Giáo trình Máy điện

ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN Biên soạn : ThS NGUYỄN NGỌC TRUNG ThS PHẠM HỮU TẤN TP.HCM, NĂM 2013 (LƯU HÀNH NỘI BỘ) LỜI NÓI ĐẦU Nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy làm tài liệu tham khảo cho môn chuyên ngành Điện Trường Cao Đẳng Giao Thơng Vận Tải TP.HCM Cuốn sách đời làm giáo trình để giảng dạy cho học sinh học hệ Cao đẳng Trung cấp chuyên ngành điện ngành liên quan Nội dung sách trình “ Máy điện” bày chi tiết vấn đề dựa theo chương trình khung Bộ Giáo Dục Đào Tạo kết hợp với kiến thức nhằm nâng cao chất lượng đào tạo, đáp ứng với phát triển công nghệ đại Trong trình biên soạn, giáo trình số hạn chế sai sót Mong nhận đóng góp ý kiến để hoàn thiện Mọi đóng góp xin gửi về: Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử ,Trường Cao Đẳng Giao Thơng Vận Tải TP.HCM Tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trang Chương mở đầu : Khái niệm máy điện PHẦN 1: MÁY BIẾN ÁP ( 15 tiết) Chương : Khái niệm Máy biến áp 1.1 Đại cương 1.2 Cấu tạo 1.3 Nguyên lý làm việc máy biến áp 1.4 Các đại lượng định mức Chương : Tổ nối dây mạch từ Máy biến áp 2.1 Mạch từ Máy biến áp 2.2 Tổ nối dây Máy biến áp Chương : Các quan hệ điện từ Máy biến áp 3.1 Các phương trình 3.2 Mạch điện tương đương 3.3 Đồ thị vectơ 3.4 Cách xác định tham số Chương : Máy biến áp làm việc tải xác lập đối xứng 4.1 Giản đồ lượng 4.2 Độ thay đổi điện áp cách điều chỉnh điện áp 4.3 Hiệu suất 4.4 Máy biến áp làm việc song song 4.5 Máy biến áp đặc biệt 10 11 13 15 17 17 23 25 27 28 32 34 36 38 39 PHAÀN II : LÝ LUẬN CHUNG CỦA MÁY ĐIỆN QUAY (18 tiết ) Chương : Sức điện động máy điện quay 1.1 Sức điện động máy điện chiều 1.2 Sức điện động cảm ứng dây quấn máy điện xoay chiều 1.3 Các phương pháp cải thiện dạng sóng sức điện động Chương : Dây quấn phần ứng máy điện quay 2.1 Đại cương 2.2 Dây quấn pha có q số nguyên 2.3 Dây quấn pha có q phân số 2.4 Dây quấn pha 2.5 Dây quấn máy điện chiều 43 43 44 46 48 52 55 60 Chương : Sức động dây quấn máy điện xoay chiều 3.1 Đại cương 3.2 Sức điện động dây quấn pha 3.3 Sức điện động dây quấn pha PHẦN III : MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ( 18 tiết) Chương : Đại cương Máy điện không đồng 1.1 Cấu tạo 1.2 Nguyên lý làm việc 1.3 Các đại lượng định mức Chương : Các quan hệ điện từ máy điện không đồng 2.1 Máy điện không đồng làm việc rotor đứng yên 2.2 Máy điện không đồng làm việc rotor quay 2.3 Giản đồ lượng đồ thị vectơ máy điện không đồng 2.4 Biểu thức Moment điện từ máy điện không đồng 2.5 Các đường đặc tính động không đồng 2.6 Các trạng thái hãm Chương : Mở máy điều chỉnh tốc độ động không đồng 3.1 Quá trình mở máy động không đồng 3.2 Các phương pháp mở máy động không đồng 3.3 Điều chỉnh tốc độ động không đồng Chương : Động không đồng pha 4.1 Khái qt 4.2 Ngun lý làm việc 4.3 Phương pháp mở máy loại động không đồng pha 4.4 Sử dụng động không đồng ba pha vào lưới điện pha PHẦN IV : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ( 12 tiết ) Chương : Đại cương máy điện đồng 1.1 Định nghĩa cơng dụng 1.2 Phân loại cấu tạo máy điện đồng 1.3 Các trị số định mức máy điện đồng 1.4 Nguyên lý làm việc máy điện đồng Chương : Từ trường máy điện đồng 2.1 Đại cương 2.2 Từ trường dây quấn kích từ 2.3 Từ trường phần ứng Chương : Quan hệ điện từ máy điện đồng 3.1 Đại cương 3.2 Phương trình điện áp đồ thị vectơ máy điện đồng 3.3 Cân lượng máy điện đồng 3.4 Các đặc tính góc máy điện đồng 65 65 66 69 72 73 76 79 82 83 84 85 90 91 93 97 97 98 103 103 105 106 108 108 109 111 111 113 114 Chương : Máy phát điện đồng làm việc tải xác lập đối xứng 4.1 Đại cương 4.2 Các đặc tính máy phát điện đồng 4.3 Tổn