1. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
Máy phát điện một chiều
Mạch tương đương của máy phát điện một chiều
E = ΦP.2πωZ/a = KΦω
Trong đó:
E: điện áp được tạo ra, V
Φ = K.Ik: từ thông toàn phần của khe không khí, Wb ω: vận tốc quay, rad/s
K: hằng số, phụ thuộc vào kích thước của máy. P: số cực từ chính
Z: số các vật dẫn phần ứng hiệu dụng giữa các đầu cuối của chổi a: số các đường dẫn song song trong cuộn phần ứng giữa các đầu cuối của chổi.
Trong đó: Ik: cường độ dòng điện hiệu dụng, A
K: hằng số phụ thuộc vào kích thước của máy Ek điện áp kích từ, V
Ut: điện áp hai đầu tải, V Rk: điện trở kích từ, Ω R: điện trở cuộn dây, Ω
Hiện tượng hiệu ứng bão hòa
Từ thông khe không khí tỷ lệ với cường độ dòng điện từ trường và được thể hiện bằng công thức Φ = K.Ik . Tuy nhiên nếu vận tốc của máy phát được giữ không đổi trong lúc cường độ dòng điện trường biến thiên thì ta có thể vẽ được đường cong sau, đường cong này gọi là đường cong bão hoà không tải, nó gồm ba vùng.
Vùng 1 các vùng tuyến tính
Vùng 2 các vùng chuyễn tiếp Vùng 3 các vùng bão hòa
Ở phần cuối thấp của vùng tuyến tính có một phần nhỏ phi tuyền tính. Nếu cường độ dòng điện kích thích giảm đến 0 thì còn một lượng điện áp nhỏ tạo ra, điều này do bởi sự từ hoá trong vùng sắt nó không hoàn toàn bị khử từ khi dòng điện đạt đến không.
Máy phát điện một chiều kích từ độc lập
E
1 2 3
Ik
đường bão hoà không tải.
Ik Ek Rk Ik EG Ut + _-
Mạch tương đương đơn giản của máy phát điện dc.
R
Điện áp được tạo ra:
E = UB + IưRư + Ut
Trong đó Rư: điện trở phần ứng, Ω UB: độ sụt áp trên chổi quét, V Rt: điện trở tải, Ω
R: điện trở cuộn dây kích từ độc lập, Ω Rk: biến trở kích từ, Ω
Đặc tuyến điện áp phát ra và tốc độ (ở chế độ không tải)
E = KΦω = KG’ω (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đặc tuyến giữa moment đặt trên trục máy và dòng điện tải
T = PD/ω = E.Iư/ω
Đặc tuyến giữa dòng điên tải và điện áp đầu ra
Ut = E – IưRư = E - ItRư ω
E
Đặc tuyến tộc độ và điện áp phát ra.
Iư T Đặc tuyến moment và dòng phần ứng. Rk R + - _ UB/2 E Ut Rư Rt Iư UB/2 Ek
Máy phát điện một chiều kích từ song song
Cường độ dòng điện bên trong máy phát kích từ song song được biểu thị: Iư = Ik + It Và điện áp lúc này có thể viết lại:
E = UB + IưRư + ItRt.
= UB + IưRư + Ut Trong đó: Iư: dòng điện ứng, A
Ik: dòng điện trường, A It: dòng điện tải, A Rư: điện trở phần ứng, Ω
UB: độ sụt áp ở hai đầu chổi quét, V R: điện trở cuộn dây, Ω
Rk: biến trở kích từ, Ω
Đặc tuyến dòng điện tải và moment đặt trên trục máy
Ta có quan hệ giữa dòng điện tải và moment đặc trên trục máy T = PD/ω = E.Iư/ω = E(Ik + It)/ω
Mạch tương đương của máy phát điện dc kích từ song song.
UB/2 UB/2 E Ut Rư R It Ik Iư Rk + _ Rt
Đặc tuyến điện áp tải và dòng điện tải.
