TỔNG QUAN về điện một CHIỀU

TỔNG QUAN về điện một CHIỀU 1, Cấu tạo của động cơ điện một chiều: 2, Phân loại, ưu điểm, nhược điểm của độngĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN cơ điện một chiều: MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP: Các phương pháp điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

[Type the document title] I- TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1, Cấu tạo động điện chiều: - Cấu tạo bao gồm hai phần chính: + Phần tĩnh (stato) phần quay (rôto) a) Phần tĩnh (stato) - Đây phần đứng yên động bao gồm phận sau: + Cực từ + Cực từ phụ + Gông từ + Các phận khác: nắp động cơ, cấu chổi than… b) Phần quay (rôto) - Đây phận quay động bao gồm : + Lõi sắt phản ứng + Dây quấn phần ứng + Cổ góp + Và phận khác: cánh quạnh, trục động cơ… c) Chức phận - Cực từ chính: phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ ngồi lõi sắt cực từ Lõi sắt làm thép kỹ thuật hay thép cacbon dày 0.5mm đến 1mm ép lại tán chặt Cực từ gắn chặt vào vỏ máy Dây kích từ dây đồng bọc cách điện sơn cách điện trước đặt lên cực từ Các cuộn dây kích từ đặt cực từ nối tiếp với - Cực từ phụ: cực từ phụ đặt cực từ dùng để cải thiện đổi chiều, lõi thép cực từ phụ làm tép khối thân cực từ phụ có đặt dây mà cấu tạo giống dây cực từ Cực từ phụ gắn vào vỏ máy nhờ bulông - Gông từ: dùng để làm mạch từ nối tiếp cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động điện nhỏ thường dùng thép dày hàn lại Trong động điện lớn dùng thép đúc dùng gang làm vỏ máy hoạt động động điện nhỏ - Nắp động cơ: nhằm bảo vệ động - Dây quán phấn ứng: phần sinh suất điện động dòng điện chạy qua Dây quấn thường làm dây đồng có bọc cách điện - Cổ góp: (Cịn gọi vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành chiều Cổ mica 0.4mm đến 12mm hợp thành trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay Lõi sắt phản ứng: Dùng để dẫn từ Thường dùng thép kỹ thuật điện( thép hợp kim silic dày 0.5mm phủ cách điện mỏng hai mặt ép chặt lại để giảm hao tổn dịng điện xốy gây nên Trên thép có dập hình rãnh để sau ép lại đặt dây quấn vào.Trong động điện cỡ lớn lõi sắt chia thành đoạn nhỏ, loại trung bình người ta cịn đập lỗ thơng gió để ép lại, loại nhỏ ép trực tiếp vào trục [Type the document title] ốp chữ V ép chặt lại Giữa vành góp có cao để hàn đầu dây phần từ dây quấn vào phiến góp dễ dàng - Cánh quạt: dùng quạt gió giúp tản nhiệt cho động Trục động cơ: thường làm thép cacbon loại tốt, gắn sắt phản ứng, cổ góp, cánh quạt ổ bi 2, Phân loại, ưu điểm, nhược điểm động điện chiều: a) Phân loại: - Phân loại theo cách kích thích từ động gồm loại: + Động điện chiều kích từ độc lập: phần ứng phấn kích từ cung cấp từ hai nguồn riêng rẽ + Động điện chiều kích từ song song: Cuộn dây kích từ mắc song song với phần ứng Rt II I It U Nguồn DC R Rt Rmư It Iư n UE B+P  n Eư Tải B+P Hình2.1: Sơ đồ mạch điện tương đương động kích từ song song + Động