Bài giảng máy điện (đại học chính quy)

MỤC LỤC MỤC LỤC .1 PHẦN I MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP 1.1 Khái niệm chung máy biến áp 1.2 Tổ nối dây mạch từ máy biến áp 1.3 Các quan hệ điện từ máy biến áp 15 CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC Ở TẢI XÁC LẬP ĐỐI XỨNG VÀ CÁC DẠNG ĐẶC BIỆT 27 2.1 Máy biến áp làm việc tải xác lập đối xứng 27 2.2 Các loại máy biến áp đặc biệt 31 PHẦN II: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 40 CHƯƠNG 1: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 40 1.1 Đại cương máy điện không đồng 40 1.2 Quan hệ điện từ máy điện KĐB 44 CHƯƠNG 2: MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KĐB 55 2.1 Quá trình mở máy động KĐB 55 2.2 Các phương pháp mở máy động KĐB 55 2.3 Điều chỉnh tốc độ động KĐB 62 CHƯƠNG DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 67 3.1 Các khái niệm 67 3.2 Các loại dây quấn máy điện xoay chiều 69 3.3 Dây quấn động không đồng ba pha nhiều tốc độ 75 CHƯƠNG 4: CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ CÁC DẠNG KHÁC CỦA MÁY ĐIỆN KĐB 77 4.1 Các chế độ làm việc đặc biệt động KĐB 77 4.2 Các dạng khác MĐ KĐB 77 PHẦN III MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ .81 CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ .81 1.1 Đại cương máy điện đồng .81 1.2 Nguyên lý làm việc máy điện ĐB 83 CHƯƠNG TỪ TRƯỜNG VÀ QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 85 2.1 Từ trường máy điện đồng 85 2.2 Quan hệ điện từ máy điện đồng .85 3.1 Động điện đồng 87 3.2 Máy bù đồng .87 3.3 Máy điện đồng đặc biệt .87 PHẦN IV MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 89 CHƯƠNG ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN CHIỀU .89 1.1 Cấu tạo máy điện chiều, đại lượng định mức 89 1.2 Các thông số định mức 91 1.3 Nguyên lý làm việc máy điện chiều 91 CHƯƠNG TỪ TRƯỜNG VÀ QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN CHIỀU .94 2.1 Từ trường máy điện chiều 94 2.2 Quan hệ điện từ máy điện chiều 94 CHƯƠNG MÁY PHÁT VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU 98 3.1 Máy phát điện chiều 98 3.2 Động điện chiều 106 3.3 Máy điện chiều đặc biệt 108 PHẦN I MÁY BIẾN ÁP CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP 1.1 Khái niệm chung máy biến áp 1.1.1 Đại cương a Định nghĩa Máy biến áp thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp thành hệ thống dòng điện xoay chiều điện áp khác, với tần số không thay đổi b.Các đại lượng định mức Các đại lượng định mức MBA qui định điều kiện kỹ thuật máy Các đại lượng nầy nhà máy chế tạo qui định ghi nhãn MBA Dung lượng (công suất định mức) Sđm (VA hay kVA) cơng suất tồn phần hay biểu kiến đưa dây quấn thứ cấp MBA Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm (V, kV) điện áp dây quấn sơ cấp Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm (V hay kV) điện áp dây quấn thứ cấp MBA không tải điện áp đặt vào dây quấn sơ định mức U1 = U1đm Dòng điện dây sơ cấp định mức I1đm (A hay kA) thứ cấp định mức I2đm dòng điện dây dây quấn sơ cấp thứ cấp ứng với công suất điện áp định mức Đối với MBA pha: I1đm  S đm S ; I đm  đm U1đm U đm (1.1) Đối với MBA ba pha: I1đm  S đm S đm ; I đm  3U1đm 3U đm (1.2) Tần số định mức fđm(Hz) Các MBA điện lực có tần số cơng nghiệp 50Hz Ngồi nhãn MBA ghi số liệu khác như: tần số, số pha m, sơ đồ tổ nối dây c Vai trị cơng dụng MBA Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải có đường dây tải điện Hình 1.1 Sơ đồ cung cấp điện đơn giản (hình 1.1) Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất điện đến hộ tiêu thụ lớn, vấn đề đặt việc truyền tải điện xa cho kinh tế Ta có, dịng điện truyền tải đường dây: I = P/(Ucosϕ) Và tổn hao công suất đường dây: ΔP = Rd.I2 = RdP2/(U2cos2ϕ) Trong đó: P cơng suất truyền tải đường dây; U điện áp truyền tải lưới điện; Rd điện trở đường dây tải điện cosϕ hệ số công suất lưới điện, cịn ϕ góc lệch pha dịng điện I điện áp U Từ cơng thức cho ta thấy, công suất truyền tải đường dây, điện áp truyền tải cao dịng điện chạy đường dây bé, trọng lượng chi phí dây dẫn giảm xuống, tiết kiệm kim loại màu, đồng thời tổn hao lượng đường dây giảm xuống Vì thế, muốn truyền tải cơng suất lớn xa tổn hao tiết kiệm kim loại màu người ta phải dùng điện áp cao, thường 35, 110, 220, 500kV Trên thực tế máy phát điện phát điện áp từ ÷ 21kV, phải có thiết bị tăng điện áp đầu đường dây Mặt khác hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp, từ 0.4 ÷ 6kV, cuối đường dây phải có thiết bị giảm điện áp xuống Thiết bị dùng để tăng điện áp đầu đường dây giảm điện áp cuối đường dây gọi máy biến áp (MBA) 1.1.2 Cấu tạo Máy biến áp có phận sau dây: lõi thép, dây quấn vỏ máy Lõi thép MBA Hình 1.2 Mạch từ MBA kiểu lõi: a) pha b) ba pha Lõi thép MBA dùng để dẫn từ thông, chế tạo vật liệu dẫn từ tốt, thường thép kỹ thuật điện có bề dày từ 0,35 ÷ mm, mặt ngồi thép có sơn cách điện ghép lại với thành lõi thép Lõi thép gồm hai phần: Trụ Gơng (hình 1.2) Trụ T phần để đặt dây quấn cịn gơng G phần nối liền trụ để tạo thành mạch từ kín Dây quấn MBA Nhiệm vụ dây quấn MBA nhận lượng vào truyền lượng Dây quấn MBA thường làm dây dẫn đồng nhơm, tiết diện trịn hay chữ nhật, bên ngồi dây dẫn có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng dây lồng vào trụ thép Giữa vòng dây, dây quấn dây quấn lõi thép có cách điện Máy biến áp thường có hai nhiều dây quấn Khi dây quấn đặt trụ dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ thép dây quấn điện áp cao đặt bên Làm giảm vật liệu cách điện Dây quấn MBA có hai loại như: Dây quấn đồng tâm: dây quấn đồng tâm tiết diện ngang vòng trịn đồng tâm Những kiểu dây quấn đồng tâm gồm: Dây quấn hình trụ (hình 1.3a,b), dùng cho dây quấn hạ áp cao áp; Dây quấn hình xoắn (hình 1.3c), dùng cho dây quấn hạ áp có nhiều sợi chập; Dây quấn hình xốy ốc liên tục (hình 1.3d), dùng cho dây quấn cao áp, tiết diện dây dẫn chữ nhật Dây quấn xen kẽ: Các bánh dây cao áp hạ áp xen kẻ dọc theo trụ thép Vỏ MBA Vỏ MBA làm thép gồm hai phận: thùng nắp thùng Thùng MBA: Trong thùng MBA (hình 1-4) đặt lõi thép, dây quấn dầu biến áp Dầu biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện tản nhiệt Lúc MBA làm việc, phần lượng tiêu hao thoát dạng nhiệt làm dây quấn, lõi thép phận khác nóng lên Nhờ đối lưu dầu truyền nhiệt từ phận bên MBA sang dầu từ dầu qua vách thùng môi trường xung quanh Nắp thùng MBA: Dùng để đậy thùng có phận quan trọng như: + Sứ dây quấn cao áp dây quấn hạ áp Làm nhiệm vụ cách điện + Bình dãn dầu (bình dầu phụ) cóHình ống1.3 thủy xem Dâytinh quấnđể Máy biến mức áp dầu + Ống bảo hiểm: làm thép, thường làm thành hình trụ nghiêng, đầu nối với thùng, đầu bịt đĩa thuỷ tinh Nếu lý đó, áp suất thùng tăng lên đột ngột, đĩa thuỷ tinh vỡ, dầu theo ngồi để MBA khơng bị hỏng + Lỗ nhỏ đặt nhiệt kế + Rơle dùng để bảo vệ MBA + Bộ truyền động cầu dao đổi nối đầu điều chỉnh điện áp dây quấn cao áp Hình 1.4 Máy biến áp dầu ba pha 16000kVA/110kV móc vận chuyển; Sứ cao áp 110kV; Sứ trung áp 38.5kV; Sứ hạ áp 10.5kV; Ơng phịng nổ; Bình giãn dầu; 10 Thước dầu; 12 Xà ép gơng; 13 Bình hút ẩm; 16 Dây quấn cao áp; 18 Bộ lọc Để hiểu rõ MBA ta xem hinh dáng bên ngồi MBA ba pha hai dây quấn cơng suất 250kVA, điện áp 22/0.4kV nhà máy chế tạo Thiết Bị Điện (hình 1.5) Hình 1.5 MBA dầu ba pha, hai dây quấn 1.1.3 Nguyên lý làm việc Máy biến áp lý tưởng có tính chất sau: Cuộn dây khơng có điện trở Từ thơng chạy lõi thép móc vịng với hai dây quấn, khơng có từ thơng tản khơng có tổn hao lõi thép Độ từ thẩm thép lớn (μ = ∞), dịng từ hố cần phải có để sinh từ thơng lõi thép nhỏ không đáng kể, stđ cần để sinh từ thông lõi thép cho khơng Ngun lý làm việc MBA: Hình 1.6 vẽ sơ đồ nguyên lý MBA pha hai dây quấn Dây quấn có N1 vịng dây nối với nguồn điện áp xoay chiều u1, gọi dây quấn sơ cấp Ký hiệu đại lượng phía dây quấn sơ cấp có số kèm theo u1, i1, e1, Dây quấn có N2 vòng dây cung cấp điện cho phụ tải Zt, gọi dây quấn thứ cấp Ký hiệu đại lượng phía dây quấn thứ cấp có số kèm theo u2, i2, e2, Đặt điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn sơ, dây quấn sơ có dịng i1 Trong lõi thép có từ thơng Φ móc vịng với hai dây quấn sơ cấp thứ cấp, cảm ứng sđđ e1 e2 Khi MBA có tải, dây quấn thứ có dịng điện i2 đưa tải Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý MBA pha hai dây quấn với điện áp u2 Từ thơng Φ móc vòng với hai dây quấn sơ cấp thứ cấp gọi từ thơng Giả sử điện áp u1 hình sin nên từ thơng Φ biến thiên hình sin, ta có: (1.3)    m sin t Theo định luật cảm ứng điện từ, sđđ cảm ứng e1, e2 sinh dây quấn sơ cấp thứ cấp MBA là: e1   N1 d d m sin t    N1   N1 m cos t  E1 sin(t  ) dt dt (1.4) e2   N d d m sin t   N2   N 2 m cos t  E2 sin(t  ) dt dt (1.5) đó, E1, E2 trị số hiệu dụng sđđ sơ cấp thứ cấp, cho bởi: E1  E2  N1 m N  m  2fN1 m  4,44 fN1  2fN  m  4,44 fN  m Gọi K tỉ số biến áp MBA thì: (vì  = 2f ) (1.6) (1.7) K E1 N1  E2 N (1.8) Nếu giả thiết MBA cho lý tưởng, nghĩa bỏ qua sụt áp gây điện trở từ thông tản dây quấn E1 ≈ U1 E2 ≈ U2: U1 E1 N1   K U E2 N (1.9) Nếu bỏ qua tổn hao MBA cơng suất S1 = S2 hay ta có: U1I1 = U2I2 Như vậy, ta có: U1 I  K U I1 (1.10) Nếu N2 > N1 U2 > U1 I2 < I1: MBA tăng áp Nếu N2 < N1 U2 < U1 I2 > I1: MBA giảm áp 1.2 Tổ nối dây mạch từ máy biến áp 1.2.1 Tổ nối dây máy biến áp a Khái niệm chung Để MBA ba pha làm việc được, dây quấn sơ cấp thứ cấp phải nối với theo qui luật định Ngoài ra, việc phối hợp kiểu nối dây quấn sơ cấp với kiểu nối dây quấn thứ cấp hình thành tổ nối dây quấn khác Hơn nữa, thiết kế MBA, việc định tổ nối dây quấn phải thích ứng với kiếu kết cấu mạch từ để tránh tượng không tốt sđđ không sin, tổn hao phụ tăng Trong chương ta xét loại tổ nối dây mạch từ, đồng thời xét tượng xảy từ hố lõi thép nêu lên cách tính tốn mạch từ MBA Để nghiên cứu tổ nối dây MBA, trước hết ta xét ký hiệu đầu dây cách đấu dây quấn pha với Cách ký hiệu đầu dây Hình 1.7 Đánh dấu đầu dây MBA Hình 1.8 Biểu diễn dạng vécto Một cuộn dây có hai đầu tận cùng: đầu gọi đầu đầu; đầu gọi đầu cuối Đối với dây quấn MBA pha: đầu đầu đầu cuối chọn tùy ý Đối với dây quấn MBA ba pha: đầu đầu đầu cuối chọn cách thống theo chiều định (hình 1.7), không điện áp ba pha không đối xứng (hình 1.8) Để đơn giản thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta thường đánh dấu đầu tận lên sơ đồ dây quấn MBA với qui ước sau dây: Đánh dấu đầu dây tận cùng: Cao áp Hạ áp Trung áp Đầu đầu A,B,C A,b,c A ,B ,C Đầu cuối X,Y,Z x.y,z m Trung tính o m X ,Y ,Z m O m m m m Các kiểu đấu dây quấn Đấu hình (Y): Đấu ba điểm cuối X,Y,Z lại với (hình 1.10) Hình 1.9 Đấu tam giác Hình 1.10 Đấu hình Giả sử chiều Фδ hình 4.5, cho phần ứng quay với tốc độ n, giả sử theo chiều kim đồng hồ Từ thông Фδ quét qua dây quấn phần ứng cảm ứng lên dẫn s.đ.đ: etd = Btb.l.v v Dn 60  2p n 60 (4.1) Btb   l đó: (4.2) Hình 4.5 S.đ.đ mơ men điện từ máy phát điện chiều Vậy: etb  p  Hình 4.6 Mơ men điện từ động điện chiều n 60 (4.3) Nếu gọi N tổng số dẫn số dẫn nhánh song song N/2a Như s.