Iư Ut Độ sụt áp do phản ứng phần ứng Điện áp mạch hở Độ sụt IưRư
Đặc tuyến giữa điện áp hai đầu tải và dòng tải
Ut = E – IưRư = E – (It + Ik)Rư
Máy phát điện kích từ hổn hộp
T
It
Đặc tuyến dòng điện tải và moment đặc trên trục máy.
Đặc tuyến điện áp tải và dòng điện tải.
It Ut Độ sụt áp do phản ứng phần ứng Điện áp mạch hở Độ sụt IưRư E Rư R S UB/2 Ik Rt It Iư UB/2 R Rk (b) E Rư R S UB/2 R Rk Ik Rt It Iư UB/2 (a) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đó: E: điện áp phát ra, V
UB: độ sụt áp hai đầu chổi quét, V Rt: điện trở tải, Ω
Rk: biến trở, Ω
Iư: dòng điện phần ứng, A Ik: dòng điện kích từ, A It: dòng điện tải, A Rư: điện trở phần ứng, Ω
R: điện trở của cuộn dây song song, Ω RS: điện trở của cuộn dây kích từ nối tiếp, Ω Rk: biến trở kích từ, Ω
Dòng điện phần ứng: Iư = Ik + It
Ứng với máy phát shunt dài ta có điện áp phát ra:
E = UB + IưRư + IưRS + ItRt Ứng với máy phát shunt ngắn ta có điện áp phát ra:
E = UB + IưRư + ItRS + ItRt
Đặc tuyến điện áp tải và dòng điện tải
Ut = E – Iư(Rư + RS) Hỗn hợp cao
Hỗn hợp phẳng Hỗn hợp thấp Hỗn hợp sai lệch
Động cơ điện một chiều
Các nguyên lý về môtơ điện
Một máy điện có thể đóng vai trò của động cơ điện một chiều hoặc là một máy phát điện một chiều.
Ở một tốc độ không đổi, từ thông của máy phát điện do bởi dòng kích từ Ik tạo It Ut (a) (b) (c) (d) đầy tải
Đặc tuyến điện áp và dòng điện tải.
rồi nhỏ hơn Ut thì dòng phần ứng Iư trở nên âm thì dòng điện sẽ chạy vào trong máy phát điện, lúc náy máy hoạt động dưới dạng động cơ.
Động cơ kích từ song song
Từ định luật của dòng điện kichhoff ta có:
Id = Iư+Ik
Công suất đầu vào là: P1 = Ud x Id
Dòng điện kích từ có thể tính:
Sức điện động nghịch có thể tính từ: EC = Ud - IdRư - UB Đối với kích từ cố định thì:EC =K'GIkω
Trong đó:
Id: dòng điện đường truyền, A Iư: dòng điện phần ứng, A Ik: dòng điện kích từ, A P1: công suất đầu vào, W Ud: điện áp đường truyền, V Rư: điện trở phần ứng, Ω Rk: biến trở kích từ, Ω UB: độ sụt áp chổi quét, V
K’G: hằng số EMF ở phần ứng, V-s/A-rad ω : vận tốc quay, rad/s Đặc tuyến vận tốc và dòng phần ứng IST IFL ωFL ωNL Iư ω Tải
Mạch tương đương của động cơ kích từ song song.
UB/2 EC Ud Rư Rk R Id Ik Iư UB/2 k d k R U I =
Đặc tuyến Công suất và tốc độ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đặc tuyến giữa tốc độ và moment
Động cơ kích từ nối tiếp
Mạch tương đương của động cơ nối tiếp.
EC Rư RS UB/2 Id Ud Iư UB/2 ω đm ω Pmax
Đặc tuyến giữa vận tốc và công suất.
P
ω
TD
Đặc tuyến giữa moment và vận tốc.
