Tómtắt lý thuyếtMáyđiện - Phần 5: Máyđiện chiều PHẦN MÁYĐIỆN MỘT CHIỀU Chương I: Đại cương máyđiện chiều Cấu tạo máyđiện chiều *) Stator (phần tĩnh): Gồm cực từ chính, cực từ phụ, gơng từ, hệ thống chổi than +) Cực từ chính: Đây phận sinh từ trường máy, bao gồm: Lõi cực từ, dây quấn cực từ (dây quấn kích từ) +) Cực từ phụ: Dùng để cải thiện đổi chiều, lõi cực từ làm thép khối, dây quấn mắc nối tiếp với dây quấn phần ứng qua chổi than +) Gông từ (vỏ máy) phận khác: Nắp máy, cấu chổi than (hộp chổi than) *) Rotor (phần quay) +) Lõi thép phần ứng: ghép từ thép KTĐ +) Dây quấn phần ứng: Đây phận trực tiếp tham gia vào trình biến đổi lượng +) Cổ góp: Dùng để đảo chiều dòng điện, chỉnh lưu khí +) Các phận khác: Trục, quạt gió Các thơng số định mức Đối với MĐMC có thơng số định mức sau: Cơng suất định mức: Pđm (kW); Điện áp định mức: Uđm (V); Dòng điện định mức: Iđm (A); Tốc độ định mức: n đm (vòng/ph); Các thơng số khác: Kiểu máy, dòng điện kích thích Nguyên lý làm việc máyđiện chiều Cho dòng kích từ vào dây quấn cực từ chính, dòng điện sinh từ trường máy +) Chế độ máy phát điện: Dùng kéo rotor quay với tốc độ n, dây quấn phần ứng chuyển động (quét) ngang qua từ trường gây cảm ứng SĐĐ, thông qua hệ thống chổi than vành góp SĐĐ chỉnh lưu thành chiều cung cấp nguồn cho tải +) Chế độ động cơ: Đưa nguồn chiều vào hệ thống chổi than máy, cuộn dây phần ứng xuất dòng điện phần ứng Iư, dây quấn phần ứng mang dòng điện đặt từ trường nên chịu tác dụng lực điện từ, tạo nên mômen kéo rotor quay với tốc độ n Biên soạn: ThS Nguyễn Tiến Dũng Tómtắt lý thuyếtMáyđiện - Phần 5: Máyđiện chiều Chương II: Các quan hệ điện từ máyđiện chiều Sức điện động cảm ứng dây quấn Eư = N etb = pN n 2a 60a Hay E = Ce. .n (V) Trong đó: Ce = pN hệ số phụ thuộc kết cấu máy dây quấn 60a Mô men công suất điện từ M= I 2p pN l.N = .Iư = CM .Iư (Nm) .l 2a 2 2a Trong CM = pN hệ số phụ thuộc kết cấu máy; từ thông cực từ (Wb) 2a Nếu tính kg.m thì: M = CM .Iư (kg.m) 9.81 Công suất điện từ Công suất ứng với mômen điện từ (lấy vào với máy phát đưa với động cơ) gọi công suất điện từ: Pđt = M. với = 2n tốc độ góc phần ứng 60 2n P đt = pN .Iư = pN n..Iư = Eư.Iư 2a 60 60 a Cân lượng - tổn hao - hiệu suất a) Các dạng tổ hao máy +) Tổn hao (pcơ): Bao gồm tổn hao ổ bi, tổn hao ma sát chổi than với vành góp +) Tổn hao sắt (pFe): Tổn hao từ trễ, dòng xoáy lõi thép gây nên Tổn hao phụ thuộc vào vật liệu, chiều dày, trọng lượng lõi thép, từ cảm B tần số f Hai loại tổn hao tồn không tải nên gọi tổn hao không tải: P0 = p + p fe +) Tổn hao đồng (p cu) : Gồm phần: Tổn hao đồng mạch kích thích tổn hao đồng mạch phần ứng: - Tổn hao đồng mạch phần ứng: pcu.