đ.đ dây quấn phần ứng là: Eu  N pN etb    n  Cn   n 2a 60a Eu  C n   n (V ) (4.4) (V ) đó: Фδ tính (Wb); n (vg/ph); Ce = pN/60a hệ số s.đ.đ Khi dẫn có dịng điện iư với chiều hình 4.5 4.6, dẫn chịu lực điện từ tác động, chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái, độ lớn: f đt  Btb l.iu với iu  M  Iu B l.I f đt  tb u 2a 2a NfD p  với D  Btb   l  (4.5) (4.6) Ta có: M  C M   I u đó, CM  Hoặc: (4.7) ( Nm) pN hệ số mômen 2a M C M   I u 9,81 (kg.m) (4.8) Trong chế độ máy phát M ngược chiều n; Eư chiều iư Chế độ động ngược lại 2.2.2 Momen công suất điện từ - Công suất điện từ Đây công suất ứng với M lấy vào chế độ máy phát đưa chế độ động Pđt  M  với Pđt  Vậy:   2 n tốc độ góc phần ứng 60 pN 2n pN pN   n   I u    n.I u  E u I u với Eu  60a 60 2a 60 a (4.9) Pđt  E u I u Chế độ máy phát: đầu vào c/s P  M  ; đầu c/s điện P  E u I u Chế độ động cơ: đầu vào c/s điện P  E u I u ; đầu c/s P  M  2.2.3 Quá trình lượng phương trình cân *Tổn hao máy điện chiều a) Tổn hao (pcơ) Đây tổn hao ma sát ổ bi, chổi than vành góp; tổn hao thơng gió làm mát pcơ tỷ lệ với n hiệu suất ổ bi, b) Tổn hao sắt (pfe) Nguyên nhân từ trễ dịng điện xốy pfe ~ f1,2-1,6 B2 Tổn hao khơng tải: p0 = pcơ + pfe ta có M  p  c) Tổn hao đồng (pcu): Bao gồm: pcu.ư pcu.t p cuu  I u2 Ru với p cut  U t I t Ru  ru  r f  rtx d) Tổn hao phụ (pf) Tổn hao phụ đồng thép (pf = 1%Pđm) * Quá trình lượng a) Máy phát điện Gọi P1 c/s đưa vào đầu trục máy phát, để biến thành c/s điện từ phải tổn hao pcơ pfe Pđt = P1 - (pcơ + pfe) = P1 - p0 = Eư.Iư Vậy Pđt = P1 - p0 hay M   M 1  M 0 Hay ta có phương trình cân mơmen: M  M  M (4.10) Công suất điện đưa bé công suất điện từ lượng tổn hao Rư P2  Pđt  p cuu  E u I u  I u2 Ru  UI u Vậy ta phương trình điện áp: (4.11) U  E u  I u Ru b) Động điện Công suất lấy vào c/s điện, c/s Hình 4.7 Giản đồ lượng chế độ máy phát đưa c/s P1  Pđt  p cuu  E u I u  I u2 Ru  UI u Ta có pt cần điện áp: (4.12) U  E u  I u Ru Công suất đưa đầu trục bé c/s điện lượng tổn hao không tải P2  Pđt  p hay Pđt  P2  p M   M 2  M 0 Ta có phương trình cân mơmen: (4.13) M  M2  M0 2.2.4 Tính chất thuận nghịch máy điện chiều Giả sử máy làm việc chế độ máy phát với: Iu  Eu  U 0 Ru Eư > U M mơmen hãm Nếu giảm It Фt giảm xuống, dẫn tới Eư giảm xuống, Eư < U Iư đổi dấu, máy chuyển sang chế độ động CHƯƠNG MÁY PHÁT VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN CHIỀU 3.1 Máy phát điện chiều 3.1.1 Đại cương Máy phát điện chiều kích thích độc lập Gồm: máy phát chiều kích thích nam châm vĩnh cửu, chế tạo với công suất bé Máy phát điện chiều kích thích điện từ, nguồn kích thích chủ yếu lấy từ ắc quy, cơng suất lớn, điều chỉnh điện áp dể dàng dải rộng, hình 4.9a Máy phát điện chiều tự kích thích - MF1C kích thích song song, hình 4.9b Mạch kích thích nối song song với mạch phần ứng Dây quấn kích thích có số vịng dây nhiều, tiết diện dây bé - MF1C kích thích nối tiếp, hình 4.9c Dây quấn kích thích nối nối tiếp với Hình 4.9 Nguyên lý kích thích loại máy phát điện dây quấn phần ứng Dây quấn kích thích có số vịng dây ít, tiết diện dây lớn - MF1C kích thích hỗn hợp, hình 4.9d 3.1.2 Các dặc tính máy phát điện chiều Máy phát điện chiều có đại lượng đặc trưng là: U, Iư, It n Trong n thường giữ khơng đổi lại đại lượng xác định cho ta đường đặc tính 1) Đặc tính khơng tải U0 = E = f(It) I = 0, n = Cte; 2) Đặc tính ngắn mạch In = f(It) U = 0, n = Cte; 3) Đặc tính ngồi U = f(I) It = Cte; n = Cte; 4) Đặc tính điều chỉnh I = f (It) U = Cte, n = Cte; 5) Đặc tính tải U = f(It) I = Cte, n = Cte; Trong đặc tính đặc tính khơng tải trường hợp đặc biệt đặc tính tải, I = 0; Đặc