Giáo trình máy điện I

Treân loõi cöïc coù cuoän daây kích töø 3, trong ñoù coù doøng moät chieàu chaïy qua, caùc daây quaán kích töø ñöôïc quaán baèng daây ñoàng moãi cuoän ñeàu ñöôïc caùch ñieän kyõ thaønh m[r]

KHOA ĐIỆN

BỘ MƠN: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN -0 -

GVC-ThS.NGUYỄN TRỌNG THẮNG GVC-ThS.NGÔ QUANG HÀ

GIÁO TRÌNH

MÁY ĐIỆN I

LỜI NĨI ĐẦU

Giáo trình MÁY ĐIỆN I sách GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN gồm tập nhằm giúp sinh viên bậc đại học cao đẳng ngành Điện Công Nghiệp, Điện Tự Động trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM làm tài liệu học tập, dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Công nghệ Điện- Điện tử, Công nghệ Điện tử –Viễn thông ngành khác liên quan đến lĩnh vực điện –điện tử

Giáo trình máy điện trình bày lý thuyết về: cấu tạo; nguyên lý làm việc; quan hệ điện từ; đặc tính tượng vật lý xảy trong: Máy điện chiều; Máy biến áp; Máy điện không đồng Máy điện đồng Tồn giáo trình máy điện chia làm tập:

Taäp I gồm phần: Máy điện chiều Máy biến aùp

Tập II gồm phần: Những vấn đề lý luận chung máy điện xoay chiều (dạng máy điện quay); Máy điện không đồng bộ; Máy điện đồng

Để giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức mơn học, giáo trình trình bày nội dung cách ngắn gọn, Ở chương có ví dụ minh họa, câu hỏi tập để sinh viên hiểu sâu vấn đề học

MỤC LỤC

Trang

Mở đầu 01

Phần I: Máy điện chiều (MĐMC) Chương 1: Đại cương máy điện chiều 07

Chương 2: Mạch từ lúc không tải MĐMC 13

Chương 3: Dây quấn phần ứng MĐMC 22

Chương 4: Quan hệ điện từ MĐMC 40

Chương 5: Từ trường lúc có tải MĐMC 48

Chương 6: Đổi chiều 56

Chương 7: Máy phát điện chiều 68

Chương 8: Động điện chiều 83

Chương 9: Máy điện chiều đặc biệt công suất nhỏ 96

Phần II: Máy biến áp (MBA) Chương 1: Khái niệm chung MBA 107

Chương 2: Tổ nối dây mạch từ MBA 116

Chương 3: Quan hệ điện từ MBA 125

TÀI LIỆU THAM KHAÛO

1- Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Máy điện I,II NXB khoa học kỹ thuật - 1998

2- Nguyễn Trọng Thắng, Nguyễn Thế Kiệt, Công nghệ chế tạo tính tốn sửa chữa Máy điện , NXB Giáo dục, 1995

3- A.E Fitzerald, Charles kingsley Electrical Machines Mc Graw - Hill, 1990

4- Jimmie J Cathey Electric machines Analysis and Design Applying Matlab Mc Graw - Hill - 2001

5- E.V.Armensky, G.B.Falk, Fractional Horsepower Electrical machines, Mir Publishers, Moscow, 1985

6- Mohamed E El-Hawary, Principle of Electric Machines with Power Electronic Applications, Prentice-Hall, 1986

7- M.Kostenko, L.Piotrovsky, Electrical machines, vol.1,2, Mir Publishers Moscow, 1974

8- Stephen J Chapman, Electric machinery and Power System fundamental, Mc Graw Hill, 2002

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN -0 -

GVC-ThS.NGUYỄN TRỌNG THẮNG

GVC-ThS.NGÔ QUANG HÀ

GIÁO TRÌNH

MÁY ĐIỆN I

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình MÁY ĐIỆN I sách GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN gồm tập nhằm giúp sinh viên bậc đại học cao đẳng ngành Điện Công Nghiệp, Điện Tự Động trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM làm tài liệu học tập, dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Công nghệ Điện- Điện tử, Công nghệ Điện tử –Viễn thông ngành khác liên quan đến lĩnh vực điện –điện tử

Giáo trình máy điện trình bày lý thuyết về: cấu tạo; nguyên lý làm việc; quan hệ điện từ; đặc tính tượng vật lý xảy trong: Máy điện chiều; Máy biến áp; Máy điện không đồng Máy điện đồng

Tồn giáo trình máy điện chia làm tập:

- Tập I gồm phần : Máy điện chiều Máy biến áp

- Tập II gồm phần : Những vấn đề lý luận chung máy điện xoay chiều (dạng máy điện quay); Máy điện không đồng bộ; Máy điện đồng

1 Các loại máy điện vai trò chúng kinh tế quốc dân

Điện ngày sử dụng rộng rãi sản xuất đời sống nhân dân Việc điện khí hóa, tự động hóa cơng nghiệp, nơng nghiệp, giao thơng vận tải ngày địi hỏi thiết bị điện khác Trong loại máy điện chiếm vai trò chủ yếu để biến thành điện ngược lại để biến đổi dạng điện thành dạng điện khác (xoay chiều đến chiều)

Biến đổi thành điện nhờ máy phát điện có động sơ cấp kéo tuốc bin hơi, tuốc bin nước, động đốt

Biến đổi điện thành dùng truyền động điện người ta dùng loại động điện

Việc truyền tải phân phối điện xoay chiều từ trạm phát điện đến hộ tiêu thụ điện, việc biến đổi điện áp thực nhờ máy biến áp

Trong sản xuất thường dùng dòng điện xoay chiều chiều nên người ta chia loại máy điện thành hai loại máy điện xoay chiều máy điện chiều Có thể mơ tả sơ đồ tổng quát sau:

Ngoài yêu cầu khác ngành sản xuất, giao thông vận tải nên xuất loại máy điện đặc biệt máy điện xoay chiều có vành góp, máy khuếch đại điện từ, máy điện cực nhỏ

2 Đại cương máy điện: Nguyên lý làm việc máy điện dựa

sở định luật cảm ứng điện từ (e = -dφ / dt) Sự biến đổi lượng máy

điện thực thông qua từ trường Để tạo từ trường mạnh Máy điện

Máy điện tónh Máy điện quay

↓ ↓ ↓

Máy điện DC Máy điện AC

↓ ↓ ↓

Máy điện KĐB Máy điện ĐB

↓

↓ ↓ ↓

Máy phát điện DC Động

cơ điện

DC Máy

phát điện ĐB Động

cơ điện

ĐB Máy

biến áp

Máy phát điện KĐB Động

cơ điện KĐB

↓ ↓

↓ ↓

↓ ↓

tập trung người ta dùng vật liệu sắt từ để làm mạch từ Ở máy biến áp mạch từ lõi thép đứng yên, máy điện quay mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: Một quay đứng yên cách khe hở Theo tính chất thuận nghịch định luật cảm ứng điện từ máy điện làm việc chế độ máy phát điện chế độ động điện Nhưng đặc tính kỹ thuật người ta tính toán thiết kế để làm việc chế độ định Trong máy điện, lượng biến đổi với hiệu suất cao từ 93% đến 95% Khi làm việc tổn hao dịng Fucơ (Foucault) lõi thép tác dụng Joule dây quấn nên máy nóng, ta làm nguội máy nhiều cách

3 Phương pháp nghiên cứu máy điện

Như nói biến đổi lượng máy điện thực thông qua từ trường máy Như việc nghiên cứu máy điện xuất phát từ lý thuyết trường điện từ Song cấu trúc vật lý hình học phức tạp phận máy điện, việc xác định cường độ điện trường E cường độ từ trường H khe hở khơng khí từ hệ phương trình Maxwell gặp nhiều khó khăn Vì nghiên cứu máy điện người ta không dùng trực tiếp lý thuyết trường mà dùng lý thuyết mạch để nghiên cứu

4 Các đơn vị: Trong máy điện thường sử dụng hai loại hệ đơn vị

- Hệ đơn vị tuyệt đối đơn vị có thứ nguyên Hiện thường sử

dụng hai loại đơn vị tuyệt đối CGSµ0 và SI

Quan hệ đơn vị hệ MKSA, SI CGSµ0

Thời gian Tần số Chiều dài Tốc độ dài Gia tốc Khối lượng Từ thông Từ cảm

Điện dung Điện trở

Giây Hertz Mét

Mét giây

Mét giây2

Kilogramme Weber

Weber/mét2

(hệ MKSA) Tesla (hệ SI) Farad

Ohm Tên đại

lượng

Tên kí hiệu đơn vị hệ MKSA SI

Tên kí hiệu đơn vị

hệ CGSµ0

Đơn vị MKSA

đơn vị

hệ CGSµ0

Giây Hertz centimetre cent giây

cent.trên giây2

Gramme Maxwell Gauss

s Hz cm cm/s

cm/s2

g Mx G

1

102

102

102

103

108

104

s Hz m m/ s

m/s2

Kg Wb

Wb/m2

T F

ta dùng hệ đơn vị tương đối

Trong đó:

I: Dòng điện có đơn vị A U: Điện áp có đơn vị V P: Công suất có đơn vị W

Iđm, Uđm, Pđm : Là đại lượng định mức dịng điện, điện áp, cơng suất

5 Sơ lược vật liệu chế tạo máy điện.

Các vật liệu dùng chế tạo máy điện gồm có:

- Vật liệu tác dụng: Bao gồm vật liệu dẫn điện vật liệu dẫn từ dùng chủ yếu để chế tạo dây quấn lõi thép

- Vật liệu cách điện dùng để cách điện phận dẫn điện không dẫn điện phận dẫn điện với

- Vật liệu kết cấu dùng để chế tạo chi tiết máy phận chịu lực tác dụng giới trục, vỏ máy, khung máy, ổ bi bao gồm gang, sắt thép kim loại màu, hợp kim chúng Ta xét sơ lược đặc tính vật liệu dẫn từ, dẫn điện cách điện dùng chế tạo máy điện

a Vật liệu dẫn từ.

Người ta dùng thép kĩ thuật điện, thép thông thường thép đúc , thép rèn để chế tạo mạch từ

Các thép kĩ thuật điện (tôn silic) thường dùng có mã hiệu: ∋11, ∋12,

∋13, ∋21, ∋22, ∋32, ∋310

Trong - ∋ thép kĩ thuật (∋lektrotexnik)

- Số thứ hàm lượng silic chứa thép, số cao hàm lượng silic nhiều thép dẫn từ tốt, dòn dễ gẫy - Số thứ hai: Chỉ chất lượng thép mặt tổn hao, số cao tổn hao

- Số thứ ba: Số thép cán nguội (thép dẫn từ có hướng), thường sử dụng chế tạo máy biến áp

Ngồi cịn loại thép kỹ thuật điện mang mã hiệu 3404, 3405, , 3408 có chiều dày 0,3 mm, 0,35 mm

Để giảm tổn hao dịng điện xốy, tơn silic thường phủ lớp sơn cách điện mỏng sau ghép chặt lại với nhau, từ sinh hệ số ép chặt Kc: Là tỉ số chiều dài lõi thép thép với chiều dài

I* = I U* = P* = P

Pñm Uñm

thực lõi thép kể cách điện sau ghép

b Vật liệu dẫn điện

Dùng chủ yếu đồng (Cu) nhơm (Al) chúng có điện trở bé, chống ăn mòn tốt Tùy theo yêu cầu cách điện độ bền học người ta dùng hợp kim đồng nhơm Có chỗ cịn dùng thép để tăng sức bền học giảm kim loại màu vành trượt

c Vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện dùng máy điện phải đạt yêu cầu: - Cường độ cách điện cao

- Chịu nhiệt tốt, tản nhiệt dễ dàng - Chống ẩm tốt, bền học

Các chất cách điện dùng máy điện thể khơng khí, thể lỏng (dầu máy biến áp) thể rắn

Các chất cách điện thể rắn chia làm loại: - Các chất hữu thiên nhiên giấy, vải, lụa - Các chất vô mi ca amiăng, sợi thủy tinh - Các chất tổng hợp

- Các chất men, sơn cách điện, chất tẩm sấy từ vật liệu thiên nhiên tổng hợp

Tùy theo tính chịu nhiệt, vật liệu cách điện chia thành cấp sau: - Cấp Y: Nhiệt độ giới hạn cho phép 900 C, làm vật liệu sợi xen lu lơ hay lụa

gỗ, tông không tẩm hay không quét sơn

- Cấp A: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1050 C, làm vật liệu cách điện cấp Y có

tẩm sơn cách điện

- Cấp E: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1200 C, làm sợi pô ly me.

- Cấp B: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1300 C, làm sản phẩm mi ca, a mi

ăng, sợi thủy tinh

- Cấp F: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1550 C, làm vật liệu cấp B dùng kết hợp

với chất tẩm sấy tương ứng

- Cấp H: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1800 C, làm vật liệu mi ca không chất độn

độn vật liệu vô cơ, vải thủy tinh tẩm sơn

- Cấp C: Nhiệt độ giới hạn cho phép 1800 C, làm vật liệu gốm mi ca, gốm

thủy tinh, thạch anh dùng kết hợp với chất vơ

Cấp cách điện Y A E B F H C

t0 cao cho phép (0 C) 90 105 120 130 155 180 >180

Độ tăng nhiệt độ Δt tính: Δt = t1 - t2 Trong đó: t1: Nhiệt độ máy

t2: Nhiệt độ môi trường

Theo TCVN: Nhiệt độ mơi trường 400c cịn máy điện ta đo bình quân. Hiện thường dùng cấp cách điện A, E, B

Chú ý: Trên nhiệt độ cho phép 10% tuổi thọ máy giảm 1/2 nên không cho máy làm việc tải thời gian dài

6 Các định luật điện từ dùng máy điện a Định luật cảm ứng điện tưø:

α αα

αα Trường hợp từ thông biến thiên qua vòng dây

Năm 1833 nhà vật lý học người Nga Lenxơ phát qui luật chiều s.đ.đ cảm ứng Định luật cảm ứng điện từ phát biểu sau: Khi từ thông qua vòng dây biến thiên làm xuất s.đ.đ vòng dây, gọi s.đ.đ cảm ứng Sức điện động cảm ứng có chiều cho dịng điện sinh có tác dụng chống lại

Nếu cuộn dây có W vịng, sức điện động càm ứng cuộn dây là:

Trong từ thơng móc vịng cuộn dây

Φ tính Wb (vêbe), e tính (V)

βββββ Trường hợp dẫn chuyển động thẳng từ trường dt

d e=− Φ

dt d dt

wd

e=− Φ =− Ψ Φ

=

Ψ w

Khi dẫn chuyển động thẳng từ trường, dẫn cảm ứng s.đ.đ e có trị số

là e = B.l.v

e: S.đ.đ cảm ứng (V); B: Từ cảm (T); l: Chiều dài dẫn từ trường (m)

Chiều s.đ.đ xác định qui tắc bàn tay phải: Cho đường sức từ vào lòng bàn tay phải Ngón tay chỗi chiều chuyển động dây dẫn, chiều từ cổ tay tới ngón tay chiều s.đ.đ

B

v

E

Hình1.2 Qui tắc bàn tay phải Hình1.1 Qui ước chiều dương cho vịng dây có từ thơng xun qua

S

N

Φ

e N

S

b Định luật lực điện từ

Lực điện từ có ứng dụng rộng rãi kỹ thuật, sở để chế tạo máy điện khí cụ điện Trường hợp đơn giản lực từ trường tác dụng lên dây dẫn thẳng mang dịng điện Nếu dây dẫn thẳng có dịng điện vng góc với đường sức từ trường, dẫn chịu tác động lực điện từ là:

F = B.i.l (N) B: Từ cảm (T); i: Dòng điện chạy dẫn (A); l: Chiều dài dẫn (m)

F

B I

Hình1.3 Qui tắc bàn tay trái

Chiều lực điện từ xác định qui tắc bàn tay trái: Ngửa bàn tay trái cho đường sức từ (hoặc véc tơ từ cảm B) xuyên qua lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều dịng điện ngón tay chỗi chiều lực điện từ

c Các định luật mạch từ.

Các phần tử làm vật liệu sắt từ ghép với để từ thơng khép kín mạch gọi mạch từ Vì thép kỹ thuật điện có từ dẫn nhỏ nhiều so với vật liệu khác, nên từ thông tập trung chủ yếu mạch từ Phần từ thơng chạy ngồi mạch từ gọi từ thông tản Để tạo từ thông mạch cần có nguồn gây từ, thơng thường cuộn dây quấn mạch, gọi cuộn dây từ hố Khi cuộn dây có dịng điện I qua, tạo s.t.đ F = IW, W số vịng

của cuộn dây ∫ =∑ =∑ Η = ∑ Ι

= =

m j n

1

i i i

W L

PHẦN MỘT

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Chương

ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Trong sản xuất đại máy điện chiều ln ln chiếm vị trí quan trọng, có ưu điểm sau:

Đối với động điện chiều: Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, phẳng chúng dùng nhiều công nghiệp dệt, giấy , cán thép,

Máy phát điện chiều dùng làm nguồn điện chiều cho động điện chiều, làm nguồn kích từ cho máy phát điện đồng bộ, dùng công nghiệp mạ điện vv

Nhược điểm: Giá thành đắt sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp

§1.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Người ta định nghĩa máy điện chiều sau: Là thiết bị điện từ quay, làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi thành điện chiều (máy phát điện) ngược lại để biến đổi điện chiều thành trục (động điện)

Máy gồm khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây phiến góp quay quanh trục với vận tốc không đổi từ trường hai cực nam châm Các chổi than A B đặt cố định ln ln tì sát vào phiến góp Khi cho khung quay theo định luật cảm ứng điện từ dẫn cảm ứng nên sức điện động theo định luật Faraday ta có:

e = B.l.v (V) B: Từ cảm nơi dẫn quét qua (T)

l: Chiều dài dẫn nằm từ trường (m) v: Tốc độ dài dẫn (m/s)

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý máy điện chiều Hình 1.1 Sơ đồ khối chế độ làm

việc máy điện chiều Tải

Phiến goùp

Phần cảm Phần ứng Chổi than

M,n ⎞ ↓

ÑC

U- I -→

1 Máy phát điện

MF

U- I -M,n

⎞

Chiều sức điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải theo hình vẽ sức điện động dẫn cd nằm cực S có chiều từ d đến c, cịn ab nằm cực N có chiều từ b đến a Nếu mạch khép kín qua tải sức điện động khung dây sinh mạch ngồi dịng điện chạy từ A đến B Nếu từ cảm B phân bố hình sin e biến đổi hình sin dạng sóng sức điện động cảm ứng khung dây hình 1.3a Nhưng chổi than A luôn tiếp xúc với dẫn nằm cực N, chổi than B luôn tiếp xúc với dẫn nằm cực S nên dịng điện mạch ngồi chạy theo chiều từ A đến B Nói cách khác sức điện động xoay chiều cảm ứng dẫn dòng điện tương ứng chỉnh lưu thành sức điện động dòng điện chiều nhờ hệ thống vành góp chổi than, dạng sóng sức điện động chiều hai chổi than hình 1.3b Đó nguyên lý làm việc máy phát điện chiều

2 Động điện

Nếu ta cho dòng điện chiều vào chổi than A B dịng điện vào dẫn cực N dẫn nằm cực S, nên tác dụng từ trường sinh mơ men có chiều không đổi làm cho quay máy Chiều lực điện từ xác định theo qui tắc bàn tay trái Đó nguyên lý làm việc động điện chiều

Hình 1.4 Qui tắc bàn tay phải và qui tắc bàn tay trái

Trong đó:

B: Từ cảm

E: Sức điện động cảm ứng I: Dịng điện

F: Lực điện từ Hình 1.3 Các dạng sóng s.đ.đ

a Từ cảm hay s.đ.đ hình sin khung dây trước chỉnh lưu

b S.đ.đ dòng điện chỉnh lưu nhờ vành góp

§1.2 CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Kết cấu máy điện chiều phân làm hai thành phần phần tónh phần quay

1 Phần tónh hay stator

Đây phần đứng yên máy gồm phận sau:

a Cực từ chính

Là phận sinh từ trường gồm có lõi sắt cực từ dây quấn kích từ lồng lõi sắt cực từ.Lõi sắt cực từ 1làm thép kỹ thuật điện hay thép

→

→

B, e

bon dày 0,5 đến 1mm ghép lại đinh tán Lõi mặt cực từ kéo dài (lõm vào) để tăng thêm đường từ trường.Vành cung

cực từ thường 2/3 τ (τ: Bước cực, khoảng

cách hai cực từ liên tiếp nhau) Trên lõi cực có cuộn dây kích từ 3, có dịng chiều chạy qua, dây quấn kích từ quấn dây đồng cuộn cách điện kỹ thành khối, đặt cực từ mắc nối nối tiếp với Cuộn dây quấn vào khung dây 4, thường làm nhựa hoá học hay giấy bakêlit cách điện Các cực từ gắn chặt vào thân máy nhờ bu lông

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 cực từ phụ có đặt dây quấn, có cấu tạo giống dây quấn cực từ Để mạch từ cực từ phụ khơng bị bão hịa khe hở với rotor lớn khe hở cực từ với rotor

Hình 1.5 Cực từ chính 1) Lõi cực

2) Mặt cực

3) Dây quấn kích từ 4) Khung dây 5) Vỏ máy

6) Bu lông bắt chặt cực từ vào vỏ máy

Hình 1.6 Cực từ phụ 1) Lõi; 2) Cuộn dây

c Vỏ máy (Gông từ)

Làm nhiệm vụ kết cấu đồng thời dùng làm mạch từ nối liền cực từ Trong máy điện nhỏ vừa thường dùng thép để uốn hàn lại Máy có cơng suất lớn dùng thép đúc có từ (0,2 - 2)% chất than

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

- Cơ cấu chổi than: Để đưa điện từ phần quay ngược lại Hình 1.7 Cơ cấu chổi than

1) Hộp chổi than 2) Chổi than 3) Lò so ép

2 Phần quay hay rotor a Lõi sắt phần ứng:

Để dẫn từ thường dùng thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện cách điện hai mặt ép chặt lại để giảm tổn hao dịng điện xóay gây nên Trên thép có dập rãnh để đặt dây quấn Rãnh hình thang, hình lê hình chữ nhật Trong máy lớn lõi thép thường chia thành thếp cách khoảng hở để làm

Hình 1.8 Lá thép phần ứng 1) Trục máy

2) Lỗ thông gió dọc trục 3) Rãnh

4) Răng

4

1

3

nguội máy, khe hở gọi rãnh thơng gió ngang trục Ngồi người ta cịn dập rãnh thơng gió dọc trục

b Dây quấn phần ứng

Là phần sinh sức điện động có dịng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện trịn, máy điện vừa lớn dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn cách điện cẩn thận với rãnh lõi thép Để tránh cho quay bị văng sức ly tâm, miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt phải đai chặt phần đầu nối dây quấn Nêm dùng tre gỗ ba kê lít

c Cổ góp

Dây quấn phần ứng nối cổ góp Cổ góp thường làm nhiều phiến đồng mỏng cách điện với mi ca có chiều dày 0,4 đến 1,2 mm hợp thành hình trụ trịn Hai đầu trụ trịn dùng hai vành ép hình chữ V ép chặt lại, vành ép cổ góp có cách điện mi ca hình V Đi cổ góp cao để hàn đầu dây phần tử dây quấn vào phiến góp dễ dàng

Hình 1.9 Hình cắt dọc cổ góp kiểu trụ

1) Phiến góp 2) Vành ép hình V 3) Mi ca cách điện hình V 4) Ống cách điện

5) Đầu hàn dây

d Chổi than

Máy có cực có nhiêu chổi than Các chổi than dương nối chung với để có cực dương Tương tự chổi than âm

e Các phận khác

- Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy

§1.3 CÁC TRỊ SỐ ĐỊNH MỨC

Chế độ làm việc định mức máy điện chế độ làm việc điều kiện mà nhà chế tạo qui định Chế độ đặc trưng đại lượng ghi nhãn máy gọi đại lượng định mức

- Công suất định mức: Pđm (W hay KW) công suất đầu máy điện

- Điện áp định mức: Uđm (V hay KV):

Là điện áp hai đầu tải chế độ định mức (máy phát) Là điện áp đặt vào động chế độ định mức (động cơ)

- Dòng điện định mức Iđm (A):

Là dòng điện cung cấp cho tải chế độ định mức (máy phát) Là dòng điện cung cấp cho động chế độ định mức (động cơ)

- Tốc độ định mức: nđm (vòng / phút)

- Hiệu suất định mức: ηđm

Ngồi cịn ghi kiểu máy, cấp cách điện, phương pháp kích từ, dịng điện kích từ, chế độ làm việc vv

Câu hỏi

1 Hãy định nghóa máy điện chiều?

2 Trình bày ngun lý làm việc máy phát điện động điện chiều? Nêu cấu tạo máy điện chiều?

4 Nêu đại lượng định mức máy điện chiều ý nghĩa chúng?

Bài tập

1 Máy phát điện chiều có công suất định mức Pđm = 85KW; Uđm = 230 V;

nđm= 1470v/phút; ηđm = 0.895 Tính dịng điện Moment động sơ cấp

chế độ định mức

2 Máy phát điện chiều có Pđm = 95 Kw, Uđm =115V; nđm = 2820v/ph; ηñm =

0,792 Ở chế độ định mức, tính:

a Cơng suất động sơ cấp kéo máy phát P1

b Dòng điện cung cấp cho tải

Trong đó: δ: Chiều rộng khe hở khơng khí

hg: Chiều cao gông stator hrăng: Chiều cao phần ứng

hư: Chiều cao lưng phần ứng hc: Chiều cao cực từ

Lg: Chiều dài trung bình đường sức từ gơng từ

Lư: Chiều dài trung bình đường sức từ lưng phần ứng

Trên hình 2-1 vẽ sơ lược phần máy điện chiều cực vẽ hình từ thơng cực gây nên Từ thông từ cực N qua khe hở phần ứng trở cực S nằm kề bên Do máy hoàn toàn đối xứng, nên từ thông cực tạo nên bị chia đôi với đường trục cực thành hai phần tạo thành hai mạch vòng từ giống nhau, đặt đối xứng hai phía đường trục cực cho Số mạch vịng số cực máy, tính sức từ động cần xét mạch vòng Phần từ thơng vào phần ứng gọi từ thơng hay từ thơng khe hở Φ0 Từ thông cảm ứng nên s.đ.đ dây quấn phần ứng quay tác dụng với dòng điện dây quấn để sinh mômen

Một phần từ thông không qua phần ứng gọi từ thông tản Φσ Nó khơng cảm ứng nên sức điện động phần ứng tồn làm cho độ bão hồ từ cực từ gơng từ tăng

Nếu Φc tồn từ thơng cực từ gây nên thì:

σt hệ số tản từ cực từ σt = 1,15 - 1,28

Sức từ động F0 cần thiết để tạo từ thơng sức từ động

Φ Φ Φ Φ Φ

Φ Φ

c = + = + t

⎛ ⎝

⎜ ⎞

⎠ ⎟ =

0

0

0

σ σ σ (2-1)

Hình 2-1 Mạch từ máy điện chiều không tải Chương II

MẠCH TỪ CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU KHI KHƠNG TẢI. § 2.1 Đại cương

Chương nhằm trình bày phương pháp xác định sức từ động cần thiết cực từ F0 để tạo từ thơng Φ0 khe hở khơng khí stator rotor không tải

→ → →→ → →

r r

ư

hrăng

hg hC δ

→ →→→→ →→→→→

→→→→→

→ → → → →

→→→→→

→ → →

Theo định luật tồn dịng điện:

∫ ∑

=

= = = n

n

IW F HiLi Hdl

1

Trong đó:

Li: Chiều dài trung bình đường sức từ đoạn thứ i

Hi: Cường độ từ trường đoạn thứ i

W: Số vòng dây đơi cực từ

I: Cường độ dịng điện chạy qua dây quấn kích từ

Đường cong từ khép kín nối tiếp đoạn đường sức từ, đoạn qua phần mạch từ có độ từ thẩm khác nhau, máy điện chiều gồm đoạn: Khe hở khơng khí, phần ứng, phần ứng, cực từ gông từ Các đoạn

này ký hiệu tương ứng số: δ, răng, ư, c g

Ta có: F0 = 2Hδδ + 2Hrănghrăng + HưLư + 2Hchc + HgLg.

F0 = Fδ + Frăng + Fư +Fc +Fg. (2-3)

Do để tính sức từ động tổng đôi cực từ Fo ta phải tính sức từ động

trên phần mạch từ

Từ phương trình (2-3) ta thấy muốn tính S.t.đ đoạn đoạn cần phải tìm cường độ từ trường H tương ứng nhân với chiều dài mạch từ

Nếu biết từ thơng Φ kích thước hình học đoạn tính B từ

cảm đoạn mạch từ theo công thức Trong S tiết diện

các phần mạch từ

Trong khơng khí µo = 4π10-7 H/m Nhưng sắt từ µ = Cte nên ta khơng

trực tiếp tính H mà tìm H theo đường đặc tính từ hóa vật liệu B = f(H) biết B

Sau phân đoạn tính s.t.đ đoạn tìm s.t.đ tổng

dưới đôi cực từ F0

(2-2)

§ 2.2 Tính sức từ động khe hở Fδ

Khe hở trở lực từ thơng S.t.đ khe hở Fδthường chiếm

khơng 60% s.t.đ Fo Để tính Fδ ta tiến hành :

- Trước tiên ta giả sử bề mặt phần ứng phẳng khơng có rãnh răng, khe hở cực từ bé phân bố từ cảm cực từ có dạng hình 2-2 Hình dáng phụ thuộc vào bề rộng mặt cực từ chiều dài khe hở Ở từ cảm B lớn nhất, hai mép cực nhỏ nhiều khơng đường trung

tính hình học (TTHH) Để dễ tính Fδ đơn giản hóa đường phân bố từ cảm theo phương pháp đẳng trị, nghĩa coi đường phân từ cảm hình chữ nhật có chiều cao

max

B

Bδ = δ , chiều đáy b'=αδ.τ cho

diện tích hình chữ nhật diện tích đường cong Trong đó:

bước cực: khoảng cách cực từ

Dư :đường kính phần ứng ; p : số đôi cực từ

δ

α : hệ số tính tốn cung cực từ; b/ chiều dài

tính tốn cung cực từ Trong máy điện

một chiều khơng có cực từ phụ αδ= 0,7

-0,8 Các máy điện chiều có cực từ phụ

δ

α = 0,62 - 0,72.