Đặc tuyến vận tốc và dòng phần ứng (2.44) Đặc tuyến Moment và tốc độ Động cơ kích từ hỗn hợp ω IAS Iư Đặc tuyến tốc độ và dòng phần ứng. ω T
Đặc tuyến giữa moment và vận tốc.
Tải EC Ud Rư R S UB/2 R Rk Ik Iư UB/2 (a).
Đặc tuyến giữa moment và dòng phần ứng
Đặc tuyến giữa moment và vận tốc
100% Iư 0 TD 100%
Động cơ song song Động cơ nối tiếp
Động cơ hỗn hợp
Đặc tuyến moment và dòng phần ứng của động cơ dc.
TD
ω
Mạch tương đương của động cơ kích từ hỗn hợp.
Tải EC Ud Rư R S UB/2 Iư UB/2 R Rk Ik (b)
2. BÀI TẬP
Bài 1: Động cơ một chiều kích từ song song đang làm việc định mức 220 V; 14 kW; 1000 vòng/phút, hiệu suất 80 %; rư = 0,2 Ω; N = 420 thanh; G = 105 phiến góp; p = 2 đôi cực; a = 2 đôi nhánh song song; điện trở nhánh kích từ rkt = 123 Ω. Thí nghiệm không tải như một máy phát ở tốc độ 1000 vòng/phút có đặc tính không tải sau:
Ikt [A] 0,55 0,78 1,31 1,85 2 2,7
E [V] 75 107 171 209 214 236 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tải của động cơ có moment cản không thay đổi theo tốc độ. Bỏ qua phản ứng phần ứng và điện trở tiếp xúc chổi than, hãy tính:
a/ Dòng Iđm, moment hữu ích Mđm, và moment điện từ Mđt khi định mức?
b/ Nếu điện áp nguồn điện đặt vào động cơ giảm còn 200 V thì dòng động cơ tiêu thụ và tốc độ quay của động cơ sẽ là bao nhiêu?
Bài 2: Một máy phát một chiều kích từ hỗn hợp 10 kW, 200 V có tổn hao quay (cơ + sắt từ) bằng 705 W. Điện trở mạch kích từ song song là 110 Ω, điện trở phần ứng là 0,265 Ω, điện trở cuộn kích từ nối tiếp với phần ứng là 0,035 Ω. Tính hiệu suất định mức của máy.
Bài 3: Một động cơ 1 chiều kích từ song song 250 V có điện trở phần ứng là 0,32 Ω, điện trở mạch kích từ song song là 125 Ω. Khi không tải, động cơ tiêu thụ 12 A từ nguồn 250 V và có tốc độ 2500 vòng/phút. Tính tốc độ đầy tải nếu động cơ tiêu thụ 82 A.
Bài 4: Động cơ 1 chiều kích từ song song, 50 HP (1 HP = 746 W), 240 V, 650 v/ph, khi làm việc ở tải định mức, tiêu thụ dòng điện 173 A từ lưới điện. Điện trở dây quấn phần ứng rư = 0,0705 Ω và điện trở dây quấn phần kích từ song song rkt = 81 Ω. Khi tải cơ học trên trục máy giảm, dòng tiêu thụ từ lưới cũng giảm theo và còn là 70% giá trị dòng định mức. Tính, trong điều kiện làm việc giảm tải nói trên:
a/ Sức điện động cảm ứng? b/ Tốc độ quay?
c/ Dòng tiêu thụ trên lưới điện?
