Giáo trình Máy điện 2 (Nghề Điện công nghiệp)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIÁO TRÌNH NỘI BỘ TÊN MƠN HỌC/MƠ ĐUN: MÁY ĐIỆN SỐ GIỜ: 60 H NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Tác giả: Nguyễn Thị Thanh Tú Lào Cai, tháng 01 năm 2017 -1- LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình Máy điện biên soạn sở chương trình khung nghề điện Công Nghiệp, đối tượng đào tạo hệ Cao đẳng nghề Trung cấp nghề Chương trình khung đào tào nghề Điện Công Nghiệp năm 2017 TCĐ Lào Cai xây dựng, ban hành sử dụng Giáo trình Máy điện giáo trình chun mơn nghề quan trọng chương trình đào tạo hệ Cao đẳng nghề trung cấp nghề Vì tập giảng bám sát chương trình khung nghề nhằm đạt mục tiêu đào tạo nghề đồng thời tạo điều kiện cho người sử dụng tài liệu tốt hiệu Nội dung giáo trình Máy điện biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu bổ xung nhiều kiến thức, đề cập nội dung bản, cốt yếu, nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước Giáo trình dùng làm tài liệu giảng dạy học tập cho giáo viên học sinh hệ cao đẳng nghề trung cấp nghề điện Công Nghiệp Đồng thời tài liệu tham khảo cho giaó viên học sinh ngành điện giảng dạy học tập hệ đào tạo ngắn hạn dài hạn khác trường Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình khơng tránh khỏi khiếm khuyết hy vọng nhận đóng góp ý kiến quý báu độc giả Đây tài liệu thử nghiệm hiệu chỉnh để trở thành giáo trình thức hệ thống đào tạo trường Trung cấp nghề Lào Cai -2- MỤC LỤC Trang 8 10 Bìa Lời nói đầu Mục lục Giới thiệu môn học Tài liệu tham khảo Bài 1: Máy điện đồng Định nghĩa công dụng Cấu tạo máy điện đồng Nguyên lý làm việc máy phát điện đồng Phản ứng phần ứng máy phát điện đồng Các đường đặc tính máy phát điện đồng Sự làm việc song song máy phát điện đồng Động máy bù đồng Sửa chữa, quấn lại dây máy phát đồng Bài 2: Máy điện chiều Đại cương máy điện chiều Cấu tạo máy điện chiều Nguyên lý làm việc máy điện chiều Từ trường sức điện động máy điện chiều Công suất điện từ mô men điện từ máy điện chiều Tia lửa điện cổ góp biện pháp khắc phục Máy phát điện chiều Động điện chiều Dây quấn phần ứng máy điện chiều Sửa chữa, quấn lại dây quấn máy điện chiều -3- GIỚI THIỆU MƠN HỌC Máy điện có mặt hầu hết ngành sản xuất dùng điện, sinh hoạt, sản xuất Vì người thợ cán quản lý kỹ thuật cần có kiến thức kết cấu nguyên lý làm việc máy điện cụ thể máy điện đồng máy điện chiều nội dung tài liệu cung cấp Từ đưa phương pháp vận hành sửa chữa hợp lý Hơn phát triển không ngừng khoa học công nghệ, máy điện nói chung ngày cải tiến đại, phức tạp đa dạng hơn…Do biên soạn giáo trình chúng tơi cân nhắc đến đặc điểm ngành nghề, thời gian đào tạo Môn học máy điện không trang bị cho học viên kiến thức kết cấu nguyên lý làm việc kỹ vận hành sửa chữa, mà trang bị cho học viện kỹ tính tốn phân tích thơng số mạch điện, để tìm phương án sửa chữa vận hành hợp lý Môn học máy điện cần sử dụng kiến thức môn học mạch điện, vật liệu điện, an tồn điện, bố trí học trước mơn học chun ngành làm kiến thức sở tiếp thu môn học khác Tài liệu tham khảo Công nghệ chế tạo Máy điện Máy biến áp, Nguyễn Đức Sĩ, NXB Giáo dục, Hà Nội 1995 Máy điện 1, Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ - Nguyễn Văn Sáu, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2001 Máy điện 2, Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ - Nguyễn Văn Sáu, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2001 Hướng dẫn sử dụng sửa chữa Máy biến áp, Động điện, Máy phát