Hình 2-2 Đường phân bố thực tế (1) đẳng trị (2) từ trường khe hở không khí trên tiết diện ngang phần ứng nhẵn

- Trên thực tế mặt cực từ cịn có rãnh, nên từ trường khe hở phân bố khơng đều, đường sức từ dày, cịn rãnh thưa thớt Kích thước rãnh có ảnh hưởng đến đường đường sức từ Vì

khi tính tốn Fδ cần phải dùng chiều dài khe hở tính tốn δ’: δ'=kδ.δ Trong đó:

kδ: hệ số khe hở, cho sổ tay thiết kế máy điện Đối với rãnh chữ

nhật ta dùng cơng thức:

k t

br

δ

δ δ

= +

+

1

10

10 (2-4)

t1 : bước theo chu vi phần ứng

br1 : chiều rộng đỉnh

- Đối với máy điện cơng suất lớn, theo chiều dài lõi sắt có rãnh thơng gió hướng kính nên từ cảm dọc trục phân bố không

Thay đường cong phân bố từ cảm thực tế

hình chữ nhật có chiều rộng Bδ = Bδmax chiều

dài lδ= 0,5(lC + l) Hình 2-3 Từ cảm khe hở khơng

khí phần ứng có rãnh

′ =

b α τδ

TTHH TTHH

TTHH

TTHH

br1

Ma

x

p

Dö

lδ lC

lư bg

Hình 2-4 Hình thật hình tính đổi của từ trường khe hở tiết diện dọc phần ứng

Trong :

lδ chiều dài tính tốn phần ứng

lC chiều dài cực từ theo hướng dọc trục

l = lư – ng.bg chiều dài thực lõi sắt

phần ứng khơng tính đến rãnh thơng gió

lư chiều dài thực lõi sắt

ng , bg : số rãnh chiều rộng rãnh thông gió

Như với từ thơng Φ0nào từ

cảm :

B

l

δ ο

δ δ α τ

= Φ

Và sức từ động khe hở khơng khí là:

Fδ B k

ο δ δ

µ δ

= (A/đơi cực) (2-5)

§ 2.3 Tính sức từ động răng

Rãnh phần ứng có nhiều kiểu Để đơn giản ta lấy kiểu rãnh hình chữ

nhật (răng hình thang).Từ thơng Φ0 sau qua khe hở khơng khí phân

làm mạch song song vào rãnh Do từ dẫn thép lớn khơng khí

nên đại phận Φ0 vào

Hình 2-5 Sức từ động răng

brăng x t1

brãnhx brăngtb

brăng2 t2

Từ thông khe hở bước (chỉ cần tính S.t.đ bước đủ tất dẫn từ thông song song với tất chúng nằm điều kiện từ trường giống nhau, chiều dài cung cực b’) bằng:

Β/raêng x

Φt = Bδ.t1.lδ

Lấy tiết diện đồng tâm với mặt phần ứng cách đỉnh khoảng x

để xét, từ thơng Φt qua tiết diện gồm phần:

- Φrăng x đi qua - Φrãnhx đi qua rãnh Ta có:

Φt =Φrăng x + Φrãnh x (2-7)

Chia hai vế (2-7) cho tiết diện mặt cắt răng, ta có: (2-8)

:Gọi từ cảm tính tốn Ý nghĩa coi tồn

từ thơng qua Khi B/

răng x > 1,8T mạch từ tương đối bão

hịa nên từ thơng rãnh khơng thể bỏ qua được, phải phân biệt B/

răng x Braêngx raêngx

raêngx raêngx

S =Β

Φ

: từ cảm thực tế Có thể viết:

(2-6)

-1

k l b l t = S S -S = S S = k c raêngx x x raêng x raêng tx răngx rãnhx

răngx δ (2-10)

Trong đó:

Stx: Tiết diện bước độ cao x

tx: Bước độ cao x

l: Chiều dài lõi thép ứng (không kể rãnh thông gió hướng kín)

kc: Hệ số ép chặt lõi thép (tỷ số chiều dài thép lõi thép với

chiều dài thực lõi thép)

Trong đó: Srãnhx: Tiết diện ngang rãnh

Brãnhx: từ cảm tiết diện rãnh cho

Hrãnhx: cường độ từ trường tiết diện rãnh cho krăngx: hệ số

răngx rãnhx rãnhx rãnhx răngx rãnhx S S S S Φ = Φ răngx rãnhx răngx

rãnhxk = H k

B

= µ (2-9)

Thường kc = 0,91 - 0,93 (khi thép có bơi sơn cách điện) Như công thức (2 - 8) trở thành:

B/

răngx = Brăngx + Brãnhx krăngx = Brăngx + μo.Hrãnhx.krăngx (2 - 11)

Giả thiết mặt hình trụ cắt ngang rãnh độ cao x khác mặt đẳng Trong trường hợp từ áp rơi theo chiều cao rãnh nhau, đó:

Hrãnhx = Hrăngx công thức (2 - 11) trở thành: B/

raêngx = Braêngx + μoHraêngx.kraêngx (2 - 12)

Muốn dùng cơng thức để tính sức từ động ta tiến hành sau:

- Vẽ đường cong từ hóa thép dùng làm phần ứng - Tính hệ số krăng theo (2 - 10)

- Cho trước từ cảm thực Brăng xác định Hrăng theo đường - Tính trị số μo Hrăngx.krăngx

- Dùng công thức (2-12) tính B/

răngx tiến hành tính tốn nhiều trị số Brăng ta vẽ đường quan hệ B/

răngx = f(Hrăngx ) với nhiều trị số krăngx cho

raêng x

μ0.Hraêngx.kraêngx

Hraêng x

B

/ raêngx

Braêng x

Hraêng x

Với trị số krăng khác ta họ đặc tuyến B/

răngx = f(Hrăngx )/krăngx hình 2-7:

Hình 2-7 Các đường cong B/

răng x = f(Hrăng x) thép kỹ thuật điện ∋11, ∋12, ∋13 Hình 2-6 Các đường cong B/

răng x = f(Hraêng x)

Hraêng (A/cm)

kraêng

krăng

Khi tính tốn sức từ động cần tính từ cảm vị trí đầu, chân răng:

Dùng đường cong hình (2 - 7) ta tìm Hrăng1

Dùng đường cong hình (2 - 7) ta tìm Hrăngtb

Dùng đường cong hình (2 - 7) ta tìm Hrăng2

Trị số tính tốn cường độ từ trường trung bình:

Hrăng = 1/6 (Hrăng1 + 4Hraêngtb +Hraêng2) (2 - 14)

Suy ra: Frăng = 2Hrăng.hrăng (A/đôi cực) (2 - 15)

Thường để tính tốn đơn giản người ta xác định từ cảm cường độ từ trường tương ứng tiết diện cách chân 1/3 chiều cao lúc đó:

Frăng = 2Hrăng1/3.hrăng(A/đơi cực) (2 - 16)

§ 2.4 Tính sức từ động lưng phần ứng

Trong trường hợp chung từ thông lưng phần ứng :

Trị số từ cảm trung bình tiết diện trung bình lưng phần ứng :

Trong

Sư = hư.l.kc tiết diện lưng phần ứng

hư : chiều cao lưng phần ứng

Biết đường cong ta sử dụng chúng theo trình tự ngược lại, tức

đầu tiên tính từ cảm tính tốn B/

răngx krăngx , sau ta tìm Hrăngx Brăngx

từ đường

Từ cảm tính tốn B/

răngx độ cao x tính:

c

lk b

l t răngtb raêngtb δ δ

/ = Β

Β tính krăngtb

c

lk b

l t raêng2 raêng2 δ δ

/ = Β

Β tính krăng2

c

lk b

l t raêngx

raêngx δ 1δ

/ = Β

Β (2-13)

c raêng

1

raêng

k l b

l t B = B

/ δ δ tính k

răng1

2 = ö

Φ

Φ (Wb)

c ö

0 ö

ö

ö =S =2h lk B

Φ

Φ (T)

a2 a2 r

ö

ö 3m d

2 h

d D

Dư , d : đường kính ngồi phần ứng hrăng : chiều cao

ma2 : số lớp lỗ thơng gió hướng trục theo chiều cao lưng phần ứng

(thường ma2 = 1)

da2 : đường kính lỗ thơng gió Khi khơng có lỗ thơng gió 2/3ma2.da2 =

Biết Bư (T) dựa vào đường cong từ hóa, suy Hư (A/m).Từ ta có sức từ động

trên lưng phần ứng :

Fư = Hư Lư (A/đơi cực)

Lư : chiều dài trung bình đường sức từ lưng phần ứng

ö ö

ư 2p +h

h -2h -D =

L π( )

§ 2.5 Sức từ động cực từ gơng từ

Khi tính toán phần ta phải xét đến ảnh hưởng từ thơng tản Φσ

1 Tính S.t.đ cực từ FC :

Từ thông Φc lõi cực lớn Φo lượng từ thông tản Φσ : Φc = Φo +

Φσ= σt.Φo , (σt = 1,15 -1,28)

Từ cảm trung bình cực từ :

thường Bc = 1,2 -1,6 (T)

Trong : Sc = bc .lc kc tiết diện lõi cực từ (m2)

Từ Bc dựa vào đường cong từ hoá thép chế tạo cực từ suy Hc

Sức từ động đôi cực :

Fc = 2Hc.hc (A/đôi cực)

Trong hc: Chiều cao cực từ (m)

2 S.t.đ gông stator (Fg) :

Từ thơng gơng Stato Trị số từ cảm trung bình gơng Stator

lấy tiết diện trung bình gơng :

(T); Sg = hg.lg (m2); l

g: Chiều dài gông từ

Thường Bg = 0,8 ÷1,4 Wb/m2 gơng làm thép, khoảng 1/2 trị số

trên gông làm gang

Từ đường cong từ hóa vật liệu chế tạo gông từ ta suy Hg

S.t.đ gơng từ Fg = Hg.Lg

Trong Lg chiều dài đường sức từ trung bình gơng stator:

(m)

g g c ö

g 2p +h

h + h + + D =

L π( δ ) (m)

2 tΦ

σ

g t g 2S

B =σΦ

c t c c

c S S

§ 2.6 Đường cong từ hóa máy điện

Muốn sinh từ thơng Φo cần phải có S.t.đ Fo Fo biến thiên

Φo biến thiên theo Đường biểu diễn quan hệ Φo Fo gọi đường cong từ

hóa máy điện Ta cho trị số định mức từ thông Φođm = tương

ứng với trị số điện áp định mức : Uđm Tự cho loạt trị số từ thơng chính, ví

dụ : 0,5 ; 0,8 ; 1,1 ; 1,2 ta tính Fo đối với giá trị đó, quan hệ Φo

= f(Fo ) Trong phần đầu đường cong từ hóa thực tế có tính chất đường thẳng

ứng với trị số Φo nhỏ thép máy bão hịa nên sức từ động mạch từ

hầu tiêu hao khe hở Khi Φo tăng lên lõi thép bắt đầu bão hồ, đường

cong từ hố nghiêng bên phải Kéo dài phần đường thẳng đường cong từ

hóa ta quan hệ Fδ = f(Φ)khi Φ0=Φđm sức điện động khe hở đoạn

ab Đoạn bc sức điện động rơi phần sắt mạch từ

Tỷ số k = FF0 = abac

µ

µ hệ số bão hịa mạch từ

Trong máy thơng thường, điện áp định mức máy thiết kế đoạn bắt

đầu cong với kµ= 1,1-1,35

Fδ Fr Fc

Fư Fg

F0= f (Φ0)

Hình 2-7 Đường cong từ hoá máy điện chiều Từ thông đôi cực

A/đôi cực

F0

Φ0

Câu hỏi

1 Mục đích việc tính tốn mạch từ máy điện chiều khơng tải Phương pháp áp dụng cho việc tính tốn mạch từ lúc khơng tải loại máy điện quay khác không? sở việc tính tốn mạch từ?

Bài tập

Cho máy điện chiều có Dư = 200mm; 2p = 4; lö = 180 mm; δ = 1,5 mm; soá

rãnh phần ứng Z = 33; αδ = 0,65; chiều rộng rãnh chữ nhật brănh = mm; ng = 2; bg

=10 mm Tính từ thơng khe hở khơng khí Φ0 sức từ động Fδ

Chương 3

DÂY QUẤN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU § 3.1 Đại cương

Dây quấn phần ứng phần dây đồng đặt rãnh phần ứng tạo thành nhiều mạch vịng kín Nó phần quan trọng máy điện trực tiếp tham gia trình biến đổi lượng từ điện thành hay ngược lại Về mặt kinh tế, giá thành dây quấn chiếm tỉ lệ cao giá thành máy

Yêu cầu dây quấn :

- Sinh sức điện động mô men điện từ theo yêu cầu thiết kế, đồng thời bảo đảm đổi chiều dòng điện tốt

- Tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản, làm việc chắn an tồn Dây quấn phần ứng chia thành loại:

- Dây quấn xếp đơn xếp phức tạp - Dây quấn sóng đơn sóng phức tạp

- Dây quấn hỗn hợp kết hợp hai dây quấn xếp sóng, thường dùng máy điện chiều công suất lớn

1 Cấu tạo dây quấn phần ứng

a Phần tử dây quấn (bối dây): Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử dây quấn nối với theo qui luật định Phần tử thường bối dây gồm hay nhiều vòng dây mà đầu nối vào phiến góp.Mỗi phần tử có hai cạnh tác dụng, phần đặt vào rãnh lõi thép Phần nối cạnh tác dụng nằm lõi thép gọi phần đầu nối (hình 3.1)

b.Rãnh thực rãnh nguyên tố: Rãnh thực nằm hai kề Nếu rãnh phần ứng gọi rãnh thực đặt cạnh tác dụng (1 cạnh nằm lớp cạnh nằm lớp rãnh) ta gọi rãnh rãnh ngun tố (hình 3.2a)

Hình 3.2 Rãnh thực có 1, 2, rãnh nguyên tố

u = u = u =

Hình 3.1 Vị trí phần tử rãnh 1 Cạnh tác dụng

2 Phần đầu nối

Nếu rãnh thực đặt 2u cạnh tác dụng (trong u = 1, 2, 4, …n ) ta

có thể chia rãnh thực làm u rãnh nguyên tố (h3.2 b, c) : Znt = u.Z

Mối quan hệ Znt, S, G: Trong S số phần tử, G số phiến góp,

mỗi phần tử có đầu nối với phiến góp đồng thời phiến góp lại nối đầu phần tử khác nên S = G

Mặt khác rãnh nguyên tố đặt cạnh tác dụng mà phần tử

cũng có cạnh tác dụng nên ta có: Znt = S = G

2 Các bước dây quấn.

Qui luật nối phần tử dây quấn xác định loại bước dây quấn sau (hình 3.3):

a Bước dây quấn thứ y1: Là khoảng cách hai cạnh tác dụng phần

tử

b.Bước dây quấn thứ hai y2: Là khoảng cách cạnh tác dụng thứ phần tử

thứ với cạnh tác dụng thứ phần tử thứ hai

c Bước dây tổng hợp y: Là khoảng cách hai cạnh đầu hai phần tử

Cả ba loại bước dây quấn tính số rãnh nguyên tố

d Bước cổ góp yG: Đó khoảng cách hai phiến góp có hai cạnh tác dụng

phần tử nối vào, đo số phiến góp

§ 3.2 Dây quấn xếp đơn 1 Bước dây quấn.

a.Bước dây quấn thứ y1.

Bước dây quấn thứ phải chọn cho sức điện động cảm ứng phần tử lớn Muốn hai cạnh tác dụng phần tử phải cách

bước cực τ lúc trị số tức thời sức điện động hai cạnh tác dụng

về trị số ngược chiều Do phần tử đuôi hai cạnh tác dụng nối với nên sức điện động tổng phần tử tổng số học hai sức

Hình 3.3 Các bước dây quấn

a Dây quấn xếp tiến b Dây quấn xếp lùi c Dây quấn sóng trái d.Dây quấn sóng phải

G G

G G

a) b)

c)

Hình 3.4 Sức điện động bước đủ (a), bước ngắn (b), bước dài (c) Tổng quát ta có :

bước đủ, bước ngắn, bước dài

Dây quấn chế tạo bước ngắn hay bước dài S.đ.đ phần tử nhỏ so với bước đủ Thực tế dây quấn chế tạo theo bước ngắn để đỡ tốn dây đồng

b.Bước dây tổng hợp y bước vành góp yG

Đặc điểm dây quấn xếp đơn đầu phần tử nối liền vào

phiến góp đổi chiều kề nên dây quấn xếp tiến yG = 1, dây

quấn xếp lùi yG= -1 Từ ta thấy bước tổng hợp phải :

c.Bước dây thứ hai y2.

Theo định nghĩa bước dây quấn, ta xác định y2 theo y1 y

y2 = y1 – y

Từ hình vẽ ta thấy đặc điểm bước dây kiểu dây nên phần tử nối tiếp xếp lên gọi dây quấn xếp

2 Giản đồ khai triển dây quấn.

Là hình vẽ khai triển dây quấn cắt bề mặt phần ứng theo trục trải thành mặt phẳng Căn vào kiểu dây quấn bước dây tính được, ta vẽ sơ đồ khai triển dây quấn Để hiểu rõ cách phân tích xét thí dụ

sau Thí dụ : Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn xếp đơn Znt = S = G = 16, 2p =

a.Các bước dây quấn.

điện động hai cạnh tác dụng Nếu biểu thị sức điện động cạnh tác dụng véc tơ hình 3.4 số rãnh nguyên tố bước cực :

Neáu y1 = Znt / 2p số nguyên phải chọn y1 số

nguyên gần Z2p nt / 2p

Z

y nt

1=τ=

= ε ± =

p Z y nt

1 Số nguyên

p Z

y nt

1= = 2p+ε

Z y nt

1

ε − =

p Z y nt

1

y

y

y = G =

4 16 p

2 Z y nt

1= ±ε= = y = yG =

y = y – y = –1 =

b.Thứ tự nối phần tử.

Căn vào bước dây quấn bố trí cách nối phần tử để thực dây quấn Đánh số rãnh từ - 16 Phần tử thứ có cạnh tác dụng (coi đặt nằm rãnh) đặt vào rãnh nguyên tố cạnh tác dụng thứ đặt vào

phía rãnh ngun tố (vì y1 = –1 = 4), đầu phần tử nối vào phiến

góp Cạnh tác dụng đầu phần tử phải đặt vào rãnh nguyên tố thứ hai

và nằm lớp (vì y2 = –2 = 3) tiếp tục khép kín mạch

Ta biểu thị sơ đồ sau :

c Giản đồ khai triển:

Dựa vào sơ đồ thứ tự nối phần tử ta vẽ giản đồ khai triển dây quấn (h3.5)

1 10 11 12 13 14 15 16 10 11 12 13 14 15 16

Mạch điện kín Lớp

Lớp

Hình 3.5 Giản đồ khai triển dây quấn xếp đơn

Chiều quay phần ứng (máy phát điện)

-Theo cực tính cực từ chiều quay phần ứng làm việc chế độ máy phát suy chiều sức điện động

- Vị trí cực từ phải đối xứng, thường bc ≈ (0,65 - 0,75)τ Trong bc bề rộng

cực từ

- Vị trí chổi than cổ góp điện phải đối xứng, dây quấn xếp đơn chiều rộng chổi than lấy chiều rộng phiến góp

- Chổi than phải đặt vị trí để lấy sức điện động mạch nhánh song song lớn nhất, mặt khác để dòng điện phần tử bị chổi than ngắn mạch nhỏ Dòng điện phần tử ngắn mạch nhỏ cạnh phần tử nằm vị trí trùng với đường trung tính hình học phần ứng vị trí chổi than vành góp phải trùng với trục cực từ

B1

A1 A2 +

B

B2

+

A _

+ _ _

3 Số đôi mạch nhánh.

Giả thiết thời điểm dây quấn phần ứng quay đến vị trí giản đồ khai triển trên, ta thấy sức điện động phần tử chổi than

cùng chiều chổi than A1, A2 cùng cực tính (cực +) B1, B2 cực tính (cực âm)

vì thường nối A1, A2 và B1, B2 lại với Từ ta thấy dây quấn mạch

điện gồm mạch song song ghép lại hình 3.6 Khi phần ứng quay vị trí phần tử thay đổi nhìn từ ngồi vào mạch song song Ở ví dụ máy có cực nên có mạch nhánh song song Nếu số cực 2p số mạch

nhánh song song 2p Vì dây quấn xếp đơn: Số mạch nhánh song

song số cực từ : 2a = 2p hay số đôi mạch nhánh song song: a = p Giản đồ kí hiệu dây quấn xếp

Sức điện động máy Eư sức điện động mạch nhánh song song

Dòng điện phần ứng Iư tổng dòng điện mạch nhánh song song

Iö = iö1 + iö2 + iö4

4 Dùng đa giác sức điện động nghiên cứu dây quấn phần ứng:

Giả thiết từ cảm cực từ phân bố hình sin, phần tử dây quấn quét qua từ trường sức điện động cảm ứng phần tử biến đổi hình sin Trong tốn học người ta biểu diễn đại lượng hình sin véc tơ quay mà trị số tức thời hình chiếu véc tơ lên trục tung Như biểu thị sức điện động tất phần tử hình sức

điện động Vì qua đôi cực, S.đ.đ biến đổi chu kỳ tức 360o số rãnh

nguyên tố đôi cực Znt /p nên coi phần tử dây quấn phân bố

đều bề mặt phần ứng góc độ điện rãnh ngun tố (cũng góc độ điện sức điện động phần tử kề nhau) :

Theo thí dụ : p = 2, Znt = S = G = 16 ta có:

Hình 3.6 Sơ đồ kí hiệu dây quấn xếp đơn

nt nt Z 360 p p Z 360 = = α / o o 16 2.360 45 = =

α Do phần tử nằm đường trung tính hình học nên chọn

véc tơ S.đ.đ phần tử làm chuẩn có vị trí nằm ngang Từ ta vẽ đồ thị Iư

A2

B1 B2

Eö, i ö E

ö, i ö

E

ö, i ö

A1

Iư

hình tia sức điện động dây quấn Từ hình vẽ ta thấy rãnh 1÷8 phân bố đơi cực (chiếm 3600 điện), cịn rãnh ÷ 16 phân bố đôi cực khác Hai tổ véc tơ trùng hình vẽ (như véc tơ 10, 11, 12 ) Sở dĩ chúng có vị trí tương đối giống cực từ nên sức điện động hoàn toàn giống

Khi có hình tia sức điện động theo cách đấu phần tử để nối tiếp véc tơ chúng lại đa giác sức điện động Theo thí dụ véc tơ 1, 2, nối tiếp nên vẽ ta thấy dây quấn có hai đa giác sức điện động trùng

Hình 3.8 Đa giác s.đ.đ dây quấn xếp đơn hình 3.4 Hình 3.7 Hình tia s.đ.đ dây quấn

xếp đơn hình 3.4

5,13 6,14

7,15 3,11

4,12 2,10 1,9 1,

3, 11 5, 13

7, 15

Dùng đa giác s.đ.đ nhận thấy vấn đề sau :

- Nếu đa giác s.đ.đ khép kín chứng tỏ tổng sức điện động mạch vòng phần ứng điều kiện làm việc bình thường khơng có dịng điện cân - Muốn cho s.đ.đ lấy đầu chổi than cực đại chổi than phải đặt phần tử ứng với véc tơ đỉnh đáy đa giác s.đ.đ Khi phần ứng quay hình chiếu đa giác trục tung có hay đổi theo chu kỳ Vì điện áp phần ứng lấy từ chổi than có đập mạch

- Cứ đa giác s.đ.đ tương ứng với đôi mạch nhánh song song

- Những điểm trùng đa giác điểm đẳng dây quấn Do ta nối dây cân điện nối điểm 1-9, 2-10, 3-11

5 Sự đập mạch điện áp chổi than :

Hình 3.9 Sự đập mạch điện áp chổi than với số phần tử chẵn nhánh dây quấn phần ứng

α =450 8, 16 6, 14

2, 10 4, 12

9 10 1 2

A2 A1

5

B1 B2

13 14

Khi roto quay đa giác quay, ta thấy hình chiếu đa giác trục tung thay đổi chút theo chu kỳ Nếu số cạnh đa giác S.đ.đ không nhiều S.đ.đ lấy chỗi than đập mạch giới hạn từ U1(hình 3.9 a) đến U2 một cách chu kỳ.Từ hình vẽ U1 = U2.cos

2

α

Trị số điện áp trung bình choåi than :

Hiệu số điện áp U1 hay U2 với Utb ΔU = U2 – Utb = Utb – U1 =

Sự đập mạch điện áp xác định quan hệ :

Ta biết

Trong đó: G/2p : số phiến góp / cực từ

Độ đập mạch điện áp phụ thuộc vào số phiến góp cực từ Nếu G/2p lớn α giảm, đập mạch

1 15 30

100 17 7,2 2,5 0,97 0,28 0,07

Khi G/2p = đập mạch nhỏ 1% nên khó nhận thấy điện áp máy điện coi khơng đổi

§ 3.3 Dây quấn xếp phức tạp 1 Bước dây quấn :

Dây quấn xếp phức tạp dây quấn có bước vành góp yG = m với m = 2, ,số nguyên Thường dây quấn xếp phức tạp thực với m = máy thật lớn người ta dùng m>2 Khi y = yG = cạnh cuối phần tử thứ không nối với cạnh đầu phần tử thứ hai mà nối với cạnh đầu phần tử thứ ba khép kín mạch

Nếu Znt m có ước số chung lớn t dây quấn có t mạch kín độc lập

) cos (

2

U 2

U U

Utb= 1+ = + α

) cos (

2

U

2

α +

4 tg

U

1

1 U U

U

2 tb

α = α +

α − =

Δ

) cos (

) cos (

p G 180 S

360

p 0

/

=

= α

100 U

2 Giản đồ khai triển :

Để thấy rõ bước xây dựng giản đồ khai triển dây quấn ta nêu thí dụ để phân tích

Thí dụ : dây quấn xếp phức tạp 2p = , S = G = Znt = 20, dây quấn bước dài

a Các bước dây quấn :

y = yG = , , y2 = – =

b Thứ tự nối phần tử :

c Giản đồ khai triển

Theo sơ đồ thứ tự nối phần tử ta vẽ giản đồ khai triển dây quấn Cách bố trí cực từ, chổi than dây quấn xếp đơn, có khác bề rộng chổi than lần bề rộng phiến góp để đồng thời lấy điện dây quấn

Khép kín

Khép kín Lớp

Lớp Lớp

Lớp

3 Số đôi mạch nhánh :

Dây quấn xếp phức tạp thực tế hay m dây quấn xếp đơn hợp lại đấu chung với chổi than từ phía ngồi nhìn vào số mạch nhánh song song dây quấn xếp phức tạp gấp đôi hay m lần số mạch nhánh song song dây quấn xếp đơn Vì ta có số đôi mạch nhánh song song dây quấn xếp phức tạp bậc m

a = mp

Hình 3.10 Giản đồ khai triển dây quấn xếp phức tạp

Dây cân loại

Dây cân loại 20 p

2 Z y nt

Ta dùng hình tia S.đ.đ đa giác S.đ.đ để nghiên cứu dây quấn xếp phức tạp Với thí dụ ta có :

Hình 3.11 a Đồ thị hình tia S.đ.đ cạnh phần tử b Véc tơ S.đ.đ phần tử

c Đa giác S.đ.đ phần tử.

§ 3.4 Dây quấn sóng đơn

Đặc điểm dây quấn sóng đầu phần tử nối với phiến góp cách xa phần tử nối tiếp cách xa nên nhìn cách đấu gần giống sóng (hình 3.3)

1 Bước dây quấn :

2 Giản đồ khai triển :

Để hiểu bước xây dựng giản đồ khai triển dây quấn ta xét thí dụ sau: Dây quấn sóng đơn S = G = Znt = 17 , 2p =

a Bước dây quấn.

0

nt

36 20

360 Z

360

p = =

=

α

ε ± =

p Z y nt

1

p G

yG

± =

y2 = yG – y1

Trong đó: Dấu " +" ứng với dây quấn sóng phải Dấu " -" ứng với dây quấn sóng trái

Thường sử dụng dây quấn sóng trái để đỡ tốn dây đồng

8

1 17

yG= − = y2 = – =

4 4 17 p

2 Z y nt

b Trình tự nối phần tử

c Giản đồ khai triển

3 Số đôi mạch nhánh :

Vẽ đồ thị hình tia đa giác S.đ.đ ta nhận thấy dây quấn sóng đơn có đa giác S.đ.đ Do số đơi mạch nhánh song song : a =1

Góc độ điện rãnh nguyên tố kề Hình 3.12 Giản đồ khai triển dây quấn sóng đơn

Chiều quay phần ứng

Hình 3.13 Đồ thị hình tia đa giác S.đ.đ dây quấn sóng đơn hình 3.12

§ 3.5 Dây quấn sóng phức tạp

Trong dây quấn sóng phần tử nối nối tiếp vòng quanh bề mặt phần ứng, khơng trở vị trí gần phần tử đầu mà cách hay m phiến góp gọi dây quấn sóng phức tạp

0

nt

3 42 17

360 Z

360 p

,

= =

= α

Lớp Khép kín

1 Các bước dây quấn

y2 = yG – y1

2 Giản đồ khải triển :

Để vẽ giản đồ khai triển dây quấn ta xét thí dụ sau: Dây quấn sóng

phức tạp S = G = Znt = 18 , 2p = , m =

a Các bước dây quấn :

b Trình tự nối phần tử

c Giản đồ khai triển :

Hình 3.14 Giản đồ khai triển dây quấn sóng phức tạp.

3 Số đôi mạch nhánh đa giác S.đ.đ :

Dây quấn sóng phức tạp coi gồm m dây quấn sóng đơn gộp lại Do số đơi mạch nhánh a = m

Góc độ điện phần tử kề nhau, thí dụ :

Đồ thị hình tia S.đ.đ đa giác S.đ.đ sau :

4 4 18 p

2 Z y nt

1= ±ε= − =

ε ± =

p Z

y nt

1 p

m G yG

± =

8

2 18

yG =

− =

0

nt

40 18

360 Z

360

p = =

=

α

y2 =

Hình 3.15

a Véc tơ s.đ.đ phần tử

b Đồ thị hình tia s.đ.đ phần tử dây quấn. c Đồ thị đa giác s.đ.đ.

§ 3.5 Dây cân điện thế

Dây quấn MĐDC tương ứng mạch điện gồm số mạch nhánh song song ghép lại Trong điều kiện làm việc bình thường, S.đ.đ sinh mạch nhánh nhau, có tải dịng điện phân bố mạch nhánh Nếu ngun nhân dịng điện mạch nhánh phân bố khơng làm việc máy khơng có lợi Để tránh tình trạng ta nối dây cân điện để bảo đảm phân phối đặn dòng điện mạch nhánh

Trong tất loại dây quấn trừ dây quấn hỗn hợp, a > phải đặt dây cân điện

Có loại dây cân :

– Dây cân loại : dùng cho dây quấn xếp đơn

– Dây cân loại : dùng cho dây quấn xếp phức sóng phức

1 Dây cân loại :

Khi khe hở khơng khí đều, S.đ.đ mạch nhánh Ví dụ

Eư = 100V dòng điện có trị số chạy mạnh nhánh, ví dụ 200A

thì dịng điện chổi than 400A phân phối đều, máy làm việc bình thường (hình 3.16a)

c)

→

→

→

→ →

→

→

→ →

→

→ →

-9// 9//

5

5 12,

5, 14

13, 6, 15

7, 16 8, 17

9, 18 10,1

11,

2

10 18

4 13 14

15

16

8 17

9 11 12 400

a) b)

Hình 3.16 Sự phân bố dòng điện dây quấn phần ứng a Khi S.đ.đ mạch nhánh đối xứng

b Khi S.đ.đ mạch nhánh không đối xứng

Trên thực tế, chế tạo lắp ghép không tốt làm việc lâu ngày ổ bi bị mòn dẫn đến khe hở cực khơng từ thông cực từ khác nhau, S.đ.đ khác dẫn đến không cân s.đ.đ mạch

nhánh làm cho dây quấn sinh dịng điện cân Icb Vì điện trở dây

quấn nhỏ nên có khơng cân nhỏ S.đ.đ đủ gây Icb

lớn làm cho máy có tải dịng điện mạch nhánh không đối xứng làm tăng tổn hao đồng máy nóng Ngồi dịng điện qua chổi than khơng đối xứng, chổi than q tải làm đổi chiều khó khăn (tia lửa sinh chổi than lớn)

Ta khảo sát dây quấn xếp đơn 2a = 2p = Nếu tất mạch nhánh dây quấn làm việc đối xứng mạch nhánh dây quấn có s.đ.đ đồng

nhất ví dụ Eư = 100V có dòng điện trị số chạy theo mạch nhánh ví dụ

Iư= 200A dịng điện tương ứng chổi than 400A dòng điện mạch

ngồi 800A Giả sử khe hở khơng khí không đều, khe hở rộng khe hở

dưới ta có: S.đ.đ Eư mạch nhánh 99V, s.đ.đ Eư ở mạch nhánh

101V, chênh lệch điện áp chổi than dương 2V Giả sử điện trở

mạch nhánh song song phần ứng rư = 0,01Ω điện trở nửa dây quấn phần

ứng 2rư = 0,01Ω nửa dây quấn phần ứng có Icb = 2/2.0,01 =

100A Chổi than bị giảm tải 200A Chổi than tăng tải 600A, làm sinh tia lửa cổ góp Để tránh tượng người ta nối điểm lí luận đẳng lại với nhau.Ta có khoảng cách hai điểm đẳng cạnh

nhau gọi bước thế, bước yt xác định số phiến đổi chiều

đôi cực Trong dây quấn xếp đơn a = p nên yt =

a G P

G = Trong thực tế người ta chỉ

Tác dụng dây cân loại làm không đối xứng mạch từ máy điện để cân điện mạch nhánh dây quấn xếp nằm cực từ có cực tính

Đối với dây quấn sóng đơn có đơi mạch nhánh nên khơng có điểm đẳng Thực tế dây quấn sóng đơn khơng cần nối dây cân điện phần tử nối tiếp để làm thành mạch nhánh song song phân bố cực từ nên dù từ thông cực từ khác S.đ.đ mạch nhánh

Thí dụ : Giản đồ kí hiệu dây quấn sóng đơn § 3.4

2 Dây cân loại 2:

Trong dây quấn xếp sóng phức có a > 1, có nhiều mạch điện kín làm việc song song với thông qua chổi than Do vấn đề chế tạo nên điện trở tiếp xúc chổi than với mạch điện kín mạch nhánh song song không giống nhau, xuất dịng điện cân Để thấy rõ điều ta khảo sát dây quấn sóng phức tạp có hai mạch điện kín độc lập hình 3.17 sơ đồ thay dây quấn hình 3-14

Trong đó:

E1, E2 : S.đ.đ mạch nhánh dây quấn (E1 = E2) i1, i2 : dòng điện dây quấn

rư : điện trở mạch nhánh dây quấn

rtx1 - rtx4 : điện trở tiếp xúc chổi than với vành góp Điện áp đầu A B tính :

UAB = E1 – i1(rtx1 + rtx3 + ½ rư)

UAB = E2 – i2(rtx2 + rtx4 + ½ rư) Hình 3.17 Sơ đồ thay củadây quấn h3.14

A

B

-i1

i1 i2 i2

E2

E2 E1

E1

rtx2 rtx1

rtx3 rtx4 rö rö rư rư

Vì E1 = E2 nên :

Do i1 = i2 rtx1 + rtx3 = rtx2 + rtx4

Thực tế điều khó xảy nên i1≠ i2 làm xuất chênh lệch

điện áp phiến góp cạnh làm xấu làm việc máy Để khắc phục nhược điểm cần nối dây cân loại Bước

Dây cân điện dùng để làm phân bố không đối xứng điện áp vành góp gọi dây cân loại

Từ đa giác s.đ.đ dây quấn sóng phức tạp hình 3-14, ta có: Bước dây cân loại :

Hình 3.18 Cách đặt dây cân loại 2

ö tx3 tx1

ö tx4 tx2

2

r r

r

r r

r i i

+ +

+ +

=

a G a S yt = =

9 18 a G a S

yt = = = =

Đối với dây quấn xếp phức tạp:

Trong dây quấn phức tạp dây quấn đơn phải dùng dây cân loại dây quấn xếp đơn phải dùng dây cân loại hai để phân phối đồng dòng điện dây quấn sóng đơn Để đảm bảo phân bố điện áp phiến cạnh dây cân loại 2, cần nối điểm phần tử nằm phần đầu nối với đầu phần tử

§ 3.6 Dây quấn hỗn hợp

Trong máy điện chiều công suất lớn người ta dùng dây quấn hỗn hợp gọi dây quấn kiểu ếch La tua (LATYROM) phát năm 1910, kết hợp dây quấn xếp đơn giản sóng phức tạp, khơng cần chế tạo dây nối cân Cả hai dây quấn nối lên phiến đổi chiều chung , dây quấn phiến đổi chiều có dẫn nối vào Trong dây quấn xếp đơn giản có a = p đôi mạch nhánh song song, nên dây quấn sóng phức tạp phải thực với số đôi mạch nhánh song song a = p

Điều kiện để nối dây quấn xếp sóng thành dây quấn hỗn hợp: a Các dây quấn sóng xếp có số mạch nhánh

2ax = 2as = mx (2p) = ms

mx, ms: Bậc dây quấn xếp sóng

b Có số dẫn để đảm bảo có s.đ.đ

Nx = Ns

c Đảm bảo điều kiện đối xứng dây quấn phải có z/p G/p số nguyên

d S.đ.đ mạch kín hợp thành dây dẫn nối chổi than tên phần tử dây quấn xếp sóng phải khơng

Trong cơng thức trên, kí hiệu nhỏ "x" "s" để dây quấn xếp sóng

Muốn thực điều kiện thứ dây quấn xếp xếp đơn dây quấn sóng phải sóng phức:

Thường dây quấn hỗn hợp gồm dây quấn xếp đơn dây quấn sóng phức Số đôi mạch nhánh dây quấn hỗn hợp bằng:

ahh = ax + as

Để khơng có dịng điện cân mạch dây quấn cần phải thoả mãn

yGx y

Gs y1s y1x

p m m

yG=± s =± x

p z y

y nt

s x

1 = =

Hình 3.19 a.Phần tử dây quấn hỗn hợp b cách đặt phần tử rãnh

Hình 3.20 Dây quấn hỗn hợp

p z y

y nt

s

x = =

s x

2 y

yGs cần phải chọn cho dây quấn sóng mạch kín Trong dây quấn hỗn hợp dây quấn sóng có tác dụng dây nối cân cho dây quấn xếp ngược lại dây quấn xếp dây nối cân cho dây quấn sóng

Mặc dù dây quấn hỗn hợp có số khuyết điểm chế tạo, sửa chữa khó khăn, hệ số lấp đầy rãnh thấp, điều kiện làm nguội áp dụng trường hợp sau;

- Khi cần nâng cao công suất tốc độ quay máy điện chiều

- Trong máy điện có đường kính phần ứng cần thu nhỏ lại khơng có dây cân

- Trong máy điện có tốc độ cao, đường kính phần ứng tương đối nhỏ việc bố trí dây cân khó khăn

Thí dụ: Dây quấn hỗn hợp có Znt = S = G = 24, 2p = Chọn dây quấn xếp đơn

yGx = +

4 24 p

2 Z

y nt

x

1 = −ε = =

3 y y

y2x = 1x− Gx = − =

Dây quấn sóng ba trái

3 y y y

4 24 p

2 Z y

7

3 24 p

m G y

s Gs s

nt s Gs

= − = − =

= = ε + =

= − = − =

Hình 3.21 Dây quấn hỗn hợp Z = 24

y2x

y1x y1s y2s yx

yx

ys ys ys

τ

τ

2

Câu hỏi

1 Qui luật nối phần tử dây quấn xếp sóng có điểm khác Quan hệ đôi mạch nhánh chúng nào?

2 Nếu máy cực dây quấn xếp đơn đổi thành sóng đơn mà số dẫn điều kiện khác khơng thay đổi điện áp dòng điện máy sau thay đổi nào? cơng suất định mức máy có thay đổi khơng?

3 Sự khác dây quấn xếp đơn xếp phức tạp, sóng đơn sóng phức tạp nào?

Bài tập

1 Một dây quấn xếp đơn quấn phải, có số liệu sau: S = G = Znt = 24, p = 3, u

= 1, có lắp 1/3 tổng số dây cân điện Vẽ giản đồ khai triển dây quấn Một máy phát điện kích thích ngồi, cơng suất 10Kw, điện áp định mức 6V, số đôi cực 2p = Hỏi dịng điện mạch nhánh khơng vượt 300A phải sử dụng dây quấn gì?

