Tóm tắt công thức máy điện 1 - Chương 3 Máy điện một chiều

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN Chương MÁY ĐIỆN QUAY: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Máy điện chiều 1.1 Suất điện động phần ứng máy phát chiều ❖ Sức điện động e tạo dẫn có bề dài từ trường B tạo bời phần cảm, ta có: di chuyển với vận tốc dài v e = B .v ❖ (1) Sức điện động toàn dây quấn phần ứng xác định theo quan hệ sau: Eu = N e 2a (2) Trong đó: N: Tổng số dẫn phần ứng 2a: Số mạch nhánh song song phần ứng ❖ Cuối Eư xác định theo n (vòng/phút) : E u = K E .n (3) Trong đó: Φ: Từ thơng kích từ qua cực từ p: Số đôi cực 1.2 Công suất momen điện từ máy điện chiều 1.2.1 Công suất điện từ Pdt = E u Iu (4) 1.2.2 Momen điện từ M dt = Pdt = K M Iu  r (5) Trong đó: Ωr tốc độ quay rotor, tính theo tốc độ quay n (vòng / phút) sau: r = KM = 2n 60 p.N 2a TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM (6) (7) Trang MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN Máy phát điện chiều 2.1 Máy phát chiều kích từ độc lập Hình 2.1 Sơ đồ tương đương máy phát chiều 2.1.1 Phương trình máy phát DC kích từ độc lập: E u = U t + Iu R u E u = K e.n Vkt = ( R kt + R f ) I kt (8) Iu = I t Trong đó: Eu: Sức điện động phần ứng Vkt: Điện áp kích từ để tạo dòng Ikt Ru: Điện trở phần ứng [Điện trở dây quấn phần ứng + Điện trở dây quấn cực phụ (nếu có) + Điện trở dây quấn cuộn bù (nếu có)] Rkt: Điện trở dây quấn mạch kích từ Rf: Biến trở kích từ để thay đổi Ikt 2.1.2 Đặc tuyến ngồi Hình 2.2 a) Đặc tuyến khơng tải E = f(Ikt) b) Đặc tuyến tải Ut = f(It) TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN Khi tải tăng, điện áp giảm để It = const; n = const Độ giảm điện áp máy phát điện chiều kích từ độc lập: U% = Eu − It  100 Ut (9) 2.1.3 Các tính chất máy phát kích từ độc lập ❖ Sụt áp từ không tải đến đầy tải nhỏ (≤ 10%) ❖ Với Ik, E tỉ lệ với N: E1 ( N1 ) N1 = E2 ( N2 ) N2 (10) Từ ta vẽ họ đặc tuyến không tải với nhiều giá trị n khác ❖ Với Ik, It Ut gần tỉ lệ với N: U t1 ( N1 ) E1 ( N1 ) − R u I u E (N ) N = = 1 = U t2 ( N ) E ( N ) − R u I u E ( N ) N (11) ❖ Ut điều chỉnh dễ dàng ổn định cách điều chỉnh Ik ❖ Với máy lớn, kích từ độc lập bất tiện cần thêm nguồn phụ Do đó, người ta dung kích từ song song 2.2 Máy phát chiều kích từ song song Hình 2.3 Sơ đồ tương đương máy phát chiều kích từ song song ❖ Phương trình mơ tả máy phát điện chiều kích từ song song: U t = E u − I u R u = I kt ( R f + R kt ) = I t R t E u = ( R kt + R u + R f ) I kt = K e.n (12) I u = I kt + I t TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN 2.3 Máy phát chiều kích từ nối tiếp Hình 2.4 Sơ đồ tương đương máy phát chiều kích từ nối tiếp ❖ Phương trình mơ tả máy phát điện chiều kích từ nối tiếp: U t = E u – Iu ( R u + R kt ) = I t R t E u = K e n Iu = Ikt = I t (13) 2.4 Máy