tài liệu lớp 14ddc02

- Giaû söû ñaëc tính cô cuûa taûi M C =f(n) thì ñieàu kieän laøm vieäc oån ñònh cuûa ñoäng cô laø , ngöôïc laïi ñieàu kieän khoâng oån ñònh laø.. ii) Ñieàu chænh toác ñoä baèng c[r]

BÀI 5: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Có tính thuận nghịch: máy phát điện hoặc động điện

Động điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt nên dùng các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ cán thép, hầm mỏ, giao thông vận chuyển,…

Máy phát điện một chiều dùng làm nguồn cho động điện một chiều, nguồn kích từ cho máy phát điện đồng bộ công suất lớn, ứng dụng lĩnh vực luyện kim, mạ điện,…

Máy điện một chiều có nhược điểm máy điện xoay chiều là giá thành cao, sử dụng kim loại màu nhiều hơn, chế tạo phức tạp, …

Công suất máy điện một chiều lớn nhất khoảng vài chục MW, điện áp vài kV,

1 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Lõi thép phần ứng Cực từ chính

Stato Cực từ phụ Gông từ

Các bộ phận khác

Rôto

Dây quấn phần ứng Cổ góp

- Công suất định mức Pđm(kW, HP) - Điện áp định m c Uư đm(V)

- Dòng điện dây định mức Iđm(A) - Tốc độ định mức nđm(vg/ph)

- Hiệu suất định mức đm

- kiểu máy, phương pháp kích từ, khối lượng, điều kiện làm việc,…

2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN MỢT CHIỀU a Chế đợ máy phát điện

Phương trình điện áp là: (2.1)

Là điện trở phần ứng

Là sức điện động phần ứng Là điện áp đầu cực máy phát

Nguyên lý máy phát điện Điện áp đầu cực máy phát ö

ö

ö R I

E

U  

ö R

ö

b Chế độ động điện

Phương trình điện áp là:

(2.2) Khi đặt điện áp U vào hai chổi điện A B, dây quấn phần ứng có dịng điện Các dẫn nằm từ trường chịu tác dụng lực điện từ làm quay rôto Chiều lực điện từ xác định theo qui tắt bàn tay trái

U

ö ö

ö R I

E

U  

ư

I

đt

3 SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG

Sức điện động và mô men điện từ máy phát điện

- Sức điện động trung bình cảm ứng dẫn có chiều dài tác dụng l, chuyển động từ trường với tốc độ v bằng:

trong đó: v vận tốc dẫn

là từ cảm trung bình cực từ D đường kính ngồi phần ứng

p số đôi cực

n(vg/ph) tốc độ quay phần ứng

bước cực

là từ thông khe hở cực từ ta

(3.1)

(3.2) v

l B etb  tb

60

60

2

.r f D Dn p n

v      

tb

B

l S

Btb

   

  



] Wb [

 

60

2p n

Gọi N tổng số dẫn dây quấn mạch nhánh song song có N/2a dẫn nối tiếp sức điện động máy là:

là hệ số  kết cấu máy dây quấn

với

Chiều Eư phụ thuộc vào chiều và n và được xác định theo qui tắc bàn tay trái

(3.3) n

K n a

N p e

a N

Eö tb e

60

2    



a N p Ke

60



4 MÔMEN ĐIỆN TỪ VÀ CÔNG SUẤT

Khi máy làm việc dây quấn phần ứng có dịng điện chạy qua Tác dụng từ trường lên dẫn có dịng điện sinh lực điện từ Mômen điện từ lực điện từ tác dụng lên dẫn xác định theo qui tắc bàn tay trái

Lực điện từ tác dụng lên dẫn bằng:

Tổng số dẫn N, dòng điện mạch nhánh momen điện từ tác dụng lên dây quấn phần ứng là:

là từ cảm trung bình cực từ

D đường kính ngồi phần ứng đó:

a = số đơi mạch nhánh song song Iư = dòng điện phần ứng

l = chiều dài dẫn

(4.1) (4.2)

(4.3)

ö tb li

B f 

a I iö ö

2 

l N D

a I B N D f

M   tb ö

Ta được:

với là hệ số  kết cấu máy dây quấn

Ơû máy phát điện Mn nên mômen điện từ M mômen hãm Ở động điện

Mn nên mômen điện từ mômen quay

- Công suất điện từ là:

hay

Quan hệ Pđt với M trao đổi lượng máy Đối với MFđ công suất điện từ chuyển công suất M thành công suất điện Ngược lại