điện chiều kích từ nối tiếp: cuộn dây kích từ mắt nối tiếp với phần ứng R I Rmư I I U Nguồn DC KTn U Iư n E M KTn Eư B+P n Tải M B+P Hình2.2: sơ đồ mạch điện tương đương động kích từ nối tiếp + Động điện chiều kích từ hỗn hợp: gồm có hai cuộn dây kích từ, cuộn mắc song song với phần ứng cuộn mắt nối tiếp với phần ứng [Type the document title] R I RRmư mư It I R dc Nguồn DC Itn Rđc U IưIư n KTs KTn E M n Eư Tải B+P Hình : sơ đồ mạch điện tương đương động kích từ hỗn hợp b) Ưu điểm nhược điểm: - Ưu điểm: + Do tính ưu việt hệ thống điện xoay chiều để sản xuất, để truyền tải… máy phát động điẹn xoay chiều có cấu tạo đơn giản công suất lớn, dễ vận hành… + Có thể dùng làm động điện hay máy phát điện điều kiện làm việc khác Song ưu điểm lớn động điện chiều điều chỉnh tốc độ khả tải… - Nhược điểm: + Là có hệ thống cổ góp- chổi than nên vận hành tin cậy khơng an tồn mơi trường sung chấn, dễ cháy nổ 3, Nguyên lí làm việc động điện chiều: - Khi cho điện áp chiều vào, dây quấn phần ứng có điện, dẫn có dịng điện nằm từ trường chịu áp lực tác dụng làm rôto quay, chiều lực xác định quy tắc bàn tay trái - Khi phần ứng quay nửa vịng, vị trí dẫn đổi chỗ cho Do có phiếu góp chiều dịng điện giữ ngun làm cho chiều lực tác dụng không thay đổi quay, dẫn cắt từ trường cảm ứng với suất điện động E chiều suất điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải, động điện chiều E ngược chiều dòng điện Iư nên Eư gọi sức phản điện động Khi ta có phương trình: U= Eư + Rư Iư IIĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP: 1, Khi nguồn điện chiều có cơng suất vơ lớn điện áp khơng đổi mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc động gọi động kích từ song song - Khi nguồn điện chiều có cơng suất khơng đủ lớn mạch điện phần ứng mạch kích từ mắc vào hai nguồn chiều độc lập với ( H.1), lúc động gọi động kích từ độc lập [Type the document title] R E F E I RKT I KT U KT Hình1: sơ đồ dây nối động kích từ độc lập 2, Phương trình đặc tính cơ: - Phương trình cân điện áp mạch phần ứng: Uư = Eư + (Rư+Rf)Iư (1) Trong đó: Uư : điện áp phần ứng Eư : sức điện động phần ứng Rư: điện trở mạch phần ứng Rf : điện trở phụ mạch phần ứng Iư : dòng điện mạch phần ứng Với: Rư = rư + rcf + rb + rct rư : điện trở cuộn dây phần ứng rcf : điện trở cuộn cực từ phụ rb : điện trở cuộn bù rct : điện trở tiếp xúc chổi điện - Sức điện động Eư phần ứng động xác định theo biểu thức: PN   K Eư = 2 a PN K = 2 a : hệ số cấu tạo Trong : (2) P : số đơi cực từ N : số dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a : số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng  : từ thơng kích từ cực từ, Wb  : tốc độ góc, rad/s + Nếu biểu diễn sức điện động theo tốc độ quay n thì: Eư = K e n (3) 2 n n   60 9.55 [Type the document title] PN n Vì : Eư = 60 PN Ke  60a : hệ số sức điện động động K Ke   0.105K 9.55 - Từ (1) (2) ta có :  =Iư (4) Biểu thức (4) phương trình đặc tính động điện