Đáp số: Dây quấn xếp phức với m = hay sóng phức với m =

3 Một dây quấn sóng đơn, quấn trái có số liệu sau: Znt = 19 p = Hỏi:

a Các dây quấn y1, y2, y yG

b Vẽ giản đồ khai triển

c Veõ hình tia đa giác s.đ.đ d Số đôi mạch nhaùnh

Đáp số: y1 = 5, y2 = 5, y = yG = 10; a =

4 Một máy điện chiều với S = G = Znt = 16, p = Hỏi chọn

quấn theo loại dây quấn nào? Lúc tìm:

a Các bước dây quấn y1, y2, y số mạch nhánh

b Tỉ số điện áp dòng điện định mức loại dây quấn Đáp số: Xếp đơn xếp kép

a y1 = 4, y2 = 2, y = 2; a =

b Tỉ số điện áp 2, dòng điện baèng 1/2

5 Phần ứng máy điện chiều có số liệu sau: Tổng số dẫn N =

96; số vòng dây phần tử ws = 3, 2p = 4, dây quấn xếp đơn tiến:

a Tính dây quấn y1, y2, y yG

b Thành lập sơ đồ thứ tự nối phần tử

c Vẽ đồ thị khai triển dây quấn Vẽ đồ thị hình tia đa giác sức điện động

6 Phần ứng máy điện chiều có số liệu sau: Znt = S = G = 22; 2p = Dây

quấn xếp đôi (m = 2)

a Tính dây quấn y1, y2, y yG

b Thành lập sơ đồ thứ tự nối phần tử

c Vẽ giản đồ khai triển dây quấn Vẽ hình tia đa giác s.đ.đ

7 Vẽ giản đồ khai triển dây quấn phần ứng máy điện chiều có Znt = S = G

= 13; 2p = Dây quấn sóng đơn trái

8 Vẽ giản đồ khai triển dây quấn phần ứng máy điện chiều có Znt = S = G

= 20; 2p = Dây quấn sóng đôi trái

9 Vẽ giản đồ khai triển dây quấn phần ứng máy điện chiều có Znt = S = G

= 20; 2p = Dây quấn xếp đơn

Chương 4

QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU § 4.1 Sức điện động cảm ứng dây quấn phần ứng

Cho dòng điện kích thích vào dây quấn kích thích khe hở sinh từ thông Φδ Khi phần ứng quay với tốc độ định dây quấn cảm ứng sức điện động Sức điện động sức điện động mạch nhánh song song tổng sức điện động cảm ứng dẫn nối tiếp mạch nhánh

Sức điện động cảm ứng dẫn:

.v l B

ex = δx δ

Trong đó: Bδx Từ cảm nơi dẫn x quyét qua lδ : Chiều dài tác dụng dẫn v: Tốc độ dài dẫn

Nếu số dẫn mạch nhánh

2a

N thì Hình 4.1 Xác định S.đ.đ phần ứng

Nếu số dẫn đủ lớn trị số trung bình Btb nhân với tổng số dẫn mạch nhánh :

neân

với v : tốc độ dài phần ứng

Φδtừ thơng cực từ khe hở khơng khí: Φδ= Bδ.lδ.τ

Từ :

60 n p = 60 n p D p = n 60 D =

v ö ö

τ π π n a 60 pN 60 n p l B a N

Eö = tb δ .τ = Φδ

Bma x Btb ∑ = + + = = a / N x x a / N

ö e . . . . . e e

E

(B ... . B )l. .v N/2aB l. .v

1 x x a / N δ = δ δ δ δ + + = ∑ = ∑ = δ a N x x B / tb a / N

x x 2a B

N B = ∑ = δ (4-1) tb tb

ö 2NaB l v 2NaE

E = δ =

Trong đó: p: Số đơi cực từ kích thích

N Tổng số dẫn phần ứng

§ 4.2 Mơ men công suất điện từ

Khi máy điện làm việc, dây quấn phần ứng có dịng điện chạy qua Tác dụng từ trường lên dây dẫn có dịng điện sinh mơ men điện từ trục máy Theo địmh luật Faraday, lực điện từ tác dụng nên dẫn mang dòng điện là:

Trong đó: Bδ: Từ cảm nơi dẫn quyét qua

iư : Dòng điện dẫn (cũng dòng điện mạch nhánh song song)

lδ : Chiều dài tác dụng dẫn Với

Iư : Dòng điện phần ứng

N: Tổng số dẫn phần ứng Dư : Đường kính ngồi phần ứng Thì mơ men điện từ máy điện chiều là:

Với

Thay vào cơng thức tính mơ men điện từ ta được:

Trong đó:Φδ tính weber (wb) Iư tính Ampe (A)

Nếu chia hai vế biểu thức cho 9,81 Mđt tính Kgm

Đặt: hệ số kết cấu máy

Ta có: Mđt = CMΦδIư (4-4)

a 60 E

Ta có Eư = CE Φδn (4-2)

f = Bδiölδ

a

I

i ö

ö =

2 D fN

M

đt =

2 D N l a

I B

M ư

đt= δ δ

δ δ δ τ

Φ =

l

B Dö = 2πpτ

ư đt 2pNa I

M Φδ

π

= (Nm)

a

pN CM

Công suất điện từ máy điện chiều Pđt = Mđtω

Với n tính vịng /phút Thay vào biểu thức tính Pđt ta có

Pđt = Eư Iư (4-5) Trong đó: Eư tính volt (V)

Iư tính Ampe (A)

Máy điện chiều làm việc hai chế độ :

– Đối với máy phát điện: Mđt ngược với chiều quay máy nên máy cung cấp cho tải lớn công suất cung cấp cho máy phải tăng Mđt ln có chiều ngược với chiều quay phần ứng

Chiều Eư, Iư phụ thuộc vào chiều

Φδ và n, xác định qui tắc bàn tay phải Chiều Mđt xác định qui tắc bàn tay trái

– Đối với động điện cho dòng điện vào phần ứng tác dụng từ trường, dây quấn sinh Mđt kéo máy quay, chiều quay máy chiều Mđt Hình 4.2 Xác định Eư Mđt trong máy

phát điện chiều

Hình 4.3 Xác định Eư Mđt động cơ điện chiều

Chiều Iư

§ 4.3 Q trình lượng phương trình cân bằng I Tổn hao máy điện chiều.

1 Tổn hao ΔΔΔΔΔpcơ: bao gồm tổn hao ổ bi, ma sát chổi than vành góp, khơng khí với cánh quạt v.v… Tổn hao phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ quay máy, thơng thường Δpcơ = (2 ÷4)% Pđm

2 Tổn hao sắt ΔΔΔΔΔpFe : Do từ trễ dòng điện xoáy lõi thép gây nên Được xác định công thức :

kδ: hệ số kinh nghiệm xét đến tăng thêm tổn hao thép gia

c

Fe 50 B G

f ) 50 / ( P k p

β

δ ⎟

⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ =

Δ (watt/kg)

60 n 2π =

ω (rad/giaây)

60 n I a

pN

Pđt Φ π π

= δ

Φδ

Mđt S

n

Chiều , Iư

Φδ

Mđt n

p( )

50

1 : suất tổn hao thép B = 1T, f = 50 Hz

f : Tần số dòng điện ; B từ cảm tính tốn (1T = 104 Gauss) GC : Trọng lượng sắt tính kg

β: số mũ thép hợp kim thấp β = 1,5 ; thép hợp kim cao β= 1,2 ÷ 1,3

Hai loại tổn hao không tải tồn nên gọi tổn hao khơng tải Po = pcơ + pFe

Nó sinh mô men không tải mang tính chất hãm

3 Tổn hao đồng ΔΔΔΔΔpcu: tổn hao đồng bao gồm phần :

- Tổn hao đồng mạch phần ứng pcuư bao gồm tổn hao đồng dây quấn phần ứng , cực từ phụ

ö

I rf, tổn hao tiếp xúc chổi than vành góp ptx:

Δptx = 2ΔUtxIö

Δpcuö = ö

I Rö

Rö = rö + rf + rtx

rư : điện trở phần ứng

rf : điện trở dây quấn cực từ phụ

rtx : điện trở tiếp xúc chổi than với vành góp - Tổn hao đồng mạch kích từ pcut:

ΔPcut = Ut.It

Ut : điện áp đặt mạch kích thích It : dòng điện kích thích

4 Tổn hao phụ ΔΔΔΔΔpf : sinh thép đồng máy điện Tổn hao phụ thép từ trường phân bố không bề mặt phần ứng, ảnh hưởng rãnh làm xuất từ trường đập mạch dọc trục

M0 =P0

ω

ö ör

Tổn hao phụ đồng : dịng điện phân bố khơng chổi than, đổi chiều, từ trường phân bố không rãnh làm cho dây quấn sinh dòng điện xoáy, tổn hao dây nối cân v.v Thường máy điện chiều lấy

Δpf = 1% Pđm máy dây quấn bù = 0,5% Pđm máy có dây quấn bù Tổng tổn hao máy :

∑p = Δpcơ + ΔpFe + Δpc + Δpcut + Δpf Nếu gọi P1 công suất đưa vào máy

P2 công suất đưa máy

P1 = P2 + ∑p P2 = P1 – ∑p Hiệu suất máy tính theo %

II Q trình lượng máy điện chiều phương trình cân bằng :

1 Máy phát điện:

Ta xét q trình biến đổi lượng Ví dụ máy phát điện chiều kích thích độc lập quay với tốc độ n = Cte Khi kích thích độc lập tổn hao mạch kích thích khơng tính vào cơng suất P1 đưa từ động sơ cấp vào máy phát điện Khi biến đổi lượng phần P1 tiêu phí vào tổn hao pcơ , pFe, pf phần lại biến thành lượng điện từ, đó:

Pđt = Eư.Iư = P1 – (Δpcô + ΔpFe+ Δpf )

Công suất có ích P2 = U.Iư máy phát điện đưa vào lưới nhỏ Pđt trị số tổn hao đồng máy :

P2 = Pñt – Δpcuö = Eö.Iö –

2 ö

I

.Rư = U.Iư Chia vế cho Iư ta có :

U = Eư – Iư.Rư

Đó phương trình cân sức điện động máy phát điện

100 P

p 100 P

p P 100 p P

P 100

P P

1

1

2

2

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜

⎝ ⎛

− = −

= +

= =

η ∑ ∑

∑

Giản đồ lượng máy phát điện chiều Ta viết cơng thức :

P1 = Pñt + Po hay

M1ω = Mñtω+ Moω

Chia veá cho ω

M1 = Mđt + Mo

Đó phương trình cân mô men máy phat điện chiều với M1: Mômen đưa vào trục máy phát điện; Mđt: mômen điện từ phát máy phát

2 Động điện :

Xét động điện chiều kích thích song song làm việc n = Cte Công suất điện mà động nhận từ lưới vào: P1 = U(Iư + It)

Một phần công suất bù vào tổn hao đồng mạch kích từ : pt = U.It tổn hao mạch phần ứng pcuư đại phận chuyển thành Pđt

P1 = Pđt + Δpc + Δpcut ⇒ Pđt = P1 - Δpcuö - Δpcut (1) P2 = ΔPđt - Δpcơ - ΔpFe - Δpf

Từ (1) ta có: Eư.Iư = U(Iư + It) – U.It –

I Rö = U.Iö – ö

I Rö

neân U.Iö = Eö.Iö + ö

I Rö

U = Eö + Iư.Rư

Đó phương trình cân s.đ.đ động điện chiều

Giản đồ lượng động điện chiều trình bày hình 4.5

Hình 4.4 Giản đồ lượng máy phát điện chiều

pt Pđt

pcơ

P1

P2 pFe+ pf

pcu

Phương trình cân mơmen xuất phát từ P2 = Pđt – Po

M2ω= Mñtω– Moω

M2 = Mđt – Mo

Đó phương trình cân mô men động điện chiều

M2: Mômen đưa đầu trục Mo: Mômen không tải

M : Mômen điện từ

§ 4.4 Thí dụ

1 Một máy phát điện chiều lúc quay không tải tốc độ n0 = 1000 V/ph s.đ.đ phát E0 = 222 V Hỏi lúc không tải muốn phát s.đ.đ định mức E0.đm = 220 V tốc độ n0đm phải giữ dịng điện kích từ khơng đổi ?

Giải

Giữ dịng điện kích từ khơng đổi nghĩa từ thơng khơng đổi Theo cơng thức tính s.đ.đ (4-2) ta có :

Do E0đm = 220 V, tốc độ tương ứng :

ph V 990 222 220 1000 E E n n ñm 0 ñm

0 = = = /

2 Một động điện chiều kích thích song song công suất định mức Pđm = 5,5 kW, Uđm = 110 V, Iđm = 58 A (tổng dòng điện đưa vào bao gồm dòng điện phần ứng Iư kích từ It ), nđm = 1470 V/ph Điện trở phần ứng Rư = 0,15Ω, điện trở mạch kích từ rt = 137Ω, điện áp rơi chổi than 2ΔUtx =2V.Hỏi s.đ.đ phần ứng ,mômen điện từ động

Giải Dịng điện kích từ :

S.đ.đ phần ứng : Dòng điện phần ứng :

Mơmen điện từ :

Nếu tính kGm :

Nm 36 60 1470 x

2 4x57 99 60 n I E I E

M ö ö ö ö , , = ,

π = π = ω = m kG 76 81 9 36

M ,

, , = = ñm 0 ñm E E ñm 0 n n n C n C E E = Φ Φ = δ δ A 2 , 57 8 , 0 58 I I

It = ñm − t = − =

A 137 110 r U I t

t = = =

(57,2x0,15) 2 99,4V 110 U 2 R I U

Caâu hoûi

1 S.đ.đ máy điện phụ thuộc vào yếu tố ?

2 Tự phân tích giản đồ lượng máy phát động điện chiều, từ dẫn quan hệ cơng suất, mơ men, dịng điện s.đ.đ

Bài tập

1 Một động điện chiều kích từ song song có số liệu sau: Uđm = 220 V, Rư

= 0.4 Ω, dòng điện định mức động Iđm = 52 A, điện trở mạch kích từ rt =

110 Ω tốc độ không tải lý tưởng n0 = 1100 V/ph

Tìm :

- S.đ.đ phần ứng lúc tải định mức - Tốc độ lúc tải định mức

- Công suất điện từ mô men điện từ lúc tải định mức, biết Iđm = Iưđm + Itđm

Đáp số: Eưđm = 200V; nđm = 1000 vg/ph

Pñt = 10Kw; Mñt = 95,5 Nm

2 Một động điện chiều kích từ song song có số liệu sau: Pđm = 96 Kw,

Uđm = 440 V, Rư = 0.078 Ω, Iđm = 255 A, dịng điện mạch kích từ It = A, nđm = 500

V/ph Tìm:

- Mô men định mức đầu trục M2

- Mô men điện từ tải định mức

- Tốc độ quay lúc không tải lý tưởng (Iư = 0), biết Iđm = Iưđm + Itđm

Đáp số: M2 = 1833,5 Nm

Mñt = 2007,7 Nm

n0 = 523 vg/ph

3 Một máy phát điện chiều kích thích độc lập có : Uđm = 220 V, nđm = 1000V/

ph.Biết tốc độ n = 750 V/ph s.đ.đ lúc khơng tải E0 = 176 V.Hỏi s.đ.đ

dòng điện phần ứng lúc tải định mức máy bao nhiêu, biết điện trở

phần ứng Rư = 0,4 Ω

Đáp số: Eưđm = 234,6 V

Chương 5

TỪ TRƯỜNG LÚC CÓ TẢI CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU § 5.1 Đại cương

Khi máy làm việc không tải, máy tồn sức từ động cực từ

chính sinh từ thơng Φo

Lúc có tải, sức từ động phần ứng sinh dòng điện chạy dây quấn phần ứng tác dụng với sức từ động cực từ tạo nên sức từ động tổng khe hở khơng khí Tác dụng sức từ động phần ứng với sức từ động cực từ gọi phản ứng phần ứng Khi có tải ngồi từ trường phần ứng cịn có từ trường cực từ phụ dây quấn bù Khi phân tích tượng người ta thường dùng phương pháp xếp chồng từ thơng Nội dung là: Thành lập riêng rẽ phân bố từ trường cực từ chính, từ trường phần ứng, từ trường cực từ phụ từ trường dây quấn bù sau kết hợp chúng lại, ta từ trường tổng khe hở khơng khí có tải

§ 5.2 Từ trường cực từ chính

Khi khơng tải từ thơng sinh dịng điện dây quấn kích từ Hình vẽ từ trường máy cực biểu thị hình 5-1 Từ trường có tính chất đối xứng với trục cực từ

Khi phần ứng máy phát điện quay ngược chiều kim đồng hồ với vận tốc n dây quấn phần ứng sinh s.đ.đ có chiều hình vẽ Ở dẫn phía s.đ.đ có chiều

Trung tính hình học

Hình 5.1 Từ trường cực từnchính

§ 5.3 Từ trường phần ứng 1 Chiều từ trường phần ứng

Giả sử máy không kích thích khơng quay

(It = 0, n = 0) Ta đặt chổi than đường

trung tính hình học đưa dịng điện vào phần ứng cho chiều dòng điện dẫn chiều với s.đ.đ hình 5-1 Từ trường dịng điện sinh phân bố đối xứng với điểm nằm đường TTHH (h5-2) Rõ ràng nửa bên phải

Hình 5.2 Từ trường phần ứng dẫn phía s.đ.đ có chiều vào Đường thẳng góc với trục cực từ qua điểm có từ cảm gọi đường trung tính hình học (TTHH)

phần ứng cực bắc (Nư), nửa bên trái phần ứng cực nam (Sư) Như trục từ trường phần ứng trùng với trục chổi than hay trùng với đường trung tính hình học

2 Sự phân bố từ trường bề mặt phần ứng

Để phân tích định lượng từ trường phần ứng cần phải xác định s.t.đ phần ứng Với mục đích ta đưa phần ứng có răng, rãnh thật phần ứng nhẵn mặt có lớp dẫn phân bố đều, có khe hở tính tốn

δ’ để giống máy thực

Gọi N tổng số dẫn phần ứng, iư =

2a

Iư dòng điện dẫn (I

ư

là dịng điện phần ứng) số ampe dẫn đơn vị chiều dài chu vi phần ứng gọi phụ tải đường A :

A/m

Theo định luật toàn dòng điện lấy mạch vòng đối xứng với điểm chổi than điểm cách gốc khoảng x, S.t.đ phần ứng là:

Fưx = A.2x (A/đơi cực)

Mặt khác ta có:

(bỏ qua s.t.đ đoạn sắt từ) S.t.đ khe hở khơng khí:

Hình Các đường cong từ cảm của phần ứng:

a Trong máy khơng có cực từ phụ khi chổi than đường trung tính hình học.

b chổi than di chuyển khỏi đường trung tính. c Trong máy có cực từ phụ khơng được kích thích chổi than đặt đường trung tính hình học.

Tại x = ta có Tại ta có Sự phân bố s.t.đ phần ứng

được biểu diễn đường - 1- hình 5-3 Từ cảm phần ứng mặt cực từ bằng:

Bưx = µo.Hưx = µo δ

2

ưx

F = µ

o '

δ

A.x (1)

Fö Böx

Fö

ö ö D

i N A

π =

δ = =

=

=∫H→dl→ ∑i A2x H

F öx

n k k öx

Ax H

F

öx öx = δ/ =

0 F

öx = 21Föx =A2τ

Từ công thức (1) ta thấy từ cảm phần ứng mặt cực giống đường cong s.t.đ hai cực từ, từ cảm giảm nhiều chiều dài đường từ khơng khí tăng lên, đường cong từ cảm có dạng hình n ngựa

(đường hình 5-3) .

Sự phân bố từ thông tổng từ trường cực từ từ trường phần ứng hợp lại hình 5-5, dùng hình khai triển hình 5-6 để phân tích thay đổi từ thơng có phản ứng phần ứng

Đường cong thể phân bố từ trường cực từ

Đường yên ngựa 2: Chỉ phân bố từ trường phần ứng

Khi mạch từ không bão hịa µ = Cte theo ngun

Hình 5.5 Sự phân bố từ trường tổng của máy chổi than đặt trên đường trung tính hình học

ïlý xếp chồng đường phân bố từ trường tổng Do từ thơng tổng Φ

bằng từ thơng Φo Khi mạch từ bão hịa dùng ngun lý xếp chồng khơng

chính xác (vì Φ khơng tăng tỉ lệ với s.t.đ) nên đường đường phân bố từ

trường tổng kể đến bão hoà mạch từ

3 Phản ứng phần ứng máy điện chiều. a Khi chổi than đặt đường trung tính hình học.

Nếu chổi than khơng đường trung tính hình học mà lệch góc tương đương với khoảng cách b chu vi phần ứng (hình 5.4) bước

cực phạm vi 2b dòng điện sinh s.t.đ dọc trục Fưd phạm vi (τ – 2b)

dòng điện sinh sức từ động ngang trục Fưq ta có:

Fưd = 2A.b

Fưq = A(τ – 2b)

Hình 5.4 Sức từ động ngang trục và dọc trục phần ứng xê dịch chổi than khỏi đường trung tính hình học.

Fưd

Fưq b

b

Trung tính vật

lý

Kết luận:

- Khi chổi than nằm đường trung tính hình học phản ứng phần ứng ngang

trục (Fư = Fưq) làm méo từ trường khe

hở Nếu mạch từ khơng bão hồ từ trường tổng khơng đổi tác dụng trợ từ khử từ Nếu mạch từ bão hồ từ thơng cực giảm ít, nghĩa phản ứng phần ứng ngang trục có tác dụng khử từ

- Từ cảm đường trung tính hình học khác 0, đường mà bề mặt phần ứng có từ cảm gọi đường trung tính vật lý (đường qua điểm a b hình 5-6)

b.Khi xê dịch chổi than lệch khỏi đường trung tính hình học.

Lúc S.t.đ phần ứng chia làm thành phần:

- Thành phần ngang trục Fưq làm méo

từ trường cực từ khử từ mạch từ bão hòa

- Thành phần dọc trục Fưd trực tiếp

ảnh hưởng đến từ trường cực từ có tính chất trợ từ hay khử từ tùy theo chiều xê dịch chổi than

Nếu xê dịch chổi than theo chiều quay máy phát (hay ngược chiều quay động

cơ) phản ứng dọc trục Fưd có tính chất

khử từ ngược lại quay chổi than ngược chiều quay máy phát thuận chiều

động Fưd có tính chất trợ từ

Hình 5.6 Các đường phân bố từ trường máy chổi than các vị trí khác nhau.

Đường 1: Từ trường cực từ chính Đường 2: Từ trường phần ứng. Đường 3: Từ trường tổng mạch từ khơng bão hồ.

Đường 4: Từ trường tổng mạch từ bão hồ.

§ 5.4 Từ trường cực từ phụ

Cực từ phụ đặt hai cực từ nằm đường trung tính hình học Các chổi than đặt cố định đường TTHH không tải hay có tải Tác dụng cực từ phụ sinh s.t.đ triệt tiêu s.t.đ

Moûm

ra Mỏmvào

Trung tính hình học Trung tính

phần ứng ngang trục Fưq đồng thời tạo từ trường ngược chiều với từ trường phần ứng khu vực đổi chiều Vì cực tính cực từ phụ phải trùng với cực tính cực từ mà phần ứng chạy vào máy làm việc chế độ máy

phát Để triệt tiêu Fưq với tải từ

trường cực từ phụ phải tỉ lệ với Iư nên dây

quấn cực từ phụ phải nối nối tiếp với dây quấn phần ứng mạch từ khơng bị bão hịa Xét ảnh hưởng cực từ phụ đến cực từ hình 5-8:

a Khi chổi than nằm đường trung tính hình học:Cực từ phụ khơng ảnh hưởng đến từ trường cực từ phạm vi bước cực tác dụng khử từ trợ từ cực từ phụ nên bù cho

b Nếu xê dịch chổi than khỏi đường trung tính hình học, ví dụ theo chiều quay phần ứng

chế độ máy phát (hay ngược chiều quay Hình 5.8 Ảnh hưởng từ trườngcực từ phụ đến từ trường chính.

động cơ) phạm vi bước cực τ tác dụng khử từ cực từ phụ lớn

tác dụng trợ từ nó, làm cho máy bị khử từ

c Nếu xê dịch chổi than ngược chiều quay máy phát (thuận chiều quay động cơ) cực từ phụ có tác dụng trợ từ

Tóm lại: Ảnh hưởng từ trường cực từ phụ từ trường cực từ phản

ứng phần ứng dọc trục Fưd

Sự phân bố từ trường tổng có cực từ phụ khơng có dây quấn bù:

Sự phân bố từ trường tổng có từ trường cực từ phụ hình 5.9, đường 1, 2, hình 5.9a đường phân bố s.t.đ cực từ chính, cực từ phụ s.t.đ phần ứng; Hình 5.9b đường phân bố s.t.t tổng; Hình 5.9c đường phân bố từ cảm tổng

trong khe hở khơng khí Hình 5.9 S.t.đ đường cong từtrường tổng máy chiều có

cực từ phụ.

Hình 5.7 Cách bố trí đấu dây của cực từ phụ máy điện chiều

a) b) c)

§ 5.5 Từ trường dây quấn bù

Mục đích dây quấn bù làm giảm đến mức độ cao biến dạng từ trường phản ứng phần ứng Muốn dây quấn bù đặt vào rãnh mặt cực quấn theo sơ đồ hình 5-10 để bù phụ tải phải nối dây quấn bù nối tiếp với dây quấn phần ứng cho s.t.đ hai dây quấn ngược chiều Khi có tải để khơng có biến dạng từ trường phạm vi bề mặt cực từ phải bù hoàn toàn s.t.đ phần ứng phạm vi mặt cực từ

b’ = αδ.τ

Muốn phải thực dây quấn bù cho đoạn kL = tS = ½ Fb phải với đoạn ml = rs = ½αδ.Fưq, nghĩa cho :

Fb = αδ.Föq = αδ.τ.A = b’.A

Hình chữ nhật adch biểu thị cho S.t.đ cực phụ máy khơng có dây quấn bù Khi có dây quấn bù F’f = Ff – Fb , nghĩa nhỏ nhiều máy dây quấn bù, F’f biểu thị hình acfh Lúc phần biểu thị hình chữ nhật bcfg s.t.đ để bù vào phần lại hiệu số Fưq – Fb trong không gian cực, cịn hình chữ nhật abgh xác định s.t.đ đổi chiều Fđc cần thiết để thành lập từ thông đổi chiều Φđc tạo nên s.đ.đ đổi chiều dẫn vùng đổi chiều

§ 5.6 Thí dụ

Một máy phát điện chiều có p = 2, số phần tử S = 95 Số vòng

phần tử ws = Đường kính ngồi phần ứng Dư = 17cm, dịng điện định mức Iđm =

36A, chổi than mằm đường trung tính hình học

1 Nếu dây quấn phần ứng dây quấn sóng đơn, tính phụ tải đường A s.t.đ ngang trục lúc tải đầy

2 Nếu dây quấn phần ứng xếp đơn, tính phụ tải đường A s.t.đ ngang trục lúc tải đầy

3 Nếu chổi than dịch khỏi đường trung tính hình học 160 (góc độ điện), dịng

điện phần ứng 36A, tính s.t.đ ngang trục dọc trục hai loại dây quấn sóng đơn xếp đơn

giải

1 Tổng số dẫn : N = 2ws S = x x 95 = 570

Với dây quấn sóng đơn, lúc tải đầy dòng điện mạch nhánh :

iư = Iđm / 2a = 36 / 2x1 = 18A

(Trong dây quấn sóng đơn a = )

Phụ tải đường tải đầy với dây quấn sóng đơn :

A = Niư /π Dö = 570X18 / π x17 = 191 A/cm

Bước cực τ = πDư/ 2p = π x 17/4 = 13,35cm

s.t.đ ngang trục :

Fưq = A.τ = 191x 13,35 = 2560 A/ đôi cực

2 dòng điện mạch nhánh dây quấn xếp đơn :

iư = Iđm / 2a = 36 / 2x2 = A

( Trong dây quấn xếp đơn a = p = 2)

Phụ tải đường tải đầy với dây quấn xếp đơn :

A = Niö / πDö = 570x9 / π x17 = 95,5 A/cm

s.t.đ ngang trục : Fưq = Aτ = 95,5x13,35 = 1280 A/đôi cực

3 Chiều dài chu vi phần ứng ứng với 160 góc độ điện :

b = 160/1800 x πD

ö / 2p = 16/ 180 x πx17/ 2x2 = 1,19cm

Nếu dòng điện phần ứng 36A ta có : Đối với dây quấn sóng đơn :

Fưd = Ax2b = 191x2x1,19 = 456 A/đôi cực

Fưq = A(τ - 2b) = 191(13,35 - 2x1,19) = 2104 A/đôi cực

Đối với dây quấn xếp đơn :

Fưd = Ax2b = 95,5x2x1,19 = 228 A/đôi cực

Câu hỏi

1 Tính chất từ trường phần ứng?

2 Khi phản ứng phần ứng ngang trục có tính chất khử từ? sao?

3 Nếu chổi than không đường trung tính hình học dịng điện kích từ lúc có tải không đổi, hỏi máy phát quay thuận quay ngược điện áp đầu cực máy phát có khơng? dùng phương pháp để tìm đường trung tính vật lý khơng?

Bài tập

1 Một động điện kích từ song song có số liệu sau: Pđm = 550kw, Uđm =

600v, Iđm = 1000A, p = 3, nđm = 500vg/ph Dịng điện kích từ It = 19 A, phụ tải

đường A = 270 A/cm Đường kính phần ứng Dư = 92 cm Dây quấn xếp phức

tạp với m = Điện áp rơi phần ứng Iư Rư = 40 v

a) Tính s.t.đ phần ứng chổi than nằm đường trung tính hình học (TTHH)

b) Tính từ thơng Φ máy

c) Tính Fưd,Fưq xê dịch chổi điện 100 (góc độ điện) khỏi đường TTHH.

(s.đ.đ động điện chiều tính theo công thức :Eư = U - IưRư

và động điện chiều kích thích song song Iđm = Iưđm + It)

Đáp số: a Fư = 13000 A

b Φ = 0.14 Wb

c Föd = 1441.8 A; Föq = 11564,2 A

2 Một máy phát điện chiều có số liệu sau: Pđm = 24 Kw, Uđm = 230 V, Iñm

= 104,5A, It = 1,5 A, n = 1300vg/ph, 2p = Dây quấn sóng đơn, tổng số

dẫn N = 556, số vịng dây phần tử Ws = 2; Dư = 294 mm, IưRư =19,4 V

Trong Iư = Iđm + It Tính:

a Eư, Φ, A

b Fư chổi than nằm đường trung tính hình học

c Fưq và Fưd khi xê dịch chổi điện góc 100 góc độ điện.