điện công suất nhỏ, Châu Ngọc Thạch, NXB Giáo dục, Hà Nội 1994 Tính tốn cung cấp lựa chọn thiết bị, khí cụ điện, Nguyễn Xn Phú - Nguyễn Cơng Hiền, NXB Giáo dục, Hà Nội 1998 Kỹ thuật điện, Đặng Văn Đào - Lê Văn Doanh, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1999 Các sách báo tạp chí điện Bài 1: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I Mục tiêu, yêu cầu chuẩn đầu -4- Học xong học sinh đạt được: - Nhận biết cấu tạo, nguyên lý làm việc máy điện đồng Ứng dụng phản ứng phần ứng, đường đặc tính làm việc sửa chữa, vận hành máy Mục đích máy phát đồng làm việc song song, điều kiện làm việc song song phương pháp hoà đồng máy phát đồng - Thực thí nghiệm khơng tải, có tải máy phát điện đồng pha, pha; hoà đồng máy phát điện đồng phương pháp đèn tắt, đèn quay mơ hình hoà đồng Sửa chữa, quấn lại dây máy phát điện đồng - Rèn luyện tác phong công nghiệp Tự học, tự nghiên cứu mở rộng nâng cao kiến thức, kỹ máy điện đồng II Nội dung A Kiến thức lý thuyết liên quan Định nghĩa công dụng: 1.1 Định nghĩa: Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay rơto n với tốc độ quay từ trường n1 gọi máy điện đồng Máy điện đồng có hai dây quấn: dây quấn stato nối với lưới điện có tần số f khơng đổi, dây quấn rơto kích thích dịng điện chiều Ở chế độ xác lập máy điện đồng có tốc độ quay rôto không đổi tải thay đổi 1.2 Công dụng máy điện đồng Máy phát điện đồng nguồn điện lưới điện quốc gia, động sơ cấp tua bin nước, tua bin khí, tua bin nước Cơng suất máy phát đạt đến 600 MVA lớn chúng thường làm việc song song Ở lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng kéo động diezen tua bin khí, làm việc đơn lẻ hai ba máy làm việc song song Động đồng sử dụng truyền động cơng suất lớn, đạt đến vài chục MW Trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh, động đồng sử dụng để truyền động máy bơm, nén khí, quạt gió với tốc độ không đổi Động đồng công suất nhỏ được sử dụng thiết bị đồng hồ điện, dụng cụ tự ghi, thiết bị lập chương trình, thiết bị điện sinh hoạt Máy bù đồng dùng để phát công suất phản kháng cho lưới điện để bù hệ số công suất ổn định điện áp Cấu tạo máy điện đồng Cấu tạo máy điện đồng gồm phận stato rơto Trên hình 1-1 vẽ mặt cắt ngang trục máy : thép stato ; : dây quấn stato ; : thép rôto ; : dây quấn rôto -5- Hình 1-1 Mặt cắt ngang trục máy Hình 3-2 a) Rôto cực ẩn b) Rôto cực lồi 2.1 Stato Stato máy điện đồng giống stato máy điện khơng đồng bộ, gồm hai phận lõi thép stato dây quấn ba pha stato Dây quấn stato gọi dây quấn phần ứng 2.2 Rơto Rơto máy điện đồng có cực từ dây quấn kích từ dùng để tạo từ trường cho máy, máy công suất nhỏ rôto nam châm vĩnh cửu -6- Có hai loại : rơto cực ẩn rơto cực lồi Hình 1-2a vẽ rơto cực ẩn, hình 1- 2b vẽ rơto cực lồi Rơto cực lồi dùng máy có tốc độ thấp, có nhiều đơi cực Rơto cực ẩn thường dùng máy có tốc độ cao 3000 vg/ph, có đơi cực Để có sđđ sin, từ trường cực từ rơto phải phân bố hình sin dọc theo khe hở khơng khí stato rơto, đỉnh cực từ có từ cảm cực đại Đối với rơto cực ẩn, dây quấn kích từ đặt rãnh Đối với rơto cực lồi dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ Hai đầu dây quấn kích từ luồn trục nối với hai vịng trượt đặt đầu trục, thơng qua hai chổi điện để nối với nguồn kích từ (hình 1-3) Nguyên lý làm việc máy phát điện đồng Cho dịng điện kích từ (dịng điện khơng đổi) vào dây quấn kích từ tạo nên từ trường rôto quay rôto động sơ cấp, từ trường rôto cắt dây quấn phần ứng stato cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệu dụng là: E0 = 4,44fw1kdq (1.1) Trong đó: Eo, wl, kdq, Ф0 sđđ pha, số vòng dây pha, hệ số dây quấn, từ thơng cực từ rơto Nếu rơto có p đơi cực, rơto quay vịng, sđđ phần ứng biến thiên p chu kì Do tần số f sđđ pha lệch góc pha 1200 F = pn , n đo vg/s (1.2a) f = , n đo vòng /phút (1.2b) Dây quấn ba pha stato có trục lệch khơng gian góc 120 điện , sđđ pha lệch góc pha 1200 Khi dây quấn stato nối với tải dây quấn có dịng điện ba pha giống máy điện không đồng bộ, dòng diện ba pha ba dây quấn tạo nên từ trường quay, với tốc độ n1 = 60 f/p, tốc độ n rôto Do loại máy điện gọi máy điện đồng Phản ứng phần ứng máy phát điện đồng Khi máy điện làm việc, từ thông cực từ rôto Ф0 cắt dây quấn stato cảm ứng sđđ Eo chậm pha so với từ thơng Ф0 góc 900 (hình 1-4a) Dây quấn stato nối với tải tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải Dòng điện I dây quấn stato tạo nên từ trường quay phần ứng Từ trường phần ứng quay đồng với từ trường cực từ Ф0 Góc lệch pha Eo I tính chất tải định Tác dụng từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi phản ứng phần ứng Trường hợp tải trở (hình 1-4a) góc lệch pha ψ = 0, E0 I -7- pha Dịng điện I sinh từ thơng phần ứng pha với dòng diện Từ trường phần ứng theo hướng ngang trục, làm méo từ trường cực từ, ta gọi phản ứng phần ứng ngang trục Hình 3-4 Phản ứng phần ứng máy phát điện đồng Trường hợp tải cảm (hình 1-4b) góc lệch pha ψ = 900 dòng điện I sinh từ trường phần ứng Ф ngược chiều với Ф0 ta gọi phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm giảm từ trường tổng Trường hợp tải dung ψ = -900 (hình 1-4c) dịng điện sinh từ trường phần ứng Ф chiều với Ф0 , ta gọi phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ, có tác dụng làm tăng từ trường tổng Trường hợp tải (hình 1-4d) ta phân tích dịng điện I thành hai thành phần: thành phần dọc trục Id = Isinψ thành phần ngang trục Iq = Icosψ, dòng điện I sinh từ trường phần ứng vừa có tính chất ngang trục, vừa có tính chất dọc trục khử từ trợ từ tuỳ theo tính chất tải (tính chất điện cảm tính chất điện dung) Các đường đặc tính 5.1 Đặc tính ngồi (đặc tính có tải) máy phát điện đồng bộ: Đặc tính ngồi máy phát quan hệ điện áp U cực máy phát dòng điện tải I tính chất tải khơng đổi (Cosφt = Const), tần số dịng điện kích từ máy phát khơng đổi Từ phương trình điện áp:   E  j X  j X U d d q q -8- Ta vẽ đồ thị véctơ ứng với loại tải khác Ta thấy tải tăng, tải cảm trở điện áp giảm (tải cảm điện áp giảm nhiều hơn), tải dung điện áp tăng Bằng đồ thị, ta thấy rằng, điện áp máy phát phụ thuộc vào dịng điện đặc tính tải Hình 1.8a vẽ đặc tính ngồi máy phát  ;  kt  const (E0  const ) cos  t không  kt U0 U0 cos   Uñm cos   cos    đm  đm Hình 4.8 Các dạng đường đặc tính máy phát điện đồng đổi ứng với tải khác Khi tất có tính chất cảm phản ứng phần ứng dọc trục khử từ làm từ thơng tổng giảm đặc tính ngồi dốc tải điện trở Để giữ điện áp U định mức, phải thay đổi E0 cách điều chỉnh kích từ cho    đm có   vẽ hình 4.8b Độ biến thiên điện áp đầu cực máy phát làm việc định mức so với không tải xác định sau: U%  U0  Uñm E  Uñm 100%  100% Uñm Uñm Độ biến htiên điện áp U% máy đạt đến vài chục phần trăm điện kháng đồng Xñb lớn 5.2 Đặc tính điều chỉnh Đường đặc tính điều chỉnh quan hệ dịng điện kích từ dịng điện tải điên áp U không đổi định mức Hình 4.8c vẽ đường đặc tính điều chỉnh máy phát đồng với hệ số công suất khác Phần lớn máy phát điện đồng có tự động điều chỉnh dịng kích từ giữ cho điện áp không đổi Sự làm việc song song