hao hiệu suất máy điện đồng Chương : Máy phát điện đồng làm việc song song 5.1 Đại cương 5.2 Ghép máy phát điện đồng làm việc song song 5.3 Điều chỉnh công suất tác dụng công suất phản kháng máy phát đồng Chương : Động máy bù đồng 6.1 Động điện đồng 6.2 Máy bù đồng 116 116 117 119 119 120 123 126 PHẦN V : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ( 12 tiết ) Chương : Đại cương máy điện chiều 1.1 Khái qt 1.2 Cấu tạo máy điện chiều 1.3 Nguyên lý làm việc máy điện chiều 1.3 Các trị số định mức Chương : Quan hệ điện từ máy điện chiều 2.1 Môment công suất điện từ 2.2 Quá trình lượng phương trình cân 2.3 Tính chất thuận nghịch máy điện chiều Chương : Từ trường lúc có tải 3.1 Đại cương 3.2 Từ trường phần ứng 3.3 Phản ứng phần ứng máy điện chiều 3.4 Từ trường cực từ phụ 3.5 Từ trường dây quấn bù 3.6 Đổi chiều dòng điện 3.7 Các phương pháp cải thiện đổi chiều 3.8 Tia lửa điện cổ góp biện pháp khắc phục Chương : Máy phát điện chiều 4.1 Đại cương 4.2 Các đặc tính máy phát điện chiều Chương : Động điện chiều 5.1 Đại cương 5.2 Mở máy động điện chiều 5.3 Điều chỉnh tốc độ động điện chiều Tài liệu tham khảo 127 127 129 131 132 133 135 136 136 137 139 139 140 144 145 147 147 151 151 152 Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện PHẦN MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN I ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI Định nghóa Việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên có biến đổi lượng, từ dạng sang dạng khác Các máy thực biến đổi thành điện biến đổi ngược lại gọi máy điện Máy điện dùng để biến đổi thành điện gọi “máy phát” Máy điện dùng để biến đổi ngược lại gọi “động cơ” Các máy điện có tính thuận nghịch, nghóa biến đổi lượng theo hai chiều Nếu đưa vào phần quay máy điện, làm việc chế độ máy phát điện Nếu đưa điện vào máy phần quay sinh công học Máy điện hệ điện từ gồm mạch từ mạch điện liên quan với Mạch từ gồm phận dẫn từ vật liệu từ khe không khí không từ tính tách biệt chúng với Sự biến đổi lượng – điện máy điện dựa tượng cảm ứng điện từ Các máy điện hoạt động dựa sở định luật cảm ứng điện từ gọi máy kiểu cảm ứng Máy điện máy thường gặp nhiều ngành kinh tế công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải … dụng cụ sinh hoạt gia đình Phân loại Máy điện có nhiều loại phân theo nhiều cách khác nhau, ví dụ phân loại theo công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo loại dòng điện (xoay chiều, chiều), theo nguyên lý làm việc v.v Trong giáo trình ta phân loại dựa vào nguyên lý biến đổi lượng sau: a) Máy điện tĩnh: BA U1, l1, f U2 , l , f Hình 1: Nguyên lý máy biến áp -1- Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện Máy điện tónh thường gặp máy biến áp Máy điện tónh làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ biến thiên từ thông cuộn dây chuyển động tương Máy điện tónh thường dùng để biến đổi thông số điện Do tính chất thuận nghịch quy luật cảm ứng điện từ, trình biến biến đổi co ùtính thuận nghịch, ví dụ máy biến áp biến đổi điện có thông số: U 1, I1, f, U2, I2, f, thành hệ thống điện U1, I1, f, U, f b) Máy điện quay: M Pđiện Pcơ Hình 2: Ngun lý máy điện quay Nguyên lý làm việc dựa vào tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, từ trường dòng điện cuộn dây có chuyển động tương gây Loại máy điện thường dùng để biến đổi dạng lượng, ví dụ biến đổi điện thành (động điện) biến đổi thành điện (máy phát điện) Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch, nghóa máy điện làm việc chế độ máy phát điện động điện Máy điện Máy điện tónh Máy điện quay Máy điện xoay chiều Máy không đồng Máy biến áp Động không đồng Máy phát không đồng Máy điện chiều Máy đồng