tính ngắn mạch trường hợp đặc biệt đặc tính điều chỉnh U = Đặc tính khơng tải ngắn mạch loại máy phát chiều giống nhau, nên ta xét chung Các đặc tính khác ta xét riêng cho loại máy a) Đặc tính khơng tải Để lấy đặc tính khơng tải ta làm thí nghiệm khơng tải Lúc cầu dao nối với tải bên để hở, cho máy quay lên đến tốc độ n = nđm = const Tăng dần dịng kích từ It từ đến Itm lúc điện áp đầu cực máy đạt khoảng U = (1,15 - 1,25)Uđm Giảm It lúc U = Với máy kích từ độc lập đổi chiều dịng điện kích từ lại tăng giảm theo chiều (-) ta toàn chủ trình từ trễ BABA'B'A hình 21.2 Đoạn OB s.đ.đ Edư = (2 - 3)%Uđm ứng với It = từ dư gây nên Đường trung bình chu trình từ trễ đặc tính khơng tải máy Đây đặc tính từ hóa xác định phần tính tốn từ trường khơng tải b) Đặc tính ngắn mạch In = f(It), U = 0, n = Cte; Để có đặc tính ngắn mạch tất loại máy phát phải kích từ độc lập Nối ngắn Hình 4.10 Đặc tính khơng tải máy phát chiều mạch chổi than, quay máy lên tốc độ n = nđm, điều chỉnh It ta giá trị I tương ứng Khi ngắn mạch, Eư = Rư.Iư Rư bé nên để Iư = (1,25 - 1,5) Iđm It bé nên mạch từ khơng bão hịa quan hệ Iư = f(It) đường thẳng Đường máy chưa khử từ; đường máy khử từ a) Hình 4.11 Đặc tính ngắn mạch b) Hình 4.12 Dựng tam giác đặc tính c) Tam giác đặc tính Trên trục tọa độ vẽ đường đặc tính khơng tải (1) đặc tính ngắn mạch (2), hình 4.11 Từ Inm = Iđm chiếu sang (2) chiếu xuống trục It, ta It = OC Dòng It gồm phần: OD để sinh Enm = AD = BC, phần lại DC = AB để khắc phục phản ứng phần ứng lúc ngắn mạch Tam giác ABC có cạnh AB BC tỷ lệ với I gọi tam giác đặc tính hình 4.12a Với máy kích thích hỗn hợp dây quấn kích thích nối tiếp nối thuận, bù thừa cạnh AB nằm bên phải cạnh BC, hình 4.12b Máy phát điện chiều kích từ độc lập a) Đặc tính ngồi U=f(I) It = Cte, n = Cte Theo phương trình điện áp máy phát điện chiều U = Eư - RưIư nên I tăng, RưIư tăng phản ứng phần ứng tăng, nên E giảm xuống, cuối U giảm xuống U đm %  U  U đm  (5  10)% U đm Hình 4.13 Đặc tính ngồi máy phát điện chiều kích từ độc lập - Hình 4.14 Đặc tính ngồi xây dựng theo phương pháp vẽ Xây dựng đặc tính ngồi phương pháp vẽ: Trên hệ trục tọa độ UOIt vẽ đặc tính U = f(It) Trên trục It lấy It = OP = Cte, đặt tam giác đặc tính ABC có cạnh AB BC tỷ lệ với Iđm, cho đỉnh A nằm đặc tính khơng tải, cạnh BC nằm hình 4.13 Đặc tính ngồi máy phát đường PP' đoạn PC = U I = Iđm Dóng sang hệ trục UOI ta điểm D' đặc tính ngồi Từ ta tìm tiếp điểm D'' khác, hình 4.14 Chứng minh: Khi khơng tải I = 0, dịng kích từ It = OP để sinh E = U0 = PP' = OD Khi tải định mức I = Iđm, dịng kích từ cịn lại phần It0 = OQ phần QP = AB để khắc phục phản ứng phần ứng Như s.đ.đ cảm ứng dây quấn phần ứng Eư = QA = PB Điện áp đầu cực U = Eư - RưIư = PB - BC = PC Thực tế mạch từ có bão hịa nên đường đặc tính ngồi thực nghiệm đường đứt nét, nằm b) Đặc tính điều chỉnh It = f(I) U=Cte, n = Cte Đặc tính điều chỉnh cho biết hướng cần phải điều chỉnh It để giữ cho U = Cte Thường từ không tải đến tải Iđm để giữ U = Uđm dòng It phải tăng từ (15-25)%, hình 21.7 Xây dựng đặc tính điều chỉnh phương pháp vẽ: Vẽ đặc tính khơng tải, trục OU lấy U = Uđm = OF Kẻ đường FD song song với trục hồnh, cắt đặc tính khơng tải điểm M Từ M hạ vng góc với trục hồnh xác định điểm M' ứng với dịng kích từ It0 không tải I = Trên đường FD ta đặt tam giác đặc tính ứng với I = Iđm, cho đỉnh A nằm đặc tính khơng tải, đỉnh C nằm đường FD BC//OU Từ điểm C ta xác định điểm N, ON = Itđm, ứng với Iđm Cứ làm ta xây dựng đặc tính điều chỉnh, hình 21.8 Đường đặc tính điều chỉnh thực nghiệm đường đứt nét có ảnh hưởng bão hịa Hình 4.15 Đặc tính điều chỉnh Hình 4.16 Dựng tam giác đặc