ư = Iư2Rư Với: Rư = rư + rf + rtx rư : điện trở dây quấn phần ứng rf : điện trở phụ rtx: điện trở tiếp xúc chổi than - Tổn hao đồng mạch kích thích: (Bao gồm tổn hao đồng dây quấn kích thích điện trở điều chỉnh mạch kích thích): pcu.kt = Ukt Ikt Biên soạn: ThS Nguyễn Tiến Dũng Tómtắt lý thuyếtMáyđiện - Phần 5: Máyđiện chiều +) Tổn hao phụ (p f): Tổn hao phụ thường khó tính Ta lấy p f = 1%Pđm Giản đồ lượng hiệu suất: *) Máy phát điện - Giản đồ lượng máy phát điện: pcơ pFe P1 pcu Pđt P2 - Công suất đưa vào P 1=M. - Công suất điện từ: P đt = P1 - (p + pFe) = P - P0= Eư Iư - Công suất đưa (điện) P2: P2 = Pđt - p cu = Eư Iư - Iư2Rư = U.Iư *) Động điện - Giản đồ lượng: pcu.ư+ pcu.kt P1 pFe pcơ Pđt P2 - Ta có cơng suất điện mà động nhận từ lưới: P1 = U.I = U.(Iư + Ikt ) Với: I = Iư + Ikt dòng nhận từ lưới vào U điện áp đầu cực máy - Công suất điện từ: Pđt = P1 - (pcu.ư + pcu.kt) Pđt = U.(Iư + Ikt) - (Iư2.rư + U.Ikt) = U.Iư - Iư2rư = EưIư - Công suất đưa đầu trục: P2 = M. = Pđt - (pcơ +p Fe) *) Hiệu suất: P p co p Fe p cu P2 p 1 P1 P1 P1 Biên soạn: ThS Nguyễn Tiến Dũng Tómtắt lý thuyếtMáyđiện - Phần 5: Máyđiện chiều Chương III: Từ trường máyđiện chiều Khái niệm chung Từ trường MĐ MC bao gồm: Từ trường cực từ Ft dòng điện kích thích itvà từ trường phần ứng Fư dòng điện phần ứng Iư tạo nên Khi khơng tải (I = 0), máy có từ trường Ft Nếu roto quay Ft quét qua dây quấn rotor cảm ứng nên SĐĐ khơng tải E0 Khi có tải (I 0) , máy ngồi Ft có Fư Tác dụng từ trường phần ứng Fư lên từ trường cực từ Ft gọi phản ứng phần ứng Khi mạch từ chưa bão hoà ta xét riêng Ft Fư xếp chồng để F Từ trường lúc không tải a) Sức từ động cần thiết để sinh từ thông máy Đối với máyđiện chiều, cực từ đối xứng 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 số h chiều cao, l chiều dài Trong đoạn cường độ từ trường tính: H = B với B = ; , S, từ thông, tiết diện, hệ số từ thẩm S đoạn Thực tế ta thường tìm B trước tra H theo đường đặc tính từ hoá vật liệu đoạn mạch từ b) Từ trường cực từ chính: Từ trường nhận trục cực làm trục đối xứng không thay đổi vị trí khơng gian Từ trường phần ứng a) Chiều từ trường phần ứng Trục đường sức từ từ trường phần ứng nhận trục chổi than làm trục đối xứng +) Nếu chổi than đăt trung tính hình học trục Fư trục Ft có phản ứng ngang trục +) Nếu chổi than dịch khỏi trung tính hình học ta phân tích sức từ động phần ứng Fư thành thành phần: - Thành phần thẳng góc với sức từ động cực từ gọi sức từ động ngang trục Fưq -Thành phần trục với sức từ động cực từ gọi sức từ động dọc trục: Fưd b) Phản ứng phần ứng Tác dụng từ trường phần ứng với từ trường cực từ gọi phản ứng phần ứng *) Khi chổi than đặt đường trung tính hình học: Biên soạn: ThS Nguyễn Tiến Dũng Tómtắt lý thuyếtMáyđiện - Phần 5: Máyđiện chiều Khi chổi than đặt trung tính hình học có phản ứng phần ứng ngang trục mà tác dụng làm méo từ trường khe hở Đối với máy phát mỏm cực từ (mỏm cực từ mà phần ứng ra) máy trợ từ, mỏm vào cực từ máy bị khử từ Đối với động ta có kết luận ngược lại Nếu mạch từ khơng bão hồ từ trường tổng khơng đổi tác dụng trợ từ khử từ Nếu mạch từ bão hồ tác dụng trợ từ tác dụng khử từ nên từ thông tổng đưới cực giảm Nghĩa phản ứng phần ứng ngang có tác dụng khử từ Từ cảm đường trung tính hình học khác Do đường bề mặt phần ứng mà từ cảm gọi đường trung tính vật lý Đường lệch khỏi trung tính hình học góc thuận theo chiều quay máy phát ngược chiều quay động *)Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học: Khi sức từ động phần ứng chia làm phần: Fưq Fưd + Thành phần ngang trục Fưq có tác dụng làm méo từ trường cực từ khử từ mạch từ bão hoà + 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 Nếu dịch chổi than theo chiều quay máy phát (ngược chiều quay động cơ) phản ứng phần ứng dọc trục có tác dụng khử từ ngược lại Như phản ứng phần ứng dọc trục ảnh hưởng đến trị số từ trường tổng mà không làm biến dạng Do yêu cầu đổi chiều cho phép quay chổi than theo chiều quay phần ứng trường hợp máy phát động ngược lại Từ trường cực từ phụ Tác dụng cực từ phụ sinh sức điện động triệt tiêu từ trường phần ứng ngang trục tạo từ trường ngược chiều với từ trường phần ứng khu vực đổi chiều Vì cực tính cực từ phụ phải cực tính với cực từ mà phần ứng chạy vào máy chế độ máy phát chế độ động ngược lại Để triệt tiêu từ trường phần ứng ngang trục từ trường cực từ phụ phải tỷ lệ với từ trường dòng tải Muốn dây quấn cực từ phụ phải nối tiếp với dây quấn phần ứng mạch từ khơng bão hồ Khi chổi điện đặt trung tính hình học cực từ phụ khơng ảnh hưởng đến cực từ phạm vi bước cực tác dụng khử từ trợ từ cực từ phụ bù trừ lẫn Từ trường dây quấn bù Biên soạn: ThS Nguyễn Tiến Dũng Tómtắt lý thuyếtMáyđiện - Phần 5: Máyđiện chiều Trong máy công suất lớn hay điều kiện làm việc có tải thay đổi đột ngột đặt dây quấn bù (vì chênh lệch điện áp phiến đổi chiều tương đối lớn) Tác dụng dây quấn bù sinh từ trường triệt tiêu phản ứng phần ứng làm cho từ trường khe hở không bị méo dạng Dây quấn bù đặt mặt cực cực từ Để bù tải dây quấn bù nối tiếp với dây quấn phần ứng cho sức từ động dây quấn ngược chiều Chương IV: Đổi chiều Khái niệm đổi chiều Đổi chiều toàn tượng xảy dòng điện phần tử dây quấn phần ứng, dịch từ vị trí bị chổi than nối ngắn mạch qua ranh giới Phương trình đổi chiều 2t e i + i = 1 rnm Tdc Tdc2 Với +) rnm = rtx t.