Bài giảng Máy điện Một chiều

Bài giảng Máy điện Một chiều TS Nguyễn Quang Nam 2011 – 2012, HK2 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Phần 1 Máy điện chiều – Tổng quan Máy điện DC máy điện có dòng điện phần ứng luôn đổi chiều thích hợp đổi chiều khí, từ trường phần ứng phần cảm có trục cố định Kích từ Rôto Phân bố từ thông dây quấn kích từ tạo đối xứng quanh trục cực từ, trục gọi trục kích từ hay trục N S dọc Các chổi than nằm ví trị thuận lợi cho đổi chiều, trục ngang Độ lớn mômen T= π p Φ d Fa1 Phần ứng Chổi Stato có cực từ Kích từ Phần Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Hình chụp cấu tạo máy DC Vòng đệm Cực từ Cách điện Đầu nối Quạt Chổi Dây quấn rôto Ổ đỡ Phiến đồng Cổ góp Phần Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Phần Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Dây quấn xếp đơn Phần Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Dây quấn sóng đơn Phần Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Tính Fa1 theo dòng phần ứng ia, độ lớn mômen T= π p 2Φ d Z pZ i = Φ d ia = K a Φ d ia a π pa πa (N.m) Khi dùng dây quấn phân bố, cuộn dây tạo điện áp hình sin đổi chiều vùng trung tính Tại chổi, điện áp phát tổng vectơ điện áp cuộn dây nối tiếp nhánh song song Với số phiến góp đủ lớn, điện áp trung bình cuộn dây ecoil = pN c π Điện áp chổi ea = Φ d ωm C pN c C pZ ecoil = Φ d ωm = Φ ω = K a Φ d ωm πa πa d m a (V) Phần Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Kiểm tra lại công suất trung bình ea ia = pZ Φ d ω m i a = Tω m πa (W) Nghĩa công suất điện tức thời tính theo điện áp tốc độ công suất tức thời tính theo mômen điện từ Chiều dòng công suất xác định từ chế độ làm việc máy: động hay máy phát Từ thông khe hở dọc trục stđ (mmf) tổng ea0 Đặc tính khe hở dây quấn kích từ tạo Đặc tính từ thông-mmf gọi đường cong từ hóa Tuy nhiên, dạng thuận tiện sức điện động-mmf tốc độ không đổi Sức điện động tốc độ ea = ωm ea ω m0 Tốc độ = ωm0 ΣNfif Phần Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Ưu điểm máy DC đặc tính vận hành thay đổi rộng nhờ việc chọn phương Độc lập pháp kích từ thích hợp Dây quấn kích từ Nối tiếp cấp nguồn ngoài, hay máy tự cấp nguồn (tự kích) Các sơ đồ nối dây thể Song song hình bên Hỗn hợp Máy kích từ độc lập có dòng kích từ chiếm phần nhỏ so với dòng định mức (1 – 3%) Do đó, máy coi khuếch đại công suất lớn Trong hệ thống điều khiển có hồi tiếp cần điều chỉnh điện áp phần ứng phạm vi rộng, máy phát kích từ độc lập sử dụng Dây quấn kích từ máy phát tự kích nối theo cách: nối tiếp, song song, hỗn hợp Cần có từ dư để máy khởi động trình tự kích Phần Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Đặc tính V-A xác lập thể Điện áp (% so với định mức) hình bên, với tốc độ Song song động sơ cấp số Độc lập Quan hệ sức điện động xác lập Ea điện áp đầu cực Ut Hỗn hợp sau U t = E a − I a Ra (V) Nối tiếp Ia dòng phần ứng, Ra điện trở mạch phần ứng Dòng điện tải (% so với định mức) Trong máy phát, Ea > Ut mômen điện từ mômen cản ngược chiều quay Phần 10 Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Điện áp máy phát kích từ song song giảm theo tải, không theo cách thức thích hợp cho nhiều mục đích Từ thông khe hở điện áp máy phát kích từ nối tiếp thay đổi rộng theo tải, không sử