máy phát điện đồng Khi ghép máy phát điện đồng làm việc song song hệ thống điện lực với máy phát điện đồng khác, để tránh dòng điện xung Mđt có trị số lớn gây cố hỏng máy thiết bị khác hệ thống phải đảm bảo điều kiện sau: - Điện áp máy phát phải trùng pha với điện áp lưới (cực tính máy phát cần ghép song song phải giống cực tính lưới): UF = UL -9- - Tần số hệ thống ghép vào phải (quay tốc độ n): fF = fL - Đối với máy phát điện ba pha cần thêm điều kiện thứ 3: Cùng thứ tự pha Khi ghép song song việc điều chỉnh điện áp U F máy phát điện thực cách thay đổi dịng điện kích thích máy Tần số fF máy điều chỉnh cách thay đổi momen tốc độ quay động sơ cấp kéo máy phát Sự trùng pha điện áp máy phát điện lưới điện kiểm tra đèn, vôn mét không dụng cụ đo đồng Thứ tự pha máy phát điện đồng thường kiểm tra lần sau lắp ráp máy hoà đồng với lưới điện lần đầu Việc ghép song song máy phát điện vào hệ thống điện theo điều kiện gọi hồ đồng xác máy phát điện Trong số trường hợp dùng phương pháp hồ đồng khơng xác nghĩa khơng phải so sánh tần số, trị số góc pha điện áp máy phát điện cần ghép song song lưới điện, phương pháp gọi phương pháp tự đồng Động máy bù đồng 7.1 Động điện đồng 7.1.1 Khái quát động điện đồng Các động điện xoay chiều dùng nhiều sản xuất thường động điện khơng đồng bộ, loại động điện có đặc điểm cấu tạo đơn giản, làm việc chắn, bảo quản dễ dàng giá thành hạ Tuy nhiên động điện đồng có ưu điểm định nên thời gian gần sử dụng rộng rãi so sánh với động không đồng lĩnh vực truyền động điện Về ưu điểm, trước hết phải nói động điện đồng kích thích dịng điện chiều nên làm việc với cos = không cần lấy công suất phản kháng từ lưới điện, kết hệ số công suất lưới điện nâng cao, làm giảm điện áp rơi tổn hao cơng suất đuờng dây Ngồi ưu điểm đó, động điện đồng chịu ảnh huởng thay đổi điện áp lưới điện mômen động điện đồng tỉ lệ với U mô men động không đồng tỉ lệ với U2 Vì điện áp lưới sụt thấp cố, khả giữ tải động điện đồng lớn hơn; trường hợp tăng kích thích, động điện đồng làm việc an toàn cải thiện điều kiện làm việc lưới điện Cũng phải nói thêm rằng, hiệu suất động điện đồng thường cao hiẹu suất động không đồng vỡ động đồng có khe hở tương đối lớn khiến cho tổn hao sắt phụ nhỏ Nhược điểm động đồng so với động không đồng chỗ cấu tạo phức tạp, đòi hỏi phải có máy kích từ nguồn cung cấp dịng điện chiều khiến cho giá thành cao Hơn việc mở máy động đồng phức tạp việc - 10 - máy Imở lớn, làm ảnh hưởng đến lưới điện Để giảm dòng điện mở máy, đạt Imở = ( 1,5 ÷ 2) Imở , ta dùng biện pháp sau: * Dùng biên trở mở máy Rmở Mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng (hình 4.17) Dịng điện mở máy phấn ứng lúc có biến trở mở máy là: U (4 9) Iư mở = Pư+Rmở Lúc đầu để biến trở Rúm lớn nhất, trình mở máy, tốc độ tăng lên, sức điện động En tăng điện trở mở máy giảm dần đến không, máy làm việc điện áp định mức * Giảm điện áp đặt vào phần ứng Phương pháp sử dụng có nguồn điện chiều điều chỉnh điện áp, ví dụ hệ thống máy phát - động cơ, nguồn chiều chỉnh lưu Cần ý để mơmen mở máy lớn, lúc mở máy phải có từ thơng lớn nhất, thơng số mạch kích từ phải điều chỉnh cho dịng điện kích từ lúc mở máy lớn 8.2 Điều chỉnh tốc độ Từ phương trình (4.17a) rút Eư = U - RưIư Thay trị số Eư = kE.nΦ , ta có phương trình tốc độ U - RưIư (4.20) n= kEΦ Nhìn vào phương trình ( 1 20) cách tổng quát thấy muôn điều chỉnh tốc độ, ta có phương pháp sau * Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng Khi thêm điện trở vào mạch phần ứng tốc