Chương 5. Máy điện một chiều

MÁY ĐIỆN I Nội dung Chương Máy biến áp Chương Những vấn đề chung MĐ quay Chương Máy điện không đồng Chương Máy điện đồng Chương Máy điện chiều Chương Máy điện chiều Nội dung I.  Tổng quan MĐMC II Quan hệ điện từ MĐMC III Từ trường MĐMC IV Đổi chiều MĐMC V Máy phát ĐCĐMC Chương Máy điện chiều Nội dung I.  Tổng quan MĐMC II Quan hệ điện từ MĐMC III Từ trường MĐMC IV Đổi chiều MĐMC V Máy phát ĐCĐMC I Tổng quan MĐMC Cấu tạo máy điện chiều Máy điện chiều (MĐMC) có hai phần stato (phần cảm) roto (phần ứng) Hình 5.1 vẽ mặt cắt dọc trục mặt cắt ngang trục MĐMC hai đôi cực Hình 5.1: Mặt cắt dọc trục mặt cắt ngang trục máy điện chiều I Tổng quan MĐMC Cấu tạo máy điện chiều (tiếp) I Tổng quan MĐMC 1.1 Phần stator (phần cảm) !  Stato gọi phần cảm gồm gông từ làm thép đúc, vừa để dẫn từ vừa làm vỏ máy (hình 5.2b); cực từ gồm cực từ dây quấn kích từ; cực từ phụ gồm cực từ dây quấn kích từ mạch phận sau: Hình 5.2:a) Cực từ b)Stato roto I Tổng quan MĐMC 1.1 Phần stator (phần cảm) (tiếp) a Cực từ !  Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm thép kỹ thuật điện hay thép bon dày 0,5 đến 1mm ghép lại đinh tán !  Vành cung mỏm cực từ (hình 5.2a) thường 2/3 τ có khe hở cho phân bố từ trường dọc khe hở gần hình sin Trên lõi cực có dây quấn kích từ Các cực từ gắn chặt vào thân máy nhờ bu lông Hình 5.2 I Tổng quan MĐMC 1.1 Phần stator (phần cảm) (tiếp) b Cực từ phụ Được đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều, triệt tia lửa chổi than Lõi thép cực từ phụ làm thép khối, thân có đặt dây quấn kích từ Dây quấn cực từ Cực từ phụ Cực từ Dây quấn cực từ phụ Cực từ Cực từ phụ I Tổng quan MĐMC 1.1 Phần stator (phần cảm) (tiếp) c Vỏ máy (gông từ) Vỏ máy làm nhiệm vụ kết cấu đồng thời dùng làm mạch từ Trong MĐ nhỏ vừa thường dùng thép để uốn hàn lại Máy có công suất lớn dùng thép đúc d Các phận khác - Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị vật rơi vào làm hư hỏng dây quấn Trong máy điện nhỏ vừa nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi - Chổi than: Để đưa điện từ phần quay ngược lại Chổi than làm than hay graphit, chộn thêm bột đồng để tăng tính dẫn điện I Tổng quan MĐMC 1.2 Phần ứng (Rotor) !  Roto gọi phần ứng, gồm lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, vành góp Dây quấn phần ứng nối với mạch qua vành góp hệ thống chổi than a Lõi sắt phần ứng !  Lõi sắt thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dòng điện xoáy gây nên !  Trên thép có dập rãnh để đặt dây quấn Rãnh hình thang, hình lê hình chữ nhật Rãnh dây quấn Lỗ thông gió dọc trục Lỗ nắp trục máy V Máy phát ĐCĐMC 5.5.2 Mở máy (tiếp) a Mở máy phương pháp giảm điện áp PP dùng ĐC có nguồn cung cấp độc lập điều chỉnh điện áp cung cấp cho phần ứng, mạch kích từ phải trì điện áp Uđm Đây phương pháp dùng với động công suất lớn kết hợp dùng nguồn điều chỉnh điện áp để điều chỉnh tốc độ V Máy phát ĐCĐMC 5.5.3 Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCMC KTSS KTĐL a Đặc tính !  