dụng rộng rãi Các máy phát kích từ hỗn hợp thường nối theo kiểu hỗn hợp cộng để tạo điện áp gần không đổi hay tăng tải tăng Dây quấn kích từ song song thường gồm nhiều vòng dây nhỏ, dây quấn kích từ nối tiếp thường có vòng dây lớn Điện áp máy kích từ song song lẫn hỗn hợp điều chỉnh giới hạn hợp lý biến trở dây quấn kích từ song song Phần 11 Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Mọi phương pháp kích từ dùng cho máy phát áp dụng cho động Giữa sức điện động điện áp đầu cực có quan hệ U t = E a + I a Ra (V) Trong động kích từ song song độc lập, từ thông kích từ gần số Do tốc độ giảm tăng tải Thực tế, động kích từ song song có độ sụt tốc khoảng 5% từ không tải đến đầy tải Mômen khởi động cực đại bị giới hạn khả đổi chiều thành công dòng phần ứng Một thuận lợi quan trọng động kích từ song song dễ dàng điều khiển tốc độ Dòng kích từ từ thông thay đổi dải rộng nhờ biến trở mạch kích từ, dẫn đến tốc độ thay đổi tương ứng, để trì sức điện động xấp xỉ điện áp đặt vào động Phần 12 Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Động kích từ nối tiếp có đặc tính dốc xuống đáng kể Với ứng dụng đòi hỏi khả tải mômen lớn, đặc tính đặc biệt thuận lợi công suất tương ứng giữ giá trị hợp lý độ sụt tốc khác Động kích từ hỗn hợp khắc phục khuyết điểm tốc độ non tải cao mà giữ ưu điểm động kích từ nối tiếp Sức từ động phần ứng có ảnh hưởng định đến phân bố không gian từ thông khe hở biên độ từ thông tổng cực Điều ảnh hưởng đến giới hạn đổi chiều, điện áp phát mômen đơn vị dòng phần ứng Phần 13 Sức từ động phản ứng phần ứng Tính toán theo hình 7.17, sóng stđ phần ứng xấp xỉ tam giác Với máy có chổi nằm vị trí trung tính, sóng sức từ động phân bố từ cảm khe hở thể hình 7.18 Trục sức từ động phần ứng nằm lệch 90° so với trục từ trường chính, tạo từ thông đổi chiều mặt cực => phản ứng phần ứng ngang trục Điều làm giảm từ thông tổng nửa mặt cực, tăng từ thông tổng nửa mặt cực lại (hình 7.20) Phần 14 Sức từ động phản ứng phần ứng (tt) Phần 15 Sức từ động phản ứng phần ứng (tt) Phần 16 Sức từ động phản ứng phần ứng (tt) Khi dây quấn phần ứng kích từ kích thích, phân bố từ cảm khe hở xếp chồng từ cảm thành phần Do bão hòa từ, từ cảm tổng tổng đại số từ cảm thành phần, mà có giá trị nhỏ Hiện tượng gọi hiệu ứng khử từ phản ứng phần ứng ngang trục Phản ứng phần ứng ngang trục hạn chế khả đổi chiều làm giảm khả tải ngắn hạn máy DC Động với kích từ thay đổi chịu ảnh hưởng mạnh Có thể thiết kế máy để giới hạn ảnh hưởng phản ứng phần ứng ngang trục, sử dụng biện pháp: tăng mức bão hòa phần ứng mặt cực, tạo khe hở không mặt cực, hay dùng dây quấn bù Phần 17 .. .Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Hình chụp cấu tạo máy DC Vòng đệm Cực từ Cách điện Đầu nối Quạt Chổi Dây quấn rôto Ổ đỡ Phiến đồng Cổ góp Phần Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Phần Máy điện chiều. .. phần ứng, Ra điện trở mạch phần ứng Dòng điện tải (% so với định mức) Trong máy phát, Ea > Ut mômen điện từ mômen cản ngược chiều quay Phần 10 Máy điện chiều – Tổng quan (tt) Điện áp máy phát kích... tạo điện áp hình sin đổi chiều vùng trung tính Tại chổi, điện áp phát tổng vectơ điện áp cuộn dây nối tiếp nhánh song song Với số phiến góp đủ lớn, điện áp trung bình cuộn dây ecoil = pN c π Điện