độ giảm Vì dịng điện phần ứng lớn, nên tổn hao công suất điện trở điều chỉnh lớn Phương pháp sử dụng động công suất nhỏ * Thay đối điện áp U Dùng nguồn điện chiều điều chỉnh điện áp cung cấp điện cho động Phương Pháp sử dụng nhiều * Thay đổi từ thơng Thay đổi từ thơng cách thay đổi dịng điệnHình kích từ.Dùng biến trở mở máy 4-17: Khi điều chỉnh tốc độ, ta kết hợp phương pháp Ví dụ phương pháp thay đổi từ thơng kết hợp với phương pháp thay đổi điện áp phạm vi điều chỉnh rộng, - 33 - ưu điểm lớn động điện chiều Dưới ta xét cụ thể loại động chiều 8.3 Động điện kích từ song song Sơ nối dây hình 4- , vẽ chiều dịng điện vào động I, dịng điện phần ứng Iư dịng điện kích từ Ikt Để mở máy ta dùng biến trở mở máy Rmở Để điều chỉnh tốc độ, thường dùng điều chỉnh Rác để thay đổi Ikt thay đổi từ thông Φ Phương pháp sử dụng rộng rãi, song cần ý giảm từ thông Ф, dịng điện phần ứng tư tăng q trị số cho phép, cần có phận bảo vệ, cắt điện không cho động làm việc, từ thơng giảm q nhiều * Đường đặc tính n = fM) Đơng đặc tính đường quan hệ tốc độ mô men quay M điện áp U điện trở mạch phần ứng mạch kích từ khơng đổi Từ cơng thức (4.20), ta có: U Rư n = k Φ - k Φ Iư (4.21) E E Mặt khác theo biểu thức mô men điện từ M = kMIưΦ rút M , thay vào biểu thức tốc độ ta có: Iư = k MΦ U Rư n= M (4.22a) kEΦ kEkMΦ2 Nếu thêm điện trở Rp vào mạch phần ứng ta có phương trình: n = U Rư+Rp kEΦ kEkMΦ2 M (4.22b) Trên hình 418b vẽ đường đặc tính cơ, đường đường đặc tính tự nhiên (Rp = ứng với phương trình 22a) Đường với Rp ≠ ứng với phương trình 22b) * Đặc tính làm việc Đường đặc tính làm việc xác định điện áp dịng điện kích từ khơng đổi Đó đường quan hệ tốc độ n, mơmen M, dịng điện phần ứng Iư hiệu suất η theo công suất trục P2, vẽ hình 4-18c - 34 - Hình4-18 Động điện kích từ song song Ta có nhận xét động điện kích từ song song có đặc tính cứng, tốc độ không đổi công suất trục P2 thay đổi, chúng dùng nhiều máy cắt kim loại, máy công cụ v v Khi có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ ta dùng động kích từ độc lập 8.4 Động kích từ nối tiếp Sơ đồ nối dây vẽ hình 4-19a Để mở máy ta dùng biến trở mở máy Rmở Để điều chỉnh tốc độ ta dùng phương pháp nói mục 4.7.2, song ý rằng, điều chỉnh từ thông, ta mắc biến trở điều chỉnh song song với dây quấn kích từ nối tiếp * Đường đặc tính n = f(M) Khi máy khơng bão hồ, dịng điện phần ứng tư từ thơng tỷ lệ với nhau, nghĩa là: (4.23) Iư = kl Φ 2 đó: M =kMIưФ = kMklΦ = k (I)Φ2 là: Φ = M k (4.24) k = kMkI Thay biểu thức (4.23) (4.24) vào (4.20) ta có: kIRư kU n= kE M kE k k Đặt k = a , k = b , cuối ta có: E E aU - bRư (4.25) n= M Từ biểu thức (4.25) thấy rằng, phương trình đặc tính có dạng - 35 - Hình 4-19 Động kích từ nối tiếp hypebơn (4.19b) Đường đặc tính mềm, mơmen tăng tốc độ giảm Khi khơng tải tải nhỏ, dịng điện từ thơng nhỏ, tốc độ động tăng gây hỏng động mở khí, khơng cho phép động kích từ nối tiếp mơ máy khơng tải tải nhỏ * Đường đặc tính làm việc Trên hình 4-19c vẽ đường đặc tính làm việc Động phép làm việc với tốc độ n nhỏ tốc độ giới hạn ngh Đường đặc tính vùng làm việc vẽ đường nết liền Vì chưa bão hồ mơ men quay động tỷ lệ với bình phương dịng điện, tốc độ giảm theo tải , động kích từ nối tiếp thích hợp chế độ tải nặng nề, sử dụng nhiều giao thông vận tải hay thiết bị cầu trục 8.5 Động có kích từ hỗn hợp Sơ đồ nối dây vẽ hình 4-20a: Các dây quấn kích từ nối thuận (từ trường dây quấn chiều) làm tăng từ thông, nối ngược (từ trường dây quấn ngược nhau) làm giảm từ thơng Hình 4-20 