Động đồng -2- Máy phát đồng Động chiều Máy phát chiều Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện II CÁC ĐỊNH LUẬT ĐIỆN TỪ CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN Nguyên lý làm việc tất máy điện dựa sở hai định luật cảm ứng điện từ lực điện từ Định luật cảm ứng điện từ a) Trường hợp từ thông  xuyên qua vòng dây biến thiên Khi từ thông  biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn, vòng dây cảm ứng sức điện động Nếu chọn chiều sức điện động cảm ứng phù hợp với chiều từ thông theo quy tắc vặn nút chai, sức điện động cảm ứng vòng dây, viết theo công thức Mácxoen sau: e  e K-4 Hình 3: Cảm ứng điện từ vịng dây d dt (K-1) Dấu  hình chiều từ vào giấy Nếu cuộn dây có w vòng, sức điện động cảm ứng cuộn dây là: e wd d  dt dt (K.2) Trong đó:  = w gọi từ thông móc vòng cuộn dây Trong công thức (K.1), (K.2) từ thông đo Wb (vebe), sức điện động đo V b) Trường hợp dẫn chuyển động từ trường Hình 4: Cảm ứng điện từ dẫn -3- Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện Khi dẫn chuyển động thẳng vuông góc với đường sức từ trường (đó trường hợp thường gặp máy phát điện), dẫn cảm ứng sức điện động e, có trị số là: e = B.l.v (K.3) Trong đó: B - từ cảm đo T(tesla) l - chiều dài hiệu dụng dẫn (phần dẫn nằm từ trường) đo m v- tốc độ dẫn đo m/s Chiều sức điện động cảm ứng xác định theo quy tắc bàn tay phải (hình K-5) Định luật lực điện từ Hình 5: Lực điện từ Khi dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường (đó trường hợp thường gặp động điện), dẫn chịu lực điện từ tác dụng vuông góc có trị số là: Fđt = B.i.l (K.4) Trong đó:B- từ cảm đo T i- dòng điện đo A (ampe) l- chiều dài hiệu dụng dẫn đo m (mét) Fđt – lực điện từ đo N (niutơn) Chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Định luật lực điện từ Lỏi thép máy điện mạch từ Mạch từ mạch khép kín dùng để dẫn từ thơng Định luật dịng điện tồn phần  H.dl   i → H.l = w.i  H: cường độ từ trường mạch từ đo A/m  L: chiều dài trung bình mạch từ (m) -4- Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giaùo Trình Máy Điện  W: số vịng dây cuộn dây  I: tạo từ thông mạch từ gọi dịng điện từ hóa  w.i: gọi sức từ động l  H.l: gọi từ áp rơi i w inh 6: Cuộn dây mạch từ - Đối với mạch từ gồm nhiều cuộn dây nhiều đoạn khác H1.l1+H2.l2 = W1i1-W2I2 l1, S1  H1,H2: tương ứng cường độ từ trường đoạn 1,2 i  L1, L2: chiều dài trung bình đoạn 1,2  W1.i1, W2.i2: sức từ động dây quấn 1,2 l2, S2 W1  Dấu – trước w2.i2 chiều i2 không phù hợp với chiều từ thông chọn theo quy tắc vặn nút chai n H k 1 W2 n K l k  Wl il l 1 i2 inh 7: Mạch từ hai cuộn dây Trong dịng điện il có chiều phù hợp với chiều Φ chọn theo quy tắc vặn nút chai mang dấu dương, không phù hợp mang dấu âm III NGUYÊN LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA MÁY ĐIỆN Máy điện có tính thuận nghịch, nghóa làm việc chế độ máy phát điện động điện 1) Chế độ máy phát điện -5- Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện 2iu  di   dt    T   tb dc Liu eL th  Tdc Vì trình đổi chiều, dòng điện I biến đổi từ +iư đến –iư nên giá trị trung bình đạo hàm chu kỳ đổi chiều Tđc đó: Từ thông  sinh sức điện động tự cảm eL phần tử đổi chiều bao gồm từ thông tản qua rãnh th, từ thông tản đính Sức điện động hổ cản: n n i e M   e nM   M S din dt Trong đó: Mn: hệ số hỗ cảm phần tử xét phần tử thứ n in: dòng điện phần tử thứ n Sức điện động: hỗ cảm eM tác dụng giống sức điện động tự cảm eL Trị số trung bình bằng: e Mth  2.i u  M n Tdc (3-6) 2w S l S A.Vu M a  a  (  1) p (3-7) Tương tự suất điện động tự cảm biểu thức cuối sức từ động hỗ cảm có dạng: e Mth  Trong đó: M: suất dẫn từ hỗ cảm đơn vị dài cạnh tác dụng phần tử Sức từ động phản khaùng: e pkth  e L.th  e M.th  2Wl dt Vua ( L    M ) a  G  ( ) p (3-8) Để tính epkth phải xác định L M Cách xác định suất dẫn từ trình bày chung phần tham số dây quấn máy điện xoay chiều Sức điện động đổi chiều: c Gọi Bđc từ cảm tổng hợp từ trường cực từ phụ từ trường phần ứng vùng trung tính (còn gọi từ cản đổi chiều) biểu thức sức từ động đổi chiều có dạng: c = 2Bđc.WS.lđc.Vư (3-9) Trong đó: - 143 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện lđc: chiều dài dẫn cắt đường sức từ trường đổi chiều Đổi chiều bc > bG: Xét trình đổi chiều dây quấn xếp bước đủ, có phần tử với số rãnh nguyên tố u = bc = 2, 4bG Dưới ta xác định sức điện động phản kháng epk chiều rộng vùng đổi chiều trường hợp Sức điện động phản kháng: Để đơn giản, ta giả thiết hệ số tự cảm hệ số hỗ cảm phần tử nằm rãnh có trình đổi chiều đường thẳng Dòng điện đổi chiều phần tử trình bày hình 34.9a, thời điểm bắt đầu đổi chiều phần tử cách khoảng thời gian t dc  G.n Chiều rộng vùng đổi chiều: Để đảm bảo đổi chiều tốt, chiều rộng vùng đổi chiều phải giới hạn định Muốn xác định chiều rộng vùng đổi chiều, ta xuất phát từ thời gian cần thiết để đổi chiều dòng điện u phần tử nằm rãnh Khi dây quấn có bước đủ, ta có: T = Tđc + (u – 1).tđc (3-10) Dây quấn có bước ngắn bước dài thêm  thì: T = Tđc + (u – + ).tñc Thay Tñc theo (34-26) tđc theo (34-27) (34-29) ta có: a   G    1  p   n         u  a    T  G   p Gn Gn Gn    (3-11) Vì bđc = Tđc biết Vư = Du’.n nên kết hợp (34-3) ta được:  a   D u' b dc   G   u     b   G  (3-12) Nếu biểu thị D u' dạng D CT D u'  b G D u' ta coù: G G DG DG   D  a b dc   b C   u     b G  u' p   DG   (3-13) 3.7 CÁC PHƢƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỔI CHIỀU Để tạo điều kiện tốt cho đổi chiều, trước hết cần phải giữ điều qui định trạng thái rãnh góp cấu giữ chổi than cho bảo đảm loại trừ nguyên nhân sanh tia lửa, ta có biện pháp sau: - 144 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện 3.7.1 Cực từ phụ Biện pháp để cải thiện đổi chiều trường hợp máy điện chiều đại tạo từ trường ngoài, gọi từ trường đổi chiều lại vùng trung tính cách đặt cực từ phụ cực từ 3.7.2 Xác định chổi than khỏi vùng trung tính hình học Ta lợi dụng từ trường tổng máy để có từ trường đổi chiều cách xê dịch chổi than khỏi vùng trung tính hình học Từ hình thấy trường hợp máy phát điện muốn từ trường khu vực đổi chiều có cực tính cực từ sau đổi chiều cạnh phần tử qua trường hợp cực từ phụ phải xê dịch chổi than thuận chiều quay máy góc  =  + y Trong đó: : góc đường trung tính hình học vật lý y: góc có trị số ứng với điều kiện từ trường tổng từ trường đổi 3.7.3 Dây quấn bù Vì từ trường phần ứng phụ thuộc theo dòng điện tải Iư nên để bù từ trường tải bất kỳ, dây quấn bù phải nối tiếp với dây quấn phần ứng Khi có dây quấn bù, sức điện động cực phụ giảm nhỏ, mạch từ cực phụ bảo hoà hiệu cải thiện đổi chiều cực từ phụ tăng lên 3.7.4 Những biện pháp khác Những biện pháp khiến cho cấu tạo máy phức tạp công nghệ chế tạo khó khăn không thông dụng ta không đề cập đến 3.8 TIA LỬA ĐIỆN TRÊN CỔ GÓP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Khi máy điện làm việc, qua trình đổi chiều thường gây tia lửa điện chổi than cổ góp điện Tia lửa lớn gây nên vành lửa xung quanh cổ góp điện, phá hỏng chổi than cổ góp điện, gây tổn hao lượng, ảnh hưởng xấu đến môi trường gây nhiểu đến thiết bị điện tử Sự phát sinh nguyên nhân sau: 3.8.1 Nguyên nhân khí Do tiếp xúc cổ góp chổi than khơng tốt, cổ góp khơng trịn, khơng nhẫn chổi than khơng quy cách, rung động chổi than cố định không tốt lực lị xo khơng đủ để tỳ sát chổi than vào cổ góp 3.8.2 Nguyên nhân điện từ - 145 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện Khi roto quay liên tiếp có phần tử chuyển từ mạch nhánh sang mạch nhánh khác Ta gọi phần tử phần tử đổi chiều Trong phần tử đổi chiều xuất sức điện động sau: a Sức điện động tự cảm eLdo biến thiên dòng điện phần tử đổi chiều b Sức điện động hổ cảm em biến thiên dòng điện phần tử đổi chiều khác lân cân c Sức điện động eqdo từ trường phần ứng gây Ở thời điểm chổi điện ngắn mạch phần tử đổi chiều sức điện động sinh dòng điện i chạy quẩn phần tử ấy, tích luỹ lượng pháng dới dạng tia lửa vành góp chuyển động => Để khắc phục tia lửa, ngồi việc loại trừ ngun nhân khí, người ta dùng cực từ phụ dây quấn bù để tạo nên phần tử đổi chiều sức điện động nhằm bù (triệt tiêu), tổng sức điện động eL,em,eq Từ trường dây quấn bù cực từ phụ phải ngược chiều với từ trường phần ứng Đối với máy công xuất nhỏ người ta chuyển chổi than trung tính vật lý m,n, Câu hỏi: Từ trường phần ứng Từ trường cực từ phụ Phản ứng phần ứng Tia lửa điện Biện pháp khắc phục - 146 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện Chương 4: MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU 4.1 ĐẠI CƢƠNG Trong neàn kinh tế quốc dân, nhiều ngành sản xuất như: luyện kim, hoá chất, giao thông vận tải … đòi hỏi phải dùng điện chiều ngày thay dòng điện chiều, việc dùng điện xoay chiều công nghiệp phổ biến Thông thường để có nguồn điện chiều dùng máy phát điện chiều quay động sơ cấp động điện xoay chiều, động đốt Dựa vào phương pháp cung cấp dịng kích từ, người ta chia máy điện chiều làm loại: a Máy điện chiều kích từ độc lập: Dịng điện kích từ máy lấy từ nguồn điện khác không liên hệ với phần ứng máy b Máy điện chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ nối song song với mạch phần ứng c Máy điện chiều kích từ nối tiếp: Dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng d Máy điện chiều kích từ hổn hợp: gồm hai dây quấn kích từ, dây quấn kích từ nối tiếp dây quấn kích từ song song, dây quấn kích từ song song chủ yếu + + Hình a - + - Hình b + Hình c - + Hình d Hình 4.1: Các kiểu kích từ 4.2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU 4.2.1 Máy phát điện chiều kích từ độc lập  Dịng điện phần ứng dịng điện tải (Iư=I)  Phương trình cân điện áp mạch phần ứng: U = Eư - Rư.I - 147 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện  Trên mạch kích từ: Ukt=Ikt(Rkt+Rđc) Trong đó: Rưlà điện trở dây quấn phần ứng Rktlà điện trở dây quấn kích từ Rđcđiện trở điều chỉnh Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng tăng, điện áp U giảm xuống hai nguyên nhân:  tác động phản ứng phần ứng→Φ↓→Eư↓  Điện áp rơi mạch phần ứng Iư.Rư tăng  Để giữ cho điện áp máy phát không đổi tăng dịng điện kích từ Máy phát kích từ độc lập có ưu điểm điều chỉnh điện áp, thường gặp hệ thống máy phát – động để truyền động máy cán, máy cắt gọt kim loại Có nhược điểm cần nguồn kích từ riêng Rtải A Ikt U,Eư - + CKT Iư Ikt Rkt - + I I inh 4.2: Máy phát điện chiều kích từ độc lập 4.2.2 Máy phát điện chiều kích từ song song Để tạo thành điện áp cần thực q trình tự kt Lúc đầu máy khơng có dịng kích từ, từ thơng máy từ dư cực từ tạo (2-3)%Φđm Khi quay phần ứng, dây quấn phần ứng có sức điện động cảm ứng từ dư sinh ra, sức điện động qua dây quấn kích từ →I kt tăng lên, trình tiếp tục điện áp ổn định Để máy phát điện áp, cần thiết phải có từ dư, - 148 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện khơng có từ dư ta phải mồi từ chiều hai tư trường ngược nhau, ta phải đổi cực tính dây quấn kích từ đoỏi chiều dây quấn phần ứng  Mạch phần ứng: U=Eư - Rư.Iư  Mạch kích từ: U=Ikt.(Rkt+Rđc)  Phương trình dịng điện: Iư=I+Ikt - Khi tải tăng → Iư tăng → Ugiảm →Ikt↓ → Φ↓→Eư↓ Rtải A - + CKT Ikt U Iư I Rkt I inh 4.3: Máy phát điện chiều kích từ song song 4.2.3 Máy phát điện chiều kích từ nối tiếp Dịng điện kích từ dịng điện tải, tải thay đổi điện áp thay đổi nhiều, thực tế không sử dụng máy phát kích từ nối tiếp Đặc tính ngồi U=f(I), tải tăng Iư↑ →Φ↑→ Eư↑ →U↑ I=(2-2,5)Iđm máy bảo hoà I↑→U↓ A U U=f(I) - + I inh 4.4: Máy phát điện chiều kích từ song song 4.2.4 Máy phát điện KT hổn hợp Khi nối thuận, từ thông cuộn nối tiếp chiều cuộn // Khi tải tăng Φnt↑→Φtổng↑→Eư↑→U khơng đổi→ ưu điểm máy phát kích từ hổn hợp - 149 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện Khi nối ngược Φntvà Φ// ngược nhau, tải tăng U giảm nhiều U=f(I) dốc → dùng làm máy hàn điện chiều U A I U - + I inh 4.5: Máy phát điện chiều kích từ hổn hợp Câu hỏi: Các đường đặc tính Các dạng phát phát chiều Máy phát điện chiều làm việc song song - 150 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện Chương 5: ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 5.1 ĐẠI CƢƠNG Nói chung máy điện chiều làm việc theo chế dộ máy phát E>U theo chế độ động E < U việc chuyển từ chế độ máy phát sang chế độ động xảy hoàn toàn tự động không cần thay đổi mạch nối, cụ thể giảm dòng điện kích từ khién cho E mát phát hạ đến mức E < U, dòng điện phần ứng tự động đổi chiều, lượng chuyển theo chiều ngược lại máy phát trở thành động Động điện chiều dùng phổ biến công nghiệp, giao thông vận tải nói chung thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay phạm vi rộng… Cũng máy phát động điện chiều phân loại theo cách kích thích từ, thành động kích thích từ độc lập, kích thích từ song song, kích thích từ nối tiếp, kích thích từ hỗn hợp Sơ đồ nối dây chúng tương tự máy phát Cần ý động kích từ độc lập Iư = I, động kích từ song song hỗn hợp Iư + It = I; đôïng kích từ nối tiếp Iư = It = I 5.2 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 5.2.1 Mở máy trực tiếp Phương pháp thực cách đóng thẳng động điện vào nguồn Như lúc động chưa quay = dòng điện phần ứng Iư =U/Rư Vì thực tế Rư nhỏ dòng điện mở máy lớn Imm = (20 – 30 )Iđm phương pháp mở máy trực tiếp áp dụng cho động điện có công suất nhỏ vài trăm watl 5.2.2 Mở máy biến trở Để tránh nguy hiểm cho đôïng dòng điện mở máy lớn, người ta dùng biến trở mở máy Rmm mắc nối tiếp vào mạch phần ứng Như dòng điện phần ứng lúc có điện trở mở máy : Iư  U Rư  Rmm 5.2.3 Mở máy điện áp thấp Phương pháp đòi hỏi phải dùng nguồn điện độc lập điều chỉnh điện áp để cung cấp cho phần ứng động cơ, kho mạch kích từ phải đặt điện áp U =m nguồn khác - 151 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện Đây phương pháp thường dùng việc mở máy động điện có công suâùt lớn, kết hợp với việc điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp 5.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 5.3.1 Khái niệm chung Động chiều (còn gọi động DC) thường sử dụng rộng rãi hệ thống truyền động cần thay đổi tốc độ, khởi động, hãm đảo chiều Một số ứng dụng động chiều truyền động cho xe điện, máy công cụ, máy vận chuyển, máy cán, máy nghiền (trong công nghiệp giấy) … Vì động có đặc tính làm việc khác nên đểû thích ứng với môi trường điều kiện làm việc khác ta phải có cách điều chỉnh tốc độ cho thích hợp Điều chỉnh tốc độ động dùng biện pháp để thay đổi thông số nguồn điện áp hay thông số mạch điện trở phụ, thay đổi từ thông… Từ tạo đặc tính để có tốc độ làm việc phù hợp với yêu cầu *) Các tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ: Khi điều chỉnh tốc độ hệ thống ta cần ý vào tiêu sau để đánh giá chất lượng hệ thống : - Hướng điều chỉnh tốc độ: Hướng điều chỉnh tốc độ ta điều chỉnh để có tốc độ lớn hay bé so với tốc độ tốc độ làm việc động