GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN I - Phần I: Máy điện một chiều - Chương 7 pps

ø Chương : ĐỔI CHIỀU § 6.1 Đại Cương Khi máy điện chiều làm việc phần ứng quay tròn, phần tử dây quấn vào vùng trung tính chổi than, dòng điện phần tử thay đổi chiều chuyển từ mạch nhánh sang mạch nhánh Quá trình đổi chiều dòng điện phần tử di chuyển vùng trung tính bị chổi than nối ngắn mạch gọi đổi chiều Để có khái niệm cụ thể hình 6-1 trình bày trình đổi chiều dòng điện phần tử b dây quấn xếp đơn → → → i i Hình 6.1 Quá trình đổi chiều t=0 < t Theo định luật Lenzt eL có xu hướng làm cho dt đổi chiều chậm lại Giá trị trung bình s.đ.đ tự cảm : −i ö di L c −i 2i ö eLtb = ∫i − L c dt = − Tđc i |+ iưư = Lc Tđc Tđc + S.đ.đ hỗ cảm eM : Do ảnh hưởng đổi chiều đồng thời phần tử khác nằm rãnh Sức điện động hỗ cảm eM n di eM = ∑ eMn = −∑ en n Suy giá trị s.đ.đ hỗ cảm trung bình phần tử đổi dt n=1 chiều là: 2i eM tb = ∑ Mn Tđc S.đ.đ đổi chiều c : Sinh phần tử đổi chiều chuyển động từ trường tổng hợp vùng trung tính S.đ.đ eL eM có tác dụng với trình đổi chiều cách tính toán tổng chúng gọi s.đ.đ phản kháng epk = eL + eM 2iư Tđc Để trình đổi chiều tiến hành thuận lợi c luôn phải ngược với epk epk tb = (Lc + ∑ Mn ) Theo định luật kirkhoff1, viết phương trình dòng điện điểm nút a c sau : Nút a: i + i – i1 = Nút c: i ö – i – i2 = (6-5) Thay giá trị i1, i2 vào biểu thức (6-1) ta coù : r − rtx1 ∑e (6-6) i = tx2 iư + rtx1 + rtx2 rtx2 + rtx1 Nếu giả thiết trình đổi chiều t = kết thúc t =Tđc với điều kiện 58 ø bc = bG ta có: Tđc − t S Tñc t = S Tñc Stx1 = Stx Trong (6-7) Stx1 , Stx2 : diện tích tiếp xúc chổi than phiến góp 1, S : diện tích bề mặt tiếp xúc toàn phần chổi than phiến đổi góp Vì rtx1 , rtx2 tỉ lệ nghịch với Stx1 , Stx2 nên: Tñc S rtx = rtx rtx1 = S tx1 Tñc − t (6-8) T S rtx = rtx = đc rtx Stx t rtx : điện trở tiếp xúc toàn phần ứng với mặt tiếp xúc toàn phần Stx Thay (6-8) vào (6-6) ta có quan hệ i t sau : ⎛ 2t ⎞ ∑e ⎟iư + i = ⎜1 − ⎜ ⎟ Tđc ⎠ T ⎞ ⎛ T ⎝ rtx ⎜ ñc + ñc ⎟ ⎜T − t t ⎟ ⎝ ñc ⎠ 2t ).i Đặt ic = (1 (6-9) Tđc ∑e Và if = T ⎞ ⎛ T rtx ⎜ ñc + ñc ⎟ ⎜T − t t ⎟ ⎝ ñc ⎠ ic : gọi dòng điện đổi chiều dòng điện đổi chiều đường thẳng if : dòng điện đổi chiều phụ hay dòng điện đổi chiều đường cong Dòng điện đổi chiều đường thẳng : i Xảy c = epk (tổng Σe = 0) 2t ).i = ic (6-10) Tđc Đường biểu diễn dòng điện i = f(t) trường Khi : i = (1 - + iư Tđc/2 Tđc - t - iư Hình 6.4 Đổi chiều đường thẳng Từ đồ thị ta nhận thấy : hợp đường thẳng h6- Tđc t Nếu gọi J1 , J2 mật độ dòng điện bề mặt tiếp xúc phía phía vào chổi than thì: Tñc i1 i & J1 = = Stx1 S(Tñc − t ) T i i & J2 = = ñc Stx S t i1 i2 = tgα = tgα Tđc − t t 59 (6-11) ø Mà α1 = α2 nên J1 = J2 = const có nghóa mật độ dòng điện phân bố phần tiếp xúc chổi than giống Khi chổi than rời khỏi phiến góp tức i = – iư mà i1 = iư + i nên i1 = Do rời khỏi phiến không phát sinh tia lửa chổi than Dòng điện đổi chiều đường cong : Trên thực tế c + epk ≠ có nghóa Σe ≠ phần tử đổi chiều xuất dòng điện đổi chiều phụ xác định theo số hạng thứ biểu thức (6-9) lúc i = ic + if khiến cho quan hệ i = f(t) không đường thẳng nữa, ta có đổi chiều đường cong a Nếu epk > c hay Σe > 0: giả sử rtx = const từ biểu thức (6-9) ta thấy: if = Trong đó: ∑e Tđc ⎞ ⎛T ⎟ rtx ⎜ ñc + ⎜ t Tñc − t ⎟ ⎝ ⎠ Rtx, rf ∑e = Rtx 1(Rtx) if=f(t) Σe>0 Rtx : Là điện trở tiếp xúc chổi than dòng điện đổi chiều phụ if thời điểm Khi t = t = Tđc Rtx = ∞ t = Tđc R tx = 4r tx Đường biểu diễn Rtx = f(t) đường hình 6.5 if=f(t) Σe if biến đổi theo đường cong hình 6.5 dòng điện đổi chiều Hình 6.5 Đường cong 1: Rtx = f(t) i = ic + if biến đổi theo đường cong h6-6 Đường cong 2: if = f (i) Σe > Ở trường hợp đổi chiều mang tính chất Đường cong 3: if = f (i) Σe < trì hoãn, nghóa dòng điện i thay đổi chậm so i với đổi chiều đường thẳng i ≠ t = Tđc i = Tại t > Tđc Sở dó có trì hoãn tác dụng epk Tại chống lại biến đổi dòng điện i Từ h 6-6 ta thấy α1 > α2 J1 > J2 mật độ dòng điện đầu lớn đầu vào làm tia lửa xuất đầu chổi than + iư t i t - iư Tđc - t Hình 6.6 Đổi chiều chậm sau(Σe > 0) 60 ø b Nếu epk < c hay Σe < if đổi dấu có i dạng đường cong h6-5 Đường biểu diễn dòng điện đổi chiều i tương ứng + iư trình bày h 6-7 i = t < Tđc /2 đổi chiều mang tính chất vượt trước Khi đổi chiều i2 Tđc - t t i - iư i1 vượt trước α1 < α2 J1 < J2 mật độ dòng điện t đầu nhỏ mật độ dòng điện đầu vào chổi than J2 > J1 nên có tia lửa đầu vào chổi Hình 6.7 Đổi chiều vượt trước (Σe < 0) than Xác định S.đ.đ phần tử đổi chiều : a.S.đ.đ tự cảm eL: (xác định trường hợp bc = bG) Ta biết s.đ.đ tự cảm có dạng : eL = – Lc di dt eLtb = Lc 2i Tđc (6-12) Từ thông tản ΦL sinh s.đ.đ tự cảm eL phần tử đổi chiều bao gồm : Từ thông tản rãnh Φr’ Φr Từ thông tản đỉnh Φr Φ đn Φ r′ + Φ r Từ thông tản phần đầu nối Φđn S Từ thông tản ΦL chủ yếu vào N S Φ đn không khí (h6-12) nên phụ Φ′ thuộc vào bão hòa Mà Φ r′ ΦL = Sức từ động x suất dẫn từ ΦL = ws.iư.λL1 Trong đó: Hình 6.8 Từ thông tản phần tử đổi chiều ws : số vòng phần tử λL1: Dẫn suất từ tản phần tử (có trị số từ thông móc vòng vòng dây có dòng điện iư = 1A chạy qua) Từ thông móc vòng toàn bối daây : ΨL = ws.