Mặt khác mômen điện từ M đt động xác định : Mđt = K Iư  Iư = Thay giá trị Iư vào (4) ta được:  = (5) (6) - Nếu bỏ qua tổn thất tổn thất thép momen trục động mơmen điện từ ta kí hiệu M, nghĩa Mđt = Mcơ=M -  =M (7) Đây phương trình đặc động điện chiều kích từ độc lập Giả thiết phần ứng bù đủ, từ thơng  = const phương trình đặc tính điện phương trình đặc tính (7) tuyến tính Đồ thị chúng biểu diễn (H.2), (H.3) đường thẳng Hình2: Đặc tính điện - Hình3: Đặc tính Theo đồ thị Iư=0 m=0 ta nói:  == o (8) [Type the document title] o : tốc độ không tải lý tưởng động cịn  =0, ta có: Iư = =Inm (9) Và M = K Inm = Mnm (10) Inm,Mnm: dịng điện ngắn mạch mơmen ngắn mạch - Mặt khác phương trình đặc tính (4) &(7) viết dạng:  == o -   == o -  (11) (12) + Trong đó: R= Rư + Rf o =  = Iư= +  : độ sụt tốc độ ứng với giá trị m - Ta biểu diễn đặc tính điện đặc tính hệ đơn vị tương đối, với điều kiện từ thông định mức (  =  đm) + Trong : * = M*= ; ; I* = R* = Rcb = :điện trở - Từ (4) (7) ta viết đặc tính điện đặc tính đợn vị tương đối:  * = 1- R* I * (13)  * = 1- R* M * III- Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập: 1, Phương pháp điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích từ độc lập cách thay đổi từ thơng kích từ động - Giả thiết điện áp phần ứng: Uư =Uđm = const - Từ phương trình đặc tính tổng qt:  =  = o -  suy ra: [Type the document title] - Trong trường hợp tốc độ không tải: - Độ cứng đặc tính cơ: -  Ta thấy thay đổi  thi V thay đổi ta đường đặc tính ox = = điều chỉnh dốc dần (độ cưng  giảm) cao đặc tính tự nhiên  nhỏ, với tải tốc độ cao giảm từ thông  (H 3.1) I KT c KT R KTF 2 1 E Hình 3.1 a dm Hình 3.1 b a, sơ đồ điều chỉnh tốc độ cách thay đổi  b, Đặc tính điều chỉnh tốc độ cách thay đổi  -       Như vậy: ứng với dm > > > … dm > > > …nhưng giảm  nhỏ ta làm cho tốc độ động lớn giới hạn cho phép, làm cho điều kiện mạch bị xấu dòng phần ứng tăng cao, để đảm bảo chuyển mạch bình thường cần phải giảm dịng phần ứng làm cho momen cho phép trục động giảm nhanh , dẫn đến động bị tải 2, Phương pháp điều chỉnh tốc độ thay đổi điện áp phần ứng động -  Giả thiết từ thông  = dm =const, ta thay đổi điện áp phần ứng theo hướng giảm so với U dm Từ phương trình đặc tính tổng quát:  = �  = o - V Tốc độ khơng tải: Độ cứng đặc tính cơ: ox =  = = const [Type the document title] -  Ta thấy thay đổi Uư thay đổi cịn V = const ta đường đặc tính điều chỉnh song song với Nhưng muốn thay đổi Uư phải có nguồn chiều thay đổi áp ra, thường dung biến đổi (H 3.2) BBD Uưđm BBD Uư1< Uưđm Uư Iư I KT Ikt E Mc E KT Uư= M Uư1< Lkt Hình 3.2 a Hình 3.2 b - Hình 3.2: a, sơ đồ điều chỉnh tôc độ cách thay đổi U b, đặc tính điều chỉnh tốc độ cách thay đổi Uư - Các biến đổi là: -Uưđm + Bộ biến đổi máy điện: Dùng máy phát điện chiều (F) , máy khuếch đại (MĐKĐ) + Bộ biến đổi từ: khuếch đại từ (KĐT) pha, ba pha + Bộ biến đổi điện từ - bán dẫn: chỉnh lưu (CL), băm điện áp (BĐA), dùng