động điện công suất điện từ chuyển công suất điện thành công suất M

(4.6) (4.5) (4.4) (4.7) ö ö I a N p p N l a I l

M

2 2          ] [ 81 } [

I N m K I kg m

K

M  M  ö  M  ö

a N p KM   ö ư

đt M p Na I n p Na n I

P

60 60         ] [

.I W

E

Pđt  ư ư

5 QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG 1 Tổn hao máy điện chiều

a) Tổn hao Pcơ : Chủ yếu ma sát ổ bi, chổi than với vành góp, thơng gió, phụ thuộc vào tốc độ rơto làm cho ổ bi, vành góp nóng lên

b) Tổn hao sắt PFe : Do từ trể dịng điện xốy lõi thép tỉ lệ với

Tổn hao không tải: Mômen không tải: c) Tổn hao đồng

với d) Tổn hao phụ

Tổn hao phụ thép từ trường phân bố không bề mặt phần ứng, bu lơng ốc vít, rãnh làm sinh từ trường đập mạch

: Tổn hao phụ bao gồm

(5.1) (5.2) (5.3) 1, ,

f  B Fe cô P P

P0  

  0 P M t t ö ö t Cu ö Cu

Cu P P R I U I

P  .  .  

tx f

ö

ö r r r

R   

f

Tổn hao phụ đồng qúa trình đổi chiều dịng điện phân bố khơng chổi than làm tăng Ptx từ trường phân bố khơng làm sinh dịng điện xốy tổn hao dây nối cần

Thường lấy

2 Quá trình lượng phương trình cân bằng

a) Máy phát điện:

- Máy phát nhận công suất P1, tiêu hao phần Pcơ PFe , lại biến thành

- Khi có dịng điện dây dẫn có tổn hao đồng, công suất điện đưa P2 - Chia hai vế cho Iư ta phương trình cân sức điện động là:

từ (5.4) 

(5.4)

(5.5)

(5.6) (5.7) (5.8)

ñm f %P

P 1

ñt

P

0 P

P Pđt  

ư ư

ư ư

ư Cu

đt P E I R I U I P

P2     

ö ö ö R I E

U  

   

 M M

M1 0

M M

b) Động điện:

Ta có phương trình cân bằng:

: phương trình cân bằn sức điện động

: phương trình mơmen động điện chiều

(5.9) (5.10)

(5.11)

(5.12) (5.13)

(5.14)

t Cu ư

Cu

đt P P P

P  1  .  .

0

2 P P

P  đt 

2 ư ư ư ư ư Cu

đt

ư P P E I R I

UI    

ö ö ö R I

E U  

 

 

 M0 M2

M

2

0 M

M

6 PHƯƠNG PHÁP KÍCH TỪ a Kích từ độc lập

b Kích t song song ư

- Máy phát: - Động cơ:

- Dùng nam châm vĩnh cữu: Công suất nhỏ

- Dùng nguồn điện kích từ riêng: Aéc quy, nguồn điện DC chỉnh lưu, máy phát điện chiều phụ (công suất lớn)

thay đổi thay đổi E thay đổi

thay đổi  U,

t ö I I

I   t ö I I

I   t

ñc t t R U R I



 

ñc t

kt R UR I

 

c Kích t ư nới tiếp

- Chỉ dùng cho động chế độ máy phát yêu cầu

U=const I thay đổi Mà I thay đổi It thay đổi thay đổi E thay đổi  U không ổn định. - Tổn hao kích từ lớn

d Kích từ hỡn hợp

+ Hỗn hợp cộng + Hỗn hợp trừ

Gồm có:



// t tnt  



// t tnt  

7 MÁY PHÁT ĐIỆN MỢT CHIỀU 1 Phân loại

Dựa vào phương pháp kích từ:

+ Máy phát điện chiều kích từ độc lập + Máy phát điện chiều kích từ song song + Máy phát điện chiều kích từ nối tiếp + Máy phát điện chiều kích từ hỗn hợp 2 Các đặc tính máy phát điện chiều

a) Đặc tính không tải: với

Tăng dòng kích từ It từ đến Im lúc đó điện áp đầu cực máy phát U=(1.15-1.25)Uđm Giảm It cho đến lúc U=0 Đởi chiều dòng điện kích từ, tăng và giảm theo chiều âm ta được toàn bộ chu trình từ trể BABA’B’A