tính điều chỉnh Máy phát điện chiều kích từ song song a) Điều kiện tự kích thích Hình 4.17 đường đặc tính Vol-Ampe mạch kích thích Từ đường đặc tính khơng tải ta thấy, máy điện chiều ngừng hoạt động, lõi thép cực từ chính, gơng từ cịn lượng từ thơng dư Khi quay máy đến tốc độ định mức n = nđm, ban đầu It = 0, lúc đầu cực máy phát có điện áp Фdư cảm ứng nên, U = Edư = (2-3)%Uđm Nếu mạch kích từ nối kín có dịng điện kích từ It0 chạy qua Dịng It0 sinh từ thơng kích từ Фdư Nếu Фt0 chiều với Фdư điện áp đầu cực máy phát tăng trưởng, trính thành lập điện áp thiết lập Nếu Фt0 ngược chiều với Фdư chúng triệt tiêu máy khơng tự kích Điện áp xác lập đầu cực máy phát giao điểm đường đặc tính từ hóa mạch từ đường đặc tính Vol-Ampe mạch kích thích, hình 4.17 Từ ta có tgα = U/It = Rt Nếu Rt lớn điện áp xác lập điểm ứng với Edư Vậy điều kiện để máy tự kích là: - Máy phải có từ dư - Chiều quay máy phải phù hợp để Фt0 chiều với Фdư - Rt đủ nhỏ để U đạt giá trị u cầu b) Đặc tính ngồi U=f(I) Rt = Cte, n=Cte Dạng đặc tính ngồi hình 21.10, đường máy phát kích thích song song, đường máy kích thích độc lập Ta thấy đường dốc đường vì, với máy phát kích thích song song, tải tăng (I tăng), nguyên nhân cho điện áp đầu cực giảm xuống là: - Sụt áp RưI tăng - Phản ứng phần ứng tăng làm E giảm Hình 4.18 Đặc tính ngồi Nó cịn ngun nhân thứ U giảm It = U/Rt giảm, dẫn tới Фt giảm E giảm nhiều Từ đường đặc tính ta thấy tải tăng đến giá trị tới hạn Ith ứng với điểm K sau điện áp tụt nhanh zéro, với dịng điện ngắn mạch xác lập I0 ứng với Edư Điểm K điểm ứng với điểm chớm bão hịa Hình 4.19 Đặc tính ngồi xây dựng theo phương pháp vẽ đường đặc tính khơng tải, sau phần tuyến tính nên điện áp giảm nhanh Đặc tính ngồi máy phát kích thích song song xây dựng theo phương pháp vẽ hình 4.18 Vì máy phát kích thích song song It phụ thuộc vào U nên đường U = RtIt đường 0P qua gốc tọa độ c) Đặc tính điều chỉnh It = f(I) U=Cte, n = Cte Vì việc điều chỉnh dịng điện It khơng phụ thuộc nguồn kích từ lấy từ đâu nên đường đặc tính điều chỉnh máy phát kích thích song song giống máy phát kích thích nối tiếp, nhiên điện áp MF kích thích song song thay đổi nhiều nên It phải điều chỉnh nhiều Máy phát điện chiều kích thích hỗn hợp Máy phát điện chiều kích thích hỗn hợp có dây quấn kích thích song song nối tiếp Tuỳ theo cách nối dây quấn nối tiếp mà từ trường kích thích dây quấn chiều (nối thuận) ngược chiều (nối ngược) Nối ngược dùng cho máy phát hàn điện chiều a) Đặc tính U = f(I) n = Cte Cuộn dây kích từ nối tiếp nối thuận nối ngược, nên dạng đặc tính ngồi hình 4.20 Đường 1, nối thuận, bù thừa; đường 2, nối thuận, bù đủ; đường 3, kích thích song song; đường 4, nối ngược Phương pháp dựng đặc tính ngồi từ đặc tính khơng tải tam giác đặc tính tương tự máy phát kích thích song song Trên hình 4.20, đường (1) đặc tính khơng tải, đường (2) là quan hệ U = rtIt, đường (3) điện áp rơi RưIư Giao điểm đường (1) (2) điểm M ứng với Iư = dóng sang trục tung ta U0, điện áp lúc không tải Tam giác ABC ứng với Iđm trường hợp bù thừa Cho ABC tịnh Hình 4.20 Đặc tính ngồi MF chiều kích thích hỗn hợp tiến theo đường thẳng 2, cho A' nằm đường (1), C' nằm đường (2) G0C' = Uđm, dóng sang bên trái Hình 4.21 Đặc tính ngồi theo phương vẽ cắt đường Iđm cho ta điểm D điểm đặc tính ngồi ứng với Iđm Làm tương tự với tam giác A1B1C1 ứng với Iđm/2 ta điểm D1 Nối điểm U0, D1, D ta đặc tính Khi cần bù điện áp đường dây tải ta tăng dịng kích từ nối tiếp đặc tính đường đứt nét (ứng với điểm D') b) Đặc tính điều chỉnh It = f(I) U=Cte, n = Cte Đặc tính điều chỉnh máy kích từ hỗn hợp hình 4.22 với đường 1, nối thuận, bù đủ; đường 2, nối thuận, bù thừa; đường 3, nối ngược Hình 4.22 Đặc tính điều chỉnh máy PĐ1C kích thích hỗn hợp 3.1.3 Máy phát điện chiều làm việc song song *Điều kiện ghép song song máy phát Giả sử máy phát phát điện lên cái, ta cần ghép máy phát vào làm việc song song với máy 1, hình 4.23 Để việc ghép thuận lợi phải đảm bảo điều kiện sau: Cực tính máy phát phải nối cực tính S.