transistor, Thyristor - IV- Ta thấy rằng, thay đổi điện áp phần ứng (giảm áp) momen ngắn mạch M nm dòng điện ngắn mạch Inm động giảm tốc độ giảm ứng với phụ tải định Do phương pháp sử dụng để điều chỉnh tốc độ động hạn chế dòng điện khởi động Các chỉnh lưu công suất sử dụng phần tử bán dẫn công suất 1, Phân loại chỉnh lưu - Chỉnh lưu pha không điều khiển + Chỉnh lưu nửa chu kỳ + Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ [Type the document title] - Chỉnh lưu pha có điều khiển + Chỉnh lưu nủa chu kỳ + Chỉnh lưu tồn kỳ có điều khiển - Chỉnh lưu ba pha + Chỉnh lưu ba pha hình tia khơng điều khiển + Chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển + Chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển + Chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển 2, Chỉnh lưu pha 2.1, Chỉnh lưu pha không điều khiển a, Chỉnh lưu nửa chu kỳ - Tải trở R: bán kỳ dương diode cho dòng qua tải, U = Ui Bán kỳ âm diode khóa khơng cho dịng qua tải U0 = Giá trị điện áp chỉnh lưu trung bình: U tb = 0.45Ui với Ui trị hiệu dụng điện áp vào Uo U imax U Uo Rt U0 Ui tb R U U0 iR Uimax Utb t t Hình4: sơ đồ chỉnh lưu bán kỳ dạng điện áp tải Tải (R+L): tải có tính cảm nên sinh sức điện động tự cảm e ngược với chiều biến thiên dòng điện: e = - Ltức có xu hướng chống lại tăng giảm dịng điện sinh 1 dịng i tăng từ từ (vì chống lại tăng dịng d   điện vào), cn cảm L tích lũy lượng Trong khoảng <  < dịng vào giảm dần, sức Trên hình ta thấy khoảng <  < điện động tự cảm e sinh dòng điện chiều với dịng vào (chống lại giảm dịng vào), dù Ui đổi chiều có dịng qua tải Trong thực tế mạch tải R+L [Type the document title] người ta dung diode Dr mắc song song với tải để dẫn dòng tự cảm hồn trả lượng, vừa để trì dịng điện tải nửa chu kỳ âm điện áp nguồn vừa bảo vệ diode Dòng điện i đạt giá tri cưc đại Uo 1 U0 D U0 Uo U imax Ui Uimax U0 Iz Iz R Dr 1 2  Hình 5: sơ đồ chỉnh lưu bán chu kỳ tải R+L dạng điện áp, dòng điện tải 2.2, Chỉnh lưu pha có điều khiển Chỉnh lưu dung SCR gọi chỉnh lưu có điều khiển SCR mở cho dịng chảy qua thỏa mãn hai điều kiện: UAK > IG> tự động khóa lại bán kỳ âm điện áp, cần phải có mạch kích SCR vào thơi điểm thích hợp a Chỉnh lưu nửa chu kỳ Trường hợp tải trở: UR UR A UAC Kích K Hình 6: mạch chỉnh lưu pha dung SCR điện áp tải trở R - Vào bán kỳ dương đoạn từ �  SCR phân cực thuận chưa dẫn chưa có xung kích vào cực G, đoạn từ �  SCR dẫn có xung kích vào cực G Vào bán kỳ âm 10 [Type the document title] SCR phân cực ngược nên SCR ngừng dẫn Như vậy, tùy thuộc vào góc mở  mà dạng sóng điện áp thay đổi Điện áp trung bình tải: Utb = 0.45 Uin Với  gọi góc mở tính từ thời điểm điện áp đổi chiều từ âm sang dương, tức lúc U = Trường hợp tải R+L: tải mang tính cảm nên đường cong dịng điện i d kéo dài khỏi  mà điện áp Ui chuyển sang nửa chu kỳ âm U0 U imax UU00 Umax U0 Iz Iz   1   Hinh 7: dạng điện áp dòng điện tải R+L chỉnh lưu bán kỳ SCR  tính từ gốc tọa độ đến điểm dịng điện iR giảm 0, gọi góc tắt dịng b, Chỉnh lưu tồn kỳ có điều khiển - Mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển Uo U max A T1 U0 R VG B T2 Hinh 8: mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển dạng sóng ngõ +Với Uin = UAB ta có điên áp trung bình ngõ ra: Utb = 0.45 Uin 11 [Type the document title] Ta kích theo thứ tự SCR một, kích đồng thời hai SCR lúc hai SCR bi phân cực ngược khơng bị ảnh hưởng xung kích - Mạch chỉnh lưu hình cầu có điều khiển T1 T2 Ui R T3 T4 Hinh 9: Mạch chỉnh lưu cầu dùng SCR Dạng điện áp giống trường hợp chỉnh lưu hình tia biên độ thấp Điện áp trung binh ngõ ra: Utb = 0.9 Uin Ngoài sơ đồ chỉnh lưu cầu trên, cịn có mạch chỉnh lưu gọi khơng đối xứng với việc thay SCR hai diode T1 D2 Ui T4 R D3 Hình 10: Mạch chỉnh lưu cầu khơng đối xứng Giá trị điện áp trung bình chinh lưu không dối xứng trường hợp đối xứng: Utb = 0.9 Uin Tuy nhiên mạch điều khiển đơn giản, dễ sử dụng giá thành 2.3, Chỉnh lưu ba pha a, Hoạt động: đồ thị, điểm 1 ,  , 3 ,  … mà đường điện áp pha cắt nhau, gọi điểm chuyển mạch tự nhiên 12 [Type the document title] - 1 <  <  : U lớn nhất, D dẫn, U = U a o a   Trong khoảng <  < : Ub lớn nhất, D2 dẫn, Uo = Ub   Trong khoảng <  < : U lớn nhất, D dẫn, U = U Trong khoảng c o c Điện áp chỉnh lưu thu đường bao phía đường điện áp Điện áp trung bình sau chỉnh lưu: Utb = 1,17UP, với UP điện áp pha U0 N a D1 b D2 c D3 U0 c b a U max R Hình 11: Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia dạng sóng ngõ b Chỉnh lưu hình tia có điều khiển - Điện áp rat rung bình Trường hợp  �300: Utb =1,17UP.cos  , với  góc tính từ điểm giao đường điện áp pha (phần dương) đến có xung điều khiển Khi  > 300: Utb = UP U0 N a T1 b T2 c T3 UPmax U0 a b c R Hình 12: Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển dạng sóng ngõ c, Chỉnh lưu cầu không điều khiển 13 [Type the document title] - Ta chia diode làm hai nhóm, nhóm catot chung bao gồm D 1, D3, D5 nhóm anot chung D2, D4, D6 U U Pmax a b c U3 U2 U1 V4 V1 V6 V3 V2 V5 R E 4 L Hình 13: Mạch chỉnh lưu ba pha hình cầu dạng sóng ngõ - Nguyên tắc hoạt động sơ đồ chỉnh lưu cầu : + 1 <  <  : điện áp pha a cao nhất, pha b thấp D va D mở (D , D ) 6 +  <  < 3 : điện áp pha a cao nhất, pha c thấp D va D mở (D , D ) 2 + 3 <  <  : điện áp pha b cao nhất, pha c thấp D va D mở (D , D ) 3 +  <  < 5 : điện áp pha b cao nhất, pha a thấp D va D mở (D , D ) 4 + 5 <  <  : điện áp pha c cao nhất, pha a thấp D va D mở (D , D ) 5 +  <  <  : điện áp pha c cao nhất, pha b thấp D va D mở (D , D ) 6 - Điện áp trung bình ngõ ra: Utb = 2.34UP d, Chỉnh lưu cầu có điều khiển 14 [Type the document title] U U3 U2 U1 V4 V1 V6 V3 V2 V5 R E L Hình 14: Mạch chỉnh lưu ba pha hình cầu có điều khiển dạng sóng ngõ - UdA phụ thuộc vào góc kích đóng nhóm anot (V 1,V3,V5) điện áp nguồn, không phụ thuộc trạng thái kích SCR nhóm catot Tương tự với U dk - Góc điều khiển SCR