Động kích từ hỗn hợp - 36 - Đặc tính động kích từ hỗn hợp nối thuận (đường 1) trưng bình đặc tính động kích từ song song (đường 2) nối tiếp (đường 3) (hình 4-20) Các động làm việc nặng nề, dây quấn kích từ nối tiếp dây quấn kích từ chính, cịn dây quấn kích từ song song phụ nối thuận Dây quấn kích từ song song đảm bảo tốc độ động không tăng lớn mơ men nhỏ Động kích từ hỗn hợp có dây quấn kích từ nối tiếp kích từ phụ, nối ngược, cố đặc tính cứng (đường 4) hình 4-20, nghĩa tốc độ quay không đổi mô men thay đổi Thật vậy, mơmen quay tăng, dịng điện phần ứng tăng, dây quấn kích từ song song làm tốc độ giảm ít, có dây quấn kích từ nối tiếp nối ngược, làm giảm từ thông máy, dễ tăng tốc độ động lên cũ Ngược lại nối thuận làm cho đặc tính động mềm hơn, mơ men mở mày lớn hơn, thích hợp với máy ép máy )ôm, máy nghiền, máy cán vv…vv 8.6 Động vạn Trong công nghiệp thiết bị điện sinh hoạt, người ta sử dụng rộng rãi loại động có vành góp dùng với dòng điện chiều dòng điện xoay chiều, nên gọi động vạn Động vạn thường có hai cực từ với dây quấn kích từ nối tiếp Dịng kích từ dịng phần ứng, nên từ thơng dịng phần ứng biến thiên đồng thời với nhau, bảo đảm chiều mômen quay động không đổi Động vạn thích hợp với chế độ làm việc nặng nề, nên nhiều nước sử dụng động đường sắt với lưới điện xoay chiều tần số 50 Hz (hoặc 25 hay 16 2/3 Hz) Dây quấn phần ứng máy điện chiều Dây quấn phần ứng máy điện chiều thực chất dây quấn máy điện xoay chiều kết hợp với vành đổi chiều để chỉnh lưu sức điện động xoay chiều thành chiều Trên thực tế dây quấn hình thành đấu nối tiếp bối dây xếp hay sóng theo thứ tự định làm thành mạch vịng kín, hai đầu vỉa bối dây nối vào hai phiến đổi chiều Để giảm bớt số rãnh so với số phần tử, chế tạo bối dây gồm u = 1, 2, phần tử Như đặt bối vào rãnh để thành dây quấn hai lớp, rãnh có 2u cạnh tác dụng nên rãnh thực chia thành u rãnh ngun tố (hình 5-14), tổng số rãnh nguyên tố Znt = u.Z - 37 - Giữa số phần tử S dây quấn, số rãnh nguyên tố Znt số phiến góp G có mối quan hệ định Vì phần tử có hai đầu nối với hai phiến góp, đồng thời phiến góp lại nối hai đầu hai phần tử lại với nên số phần tử S phải số phiến góp G, ta có : S = G Do rãnh nguyên tố đặt hai cạnh tác dụng mà phần tử có hai cạnh tác dụng nên ta có quan hệ: Znt=S=G Quy luật nối phần tử để tạo thành dây quấn xác định bốn loại bước dây quấn sau: * Bước dây thứ y1: khoảng cách hai cạnh tác dụng phần tử đo số rãnh ngun tố (hình 5-15) Đó khoảng cách bước cực dây quấn máy điện xoay chiều: Znt y1 = 2p ±ε = Số nguyên Khi ε=o ta có dây quấn bước đủ, ε0, với dấu (-) có dây quấn bước ngắn, dấu (+) có dây quấn bước dài - 38 - Hình 5-15 Các bước dây quấn a) dây quấn xếp: b) dây quấn sóng * Bước dây quấn thứ y2 : khoảng cách cạnh tác dụng thứ hai phần tử thứ với cạnh tác dụng thứ phần tử nối tiếp sau tính bàng số rãnh nguyên tố * Bước dây tổng hợp y: khoảng cách hai cạnh tương ứng hai phần tử liên tiếp đo số rãnh nguyên tố * Bước cổ góp yG: khoảng cách hai phiến góp nối với hai cạnh tác dụng phần tử đo số phiến góp (hình 5-15) Dây quấn máy điện chiều thường phân thành loại sau: 9.1 Dây quấn xếp đơn Khi m=l ta có dây quấn xếp đơn Khi m=2 ta có dây quấn xếp phức Dấu (+) biểu thức ứng với cách quấn phải quấn tiến, dấu (-) ứng với cách quấn trái lùi (h.5.16) Hình 5-16 a) Dây quấn xếp phức tạp quấn phải - 39 - b)dây quấn xếp đơn quấn trái Lấy ví dụ dây quấn xếp đơn để minh hoạ Có dây quấn xếp với Z=Znt=S=G=16, 2p=4, yG=+l Znt 16 Bước thứ nhất: yl = ε = = , dây quấn bước đủ 2p yG = +y2 = +l , dây quấn quấn phải Trình tự nối phần tử rãnh sau: - Thứ tự nối dây : Lớp Lớp 10 11 12 13 14 15 16 10 11 12 13 14 15 16 - Vẽ sơ đồ trải N S A1 + 11 10 12 13 14 N B1 A2 - + A B + - 15 16 S 1 1 B2 - Hình 5-17a Giản đồ triển khai dây quấn hai lớp Ta có dây quấn hai lớp Giản đồ khai triển dây quấn hình 5-17a Lần lượt đặt 16 phần tử vào 16 rãnh đầu cạnh thứ phấn tử thứ nối với phiến đổi chiều thứ đặt vào rãnh thứ lớp (nét liền) cạnh thứ hai phần tử thứ đặt lớp rãnh số (đường nét đứt) nối với phiến đổi chiều thứ hai tiếp tục sang phần tử tiếp theo, đến phần tử thứ 16 ta trở phiến đổi - 40 - chiều số mạch khép kín 16 phần tử với bước cực τ đặt cực từ Bắc Nam xen kẽ Với chiều quay phần ứng hình 5-17a, chiều sức diện động phần tử 2, 3, 10, 11, 12 hai cực N ngược chiều với chiều vòng sức điện động phần tử 6, 7, 14, 15, 16 hai cực S thuận theo chiều vòng Các chổi than phải ngắn mạch phần tử có sức điện động khơng phần đổi chiều 1, 2; 5, 6; 9, 10;13, 14, nghĩa cực từ Từ chổi điện nhìn vào biểu thị dây quấn sơ đồ ký hiệu hình 5-17b Từ sơ đồ ký hiệu ta thấy dây quấn xếp tương đương mạch điện song song ứng với cực từ Vì với dây quấn xếp đơn có đôi mạch song song số đôi cực từ: a = p Cùng lập luận vậy, số đôi mạch nhánh song song dây quấn xếp phức bằng: a=mp Dây quấn xếp phức khác với dây quấn xếp đơn bước vành góp, yG =m thường m=2 Hình 5- 17b 9.2 Dây quấn xếp phức tạp * Bước dây quấn: Đặc điểm dây quấn xếp phức tạp yG = m (m = 2, 3, ) Thông thường dùng m = Trong máy công suất thật lớn dùng m >  Khi m = - Nếu số rãnh nguyên tố số phần tử chẵn ta dây quấn xếp đơn độc lập - Nếu số rãnh nguyên tố số phần tử lẻ ta dây quấn xếp đơn không độc lập mà nối tiếp thành mạch kín Như coi dây quấn xếp phức tạp gồm m dây quấn xếp đơn làm việc song song nhờ chổi than Và chổi than phải có bề rộng m lần phiến góp lấy điện * Ví dụ: Vẽ sơ đồ trải dây quấn phần ứng máy điện chiều quấn xếp phức tạp biết: - 41 - Znt = G = S = 24 ; 2p = - Tính tốn : - Các bước dây quấn y:  11 13 15 17 19 21 23 y2 = y - y = - = yG = y = Thứ tự nối phần tử: Lớp Z 24  6 2p Khép kín Lớp 11 13 15 17 19 21 23 Lớp Lớp 10 12 14 16 18 20 22 24 Khép kín 10 12 14 16 18 20 22 24 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 N 23 24 Gi ¶ n ®å k h a i t r i Ĩn d ây q u ấn M Đ M C Dõy quấn xếp phức tạp yG = m = 2; 2p = 4; Znt = S = G = 24 n S A1 + N 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 B1 A + S A2 + B2 - B - - 42 - 9.3 Dây quấn sóng 9.3.1 Dây quấn sóng đơn * Đặc điểm - Hai đầu phần tử nối với hai phiến đổi chiều cách xa bước cực - Hai phần tử nối tiếp cách xa hình thành dạng gần giống sóng mang tên dây quấn sóng * Bước quấn - Bước dây quấn thứ y1 giống dây quấn xếp đơn - Khi chọn YG trước hết phải yêu cầu sức điện động sinh hai phần tử nối tiếp chiều nhau, sức điện động cộng số học với Muốn hai phần tử phải nằm cực từ cực tính có vị trí tương đối gần giống từ trường nghĩa cách khoảng hai bước cực Mặt khác phần tử nối tiếp sau quấn vòng quanh bề mặt phần ứng phải trở bên cạnh phần tử để lại tiếp tục nối với phần tử khác quấn vịng thứ hai Với số đơi cực p muốn cho phần tử nối tiếp vịng bề mặt phần ứng phải có p phần tử - Hai phiến đổi chiều nối với hai đầu phần tử cách YG phiến Do muốn sau quấn song phần thứ đến cuối phần tử cuối phải kề với đầu phần tử số phiến đổi chiều mà phần tử phải vượt qua p.YG  G   YG  G 1 p - Nếu lấy dấu (- ) ta có dây quấn trái, dấu (+) ta có dây quấn phải Thường dùng dây quấn trái cho đỡ tốn