Đáp số: a Eư = 249.4 A; Φ = 0.01Wb; A = 319 A/cm

b Fö = 7362,2 A

c Föd = 818,53 A; Föq = 6523,16 A

3 Một máy phát điện chiều có số liệu sau:Pđm = 13,3kw, Uđm = 230v, Iưđm

= 58A, 2p = 4, tổng số dẫn N = 834, Dư = 24,5 cm, dây quấn xếp đơn Tính

s.t.đ phần ứng chổi than đường trung tính hình học xê dịch phiến góp cho biết G = 139

Đáp số: Fư = 3019 A

Chương : ĐỔI CHIỀU § 6.1 Đại Cương

Khi máy điện chiều làm việc phần ứng quay tròn, phần tử dây quấn vào vùng trung tính chổi than, dịng điện phần tử thay đổi chiều chuyển từ mạch nhánh sang mạch nhánh Q trình đổi chiều dịng điện phần tử di chuyển vùng trung tính bị chổi than nối ngắn mạch gọi đổi chiều

Để có khái niệm cụ thể hình 6-1 trình bày q trình đổi chiều dịng điện phần tử b dây quấn xếp đơn

t = i1 = 2iö i2 =

i = + iư

0 < t <Tđc i1 ≠ i2 ≠

t = Tñc

i1 = i2 = 2iö

i = - iö

Hình 6.1 Quá trình đổi chiều

Hình Đường biểu diễn dòng điện phần tử

Sau thời gian Tđc gọi chu kỳ đổi chiều phần tử, dòng điện phần tử b

thay đổi từ + iư – iư nghĩa thay đổi 2iư Q trình gọi q trình đổi

chiều

Đường biểu diễn dịng điện phần tử

Tđc

Tn -iư

+iư

→

→

i

Tn : thời gian mà sau kết thúc đổi chiều phần tử chuyển từ chổi than biết

đến chổi than khác dấu bên cạnh (thường Tđc 0,001s , Tn 0,02s) đường

biểu diễn dịng điện phần tử phần ứng quay có dạng hình 6-2

Chu kỳ đổi chiều Tđc: khoảng thời gian cần thiết để vành góp quay góc ứng

với bề rộng chổi than nghĩa :

Tñc =

G c

V b

bc: bề rộng chổi than; VG : tốc độ dài vành góp

Gọi DG đường kính vành góp

bG =

G

DG

π bước góp (bề rộng phiến góp)

Đặt

G c

G b

b

=

β , VG = πDG.n = bG.G.n; n: Tốc độ quay phần ứng

Thì chu kì đổi chiều dây quấn xếp đơn có dạng :

Tñc =

G c

V b =

.G.n b

b

G

c =

G

β G.n1

Đối với dây quấn xếp phức tạp có bước vành góp yG = m (m khác 1) đầu

cuối phần tử có (m-1) phiến Vì phần tử bị chổi han nối ngắn mạch

trong khoảng thời gian để vành góp quay cung bc - (m-1)bG,

Thay bc = βGbG, m = a/p vG = bG.G.n ta

Quá trình đổi chiều xảy ngắn (Tđc 0,001s) đổi chiều không

tốt thường sinh tia lửa lớn chổi than tạo thành vòng lửa hai chổi than ảnh hưởng xấu đến trình làm việc máy

§ 6.2 Q trình đổi chiều

Hình 6.3

Ta nghiên cứu qui luật đổi chiều xảy phần tử dây quấn xếp đơn hình 6-3 Theo định luật kirkhoff2 viết cho mạch vịng phần tử abc ta có :

i.rpt + i1(rd + rtx1) – i2(rd + rtx2) = Σe

Nếu tính gần ta giả thiết rpt = 0, rd = ta có:

i1rtx1 – i2rtx2 = Σe (6-4)

Trong đó:

i : dịng điện ngắn mạch chạy phần tử đổi chiều

≈ ≈

(6 - 1)

( ) G

G c

v b m b

T= − −

≈

(6 - 2)

n G

1 p a

Tñc G

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝

⎛ −

− β

= (6 - 3)

c a

i1 , i2 : dòng điện chạy qua dây nối với phiến góp 1,2

rpt : điện trở phần tử rd : điện trở dây nối

rtx1 , rtx2 : điện trở tiếp xúc chổi than với phiến đổi chiều1

Σe : tổng s.đ.đ cảm ứng phần tử đổi chiều bao gồm :

S.đ.đ tự cảm eL: phần tử đổi chiều có hệ số tự cảm Lc đổi chiều, phần tử sẽn cảm ứng nên sức điện động

eL = – Lc

dt di

Khi đổi chiều dòng điện thay đổi từ i = + iư (khi t = 0) đến i = – iư (khi t = Tđc), từ

đó suy

dt

di < suy e

L > Theo định luật Lenzt eL có xu hướng làm cho

đổi chiều chậm lại

Giá trị trung bình s.đ.đ tự cảm :

eLtb = ∫

− + − ö ö i i c ñc dt di L T

1 = ư

ư i i đc c i T L − +

− | = Lc

đc

T 2i

S.đ.đ hỗ cảm eM: Do ảnh hưởng đổi chiều đồng thời phần tử khác

nằm rãnh Sức điện động hỗ cảm eM

Suy giá trị s.đ.đ hỗ cảm trung bình phần tử đổi chiều là:

S.đ.đ đổi chiều eđc : Sinh phần tử đổi chiều chuyển động từ trường tổng hợp vùng trung tính

S.đ.đ eL và eM có tác dụng với q trình đổi chiều cách tính toán

tổng chúng gọi s.đ.đ phản kháng epk = eL + eM

Để trình đổi chiều tiến hành thuận lợi eđc ln ln phải ngược với epk

Theo định luật kirkhoff1, viết phương trình dịng điện điểm nút a c sau :

Nút a: iư + i – i1 =

Nút c: iư – i – i2 = (6-5)

Thay giá trị i1, i2 vào biểu thức (6-1) ta có :

i =

tx2 tx1 ö tx1 tx2 tx1 tx2 r r e i r r r r + + +

− ∑ (6-6)

Nếu giả thiết trình đổi chiều t = kết thúc t =Tđc với điều kiện

∑ ∑ =− = = dt di e e e n n n n Mn M ∑ = n đc tb

M T2i M

e ( ) ñc ö n c tb pk T i M L

bc = bG ta coù:

Stx1 = S

T t T đc đc − Trong

Stx1 , Stx2 : diện tích tiếp xúc chổi than phiến góp 1,

S : diện tích bề mặt tiếp xúc tồn phần chổi than phiến đổi góp

Vì rtx1 , rtx2 tỉ lệ nghịch với Stx1 , Stx2 nên:

rtx1 = tx

ñc ñc tx tx1 r t T T r S S − =

rtx : điện trở tiếp xúc toàn phần ứng với mặt tiếp xúc toàn phần Stx

Thay (6-8) vào (6-6) ta có quan hệ i t sau :

Đặt ic = (1 -

đc

T 2t ).i

ư

ic : gọi dịng điện đổi chiều dịng điện đổi chiều đường thẳng

if : dòng điện đổi chiều phụ hay dòng điện đổi chiều đường cong

1 Dòng điện đổi chiều đường thẳng :

Hình 6.4 Đổi chiều đường thẳng

Xảy eđc = epk (tổng Σe = 0)

Khi : i = (1 - đc

T 2t ).i

ư = ic

Đường biểu diễn dịng điện i = f(t) trường hợp đường thẳng h6-

Nếu gọi J1 , J2 mật độ dịng điện bề mặt

tiếp xúc phía phía vào chổi than thì:

Từ đồ thị ta nhận thấy :

ñc

1 tg

t T

i = α

− vaø t2 tg

i α = S T t S ñc tx = (6-7) tx ñc tx tx

tx t r

T r S

S

r = = (6-8)

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + − + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = ∑ t T t T T r e i T t i đc đc đc tx đc (6-9) ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + − = ∑ t T t T T r e i ñc ñc ñc tx f Vaø (6-10) t i S T S i

J ñc

2 tx

2 = =

&

(T t)

S i T S i J ñc ñc tx

1 = = −

&

(6-11) t

Tđc + iư

Tđc - t - iư Tñc/2

Mà α1 = α2 nên J1 = J2 = const có nghĩa mật độ dòng điện phân bố phần tiếp xúc chổi than giống

Khi chổi than rời khỏi phiến góp tức i = – iư mà i1 = iư + i nên i1 =

Do rời khỏi phiến không phát sinh tia lửa chổi than

2 Dòng điện đổi chiều đường cong :

Trên thực tế eđc + epk≠ có nghĩa Σe ≠ phần tử đổi chiều

sẽ xuất dòng điện đổi chiều phụ xác định theo số hạng thứ biểu thức

(6-9) lúc i = ic + if khiến cho quan hệ i = f(t) không cịn đường thẳng nữa, ta

có đổi chiều đường cong

a Nếu epk > eđc hay Σe > 0: giả sử rtx = const từ biểu thức (6-9) ta thấy:

Trong đó:

Hình 6.5 Đường cong 1: Rtx = f(t) Đường cong 2: if = f (i) Σe > Đường cong 3: if = f (i) Σe <

Rtx : Là điện trở tiếp xúc chổi than dòng

điện đổi chiều phụ if thời điểm Khi t = t

= Tñc Rtx = Rtx = 4rtx

Đường biểu diễn Rtx = f(t) đường hình 6.5

Nếu Σe = Cte Σe > i

f biến đổi

theo đường cong hình 6.5 dịng điện đổi chiều

i = ic + if biến đổi theo đường cong h6-6

Ở trường hợp đổi chiều mang tính chất trì hỗn, nghĩa dịng điện i thay đổi chậm so với đổi chiều đường thẳng

Tại t =

2

Tđc thì i ≠ 0

Taïi t >

2

Tđc thì i = 0

Sở dĩ có trì hỗn tác dụng epk

chống lại biến đổi dòng điện i Từ h 6-6 ta

thấy α1 > α2 J1 > J2 mật độ dòng điện đầu lớn

hơn đầu vào làm tia lửa xuất đầu chổi than

tx ñc

ñc ñc

tx

f R

e t

T T t

T r

e

i ∑ = ∑

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜

⎝ ⎛

− + =

2 T

t = ñc

∞

1(Rtx) Rtx, rf

2 if=f(t) Σe>0

3 if=f(t) Σe<0

Hình 6.6 Đổi chiều chậm sau(Σe > 0) + iư

- iư Tđc - t

i

t

b Nếu epk < eđc hay Σe < if đổi dấu có dạng đường cong h6-5 Đường biểu diễn dòng điện đổi chiều i tương ứng

trình bày h 6-7 i = t < Tđc /2 đổi

chiều mang tính chất vượt trước Khi đổi chiều

vượt trước α1 < α2 J1 < J2 mật độ dòng điện

ở đầu nhỏ mật độ dòng điện đầu vào

chổi than J2 > J1 nên có tia lửa đầu vào chổi

than Hình 6.7 Đổi chiều vượt trước (Σe < 0)

- iö

t

+ iö

i

0 i

Tñc - t

i1

i2

t

Hình 6.8 Từ thơng tản phần tử đổi chiều

3 Xác định S.đ.đ phần tử đổi chiều : a.S.đ.đ tự cảm eL: (xác định trường hợp bc = bG) Ta biết s.đ.đ tự cảm có dạng :

eL = – Lc

dt

di vaø e

Ltb = Lc

đc

T

2i (6-12)

Từ thông tản ΦL sinh s.đ.đ tự cảm eL trong phần tử đổi chiều bao gồm :

′ Φ

Φr

Φñn

Φñn

S

S N

r r +Φ

Φ′

r′ Φ

Từ thông tản rãnh Φr’

Từ thông tản đỉnh Φr

Từ thông tản phần đầu nối Φđn

Từ thông tản ΦL chủ yếu vào

khơng khí (h6-12) nên phụ thuộc vào bão hòa Mà

ΦL = Sức từ động x suất dẫn từ

ΦL = ws.iư.λL1

Trong đó: ws : số vịng phần tử

λL1: Dẫn suất từ tản phần tử (có trị số từ thơng móc

vòng vòng dây có dòng điện iư = 1A chạy qua)

Từ thơng móc vịng tồn bối dây :

ΨL = ws.ΦL = λL1

s

w iö

Suất dẫn từ theo đơn vị chiều dài (chỉ tính từ thơng tản cạnh tác dụng)

λL =

δ λ 2lL1

Do ΨL = λL.2lδ

s

w iư ΨL = Lc.iư ta có:

Thay (6-13) vào (6-12) ý đến biểu thức Tđc

eLtb = 2

s

w λL.lδ

đc

T 2i

Maø ws =

2G N 2S

N = T

đc =

ư D D G DD G D D G G G G c V b V b V b V b G ö G ö G ö = =

= ⎟⎟

⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = G G ö ö D V D V

Dư , DG : Đường kính phần ứng cổ góp

Vư , VG : tốc độ dài phần ứng cổ góp

Do eLtb = 2ws.lδ.λL2GN

D D G ö V b i G ö

Thay :GbG = π.DG vào biểu thức ta có:

Với : Phụ tải đường

b Sức điện động hỗ cảm:

eM = ∑n

1 Mn

e = – ∑n

n n dt

i d M

Trong

Mn : hệ số hỗ cảm phần tử xét phần tử thứ n

in : dòng điện phần tử thứ n

Tương tự eL ta có :

eMtb = ∑ n

đc

ư M

T i

2 biểu thức cuối là

eMtb = ws.lδ.A.Vö.∑λM

M

λ : suất dẫn từ hỗ cảm đơn vị dài cạnh tác dụng phần tử

c Sức điện động phản kháng

Theo định nghóa s.đ.đ phản kháng trung bình có dạng epktb = eLtb + eMtb = 2ws.lδ.λL.A.Vư(λL + ∑λM )

= 2wslδAVöλ/

d Sức điện động đổi chiều eđc: Sức điện động đổi chiều có dạng tổng quát: e = B.l.V

eLtb = 2ws

δ

l λL ö ö u V D i N π

eLtb = 2ws

δ

l λL.A.Vö (6-14)

Khi phần tử vào vùng đổi chiều, sức điện động đổi chiều eđc bằng: eđc = 2.ws.Bđc.lđc.Vư

Trong đó:

Bđc: Từ cảm tổng hợp từ trường cực từ phụ từ trường phần ứng

vùng trung tính

lđc: Chiều dài dẫn cắt đường sức từ trường đổi chiều

§ 6.3 Nguyên nhân sinh tia lửa phương pháp cải thiện đổi chiều 1 Nguyên nhân sinh tia lửa :

Tia lửa sinh chổi than nguyên nhân nguyên nhân điện từ

Ngun nhân cơ: Vành góp khơng đồng tâm với trục, cân phận quay không tốt, bề mặt vành góp khơng nhẵn, lực ép chổi than khơng thích hợp chổi than đặt khơng vị trí v.v

Nguyên nhân điện từ: Do s.đ.đ đổi chiều không triệt tiêu s.đ.đ phản kháng làm đổi chiều vượt trước chậm sau gây tia lửa đầu vào đầu chổi than

2 Các phương pháp cải thiện đổi chiều :

Để tạo điều kiện tốt cho đổi chiều, trước hết cần phải giữ điều qui định trạng thái vành góp cấu giữ chổi than cho bảo đảm loại trừ nguyên nhân sinh tia lửa Dưới ta xét biện pháp chống tia lửa có tính chất điện từ

a.Cực từ phụ:

Tác dụng cực từ phụ phải sinh s.t.đ Ff có chiều ngược lại phản ứng

ngang trục Fưq có độ lớn cho ngồi việc trung hồ ảnh hưởng Fưq

cịn tạo từ trường phụ để sinh s.đ.đ đổi chiều eđc làm triệt tiêu

epk đểâ if = hay:

Σe = eñc + epk =

Tức 2wsVưlđcBđc = 2wslδAVưλ/ suy ra

S.t.đ cần thiết cực từ phụ : Ff = A.τ +

o µ

2 B

ñc.δf.kδf

(6-17)

λ′ = δ A

l l B

ñc ñc

Trong đó: δf: Chiều rộng khe hở khơng khí cực từ phụ rotor

f

kδ =

f r1

f

5 b

5 t

δ +

δ

+ hệ số khe hở cực từ phụ, thường δ

f > δ kδf > kδ

Số vịng dây cực từ phụ : wf =

ö f

2.I F

Hoặc s.t.đ cần thiết cực từ phụ : Ff =

2

1A.τ +

o

µ

1 B

đc.δf.kδf

do wf =

ư f

I F

Dây quấn cực từ phụ nối tiếp với dây quấn phần ứng mạch từ cực từ phụ khơng bão hồ Muốn ta phải tăng khe hở cực từ phụ so với khe hở cực từ

b.Xê dịch chổi than khỏi vùng trung tính hình học.

Trong máy điện khơng có cực từ phụ, từ trường đổi chiều cần thiết để

sinh s.đ.đ eđc cân với epk được tạo nên cách xê dịch chổi than khỏi

đường trung tính hình học Để chứng tỏ phải xê dịch chổi than ta giả sử máy làm việc chế độ máy phát chổi than A-B đặt trung

tính hình học (h6-9a) Ta biểu thị s.đ.đ eư phần tử a trước lúc đổi chiều

đoạn thẳng hướng từ trục hoành lên (h6-9b) Khi máy làm việc máy phát,

chiều iư trùng với chiều eư tạo nên khu vực đổi chiều từ trường

ngang phần ứng rõ h6-9a đường nét chấm Ứng dụng qui tắc bàn tay phải ta thấy phần tử a vào chổi than A bắt đầu đổi

chiều từ trường phần ứng tạo nên phần tử eưq dấu với S.đ.đ eư

Cho nên eưq biểu thị eư h6-9b

(6-19)

Hình 6.9 Xê dịch chổi than khỏi vùng trung tính để cải thiện đổi chiều

Trung tính hình học

Trung tính vật lý

Đ F

eưq eư

epk

eđc iư

Trong thời gian đổi chiều Tđc dòng iư biến đổi từ + iư đến – iư và phần tử đổi

chiều sinh s.đ.đ epk ngược chiều với biến đổi dòng điện

phần tử tương ứng biểu thị giống eư , eưq Chúng ta thấy eưq tác dụng

cùng chiều với epk nghĩa làm đổi chiều chậm lại Để triệt tiêu eưq ta xê dịch chổi

điện góc α đến đường trung tính vật lý eưq = Ngồi cịn phải khử

epk cách tạo eđc có chiều ngược với epk, eđc phải biểu thị

bằng đoạn thẳng ngược xuống So sánh eư eđc khác dấu Nói

khác trước lúc đổi chiều s.đ.đ eư tạo nên từ trường cực Bắc

trong lúc đổi chiều s.đ.đ eđc phải tạo nên từ trường cực Nam Để thỏa

mãn điều phải xê dịch thêm chổi than khỏi đường trung tính vật lý

góc γ theo chiều quay phần ứng ứng với máy phát ngược chiều

quay động

Kết luận mang tính chất tổng quát; nghĩa để cải thiện đổi chiều máy khơng có cực từ phụ làm việc theo chế độ máy phát ta phải xê dịch chổi

than góc β = α + γ từ đường trung tính hình học theo chiều quay phần

ứng (đối với động ngược lại)

c.Dây quấn bù

Dây quấn bù Menghes đề nghị từ năm 1884 biện pháp hiệu lực để triệt tiêu từ trường phần ứng phạm vi mặt cực từ làm cho từ trường cực từ khơng bị biến dạng để bù từ trường phần ứng tải dây quấn bù phải nối nối tiếp với dây quấn phần ứng Ở máy có dây quấn bù có cực từ phụ

Khi có dây quấn bù s.t.đ cực từ phụ giảm nhỏ, mạch từ cực từ phụ bão hòa Hiệu cải thiện đổi chiều tăng

S.t.đ cần thiết dây quấn bù mặt cực :

Fb = αδ.Föq = αδ.A.τ = b’.A

Số vòng dây quấn bù cực: Hình 6.10 Dây quấn bù

ư b b 2I

F

Thí dụ tính tốn

Một máy phát điện kích thích song song dây quấn sóng đơn có số liệu sau:

Pñm = 10 kW, Uñm = 115 V, nñm = 1040 V/ph, p = 2, Dö = 24,5 cm, lδ = 12cm, Z = 35,

G = 105, ws = 1, lđc = 8,5cm,λL = 7.10-6 H/m Chiều rộng khe hở khơng khí cực

từ phụ δf = 2,5mm, hệ số khe hở khơng khí cực từ phụ kδf= 1,33 .Tính s.đ.đ epk

và số vòng dây cần thiết cực từ phụ để eđc triệt tiêu epk

Vaäy epk = 2.1.12.1336.10-2.119.7.10-6 = 0,267 V

Sức từ động cần thiết cực từ phụ GIẢI

Với điều kiện βG =1,a=p,λ = 0Μ ta có :

A V l w

epk = s δ öλ

A , 43 U P a I i 210 G w N cm / A 119 D i N A s / cm 1336 60 1040 , 24 60 n D V ñm ñm ñm ö s ö ö ö ö = = = = = = π = = π = π =

(bỏ qua dòng điện It)

Trong 2 đc đc f f đc f m / Wb 1175 , 10 119 10 , 12 A l l B m / H 10 cm , 19 , 24 p D k B A F = = λ = π = µ = π = π = τ δ µ + τ = − δ − δ Trong đó:

(theo điều kiện epk= eđc)

Câu hỏi

1 Cho biết ảnh hưởng tốc độ phần ứng đến đổi chiều ? Bước dây quấn có ảnh hưởng đến đổi chiều ?

3 So sánh phương pháp dùng để cải thiện đối chiều nói rõ hiệu ứng dụng phương pháp

4 S.t.đ cực từ phụ phải đảm bảo triệt tiêu phản ứng phần ứng sinh từ trường đổi chiều cần thiết.Trong hai thành phần đó,thành phần lớn chiếm tỷ lệ khoảng phần trăm s.t.đ cực từ phụ ?

5 Vẽ cách nối dây dây quấn bù dây quấn cực từ phu với dây quấn phần ứngï

Bài tập

1 Tính số vịng dây cực từ phụ máy phát điện chiều để có đổi

chiều đường thẳng.Cho : N = 834, Iư = 59 A, a = p =1, ws = 3, Dư = 24.5 cm, n =

1460 vg/ph, λ'= 8,5 10 -6 H/m, l

δ = lñc = cm, δf = mm, k δf = 1,3

CHƯƠNG 7

CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU § 7.1 Đại cương

Trên thực tế trạm phát điện đại phát điện xoay chiều pha, phần lớn lượng dùng dạng điện xoay chiều công nghiệp, để thắp sáng dùng cho nhu cầu đời sống Trong trường hợp điều kiện sản xuất bắt buộc phải dùng điện chiều (xí nghiệp hóa học, cơng nghiệp luyện kim, giao thơng vận tải v.v…) người ta thường biến điện xoay chiều thành chiều nhờ chỉnh lưu chỉnh lưu kiểu máy điện, cách thứ hai dùng máy phát điện chiều để nguồn điện chiều

Phân loại máy phát điện chiều theo phương pháp kích thích Chúng chia thành:

a.Máy phát điện chiều kích thích độc lập b.Máy phát điện chiều tự kích

Trong đó:

-Máy phát điện chiều kích thích độc lập gồm

+ Máy phát điện chiều kích thích điện từ: dùng nguồn DC, ắc qui v.v

+ Máy phát điện chiều kích thích nam châm vĩnh cửu - Theo cách nối dây quấn kích thích, máy phát điện chiều tự kích chia thành:

+ Máy phát điện chiều kích thích song song + Máy phát điện chiều kích thích nối tiếp + Máy phát điện chiều kích thích hỗn hợp

Hình 7.1 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện chiều

It Iö Iö

Iö Iö

§ 7.2 Các đặc tính MFĐDC

Bản chất máy phát điện phân tích nhờ đặc tính quan hệ đại lượng máy :

- Điện áp đầu cực máy phát điện: U

- Dịng điện kích từ : It

- Dịng điện phần ứng Iư

- Tốc độ quay : n

Trong n = Cte cịn đại lượng tạo mối quan hệ đặc tính là:

c Đặc tính phụ tải (đặc tính tải): U = f(It) I = Iđm = Cte , n = n

ñm = Cte Khi

I = đặc tính phụ tải chuyển thành đặc tính không tải Uo = Eo = f(It) Đặc tính

có ý nghĩa quan trọng việc đánh giá máy phát để vẽ đặc tính khác máy phát điện

d Đặc tính ngồi: U = f(I) Rđc = Cte (I

t = Cte)

e Đặc tính điều chỉnh : It = f(I) U = Cte Trong trường hợp riêng U =

0, đặc tính điều chỉnh chuyển thành đặc tính ngắn mạch It = f(In)

Chúng ta xét đặc tính máy phát điện theo phương pháp kích từ coi nhân tố chủ yếu để xác định chất máy phát điện

§ 7.2.1 Các đặc tính máy phát điện kích thích độc lập

1 Đặc tính khơng tải Uo = f(It) I = n = Cte sơ đồ lấy đặc tính trình bày

trên hình 7-2a, đặc tính biểu thị h7-2b

Hình 7.2 Sơ đồ lấy đặc tính đặc tính khơng tải MFĐMCKTĐL

Rt

It Rñc Ut

Uñm + U0max

- It + It

a b

Rđc

Rmm Rđc It

Iư

Đ KT

Iư

→

Vì máy thường có từ thơng dư nên It = cực máy phát có điện

áp U/

oo = OA (h7-2b), thường U/oo = (2 ÷ 3)% Uđm Khi biến đổi It từ It = ÷ +Itmax =

OC điện áp U tăng theo đường cong đến + Uomax = Cc Thường Uomax = (1,1 ÷

1,25) Uđm Lúc khơng tải phần ứng MFĐKTĐL nối với voltmet nên :

Uo = Eo = Ce.n.Φ = C’e.Φ

Nên quan hệ Uo = f(It) lặp lại quan hệ Φ = f(It) theo thước tỉ lệ định

Bây biến đổi It từ + Itmax = OC ÷ It = sau đổi nối ngược

chiều dịng điện mạch kích thích tiếp tục biến đổi It từ It = ÷ - Itmax = Od

→ vẽ đường cong

Lặp lại biến đổi dòng điện theo thứ tự ngược lại từ – Itmax = Od ÷

+Itmax = OC ta vẽ đường

Đường cong tạo thành chu trình từ trễ xác định tính chất thép cực từ gông từ

Vẽ đường trung bình đường đặc tính khơng tải để tính tốn

2 Các đặc tính phụ tải U = f(It) I = Cte, n = Cte.

Khi MF có dịng điện tải I điện áp đầu cực bị hạ thấp :

- Điện áp rơi phần ứng IưRư

- Phản ứng phần ứng ε

Các đường 1, h7-3 biểu thị đặc tính không tải phụ tải Nếu cộng thêm điện áp

rơi IưRư vào đường cong phụ tải

ta có đặc tính phụ tải U + IưRư = Eư = f(It)

Hình 7.3 Đặc tính phụ tải MFĐDCKTĐL

Khi I = Cte , n = Cte đường cong 3.

Đặc tính phụ tải với đặc tính khơng tải cho phép thành lập ∆ đặc tính

của máy phát điện chiều Tam giác mặt cho phép đánh giá ảnh hưởng điện áp rơi phản ứng phần ứng điện áp máy phát điện chiều mặt khác dùng để vẽ đặc tính ngồi đặc tính điều chỉnh máy phát điện chiều

Iö = Cte Iö =

→ I

t

→

Cách vẽ ∆ đặc tính sau : Qua điểm D lấy tùy ý trục hoành, vẽ đường thẳng // với trục tung cắt đường cong 2, điểm C, B F Theo

cách vẽ đoạn BC = IưRư Lúc khơng tải với It = OD ta có Uo = FD toàn

bộ điện áp rơi CF có dịng điện tải I lớn điện áp rơi BC = IưRư trị số BF

do phản ứng phần ứng sinh Lúc không tải Eư = BD = AG dòng điện Ito =

OG sinh có trị số nhỏ OD đoạn DG = OD – OG Từ ta thấy trị số S.t.đ phản ứng phần ứng biểu thị theo thước đo dịng điện kích thích GD Để vẽ

được ∆ đặc tính cần kẻ qua B đoạn BA = GD // với trục hồnh

3 Đặc tính ngồi U = f(I) It = Cte (R

ñc = Cte) , n = Cte

Đặc tính ngồi lấy theo sơ đồ 7-2a lúc

cầu dao P đóng mạch Điện áp Ut

đầu cực kích thích giả thiết khơng lớn, :

Để lấy đặc tính ngồi quay

MFĐ đến n = nđm và thiết lập dịng điện kích

thích Itđm cho I = Iđm = U = Uđm =

(h7-4) Sau giảm dần phụ tải MFĐ đến không tải Điện áp MFĐ tăng theo đường

Hình 7.4 Đặc tính ngồi MFĐDCKTĐL

cong phụ tải giảm điện áp rơi phần ứng IưRư phản ứng phần ứng

giảm lúc không tải Uo = OA, :

Vì Rư = Cte nên I

ưRư = f(Iư ) biểu diễn đường thẳng

Đường cong quan hệ U + IưRư = Eư = f(Iư ) gọi đặc tính

máy phát điện

Từ đặc tính khơng tải Uo = f(It ) ∆ đặc tính vẽ đặc tính ngồi với giả thiết

các cạnh ∆ biến đổi tỉ lệ với dòng điện I

Trước hết ta lấy Uđm = vẽ đồ thị ∆ AđmBđmCđm tương ứng với Iđm =

sao cho đỉnh Ađm nằm đường đặc tính khơng tải, cịn cạnh AđmBđm BđmCđm

song song với trục hồnh trục tung, vị trí điểm Cđm xác định cách đo

tương ứng với điện áp Uđm = Kéo dài cạnh BđmCđm ta Itđm = OCn =

điểm Ao tương ứng điện áp không tải Uo Ta đem điểm Cđm sang bên trái trục tung

được điểm Dđm tương ứng với dòng điện Iđm =

te t t t RU C I = =

100 U

U U 100 OB

OB OA U

ñm ñm 0−

= −

=

điểm AI đến điểm Do trục đứng

Để có đặc tính ngồi tương ứng với I = ½Iđm ∆ đặc tính có cạnh = ½

cạnh ∆ AñmBñmCñm

Bñm Cñm Añm

Dñm

Cn I t

Hình 7.5 Dựng đặc tính ngồi MFĐKTĐL từ đặc tính khơng tải tam giác đặc tính

4 Đặc tính điều chỉnh It = f(I) U = Cte, n = Cte

It

Itñm

It m

Bđm Cđm m=1

Hình 7.6 Đặc tính điều chỉnh MFĐKTĐL

Hình 7.7 Dựng đặc tính điều chỉnh của MFĐKTĐL từ đặc tính khơng tải tam giác đặc tính

Vì It = Cte U cực máy phát hạ thấp

khi I tăng ngược lại (h7-4) Nếu muốn U =

Cte phải tăng I

t I tăng giảm It I

giảm Sơ đồ thí nghiệm h7-2a, cho máy phát làm việc mang tải đến định mức I =

Iđm , U = Uđm , It = Itđm sau giảm dần tải

nhưng phải giữ cho n = Cte và điều chỉnh I

t để

cho U = Uđm ghi trị số I It ta

có dạng đặc tính điều chỉnh h7-6

Xây dựng đặc tính điều chỉnh đặc tính

khơng tải ∆ đặc tính : với vị trí xác định Uo

= Uđm = = Aoao I = ta điểm ao

tương ứng với Ito = oao Nếu đặt = ∆

AđmBđmCđm tương ứng với tải I = Iđm cho

điểm Ađm nằm đường đặc tính khơng tải

và đỉnh Cđm nằm đường thẳng DC ứng

với U = Uđm = Cte Hạ đường thẳng đứng B

ñmCñm

ta Itđm = oa tương ứng với Iđm ta

điểm N.Muốn có điểm M tương ứng với I = ½

Iđm cạnh ∆A1B1C1 = ½ cạnh

của ∆ AđmBđmCđm với điểm A1 trượt đường

đặc tính khơng tải, C1 trượt đường DC

5 Đặc tính ngắn mạch In = f(It ) U = , n = Cte

Nối ngắn mạch chổi than qua ampe mét

cho máy chạy với n = Cte, đo trị số I

t In

tương ứng ta đặc tính ngắn mạch Khi ngắn mạch :

U = Eö – IöRö =

⇒ Eö = IöRö Rư << Rư = Cte nên

khi điều chỉnh In = Iđm Eư << S.đ.đ

→

→ In =f(It)

In

In = Iđm

It It

Hình 7.8 Đặc tính ngắn mạch

khơng vượt q vài phần trăm Uđm⇒ It << ⇒ mạch từ máy khơng bão hịa

⇒ đặc tính ngắn mạch đường thẳng

§ 7.2.2 Các đặc tính máy phát điện kích thích song song 1 Điều kiện q trình tự kích máy

a Điều kiện: Máy phát điện kích thích song song làm việc tự kích khơng cần có nguồn điện bên ngồi để kích từ nên cần có điều kiện sau :

- Máy phải có từ dư để quay có Φdư = (2 ÷ 3)% Φđm

- Nối mạch kích thích chiều để từ thơng kích thích chiều với Φdư

- Rt < Rth

- n = nđm

b Q trình tự kích :

Khi quay máy phát đến nđm có Φdư dây quấn phần ứng cảm ứng

được s.đ.đ Eư cực máy thành lập điện áp Udư = (2 ÷ 3)%Uđm

L dI dt t t

It

U0

Nếu nối kín mạch kích thích có

dòng điện , Rt điện trở mạch

kích thích

Kết sinh s.t.đ Itwt Nếu s.t.đ

này sinh từ thơng có chiều với Φdư

máy tăng kích từ, điện áp đầu cực tăng tiếp tục máy tự kích

Ta giải thích giới hạn q trình tự kích (ta cho máy phát điện làm việc không tải I = 0)

Hình 7.9 Điện áp xác lập MFĐKT// ứng với Rt khác nhau.

t dö

t R

U I =

ItRt

Khi tự kích phương trình S.đ.đ mạch kích từ viết : hay

với Uo: điện áp biến đổi đầu cực MFĐ đầu mạch kích từ

Rt: điện trở mạch kích từ

Lt: Điện cảm mạch kích từ

Nếu Rt = Cte điện áp rơi I

tRt biến đổi tỉ lệ thuận với It , đồ thị

biểu thị đường thẳng làm với trục ngang góc

Cho nên giá trị Rt có đường thẳng tương ứng xác định công

thức Trên h7-9 đường cong cho ta đặc tính khơng tải Các đoạn thẳng

đường cong hiệu số dùng để tăng cường q trình tự

kích Q trình kết thúc , nói khác đường cắt

nhau

Nếu tăng Rt nghĩa tăng góc α điểm M trượt đường đặc

tính khơng tải O Với điện trở định gọi Rth đường thẳng tiếp xúc

với đoạn đầu đặc tính khơng tải (đường thẳng h7-9) Trong điều kiện máy khơng tự kích

2 Đặc tính ngồi U = f(I) Rt = Cte , n = Cte.

Khi KTĐL KT//

Sau máy phát điện áp việc thành lập đặc tính ngồi tiến hành máy phát điện kích thích độc lập

Đặc điểm đặc biệt MFĐKT// dòng điện tải tăng đến trị số

định I = Ith = (2 ÷ 2,5)Iđm Sau tiếp

Imax Iđm

In

∆Uñm

Uñm U

b

a

Hình 7.10 Đặc tính ngồi MFĐDCKT// (1) KHTĐL (2)

tục giảm Rt tải mạch I khơng tăng mà giảm nhanh đến trị số Io xác

định từ dư máy

Cách thành lập đặc tính ngồi từ đặc tính khơng tải ∆ đặc tính tiến hành

máy phát điện kích thích độc lập

Điều khác máy phát điện kích thích độc lập It = Cte, I

t

phụ thuộc vào U đường ItRt là đường thẳng OP qua gốc tọa độ ∆ đặc tính ABC

ở tịnh tiến vùng giới hạn đặc tính khơng tải đường OP Ở góc

phần tư thứ ta có đặc tính ngồi Với trường họp I = ½ Iđm ; I = Iđm ; I = với

dt I L d R I

U tt

t t ) ( + = dt dI L R I U t t t t

0− =

t t t t R I R I tgα= =

dt dI L R I U t t t t

0− =

0 R I U0− t t =

te t t t RU C I = =

U R U R U I t t t

t = = ≅

cạnh ∆≈ I Để có Ith ta kẻ tiếp tuyến MN với đặc tính khơng tải song

song OP Từ điểm tiếp xúc Ath ta kẻ AthCth // AC ∆ đặc tính ABC ứng với

doøng

AC C A I

I th th

ñm

th =

3 Đặc tính điều chỉnh It = f(I) U = Cte , n = Cte

Giống đặc tính điều chỉnh máy phát điện kích thích độc lập

§ 7.2.3 Đặc tính máy phát điện kích thích nối tiếp

Trong máy phát điện kích thích nối tiếp: It = Iư = I lấy

được đặc tính khơng tải, đặc tính phụ tải, đặc tính ngắn mạch Theo sơ đồ KTĐL (h7-2a), đặc tính có dạng máy phát điện kích thích độc lập Khi máy

phát điện kích thích nối tiếp làm việc n = Cte đại lượng biến đổi U I

nên máy phát điện thực chất có đặc tính ngồi U = f(I) n = Cte.

Hình 7.11 Dựng đặc tính ngồi MFĐDCKT// bằng đặc tính khơng tải tam giác đặc tính

Hình 7.12 Sơ đồ MFĐDCKTNT Hình 7.13 Cách vẽ đặc tính ngồi của MFĐDCKTNT

Cách thành lập đặc tính ngồi theo đặc tính khơng tải ∆ đặc tính: đầu

tiên vẽ ∆ABC tương ứng với I = Iđm, tịnh tiến ∆ABC đến vị trí A1B1C1 cho A1

nằm đặc tính khơng tải điểm C1 nằm đặc tính ngồi Thay đổi

cạnh ∆ tỉ lệ với I ta vẽ đặc tính ngồi máy

Dđm m

m Bđm Cđm

Iñm Iñm I t

→

→

Cth Ath

Ith

It

U

I0

I

D1 D0

C1 A0 A1

0

Rt

Ñ

→

→I

4

2

3

0 0,5 1

C1 Añm

Bñm Cñm B1

A1

§ 7.2.4 Đặc tính máy phát điện kích thích hỗn hợp

máy phát điện kích thích hỗn hợp có đồng thời dây quấn kích thích song song nối tiếp tập hợp tính chất loại máy Tùy theo cách nối, s.t.đ dây quấn kích từ chiều ngược chiều Cách nối dây quấn kích từ ngược chiều thường dùng sơ đồ đặc biệt, thí dụ số kiểu máy phát hàn điện Khi nối thuận dây quấn kích từ dây quấn song song đóng vai trị cịn dây quấn nối tiếp đóng

vai trị bù lại tác dụng phản ứng phần ứng điện áp rơi IưRư Nhờ mà máy

có khả điều chỉnh điện áp phạm vi tải định

Hình 7.15 Cách vẽ đặc tính phụ tải máy phát điện kích thích hỗn hợp

Hình 7.14 Sơ đồ MFĐDCKTHH

Các đặc tính :

- Đặc tính khơng tải máy phát điện kích thích hỗn hợp: Uo = f(It ) I = 0, n =

Cte giống máy phát điện kích thích song song trường hợp I

tn =

- Đặc tính phụ tải máy phát điện kích thích hỗn hợp : U = f(It ) I = Cte , n =

Cte cuõng có dạng máy phát điện kích thích song song dây quấn nối

tiếp đủ mạnh chúng cao đặc tính khơng tải dây quấn nối tiếp

làm từ hóa tỉ lệ với Iư nên tác dụng dây quấn xem phản ứng từ hóa

phần ứng (nghĩa s.t.đ sinh triệt tiêu s.t.đ phản ứng phần ứng thừa s.t.đ để trợ từ) nên cạnh AB nằm bên phải cạnh BC

Nếu ta xê dịch ∆ABC // với thân cho đỉnh A trượt dọc đặc tính khơng

tải đỉnh C vẽ thành đặc tính phụ tải máy phát điện kích thích độc lập

(h7-15) thay đổi cạnh ∆ABC tỉ lệ với I ta vẽ loạt đặc tính phụ tải ví

dụ I = Iđm và I = 0,5Iñm

F

Rñc Itn

Its Rt

It đm

- Ta dùng đặc tính khơng tải ∆ đặc tính để vẽ đặc tính ngồi U = f(I) Rt = Cte.

Hình 7.16 Cách vẽ đặc tính ngồi MFĐKTHH

Kẻ đường thẳng OA từ gốc tọa độ biểu thị cho quan hệ Đặt ∆ A’1B’1C’1

tương ứng với I = 0,5Iđm trường hợp bù thừa (phản ứng phần ứng trợ từ) gốc tọa

độ, tịnh tiến ∆ đến vị trí A1B1C1 dọc theo đường cho A1 nằm đặc

tính khơng tải, C1 trên đường thẳng OA C1G1 xác định điện áp máy phát

khi I = 0,5Iđm, phương pháp ta vẽ dịng điện I = Iđm

(∆A’đmB’đmC’đm ∆AđmBđmCđm)

Có thể tính dây quấn nối tiếp cho điểm Cđm ∆AđmBđmCđm trùng với

điểm A ta có trường hợp Uo = Uđm Nối điểm DoD1Dđm đường cong ta

sẽ có đặc tính ngồi máy

§ 7.3 Máy phát điện chiều làm việc song song

Trong thực tế nhằm đảm bảo an toàn cho cung cấp điện sử dụng kinh tế máy phát hầu hết nhà máy điện ghép máy phát làm việc song song với

Sau ta xét điều kiện cần thiết để ghép máy phát điện làm việc song song phân phối chuyển cơng suất máy

1 Điều kiện làm việc song song MFĐDC :

Giả sử ta có MFĐDC I II, máy phát điện I làm việc với phụ tải I phát điện áp u hai đồng đấu Muốn ghép MFĐII vào làm việc // với MFĐ I cần phải giữ điều kiện sau :

1) Cực tính MFĐ II phải cực tính đồng đấu 2) S.đ.đ MFĐ II thực tế phải điện áp u

3) Nếu MFĐ làm việc // thuộc MFĐKTHH cần có điều kiện thứ : nối dây

nñm Uñm

0,5Iñm It

ñm

ñm ñm

ñm ñm

ñm ñm

ñm

U R

U I

cb điểm a b hình 7.18õ Giải thích điều kiện :

Điều kiện 1: Cần phải đảm bảo chặt chẽ không máy phát điện bị nối nối tiếp với gây nên tình trạng ngắn mạch máy

Điều kiện : Nếu khơng thỏa sau ghép vào máy phải nhận tải đột ngột nên E > u làm cho lưới điện thay đổi làm việc theo chế độ động E < u

Điều kiện : Có thể giải thích sau, giả sử tốc độ quay

trong máy phát ví dụ máy phát I tăng nI tăng → EưI tăng ý dây

quấn kích thích // máy phát I sinh Φ1 dây quấn nối tiếp sinh Φ2 Φ2

= C2I1 trong trường hợp :

ư1 e ö1

2 e ö1

ö1

1 R

u ) I C n

C R

u ) n

C R

u E

I = − = (φ +φ − = (φ + −

Hình 7.17 Sơ đồ làm việc // MFKT//

b a

It1 It2

It2 It1

Eö2 Eö1

Iö2 Iö1

1

Hình 7.18 Sơ đồ làm việc // MFKTHH

từ

n C C R

u n C I

2 e ö1

1 e

− − φ =

Vì nên Eư1 = Cen Φ1 tăng → I1 tăng →Φ1 tăng → Eư1 tăng → I1 tăng Cứ

này qua máy máy phát điện khơng thể làm việc ổn định Khi có dây nối cân bằng, dây quấn kích từ nối tiếp nối song song (h7-18) Do dịng điện chúng thay đổi theo tỉ lệ xác định điện

trở dây quấn Nếu lý Iư1 tăng → Iư2 tăng theo mức

độ làm cho s.đ.đ dòng điện phụ tải máy tăng đồng thời khơng có tượng

Cách ghép máy phát song song: Quay máy phát II khơng kích từ đến nđm và

đóng cầu dao 4, bỏ qua từ dư máy V2 điện áp u Bắt đầu kích từ máy II, cực tính máy khơng với cực tính đồng đấu V2

chỉ điện áp u + Eư II , đóng Nếu cực tính cực tính

thanh đồng đấu V2 u – Eư II hiệu số ta đóng

để ghép máy II vào làm việc // với máy I Muốn cho máy II mang tải tăng kích từ

2 Phân phối chuyển phụ tải :

Từ phương trình s.đ.đ máy phát điện chiều ta có :

u R I E R I

EöI − öI öI = öII − öII öII =

Nếu Rc là điện trở mạch

c öII

öI I )R

(I u= +

Giải phương trình Iư I Iư II ta có :

ưII ưI öII öI c c öII öII c öI

öI R (R R ) R R

R E ) R (R E I + + − + = (1) öII öI öII öI c c öI öI c öII

öII R (R R ) R R

R E ) R (R E I + + − + =

Do (3)

Từ cơng thức ta thấy biết Rư I , Rư II , Rc phân phối

dịng điện phụ tải MF phụ thuộc vào s.đ.đ Eư I Eư II , nghĩa vào tốc độ

quay MF: nI , nII từ thông tổng chúng ΦI , ΦII ( )

Nếu muốn phân phối lại phụ tải máy với u = Cte phải

đồng thời thay đổi tốc độ quay kích thích MF theo chiều ngược

nhau cho tổng số EưIRưII +EưIIRưI tỉ số công thức (3) không đổi

Nếu muốn tách MF, thí dụ MF I phải giảm kích thích đồng thời tăng kích thích MF II dòng điện II =

öII öI öII öI c öI öII öII öI c R R ) R (R R R E R (E R u + + + = ) Φ =Cn

E e

Thí dụ 1

Cho máy phát điện kích thích song song 25kW , 230V,1800V/ph,Rö =

0,09Ω, điện áp giáng chổi than ∆Utx= 2V phản ứng phần ứng lúc tải đầy (Iư

= Iđm bỏ qua It) tương đương với dịng điện It = 0,05A.Đường cong từ hóa tương

đương với tốc độ định mức sau :

It, A 1,5

U0, V 134 180 209 237 256 268 279

Tính :

a) Điện trở mạch kích từ

b) Điện áp khơng tải (điện trở mạch kích từ giữ khơng đổi) Giải

a Khi tải đầy

Eö = U + IöRö = 230 + 108,7x0,09 + = 241,8 V

Từ đường cong từ hoá suy ra: It = 3,25 A Tuy nhiên để khắc phục phản ứng

phần ứng thực tế phải có: Vậy:

b)Điện áp lúc khơng tải U0 giao điểm đường thẳng U0=Rt.It = 69,6 It

đặc tính khơng tải.Bằng phương pháp vẽ ta suy giao điểm ứng với It= 3,56

A U0 = 247,6 V

Thí dụ 2

Cho máy phát điện kích thích độc lập có số liệu lúc tải đầy U =

220 V, It = 2,5 A =Cte, I

ư = 10 A, n = 1000 V/ph Số vòng dây dây quấn kích

thích wt = 850

Đường từ hóa 750 Vg/ph có trị số :

It, A 1,6 2,5 2,6 3,6 4,4

U0, V 78 120 150 176 180 193,5 206 225

Tính :

a) Điện áp không tải n = 1000 V/ph

b) Số ampe vòng khử từ phản ứng phần ứng tải đầy c) Điện áp đầu cực q tải 25%

Giải

a) Vì s.đ.đ tỷ lệ với tốc độ nên :

A 108 230

25000 I

Iđm ≈ = = ,

6 69 3 230 I

U R

t

t ,

,

/ = =

=

A 3 05 25

750 1000 E

E 750 1000 =

) (

) (

V 235 750

1000 176

E(1000) = =

V 168 1000

224 750

E(750) = =

b S.đ.đ máy phát tải đầy tốc độ 1000 vg/ph

Eö = U + IöRö = 220 + 10x0,4 = 224 V

Và tốc độ 750 vg/ph

Từ đường cong từ hố tìm dịng điện kích từ tương ứng It = 2,35 A Vậy số

am pe vòng khử từ bằng:

850.(2,5 - 2,35) = 127,5 A.vg

c Khi tải 25% phản ứng phần ứng tăng 25% tương ứng với:

It = (2,5 - 2,35).1,25 = 0,1875 A

Và dòng điện kích thích có hiệu bằng:

It = 2,5 - 0,1875 = 2,315 A

Từ đường từ hoá suy E(750) = 165 V Do đó:

Điện áp đầu cực bằng:

U = E - IöRö = 220 - (10x1,25).0,4 = 215 V

Câu hỏi

1 Khi lấy đặc tính khơng tải, q trình tăng điện áp có nên giảm dịng điện kích từ tăng tiếp tục không? sao?

2 Với điện trở nhỏ điện trở tới hạn rt(th) n<nđm q trình tự

kích máy phát điện kích thích song song, điện áp đầu cực máy phát sao? Trong trường hợp máy khơng tự kích được?

3 Tìm ngun nhân khiến máy phát điện kích thích song song khơng thể tự kích tạo điện áp

4 Nếu máy phát điện kích thích song song khơng tự kích thích từ dư giải để tạo điện áp?

5 Khi tải chung không đổi tăng kích thích máy phát I mà khơng giảm kích thích máy phát điện II làm việc song song với máy phát điện I tải phân phối lại hai máy nào? Điện áp lưới lúc sao?

V 220 750

Bài tập

1 Cho máy điện chiều có :Pđm = 215kW,Uđm = 115 V vaø n = 450 v/ph

.Điện trở dây quấn phần ứng cực từ phụ 0,002 Ω, 2∆Utx = 2V.Các số

liệu đặc tính không tải đặc tính ngắn mạch sau:

It, A 10 15 20 25 30 35

U0, V 49 87 108 119,3 125,2 129,5 135

It, A

Inm, V Iđm

a Vẽ tam giác ngắn mạch

b Dùng kích thích ngồi cho máy đầy tải U = Uđm, I = Iđm, n = nđm Nếu bỏ tải

đi tính ∆U%

c Dùng kích thích ngồi khiến cho khơng tải U = Uđm, giữ cho It = Cte I

= Iđm, ∆U% bao nhiêu?

Đáp số : b 20%; C 5%

2 Hai máy phát điện song song làm việc song song với U = 220 V, ∆U1 =

4,8%, ∆U2 = 5,5% Hỏi máy phát điện chóng đầy tải, lúc máy đầy tải

máy có tải ?

Đáp số: Máy I chóng đầy tải, máy II có tải 0,87 tải định mức

3 Hai máy phát điện song song có số liệu sau :

Máy Pđm, Kw n, vg/ph U0, V Uñm, V

I 20 1000 230 210

II 15 1200 240 210

Giả thử quan hệ U = f(I) đường thẳng.Tính :

a) Cơng suất máy tải tổng 20 kW điện áp lúc ? b) Tải tổng lớn với điều kiện không máy bị tải

Đáp số: P1 = P2 =10Kw

CHƯƠNG 8

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU § 8.1 Đại cương

Động điện chiều dùng phổ biến công nghiệp, giao thơng vận tải nói chung thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục phạm vi rộng rãi

1 Nguyên tắc nghịch đảo máy điện :

Giả sử máy làm việc chế độ máy phát lưới điện có U = const

sinh Mđt mô men hãm mô men quay M1 động sơ cấp kéo máy

phát Lúc đó, dịng điện phần ứng máy phát:

Nếu giảm φ n máy phát s.đ.đ giảm Khi giảm

cách thích đáng với Eư < U Lúc Iư đổi dấu có chiều ngược với chiều ban

đầu (h8-1b) Nhưng U = constnên chiều It trong dây quấn kích thích

tên cực từ khơng đổi Như Mđt đổi dấu máy chuyển

sang làm việc chế độ động Tách động sơ cấp kéo máy phát điện ta có động điện chiều Trong trình chuyển đổi vậy, trục máy có động cơ: Động sơ cấp động điện chiều gây hư hỏng cho máy Cho nên sơ đồ máy phát điện làm việc song song có khí cụ điện tự động cắt máy phát điện khỏi lưới điện dòng điện máy phát điện đổi chiều

2 Phân loại động điện chiều : Cũng máy phát điện, động điện chiều phân loại theo cách kích thích thành động điện chiều kích thích độc lập, kích thích song song, kích thích nối tiếp kích thích hỗn

hợp Cần ý động điện chiều kích thích độc lập Iư = I; ở động cơ

điện chiều kích thích song song hỗn hợp I = Iư + It; động điện kích thích nối tiếp I = Iư = It Sơ đồ nối dây chúng tương tự máy phát được trình bày hình 8.2

Hình 8.1 Chuyển đổi máy điện chiều kích thích song song từ chế độ máy phát sang chế độ động cơ

ö ö

ö R

U E I = −

Động Máy phát

Iö Iö

It It

wt wt

MđtF M

c MđtĐ

n n

Hình 8.2 Sơ đồ nguyên lý động điện chiều

§ 8.2 Mở máy động điện chiều

Quá trình mở máy trình đưa tốc độ động điện từ n = đến tốc độ

n = nđm

• u cầu mở máy :

- Dòng điện mở máy (Imm) phải hạn chế đến mức thấp

- Moment mở máy (Mmm) phải đủ lớn

- Thời gian mở máy phải nhỏ

- Biện pháp thiết bị mở máy phải đơn giản vận hành chắn

• Từ yêu cầu có phương pháp mở máy sau đây:

- Mở máy trực tiếp (U = Uđm)

- Mở máy biến trở

- Mở máy điện áp thấp đặt vào phần ứng (U < Uđm)

Trong tất trường hợp mở máy phải bảo đảm từ

thơng φ=φđmnghĩa biến trở mạch kích từ Rđc phải trị số nhỏ để sau

đóng điện, động kích thích tối đa M=CMΦδIư lớn Phải đảm bảo

không để đứt mạch kích thích trường hợp Φ = , M = động không

quay sức phản điện động Eư = → Iư = U / Rư lớn làm cháy dây

quấn vành góp

Muốn đổi chiều quay động dùng hai phương pháp

hoặc đổi chiều dòng điện phần ứng Iư đổi chiều dòng điện kích thích It

Thơng thường thực tế đổi chiều Iư dây quấn kích từ có nhiều vòng dây

nên hệ số tự cảm Lt lớn thay đổi It dẫn đến thay đổi s.đ.đ tự cảm

lớn gây điện áp đánh thủng cách điện dây quấn

1 Mở máy trực tiếp : Phương pháp thực cách đóng thẳng động vào nguồn điện với điện áp định mức Như lúc khởi động rotor

Iö

+

-A1 A2

U

+

-It

F1

F2

I

Iö

-+

-It

S1

S2

+

A1 A2

Iö

U I

Iö Iö

+

-A1 A2

U

+

-Ut It

S1

S2

I

Iö

-+

-It

S1

S2

+

A1 A2

Iö

U I

It

F1

F2

chöa quay n=0 nên Eư =

Trong thực tế nên với điện áp định mức U* =

thì dịng Iư lớn:

Dịng điệnmở máy lớn làm hư hỏng cổ góp, xung lực trục làm hư hỏng trục máy.Nên phương pháp áp dụng động công suất

nhỏ khoảng vài trăm watt trở xuống cỡ cơng suất máy có Rư lớn Do

mở máy Iư = Imm ≤ (4 ÷ 6)Iđm

2 Mở máy nhờ biến trở :

Để tránh nguy hiểm cho động người ta phải giảm dòng điện mở máy Imm

bằng cách nối biến trở mở máy Rmm với phần ứng Dòng điện phần ứng động

cơ tính theo biểu thức:

Trong đó: i thứ bậc bậc điện trở

Trước mở máy phải để Rmm max, Rđc min Gạt tay gạt T vị trí ta có dịng

điện mở máy Imm1 bằng:

∑ + =

mm

đm

mm1 R R

U

I ,Vì mở máy n = nên Eư =CeΦδ.n=0

Do dây quấn kích thích nối trực tiếp với nguồn nên từ thông Φ = Φđm Nếu mô

men động sinh lớn mô men cản trục MĐ > Mc n ↑ → Eư↑ →

Iư↓ → M ↓ Khi Iư = Imm2 = (1,1 ÷ 1,3)Iđm ta gạt tay gạt T đến vị trí bậc điện trở

bị loại trừ nên Iư↑ đến Imm1 : Iư↑ → M ↑ → n ↑ → Eư ↑ → Iư↓ → M ↓ Iư↓ đến

Imm2 ta gạt T đến vị trí đến vị trí 4, Quá trình lặp lại

khi nĐ = nđm Rmm bị loại trừ khỏi mạch phần ứng Nếu Rmm hết mà nĐ chưa

bằng nđm thì điều chỉnh Rđc Muốn dừng máy ta kéo tay gạt T vị trí ban đầu số 0,

tốc độ máy chậm lại chậm lại, cắt nguồn điện đưa vào động Giới hạn

của dòng điện mở máy Imm1 chọn cho thỏa mãn điều kiện đổi chiều dịng

Hình 8.3 Sơ đồ mở máy động điện một

chiều kích thích song song biến trở Hình 8.4 Các quan hệ Ikhi mở máy động cơ. ư , M, n theo thời gian

ö ñm ö

ö ñm mm

ö R

U R

E U I

I = = − =

đm đm

ư U

.I R 0.1 0.02

R * = ÷ =

∑ +

− =

mmi ö

ư đm

ư R R

E U I

đm

mm I 50 10I

I = =( ÷ ) hay =Ι =50÷10

Ι Ι

* mm ñm mm

t

Imm2 Imm1

Iö, M, n

t2

t1 t3 t4 t5

n Iư M MC Rđc

Uđm

Rmm

It m T

điện (tia lửa) chổi than Giới hạn dòng điện Imm2 chọn cho thỏa mãn điều kiện: ;

J: Môment quán tính khối quay;

ω:tốc độ góc roto

Thường chọn Imm1 = (1,5 ÷ 1,75)Iđm , Imm2 = (1,1 ÷ 1,3)Iđm

3 Mở máy điện áp thấp Umm < Uđm

Trong thiết bị công suất lớn, biến trở mở máy cồng kềnh đưa lại lượng tổn hao lớn, phải mở máy Nên số thiết bị người ta dùng mở máy không biến trở cách điện áp đặt vào động lúc mở máy Dùng tổ máy phát - động (Hệ thống WARD - LEONARD h8.5) nguồn điện áp điều chỉnh máy phát cung cấp cho phần ứng động cơ, mạch kích thích máy phát động phải đặt điện áp độc lập khác Phương pháp áp dụng cho ĐCĐKTĐL Thường kết hợp với điều chỉnh n

0

> ω = Μ − Μ = Μ

dt d J

c Đ đl

Hình 8.5 Sơ đồ nối dây hệ thống Ward - Leonard thay đổi điện áp để điều khiển một ĐCĐKTĐL (ha) Hệ thống máy phát- động gồm phận: Máy kích từ nhỏ, động sơ cấp, máy phát điện DC điều khiển (hb).

§ 8.3 Đặc tính động điện chiều

Tùy theo cách kích từ động điện chiều có tính khác biểu diễn đường đặc tính làm việc, đặc tính khác Đặc tính quan trọng đặc tính biểu thị quan hệ tốc độ quay mômen : n = f(M)

I Đặc tính điều chỉnh tốc độ động điện chiều: 1 Đặc tính cơ

Từ biểu thức Eư = CeΦδn ⇒ ư

δ E

ö δ

E δ

E ö ö δ

E ö

I

Φ

C R

Φ

C U

Φ

C R I U

Φ

C E

n= = − = − (8-1)

Với CE =60apN ; Rư = Rb + Rct + Rf

Trong đó: Rư: Điện trở phần ứng;

Rb: Điện trở dây quấn bù;

Rct: Điện trở tiếp xúc chổi than với vành góp;

R: Điện trở dây quấn cực từ phụ;

Động sơ cấp AC

ĐCĐDC KTĐL cần điều khiển Nguồn pha

Kích từ MF điều khiển Khớp nối Bus kích từ

Hệ thống MF-ĐC Điện trở điều chỉnh

b, a,

Máy phát kích từ nhỏ

Phương trình (8-1) gọi phương trình đặc tính tốc độ động cơ:n=f(Iư)

Vì: M = CMΦδIư nên: (8-2)

Phương trình (8-2) gọi phương trình đặc tính động cơ: n = f(M)

Μ − = 2 M E ö E C C

R C U n δ δ Φ Φ

Từ (8-1) (8-2) ta thấy phụ tải đặt trục động 0, trường hợp lý

tưởng Iư = M =

Tại n = ta có :

Đặt :

Đặc tính đặc tính tốc độ động có độ dốc khơng đổi cịn độ sụt tốc độ biến đổi theo dòng điện môment

0 e n C U n = Φ = δ

: Tốc độ không tải lý tưởng

Hệ số góc đặc tính tốc độ đặc tính

n ư RU I

I = =

n n M ö

M R C I M

U C

M= Φδ = Φδ =

vaø vaø

Độ sụt tốc độ đặc tính tốc độ đặc tính giá trị dịng điện mơ men định

Phương trình đặc tính viết:

n = n0 - ∆n

∆n = n0 -n

Biểu diễn đồ thị:

Hình 8.6 Đặc tính tốc độ động điện một chiều kích từ độc lập

Hình 8.7 Đặc tính động điện một chiều kích từ độc lập

Trong truyền động điện vấn đề tương đối quan trọng đặt phải có phối hợp tốt đặc tính động điện đặc tính phụ tải máy cơng tác Thí dụ : Tốc độ hệ thống phải khơng đổi hay thay đổi nhiều môment tải thay đổi để thỏa mãn yêu cầu cần phải dùng loại động điện khác có đặc tính thích hợp Sự phối hợp đặc tính động điện tải phải đảm bảo tính ổn định chế độ làm việc xác

α′ =

Φδ tang C R E ö n C R ö E ö Ι =∆ ′ Φδ α = Φδ tang C C R M E ö n C C R M E ö Μ=∆

Φδ2

→ →

→ →

M Mn

n n

n0 n0

n1 n2

∆n1

∆n2

→

→

→

→

M

0

B

n

MC = f(n) MÑ = f(n)

nB MÑ1

MÑ2 MC2

MC1

nB1 nB2

b) Hình 8.8 Chế độ làm việc ổn định (a) không ổn định (b) động điện chiều

Trường hợp hình 8.8a: Giả sử tốc độ động từ nA giảm xuống nÁ 1 động

cơ tạo mơment động lực dương : Μ =Μ −Μ = >0

dt dw J

c Đ đl

Trong đó: J GDg2

4

= : Mơment qn tính khối quay quy đổi trục động lập trình độ Để nghiên cứu điều kiện làm việc ổn định hệ thống truyền động ta xét đặc tính MĐ = f(n) động Mc = f(n) tải trình bày hình 8-8

D : Đường kính khối quay g : Gia tốc trọng trường, g=10m/s2

Môment động lực dương làm cho tốc độ quay tăng lên nA.

Ngược lại, giả sử tốc độ động từ nA tăng lên nA2 động sinh

0

< Μ − Μ =

Μđl Đ c làm cho tốc độ giảm xuống nA Do điểm A điểm làm việc ổn định

Điều kiện làm việc ổn định động cơ: dMdnĐ < dMdnC

Trường hợp hình 8.8b: Giả sử tốc độ động từ nB giảm xuống nB1 động tạo môment động lực âm Μđl =ΜĐ−Μc <0 làm cho tốc độ giảm tiếp xuống n < nB1 n =

Giả sử tốc độ động từ nB tăng lên nB2 thì Μđl =ΜĐ −Μc >0 làm cho tốc độ động tăng nhanh

Do đó, điểm B điểm làm việc khơng ổn định Ta có điều kiện làm việc không ổn định động sau : dMdnĐ > dMdnC

2 Điều chỉnh tốc độ động cơ:

Dựa vào biểu thức (8-1) (8-2) ta thấy để thay đổi tốc độ động ta thay đổi từ thơng Φδ, điện áp đặt vào phần ứng U điện trở phụ mạch phần ứng

a) nA1

A

MC = f(n)

0

n M

MÑ = f(n)

nA nA

MÑ1 MC2

kích từ (Itđm) phương pháp giảm Φδ khơng tăng Φδ khơng cho

phép điện áp đặt vào dây quấn kích từ vượt giá trị định mức Khi giảm Φδ

n > nđm tức điều chỉnh tốc độ n vùng nđm giới hạn điều chỉnh tốc

độ hạn chế điều kiện khí đổi chiều máy

- Thay đổi điện áp U : Phương pháp cho phép thay đổi tốc độ tốc độ định mức Phương pháp không gây nên tổn hao phụ địi hỏi phải có nguồn điện áp riêng điều chỉnh

- Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Rf : Khi thêm Rf độ dốc đường

đặc tính động tăng lên làm tốc độ động giảm xuống Ưu : thiết bị điều chỉnh đơn giản làm việc chắn Khuyết : gây tổn hao điện trở phụ

Sau ta xét đặc tính phương pháp điều chỉnh tốc độ loại động điện chiều

A Động điện chiều kích thích song song (KTSS) động điện một chiều kích thích độc lập (KTĐL):

a) Đặc tính : n = f(M) U = const, It = const

Khi M Iư biến thiên Φδ = const bỏ qua ảnh hưởng phản ứng

phần ứng, ta viết phương trình đặc tính cơ:

M Φ C C

R -n

n 2

δ

M E

ö

=

M k R -n

n

0 =

Đặc tính đường thẳng

biết Đường đặc tính ứng với Rf =

gọi đường đặc tính tự nhiên Đặc tính động điện cứng, tốc độ

thay đổi M, Iư thay đổi nên động

thường sử dụng trường hợp n= const thay đổi phụ tải, máy cắt kim loại, quạt

Hình 8.9 Đặc tính đặc tính tốc độ của động điện chiều kích từ độc lập (song song).

n0

nđm

n

M(Iư)

Mđm

(Iưđm)

b) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông Φ:

Khi thay đổi từ thông Φ (Φ≤Φđm) đặc tính đặc tính tốc độ biến

Hình 8.10 Họ đặc tính tốc độ động cơ điện chiều giảm từ thơng.

- Từ

E ö E ö E I C R n I C R C U n δ δ δ Φ Φ Φ − = − =

Ta thaáy Φδ giảm n0 tăng

Họ đặc tính tốc độ qua điểm (n=0; Iư=In)

và có giá tri n0 tăng dần từ thơng giảm

dần δ E ö ' Φ C R

tgα = te

ö ö R C

U

I ≡ =

nhöng n = 0,

→ → → Iö In n n02 n0

n01 Φ Φñm >Φ1 >Φ2

1 Φñm Φ2 → → M Mn1 n n02 n0

n01 Φ Φñm >Φ1 >Φ2

1 Φñm Φ2 Mn Mn2

Đối với họ đặc tính cơ, từ

Ta thấy Φδ giảm n0 tăng

tăng nhanh coøn

M C C R n n 2 M e ö δ Φ − = M e ö C C R tg δ Φ = α n M

n C I

M = Φδ Hình 8.11 Họ đặc tính động điện một

chiều kích thích song song giảm từ thơng. giảm dần

c) Điều chỉnh tốc độ thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng Uđm,Φđm ,Mc = Cte :

Từ M

C C R C U n 2 M E δ δ Φ − Φ = E

Với R = Rư + Rf Rf biến thiên

te E C C U n = Φ =

δ , coøn k

R

tgα= biến đổi

bậc Vậy Rf thay đổi ta có họ

đặc tính thay đổi qua điểm no

độ dốc tăng dần (mềm dần) Rf tăng

Hình 8.12 Đặc tính động điện một chiều kích thích song song điện trở phụ khác nhau. → → M (Iư) n n0 Rf2 Rf1 TN (Uđm, Φđm, Rf=0)

Rf3 Rf3 > Rf2 >Rf1

0 Mñm

d) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp U đặt vào phần ứng (Φđm ):

Khi thay đổi điện áp (U≤Uđm),

n0 thay đổi tỉ lệ thuận với U,

const = = α k R

tg .

Ta có họ đặc tính song song thấp dần U giảm dần

Hình 8.13 Đặc tính động điện chiều kích thích song song điện áp khác nhau

→ → M (Iö) n n0 U2 U1 TN (Uñm, Φñm)

U3 Uñm> U1>U2>U3

M= Cte

B Động điện chiều kích từ nối tiếp (ĐCĐMCKTNT): a) Phương trình đặc tính cơ:

Trong ĐCĐMC KTNT Iư = It = I Mc biến thiên Iư biến thiên, It biến thiên (từ trường động cơ, Φ biến thiên) Theo đặc tính mạch từ quan hệ Φ = f(It ) tuyến tính mạch từ chưa bão hòa Trong động điện kích thích nối tiếp Mc =0÷(2÷3)Mcđm mạch từ chúng làm việc loạt chế độ khác từ chưa bão hòa, bão hòa bão hòa sâu Nếu giả thiết mạch từ chưa bão hòa: Φ≅It, Φ=kΦ.It,

te C

kΦ = vùng I < 0,8Iđm Dựa vào

phương trình đặc tính tốc độ động điện chiều nói chung phương trình đặc tính tốc độ ĐCĐKTNT có dạng :

Đặt: Φ = k C U A E ; Φ = k C R B E

thì: B

I A n − = (1) ö ö Φ E ö Φ E I I k C R I k C U

n= −

Muốn có phương trình đặc tính cần thay từ ta có:

Thế Iư vào (1) đặt ta có phương trình đặc tính cơ:

Từ (1) (2) ta thấy đặc tính tốc độ đặc tính ĐCĐMCKTNT có dạng hyperbol với điều kiện mạch từ chưa bão hòa

ö M M

ö C k I

M C M I Φ = Φ = Φ Φ = = k C M k C M I M M ö te

Mk C C

C

A Φ = =

B M C

n = − (2)

cñm

c M

M = ÷

Trong thực tế ĐCĐMCKTNT chế tạo làm việc với mạch từ bão hòa Mc > Mcđm Nghĩa

thì đặc tính đặc tính tốc độ tuân theo qui luật hyperbol Cịn Mc > Mcđm Mc tăng Φ khơng đổi có đoạn đặc tính gần đường thẳng

AB : hyperbol

BC : đường thẳng Hình 8.14 Đặc tính động điện mộtchiều kích thích nối tiếp.

b) Điều chỉnh tốc độ :

α Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng Φ:

Hình 8.15 Các sơ đồ điều chỉnh tốc độ động điện chiều kích thích nối tiếp: a) mắc sun cho dây quấn kích thích; b) thay đổi số vịng dây dây quấn kích thích; c) mắc sun cho phần ứng; d) thêm điện trở vào mạch phần ứng

a) b) c) d)

+ U _ + U _ + U _ + U _

Rñc

Rsö Wt

Rst Wt/

Iö

Iö Iö Iư

Nếu dịng điện kích thích lúc đầu Iư1 = It1 sau nối theo hình 8-15a,b:

It2 = k.Iư1 với k hệ số hiệu chỉnh:

Trong đó: w't số dây quấn kích thích sau nối theo b

Như nên , n tăng (đặc tính 2) Trường hợp c : mắc

như tổng trở giảm, I = It tăng, n giảm ứng với đường đặc tính

β Thêm Rf vào mạch phần ứng:

- Lúc mạch từ bão hòa coi ΦĐ = Cte giống động điện kích từ song song.

- Lúc mạch từ không bão hịa từ thơng tỉ lệ với Iư Đối với hệ thống có qn tính

cơ đủ lớn, ta viết chừng phương trình s.đ.đ thời gian ∆t

sau đặt thêm Rf dạng:

với

Từ ta có dịng điện phần ứng sau đặt Rf là:

Dòng điện phần ứng trước đặt biến trở:

Ta lập tỉ số:

1 R R R k st t st < + = W W k t t < = / (hình 8-15a) (h8-15b) ư1 Φ

2 k.k I

Φ = Φδ <Φδñm

Φ C RI U n E ö −

= C =CEkΦ

/ E ) R (R I nI C

U= /E /ư + /ư Đ+ f C nI C k I n

/ ö Φ E / ö / E = ) R (R n C U I f Đ / E / + + = Đ / E

ư C n R

Hình 8.14 Đặc tính động điện một chiều kích thích nối tiếp trường hợp điều chỉnh tốc độ khác nhau.

Khi đặt điện trở vào làm dòng điện phần ứng giảm, mơ men giảm Mc = Cte M

đl = MĐ - Mc <0 làm tốc độ quay giảm, sức điện động giảm, dòng điện phần ứng tăng đến trị số ban đầu làm việc ổn định n2<nđm

Đ

f Đ ö

2

R I U

R R I U n n

− + −

= ( )

γ Điều chỉnh tốc độ thay đổi điện áp:

Chỉ điều chỉnh tốc độ n < nđm Được thực cách đổi nối song song thành nối tiếp động Hiệu suất cao không gây tổn hao phụ

C Động điện chiều kích từ hỗn hợp (ĐCĐMCKTHH):

Đặc tính ĐCĐMCKTHH bù đặc tính trung gian đặc tính ĐCĐMCKTSS ĐCĐMCKTNT

Tốc độ ĐCĐMCKTHH điều chỉnh ĐCĐMCKTSS ĐCĐMCKTNT

Động điện loại thường sử dụng trường hợp Mmm lớn, n biến thiên phạm vi rộng

Đặc tính động điện: Đường ứng với hỗn hợp bù (nối thuận) Đường 2: Hỗn hợp ngược (nối ngược) Đường 3: Kích thích song song

Đường 4: Kích thích nối tiếp

II Đặc tính làm việc động điện một chiều

Đặc tính làm việc ĐCĐMC biểu thị quan hệ : n, M, η theo dòng điện: n = f(Iư ), M = f(Iö ), η = f(Iö ) U = Uđm = Cte.

1 Đặc tính tốc độ: n = f(Iư ) U = Cte

Hình 8.16 Đặc tính động điện một chiều kích thích hỗn hợp so sánh với loại động điện chiều khác.