Bài 5: Động cơ một chiều kích từ song song đang làm việc định mức 220 V; 14 kW; 1000 vòng/phút, hiệu suất 80 %; rư = 0,2 Ω. Thí nghiệm không tải như một máy phát ở tốc độ 1000 vòng/phút có đặc tính không tải cho theo bảng dưới:
Ikt [A] 0,55 0,78 1,31 1,85 2 2,7
E [V] 75 107 171 209 214 236
Bỏ qua phản ứng phần ứng, tính các thông số định mức sau: a/ Dòng điện động cơ tiêu thụ và moment quay hữu ích Mđm?
b/ Dòng kích từ và điện trở (rkt + rđc) của mạch kích từ? c/ Sức điện động và moment quay điện từ?
d/ Điều chỉnh điện trở của mạch kích từ đến trị số nào để dòng kích từ giảm còn 1,5 A? Tìm tốc độ quay của động cơ lúc này? (biết rằng moment cản của tải không phụ thuộc tốc độ và bằng Mđm)
Bài 6: Một động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp đang làm việc ở chế độ định mức như hình vẽ: 125 HP (1HP = 746 W), 240 V, 850 v/ph, hiệu suất 85,4%, có điện trở và các dây quấn như sau:
Dây quấn Phần ứng Cực từ phụ Kích từ nối tiếp Kích từ song song
Điện trở (Ω) 0,0172 0,005 0,0023 49,2
Số vòng dây trên mỗi cực từ của cuộn kích từ nối tiếp là 4,5 vòng và của cuộn kích song song là 577 vòng. Sức từ động hai cuộn kích từ cùng chiều nhau và tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng tương đương 10% của cuộn kích từ nối tiếp. Đặc tính từ hóa theo bảng dưới:
F/1000 [A.vòng] 1 2 3 3,5 4 4,5 5 6 7
Φ [Wb] 0,248 0,495 0,697 0,773 0,825 0,87 0,908 0,97 1,013 Trong đó: F – Sức từ động tổng hợp 1 cực từ
Φ - Từ thông dưới một cực từ
Tải có moment cản không thay đổi theo tốc độ. Hãy xác định các thông số làm việc định mức: a/ Dòng kích từ song song và dòng phần ứng?
b/ Điện trở mạch phần ứng và sức điện động phần ứng? c/ Moment điện từ và công suất điện từ?
d/ Từ thông dưới một cực từ?
e/ Mắc nối tiếp cuộn kích từ song song một điện trở rđc để tăng tốc độ động cơ lên 900v/ph, hãy tính:
1/ Công suất điện từ? 2/ Dòng điện phần ứng?
3/ Sức điện động phần ứng và từ thông dưới một cực từ? K.từ nối tiếp K.từ song song + 240 V -
4/ Dòng kích từ song song và trị số rđc ?
Bài 7: Động cơ điện một chiều kích từ song song khi làm việc định mức có: Pđm = 35 kW, Uđm = 240 V, nđm = 3000 v/ph, dây quấn phần ứng có rư = 0,057 Ω, dây quấn kích từ có rkt = 104 Ω. Bỏ qua tổn hao không tải và ảnh hưởng của phản ứng phần ứng, hãy xác định:
a/ Moment cơ Mcơ đưa ra đầu trục? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b/ Sức điện động cảm ứng Eưđm và dòng phần ứng Iưđm? c/ Dòng điện tiêu thụ Iđm?
d/ Hiệu suất ηđm%?
e/ Nếu thay đổi tải bằng cánh quạt gió có đặc tính cơ M = 10-3.n2 (n tính bằng v/ph) thì tốc độ quay n của động cơ là báo nhiêu?
Bài 8: Cho máy phát điện một chiều, kích từ song song, khi làm việc ở chế độ định mức có các thông số: Pđm = 17,5 kW, Uđm = 220 V, Rư = 0,247 Ω, Rf = 150,7 Ω. Hãy xác định:
a/ Dòng điện Iđm cung cấp cho tải?
b/ Sức điện động cảm ứng Eưđm và dòng phần ứng Iưđm?
c/ Tổn hao đồng Pcu? Cho tổn hao không tải P0 = 1 kW. Tính hiệu suất ηđm của máy? d/ Biết đặc tính không tải của máy ở tốc độ định mức được biểu diễn bởi phương trình:
31 , 1 . 500 + = f f I I E
Xác định dòng điện Iư0 trong dây quấn phần ứng và điện áp U0 phát ra khi máy bị mất tải.