phát chiều kích từ hỗn hợp 2.4.1 Máy phát chiều kích từ hỗn hợp dạng rẽ ngắn Hình 2.5 Sơ đồ tương đương máy phát chiều kích từ hỗn hợp dạng rẽ ngắn ❖ Phương trình mơ tả máy phát điện chiều kích từ hỗn hợp dạng rẽ ngắn: E u = Ut + Iu R u + I ktnt R ktnt E u = Iu R u + I kt / / ( R kt / / + R f ) I u = I kt / / + I t (14) E u = K e (  / /   nt ) n Iktnt = I t TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN 2.4.2 Máy phát chiều kích từ hỗn hợp dạng rẽ dài Hình 2.6 Sơ đồ tương đương máy phát chiều kích từ hỗn hợp dạng rẽ dài ❖ Phương trình mơ tả máy phát điện chiều kích từ hỗn hợp dạng rẽ dài: E u = U t + I u ( R u + R ktnt ) U t = I t R t = I kt / / ( R kt / / + R f ) E u = K e (  kt / /   ktnt ) n (15) I u = I kt / / + I t I u = Iktnt 2.5 Công suất, tổn hao hiệu suất máy phát chiều ❖ Xét máy phát hỗn hợp rẽ dài làm ví dụ Dịng cơng suất tương tự máy phát đồng Công suất P1 = M r máy phát nhận từ động sơ cấp chịu tổn hao sau: Tổn hao Pmq ma sát, quạt gió; phụ thuộc vận tốc n Tổn hao từ Pđt từ trễ dịng xốy mạch từ; phụ thuộc vận tốc n từ cảm cực đại Bm lõi thép Tổn hao đồng dây quấn phần ứng R u I 2u , cuộn kích từ nối tiếp R ktnt Iu2 mạch kích từ song song R kt / / Ikt // Tổng tổn hao là: ❖ Pth = Pmq + Pdt + Pu + Pktnt + Pkt / / = P1 − P2 (16) Hiệu suất máy phát: = P2 P2  100 =  100 P1 P2 + Pth TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM (17) Trang MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN Động điện chiều 3.1 Vận tốc động chiều U − R u Iu KE ❖ Vận tốc động chiều: n = ❖ Nếu máy làm việc với  không đổi dung vận tốc góc  = 2πn, ta có: E = K E n. = K E  (18)  = K 'E  2 (19) 3.2 Momen động chiều ❖ Công suất điện UIu động nhận từ nguồn bị phần I 2u R u (biến thành nhiệt), phần lại biến thành để kéo phần ứng: UI u − I 2u R u = EI u = M ❖ Hay K E n..I u = 2Mn Vậy: M= Với: KM = KE I u = K M I u = K 'E I u 2 KE p =  N 2 2 a (20) (21) Momen M chưa phải momen có ích Gọi Pmq tổn hao (ma sát + quạt gió); Pt tổn hao lõi thép (từ trễ + dịng xốy); P0 tổn hao không tải Momen tổn hao là: M0 = P0 P =  2n (22) Suy ra: Momen có ích: M2 = M − M0 (23) 3.3 Động chiều kích từ độc lập Hình 2.7 Sơ đồ tương đương động chiều kích từ độc lập TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN 3.3.1 Phương trình mơ tả động điện chiều kích từ độc lập U = E u + Iu R u E u = K en Vkt = ( R kt + R f ) I kt (24) 3.3.2 Phương trình lượng Hình 2.8 Giản đồ phân bố lượng động DC kích từ độc lập P1 = Pđiện = Pđiện cảm + Pđiện ứng Pđiện cảm = Pj cảm = VktIkt = ( R f + R kt ) Ikt Pđiện ứng = Pj ứng + Pđt = UI (25) Pj ứng = Ru I2u Pđt = EuIu Trong đó: P1: Cơng suất điện cung cấp cho động Pđiện ứng: Công suất điện cung cấp từ nguồn cho phần ứng Pđt: Công suất điện từ tiêu thụ phần ứng Pj ứng: Công suất tiêu thụ điện trở dây quấn phần ứng Rư Pj cảm: Công suất tiêu thụ điện trở dây quấn phần cảm Rkt Pmq: Tổn hao ma sát cơ, quạt thép ❖ Hiệu suất:  = P2 P1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN 3.3.3 Đặc tính tốc độ Hình 2.9 Đặc tính tốc độ động DC kích từ độc lập ❖ Đặc tính tốc độ xây dựng: n= U − Iu R u K E n=− (26) Ru U  Iu + K E K E ❖ Hay: ❖ Đặc tính tốc độ có dạng đường thẳng: (27) Khi n = 0: Iu = U Ru (28) Khi Iu = 0: n0 = U K E (29) 3.3.4 Đặc tính momen theo dòng phần ứng Momen điện từ xác định sau: M đt = 9,55 Pđt E I = 9,55 u u = 9,55.K E I u n n (30) 3.3.5 Đặc tính Đặc tính động quan hệ momen điện từ theo tốc độ n=− Ru 9,55K 2M  M đt + U KM (31) Trong đó: K M = K E  kt TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN 3.4 Động chiều kích từ song song Hình 2.10 Sơ đồ tương đương động chiều kích từ song song 3.4.1 Phương trình mơ tả động điện chiều kích từ song song U = E + I ưR U = (Rf + Rkt)Ikt Eư = KeΦn = K'e (32) I = Iư + Ikt 3.4.2 Phương trình lượng – hiệu suất Hình 2.11 Giản đồ phân bố lượng động DC P1 = Pđiện = UI Pjcảm = VktIkt = (R f + R kt )I 2kt (33) Pjứng = RưIư Pđt = EưIư TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN Trong đó: P1: Cơng suất điện cung cấp cho động Pj cảm: Công suất tiêu thụ điện trở dây quấn phần cảm Rkt (Tổn hao mạch kích thích) Pj ứng: Cơng suất tiêu thụ điện trở dây quấn phần ứng Rư (Tổn hao dây quấn phần ứng) Pđt: Công suất điện từ tiêu thụ phần ứng Pmq: Tổn hao ma sát cơ, quạt thép P2: Công suất động ❖ Hiệu suất:  = P2 P1 3.4.3 Đặc tuyến vận tốc Nếu momen M2 = momen tổn hao Mo = Iư = động quay với vận tốc khơng tải lí tưởng n1 = U (34) K 'E Trên thực tế, lúc không tải, động phải lấy dịng khơng tải I0 để bù vào tổn hao không tải P0, quay với vận tốc không tải n0 < n n0 = U − R u I0 (35) K 'E Khi động kéo tải định mức (đầy tải), lấy dịng Iđm quay với vận tốc định mức nđm n đm = U − R u Iđm (36) K 'E Phần trăm thay đổi vận tốc là: n % = n − n đm n −n 100 = đm 100 n đm n1 (37) n % = R u Iđm 100 U (38) 3.4.4 Đặc tuyến momen – vận tốc (đặc tuyến cơ) n= U K 'E − Ru Ru KE K 'E  M = n1 − '2 M TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM (39) Trang 10 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN 3.4.5 Công suất động Công suất điện P1 = UI nhận từ nguồn gồm hai phần: Pkt = UI kt tổn hao kích từ Pu = UI u vào phần ứng P1 = UI = U(I kt + I u ) = Pkt + Pu (40) Công suất Pư, sau trừ tổn hao đồng Pđư phần ứng, biến thành năng, gọi công suất điện từ Pđt = Pu − R u I 2u = UI u − R u I u = E u I u (41) Công suất điện từ, sau trừ tổn hao không tải P0 = Pt + Pmq , cịn lại cơng suất có ích P2 (công suất ra) P2 = Pđt − P0 = Pđt − Pmq − Pt = M n (42) 3.5 Động chiều kích từ nối tiếp Hình 2.12 Sơ đồ tương đương động chiều kích từ nối tiếp 3.5.1 Phương trình mơ tả động điện chiều kích từ nối tiếp U = Eư + Iư(Rư + Rktnt) Eư = KeΦn (43) Iư = Ikt = I 3.5.2 Phương trình lượng – hiệu suất P1 = Pđiện = UI Pjcảm = Rkt I 2kt (44) Pjứng = Rư I 2u Pđt = EưIư Trong đó: P1: Cơng suất điện cung cấp cho động TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 11 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN Pj cảm: Công suất tiêu thụ điện trở dây quấn phần cảm Rkt (Tổn hao mạch kích thích) Pj ứng: Cơng suất tiêu thụ điện trở dây quấn phần ứng Rư (Tổn hao dây quấn phần ứng) Pđt: Công suất điện từ tiêu thụ phần ứng Pmq: Tổn hao ma sát cơ, quạt thép P2: Công suất động Hình 2.13 Giản đồ phân bố lượng động DC ❖ Hiệu suất:  = P2 P1 3.5.3 Đặc tính tốc độ Hình 2.14 Đặc tính tốc độ động DC kích từ nối tiếp ❖ Đặc tính tốc độ động đồ thị mô tả quan hệ tốc độ quay n động với dòng điện Iư qua mạch phần ứng: TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 12 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN n= BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN U − ( R u + R kt ) I u K E  kt Iu Khi Iư nhỏ, mạch từ chưa bảo hoà,  = K  I u n = (45) R + Ru U − kt K E I u K EK (46) Nghĩa đặc tuyến có dạng hyperbol Khi Iư lớn,  tăng chậm Iư đặc tuyến hyperbol Khi tải giảm nhiều, Iư nhỏ,  nhỏ, động quay nhanh Đặc biệt, lúc động khơng tải, dịng Iư = I0 nhỏ khiến vận tốc lớn, nguy hiểm Vì phải vận hành động nối tiếp cho tình trạng mở máy khơng tải làm việc không tải không xảy ra, tránh để động bị non tải ❖ Dòng Inm gọi dòng điện ngắn mạch hay dòng điện khởi động trực tiếp động Inm = U R u + R kt (47) 3.5.4 Đặc tuyến momen theo dòng phần ứng Hình 2.15 Đặc tính momen động DC kích từ nối tiếp ❖ Momen điện từ xác định: M dt = 9,55 Pdt E I = 9,55 u u n n (48) Với: Mđt (N/m); Pđt (W); n (vòng / phút) Mdt = 9,55.K E K  Iu2 = K 'M Iu2 ❖ (49) Khi Iư lớn,  tăng chậm hơn: Đặc tuyến parabol TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 13 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN 3.5.5 Đặc tuyến momen – vận tốc (đặc tính cơ) ❖ Khi Iư nhỏ, tính Iư theo M từ xong thay vào ta có: n= R + R kt U − u KM A M (50) Trong đó: A = const; KM = KE.kt Đặc tính động mối quan hệ momen điện từ theo tốc độ ❖ Momen khởi động động xác định từ (50) cho giá trị n = hay thay dòng điện mở máy trực tiếp ta có kết sau: M mm   U = B  ; B = const  R u + R kt  (51) 3.5.6 Công suất động P1 = UI u = E u I u + R kt I u2 + R u I u2 = Pdt + Pkt + Pu Pdt = P2 + Pmq + Pt = P2 + P0 = M.n (52) P2 = Pdt − P0 = M n 3.6 Động chiều kích từ hỗn hợp 3.6.1 Động chiều kích từ hỗn hợp rẽ ngắn Hình 2.16 Sơ đồ tương đương động chiều kích từ hỗn hợp rẽ ngắn U = Eư + IưRư + IRktnt U = Ikt//Rkt// + IRktnt I = Ikt// + Iư = Iktnt (53) Vkt = Ikt// (R kt // + R f ) = U – IRktnt Eư = Ke ( ktnt   kt // ) n TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 14 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN 3.6.2 Động chiều kích từ hỗn hợp rẽ dài Hình 2.17 Sơ đồ tương đương động chiều kích từ hỗn hợp rẽ dài U = Eư + Iư(Rư + Rktnt) Vkt = U = Ikt// (R kt // + R f ) I = Ikt// + Iư (54) Iư = Iktnt Eư = Ke ( ktnt   kt // ) n 3.6.3 Công suất, tổn hao hiệu suất P1 = Pđiện = UI Pứng = RưIư Pktnt = RktntIktnt (55) Pkt// = Rkt//Ikt// Pđt = EưIư ΔP = Pứng + Pktnt + Pkt// + Pmq Trong đó: P1: Cơng suất điện cung cấp cho động Pứng: Tổn hao dây quấn phần ứng Pktnt: Tổn hao cuộn kích từ nối tiếp Pkt//: Tổn hao cuộn kích từ song song Pđt: Công suất điện từ tiêu thụ phần ứng Pmq: Tổn hao ma sát cơ, quạt thép P2: Công suất động ΔP: Tổng tổn hao (ΔP = P1 – P2) TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 15 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN Lưu ý: Tổn hao không tải : P0 = Pmq ❖ Hiệu suất :  = P2 P1 3.6.4 Đặc tính tốc độ Hình 2.18 Đặc tính tốc độ động DC hỗn hợp ❖ Dạng đặc tính tốc độ sau (U = const; Rf = const): n= U − ( R u + R ktnt ) I u K E (  ktnt +  kt / / ) (56) Trong đó: + Φkt// = const; Φktnt tăng theo Iư + Dấu “+” ứng với kích từ hỗn hợp cộng; dấu “-” ứng với kích từ hỗn hợp trừ 3.6.5 Đặc tính momen theo dịng phần ứng Hình 2.19 Đặc tính momen động DC hỗn hợp TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 16 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN ❖ BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN Momen điện từ xác định sau: M dt = 9,55 Pdt E I = 9,55 u u n n (57) Trong đó: Mđt = [Nm]; Pđt = [W]; n = [vòng / phút] ❖ Từ (57), ta viết lại sau: Mđt = 9,55.K E (  ktnt   kt / / ).Iu (58) 3.7 Công suất, tổn hao hiệu suất động chiều ❖ Gọi: P1 = UI công suất điện cung cấp cho động P2 = M2.n cơng suất có ích Ta có: P1 – P2 = Pth P2 P1 − Pth = P1 P2 ❖ Hiệu suất động cơ:  = ❖ Chú ý: Nếu máy dùng làm máy phát động cơng suất định mức máy phát lớn động (59) 3.8 Mở máy động chiều ❖ Dòng điện mở máy: I mm = U  I max R u + R mm U Suy ra: R mm  ❖ Momen định mức: Mñm = ❖ Hằng số K 'M : K 'M = ❖ Momen mở máy: Mmm = K 'MI2mm = I max (60) − Ru (61) Pñm nñm (62) Mñm (63) Iñm Mñm Iñm I2mm TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM (64) Trang 17 ...MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN Máy phát điện chiều 2 .1 Máy phát chiều kích từ độc lập Hình 2 .1 Sơ đồ tương đương máy phát chiều 2 .1. 1 Phương trình máy phát DC... P1 − P2 (16 ) Hiệu suất máy phát: = P2 P2  10 0 =  10 0 P1 P2 + Pth TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM (17 ) Trang MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN Động điện chiều 3 .1. .. Ru KE K 'E  M = n1 − '2 M TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM (39 ) Trang 10 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU – MÁY ĐIỆN BIÊN SOẠN: TRẦN LÊ MÂN 3. 4.5 Công suất động Công suất điện P1 = UI nhận từ nguồn