Đặc tính không tải:

) (

0 E f It

b) Đặc tính ngồi:

khi

 Kích từ độc lập:

Khi I tăng điện áp rơi dây quấn phần ứng tăng, phản ứng phần ứng tăng nên giảm  U 

- Độ biến đổi điện áp định mức là:

1 Nối thuận: bù thừa Nối thuận: bù đủ Nối ngược

3 Kích từ song song )

(I f

U  It const, n const

ö ö I R E

U  



ö

E

% 15 % 100

%   



 Kích từ song song:

Khi thì nhiều ngồi việc thì

nhiều

 Kích từ nới tiếp:

Vì neân thì

 Kích từ hỡn hợp:

+ Khi nối thuận hai cuộn kích từ U khơng đổi

+ Khi bù thừa nhanh  U tăng tải tăng

+ Khi bù thiếu  nhanh  giảm nhanh kích từ song song

c) Đặc tính điều chỉnh

 Kích từ độc lập

Ta có: 

I U  I R. ư , E  U  

 

ñc t

kt R UR

I



 E  Uñm% 1012%

I I

It  ö  I  It    Eö  U Eö  I.Rö 



ö

E 

ö

E U 

) ( ö

t f I

I  U const, n const

ö

ö I R

E

Khi I tăng, muốn U khơng đổi ta phải tăng dịng điện kích từ để bù lại ứng.và phản ứng phần

 Kích từ song song

Khi I tăng U giảm nhiều, để U=const phải tăng It nhiều kích từ độc lập.

 Kích từ hỗn hợp

+ Khi nối thuận U giảm nên It t ng ă

+ Khi nối bù thừa U tăng lên nên It gi m a

+ Khi nối bù thiếu U giảm nhiều nên It t ng nhanh.ă

1 Nối thuận: bù đủ Nối thuận: bùthừa Nối ngược

t

I  



ö

3 Máy phát điện một chiều làm việc song song

Điều kiện để máy phát điện một chiều làm việc song song: + cùng cực tính

+ sức điện động E phải bằng điện áp U góp

Giải thích:

+ nếu không đảm bảo điều kiện thì sẽ ngắn mạch hai máy

+ nếu E>U thì máy sẽ mang tải đột ngột làm áp lưới thay đổi Nếu E<U máy sẽ làm việc ở chế độ động

+ nếu không có dây cân bằng thì giả sử n I tăng → EI tăng và II tăng → EI tăng nhanh→ máy I nhận hết tải → bị quá tải, máy II chuyển thành động Nếu có dây cân bằng thì làm sức điện động hai máy tăng đều

Phân phối và chuyển tải giữa

ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 1 Phân loại

Dựa vào phương pháp kích từ: + động điện kích từ đợc lập: + đợng điện kích từ song song: + đợng điện kích từ nới tiếp:

+ đợng điện kích từ hỡn hợp: 2 Mở máy động điện một chiều

Các yêu cầu mờ máy:

+ Mômen mở máy Mmm có giá trị lớn để hồn thành q trình mở máy + Dịng điện mở máy Imm hạn chế đến mức nhỏ để dây quấn khỏi bị cháy ảnh hưởng xấu đến đổi chiều

(8.1) (8.2) (8.3) (8.4) ö

I I 

t ö I I

I   t ö I

I

I  

t ö I I

 Các phương pháp mở máy:

a) Mở máy trực tiếp:

ta có: mở máy

làm hỏng cổ góp chổi than Nên dùng mở máy cho động công suất nhỏ khoảng vài trăm 100W

b) Mở máy biến trở:

- Mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng, dịng điện mở máy :

- Lúc mở máy biến trở Rf lớn nhất, trình mở máy n t ng ă

tốc độ tăng chậm dần, ta tiếp tục giảm Rf sau

đó M, Iư lại giảm, ta giảm dần Rf đến không, máy làm việc định mức

(8.5)

(8.6) ö

ö

ö I R

E

U  

ö ö ö U RE

I  

0

  K n

Eö e mm 10 đm

ư

U

I I

R

  

mm

ö f

U I

R R







ö

c) Mở máy b ng cách gi m áp:ă a

- Ch n giá trị Ro f cho

: Đối với động lớn : Đối với động nhỏ Quá trình mở máy dùng biến trở phụ

Sử dụng nguồn chiều điều chỉnh điện áp (hệ thống máy phát-động cơ) nguồn chiều chỉnh lưu Cịn phần kích từ cung cấp từ nguồn khác → dùng cho động công suất lớn kết hợp với thay đổi tốc độ nhờ thay đổi

kích từ

(1.4 1.7)

mm ñm

I   I

(2.0 2.5)

mm đm

3 Đặc tính điều chỉnh tốc độ động điện chiều Ta có:

Vì

- Giả sử đặc tính tải MC =f(n) điều kiện làm việc ổn định động , ngược lại điều kiện không ổn định

a) Điểm làm việc ổn định b) Điểm làm việc không ổn định

(8.7)

 K n E e     

e ö ö

e K I R U K E n     öe ö

e K I R K U n ö M I K

M  

2     e M ö

e K K

a) Động điện kích từ song song hay kích từ độc lập

- Với điều kiện U= const, It = const M (hoặc Iư) thay đổi

Đặc tính

do Rư nhỏ, M =0  Mđm n thay

đổi  dùng trường

hợp n không đổi tải thay đổi (máy cắt kim loại,…)

(8.8)

i) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng

Nếu tăng điện trở Rđc mạch kích từ It    n đặc tính

nâng lên

const 



K M R n

n  0  ö

2

.   

e M

ö

e K K

M R K

ii) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ Rf mạch phần ứng - Ta được:

Rf lớn  đặc tính

dốc mềm

iii) Điều chỉnh tốc độ thay đổi điện áp Khi U  n , U  n U

khơng vượt Uđm nên n > nđm điều chỉnh phạm vi hẹp

(8.9)

K

M R

R n

b) Động điện kích từ nối tiếp

Vì : chưa bão hòa

thế vào (8.3) ta

Nếu bỏ qua Rư thì: : đặc tính mềm

(8.10)

I I

It  ö   K.I

     K K I K

M M ö M

M

K M K       K K R M K K U K n e ö e M M C n  ' n C M      e M ö

e K K

M R K

i) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thơng

Hai sơ đồ a, b

hoặc ta được: : hypebol

Do điều chỉnh  < đm  tốc độ thay đổi vùng định mức

(đường 2)

- Sơ đồ c) mắc shunt phần ứng làm cho tổng trở toàn mạch giảm  I =It   

n có dạng đường cong (n < nđm) (8.11)

I K It 

1    st t st R R R

K  ' 1

ii) Điều chỉnh tốc độ cách thêm điện trở phụ Rf mạch phần ứng Khi thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng ta được:

Khi Rf   n (n < nđm), tăng tổn hao

điện trở phụ Rf  hiệu suất giảm  đặc

tính hình 4,

iii) Điều chỉnh tốc độ thay đổi điện áp Vì điều chỉnh U < Uđm  n < nđm (đường 6)

c) Động điện kích từ hỗn hợp

- Đặc tính mang tính trung gian động kích từ song song kích từ nối tiếp

- Áp dụng phương pháp điều chỉnh tốc độ động kích từ song song hay nối tiếp

(8.12)

 

 



K K

R R

M K

K

U K

n

e

ö f

e

M

) (

4 Đặc tính làm việc động điện chiều

a) Đặc tính tốc độ

khi U = Uđm = const

ta có:

nên đặc tính tốc độ giống đặc tính b) Đặc tính mơmen

khi ta có:

 Kích từ song song: : đường thẳng

 Kích từ nối tiếp: : parabol

 Kích từ hỗn hợp: Iư     chậm kích từ nối tiếp  đặc tính mơmen

trung gian kích từ song song kích từ nối tiếp

(8.13)

(8.14)

) (Iö f n 

 

 

Köe ö

I R K

U

n M KM..Iư

) (Iư f

M  U Uđm const

ö M I

K

M  

const



 M Iö M f(Iö )

ö

I



c) Đặc tính hiệu suất

Hiệu suất đạt cực đại khi: Iư = 0,75Iđm

: công suất nhỏ : công suất lớn thường

(8.15) )

(Iö f



 U Uñm const

% 85 75 



% 95 85 