ĐS: a/.79,54 [A]; b/.240 [V], 81 [A]; c/. 1941,74 [W], 85,6 [%]; d/. 2 [A], 301,4 [V].
Bài 9: Cho động cơ điện một chiều kích từ song song có Pđm = 14,5 kW, Uđm = 220 V, Iđm = 83 A, 500 v/ph, rư = 0,3 Ω, rf = 96 Ω. Hãy xác định:
a/ Dòng điện tiêu thụ Iđm, hiệu suất ηđm ?
b/ Sức điện động Eưđm trên dây quấn phần ứng? Công suất điện từ Pđtđm và moment điện từ Mđtđm? Moment đưa ra đầu trục Mcơđm và moment không tải M0?
c/ Tính giá trị rđc cần thêm vào mạch kích từ để cho tốc độ quay là n = 750 v/ph. Cho biết moment điện từ lúc này là Mđt = 0,2Mđtđm. Giả thiết là từ thông trong máy tỷ lệ với dòng điện kích từ?
ĐS: a/. 85,3 [A]; 77,27 [%], b/. 195,1 [V]; 16,19 [kW]; 309,27 [N.m]; 276,9 [N.m]; 32,34 [N.m], c/. 35,8 [Ω]
Bài 9: Một động cơ một chiều kích từ nối tiếp, đang làm việc ở chế độ định mức (12 kW; 220 V; 67 A; 1200 vòng/phút) có điện trở phần ứng, cực từ phụ và dây quấn kích
từ tương ứng là: rư = 0,15 Ω, rf = 0,074 Ω, rnt = 0,145 Ω. Dây quấn phần ứng có 35 phần tử (bối dây); số đôi cực p = 2; số vòng mỗi bối W = 10. Thử nghiệm không tải như là một máy phát kích từ độc lập với tốc độ n = 1200 vòng/phút cho đặc tính:
E [V] 0 70,5 132 175 198 213 227,5 240,5 254
Ikt [A] 0 12 24 36 48 60 72 84 96
Bỏ qua phản ứng phần ứng, hãy xác định:
a/ Muốn có số nhánh song song 2a = 4 thì phải quấn dây quấn phần ứng hình trống 2 lớp theo kiểu gì?
b/ Sức điện động cảm ứng Eư và từ thông dưới mỗi cực từ Φ?
c/ Moment điện từ Mđt, moment quay hữu ích M và tổn hao moment ∆M?
d/ Số vòng dây mỗi cực từ phụ để khử hoàn toàn từ cảm trên vùng trung tính hình học? e/ Nếu tải giảm làm động cơ tiêu thụ dòng điện I = 40 A, hãy tính:
1/ Từ thông dưới mỗi cực từ Φ’? 2/ Sức điện động cảm ứng Eư’? 3/ Tốc độ quay của động cơ n’? 4/ Moment Mđt’ và M’?
5/ Để chỉnh tốc độ làm việc về trị số định mức nđm = 1200 vòng/phút thì phải chỉnh điện áp của nguồn đặt vào động cơ đến trị số nào?
Ghi chú: Moment cản của tải M’ và moment tổn hao ∆M trong câu 4 và 5 không phụ thuộc tốc độ quay.
Bài 10: Một máy phát điện 1 chiều kích từ song song đang làm việc ở chế độ định mức: 220 V; 14 kW; 1000 vòng/phút; Rư = 0,33 Ω; ηđm = 78% và có đặc tính không tải cho trong bảng sau:
Ikt [A] 0,55 0,78 1,31 1,85 2 2,7 3,8
Eư [V] 75 107 171 209 214 233 289 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Máy phát làm việc song song với trạm phát điện (trạm phát điện áp được tự ổn định U = 220 V). Bỏ qua phản ứng phần ứng tính: