp dụng động điện chiều kích thích độc lập động điện kích thích song song làm việc chế độ kích thích độc lập Việc cung cấp điện áp điều chỉnh cho động từ nguồn độc lập thực kĩ thuật cách ghép thành tổ máy phát - động có sơ đồ nguyên lý trình bày hình 1-37 Hình 1-37 Sơ đồ tổ máy phát - động dùng điều chỉnh tốc độ thay đổi điện áp động điện chiều kích thích độc lập 36 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Khi thay đổi U ta có họ đặc tính có độ dốc (hình 1-38) : đường ứng với U đm, đường 2, ứng với U đm > U2 > U3 đường ứng với U4 > U đm Hình 1-38 Đặc tính (và đặc tính tốc độ) động điện chiều kích thích độc lập điện áp phần ứng khác Nói chung khơng cho phép vượt điện áp định mức nên việc điều chỉnh tốc độ tốc độ định mức không áp dụng thực phạm vi hẹp Đặc điểm phương pháp lúc điều chỉnh tốc độ, mơmen khơng đổi I không đổi Sở dĩ I khơng đổi giảm U, tốc độ n giảm làm E giảm, nên : HCM U E te TP Iö C uat R ö m Ky th pha H Su n D Ngày nay, tổ máy phát- động thườnggdùng máy cắt kim loại máy cán thép lớn Truo © để đưa tốc độ động với hiệu quyen giới hạn rộng 1:10 suất cao an B Động điện chiều kích thích nối tiếp: Ở động điện chiều kích thích nối tiếp, dịng điện kích thích dịng điện phần ứng It = I = I Vì phạm vi rộng biểu thị : = kI (1-31) Trong k hệ số tỉ lệ, số vùng I < 0,8 I đm , I > (0,8 0,9)I đm giảm xuống ảnh hưởng bão hoà mạch từ Biểu thức mơmen có dạng : M C M I ö C M 2 k (1-32) Kết hợp với biểu thức (1-28) ta có : C M U R n ö Ce k M Ce k (1-33) Nếu bỏ qua R : n U M hay M C2 n2 (1-34) Như mạch từ chưa bão hồ đặc tính động điện chiều kích thích nối tiếp có dạng đường hypecbơn bậc hai hình 1-39 (đường ) 37 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Hình 1-39 Đặc tính động điện chiều kích thích nối tiếp trường hợp điều chỉnh tốc độ khác Ta thấy rằmg động điện chiều kích thích nối tiếp, tốc độ quay n giảm nhanh M tăng tải (I = 0, M = 0) có trị số lớn Do khơng cho loại động điện làm việc điều kiện xảy tải dùng đai truyền, xảy đứt trượt đai truyền tốc độ quay tăng lên cao Thông thường cho phép động làm việc với tải tối thiểu P2 = (0,2 0,25)P đm HCM TP t thua Trên thực tế ảnh hưởng bão hoà tải tăng, m Kđộ động giảm theo đường tốc y pha H Su nét đứt (hình 1-39) ng D Truo © Với đặc tính mềm quyen động đệin kích thích nối tiếp ưu việt nơi vậy, an B cần điều kiện mở máy nặng nề cần tốc độ thay đổi vùng rộng đầu máy kéo tải (xe điện, đầu máy điện ) a Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Từ thông động kích thích nối tiếp thay đổi biện pháp sau : mắc sun dây quấn kích thích điện trở, thay đổi số vịng dây dây quấn kích thích, mắc sun dây quấn phần ứng, theo sơ đồ hình (1-40) Hình 1- 40 Các sơ đồ điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích thích nội tiếp a) mắc sun dây quấn kích thích; b) thay đổi số vịng dây dây quấn kích thích; c) mắc sun phần ứng; d) thêm điện trở vào mạch phần ứng 38 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Hai biện pháp đầu dẫn đến kết Nếu dịng điện kích thích lúc đầu It = I dịng điện kích thích sau áp dụng biện pháp giảm xuống I t = kI, k hệ số giảm : k R st < mắc sun dây quấn kích thích R t R st Rst điện trở sun k w t' < thay đổi số vịng dây dây quấn kích thích wt Như cơng thức (1-33) hệ số k thay k k Rõ ràng với phương pháp điều chỉnh ñm tốc độ thay đổi vùng định mức đường đặc tính nằm phía đặc tính tự nhiên (đường hình 1-39) Nếu dùng biện pháp thứ ba, mắc sun phần ứng, điện trở tổng tồn mạch bé đi, dịng điện I = It tăng lên tốc độ quay giảm xuống Như phương pháp điều chỉnh tốc độ vùng định mức đường đặc tính tương ứng nằm phía đặc tính tự nhiên (đường hình 1-39) Vì Rt bé nên Rs.ư đặt toàn điện áp mạng điện HCM TP hiệu điều chỉnh tốc t tổn hao lớn hiệu suất động giảm nhiều Mặtakhác thu độ cách tăng từ thơng cịn bị hạn chế bão am Ky mạch từ nên phương pháp hồ u ph sử dụng DH S g ruon n©T quye b Điều chỉnh tốc độ cách thêm điện trở vào mạch phần ứng: Ban Sơ đồ hình 1-40 điều chỉnh tốc độ tốc độ định mức kèm theo tổn hao điện trở phụ làm giảm hiệu suất động nên ứng dụng Đặc tính ứng với trường hợp trình bày hình 1-39 ( đuờng ) c Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp: Phương pháp điều chỉnh tốc độ tốc độ định mức khơng cho phép tăng điện áp định mức lại giữ hiệu suất cao không gây thêm tổn hao điều chỉnh Phương pháp áp dụng rộng rãi giao thông vận tải thực cách đổi nối song song thành nối tiếp hai động Như làm việc song song, động làm việc điện áp U = U đm Đặc tính động điện trường hợp có dạng đường hình (1-39) Động điện chiều kích thích hỗn hợp: Động điện chiều kích thích hỗn hợp chế tạo cho tác dụng dây quấn kích thích song song nối tiếp bù ngược Trên thực tế , người ta sử dụng loại động điện kích thích hỗn hợp bù động điện kích thích hỗn hợp ngược khơng đảm bảo điều kiện làm việc ổn định Động điện kích thích hỗn hợp bù có đặc tính mang tính chất trung 39 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn gian hai loại động kích thích song song kích thích nối tiếp Khi tải tăng từ thông tăng, đặc tính động điện kích thích hỗn hợp bù mềm so với đặc tính động điện kích thích song song Tuy nhiên mức độ tăng không mạnh động điện kích thích nối tiếp, đặc tính động điện kích thích hỗn hợp bù cứng so với đặc tính động điện kích thích nối tiếp Để tiện so sánh, đặc tính loại động điện nói trình bày hình (1-41) HCM TP t thua Hình 1-41 Đặc tính động điệnhmột Ky chiều kích thích hỗn hợp p am so sánh với loại động Su điện chiều khác H ng D Truo © Đườngn qukích thích hỗn hợp bù : yen a B Đường : kích thích hỗn hợp ngược Đường : kích thích song song Đường : kích thích nối tiếp Tốc độ động điện chiều kích thích hỗn hợp điều chỉnh trường hợp động kích thích song song, nguyên tắc áp dụng phương pháp điều chỉnh tốc độ dùng cho động điện kích thích nối tiếp Động điện chiều kích thích hỗn hợp dùng nơi cần điều kiện mômen mở máy lớn, gia tốc quay mở máy lớn, tốc độ biến đổi theo tải vùng rộng máy ép, máy bào, máy nâng tài Thời gian gần đây, động kích thích hỗn hợp cịn dùng giao thơng vận tải có ưu điểm so với động kích thích nối tiếp chỗ dễ hãm chế độ phát điện trả lượng lưới điện VÍ DỤ : Cho máy phát điện kích thích song song có P đm =27 kW, U đm = 