(Tdc 1) +) e = e M + e L + eđc = e pk + e đc +) Nếu e =0 ta có đổi chiều đường thẳng +) Nếu e =0 ta có đổi chiều đường cong Các biện pháp cải thiện đổi chiều - Khắc phục tồn khí - Sử dụng cực từ phụ - Sử dụng dây quấn bù - Xê dịch chổi than trung tính vật lý Chương V: Máy phát điện chiều Phân loại a) Máy phát điện chiều kích từ độc lập: Nguồn tạo sức từ động N-S vĩnh cửu kích thích nguồn độc lập b) Máy phát chiều tự kích: Là máy phát điện có dòng kích thích lấy từ thân máy phát, tuỳ theo cách nối dây quấn kích thích ta có: + Máy phát chiều kích thích song song: I = Iư + Ikt + Máy phát chiều kích thích nối tiếp: I = Ikt = Iư + Máy phát chiều kích thích hỗn hợp: I = Iư + Iktss Các phương trình cân +) Phương trình cân mơmen: M=Mđt + M0 +) Phương trình cân điện áp: U=Eư - IưRư Các đặc tính máy phát chiều: + Đặc tính khơng tải: U0 = E = f(Ikt) + Đặc tính ngắn mạch: Biên soạn: ThS Nguyễn Tiến Dũng In = f(Ikt) I = 0, n = const U = 0, n = const Tómtắt lý thuyếtMáyđiện - Phần 5: Máyđiện chiều + Đặc tính ngoài: U = f(I) Ikt = const, n = const + Đặc tính phụ tải: U = f(Ikt) Iư = const, n = const + Đặc tính điều chỉnh: Ikt = f(Iư) U = const, n = const Điều kiện tự kích máy phát điện tự kích - Trong máy phải tồn từ thơng dư dư - Tư thơng dòng kích từ sinh phải chiều với từ thông dư - Khi n=n đm điện trở mạch kích từ phải nhỏ giá trị tới hạn (RtRth) Điều kiện ghép máy phát làm việc song song - Cùng cực tính: nối cực dương máy vào cực dương góp cực âm vào cực âm góp - Sức điện động máy phát phải điện áp U góp - Nếu máy làm việc song song máy phát kích thích hỗn hợp cần có điều kiện thứ 3: Nối dây cân điểm đẳng hai quận kích từ Chương VI: Động điện chiều Phân loại + Động điện chiều kích từ độc lập: Nguồn tạo sức từ động N-S vĩnh cửu kích thích nguồn độc lập + Động chiều kích thích song song: I = Iư + Ikt + Động chiều kích thích nối tiếp: I = Ikt = Iư + Động chiều kích thích hỗn hợp: I = Iư + Iktss Các phương trình cân +) Phương trình cân mơmen: M=Mđt - M0 +) Phương trình cân điện áp: U=Eư + IưRư Mở máy động điện chiều *) Điều kiện mở máy + Mô men mở máy phải có giá trị cao + Dòng điện mở máy phải hạn chế đến mức nhỏ + Thiết bị, sơ đồ mở máy không phức tạp, tốn + Tổn hao q trình mở máy khơng q lớn *) Cơ sở để đưa phương pháp mở máy Dựa vào yêu cầu mở máy, phương trình cân áp phương trình đặc tính – điện: Iu U u Eu U u Ce n Ru Rf Ru Rf *) Các phương pháp mở máy + Mở máy trực tiếp + Mở máy cách giảm nhỏ điện áp phần ứng + Mở máy cách đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng Biên soạn: ThS Nguyễn Tiến Dũng Tómtắt lý thuyếtMáyđiện - Phần 5: Máyđiện chiều Điều chỉnh tốc độ động điện chiều *) Phương trình đặc tính động điện + Động chiều kích từ độc lập song song: n + Động chiều kích từ nối tiếp: n U Ce *) Điều kiện làm việc ổn định động với tải *) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ( R R f ).M Uu u Ce Ce CM 2 M ( Ru R f ) Ce CM U CM Ce M K ( Ru R f ) Ce K dM dM c dn dn + Thay đổi (giảm) dòng kích từ + Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động + Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động Biên soạn: ThS Nguyễn Tiến Dũng