Đặc tính quan hệ n(M) điện áp U = const, điện trở Rđc = const Φ ≈ const E U - Iu R u n= u = Ce Φ Ce Φ (thay Iư từ biểu thức M = CMΦIư, ta có: n= Ru U − M Ce Φ Ce CM Φ !  Thêm điện trở Rđc2 vào mạch phần ứng ta có: R +R U n= − dc u2 M Ce Φ Ce CM Φ !  Quan hệ n(M) vẽ, đường ứng với Rđc=0, đường với Rđc≠0 !  Do điện trở Rư nhỏ, nên tải thay đổi từ không đến định mức, tốc độ thay đổi vào khoảng ÷8% V Máy phát ĐCĐMC 5.5.3 Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCMC KTSS KTĐL (tiếp) b Điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Φ Φ≡ It = U/Rt, Nối điện trở Rđc vào mạch kích từ để thay đổi từ thông Φ Hình vẽ đặc tính ứng với thay đổi điện trở Rđc Khi tăng Rđc, n0 tăng, đặc tính cắt trục hoành điểm (n = 0, Iu = U/Ru ) V Máy phát ĐCĐMC b Điều chỉnh tốc độ (tiếp) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở Rđc mạch phần ứng !  Thêm điện trở Rđc vào mạch phần ứng đặc tính biểu diễn công thức: n= R +R U − dc u2 M Ce Φ Ce CM Φ !  Đường đặc tính “mềm” hơn, hình vẽ thể đặc tính ứng với thay đổi điện trở Rđc, tăng Rđc tốc độ giảm V Máy phát ĐCĐMC b Điều chỉnh tốc độ (tiếp) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp U !  Nói chung phương pháp sử dụng điều chỉnh giảm tốc độ, muốn tăng tốc độ phải tăng điện áp làm động áp Đặc điểm thay đổi tốc độ, M Iư không đổi V Máy phát ĐCĐMC 5.5.4 Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCMC kích từ nối tiếp a Đặc tính Động kích từ nối tiếp Iư = I = It Trong phạm vi rộng biểu thị: Φ = kφIư Với kφ số vùng I < 0.8Iđm , I > (0.8-0.9) Iđm kφ giảm xuống ảnh hưởng bão hòa mạch từ Như biểu thức mômen có dạng: M =CMΦIư = CM Φ/ kφ kết hợp với biểu thức n = Ta có: n= CM U Ce kφ M U n≡ M − Ru Nếu bỏ qua Rư Ce kφ Hay C2 M= n Ru U − M Ce Φ Ce CM Φ V Máy phát ĐCĐMC a Đặc tính (tiếp) Đặc tính ĐCMC kích thích hỗn hợp(1,2),song song (3), nối tiếp (4) !  Quan hệ n(M) có dạng hypecpol vẽ hình vẽ (đường 1), Đường đặc tính mềm, mômen tăng tốc độ giảm, không tải non tải tốc độ tăng cao gây hỏng ĐC !  Tối thiểu tải ĐC kích từ nối tiếp khoảng (0,2 ÷ 0,25)Pđm, không cho mở máy không tải non tải ĐC kích từ nối tiếp thuận lợi cho tải mở máy nặng nề cần tốc độ thay đổi phạm vi rộng, đầu máy kéo tải xe điện, metro, cầu trục V Máy phát ĐCĐMC b Đặc tính điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Φ Từ thông Φ ĐC kích từ nối tiếp thay đổi cách sau: !  Nối sun dây quấn kích từ điện trở điều chỉnh Rst (hình a) !  Thay đổi số vòng dây dây quấn kích từ (hình b) !  Nối sun dây quấn phần ứng điện trở điều chỉnh Rsư (hình c) Hai trường hợp đầu, có thêm điện trở sun làm giảm dòng kích từ, điều chỉnh tăng tốc độ ĐC; trường hợp thứ ba làm tăng dòng kích từ, điều chỉnh giảm tốc độ ĐC V Máy phát ĐCĐMC b Đặc tính điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở Rđc mạch phần ứng Thêm điện trở Rđc vào mạch phần ứng (hình d) Phương pháp làm tăng tổn hao, giảm hiệu suất động nên sử dụng Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp U Phương pháp sử dụng điều chỉnh tốc độ tốc độ định mức, tổn hao Thường dùng giao thông V Máy phát ĐCĐMC 5.5.5 Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCMC kích từ hỗn hợp b Đặc tính điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở Rđc mạch phần ứng !  Dây quấn kích từ ĐCMC kích từ hỗn hợp gồm hai phần: !  Dây quấn kích từ song song !  Dây quấn kích từ nối tiếp !  Cũng MFMC, có hai cách thường dùng: nối thuận, từ trường hai dây quấn chiều nối ngược, từ trường hai dây quấn ngược chiều Trong thực tế động kích từ hỗn hợp thường sử dụng loại nối thuận V Máy phát ĐCĐMC 5.5.5 Đặc tính điều chỉnh tốc độ ĐCMC kích từ hỗn hợp Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở Rđc mạch phần ứng Đặc tính ĐCMC kích thích hỗn hợp(1,2),song song (3), nối tiếp (4) !  Đường đặc tính ĐCMC hỗn hợp nối thuận (đường 1) trung gian đường đặc tính ĐCMC song song (đường 3) nối tiếp (đường 4) !  Đường đặc tính ĐCMC hỗn hợp nối ngược (đường 2) Điều chỉnh tốc độ ĐCMC kích từ hỗn hợp thực ĐCMC kích từ song song !  ĐCMC kích từ hỗn hợp sử dụng trường hợp có yêu cầu mômen mở máy lớn, tốc độ thay đổi theo tải phạm vi rộng máy ép, máy cán thép, máy nâng, giao thông vận tải V Máy phát ĐCĐMC 5.5.5 Đặc tính làm việc động điện chiều Đặc tính làm việc ĐCMC bao gồm quan hệ n, M, η = f(Iư) U = Uđm Từ biểu thức n= Ru U − M Ce Φ Ce CM Φ n= R +R U − dc u2 M Ce Φ Ce CM Φ ta thấy !  Quan hệ n = f(Iư) gần giống đặc tính cơ, vẽ hình vẽ, đó: "  Đường ĐCMC kích từ song song "  Đường ĐCMC kích từ nối tiếp "  Đường 2, ĐCMC kích từ hỗn hợp Đặc tính n(Iư)và M(Iư) loại ĐCMC V Máy phát ĐCĐMC 5.5.5 Đặc tính làm việc động điện chiều Quan hệ M = f(Iư) Từ quan hệ M = CMΦIư ta thấy: !  Ở ĐCMC kích từ song song Φ=Const nên quan hệ M = f(Iư) đường thẳng (đường 1) !  Ở ĐCMC kích từ nối tiếp Φ ≡ Iư, M ≡ Iư2 nên quan hệ M = f(Iư) đường parapol (đường 4) !  Ở ĐCMC kích từ hỗn hợp, có dây quần kích từ nối tiếp song song nên quan hệ M = f(Iư) nằm trung gian (đường 2, 3) Đặc tính n(Iư)và M(Iư) loại ĐCMC V Máy phát ĐCĐMC 5.5.5 Đặc tính làm việc động điện chiều !  Đặc tính η = f(Iư) U = Uđm có dạng hình vẽ, ĐCMC thường thiết kế cho mang tải 0,75 định mức (Iư = 0,75Iưđm) hiệu suất cực đại !  Hiệu suất ĐCMC loại nhỏ thường vào khoảng η = 0,75 ÷ 0,85, hiệu suất ĐCMC trung bình lớn thường vào khoảng η = 0,85 ÷ 0,95 Đặc tính n(Iư)và M(Iư) loại ĐCMC V Máy phát ĐCĐMC 5.5.6 Ưu nhược điểm ĐCMC !  ĐCMC sử dụng sớm, ưu điểm bất là: !  "  Điều chỉnh tốc độ dễ dàng, tốc độ thay đổi liên tục phạm vi rộng "  Mô men mở lớn, khả tải tốt "  Thích hợp hệ thống tự động ĐCMC có nhược điểm sau: "  "  "  !  Dùng nguồn chiều không thông dụng Giá thành đắt Có chổi than vành đổi chiều dễ gây tia lửa, dễ hỏng, gây nhiễu It should be noted that: Cũng nhược điểm mà người ta tìm cách nâng cao tính ĐCKĐB để hy vọng nhanh chóng thay ĐCĐMC, ưu điểm bật điều chỉnh tốc độ, mở máy khẳ tải, tác giả I.L Kapulov viết “ngày lâu”