115 V, n đm = 1150 vg/ph, It = A, hiệu suất ñm = 86 % Điện trở mạch phần ứng Rư = 0,02 , U tx = V a Nếu đem dùng động điện (bỏ qua tác dụng phản ứng phần ứng ) với Uđm = 110 V, Pđm = 25kW, = 0,86, tính tốc độ n ? b Sự biến đổi tốc độ tải đầy đến không tải 40 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn Giải a Khi làm việc máy phát điện : EF = U + Iư(F)Rư + U tx Iư(F) = với : Pñm 27000 It = 240 A 115 U ñm => EF = 115 + 240.0,02 + = 121,8 V Khi làm việc động điện : EĐ = U - Iư(Đ)Rư - U tx Iư(Đ) = với : Pñm 25000 110 It = 5 259,3 A U ñm 0,86.110 115 => EĐ = 110 – 259,3.0,02 – = 102,3 V E Ñ C e Ñ n Ñ 102,3 E F C e F n F 121,8 Vì : Và giả thiết : Ta có : Đ I tĐ 4,am Ky Su ph H F g DI tF ruon T M P HC uat T th © uyen 102,3 an q B n 1150 1030 vg/ph Ñ 121,8 4,8 b Khi động làm việc không tải : I ưĐ nên EoĐ = U = 110 V = Ce Ñ noĐ ta viết : E OÑ nOÑ 110 EÑ nÑ 102,3 => nOÑ n Ñ 110 110 1030 1105 vg/ph 102,3 102,3 CÂU HỎI : Điều kiện làm việc ổn định động điện So sánh loại động điện phương diện ? 2.Phân loại động điện chiều ? So sánh đặc tính động điện chiều ? Hiện tượg xảy mở máy động kích thích song song trường hợp mạch kích thích bị đứt Cũng trường hợp điện trở điều chỉnh mặt kích thích rđc lớn ? Nếu chổi điện đặt khơng vị trí mà bị xê dịch ngược chiều quay roto tốc độ động điện ? 41 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP HCM http://www.hcmute.edu.vn BÀI TẬP 1.Cho động điện kích thích song song với số liệu sau : Pđm =95 kW, U đm = 220 V, Iđm = 470 A, I tđm = 4,25 A, Rư = 0,025 , nđm = 500 vg/ph Hãy tính : a Hiệu suất động b Tổn hao đồng máy, tổn hao khơng tải dịng điện không tải c Mômen động d Trị số dòng điện tải để hiệu suất cực đại e Điện trở điều chỉnh Rf cần thiết để động quay với n = nđm, Iư = Iưđm từ thông giảm 40% f Điện trở Rf để có n = nđm, Iư = 0,85 Iđm từ thông giảm 25% Đáp số : a 91,8 % b P = 5,42 kW Po = 2,04 kW, Io = 13,5 A HCM c M = 1814 at TP N.m hu Ky t d am 349 A I’ = u ph HS ng D e Rf = 0,18 ruo n©T quye an f R’f = 0,136 B Cho động điện kích thích song song Pđm =17 kW, U đm = 220 V, nđm = 1150 vg/ph , Rư = 0,1 , Mđt = 12 kG.m Hãy tính : a Cơng suất điện từ P đt dòng Iư b Điện trờ điều chỉnh Rđc mắc mạch phần ứng để động quay với tốc độ 500 vg/pt mômen tải không đổi (bỏ qua phản ứng phần ứng) Đáp số : a P đt = 14,15 kW , Iư = 66,3 A b Rđc = 1,82 42 Thu vien DH SPKT TP HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn ... ? ?i? ??u kiện làm việc song song máy phát ? ?i? ??n chiều Giả sử có hai máy phát ? ?i? ??n chiều I II, máy I làm việc v? ?i t? ?i I Muốn ghép máy phát II vào làm việc song song v? ?i máy phát I cần ph? ?i giữ ? ?i? ??u... ? ?I? ? - I? ? 2Rư = UIư ( 1- 1 4) Giản đồ lượng : Hình 1- 1 1 Giản đồ lượng máy phát ? ?i? ??n chiều Chia vế phương trình v? ?i Iư ta : U = E - I? ?Rư ( 1- 1 5) HCM TP Đây phương trình cân s.đ.đ máy phát ? ?i? ??n chiều... Phân ph? ?i chuyển t? ?i máy phát ? ?i? ??n: Sau ghép máy phát ? ?i? ??n II làm việc song song v? ?i máy phát ? ?i? ??n I , E2 = U nên máy II chưa tham gia phát ? ?i? ??n toàn t? ?i máy I đảm nhiệm (I1 = I , I2 = 0) Lúc