ΦL = λL1 w s iư Suất dẫn từ theo đơn vị chiều dài (chỉ tính từ thông tản cạnh tác dụng) λ L1 2l δ ΨL = λL.2 l δ w s iư λL = Do Lc = λL l δ w s 61 (6-13) ΨL = Lc.iư ta có: ø Thay (6-13) vào (6-12) ý đến biểu thức Tđc 2i eLtb = w s λL l δ Tđc bG b b Mà ws = N = N Tđc = c = G = VG VG VG 2S 2G Dö DG Dö DG = bG Dö DG Vö ⎛ Vö VG ⎞ ⎜ ⎜D = D ⎟ ⎟ G ⎠ ⎝ Dư , DG : Đường kính phần ứng cổ góp Vư , VG : tốc độ dài phần ứng cổ góp iư Vư Do eLtb = 2ws l δ λL N Dö 2G b G DG Thay : GbG = π.DG vào biểu thức ta có: N iu eLtb = 2ws l λL Vö δ π.D Với eLtb = 2ws l λL.A.Vư δ Niư : Phụ tải đường A= πDư (6-14) b Sức điện động hỗ cảm: eM = n ∑e Mn =– d in dt n ∑M n Trong Mn : hệ số hỗ cảm phần tử xét phần tử thứ n in : dòng điện phần tử thứ n Tương tự eL ta có : eMtb = iư Tđc ∑M n biểu thức cuối (6-15) eMtb = ws l δ A.Vư ∑ λ M λ M : suất dẫn từ hỗ cảm đơn vị dài cạnh tác dụng phần tử c Sức điện động phản kháng Theo định nghóa s.đ.đ phản kháng trung bình có dạng epktb = eLtb + eMtb = 2ws l δ λL.A.Vö(λL + = 2wslδAVưλ/ ∑λ M ) (6-16) d Sức điện động đổi chiều c: Sức điện động đổi chiều có dạng tổng quát: e = B.l.V 62 ø Khi phần tử vào vùng đổi chiều, sức điện động đổi chiều c bằng: c = 2.ws.Bđc.lđc.Vư (6-17) Trong đó: Bđc: Từ cảm tổng hợp từ trường cực từ phụ từ trường phần ứng vùng trung tính lđc: Chiều dài dẫn cắt đường sức từ trường đổi chiều § 6.3 Nguyên nhân sinh tia lửa phương pháp cải thiện đổi chiều Nguyên nhân sinh tia lửa : Tia lửa sinh chổi than nguyên nhân nguyên nhân điện từ Nguyên nhân cơ: Vành góp không đồng tâm với trục, cân phận quay không tốt, bề mặt vành góp không nhẵn, lực ép chổi than không thích hợp chổi than đặt không vị trí v.v Nguyên nhân điện từ: Do s.đ.đ đổi chiều không triệt tiêu s.đ.đ phản kháng làm đổi chiều vượt trước chậm sau gây tia lửa đầu vào đầu chổi than Các phương pháp cải thiện đổi chiều : Để tạo điều kiện tốt cho đổi chiều, trước hết cần phải giữ điều qui định trạng thái vành góp cấu giữ chổi than cho bảo đảm loại trừ nguyên nhân sinh tia lửa Dưới ta xét biện pháp chống tia lửa có tính chất điện từ a.Cực từ phụ: Tác dụng cực từ phụ phải sinh s.t.đ Ff có chiều ngược lại phản ứng ngang trục Fưq có độ lớn cho việc trung hoà ảnh hưởng Fưq tạo từ trường phụ để sinh s.đ.đ đổi chiều c làm triệt tiêu epk đểâ if = hay: Σe = c + epk = Tức 2wsVưlđcBđc = 2wslδAVưλ/ suy Bđc = lδ Aλ ′ lđc S.t.đ cần thiết cực từ phụ : Ff = A.