Hình 8.15 Đặc tính động điện một chiều kích thích hỗn hợp so sánh với loại động điện chiều khác. M, n

Iö M = f(Iö ) KT// M = f(Iö ) KTNT

M = f(Iö ) KTHH n = f(Iö ) KT//

ö δ E ö δ E I Φ C R Φ C U

n= −

Về đặc tính tốc độ n = f(Iư)tương tự đặc tính biết

2 Đặc tính mô men M = f(Iö ) U = Cte

Biểu thị quan hệ

Ở động điện kích thích song song:

khi U = Cte Φ = Cte quan heä

M = f(Iư) đường thẳng

ö M I

C

M= Φδ

Ở ĐCĐMCKTNT: đường cong có dạng parabol

Ở ĐCĐMCKTHH: Đường đặc tính mơment đường trung gian ĐCĐMC KTSS KTNT

3 Đặc tính hiệu suất η = f(Iư ) U = Cte , I t = Cte ö I ≅ Φ I M≅

Từ cơng thức :

Trong đó:

Po tổn hao không tải (tổn hao pcơ, tổn hao thép pFe, tổn hao phuï pf)

pt = Ut It tổn hao mạch kích từ

tổn hao đồng dây quấn phần ứng

tổn hao tiếp xúc vành góp chổi than

Vì điều kiện ta xét n = Cte , I

t = Cte, Φ = Cte neân coi

như Po + Pt = Cte Điện trở R

ư tính nhiệt độ to = 75 oC

Đối với chổi than ∆Utx = 2V ∆Utx.Iư tỉ lệ với Iư Bỏ qua dòng It

mẫu số công thức (1) Lấy đạo hàm bậc dη/dIư cho khơng

điều kiện để hiệu suất động điện kích từ song song cực đại viết dạng:

Nghĩa hiệu suất động điện đạt tới trị số cực đại ηmax phụ

tải mà tổn hao không đổi với tổn hao biến đổi theo bình phương

dòng điện Iö

100 I I U p p R I p p 100 I I U p 100 P p t ö f tx ö ö t cu t ö

1 ⎟⎟⎠

⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + + + + − = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ + − = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = η ∑ ∑ ) ( ) ( % ö tx tx U I

p =∆

ö öR I ö ö öR I

I ≅ ö ö t cu

0 p IR

p + =

(75÷85)%

= η

(85÷95)%

= η

Ở phụ tải định phân phối tổn hao ta có hiệu suất cực đại

Trên hình vẽ ta có trị số ηmax P2 ≈ 0,75Pđm

Thơng thường động cơng

suất nhỏ Đối với động

cơ cơng suất trung bình lớn Hình 8.16 Đặc tính hiệu suất động

Câu hoûi

1 Phân loại động điện chiều

2 Điều kiện làm việc ổn định động điện So sánh loại động điện phương diện

3 So sánh đặc tính tốc độ đặc tính động điện chiều Hiện tượng xẩy mở máy động điện kích thích song song trường hợp mạch kích từ bị đứt Cũng trường hợp điện trở điều chỉnh mạch kích thích Rđc lớn

5 Các phương pháp mở máy điều chỉnh tốc độ động điện chiều loại

Bài tập

1 Cho động điện chiều kích thích song song có số liệu sau: Pđm= 95kW, Uđm = 220 V , Iđm = 470 A, Itđm = 4,25 A, Rư = 0,0125 Ω,nđm = 500 v/ph Hãy xác định:

a Hiệu suất động

b Tổng tổn hao máy, tổn hao khơng tải dịng điện khơng tải c Môment định mức động

d Điện trở điều chỉnh Rf cần thiết để động quay với n = nđm, Iư = Iưđm từ thông giảm 40%

e Điện trở Rf cần thiết để động quay với n = nđm, Iư = 0,85Iưđm từ thông giảm 25%

Đáp số: a 91,8%

b = 8,4 kW, P0 = 4753,5 W, I0 = 17,3A c M = 181,5 Nm

d Rf = 0,18 Ω

e Rf = 0,13 Ω

Chương

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐẶC BIỆT CÔNG SUẤT NHỎ 1 Động chiều không chổi than

Động chiều với cấu trúc bình thường có hàng loạt nhược điểm phận đổi chiều, vành góp gây làm hạn chế phạm vi sữ dụng chúng Trong thời gian gần xuất đưa vào sử dụng ngày rộng rải, hệ thống điều khiển tự động loại động với tên gọi động chiều không chổi than (Brushless-DC Motor) Động chiều không chổi than với phận đổi chiều điện tử thỏa mản yêu cầu cao độ tin cậy điều kiện làm việc đặc biệt (chân không, nhiệt độ thay đổi, va đập mạnh, rung động nhiều) Bộ phận đảo chiều có cấu tạo từ linh kiện điện tử thay cho vành góp_chổi than làm cho động chiều khơng chổi than nhược điểm động chiều thơng thường

1.1 Cấu tạo:

Khác với động chiều bình thường, động chiều khơng chổi

than có phần ứng bất động nằm stator phần cảm quay nằm rotor

Trên hình 9.1 a vẽ mơ hình động chiều bình thường hình 9.1b vẽ mơ hình động khơng chổi than

Hình 9.1 Mơ hình đơn giản động chiều bình thường (hình a) động chiều khơng chổi than (hình b) Vị trí phần tử động chiều khơng chổi than hình 9.1b sau:

1 Stator động

2 Rotor nam châm vỉnh cửu

3 Dây quấn phần ứng đặt stator

4 Giá đở chổi than

5 Chổi than (để đơn giản nên hình 9.1b thay phần đổi chiều

Stator động chiều không chổi than ghép từ thép kĩ thuật điện có xẽ rảnh Trong rảnh Stator đặt cuộn dây phần ứng loại động bình thường khác Phần cảm động khơng chổi than thường làm nam châm vĩnh cửu Đặc điểm bật động phận đảo chiều điện tử mà hình 9.1b đơn giản hoá giá đở chổi than chổi than đặt rotor

Ngoài stato, rotor phận đảo chiều điện tử vỏ máy cịn gắn cảm biến vị trí Cảm biến vị trí có cấu tạo từ hai thành phần: phần quay gọi rotor phần đứng yên gọi stator Rotor cảm biến vị trí có dạng hình trịn khuyết đặt trục với rotor động cơ, phần tử tạo tín hiệu cảm biến vị trí Stator cảm biến vị trí phần tử cảm ứng, số lượng phần tử cảm ứng với số pha động vị trí chúng tương ứng với vị trí pha động

Tóm lại: cấu tạo động chiều không chổi than gồm thành phần sau:

• Stator rotor, Stator ghép thép kỹ thuật điện có

xẽ rảnh, bên có đặt cuộn ứng m pha rotor đựơc làm nam châm vĩnh cửu

• Cảm biến vị trí đặt trục với động có chức cảm nhận vị trí

của rotor biến đổi tín hiệu thành tín hiệu điều khiển xác định thời điểm thứ tự đổi chiều

• Bộ phận đổi chiều khơng chổi than cấu tạo linh kiện điện tử

thực đổi chiều dòng điện cuộn cảm stator động theo tín hiệu điều khiển từ cảm biến vị trí

1.2 Nguyên lý hoạt động:

Hình 9.2 trình bày sơ đồ ngun lí đơn giản động chiều không chổi than với ba cuộn dây stator Ta phân tích nguyên lý hoạt động động chiều không chổi than theo sơ đồ

Cuộn dây phần ứng đặt rảnh stator gồm có ba pha A, B, C,

lệch khơng gian góc 1200 nối hình

Bộ phận đổi chổi gồm ba transistor Q1, Q2, Q3, mắc nối tiếp với pha

A, B, C động Các transistor làm việc chế độ ngắt dẩn, nghĩa có hai trạng thái làm việc: trạng thái dẩn có tín hiệu điện chân B chúng trạng thái ngắt khơng có tín hiệu điện chân B chúng Tín hiệu điện phần cảm ứng cảm biến vị trí tạo

Nguyên lý hoạt động động theo hình 9.2 sau:

ở vị trí (vị trí hình 9.2) xuất tín hiệu điều khiển CA, tín

hiệu kích vào cực B transistor Q1 làm cho Q1 dẩn Các transistor khác

khơng có tín hiệu nên trạng thái ngắt Khi Q1 dẩn pha A cuộn ứng

có dịng điện IA chạy qua Nhờ tương tác giửa sức từ động FA cuộn ứng

pha A với từ thông từ trường rotor nam châm vĩnh cửu làm cho rotor quay theo chiều kim đồng hồ Do phần tử tín hiệu cảm biến tín hiệu gắn đồng trục với rotor động nên rotor quay phần tử củng quay theo

Hình 9.2 Sơ đồ nguyên lý đơn giản động chiều khơng chổi than với stato có ba cuộn dây

Khi góc quay rotor lớn 300 so với vị trí ban đầu ít, phần tử tín

hiệu tác động đồng thời lên hai phần tử cảm ứng cảm biến vị trí nằm pha A B (vị trí hình 9.2) Có tín hiệu điều khiển chân B

transistor Q1, Q2 laøm cho hai transistor naøy dẩn, dòng điện chạy pha A

B dây quấn phần ứng Transistor Q3 khơng có tín hiệu điều khiển nên vẩn

khơng dẩn Khi có thêm sức từ động FB sức từ động tổng lệch khỗng

600 so với vị trí ban đầu tác động với từ trường rotor nam châm vĩnh cửu

làm cho rotor động tiếp tục quay theo chiều kim đồng hồ

Khi góc quay rotor lớn 900 so với vị trí ban đầu (vị trí

hình 9.2) phần tử tín hiệu tác động lên phần tử tín hiệu đặt pha B Khi

đó có tín hiệu CA làm cho transistor Q2 dẩn, transistor khác không dẩn

do tín hiệu điều khiển Transistor Q2 dẩn có dòng điện chạy

chính sức từ động dây quấn stato lúc Do đó, rotor động tiếp tục quay theo chiều kim đồng hồ ban đầu Quá trình tiếp tục tiếp diển, tín hiệu điều khiển từ cảm biến vị trí đưa vào transistor phận đổi chiều làm cho chúng dẩn ngưng dẩn lúc; cấp điện không cấp điện cho cuộn dây stator tạo nên sức từ động dây quấn tác động với từ trường rotor nam châm vỉnh cửu làm cho rotor quay

Khi tăng số pha cuộn stator, số phần tử cảm ứng cảm biến vị trí số transistor phận đổi chiều củng tăng tương ứng động vẩn hoạt động theo nguyên tắc Nếu tăng số phần tử cảm ứng số transistor số bối dây số phiến góp động điện chiều có vành góp bình thường đặc tính động chiều khơng chổi than hoàn toàn giống với động điện chiều có vành góp Q trình vật lí động chiều không chổi than củng mô tã phương trình động vành góp cơng suất nhỏ trình bày phần 1.2 Tuy nhiên, việc tăng số lượng pha dây quấn stator kéo theo phức tạp sơ đồ điều khiển Vì vậy, thực tế số pha dây quấn thường không vượt bốn

2 Động chấp hành chiều :

Hầu hết động công suất nhỏ sử dụng hệ thống điều khiển tự động chức riêng lẽ khác dạng động chấp hành (servo motor)

Động chấp hành nói chung loại máy điện có chức biến đổi tín hiệu điện đầu vào (thường điện áp) thành vận tốc góc chuyển động trục động Chúng chế tạo để đáp ứng hầu hết chức chuyển đổi tín hiệu Động loại hoạt động chế độ làm việc dài hạn, ngắn hạn hay ngắn hạn lặp lại tuỳ theo cấu trúc Được sử dụng động chấp hành cịn có động chiều kích thích độc lập, động bước đồng bộ, Ferraris motor, amplidyne motor_generator

Ứng dụng động chấp hành tuỳ thuộc vào đặc tính hệ thống điều khiển, mục đích hệ thống điều khiển, vị trí vận hành yêu cầu khác sử dụng phận cấu thành nên hệ thống

Động chấp hành thường đáp ứng yêu cầu sau:

• Đặc tính làm việc ổn định vận tốc

• Điều chỉnh tốc độ quay dể dàng, phẳng kinh tế có phạm vi điều

chỉnh rộng

• Dừng tức thời (động phải dừng tín hiệu điều

khiển)

• Đáp ứng nhanh

Trong năm yêu cầu yêu cầu thứ năm yêu cầu chủ yếu hầu hết tín hiệu điều khiển động loại có cơng suất bé (tín hiệu ngõ từ thiết bị điện tử)

2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động chấp hành chiều công suất nhỏ:

Theo cấu trúc động chấp hành chiều gồm có loạïi sau:

• Động chấp hành chiều qn tính nhỏ với rotor rổng khơng từ tính

• Động chấp hành chiều với phần ứng khơng có rảnh (rotor hình

dĩa), dây quấn phần ứng bố trí trực tiếp lên mặt hình trụ rotor

• Động chấp hành chiều thơng thường kích thích độc lập kích

thích nam châm vỉnh cửu

Động chấp hành chiều có cấu tạo loại thứ loại thứ hai đề cập đến giáo trình máy điện; động chấp hành chiều thơng thường lại có nhiều tài liệu nói đến nên xin nêu thêm đặc điểm cấu tạo hai loại động chấp hành thứ thứ hai tức động chấp hành chiều qn tính nhỏ với rotor rổng khơng từ tính động chấp hành chiều với phần ứng khơng có rảnh (rotor hình dĩa)

2.1.1 Cấu tạo động chấp hành chiều rotor rỗng khơng từ tính Hình 9.3 trình bày cấu tạo động chấp hành chiều với rotor rổng không từ tính Động cấu tạo với rotor rổng nhằm mục đích làm giảm đến mức thấp quán tính động ngưng hoạt động Rotor động chia làm hai phần sau: phần thứ khối gồm có chổi than, vành góp kột khối hình trụ rổng plastic (chổi than vành góp có cấu tạo giống động chiều bình thường), phần lại lõi sắt

Lõi sắt phần nặng cố định với võ máy, phần có tên gọi stator trong, có chức dòng điện cảm ứng

Stator động giống stator động chiều thơng thường có xẽ rảnh để mang dây quấn phần cảm cịn gọi stator ngồi

Phần ứng hình trụ rổng làm plastic có đặt dây quấn rảnh mang bề mặt lớp dây quấn mỏng Phần xoay khe hở khơng khí nằm giửa stator stator

Nguồn điện cung cấp cho phần ứng thông qua chổi than vành góp

Hình 9.3 Động chấp hành chiều với rotor rổng khơng từ tính Với đặc điểm cấu tạo kết có động chiều với rotor rổng có mơmen qn tính nhỏ nhiều so với động chiều với rotor hình trụ thơng thường

2.1.2 Cấu tạo động chấp hành chiều với phần ứng khơng có rảnh (rotor hình dĩa)

Động chấp hành chiều với phần ứng khơng có rãnh (rotor hình dĩa) mơ tả hình 9.4 có đặc điểm sau:

Rotor hình dĩa động có hình dĩa dẹt khơng có lổ thơng gió, làm từ vật liệu khơng từ tính như: ceramic, textolite hay aluminium, dây quấn rotor bố trí sát bề mặt nhẳn rotor khơng có rảnh Dây quấn bố trí hai mặt rotor thông qua lổ khoang gần trục động Động kích thích nam châm vỉnh cửu với đầu cực nam châm chế tạo từ thép khơng gĩ có dạng khối tròn

Động chấp hành chiều phần ứng khơng có rãnh (rotor hình dĩa) khác với động chiều chổ rotor động khơng có rảnh để đặc dây quấn mà dây quấn bố trí trực tiếp bề mặt nhẳn rotor (printed winding) Việc rotor động khơng có rãnh dây quấn bố trí làm cho khe hở khơng khí giửa cực từ lõi phần ứng tăng lên đồng thời làm giảm điện kháng phần ứng

2.2 Các phương pháp điều khiển động chấp hành chiều:

Động chấp hành chiều điều khiển theo hai cách sau:

Điều khiển liên tục phương pháp điều khiển sử dụng tín hiệu điều khiển liên tục theo thời gian có độ lớn thay đổi Tín hiệu điều khiển thường điện áp phần ứng nên phương pháp điều khiển gọi điều khiển phần ứng

Điều khiển cực phương pháp điều khiển ta đưa điện áp điều khiển vào cuộn kích thích

2.2.1 Điều khiển phần ứng:

Sơ đồ điều khiển hình 9.5 cuộn dây kích thích nối trực tiếp vào lưới

điện có điện áp UKT =U=const Cuộn dây phần ứng đặt vào điện áp điều

khiển có trị số thay đổi UĐK ≠ const

Do UKT =U=const nên dịng điện chạy cuộn kích từ IKT =const

đó từ thơng cuộn kích từΦKT =const

Ta coù:

KT KT =CΦ.U

Φ

Với CΦ hệ số khuyếch đại

Khi phần ứng quay, dây dẩn cắt từ trường kích thích cuộn dây phần ứng (củng cuộn dây điều khiển) cảm ứng sức

điện động EĐK, trị số EĐK cho công thức :

n U C C n C

EÑK = E ΦKT = E Φ KT

Dòng điện phần ứng dịng điện điều khiển có giá trị sau:

Với rĐKlà điện trở mạch điện phần ứng

Tương tác ΦKTvà IĐK tạo momen quay biểu thức sau:

ÑK KT M

ÑK KT

M I C C U I

C

M= Φ = Φ

Kết hợp cơng thức trên, ta có:

ÑK KT M E ÑK KT M r n U C C C U U C C

M= Φ − Φ

Tín hiệu điều khiển

KT ĐK

U U

=

α điện áp điều khiển hệ đơn vị tương

đối

Thay UĐK =α.UKTvào biểu thức ta :

ÑK KT M E KT M r n U C C C U C C

M= Φ α − Φ

Chúng ta thay giá trị thực M, n, UĐK giá trị hệ

đơn vị tương đối để dễ so sánh đặc tính động có cơng suất khác tốc độ khác Với giá trị momen hệ đơn vị tương đối :

mm M

M m =

Với Mmm momen mở máy động cơ; động mở máy n = 0, UĐK

= UKT suy α =1

Biểu thức M viết lại sau:

ÑK KT M

mm C Cr U

M = Φ (9-1)

Thay biều thức vào biểu thức m ta được:

n C C

m =α− E Φ

Tốc độ quay hệ đơn vị tương đối :

0 n

n v=

Với n0 tốc độ quay không tải lý tưởng; tốc độ đạt m = 0,

1

=

α

Biểu thức 1.1.20 viết lại sau:

Φ = C C n E

0 (9-2)

Thay biều thức v n0 vào biểu thức m ta được:

v

m =α−

Từ biểu thức ta rút nhận xét: momen quay động chấp hành chiều điều khiển phần ứng mợt hàm bật (tuyến tính)

2.2.2 Điều khiển cực:

Như đề cập đến phần phương pháp điều khiển cực phương pháp mà điện áp điều khiển đặc vào cuộn dây phần cảm (cực từ) cịn điện áp kích từ điện áp lưới đặt vào cuộn dây phần ứng (hình 9.6)

Hình 9.6 Sơ đồ điều khiển cực động chấp hành chiều

Vì điện áp kích từ phương pháp lớn (UKT =ULưới) nên

những động có cơng suất lớn 10 watt người ta thường mắc thêm

điện trở phụ RP nối tiếp với mạch phần ứng để hạn chế dòng điện khởi động

Trên cuộn dây điều khiển (cuộn dây cực từ) đặt vào điện áp điều khiển (chỉ có tín hiệu điều khiển) có yêu cầu làm chuyển động rotor

Từ thơng động từ thơng cuộn dây điều khiển ΦĐK

Trị số ΦĐK mạch từ máy khơng bão hồ tỉ lệ với IĐK có nghĩa

tỹ lệ với UĐK

KT ÑK

ÑK =C U =C α.U

Φ Φ Φ

Trong đó: hệ số tín hiệu

Lưới ĐK KT

ĐK

U U U

U

= =

α

Khi phần ứng quay, cuộn dây phần ứng (cuộn kích thích) cảm ứng

sức điện động EKT:

n U C C n C

EKT = E ΦÑK = E Φ ĐK

Dịng điện kích từ IKT bằng:

KT KT KT

KT U r E

Tương tác giửa từ thông cuộn dây điều khiển ΦĐK với dịng điện kích từ

IKT sinh momen quay M

KT ÑK

M I

C

M= Φ

Hay: KT KT 2 E M KT M r n U C C C U C C

M= Φ α − Φ α

Qui biểu thức giá trị tương đối ta có biểu thức momen hệ đơn vị tương đối là:

) v , ( f v

m =α−α2 = α

Với: KT ĐK U U = α ; n n v= ;

mm M M m= Trong đó: Φ = = α = = C C n n E ) m ; ( KT ĐK M ) ; n (

mm M C Cr U

M Φ

= α = =

=

3 Máy phát tốc chiều

Máy phát tốc nói chung loại máy điện công suất nhỏ làm việc chế độ máy phát, chúng có chức chuyển đổi tín hiệu góc quay thành tín hiệu điện Trong trường hợp này, qui luật chuyển đổi phụ thuộc vào đặc tính ngõ máy phát tốc

3.1 Đặc tính ngõ máy phát tốc chiều:

Dựa vào cấu tạo, nguyên lý làm việc, máy phát tốc chiều thực chất máy điện chiều kích từ độc lập nam châm vỉnh cửu (hình 9.7)

Hình 9.7 Sơ đồ máy phát tốc chiều kích thích độc lập

Đặc tính ngõ máy phát tốc chiều mối quan hệ giửa điện áp

ra hai đầu cực phần ứng tốc độ quay phần ứng tải trở Rt

có giá trị khơng đổi từ thông Φ số Theo lý thuyết máy điện sức

điện động EF phần ứng tỹ lệ thuận với từ thông Φ tốc độ quay phần

ứng Vì vậy, với từ thơng Φ số ta có biểu thức sau:

Φ

=C n

Theo định luật Ohm ta có dịng điện phần ứng sau:

t F

F UR

I =

Phương trình cân điện áp máy phát tốc chiều:

ch F

F F

F E I r U

U = − −Δ

Trong đó:

EF sức điện động phần ứng

IF dòng điện phần ứng

F

r điện trở cuộn ứng

ch

U

Δ điện áp rơi chổi than

Từ biểu thức ta nhận biểu thức đặc tính điện áp máy phát tốc chiều sau:

t F

ch E

F

R r

U n C U

+ Δ − Φ

=

Nếu xem điện áp rơi chổi than khơng đáng kể bỏ qua biểu thức viết lại sau:

n K R

r

n C U

t F E

F =

+ Φ

=

Nếu từ thông Φ, điện trở phần ứng rF điện trở tải Rt khơng đổi quan hệ

) n ( f

UF = tuyến tính với hệ số khuyếch đại (độ dốc) K xác định sau:

Khi CE, Φ, Rt lớn rF nhỏ độ dốc điện áp lớn

Trong trường hợp máy hoạt động chế độ khơng tải (Rt =∞) độ dốc

điện áp lớn

Ưu điểm máy phát tốc chiều có trọng lượng kích thước nhỏ cơng suất lớn Với máy phát tốc kích từ nam châm vĩnh cửu khơng cần có nguồn ni

Chương 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP § 1.1 Đại cương

Để truyền tải phân phối điện cho hộ tiêu thụ điện cách xa nhà máy điện phù hợp kinh tế phải có thiết bị để tăng giảm điện áp đầu cuối đường dây Những thiết bị gọi máy biến áp (hình1.1) Những máy biến áp dùng hệ thống điện lực gọi máy biến áp điện lực hay máy biến áp công suất Máy biến áp làm nhiệm vụ truyền tải phân phối lượng thiết bị biến đổi lượng

Hình1.1 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản.

Máy phát điện

Máy phát điện

Trạm biến áp Trạm biến áp Trạm biến áp

Trung Cao

Đường dây

Siêu cao Hộ tiêu

thụ → → → 20/0,4 KV

110/20 KV 220/110 KV

10/220 KV

§ 1.2 Nguyên lí làm việc máy biến áp

Dựa vào ngun lí làm việc MBA

pha gồm lõi thép có hai cuộn dây W1 ,

W2 vòng Khi đặt điện áp xoay chiều hình

sin U1 vào dây quấn 1, dòng điện i1 tạo

nên lõi thép từ thơng Φ móc vịng với

cả dây quấn 1, cảm ứng dây

quấn s.đ.đ e1 , e2 Dây quấn có s.đ.đ

sinh dịng điện i2 đưa tải với điện áp U2

Như lượng dịng

Hình1.2 Nguyên lý làm việc MBA 1 Dây quấn sơ cấp

2 Dây quấn thứ cấp 3 Lõi thép

điện xoay chiều truyền từ dây quấn sang dây quấn

Giả thiết điện áp đặt vào có dạng hình sin từ thơng sinh có dạng hình sin:

Theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng dây quấn là:

t

m ω

Φ =

Φ sin

t w

dt t d

w dt d w

e1 1 m =− 1ωΦm ω

ω Φ − = Φ −

= sin cos

) sin(

) sin(

2 t E

2 t

w1ωΦm ω −π = 1m ω −π

= (1-1)

t w

dt t d

w dt d w

e2 2 m =− 2ωΦm ω

ω Φ − = Φ −

) sin( ) sin( t E t

w2 m 2m

π − ω = π − ω Φ ω = (1-2)

Trị số hiệu dụng:

Từ biểu thức (1-1) (1-2) cho thấy s.đ.đ dây quấn chậm pha so với từ thơng sinh góc

Dựa vào biểu thức (1-3), (1-4), người ta định nghĩa tỷ số biến áp M.B.A pha sau:

Nếu không kể điện áp rơi dây quấn, k xem tỷ số điện áp dây quấn dây quấn 2:

Đối với máy biến áp pha:

- Tỷ số điện áp pha:

w1 số vịng dây pha sơ cấp, w2 số vòng dây pha thứ cấp

- Tỷ số điện áp dây phụ thuộc vào tỉ số vòng dây sơ cấp thứ cấp mà phụ thuộc vào nối hình hay tam giác:

+ Khi nối ∆/Y

+ Khi noái ∆/∆

+ Khi noái Y/Y

+ Khi noái Y/∆

Định nghĩa: MBA thiết bị điện từ tĩnh làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác với tần số khơng đổi

Phía nối với nguồn gọi sơ cấp, đại lượng liên quan đến sơ cấp kí hiệu mang số

Phía nối với tải gọi thứ cấp, đại lượng liên quan đến thứ cấp kí hiệu mang số

Neáu U1 < U2 ta có MBA tăng áp, U1 > U2 có MBA giảm áp

m 1 m 1 m m

1 2 wf

w f 2 w E

E = =ω Φ = π Φ = π Φ

m m m m

2 w f

2 w f 2 w E

E = =ω Φ = π Φ = π Φ

2 π (1-4) (1-3) 2 w w E E k= =

2 U U E E k= ≈

2 p p p w w U U

k = =

2 p p d d d w w U U U U

k = = =

2 p p d d d w w U U U U

k = = =

2 p p d d d w w U U U U

k = = =

2 p p d d d w w U U U U

1 Dung lượng hay công suất định mức Sđm : Là cơng suất tồn phần (hay biểu kiến) đưa dây quấn thứ cấp MBA tính VA KVA

2 Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm điện áp dây dây quấn sơ cấp tính

V ,hoặc K V

3 Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm điện áp dây dây quấn thứ cấp

không tải điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp định mức Tính V K V

4 Dòng điện dây định mức sơ cấp I1đm thứ cấp I2đm là dòng điện dây

dây quấn sơ cấp thứ cấp ứng với công suất điện áp định mức Tính A Có thể tính dịng điện sau :

Đối với MBA pha : ;

Đối với MBA pha : ;

5 Tần số định mức : fđm tính Hz Các máy biến áp điện lực nước ta có tần số

công nghiệp 50 Hz

Ngồi nhãn máy biến áp ghi số liệu khác số pha m; tổ nối

dây quấn; điện áp ngắn mạch Un%; chế độ làm việc ; cấp cách điện; phương pháp

làm nguội

§ 1.4 Các loại máy biến áp chính

Theo cơng dụng máy biến áp chia thành loại sau

1 Máy biến áp điện lực (hay gọi máy biến áp dầu, máy biến áp công suất): Dùng để truyền tải phân phối điện hệ thống điện lực

2 Máy biến áp chuyên dùng: Dùng cho lò luyện kim, cho thiết bị chỉnh lưu, máy hàn điện

3 Máy biến áp tự ngẫu: Biến đổi điện áp phạm vi không lớn lắm, dùng để mở máy động điện xoay chiều

4 Máy biến áp đo lường: Dùng để giảm điện áp dòng điện lớn đưa vào đồng hồ đo

5 Máy biến áp thí nghiệm: Dùng để thí nghiệm điện áp cao

Máy biến áp có nhiều loại khác nhau, song thực chất tượng xảy chúng giống Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, sau chủ yếu ta xét đến máy biến áp điện lực hai dây quấn pha ba pha

ñm

ñm ñm US

I = 2ñm U2ñmñm

S I =

ñm ñm ñm

1

U S

I =

ñm ñm ñm

2

U

S

§ 1.5 Cấu tạo máy biến áp

Máy biến áp có phận sau: Vỏ máy, lõi thép dây quấn

1 Lõi thép

Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn Theo hình dáng lõi thép người ta chia ra:

- Máy biến áp kiểu lõi hay kiểu trụ (hình 1.3): Dây quấn bao quanh trụ thép Loại thông dụng cho máy biến áp pha ba pha có dung lượng nhỏ trung bình

Hình1.3 MBA kiểu lõi: a pha; b ba pha b) a)

- Máy biến áp kiểu bọc (hình 1.4): Mạch từ phân nhánh hai bên " bọc" lấy phần dây quấn Loại thường dùng vài ngành chuyên môn đặc biệt máy biến áp dùng lò luyện kim, máy biến áp pha công suất nhỏ

Ở máy biến áp đại, dung lượng lớn cực lớn (80 đến 100 MVA pha), điện áp cao 220 đến 400kV để giảm chiều cao cho trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển, mạch từ

máy biến áp kiểu trụ phân nhánh Hình1.4 MBA kiểu bọc

sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu trụ vừa kiểu bọc, gọi máy biến áp kiểu trụ - bọc

Hình1.5 MBA kiểu trụ bọc: a Một pha vaø b ba pha

quấn ba pha có trụ thép nên cịn gọi máy biến áp ba pha năm trụ Lõi thép máy biến áp gồm có hai phần: Phần trụ kí hiệu chữ T phần gơng kí hiệu chữ G Trụ phần lõi thép có dây quấn; gông phần lõi thép nối trụ lại với thành mạch từ kín khơng có dây quấn

Do dây quấn thường quấn thành hình trịn, nên tiết diện ngang trụ thép thường làm thành hình bậc thang gần trịn (hình 1.6) Gơng từ khơng có quấn dây, để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện ngang gơng làm đơn giản: hình vng, hình chữ thập hình T hình 1.7

Hình1.6 Tiết diện trụ thép a Không có rãnh dầu

b Có rãnh dầu Hình1.7 Các dạng tiết diện trụ thép (phíatrên) gơng từ (phía dưới)

a) b)

2 Dây quấn

Dây quấn phận dẫn điện máy biến áp, làm nhiệm vụ thu lượng vào truyền lượng Dây quấn thường làm đồng nhôm Theo cách xếp dây quấn cao áp hạ áp, người ta chia làm hai loại dây quấn chính: Dây quấn đồng tâm dây quấn xen kẽ

a Dây quấn đồng tâm: Ở dây quấn đồng tâm tiết diện ngang vòng trịn đồng tâm Dây quấn HA thường quấn phía gần trụ thép, cịn dây quấn CA quấn phía ngồi bọc lấy dây quấn hạ áp Với cách quấn giảm bớt điều kiện cách điện dây quấn cao áp, dây quấn cao áp trụ có cách điện thân dây quấn hạ áp

Những kiểu dây quấn đồng tâm bao gồm:

α Dây quấn hình trụ:

Hình1.8 Dây quấn hình trụ: a Dây quấn bẹt hai lớp; b Dây quấn tròn nhiều lớp

Nếu tiết diện dây dẫn lớn dùng dây bẹt thường quấn thành hai lớp (hình 1.8a); tiết diện dây dẫn nhỏ dùng dây trịn quấn thành nhiều lớp (hình 1.8b); Dây quấn hình trụ dây tròn thường làm dây cao áp tới 35 Kw; Dây quấn hình trụ dây bẹt chủ yếu làm dây quấn hạ áp từ 6KV trở xuống

β Dây quấn hình xoắn: Gồm nhiều dây bẹt chập lại với quấn theo đường

xoắn ốc, vòng dây có rãnh hở (hình 1.9).Kiểu thường dùng cho dây quấn HA m.b.a dung lượng trung bình lớn

Hình1.9 Dây quấn hình xoắn Hình1.10 Dây quấn hình xốy ốc liên tục

γ Dây quấn xốy ốc liên tục: Làm dây bẹt khác với dây quấn hình xoắn

chỗ , dây quấn quấn thành bánh dây phẳng cách rảnh hở (hình 1.10).Bằng cách hốn vị đặc biệt quấn, bánh dây nối tiếp cách liên tục mà không cần mối hàn chúng, mà dây quấn gọi xoáy ốc liên tục Dây quấn chủ yếu dùng làm cuộn CA, điện áp 35kV trở lên dung lượng lớn

b Dây quấn xen kẽ : Các bánh dây CA HA đặt xen kẽ dọc theo trụ thép (hình 1.11) Cần ý rằng, để cách điện dễ dàng, bánh dây sát gông thường thuộc dây quấn HA Kiểu dây quấn hay dùng m.b.a kiểu bọc Vì chế tạo cách điện khó khăn, vững khí nên m.b.a kiểu trụ khơng dùng kiểu dây quấn xen kẽ

Hình1.11 Dây quấn xen kẽ 1 Dây quấn hạ áp

2 Dây quấn cao áp

3 Vỏ máy: Vỏ máy gồm hai phận: thùng nắp thùng

dầu, từ dầu qua vách thùng môi trường xung quanh Lớp dầu sát vách thùng nguội dần chuyển động xuống phía lại tiếp tục làm nguội cách tuần hoàn phận bên máy biến áp Ngoài dầu máy biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện

Tùy theo dung lượng máy biến áp mà hình dáng kết cấu thùng dầu có khác nhau.Loại thùng dầu đơn giản thùng dầu phẳng thường dùng cho máy biến áp dung lượng từ 30kVA trở xuống Đối với máy biến áp cỡ trung bình lớn, người ta hay dùng loại thùng dầu có ống (hình 1.12) loại thùng có tản nhiệt (hình 1.13)

Hình1.12 Thùng dầu kiểu ống Hình1.13 Thùng dầu có tản nhiệt

Ở m.b.a dung lượng đến 10.000kVA, người ta dùng tản nhiệt có thêm quạt gió để tăng cường làm lạnh (hình 1.14) Ở m.b.a dùng trạm thủy điện, dầu bơm qua hệ thống ống nước để tăng cường làm lạnh Hình1.14 Bộ tản nhiệt hai hàng ống

có quạt gió riêng biệt

b Nắp thùng: Dùng để đậy thùng đặt chi tiết máy quan trọng như:

- Các sứ dây quấn CA HA: làm nhiệm vụ cách điện dây dẫn với vỏ máy Tùy theo điện áp m.b.a mà người ta dùng sứ cách điện thường có dầu Hình 1.15 vẽ sứ 35 kV có chứa dầu Điện áp cao kích thước trọng lượng sứ lớn

- Bình giãn dầu: thùng hình trụ thép đặt nắp nối với thùng ống dẫn dầu (hình 1.16) Bình giãn dầu nhằm mục đích bảo đảm dầu thùng ln ln đầy, phải trì dầu

m.b.a, nhờ có bình giãn dầu nên giãn nở tự do; ống mức dầu đặt bên cạnh bình giãn dầu dùng để theo dõi mức dầu bên

- Ống bảo hiểm: Làm thép, thường hình trụ nghiêng Một đầu nối với thùng, đầu bịt đĩa thủy tinh màng nhơm mỏng (hình 1.17).Nếu lý đó, áp suất thùng tăng lên đột ngột, đĩa thủy tinh vỡ, dầu theo ngồi để máy biến áp khơng bị hư hỏng

Ngồi nắp đặt chuyển mạch đổi nối đầu dây dây quấn CA cần điều chỉnh điện áp máy biến áp, rơ le để cắt nguồn điện đưa vào máy biến áp có cố xẩy máy biến áp

Hình1.17 Máy biến áp dầu pha 1 Thép dẫn từ; Má sắt ép gông 3 Dây quấn điện áp thấp (HA) 4 Dây quấn điện áp cao (CA) 5 Ống dẫn dây cao áp 6 Ống dẫn dây hạ áp

7 Bộ chuyển mạch để điều chỉnh điện áp dây quấn cao áp Bộ phận truyền động chuyển mạch; 9. Sứ cao áp; 10 Sứ hạ áp; 11 Thùng dầu kiểu ống; 12 Ống nhập dầu; 13 Quai để nâng ruột máy ra; 14. Mặt bích để nối với bơm chân khơng; 15 Ống có màng bảo hiểm; 16 Rơ le hơi; 17 Bình giãn dầu; 18 Giá đỡ góc ở đáy thùng dầu; 19 Bu lông dọc để bắt chặt má ép gông; 20 Bánh xe lăn; 21. Ống xả dầu

1 Định nghĩa m.b.a ? Vai trò m.b.a hệ thống điện lực ? Kết cấu m.b.a ? Tác dụng phận m.b.a?