điện đường đặc tính tự nhiên - Phạm vi điều chỉnh tốc độ (Dãy điều chỉnh): Phạm vi điều chỉnh tốc độ D tỉ số tốc độ lớn n max tốc độ bé nmin mà người ta điều chỉnh giá trị phụ tải định mức: D = nmax/nmin Trong đó: nmax: Được giới hạn độ bền học nmin: Được giới hạn phạm vi cho phép động cơ, thông thường người ta chọn nmin làm đơn vị Phạm vi điều chỉnh lớn tốt phụ thuộc vào yêu cầu hệ thống, khả phương pháp điều chỉnh - Độ phẳng hay độ liên tục điều chỉnh tốc độ: Trong phạm vi điều chỉnh tốc độ, có nhiều cấp tốc độ Độ liên tục điều chỉnh tốc độ  đánh giá tỉ số hai cấp tốc độ kề nhau:  = ni/ni+1 - 152 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện Trong đó: ni: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ i ni + 1: Tốc độ điều chỉnh cấp thứ ( i + ) Với ni ni + lấy giá trị moment  tiến gần tốt, phương pháp điều chỉnh tốc độ liên tục Lúc hai cấp tốc độ nhau, nhảy cấp hay gọi điều chỉnh tốc độ vô cấp   : Hệ thống điều chỉnh có cấp - Tổn thất lượng điều chỉnh tốc độ Hệ thống có chất lượng cao hệ thống có hiệu suất làm việc động  cao tổn hao lượng Pphụ mức thấp - Tính kinh tế hệ thống điều chỉnh tốc độ Hệ thống điều chỉnh tốc độ có tính kinh tế cao hệ thống điều chỉnh phải thỏa mãn tối đa yêu cầu kỹ thuật hệ thống Đồng thời hệ thống phải có giá thành thấp nhất, chi phí bảo quản vận hành thấp nhất, sử dụng thiết bị phổ thông thiết bị máy móc lắp ráp lẫn cho 5.3.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động chiều Phương trình đặc tính tốc độ: n R U  U IU (1) KE KE pN 60a Với: KE  Và : Rư = Rcb + Rcư + Rctp Từ (1) ta thấy có phương pháp để điều chỉnh tốc độ động chiều : -Điều chỉnh tốc độ bằøng thay đổi điện áp đặt vào phần ứng ( ) -Điều chỉnh tốc độ bằøng thay đổi từ thông () -Điều chỉnh tốc độ bằøng thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng ( Rư ) a) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng Đối với máy điện chiều, giữ từ thông không đổi điều chỉnh điện áp mạch phần ứng dòng điện, moment không thay đổi Để tránh biến động lớn gia tốc lực động hệ điều chỉnh nên phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp mạch phần ứng thường áp dụng cho động chiều kích từ độc lập Để điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng động cơ, ta dùng nguồn điện áp điều khiển cách sử dụng: Máy phát DC (Hệ Máy phát - Động cơ) - Bộ chỉnh lưu có điều khiển (AC DC) - 153 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giaùo Trình Máy Điện - Bộ Chopper (Bộ biến đổi xung áp) (DC DC) Các biến đổi dùng để biến dòng xoay chiều lưới điện thành dòng chiều điều chỉnh giá trị sức điện động cho phù hợp theo yêu cầu Phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập: n Ru  R f U M  KE KE KM 2 Ta có tốc độ không tải lý tưởng: n0 = m/KEđm Khi thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động tốc độ không tải lý tưởng thay đổi theo Như ta thấy họ đặc tính đường thẳng song song với đường đặc tính tự nhiên: n n0 nñm n1 n2 n3 TN ( Uñm ) Uñm > U1 > U2 > U3 ncb > n1 > n2 > n3 U1 U2 U3 M MC inh 5.1: Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng Hình 4.1 Họ đặc tính thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng thực chất giảm áp cho tốc độ nhỏ tốc độ nđm Đồng thời điều chỉnh nhảy cấp hay liên tục tùy thuộc vào nguồn có điện áp thay đổi cách liên tục ngược lại Theo lý thuyết phạm vi điều chỉnh D =  Nhưng thực tế động điện chiều kích từ độc lập biện pháp đặc biệt làm việc phạm vi cho phép : Umin = m/10, nghóa phạm vi điều chỉnh: D = nđm/nmin = 10/1 Nếu điện áp phần ứng U < Umin phản ứng phần ứng làm cho tốc độ động không ổn định Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động dùng nhiều máy