τ + B δ k µ o đc f δ f 63 (6-18) ø Trong đó: δf: Chiều rộng khe hở không khí cực từ phụ rotor t1 + δf hệ số khe hở cực từ phụ, thường δf > δ k δ > k δ f b r1 + δ f Số vòng dây cực từ phụ : F wf = f 2.I Hoặc s.t.đ cần thiết cực từ phuï : k δf = B δ k Ff = A.τ + µ o đc f δ f (6-19) Ff Iư Dây quấn cực từ phụ nối tiếp với dây quấn phần ứng mạch từ wf = cực từ phụ không bão hoà Muốn ta phải tăng khe hở cực từ phụ so với khe hở cực từ b.Xê dịch chổi than khỏi vùng trung tính hình học Trong máy điện cực từ phụ, từ trường đổi chiều cần thiết để sinh s.đ.đ c cân với epk tạo nên cách xê dịch chổi than khỏi đường trung tính hình học Để chứng tỏ phải xê dịch chổi than ta giả sử máy làm việc chế độ máy phát chổi than A-B đặt trung tính hình học (h6-9a) Ta biểu thị s.đ.đ phần tử a trước lúc đổi chiều đoạn thẳng hướng từ trục hoành lên (h6-9b) Khi máy làm việc máy phát, chiều iư trùng với chiều tạo nên khu vực đổi chiều từ trường ngang phần ứng rõ h6-9a đường nét chấm Ứng dụng qui tắc bàn tay phải ta thấy phần tử a vào chổi than A bắt đầu đổi chiều từ trường phần ứng tạo nên phần tử q dấu với S.đ.đ Cho nên q biểu thị h6-9b F Đ e ưq Trung tính hình học iư epk iư Trung tính vật lý c Hình 6.9 Xê dịch chổi than khỏi vùng trung tính để cải thiện đổi chiều 64 ø Trong thời gian đổi chiều Tđc dòng iư biến đổi từ + iư đến – iư phần tử đổi chiều sinh s.đ.đ epk ngược chiều với biến đổi dòng điện phần tử tương ứng biểu thị giống , q Chúng ta thấy q tác dụng chiều với epk nghóa làm đổi chiều chậm lại Để triệt tiêu q ta xê dịch chổi điện góc α đến đường trung tính vật lý q = Ngoài phải khử epk cách tạo c có chiều ngược với epk, c phải biểu thị đoạn thẳng ngược xuống So sánh c khác dấu Nói khác trước lúc đổi chiều s.đ.đ tạo nên từ trường cực Bắc lúc đổi chiều s.đ.đ c phải tạo nên từ trường cực Nam Để thỏa mãn điều phải xê dịch thêm chổi than khỏi đường trung tính vật lý góc γ theo chiều quay phần ứng ứng với máy phát ngược chiều quay động Kết luận mang tính chất tổng quát; nghóa để cải thiện đổi chiều máy cực từ phụ làm việc theo chế độ máy phát ta phải xê dịch chổi than góc β = α + γ từ đường trung tính hình học theo chiều quay phần ứng (đối với động ngược lại) c.Dây quấn bù Dây quấn bù Menghes đề nghị từ năm 1884 biện pháp hiệu lực để triệt tiêu từ trường phần ứng phạm vi mặt cực từ làm cho từ trường cực từ không bị biến dạng để bù từ trường phần ứng tải dây quấn bù phải nối nối tiếp với dây quấn phần ứng Ở máy có dây quấn bù có cực từ phụ Khi có dây quấn bù s.t.đ cực từ phụ giảm nhỏ, mạch từ cực từ phụ bão hòa Hiệu cải thiện đổi chiều tăng S.t.