đ.đ máy phát điện áp (E2 = U) Với máy kích từ hỗn hợp cần phải có dây cân điện Điều kiện thứ bắt buộc phải đảm bảo: không nối máy vào lưới hai máy bị ngắn mạch Điều kiện thứ không đảm bão: ghép máy vào lưới máy phải nhận tải đột ngột (nếu E2 > U), máy chuyển sang làm việc theo chế độ động (nếu E2 < U) Điều kiện thứ Hình 4.23 Máy phát điện chiều làm việc song song khơng đảm bão: Máy kích từ hỗn hợp, cuộn kích từ nối tiếp thường nối thuận Do vận hành lý giả sử tốc độ máy tăng lên, lúc s.đ.đ E1 tăng lên, I1 tăng lên E1 tiếp tục tăng Cứ máy dành hết tải bị tải, máy chuyển sang làm việc chế độ động *Phân phối chuyển tải máy phát Giả sử máy phát làm việc với tải I, có đặc tính ngồi, đường (1) hình vẽ Nếu máy phát có đặc tính dạng đường (2), ta cần chuyển tải từ máy qua máy 2, trình tiến hành sau: Tăng kích từ máy để đẩy đường (2) lên phía trên, đồng thời giảm kích từ máy (1) để hạ thấp đường (1) xuống, cho U = Cte I = I1 + I2 Nếu muốn chuyển toàn tải sang máy ta tiến hành trên, E1 = U, cắt hẳn máy khỏi Hình 4.24 Phân phối tải máy phát lưới máy mang tải tồn bộ, hình 4.24 Chú ý rằng:Nếu ta giảm It1 qúa nhanh mà E1 < U máy chuyển sang làm việc chế độ động Điều nguy hiểm máy phát kéo động nhiệt Từ hình 4.24 ta nhận thấy muốn phân phối tải máy hợp lý thuận lợi máy phải có đặc tính ngồi có độ dốc 3.2 Động điện chiều 3.2.1 Đại cương Động điện chiều sử dụng nhiều giao thông nơi cần điều chỉnh tốc độ liên tục dải rộng Phân loại động chiều máy phát: kích thích độc lập, song song, nối tiếp hỗn hợp 3.2.2 Đặc tính động điện chiều Các đặc tính làm việc động điện chiều quan hệ: n, M, η = f(Iư) U = Uđm = Cte Đặc tính n = f(Iư) giống đặc tính n = f(M) M ~ Iư Đường ứng với động kích thích song song, đường 2, với động kích thích hỗn hợp dq nối tiếp nối thuận nối ngược; đường với động kích từ nối tiếp, hình 22.11 Đặc tính M = f(Iư) U = Uđm = Cte Đây quan hệ M  CM I u Với động kích thích song song Φ = Cte nên đường M = f(Iư) đường thẳng (đường I) Động kích từ nối tiếp Φ ~ Iư nên M ~ I u2 đặc tính mơmen đường parabol (đường IV) Động kích từ hỗn hợp có đặc tính mơmen trung gian kích thích song song nối tiếp (đường II III) Đặc tính hiệu suất η = f(Iư) U = Uđm = Cte hình 4.23 Hình 4.23 Hiệu suất Hiệu suất cực đại thường thiết kế ứng với Iư = 0,75Iđm Thường η = 0,75 - 0,85 với động công suất bé η = 0,85 - 0,94 với động cơng suất trung bình lớn 3.2.3 Mở máy động điện chiều Các phương pháp mở máy Mở máy trực tiếp Theo phương pháp cần mở máy ta việc đóng thẳng động vào lưới Đặc điểm phương pháp: Tại t = 0, n = nên E  Cen  , dịng điện mở máy lúc là: I mm  U E U  Ru Ru Rư bé, thường Rư* = 0,2 - 0,1 nên Imm = (5-10)Iđm Phương pháp áp dụng cho động có cơng suất bé, với động Rư tương đối lớn Mở máy nhờ biến trở Hình 22.1 Mở máy nhờ biến trở Sơ đồ mở máy hình 4.24 Do có biến trở mắc nối tiếp vào mạch phần ứng nên dòng điện mở máy tính I mm  U E U  Ru  R f Ru  R f Điện trở Rf chọn cho Imm = (1,4 - 1,7)Iđm động lớn Imm = (2,0 -2,5)Iđm với động bé Theo sơ đồ hình 22.1 trình mở máy tiến hành sau: Khi t < 0, trượt Rđc để vị trí b để  t Hình 4.24 Q trình mở máy nhờ biến trở mắc vào mạch phần ứng có giá trị cực đại, chuyển mạch CM đặt vị trí số 1, tồn điện trở phụ nối nối tiếp với dây quấn phần ứng Khi t = 0, động đóng vào lưới điện, có dòng điện Iư  t phần ứng xuất mômen M  CM  t I u M > MC động quay, tốc độ động tăng từ đến giá trị đó, s.