2 Trên m.b.a thường ghi đại lượng định mức nào?ý nghĩa đại lượng

định mức, ví dụ: Sđm biểu thị cơng suất gì, phía nào?U2đm điện áp ứng với tình

trạng m.b.a ?

Bài tập

1 Hãy tính dòng điện định mức m.b.a ba pha biết số liệu sau

đây :Sđm = 100kVA; U1ñm / U2ñm = 6000 / 230V

Đáp số: I1đm= 9,62A ;I2đm = 251A

2 Một m.b.a pha có dung lượng 5kVA có hai dây quấn sơ cấp hai dây quấn thứ cấp giống Điện áp định mức dây quấn sơ cấp 11000V dây quấn thứ cấp 110V.Thay đổi cách nối dây quấn với có tỉ số biến đổi điện áp khác nhau.Với cách nối tính dịng điện định mức sơ thứ cấp

Đáp số: a Dây quấn sơ cấp thứ cấp nối nối tiếp

I1 = 0,227 A; I2 = 22,7 A

b Dây quấn sơ cấp nối nối tiếp, dây quấn thứ cấp nối

song song: I1 = 0,227 A; I2 = 45,45 A

c Dây quấn sơ cấp nối song song, dây quấn thứ cấp

noái noái tieáp: I1 = 0,45 A; I2 = 22,7 A

d Dây quấn sơ cấp thứ cấp nối nối song

Chương 2: TỔ NỐI DÂY VÀ MẠCH TỪ CỦA MBA § 2.1 Đại cương

Để máy biến áp pha làm việc dây quấn pha sơ thứ cấp phải nối với theo qui luật định Ngoài phối hợp kiểu nối dây quấn sơ với kiểu nối dây quấn thứ cấp hình thành tổ nối dây quấn khác Hơn lúc thiết kế việc định dùng tổ nối dây quấn phải thích hợp với kiểu kết cấu mạch từ để tránh tượng không tốt s.đ.đ pha không sin, tổn hao phụ tăng v.v…

§ 2.2 Tổ nối dây máy biến áp 1 Cách kí hiệu đầu dây :

Các đầu tận dây quấn máy biến áp, đầu gọi đầu đầu, đầu gọi đầu cuối

- Đối với MBA pha tùy ý chọn đầu đầu đầu cuối

- Đối với MBA pha, đầu đầu đầu cuối phải chọn cách thống : giả sử dây quấn pha A chọn đầu đầu đến đầu cuối theo chiều kim đồng hồ (hình 2.1a) dây quấn pha B C lại phải chọn (hình 2.1b, c) Điều cần thiết pha dây quấn kí hiệu ngược điện áp lấy tính đối xứng (hình 2.2)

Cách qui ước đầu đầu đầu cuối dây quấn MBA pha :

các đầu tận dây quấn cao áp dây quấn hạ áp Sơ đồ kí hiệu dây quấn

Đầu đầu A B C a b c

Đầu cuối X Y Z x y z

Đầu trung tính 0

2 Các kiểu dấu dây quấn:

Dây quấn MBA đấu theo kiểu sau :

- Đấu hình (Y): Khi đấu ba đầu X, Y, Z nối lại với nhau, ba đầu A, B, C để tự (hình 2.3a) Nếu đấu có dây trung tính gọi đấu hình

khơng (Yo hình 2.3b ) Dây quấn đấu Y0 thông dụng MBA cung cấp cho tải

Hình2.1 Cách qui ước đầu đầu đầu cuối dây quấn ba pha.

Hình2.2 Điện áp dây khơng đối xứng lúc kí hiệu ngược hay đấu ngược pha.

hỗn hợp vừa dùng điện áp dây để chạy động cơ, vừa dùng điện áp pha để thắp sáng

- Đấu hình tam giác (∆) đầu cuối pha đấu với đầu đầu pha kia: có

thể đấu theo kiểu theo thứ tự AX-BY-CZ-A (hình 2.4a) theo thứ tự AX-CZ-BY-A (hình 2.4b) Cách đấu tam giác dùng nhiều không cần điện áp pha

- Đấu hình tam giác hở (đấu hình V): Thường dùng cho tổ MBA pha sửa chữa hư hỏng máy

- Đấu hình zic zăc (Z) : Lúc pha dây quấn gồm nửa cuộn dây trụ khác nối nối tiếp

Hình2.3 Đấu Y đấu không

b)

a) a) b)

Hình2.4 Đấu tam giác dây quấn MBA

Hình2.5 Đấu zíc zắc dây quấn MBA a) Khi nửa dây quấn nối nối tiếp ngược; b) Khi nửa dây quấn nối nối tiếp thuận

a) b)

Kiểu đấu dây dùng tốn nhiều đồng thường gặp máy biến áp dùng cho thiết bị chỉnh lưu MBA đo lường để hiệu chỉnh sai số góc lệch pha

3 Tổ nối dây MBA:

Được hình thành phối hợp kiểu đấu dây sơ cấp so với kiểu đấu dây thứ cấp Nó biểu thị góc lệch pha s.đ.đ dây sơ cấp thứ cấp máy biến áp Góc lệch pha phụ thuộc vào yếu tố :

- Chiều quấn dây - Cách kí hiệu đầu dây

Muốn xác định gọi tên tổ đấu dây ta phải chấp nhận giả thiết sau : - Các dây quấn quấn chiều trụ thép

- Chiều S.đ.đ dây quấn chạy từ đầu cuối đến đầu đầu ngược lại

Ta xét MBA pha có dây quấn sơ cấp AX, thứ cấp ax hình 2.6.Nếu dây quấn quấn chiều trụ thép,kí hiệu đầu dây (ví dụ A, a phía trên; X, x phía hình 2.6 a) s.đ.đ cảm ứng chúng có từ thơng biến thiên qua hồn tồn trùng pha (hình 2.6 b) Nếu đổi chiều dây quấn dây quấn, ví dụ dây dây quấn thứ cấp ax (như hình 2.6 c) đổi kí hiệu đầu dây, dây quấn thứ cấp ax (hình 2.6 e) s.đ.đ chúng hồn tồn ngược pha (hình 2.6 d, g) Trường hợp thứ nhất, góc lệch pha s.đ.đ kể từ véc tơ s.đ đ sơ cấp đến véc tơ s.đ.đ thứ

cấp theo chiều kim đồng hồ 3600 (I/I-12); Hai trường hợp sau 1800 (I/I-6).

a) b) c) d) e) g) I/I-6

I/I-12 I/I-6

Hình2.6 Tổ nối dây máy biến áp pha

Ở MBA pha cách đấu Y, ∆ với thứ tự

khác mà góc lệch pha s.đ.đ dây sơ

thứ cấp 300, 600, 3600.

Trong thực tế để thuận tiện người ta khơng dùng độ để góc lệch pha mà dùng phương pháp kim đồng hồ để biểu thị gọi tên tổ nối dây MBA Kim dài đồng hồ điện áp dây sơ cấp đặt cố định số 12 Kim ngắn đồng hồ điện áp dây thứ cấp tương ứng với số : 1, 2, 3, 12, tùy

theo góc lệch pha 300, 600, 900 3600.

a) Tổ nối dây Y/ Y:

Nếu đổi chiều quấn dây hay đổi ký hiệu đầu dây dây quấi dây Y/Y-6 hoán vị thứ tự pha thứ cấp, ta có tổ nối dây chẵn 2, 4, 8, 10

b) Tổ đấu dây Y/ ∆:

Thay đổi chiều quấn dây hay đổi ký hiệu đầu dây dây quấi dây Y/∆ -5 hoán vị

các pha thứ cấp ta có tổ nối dây lẻ 1, 3, 7,

Sản xuất nhiều máy biến áp có tổ nối dây khác bất lợi cho việc chế tạo sử dụng, thực tế nước ta liên xô cũ sản xuất máy biến áp điện lực thuộc tổ nối dây sau: Máy biến áp pha có tổ I/I-12, máy

biến áp ba pha có tổ Y/Y0-12, Y/∆-11 Y0/∆-11 Phạm vi ứng dụng

chúng ghi bảng đây:

Tổ nối dây Điện áp Dung lượng

CA (KV) HA (V) maùy biến áp (KVA)

Y/Y0-12 ≤35 230

400

Y/∆-11 ≤35 525

Y0/∆-11

Y/ ∆ −11

Y/Y-12

560

≤

1800

≤

1800

≤

110

≥ ≥ 3150 ≥ 3200

525

≥ ≥ 5600

3300

≥ ≥ 7500

§ 2.3 Mạch từ máy biến áp 1 Các dạng mạch từ

a ) Máy biến áp pha : có loại kết cấu mạch từ

- Máy biến ápkiểu lõi: MBA có dây quấn bọc trụ lõi thép

- Máy biến áp kiểu bọc: máy biến áp có mạch từ phân nhánh hai bên "bọc" lấy phần dây quấn

b) Máy biến áp pha : Dựa vào liên quan hay không liên quan mạch từ pha người ta chia :

- Hệ thống mạch từ riêng : hệ thống mạch từ từ thơng pha độc lập Như trường hợp máy biến áp pha ghép từ máy biến áp pha, gọi tắt tổ máy biến áp pha

- Hệ thống mạch từ chung : hệ thống mạch từ từ thơng pha có liên quan với máy biến áp pha kiểu trụ, để phân biệt với kiểu người ta gọi máy biến áp pha trụ

Hình2.8a Tổ m.b.a ba pha Hình2.8b M.b.a ba pha truï

2 Những tượng xuất từ hóa lõi thép MBA

Khi từ hóa lõi thép máy biến áp mạch từ bão hòa làm xuất tượng mà số tượng ảnh hưởng đến tình trạng làm

việc máy biến áp Chúng ta khảo sát xem dịng điện từ hóa io sinh Φ

thế máy biến áp làm việc không tải a) Máy biến áp pha :

Điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp sinh io, io sinh Φ chạy lõi

thép Nếu điện áp đặt vào biến thiên hình sin theo thời gian:

Và coi máy biến áp khơng có từ thơng rị, khơng có tổn hao đồng dây quấn tổn hao sắt,

Nghĩa từ thơng biến thiên hình sin theo thời gian:

t sin U U= m ω

dt d w e

U=− = Φ

⎟ ⎠ ⎞ ⎜

⎝ ⎛ω π Φ

= Φ

2

-t sin

- io túy dòng điện phản kháng

để từ hóa lõi thép io = iox Do quan

hệ Φ = f(io) quan hệ từ hóa B =

f(H) Dựa vào đường Φ = f(io) ứng với

mỗi giá trị tức thời Φ = f(t) ta dễ

dàng tìm trị số io tương ứng vẽ

được đường biểu diễn io = f(t)

- Ta thấy tượng bão hịa

của lõi thép, Φ hình sin, io

khơng sin mà có dạng nhọn đầu trùng Hình2.9 Bỏ qua ảnh hưởng từ trễ

Φ = f (i0)

Φ = f (t)

i0 = f (t)

i01 i03

i05

i0

pha với Φ Nghĩa io ngồi thành phần sóng io1 cịn có thành phần

sóng điều hịa bậc cao io3, io5, io7,… Trong thành phần io3 lớn đáng kể

cả, thành phần khác bé bỏ qua Ta xem io3 làm cho

io có dạng nhọn đầu, từ lí luận ta thấy mạch từ bão hòa io

nhọn đầu

β Nếu kể đến tổn hao lõi thép: quan hệ Φ = f(io) quan hệ từ trễ B =

f(H)

Từ quan hệ Φ = f(t) Φ = f(io) ta vẽ đường biểu diễn quan hệ io = f(t) Từ

đường cong io = f(t) cho ta thấy Φ hình sin io có dạng nhọn đầu

vượt pha so với Φ góc α , α lớn hay bé tùy theo mức độ từ trễ B H

nhiều hay Nếu tượng trưng Φ véc tơ nằm ngang io vượt trước Φ góc

α:

Hình2.10 Ảnh hưởng từ trễ đến dòng điện

iox : Thành phần dòng điện phản kháng để

sinh Φ lõi thép, chiều với Φ

ior : Thaønh phần dòng điện tác dụng, vuông

góc với iox dòng điện gây nên tổn hao sắt

b) Máy biến áp pha:

Khi khơng tải xét pha riêng lẻ dịng điện bậc pha là: i03A = i03m sin 3ωt

i03B = i03m sin (ωt - 120) = i03m sin 3ωt

i03C = i03m sin (ωt - 240) = i03m sin 3ωt

Dòng điện trùng pha thời gian, nghĩa điểm chiều dịng điện có pha hướng từ đầu đầu đến đầu cuối dây quấn ngược lại Song chúng tồn hay không dạng sóng cịn phụ thuộc vào kết cấu mạch từ cách đấu dây quấn

α Trường hợp máy biến áp nối Y/ Y

(1)

a)

i03 i03 i03

Điện áp dây khơng có thành phần điều hịa bội số mặt vật lí, điều giải thích dọc theo mạch vòng làm thành hình s.đ.đ, thành phần điều hịa tác dụng

ngược (h a) Do dịng điện từ hóa io có

dạng hình sin từ thơng sinh có dạng vạt đầu (h b) Có thể xem từ thơng tổng gồm sóng

bản Φ1 sóng điều hòa bậc cao Φ3 , Φ5

các thành phần điều hòa lớn nhỏ nên

ta bỏ qua vẽ Φ1 và Φ3 (h b)

b)

c)

Hình2.13 Đường biểu diễn từ thông (b) s.đ.đ tổ m.b.a pha nối Y/Y

Đối với tổ máy biến áp pha mạch từ pha riêng lẻ, từ thông

của pha chiều thời điểm dễ dàng khép kín Φ1 Do thép

có từ trở bé nên Φ3 = (15 ÷ 20)% Φ1, e3 = (45 ÷ 60)% e1 e = e1 + e3 có

dạng nhọn đầu h c Nghĩa biên độ s.đ.đ pha tăng lên rõ rệt Sự tăng vọt s.đ.đ lên hoàn toàn khơng có lợi nhiều trường hợp nguy hiểm chọc thủng cách điện dây quấn, làm hỏng thiết bị đo lường… Bởi lí người ta khơng dùng kiểu đấu Y/Y cho tổ máy biến áp pha Cũng cần phải nói thêm s.đ.đ pha có trị số biên độ biến đổi nhiều s.đ.đ dây hình sin Vì dây quấn nối Y s.đ.đ dây khơng có thành phần bậc

khép mạch từ gông đến gông qua không khí

hoặc dầu mơi trường có từ trở lớn, Φ3 khơng lớn

nên coi s.đ.đ pha hình sin Song cần ý

Φ3 đập mạch với tần số 3f qua vách thùng, bu lông

ghép gây nên tổn hao phụ làm giảm η

của máy biến áp Do phương pháp đấu Y/Y

Φ3C

Hình2.14 Từ thơng điều hồ bậc 3 trong m.b.a pha trụ.

máy biến áp pha ba trụ áp dụng cho m.b.a với dung lượng hạn chế từ 5600 kVA trở xuống

β Trường hợp máy biến áp nối ∆/ Y:

Dây quấn sơ cấp đấu ∆ nên io3 khép kín ∆

đó io có io3 có dạng nhọn đầu, nên tương tự

như máy biến áp pha xét Φ e có

dạng hình sin Khơng có trường hợp bất lợi Cách đấu sử dụng cho loại máy biến áp

γ Trường hợp máy biến áp nối Y/ ∆:

Hình2.15 Dịng điện điều hồ bậc 3 dây quấn nối ∆/Y không tải.

Hình2.15 Dịng điện điều hồ bậc 3 dây quấn nối Y/∆ khơng tải.

Hình2.15 Dịng điện điều hoà bậc 3 dây quấn nối Y/∆ không tải.

Do dây quấn sơ cấp nối Y, io3 khơng có nên Φcó dạng vạt đầu nghĩa có từ thơng

bậc 3: Φ3λ , Φ3λ cảm ứng dây quấn thứ cấp s.đ.đ bậc 3: E23 chậm sau Φ3λ

90o Đến lượt E

23 gây dòng điện bậc mạch vòng thứ cấp nối ∆ I23 Vì điện

khác (X) dây quấn lớn nên xem I23 chậm sau E23 = 90o Rõ ràng I

23 seõ sinh

ra từ thông thứ cấp Φ3δ (coi trùng pha với I23) gần ngược pha với Φ3λ Do

đó từ thơng tổng bậc : Φ/

3 = Φ3λ + Φ3δ gần bị triệt tiêu Ảnh hưởng từ

thông bậc không đáng kể, s.đ.đ pha gần hình sin Tóm lại m.b.a làm việc

không tải, cách đấu ∆/Y hay Y/∆ tránh tác hại từ thơng s.đ.đ

Câu hỏi

1 Tổ nối dây máy biến áp gì? Sự cần thiết phải xác định tổ nối dây Vẽ sơ đồ dây quấn ứng với tổ nối dây Y/Y - 2, 4, 8, 10 sơ đồ dây

quấn ứng với tổ nối dây Y/∆ - 1, 3, 7,

3 Dòng điện từ hoá máy biến áp lớn hay bé, sao? Nó phụ thuộc vào yếu tố nào?

4 Các kết cấu mạch từ khác cách đấu dây quấn khác ảnh hưởng với dịng điện điện áp lúc khơng tải máy biến áp ba pha

Bài tập

Hãy xác định tổ nối dây máy biến áp hình vẽ sau

Đáp số: ∆/Y-9; ∆/∆ -10; ∆/∆ -4; Y/Y -

c a b

z x y c a b

z x y A B C

X Y Z A B C

X Y Z c a b

z x y A B C

X Y Z A B C

X Y Z

Trong chương nghiên cứu làm việc máy biến áp lúc tải đối xứng Như vấn đề liên quan xét pha máy biến áp pha hay máy biến áp pha

§ 3.1 Các phương trình máy biến áp

Để thấy rõ q trình lượng máy biến áp ta xét quan hệ điện từ máy

1 Phương trình cân s.đ.đ:

Ta xét MBA pha Khi đặt vào dây quấn sơ

cấp điện áp xoay chiều U1

có i1 chạy Nếu thứ cấp có tải dây

quấn thứ cấp có i2 chạy i1 i2 tạo nên

s.t.ñ F1 = i1w1 ; F2 = i2w2 S.t.đ F1 , F2 sinh

Φ móc vòng dây quấn 2, gây

s.đ.đ:

Trong Ψ1 = w1Φ, Ψ2 = w2Φ từ thơng móc vịng với dây quấn ứng với từ

thông Φ

Cịn phần nhỏ từ thông F1, F2 sinh bị tản ngồi lõi thép, khép

kín mạch qua khơng khí dầu gọi từ thông tản Φσ1, Φσ2 Φσ1 i1 sinh

chỉ móc vịng với dây quấn sơ cấp; Φσ2 i2 sinh móc vịng với dây quấn thứ

cấp Các từ thông tản gây nên s.đ.đ tản tương ứng : Hình 3.1 M b.a pha làm việc có tải

dt d dt d w

e

1

1=− Φ=− Ψ dt d dt d w

e

2

2=− Φ=− Ψ

dt d dt

d w

e 2

2

2 σ σ

σ

Ψ − = Φ − =

dt d dt

d w

e 1

1

1 σ σ

σ

Ψ − = Φ − =

Trong đó: Ψσ1 = w1Φσ1, Ψσ2 = w2Φσ2 từ thông tản móc vịng với dây quấn sơ cấp

thứ cấp

Vì từ thơng tản chủ yếu qua mơi trường khơng từ tính, có độ từ thẩm µ

= Cte (như dầu, khơng khí, đồng ) Nên xem Ψ

σ1 , Ψσ2tỉ lệ với dòng điện

tương ứng sinh chúng qua hệ số điện cảm tản Lσ1 ,Lσ2 số:

Do S.đ.đ tản sơ thứ cấp viết : ;

Theo định luật Kirkhoff ta có phương trình cân s.đ.đ dây quấn sơ cấp : U1 + e1 + eσ1 = i1r1

Có thể viết dạng

U1 = - e1 - eσ1 + i1r1 Đối với dây quấn thứ cấp ta có :

e2 + eσ2 = U2 + i2r2 Hay U2 = e2 + eσ2 - i2r2

Nếu điện áp, S.đ.đ, dòng điện lượng xoay chiều biến thiên hình sin thời gian (3-4) (3-5) biểu diễn dạng phức sau :

Đối với dây quấn sơ : Đối với dây quấn thứ :

Khi dòng điện biến thiên hình sin theo thời gian trị số tức thời S.đ.đ tản sơ cấp viết :

Nghĩa eσ1 biến thiên hình sin theo thời gian chậm pha so với i 1

góc 90o trị số hiệu dụng biểu diễn dạng số phức :

Trong : x1 = ωLσ1 gọi điện kháng tản dây quấn sơ cấp

Tương tự ta có

Trong : x2 = ωLσ2 gọi điện kháng tản dây quấn thứ cấp

Thay trị số , vào (3-6), (3-7) ta có phương trình cân s.đ.đ

sau :

Trong ; : Tổng trở dây quấn sơ thứ cấp Các

thành phần ; gọi điện áp rơi dây quấn sơ thứ cấp

dt di L e 1 σ

σ =− dt

di L e 2 σ σ =− 2 Lσ i σ = Ψ

1 1 Lσi σ = Ψ (3-4) (3-3) (3-6) (3-5) 1 1

1 E E I r

U =− − σ +

2 2

2 E E I r

U = + σ − (3-7)

t L I dt t dI L

e 1m 1m 1

1

1 =− ω ω

ω − = σ σ σ cos sin ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ω −π = t X I 21 1sin

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ω −π = σ t e

2 1sin

1 1 Ij x

E.σ =−

2 2 Ij x

E.σ =−

1 Eσ Eσ2

1 1

1 E Ij x I r

U =− + + =−E1+I1(r1+jx1)

1 1 I z

E + − =

1 1 r jx

z = + z2=r2+jx2

2 2 2

2 E Ij x I r

U = − − =E2−I2(r2+jx2)

2 2 I z

E −

=

1 1z

I I2z2

(3-8)

2 Phương trình cân sức từ động:

Sức từ động số ampe vịng để sinh Φ Khi có tải : tổng s.t.đ F = i1w1 + i2w2 sinh Φ Khi không tải s.t.đ Fo = iow1

sinh Φ

Nếu bỏ qua điện áp rơi xem điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp s.đ.đ cảm ứng từ thơng gây nên: U1 = E1 = 4,44fw1Φm Coi công suất lưới điện vô lớn U1 = Cte dù có tải hay khơng tải nên E

1 , Φm = Cte Từ ta có phương trình cân s.t.đ:

i1w1 + i2w2 = iow1 Viết dạng số phức (Khi I = f(t) hình sin) Chia vế phương trình cho w1 ta có:

Từ biểu thức (3-10) ta nhận thấy: lúc máy biến áp có tải, dịng điện dây quấn sơ cấp I1 gồm thành phần Một thành phần Io dùng để tạo nên từ thơng lõi thép thành phần -I'2 dùng dể bù lại tác dụng dòng điện thứ cấp Do tải tăng, tức dịng điện thứ cấp I2 tăng thành phần -I'2 tăng nghĩa I1 tăng để giữ cho Io đảm bảo sinh Φm = Cte.

§ 3.2 Mạch điện thay máy biến áp

Để tiện lợi cho việc nghiên cứu, tính tốn máy biến áp người ta thay mạch điện mạch từ máy biến áp mạch điện tương đương gồm điện trở điện kháng đặc trưng cho máy biến áp gọi mạch điện thay máy biến áp Để nối trực tiếp mạch sơ cấp thứ cấp với thành mạch điện, dây quấn sơ thứ cấp phải có điện áp Trên thực tế điện áp dây quấn lại khác (U1 khác U2) Vì phải qui đổi hai dây quấn dây quấn chúng có chung cấp điện áp Muốn hai dây quấn phải có số vịng dây Thường người ta qui đổi dây quấn thứ cấp dây quấn sơ cấp, nghĩa coi dây quấn thứ cấp có số vịng dây số vòng dây quấn sơ cấp (w2 = w1) Việc qui đổi thuận lợi cho việc tính tốn không làm thay đổi trình vật lý lượng xảy máy biến áp

1 2

1w I w I w

I + =

0 2

1 I

w w I

I + =

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜

⎝ ⎛ − + =

1 2

w w I I

I

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛− +

=

I I

1 Qui đổi máy biến áp:

Trước tiên tất lượng qui đổi từ thứ cấp sơ cấp gọi lượng qui đổi kí hiệu thêm dấu phẩy đầu Thí dụ sức điện động thứ cấp qui đổi

a) S.đ.đ điện áp thứ cấp qui đổi E'2 U'2 :

Do qui đổi dây quấn thứ cấp dây quấn sơ cấp w2 = w1 nên E'2 = E1

Ta biết :

Tương tự ta có : U'2 = k.U2

b) Dòng điện thứ cấp qui đổi I'2:

Việc qui đổi phải đảm bảo cho P = Cte trước sau qui đổi, nghĩa :

/ E 2 E E w w

k= =

2 2

2 ww E kE

E/ = =

2

1 w E

w E = neân / 2 2 2r I r

I = ′

2 2 2

2 I r k r

I

r ⎟⎟ =

⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = / / 2 k x

x/ =

Tương tự có điện kháng thứ cấp qui đổi Tổng trở thứ cấp qui đổi

Tổng trở phụ tải qui đổi

/ /

2 2 2I EI

E = 2

2

2 kI

1 I E E I/ = / =

c) Điện trở, điện kháng, tổng trở thứ cấp qui đổi r'2, x'2, z'2 :

Khi qui đổi P = Cte nên tổn hao đồng dây quấn thứ cấp trước sau khi

qui đổi phải nhau, nghĩa : nên

(2 2)

2

2 r jx k r jx

z/ = /+ / = +

t t k z

z/ =

t t t r jx

z = + : Tổng trở tải lúc chưa qui đổi

d) Các phương trình qui đổi :

Thay lượng qui đổi vào phương trình cân s.đ.đ s.t.đ ta có hệ thống phương trình viết dạng qui đổi :

1 1

1 E I z

U =− +

2

2 E Iz

U&′ = &′ −&′ ′

/ I I

Dựa vào phương trình s.đ.đ s.t.đ dạng qui đổi, ta suy mạch điện tương ứng gọi mạch điện thay máy biến áp:

Với zm = rm + jxm : tổng trở từ hóa

3 Mạch điện thay đơn giản :

Trong thực tế zm >> z1 z'2 ; zm = 10 ÷ 50 cịn z1* » z'2* = 0,025 ÷ 0,01 nên

có thể coi zm = ∞ Nghĩa coi Io = 0, I1 = - I'2 Như máy biến áp

được thay mạch điện đơn giản sau : Hình 3.2 Mạch điện thay hình T m.b.a

Với : zn = rn + jxn : Tổng trở ngắn mạch

rn = r1 + r'2 : Điện trở ngắn mạch

xn = x1 + x'2 : Điện kháng ngắn mạch

§ 3.3 Đồ thị véc tơ máy biến áp

Để thấy rõ quan hệ trị số góc lệch pha lượng vật lí máy

biến áp Φ, e, I, Đồng thời để thấy rõ biến thiên lượng vật lí

những chế độ làm việc khác ta vẽ đồ thị véc tơ máy biến áp

1 Đồ thị véc tơ máy biến áp trường hợp tải có tính chất điện cảm:

Dựa vào phương trình cân s.đ.đ s.t.đ

Đặt véc tơ từ thơng Φm theo chiều dương trục hồnh, dịng điện không tải I0 sinh

Φm vượt trước góc α Các s.đ.đ E1 E/

2 Φm sinh chậm sau góc 900

Vì tải có tính chất điện cảm, dòng điện I/

2 chậm sau E/2 góc ψ2 định

điện kháng điện trở tải dây quấn thứ cấp: Hình 3.3 Mạch điện thay đơn giản m.b.a

(1 1)

1

1 E I r jx

U =− + +

( /)

2 / / / /

jx r I E

U = − +

/

2 I I

/ /

t

t

2 r r

x x arctg

+ + =

ψ

Dựa vào phương trình cân s.đ.đ s.t.đ ta vẽ đồ thị véc tơ

b) a)

Hình 3.4 Đồ thị véc tơ m.b.a

a) Lúc tải có tính cảm; b) Lúc tải có tính dung

2 Đồ thị véc tơ MBA lúc tải có tính chất điện dung :

Vẽ hình 3.4b, cách vẽ khơng có đặc biệt so với trường hợp Kết I/

2 vượt trước U/2 góc ϕ2 U/2 > E/2

3 Đồ thị véc tơ MBA ứng với giản đồ thay đơn giản lúc tải có tính chất điện cảm:

Hình 3.5 Đồ thị véc tơ m.b.a ứng với giản đồ thay đơn giuản lúc tải có tính chất cảm. Từ giản đồ thay đơn giản ta có:

Từ ta vẽ đồ thị véc tơ hình 3.5

(n n)

2 n

1 U Iz U I r jx

U =− / + =− / + +

§ 3.4 Cách xác định tham số máy biến áp

Các tham số máy biến áp xác định thí nghiệm tính tốn

1 Phương pháp xác định tham số thí nghiệm

Có hai thí nghiệm để xác định tham số m.b.a thí nghiệm khơng tải thí nghiệm ngắn mạch

Đặt điện áp hình sin vào dây quấn sơ cấp U1 = Uđm, hở mạch dây quấn thứ

cấp, nhờ vơn met, am pemet, ốt met ta đo U1, U2o, Io, Po Từ số

liệu ta xác định tổng trở, điện trở đện kháng m.b.a lúc không tải:

Ngồi cịn xác định tỉ số biến đổi m.b.a

Và hệ số công suất lúc không tải

Lúc không tải I/

2 = nên mạch điện thay m.b.a có dạng hình 3.7 Như

vậy tham số z0, r0, x0 là:

z0 = z1 + zm ; r0 = r1 + rm ; x0 = x1 + xm

Trong m.b.a điện lực x1 r1 nhỏ nên coi zo ≈ zm, ro ≈ rm, xo ≈ xm

Nên người ta coi cơng suất khơng tải Po thực tế xem tổn hao sắt pFe :

Po = pFe

Khi không tải ta có hệ phương trình :

Do đồ thị véc tơ có dạng: của máy biến áp pha

0 UI

z =

0 0 I

P

r =

0

0 z r

x = −

20

U U w w

k= ≈

0

0 UI P

= ϕ

cos

lúc không tải

(1 1)

1

1 E I r jx

U =− + +

/ /

2 20 E

U =

0 I

I =

2 Thí nghiệm ngắn mạch:

Dây quấn thứ cấp bị nối ngắn mạch điện áp dây quấn sơ cấp phải

hạ thấp cho dòng điện dịng điện định mức In = Iđm Từ máy

đo ta biết Un, In, Pn :

Các ngắn mạch Un bé nên từ thơng lúc ngắn mạch bé nghĩa Io bé

do mạch điện thay máy biến áp coi hở mạch từ hóa

Với: zn = z1 + z2/ ; r

n = r1 + r2/ ; xn = x1 + x2/

Vì lý dòng điện Io nhỏ nên ta xem công suất lúc ngắn mạch Pn công

suất dùng để bù vào tổn hao đồng dây quấn sơ cấp thứ cấp m.b.a:

Từ mạch điện thay hình 3.10 ta thấy điện áp ngắn mạch hoàn toàn cân

với điện áp rơi m.b.a, Un gồm thành phần :

- Thành phần tác dụng Unr = Inrn điện áp rơi điện trở

- Thành phần phản kháng Unx = jInxn điện áp rơi điện kháng

Đồ thị véc tơ MBA lúc ngắn mạch :

Hình 3.9 Sơ đồ thí nghiện ngắn mạch m.b.a pha

n n n UI

z = 2

n n n PI

r =

n n

n z r

x = −

Hình 3.10 Mạch điện hay m.b.a lúc ngắn mạch.