đ cần thiết dây quấn bù mặt cực : Fb = α δ Föq = α δ A.τ = b’.A Hình 6.10 Dây quấn bù Số vòng dây quấn bù cực: wb = 65 Fb 2Iư ø Thí dụ tính toán Một máy phát điện kích thích song song dây quấn sóng đơn có số liệu sau: Pđm = 10 kW, m = 115 V, nđm = 1040 V/ph, p = 2, Dư = 24,5 cm, lδ = 12cm, Z = 35, G = 105, ws = 1, lñc = 8,5cm,λL = 7.10-6 H/m Chiều rộng khe hở không khí cực từ phụ δf = 2,5mm, hệ số khe hở không khí cực từ phụ kδf= 1,33 .Tính s.đ.đ epk số vòng dây cần thiết cực từ phụ để c triệt tiêu epk Với điều kiện β G = 1, a = p, λ Μ GIAÛI = ta có : epk = 2w s l δ Vư λA Trong πDư n π.24,5.1040 = = 1336cm / s 60 60 N iö A= = 119A / cm π.Dö Vö = N = 2w s G = 210 iö = Iđm P = đm = 43,5A 2a 2m (bỏ qua dòng điện It) Vậy epk = 2.1.12.1336.10-2.119.7.10-6 = 0,267 V Sức từ động cần thiết cực từ phụ 1 Aτ + Bđc δ f k δf µ0 Ff = Trong đó: τ = π.Dư π.24,5 = = 19,3cm 2p 2 µ = 4π.10 −7 H / m Bñc = lδ 12 λA = 7.10 −6.119 10 = 0,1175 Wb / m2 lñc 8,5 (theo điều kiện epk= c) 1 119 10 2.19,3.10 − + 0,1175 2,5.10 − 3.133 = 1456 A / cực , −7 4π.10 với : Ff = w f Iñm Ff = wf = F Iñm = 1456 = 17 vòng 87 66 ø Câu hỏi Cho biết ảnh hưởng tốc độ phần ứng đến đổi chiều ? Bước dây quấn có ảnh hưởng đến đổi chiều ? So sánh phương pháp dùng để cải thiện đối chiều nói rõ hiệu ứng dụng phương pháp S.t.đ cực từ phụ phải đảm bảo triệt tiêu phản ứng phần ứng sinh từ trường đổi chiều cần thiết.Trong hai thành phần đó,thành phần lớn chiếm tỷ lệ khoảng phần trăm s.t.đ cực từ phụ ? Vẽ cách nối dây dây quấn bù dây quấn cực từ phu với dây quấn phần ứngï Bài tập Tính số vòng dây cực từ phụ máy phát điện chiều để có đổi chiều đường thẳng.Cho : N = 834, Iư = 59 A, a = p =1, ws = 3, Dö = 24.5 cm, n = 1460 vg/ph, λ' = 8,5 10 -6 H/m, lδ = lñc = cm, δf = mm, k δf = 1,3 Đáp số: wf = 119 voøng 67 ... để c? ?i thiện đ? ?i chiều 64 ø Trong th? ?i gian đ? ?i chiều Tđc dòng i? ? biến đ? ?i từ + i? ? đến – i? ? phần tử đ? ?i chiều sinh s.đ.đ epk ngược chiều v? ?i biến đ? ?i dòng ? ?i? ??n phần tử tương ứng biểu thị giống... Vaø if = T ⎞ ⎛ T rtx ⎜ ñc + ñc ⎟ ⎜T − t t ⎟ ⎝ đc ⎠ ic : g? ?i dòng ? ?i? ??n đ? ?i chiều dòng ? ?i? ??n đ? ?i chiều đường thẳng if : dòng ? ?i? ??n đ? ?i chiều phụ hay dòng ? ?i? ??n đ? ?i chiều đường cong Dòng ? ?i? ??n đ? ?i chiều. .. dòng ? ?i? ??n phân bố phần tiếp xúc ch? ?i than giống Khi ch? ?i than r? ?i kh? ?i phiến góp tức i = – i? ? mà i1 = i? ? + i nên i1 = Do r? ?i kh? ?i phiến không phát sinh tia lửa ch? ?i than Dòng ? ?i? ??n đ? ?i chiều đường