cắt kim loại cho tốc độ nhỏ nđm Ưu điểm : Đây phương pháp điều chỉnh triệt để, vô cấp có nghóa điều chỉnh tốc độ vùng tải kể không tải lý tưởng - 154 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện Nhược điểm : Phải cần có nguồn có điện áp thay đổi nên vốn đầu tư chi phí vận hành cao b) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông +  U  - Iư Ñ  CKT + RKT  UKT  - inh 5.2: Thay đổi từ thông \ Điều chỉnh từ thông kích thích động điện chiều điều chỉnh moment điện từ động M = KMIư sức điện động quay động = KEn Thông thường, thay đổi từ thông điện áp phần ứng giữ nguyên giá trị định mức Đối với máy điện nhỏ máy điện công suất trung bình, người ta thường sử dụng biến trở đặt mạch kích từ để thay đổi từ thông tổn hao công suất nhỏ Đối với máy điện công suất lớn dùng biến đổi đặc biệt như: máy phát, khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, biến đổi điện áp… Thực chất phương pháp giảm từ thông Nếu tăng từ thông dòng điện kích từ IKT tăng dần đến hư cuộn dây kích từ Do đó, để điều chỉnh tốc độ giảm dòng kích từ tức giảm nhỏ từ thông so với định mức Ta thấy lúc tốc độ tăng lên từ thông giảm: n = U/KE Mặt khác ta có: Moment ngắn mạch Mn = KMIn nên  giảm làm cho Mn giảm theo Khi  giảm đặc tính dốc Nên ta có họ đường đặc tính thay đổi từ thông sau: n n1 n2 2 ñm nñm ñm > 1 > 2 nñm < n1 < n2 1 M MC M2 M1 Mn inh 5.3: Đặc tính thay đổi từ thông - 155 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo Trình Máy Điện Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông điều chỉnh tốc độ vô cấp cho tốc độ lớn tốc độ Theo lý thuyết từ thông giảm gần 0, nghóa tốc độ tăng đến vô Nhưng thực tế động làm việc với tốc độ lớn : nmax = 3nđm tức phạm vi điều chỉnh: D = nmax/nđm = 3/1 Bởi ứng với động ta có tốc độ lớn cho phép Khi điều chỉnh tốc độ tùy thuộc vào điều kiện khí, điều kiện cổ góp động đổi chiều dòng điện chịu hồ quang điện Do đó, động không làm việc tốc độ cho phép Nhận xét: Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi từ thông điều chỉnh tốc độ vô cấp cho tốc độ lớn nđm Phương pháp dùng để điều chỉnh tốc độ cho máy mài vạn máy bào Do trình điều chỉnh tốc độ thực mạch kích từ nên tổn thất lượng ít, mang tính kinh tế, thiết bị đơn giản c) Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Phương pháp điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng dùng cho tất động điện chiều Trong phương pháp điện trở phụ mắc nối tiếp với mạch phần ứng động theo sơ đồ nguyên lý nhö sau: +  U  Iö Rf E -   CKT +  RKT UKT  - inh 5.4: Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng Câu hỏi: Các phương pháp mỏ máy động điện chiều Đăc tính động điện chiều - 156 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu Máy điện I NXB KH&KT - 1998 Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu Máy điện II NXB KH&KT - 1998 Trần Duy Phụng Kỹ thuật quấn dây máy biến áp, động vạn năng, động pha – pha NXB Đà Nẵng – 2006 Vũ Gia Hanh Giáo Trình Máy Điện NXB - KHOA HỌC KỸ THUẬT Nguyễn Hồng Thanh Giáo Trình Máy Điện NXB-GIÁO DỤC ... đổi điện thành (động điện) biến đổi thành điện (máy phát điện) Quá trình biến đổi có tính thuận nghịch, nghóa máy điện làm việc chế độ máy phát điện động điện Máy điện Máy điện tónh Máy điện. .. LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA MÁY ĐIỆN Máy điện có tính thuận nghịch, nghóa làm việc chế độ máy phát điện động điện 1) Chế độ máy phát điện -5 - Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện. .. Máy điện xoay chiều Máy không đồng Máy biến áp Động không đồng Máy phát không đồng Máy điện chiều Máy đồng Động đồng -2 - Máy phát đồng Động chiều Máy phát chiều Khoa Kỹ Thuật Điện – Điện Tử Giáo