đồng - Theo định nghĩa bước dây quấn ta có : y = yG  y1  G 1 p Z nt  2p y2 = y – y1 * Vẽ giản đồ khai triển : VD:Vẽ sơ đồ trải dây quấn phần ứng quấn kiểu sóng đơn biết: Znt = S = G = 15 2p = - Tính tốn : - 43 - + Bước dây quấn: y1 = Z nt   = 15 - = (bước ngắn) 2p 4 15  G 1 y = yG = = = (dây quấn trái) p y2 = y - y1 = - = + thứ tự nối phần tử: Lớp Lớp 11 10 15 7 14 13 12 11 10 S N Dây quấn sóng đơn có Znt = S = G = 15; 2p = n 15 17 14 13 12 11 10 A + 13 14 15 S N 10 11 B1 - A1 + 12 12 13 A2 + 14 15 B2 - B - Dây quấn sóng đơn có đôi mạch nhánh song song: a = Quy luật nối dây dây quấn sóng đơn nối tiếp tất phần tử cực có cực tính lại nối với phần tử cực có cực tính khác hết 9.3.2 Dây quấn sóng phức tạp * Đặc điểm - Trong dây quấn sóng phần tử nối tiếp quay vòng quanh bề mặt phần ứng khơng trở vị trí kế phần tử đầu mà cách m phần tử ta dây quấn sóng phức tạp Cứ tiếp tục quấn vịng sau cách vịng trước hay m phần tử kín mạch - 44 - - Nếu cịn phần tử cịn thừa lại chúng lại nối với theo quy luật hợp thành hay m mạch kín khác * Bước quấn: - Căn vào cách quấn ta có yG = G±m/p - Các bước dây quấn khác giống dây quấn sóng đơn * Vẽ sơ đồ khai triển VD: Vẽ sơ đồ trải dây quấn phần ứng quấn kiểu sóng đơn biết: Znt = S = G =18 2p = 4; m = - Tính tốn : + Bước dây quấn y1  Z nt 18     2p 4 y  yG  G  m 18   8 p y2 = y – y1 = – = +thứ tự nối phần tử: Lớp 10 18 Khép kín 16 14 12 Lớp Lớp Líp trªn 14 12 10 18 16 17 15 13 11 Lớp 13 11 17 Khép kín 15 - 45 - Dây quấn sóng phức tạp có: m = 2; 2p = 4; Znt = S = 18 n N 10 11 12 S A1 + N 10 11 12 B1 A + 13 14 15 16 17 18 13 14 S 15 A2 + 16 17 18 B2 - B - Dây quấn sóng phức tạp gồm m dây quấn sóng đơn hợp lại số đơi mạch nhánh song song dây quấn sóng phức tạp: a = m 10 Quấn lại dây quấn phần ứng máy điện chiều Quấn lại dây quấn phần ứng (roto) máy điện chiều có Z = Znt = S = G = 16; 2p = 4; yG = +1; dây quấn kiểu xếp đơn Trình tự thực Bước 1: Lót cách điện rãnh (nếu cần) Bước 2: Quấn dây theo sơ đồ Bước 3: Kiểm tra thông mạch Bước 4: Hàn nối Bước 5: Lắp máy, chạy thử CÂU HỎI ƠN TẬP 1, Trình bày cấu tạo máy điện chiều? 2, Trình bày nguyên lý làm việc máy phát điện chiều? 3, Phân loại máy phát điện chiều động điện chiều theo phương pháp kích từ? 4, Trình bày phản ứng phần ứng máy phát điện đồng bộ? 5, Trình bày từ trường sức điện động máy điện chiều? 6, Trình bày tia lửa điện cổ góp nguyên nhân biện pháp khắc phục? 7, Tính tốn vẽ sơ đồ trải dây quấn roto máy điện chiều có Z = Znt = S = G = 16; 2p = 4; yG = +1; dây quấn kiểu xếp đơn 8, Tính toán vẽ sơ đồ trải dây quấn roto máy điện chiều có Z = Znt = S = G = 24; 2p = 4; yG = +2; dây quấn kiểu xếp phức - 46 - 9, Tính toán vẽ sơ đồ trải dây quấn roto máy điện chiều có Znt = S = G = 15; 2p = 4; m = -1; dây quấn kiểu sóng đơn 10, Tính tốn vẽ sơ đồ trải dây quấn roto máy điện chiều có Znt = S = G = 18; 2p = 4; m = -2; dây quấn kiểu sóng phức - 47 - ... phần tử: Lớp Z 24  6 2p Khép kín Lớp 11 13 15 17 19 21 23 Lớp Lớp 10 12 14 16 18 20 22 24 Khép kín 10 12 14 16 18 20 22 24 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 N 23 24 Gi ¶ n ®å k h... tạo máy điện chiều Nguyên lý làm việc máy điện chiều Từ trường sức điện động máy điện chiều Công suất điện từ mô men điện từ máy điện chiều Tia lửa điện cổ góp biện pháp khắc phục Máy phát điện. .. dòng điện Iư , nên En cịn gọi sức phản điện Phương trình điện áp là: U = Eư - RưIư (4 .2) Từ trường sức điện động máy điện chiều 4.1 Từ trường sức điện động máy điện chiều - 24 - Khi máy điện