/ /

2 n 2

n cu cu

n p p I r I r

P = + = +

(1 2) 12nn

n

1 r r I r

I + =

= /

B

A

điện áp ngắn mạch tồn phần Un, cạnh góc vng điện áp rơi điện trở điện kháng:

Unr = Un cosϕn ; Unx = Un sinϕn

Với ϕn góc In Un

Điện áp ngắn mạch ghi nhãn hiệu máy thường biểu

diễn tỉ lệ % so với Uđm :

Caùc thành phần điện áp ngắn mạch :

Thành phần điện áp ngắn mạch tác dụng tính nhö sau :

Chú ý: Ngắn mạch với điện áp đặt vào nhỏ In = Iđm gọi làø

ngắn mạch thí nghiệm Trường hợp m.b.a làm việc với điện áp sơ cấp định mức, thứ cấp xẩy ngắn mạch (như hai dây chạm nhau, chạm đất vv) ta gọi ngắn mạch cố Lúc toàn điện áp định mức đặt lên tổng trở ngắn mạch nhỏ m.b.a nên dòng điện ngắn mạch cố lớn:

Hay là:

Thí dụ : Một máy biến áp có un% = 10 In sự cố :

Dòng điện ngắn mạch lớn gây nên cố hư hỏng m.b.a Do trường hợp phải bố trí thiết bị rơ le bảo vệ để cắt m.b.a khỏi lưới điện

100 U z I 100 U U u ñm n ñm ñm n

n%= =

100 U r I 100 U U u ñm n ñm ñm nr

nr%= =

100 U x I 100 U U u ñm n ñm ñm nx

nx%= =

100 S r I 100 I I U r I u ñm n ñm ñm ñm ñm n ñm

nr%= =

) ( ) ( kVA S 10 W P ñm n = n ñm n Uz I = 100 100 U I z I 100 100 I I z U I ñm ñm n ñm ñm ñm n ñm

n= =

100 u I n ñm % = ñm ñm

n 10100 10I I

2 Xác định tham số tính tốn

Các tham số mạch từ hố xác định từ cách tính tốn mạch từ m.b.a

Điện trở từ hố rm xác định theo biểu thức:

Trong pFe xác định theo biểu thức:

I0 xác định theo biểu thức:

Điện kháng từ hoá xm xác định gần theo biểu thức:

Trong I0x tính theo biểu thức

Dưới trình bày cách xác định tham số ngắn mạch

a Điện trở ngắn mạch: Các điện trở dây quấn sơ cấp thứ cấp tính

được biết số liệu dây quấn: Tiết diện dây quấn S1 S2, số vịng dây

w1 w2 chiều dài trung bình vòng dây Itb1, Itb2:

Và:

Trong kr = 1,03 ÷1,05 hệ số kể đến tổn hao gây nên từ trường tản

là điện trở suất đồng 750 (đối với nhơm thì )

Do điện trở ngắn mạch:

2 Fe m pI r =

[ 2t t g2 g] 13 50

10

Fe p BG B G 50f

p , / ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + = x r

0 I I

I = +

x m I E x = w F I0x =

1 x mU Q I = ) ( S l w k r 1 tb 75 r

1 = ρ Ω

) ( S l w k r 2 tb 75 r

2 = ρ Ω

47 75 = ρ 29 75 = ρ 2 1

n w r

w r r ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + = ) a a a ( i k D fw i f x x x 12 r tb 1 / / n + + π πµ = ψ + ψ π = + = σ

b Điện kháng ngắn mạch: Việc xác định x1 x/ liên

quan đến phân bố từ trường tản dây quấn Nhưng việc xác định cách xác phân bố

của từ trường phức tạp, x1 x/

2 có

thể tính tốn gần với giả thiết đơn giản (thí dụ trường hợp dây quấn hình trụ) Điện kháng ngắn mạch tính:

Hình 3.12 Đường biểu diễn cường độ từ trường

Trong đó: Dtb đường kính trung bình hai ống dây

kR = 0,93 ÷0,98 hệ số qui đổi từ trường tản lý tưởng từ trường

Cho moät m.b.a ba pha có số liệu sau: Sđm = 5600kVA; U1 / U2 = 35000

/ 66000 V; I1 / I2 = 92,5 / 490 A; P0 = 18,5 kVA; I0 = 4,5%; Un = 7,5 %; Pn =

7 kW; f = 50 Hz; Y / ∆ - 11

Hãy xác định:

a Các tham số lúc không tải z0, r0 x0

b Các tham số zn, rn, xn thành phần điện áp ngắn mạch

Giải

a Điện áp pha sơ cấp

Dòng điện pha không tải

I0f = I0%.Iđm = 0,045x92,5 = 4,16A

Các tham số không tải

b Điện áp pha ngắn mạch tính từ phía sơ cấp Các tham số ngắn mạch

Các thành phần điện áp ngắn maïch

V 20200 35000 U U f

1 = = =

4857,6Ω 16 20200 I U z 0f 1f

0 = = , =

Ω = = = 356 16 x 18500 I P

r 2 2

f 0 , 4844,5Ω 356 4850 r z

x 2

0

0 = − = − =

V 1520 075 x 20200 u U

U1n= 1f n= , = Ω =

=

= 164

5 92 1520 I U z f n n , , Ω = =

= 222

5 92 x 57000 I P

r 2 2

f n n , , Ω 16 16 r z

x 2

n n

n = − = , −2,22 = ,25

Câu hỏi

1 Tại tăng dịng điện thứ cấp dịng điện sơ cấp lại tăng lên? Lúc từ thơng máy biến áp có hay đổi hay khơng?

2 Làm để xác định tham số từ hoá máy biến áp? Thực chất dịng điện khơng tải, tổn hao khơng tải gì? Tại dung lượng máy biến áp nhỏ dịng điện không tải lại lớn? Khi không tải, tăng điện áp đặt vào máy

biến áp cosϕ máy biến áp thay đổi sao?

3 Làm để xác định tổng trở sơ thứ cấp máy biến áp? Tổn hao ngắn mạch tổn hao gì? Khi thí nghiệm ngắn mạch phải hạ điện áp xuống, thường bao nhiêu? Nếu đặt toàn điện áp định mức vào lúc ngắn mạch sao? Trị số điện áp ngắn mạch có ý nghĩa gì?

Bài tập

1 Một m.b.a pha có dung lượng 5kVA có hai dây quấn sơ cấp hai dây quấn thứ cấp giống Điện áp định mức dây quấn sơ cấp 11000V dây quấn thứ cấp 110V.Thay đổi cách nối dây quấn với có tỉ số biến đổi điện áp khác nhau.Với cách nối tính dịng điện định mức sơ thứ cấp

Đáp số: a Dây quấn sơ cấp thứ cấp nối nối tiếp

I1 = 0,227 A; I2 = 22,7 A

b Dây quấn sơ cấp nối nối tiếp, dây quấn thứ cấp nối

song song: I1 = 0,227 A; I2 = 45,45 A

c Dây quấn sơ cấp nối song song, dây quấn thứ cấp

nối nối tiếp: I1 = 0,45 A; I2 = 22,7 A

d Dây quấn sơ cấp thứ cấp nối nối song

song: I1 = 0,45 A; I2 = 45,45 A

2 Cho m.b.a có dung lượng Sđm = 20000kVA, U 1 = 126,8kV, U 2 = 11kV,

f = 50Hz, diện tích tiết diện lõi thép S = 35,95 cm2, mật độ từ thông B = 1,35T.Tính

số vịng dây dây quấn sơ thứ cấp

Đáp số: w1 = 117694 vịng

w2 = 10210 vòng

3 Một m.b.a ba pha Y/Y-12 có số lệu sau Sđm = 180kVA,U 1/U 2=6000/

400V, dòng điện không tải Io % = 6,4, tổn hao không tải PO= 1000W, điện áp ngắn

mạch un %= 5,5 , tổn hao ngắn mạch Pn= 4000W Giả sử r1= r'2 , x1= x/

2,

Hãy vẽ mạch điện thay m.b.a tính thành phần điện áp ngắn mạch

Pn = 53500W , un % =

a) Tính zn, rn

b) Giả thử r1 = r'2. Tính điện trở không qui đổi dây quấn thứ cấp

Đáp số: a zn = 14,8 Ω ; rn = 1,5 Ω

Chương 4: CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC Ở TẢI ĐỐI XỨNG CỦA MBA § 4.1 Giản đồ lượng máy biến áp

Trong lúc truyền tải lượng qua máy biến áp phần công suất tác dụng công suất phản kháng bị tiêu hao máy Ta xét cân công suất tác dụng công suất phản kháng máy biến áp

Gọi P1 = U1I1cosϕ1 công suất đưa vào pha Một phần công suất bị tiêu hao điện trở dây quấn 1: lõi thép .Phần lại cơng suất điện từ truyền sang phía thứ cấp Pđt :

ψ gọi góc lệch pha E'2 I'2

Công suất đầu P2 m.b.a nhỏ công suất điện từ lượng tổ hao đồng dây quấn thứ cấp :

Tương tự ta có cơng suất phản kháng đầu vào : Q1 = U1I1sinϕ1

(Đơn vị : vôn - ampe - phản kháng, VAR varờ )

Q1 tiêu hao phần để thành lập từ trường tản dây quấn sơ cấp từ trường lõi thép , lại đưa sang phía thứ cấp :

Cơng suất phản kháng đầu :

Trong để thành lập từ trường tản dây quấn thứ cấp

Khi tải có tính chất điện cảm (ϕ2 > 0) Q2 > 0, lúc Q1 > 0, cơng suất phản kháng Q truyền từ phía sơ cấp sang phía thứ cấp

Khi tải có tính chất điện dung (ϕ2 < ) Q2 < Công suất phản kháng Q truyền theo chiều ngược lại từ thứ cấp sang sơ cấp Q1 < tồn cơng suất phản kháng Q từ phía sơ cấp thứ cấp đến dùng để từ hóa mạch từ Q1 > Sự cân công suất tác dụng phản kháng biểu thị:

1 1 cu I r

p =

Δ ΔpFe = I20rm

2 /

2 / Fe

cu

ñt P p p EI cos

P = −Δ −Δ = ψ

2 2 cu I r

p =

Δ

2

2 cu ñt

2 P p U I cos

P = − Δ = ϕ

1 1 Ix

q =

Δ m

2 m I x q = Δ

2 /

2 / m 1

ñt Q q q EI sin

Q = −Δ −Δ = ψ

2 2 ñt

2 Q q U I sin

Q = −Δ = ϕ

2 2 I x

q =

Δ

(4-1)

(4-2)

(4-3) (4-4)

1 Độ thay đổi điện áp máy biến áp:

Khi máy biến áp làm việc trị số điện áp đầu U2 thay đổi theo trị số tính

chất điện cảm hay điện dung dịng điện tải I2 Hiệu số số học trị số

của điện áp thứ cấp lúc không tải U20 lúc có tải U2 điều kiện U1đm = Cte gọi

là độ thay đổi điện áp ∆U máy biến áp hệ đơn vị tương đối ta có :

Ta tính ∆U dựa vào ∆ đặc tính cạnh ∆ bé nên xác định

khơng xác Thơng thường người ta dùng phương pháp giải tích sau :

/ * / / / / * ñm ñm 20 20 20

20 1 U

U U U U U U U U U

U = − = − = − = −

∆

Giả sử MBA làm việc tải với hệ số

tải hệ số công suất cosϕ2 cho biết,

đồ thị véc tơ tương ứng hình vẽ Các cạnh tam giác ABC có trị số :

Từ A ta hạ AP vng góc U'2, gọi AP =

n , CP = m ta có : (vì n << 1) Do :

đm 2 I I = β β = = = / / // * * nr ñm 2 ñm n ñm ñm n u I I U r I U r I BC β = = = / / // * * nx ñm 2 ñm n ñm ñm n u I I U x I U x I AB m n m n

U 2

2 = − − ≈ − −

/ *

Hình 4.2 Xác định ∆U máy biến áp

m n U

U = − 2 = +

∆ /

* *

Theo hình vẽ ta có :

Nên

Số hạng sau biểu thức nhỏ nên bỏ qua

Muốn biểu thị ∆U* theo % U1đm ta nhân vế biểu thức với 100 :

(unr unx 2)

aP Ca

m= + =β *cosϕ + *sinϕ

(unx unr 2)

bP Ab

n= − =β *cosϕ − *sinϕ

( ) ( ) u u u u

U nx nr 2

2 nx nr ϕ − ϕ β + ϕ + ϕ β =

∆ cos sin *cos *sin

* *

*

(unr unx 2)

U =β ϕ + ϕ

∆ * *cos *sin

100 U U* =∆ %

∆ unx u100nx

Nên biểu thức (4-8) trở thành

Ta thấy độ sụt áp phụ thuộc vào hệ số tải tính chất tải

2 Cách điều chỉnh điện áp

Trong thực tế muốn giữ cho điện áp U2 = Cte máy biến áp làm việc với

các tải khác phải điều chỉnh điện áp cách thay đổi số vịng dây Nói

cách khác để thay đổi tỉ số máy biến áp Muốn cuối dây

quấn cao áp người ta đưa số đầu dây với trị số khác (hình 4-2) Trong thực tế người ta dùng cách để điều chỉnh điện áp:

a) BA với thay đổi số vòng dây trạng thái ngắt mạch

b) BA với điều chỉnh điện áp có tải: chủ yếu sản xuất Nga thường tính tốn để điều chỉnh điện áp phạm vi 10% qua 1%

(unr unx 2)

U =β ϕ + ϕ

∆ % %cos %sin

2 w w k= 1 1 P p P p P P

P −∑ = −∑

= = η Fe cu Fe cu

cu p p p p

p

p= + + = +

∑ 100 p p P p p 100 P p Fe cu Fe cu

1 ⎟⎟⎠

⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + + − = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ − = η% ∑

Hình 4.2 Các kiểu điều chỉnh điện áp

§ 4.3 Hiệu suất máy biến áp

Hiệu suất η máy biến áp tỉ số công suất đầu P2 công suất

đầu vào P1

: Tổng tổn hao máy biến áp

* Khi thiết kế máy biến áp ta tính tổn hao xác định tính tốn

* Lúc vận hành máy biến áp làm việc tải I2 cho biết tính gián tiếp

- Công suất đầu P2 ứng với tải I2 cosϕ2 :

P2 = U2I2cosϕ2

và coi U2đm = U20

ñm 2 I I =

Do : P2 = βSđmcosϕ2

- Việc xác định pcu pFe có tính chất giả định :

+ Tổn hao sắt pFe xem không phụ thuộc vào tải tổn hao

khơng tải Po (pFe= Po) thực tế U1 = Cte tải thay đổi Φ lõi thép thay đổi ít.

+ Tổn hao đồng phụ thuộc vào I2: biểu thị theo tổn hao

ngắn mạch sau :

Như vậy:

Nếu cosϕ2 = Cte η phụ thuộc vào β , η = f(β ) có trị số cực đại hệ số tải

nào ứng với điều kiện:

§4.4 Máy biến áp làm việc song song

Ở trạm biến áp tăng giảm áp thường đặt 2, hay nhiều máy biến áp làm việc song song (hình 4.3) phụ thuộc vào cơng suất trạm nhằm bảo đảm: - Dự trù cung cấp lượng cho nơi tiêu thụ trường hợp cố cần thiết sửa chữa máy biến áp

- Giảm tổn thất lượng thời kì tải nhỏ trạm cắt số máy biến áp làm việc song song

2 n cu rI p =

2 ñm n n rI p = n 2 m d 2 ñm n 2 n

cu rI rI II p

p ⎟⎟ =β

⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = = 100 p P S p P n 2 ñm n ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ β + + ϕ β β + − = η cos % d d = β η n p P =

β P0 =β2pn

do cuối

Những máy biến áp làm việc song song điều kiện có lợi thỏa mãn điều kiện sau :

- Cùng tổ nối dây

- Điện áp định mức sơ cấp thứ ấp hệ số MBA k

nhau: U1I = U1II = = U1n U2I = U2II = = U1n kI = kII = = kn

A A A a a a II I B C B B C C b b c c c b

U1 U2

E2I A A X A a a a I II x x x X E2II Icb

U1 U2

Hình 4.3 Sơ đồ ghép song song a Máy biến áp pha

b Máy biến áp pha

- Điện áp ngắn mạch : UnI = UnII = = Unn

Trong thực tế có điều kiện phải tuân thủ cách tuyệt đối Các điều kiện 2, thực với mức độ sai khác định qui định giới hạn cho phép

1 Điều kiện tổ nối dây:

Giả sử MBA làm việc // với tổ nối dây Y/Δ - 11 Y/Y - 12 có điện áp định mức sơ thứ cấp giống Khi S.đ.đ thứ cấp E2 pha tương ứng MBA trị số chúng lệch pha 30o.

Trị số dòng điện cân lớn lần dòng định mức làm hỏng máy biến áp Vì làm việc song song máy biến áp bắt buộc phải tổ nối dây

2 Điều kiện hệ số biến aùp:

Giả sử máy biến áp pha làm việc song song thỏa mãn điều kiện điều kiện 3, ví dụ kI < kII xem điện áp lưới điện áp định mức MBA làm việc song song : U1 = U1đmI = U1đmII

cbI

cbII

Trong mạch nối liền dây quấn thứ MBA xuất s.đ.đ: ΔE = 2E2sin150 = , E

2 Kết không tải cuộn sơ thứ máy biến áp có dịng điện cân bằng:

Thí dụ: znI* = znII* = 0,05, thì: Hình 4.4 Sơ đồ điện áp dịng điện

của m.b.a có tổ nối dây khác nhau làm việc //

nII nI cb z Ez I

+ Δ =

18 05 05

518

Icb ,

, ,

,

* =

+ =

2

U IcbI

cbII I

tII tI I I =

I I

II I

Hình 4.5 Đồ thị véc tơ phân phối phụ tải m.b.a làm việc song song

Thêm vào véc tơ ; trùng pha với tổ nối dây điều kiện (h4-5a) Dưới tác dụng hiệu điện áp

MBA xuất Icb , phân bố tức thời máy biến

áp vẽ h4-3 mũi tên Chúng ta thấy Icb MBA

1 vào chế độ ngắn mạch dịng điện chạy dây quấn MBA theo

chiều ngược h4-4b Icb biểu diễn véc tơ Icb2 = - Icb1

Nếu gọi znI znII tổng trở ngắn mạch MBA :

Để biến đổi cơng thức ta thay kI.kII = k2 U

1/k = U2đm k tỉ số biến

đổi trung bình MBA U2đm trị số trung bình điện áp định mức thứ cấp

UnrI = UnrII UnxI = UnxII (theo điều kiện 3) nên:

II II I I

2 k k

−

= 1

I 0A

U U2II=0A−2

D U U

U2I− 2II =∆ =

nII nI II I I II nII nI II I nII nI cb z z k k k k U z z k k U z z U I + − = + ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − = + ∆ = 100 I I z 100 I I z 100 k k k U z z k k k k U I ñmII ñmII nII ñmI ñmI nI I II ñm nII nI I II cb + − = + − = ñmII ñm ñmII nII ñmI ñm ñmI nI I 100 U I z I 100 U I

z ∆+k

= ñmII nII ñmI nI I U I

U %+k %

∆ =

Trong đó: hiệu số tỉ số biến đổi tính theo phần trăm so với trị số

trung bình I2đmI I2đmII trị số trị số dòng định mức MBA

2 thường dòng điện Icb biểu diễn theo phần trăm so với dòng điện định mức

của MBA Thí dụ so với I2đmI MBA1 Khi :

100 k

k k k= II− I

∆ ñmII ñmI nII nI ñmII ñmI nII nI ñmI cbI cb S S U U 100 k I I U U 100 k 100 I I I % % % % % + ∆ = + ∆ = =

Thí dụ : Cho ∆k= 1%, UnI% = UnII% = 5,5 vaø

Khi IcbI = 9,1%; 14%; 18,3%

Nếu công suất định mức MA nghĩa SđmI =SđmII

UnI = UnII (điều kiện 3) có znI = znII Trong trường hợp tam giác ngắn

mạch A1B1C A2B2C độ lớn đoạn A1A2 chia làm phần

bằng C Như trường hợp IcbI làm giảm thấp điện áp U2I tới

điện áp chung góp điện áp thứ cấp Cịn IcbII làm tăng điện áp U2II tới

cùng điện áp U20 = OC Đó vai trị Icb trường hợp

Nếu công suất MBA khác thí dụ SđmI < SđmII UnI = UnII điện trở

rn xn tỉ lệ ngược với công suất nghĩa : rnI > rnII xnI > xnII Tương ứng với điều

đó A1B1C h4-4a lớn A2B2C đồng dạng với Vì điểm C

chuyển động theo A1A2 xuống phía Tớùi giới hạn SđmII >> SđmI điểm C trùng

với điểm A2 tam giác A1B1C trùng với vị trí tam giác A1BA2 Trong trường

hợp U20 = U2II = 0A2

Khi có tải, MBA xuất dòng tải ItI ItII Dòng cân cộng

vào dịng tải làm cho hệ số tải lẽ trở thành khác làm ảnh hưởng xấu đến việc lợi dụng công suất MBA h4-4b

Theo roct 404-41 MBA làm việc // trường hợp chung cho phép sai khác hệ số biến áp k 0,5% Đối với MBA có k < biến áp tự dùng trạm BA k 1%

3 Điều kiện 3: UnI = UnII = = Unn

≤ ≤

Xét làm việc // MBA có điện áp ngắn mạch UnI , UnII , UnIII Nếu bỏ qua

dịng điện từ hóa mạch điện thay h4-6 Điện áp rơi: Ở tất MBA giống :

Trong I dịng điện tải chung

Do dịng điện tải MBA :

/ / / 20

1 U U U

U

U= − = −

∆

I z U = .

∆ ∑ = = + + = n i ni nIII nII nI z 1 z z z 1 z

Hình 4.6 Mạch điện thay m.b.a làm việc song song

dịng điện tải xem trùng pha, coi tổng dòng điện , , tổng đại số nghĩa :

Kết luận có tính chất chung áp dụng cho số MBA

Do tổng số học cơng suất tồn MBA cơng suất tồn tải :

SI = SI + SII + SIII Ta có

Vì

Ta thu được: Vì

Tương tự ta có znII, znIII Thế zn vào biểu thức (2) thay dịng điện cơng suất

tồn tỉ lệ với cách nhân (2) với đại lượng m.Uđm ta có :

Hoặc:

Tương tự ta có

I

I III IIII III

II I I I I I I =.+ +

ñm ñm nI nI U I z z * =

* * n nñm n ñm nñm ñm n ñm n

n z z

z I z I z U U

U = = = =

ñm ñm nI ñm ñm n nI I U 100 U I U z

z = * = %

*

*

% n n

ñm n

n U 100 100U 100z

U

U = = =

∑ = ñm ni ñm ñm ñm nI ñm I ñm U U I 100 m m I U 100 U I U m I U m % % % % % % nI ñmI n i ni ñmi n i ni ñmi ñmI nI I U S U S S U S S U S S ∑ ∑ = = = = % % % % nII ñmII n i ni ñmi n i ni ñmi ñmII nII II U S U S S U S S U S S ∑ ∑ = = = = % % % % nIII ñmIII n i ni ñmi n i ni ñmi ñmIII nIII

III US

Thí dụ 1: Cho MBA dầu pha có cơng suất 100KVA, với UnI% = 3,5 ,

UnII% = , UnIII% = 5,5 Coâng suất tổng S = 300KVA Tính tải máy

Giải: Theo cơng thức (3) ta có :

Do :

Nghĩa máy biến áp thứ tải 19,5%, máy hụt tải 24% Giảm phụ tải bên 16,2%, ta phân phối phụ tải lại máy biến

áp: SI = 100kVA, SII = 87,5kVA, SIII = 63,66kVA Trong trường hợp máy biến

áp làm việc phụ tải định mức, máy hụt tải Điều kiện làm việc song song khơng xem ý Vì roct 401-41 qui định máy

biến áp dùng vào làm việc song song có điện áp Un lệch so với trị số trung bình

số học tất máy biến áp không 10% tỉ số công suất lớn công suất nhỏ khơng vượt q 3:1

Thí dụ 2:

Cho ba máy biến áp pha có tổ nối dây quấn tỉ số biến đổi với số

liệu: Sđm I = 180kVA, SđmII = 240kVA, SñmIII = 320kVA; unI % = 5,4 , unII % = ,

unIII % = 6,6 Hãy xác định tải m.b.a tải chung m.b.a tổng

cơng xuất định mức chúng: S = 180 + 240 + 320 = 740 kVA tính xem tải tổng tối đa để khơng m.b.a bị tải bao nhiêu?

Giaûi:

Ta coù:

Theo biểu thức :

8 71 5 100 100 100 U S i ni ñmi , , , %= + + = ∑ = kVA 119 100 x 71 300

SI ,

, , = = kVA 104 100 x 71 300

SII ,

, = = kVA 76 5 100 x 71 300

SIII = =

, , 121 6 320 240 180 U S i ni ñmi , , , %= + + = ∑ = kVA 202 180 x 121 740

SI ,

, , = = kVA 243 240 x 121 740

SII= =

, kVA 294 6 320 x 121 740

SIII ,

,

, =

hụt tải Tải tổng tối đa để không m.b.a bị tải ứng với β =1 Lúc ta có:

hay là: S = 657,72kVA

Rõ ràng phần công suất đặt m.b.a không lợi dụng : 740 - 658 =82kVA

Câu hỏi

1 Xét mặt kết cấu dây quấn, muốn giảm ∆U m.b.a phải làm

nào?

2 Sự liên quan thí nghiệm khơng tải ngắn mạch m.b.a đến việc

xác định ∆U η nào?

3 Nếu xét thật chặt chẽ tổn hao tổng lõi thép PFe có tải khác với tổn hao

không tải PO ứng với PFe > PO PFe < PO

4 Cho hai m.b.a nối Y/Y-12 Y/Y-6 có tỉ số biến đổi k điện áp ngắn

mách un Muôn cho chung làm vic song song với phại theẫ nào? Cũng

với điều kiện hai m.b.a có tổ nối dây Y/∆ -11 Y/∆ -3?

Bài tập

1 Cho ba máy biến áp làm việc song song với số liệu sau:

Máy Sđm(kVA) U1đm(kV) U2đm(kV) Un(%) Tổ nối dây

I 1000 35 6,3 6,25 Y/∆ -11

II 1800 35 6,3 6,6 Y/∆ -11

III 2400 35 6,3 Y/∆ -11

Tính :

a) Tải m.b.a tải chung 4500 kVA

b) Tải lớn cung cấp cho hộ dùng điện với kiện không m.b.a bị tải

c) Giả sử máy I phép tải 20% tải chung máy bao nhiêu? Đáp số

a) S1= 928kVA ; S = 1582kVA ; S 3= 1990kVA

b) 4846kVA c) 5817kVA

1 U

S U

S S

S

n i ni

ñmi nI

ñmI

I = =

= β

∑

= %

%

1 121 x

S =

2 Tính dòng điện cân hai m.b.a có số liệu sau làm việc song song : Các số liệu Máy Máy

Sđm kVA 320 420

U kV 6+/- 5% 6+/-5%

U v 230 220

Un %

Unr % 1,8 1,7

Tổ nối dây Y/∆ -11 Y/∆ -11

Đáp số: Icb = 496 A

3 Cho m.b.a ba pha với số liệu sau:Sđm = 20kVA, U 1/ U 2 = 6/0,4kV,

pn = 0,6kW, Un % = 5,5 , nối Y/Y Tính :

a) Un(V), Unr(V), Unx(V), (điện áp thấp bị nối ngắn mạch)

b) zn, rn, xn,cosϕn

c) ∆U % lúc hệ số tải 0,25; 0,5; 0,75; hệ số công suất cosϕ2 = 0,8(điện cảm)

d ) Biết PO = 0,18kW tính hiệu suất máy tải nói

Đáp số: a ; ;

b zn = 99Ω ; xn = 83Ω ; rn = 54,3Ω

c ∆U = 1,29%; 2,58%; 3,87%; 5,16%

d η = 94,84%; 96,04%; 95,86%; 95,35%

4 Cho m.b.a ba pha có Sđm = 5600kVA, Pn = 57.500W, Un %= 5,23 Tính:

a) Unr %, Unx %

b) ∆U % m.b.a làm việc 3/4 tải định mức với cos ϕ2 = 0,8

Đáp số: a Unr = 1,026% ; Unx = 5,128%

c ∆U = 2,92%

= 3x190

Chương

CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT Giới thiệu chung máy biến áp:

Chương trình bày loại máy biến áp đặc biệt (MBAĐB), loại máy biến áp không chuyển đổi lượng điện loại máy biến áp thông thường mà cịn biến đổi thơng số lượng điện mà chúng chuyển đổi Các thơng số là: tần số, số pha hay dạng sóng điện áp Ngồi ra, chúng đáp ứng số yêu cầu đặc biệt như: điều chỉnh điện áp cách liên tục, tạo nguồn cung cấp có điện áp cao, cách ly thứ cấp máy biến áp với tải trở kháng, cung cấp điện áp phía thứ cấp dịng điện phía thứ cấp cân xứng với điện áp dịng điện phía sơ cấp

Các loại MBAĐB thường ứng dụng thiết bị đo lường điều khiển tự động Trong đo lường chúng có nhiệm vụ biến đổi giá trị điện áp dòng điện phía sơ cấp thành giá trị điện áp dịng điện mà thiết bị đo chịu đựng với tỹ lệ xác Trong điều khiển tự động MBAĐB có nhiệm vụ tạo nguồn áp nguồn dòng với giá trị chuẩn chất lượng cao

5.1 Máy biến áp đo lường:

Trong thực tế hầu hết hệ thống vận hành với điện áp dòng điện lớn Các giá trị đưa trực tiếp vào thiết bị đo làm hỏng thiết bị đo Do đó, thiết bị đo cần phải nối gián tiếp với điện áp dòng điện cần đo thông qua máy biến áp đo lường Các máy biến áp loại dùng điều khiển động lực, rơle an toàn, thiết bị tự động điều khiển khác Máy biến áp đo lường gồm hai loại là: máy biến điện áp máy biến dịng điện

5.1.1 Máy biến điện áp:

Máy biến điện áp đo lường hầu hết máy biến áp giảm áp Chúng thiết kế để giảm điện áp cuộn thứ cấp xuống cịn khỗng 100 (V) (đây giá trị điện áp thích hợp với hầu hết thiết bị đo) Cấu tạo máy biến điện áp sau:

Cấu tạo:

Hình 5.1 Hình dạng bên ngồi máy biến điện áp

Hình 5.2 Đặc điểm cấu tạo máy biến điện áp

Nguyên lý làm việc máy biến điện áp:

Máy biến điện áp thiết kế cho điện áp dây quấn thứ cấp thay đổi tải thay đổi từ lúc không tải đến đầy tải (tải định mức)

Theo lý thuyết máy điện ta có:

'

' '

2

Z Z

Z V V

+ − ≈

• •

Trong đó:

• '

V giá trị điện áp thứ cấp qui đổi

1

V• điện áp hai đầu cuộn sơ cấp

'

Z giá trị tổng trở qui đổi

2

V

δ

•

− '

V

•

V

•

V

i

δ

•

−I'2

•

I

•

I

(a)

(b)

Hình 5.3 Độ lệch pha máy biến áp đo lường Khi Z’ >> Z

2

• •

− = '

2 V

V , lúc tĩ số giửa điện áp sơ cấp thứ cấp luôn

như xác định theo công thức:

21 1

2

2 V W /W V n

V• =− • =− • (1.4.2)

Trong đó:

W2 số vịng dây quấn thứ cấp

W1 số vòng dây quấn sơ cấp

n21 tó số biến áp

Trong hầu hết trường hợp đo lường Z2 ln có giá trị đáng kể so

với Z’ bỏ qua biểu thức 1.4.2 khơng cịn Khi

xuất hai loại sai số sau:

Sai số tĩ lệ (độ lệch điện áp ΔV):

Sai số tĩ lệ cho công thức:

% 100 V

V W W V V

1

2 −

=

Δ

Sai số góc pha (độ lệch pha δV): sai số phụ thuộc vào góc pha

giữa V1

•

−•V2' hình 5.3 a

Độ lớn sai số tăng tổng trở máy biến điện áp Z tăng Cá sai số tránh khỏi đo lường điều khiển tự động để có định lượng rõ ràng người ta qui định cá sai số không vượt số giá trị gọi cấp xác Theo tiêu chuẩn Nga có cấp xác máy biến điện áp là:

Cấp xác 1: ΔV=±0,5%, '

V =±20

δ

Cấp xác 2: ΔV=±1,0%, '

V =±40

δ

5.1.2 Maùy biến dòng điện:

Trong hầu hết thiết bị đo lường điều khiển dòng điện qui chuẩn 5A nên máy biến dòng điện sử dụng lĩnh vực thường có dịng điện ngõ cuộn thứ cấp 5A

Như đề cập đến cuộn thứ cấp máy biến dòng thường nối với thiết bị đo ampere kế, watt kế thiết bị tự động khác Có lưu ý sử dụng máy biến dòng để cung cấp cho nhiều thiết bị phải mắt nối tiếp thiết bị với

Cấu tạo:

Máy biến dịng điện củng giống máy biến áp cách ly thông thường gồm có lõi thép ghép từ thép kỹ thuật điện, hai cuộn dây quấn sơ cấp thứ cấp đặt lõi thép Điểm đặc biệt máy biến dòng nằm tiết diện số vòng dây quấn cuộn sơ cấp thứ cấp

Cuộn dây sơ cấp quấn vịng thường quấn vòng dây

Dây quấn sơ cấp có tiết diện lớn máy phải làm việc điều kiện gần ngắn mạch Đường kính dây quấn sơ cấp phụ thuộc vào cấp cơng suất máy biến dịng; máy biến dịng có cơng suất lớn đường kính dây quấn sơ cấp lớn

Dây quấn thứ cấp máy biến dịng có tiết diện nhỏ có nhiều vịng (hình 1.4.4)

Hình dạng bên ngồi máy biến dịng điện thường hình trịn (hình 1.4.5) Vì có dạng hình trịn kín nên thơng thường máy biến dịng lấp lúc lấp đặt mạng điện

Φ

Ngõ Ngõ

vào

Hình 5.5 Hình dáng bên ngồi máy biến dịng điện

Nguyên lý hoạt động máy biến dòng:

Như đề cập đến trên, máy biến dịng thường xun hoạt động tình trạng gần ngắn mạch Do đó, điều quan trọng sử dụng máy không phép để máy hoạt động chế độ khơng tải điện áp khơng tải phía thứ cấp máy biến dịng điện lớn gây hỏng lớp cách điện dẩn đến phá huỷ máy

Dòng điện ngõ máy biến dòng điện xác định theo biểu thức sau:

' '

0

1 2 '

Z Z Z

Z

I W W I I

+ + −

=

= • •

•

Trong đó:

Z0: tổng trở máy biến dịng điện lúc khơng tải

'

Z : tổng trở thứ cấp qui đổi

'

Z : tổng trở qui đổi máy biến dịng

• '

I : dịng điện thứ cấp qui đổi

Giống máy biến điện áp, máy biến dòng điện củng có sai số tó lệ

sai số góc pha Các sai số giảm mạnh tổng ' '

2 Z

Z + giảm so với tổng

trở máy lúc khơng tải Z0 Đó lý nhà sản xuất máy biến

dịng điện ln tìm cách để tăng tổng trở lúc khơng tải Z0 máy biến áp

và giảm giá trị '

2

Z xuống kết hợp với việc sử dụng loại máy biến dòng (để

có Z < ZR)

Sai số tĩ lệ máy biến dòng điện đựơc xác định sau:

% 100 I

I W / W I i

1 1

2 −

=

Δ

Độ lệch pha δi minh hoạ hình 5.3 b

Cấp xác giới hạn sai số cho phép máy biến dòng điện theo tiêu chuẩn Nga sau:

Cấp xác 0,2: Δi=0,2%, '

i =10

Caáp xác 0,5: Δi=0,5%, ' i =40

δ

Cấp xác 1: Δi=1,0%, '

i =80

δ

Cấp xác 3: Δi=3,0%, δi khơng giới hạn

Cấp xác 10: Δi=10%, δi khơng giới hạn

5.2 Máy biến áp chuyển đổi số pha (MBA Scott)

Có nhiều cách để chuyển đổi từ hai pha sang hai pha với hai máy biến áp Một phương pháp thường áp dụng mắt theo kiêut hình T hay cịn gọi MBA Scoot

Cấu tạo:

Máy biến áp Scott có cấu tạo từ hai máy biến áp cách ly Hai máy với số vòng dây quấn khác nối với hình 1.4.6 Trong

máy b xem máy có số vịng phía sơ cấp W1 máy lại

(máy a) máy phụ có số vịng sơ cấp 3.W1/2 Cả hai máy có số vịng

dây thứ cấp W2

Hình 5.6 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp Scott

Nguyên lý hoạt động máy biến áp Scott:

Máy biến áp Scott hoạt động dựa nguyên tắc cảm ứng điện từ giống máy biến áp thông thường Khi đặt vào vào hai đầu B C máy b

một điện áp với điện áp dây nguồn điện pha (VCB = V1) Do máy

biến áp a có số vịng 3.W1/2 nối từ đầu A đến đầu máy biến

áp (b) nên điện áp sơ cấp máy biến áp có giá trị 3.V1/2

Điện áp thứ cấp Va Vb hai máy biến áp tạo thành hệ thống điện áp

Trang Mở đầu 01

Phần I: Máy điện chiều (MĐMC)

Chương 1: Đại cương máy điện chiều 07 Chương 2: Mạch từ lúc không tải MĐMC 13 Chương 3: Dây quấn phần ứng MĐMC 22 Chương 4: Quan hệ điện từ MĐMC 40 Chương 5: Từ trường lúc có tải MĐMC 48

Chương 6: Đổi chiều 56

Chương 7: Máy phát điện chiều 68 Chương 8: Động điện chiều 83 Chương 9: Máy điện chiều đặc biệt công suất nhỏ 96 Phần II: Máy biến áp (MBA)

) W / W ( V ) W / W ( V

Vb = CB 2 1 = 1 2 1

) W / W ( V ) W / W ( V

Va = A0 2 1 = 1 2 1

và lệch góc 900 điện V

A0 VCB