đ.đ tăng theo n, ( E  Cen ) Khi E tăng lên I u  U E Ru  R f giảm xuống, dẫn tới M giảm xuống, gia tốc giảm xuống Iư M giảm theo quy luật hàm mũ, phụ thuộc vào số thời gian Rư - Lư dây quấn phần ứng Tại thời điểm t = t1 Iư = (1,1 - 1,3)Iđm quay chuyển mạch sang vị trí 2, cắt bớt phần Rf khỏi mạch phần ứng, dòng điện Iư lại tăng lên, M tăng lên n lại tiếp tục tăng Iư M tăng gần tức thời Rư bé Quá trình tiếp tục toàn Rf cắt khỏi mạch phần ứng tốc độ động đạt đến giá trị định mức Mở máy cách giảm điện áp Phương pháp mở máy gần giống mở máy nhờ biến trở cần phải có nguồn điều chỉnh điện áp 3.3 Máy điện chiều đặc biệt 3.3.1 Máy điện chiều từ trường ngang Máy khuếch đại từ trường ngang máy phát điện chiều, có số lượng chổi than nhiều gấp đơi bình thường Ngồi đơi chổi than nằm vị trí bình thường máy điện khác (tạm gọi đôi chổi than thứ nhất), cịn có đơi chổi than nằm xen kẽ với chúng (tạm gọi đôi chổi than thứ hai) Do máy phát điện, hoạt động có động sơ cấp kéo Trong điều kiện bình thường, người ta dùng động điện để kéo Khi cho dòng điện nhỏ vào cuộn dây stator, sinh từ trường nhỏ theo hướng cực từ Từ trường cảm ứng sức điện động dẫn rotor hình vẽ Từ sản sinh điện áp chiều đôi chổi than thứ Các chổi than thứ nối ngắn mạch lại với Do tạo dịng ngắn mạch Dịng lớn, tạo từ trường thứ hai, thẳng góc với từ trường thứ nhất, có trị số lớn nhiều Từ trường tổng hợp có độ lớn phương gần từ trường thứ hai Do nằm ngang so với trục cực từ, nên ta gọi từ trường ngang Do đó, đơi chổi than thứ hai thẳng góc với đơi thứ nhất, tạo sức điện động lớn nhiều so với từ trường ban đầu Máy khuếch đại điện quay tạm coi máy phát điện, máy phát thứ kích thích từ trường dịng ngắn mạch máy phát thứ sinh Vì cần dịng điện nhỏ tạo từ trường ban đầu, cho công suất lớn đầu Máy khuếch đại điện quay máy phát điện chiều, có số lượng chổi than nhiều gấp đơi bình thường Ngồi đơi chổi than nằm vị trí bình thường máy điện khác (tạm gọi đơi chổi than thứ nhất), cịn có đôi chổi than nằm xen kẽ với chúng (tạm gọi đôi chổi than thứ hai) Do máy phát điện, hoạt động có động sơ cấp kéo Trong điều kiện bình thường, người ta dùng động điện để kéo 3.3.2 Máy phát hàn điện Muốn cho mối hàn đạt chất lượng thi nhiết lượng mối hàn dòng sinh phải ổn định Vì máy phát hàn phải có đặc tính ngồi U = f(I) có độ dốc cao loại máy này, lõi sắt cực chia làm phần.Một phần có tiết diện rộng, phần có tiết diện hẹp.Lõi sắt hẹp bão hịa mạnh cịn lõi sắt rộng bão hịa.Máy có dây quấn kích thích, dây quấn kích thích đặt lõi thép có tiết diện rộng, dây quấn kích thích đặt lõi thép có tiết diện hẹp.Phần ứng máy phát chia làm phần Hiện máy phát hàn điện kiểu sản xuất với: U đm =35V, U0=80V, i=500A 3.3.3 Máy khuếch đại từ Máy khuếch đại điện từ máy điện quay dùng để khuếch đâị tín hiệu điện thu từ phần tử mạch đo lường để đưa vào mạch khống chế Máy phát điện chiều kích thích độc lập xem máy khuếch đại điện từ bậc ... trường hợp này, dòng điện máy I đạt định mức IIđm, điện áp rơi máy I IIđmZnI, dòng điện máy II III, điện áp rơi máy II IIIđmZnII Vì hai máy làm việc song song, điện áp rơi hai máy phải nhau, ta... lưới điện b .Máy biến dòng điện Máy biến dòng điện dùng để biến dòng điện lớn thành dòng điện nhỏ để đo lường dụng cụ đo tiêu chuẩn điều khiển Cơng suất Máy biến dịng điện: 5÷100VA Máy biến dịng điện. .. cách điện cao MBA thường 2.2.4 Máy biến áp đo lường a Máy biến điện áp Máy biến điện áp (hình 1.36a) dùng để biến điện áp cao thành điện áp nhỏ để đo lường điều khiển Công suất máy biến điện