Mỏy phỏt điện (điện từ) đầu tiờn được phỏt minh bởi nhà khoa học người Anh tờn là Michael Faraday vào năm 1831. Mỏy phỏt điện một
chiều (DC) là một thiết bị điện được sử dụng để tạo ra năng lượng điện. Thiết bị này cú khả năng là thay đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện. Mỏy phỏt điện cung cấp năng lượng cho tất cả cỏc lưới điện.
Trờn thực tế cỏc trạm phỏt điện hiện đại chỉ phỏt ra điện năng xoay chiều 3 pha, phần lớn năng lượng đú được dựng dưới dạng điện xoay chiều trong cụng nghiệp, để thắp sỏng và dựng cho cỏc nhu cầu trong đời sống. Trong những trường nghiệp hợp do điều kiện sản xuất bắt buộc phải dựng điện 1 chiều (xớ nghiệp húa học, cụng luyện kim, giao thụng vận tải) thỡ người ta thường biến điện xoay chiều thành một chiều nhờ cỏc bộ chỉnh lưu hoặc chỉnh lưu kiểu mỏy điện, cỏch thứ hai là dựng mỏy phỏt điện một chiều để là nguồn điện một chiều. Phõn loại cỏc mỏy phỏt điện một chiều theo phương phỏp kớch thớch. Chỳng được chia thành:
- Mỏy phỏt điện một chiều kớch thớch độc lập,
- Mỏy phỏt điện một chiều tự kớch -Mỏy phỏt điện một chiều kớch thớch độc lập gồm:
+ Mỏy phỏt DC kớch thớch bằng điện từ: dựng nguồn DC, ắcqui.
Hỡnh 5.15. Sơ đồ nguyờn lớ MFĐ DC + _ ử U _ + ử U _ + _ ử U + ử U + t t t t U a) b) c) d)
27
+ Mỏy phỏt điện một chiều kớch thớch bằng nam chõm vĩnh cửu.
- Theo cỏch nối dõy quấn kớch thớch, cỏc mỏy phỏt điện một chiều tự kớch được chia thành:
+ Mỏy phỏt điện một chiều kớch thớch song song + Mỏy phỏt điện một chiều kớch thớch nối tiếp + Mỏy phỏt điện một chiều kớch thớch hỗn hợp
1.1 Khỏi niệm về mỏy phỏt điện.
Mỏy phỏt điện DC hay cũn gọi là mỏy phỏt điện một chiều là một loại mỏy điện, và chức năng chớnh của mỏy này là chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện một chiều (dũng điện một chiều). Quỏ trỡnh biến đổi năng lượng sử dụng nguyờn lý của lực điện động cảm ứng năng lượng.
Khi một dõy dẫn cắt từ trường, thỡ lực điện động cảm ứng sẽ được tạo ra trong nú dựa trờn nguyờn lý cảm ứng điện từ của Định luật Faraday. Lực điện động này cú thể gõy ra dũng điện khi mạch dẫn khụng được mở.
1.2 Mỏy phỏt điện một chiều kớch từ độc lập.
Sơ đồ mỏy phỏt điện kớch từ độc lập vẽ dũng điện phần ứng Iư bằng dũng điện tải I. Phương trỡnh dũng điện là: Iư = I Phương trỡnh điện ỏp là:
Mạch phần ứng:U = Eư - RưIưMạch kớch từ: Ukt = Ikt(Rkt + Rđc)
trong đú: Rư là điện trở dõy quấn phần ứng, Rkt là điện trở dõy quấn kớch từ, Rđclà điện trở điều chỉnh.
Khi dũng điện tải I tăng, dũng điện phần ứng tăng, điện ỏp U giảm xuống do hai nguyờn nhõn sau:
Tỏc dụng của từ trường phần ứng làm cho từ thụng giảm, kộo theo sức điện động Eư giảm.
Điện ỏp rơi trong mạch phần ứng rưIưtăng.
Đường đặc tớnh ngoài U = f(I) khi tốc độ và dũng điện kớch từ khụng đổi, Đường đặc tớnh điều chỉnh Ikt= f(I), khi giữ điện ỏp và tốc độ khụng đổi vẽ trờn hỡnh 3-13c. Ưu điểm: điều chỉnh điện ỏp dễ dàng, thường gặp trong cỏc hệ thống mỏy phỏt động cơ để truyền động mỏy cỏn Nhược điểm là cần cú nguồn
28 điện kớch từ riờng.
1.3 Mỏy phỏt điện một chiều kớch từ song song.
Để thành lập điện ỏp cần thực hiện một quỏ trỡnh tự kớch từ. Lỳc đầu, mỏy khụng cú dũng điện kớch từ, từ thụng trong mỏy do từ dư của cực từ tạo ra, bằng khoảng 2ữ3% từ thụng định mức. Khi quay phần ứng, trong dõy quấn phần ứng sẽ cú sức điện động cảm ứng do từ thụng dư sinh ra. Sức điện động này khộp mạch qua dõy quấn kớch từ (điện trở mạch kớch từ ở vị trớ nhỏ nhất), sinh ra dũng điện kớch từ, làm tăng từ trường cho mỏy. Quỏ trỡnh tiếp tục cho đến khi đạt điện ỏp ổn định. Để mỏy cú thể thành lập điện ỏp, cần thiết phải cú từ dư và chiều từ trường dõy quấn kớch từ phải trựng chiều từ trường dư. Nếu khụng cũn từ dư, ta phải mồi để tạo từ dư, nếu chiều hai từ trường ngược nhau, ta phải đổi cực tớnh dõy quấn kớch từ hoặc đổi chiều quay phần ứng.Phương trỡnh cõn bằng điện ỏp là:
Mạch phần ứng:U = Eư - RưIư Mạch kớch từ: Ukt = Ikt(Rkt + Rđc) Phương trỡnh dũng điện:Iư = I + Ikt
Khi dũng điện tải tăng, dũng điện phần ứng tăng, ngoài hai nguyờn nhõn làm điện ỏp đầu cực giảm, như mỏy phỏt điện kớch từ độc lập, ở mỏy kớch từ song song, cũn thờm một nguyờn nhõn nữa là khi U giảm, làm cho dũng điện kớch từ giảm, từ thụng và sức điện động càng giảm, chớnh vỡ thế đường đặc tớnh ngoài dốc hơn so với mỏykớch từ độc lập và cú dạng như hỡnh 3-14b. Từ đường đặc tớnh ta thấy, khi ngắn mạch, điện ỏp U = 0, dũng kớch từ bằng khụng, sức điện động trong mỏy chỉ do từ dư sinh ra vỡ thế dũng điện ngắn mạch Innhỏ so với dũng điện định mức.Để điều chỉnh điện ỏp, ta phải điều chỉnh dũng điện kớch từ, đường đặc tớnh điều chỉnh Ikt = f(I), khi U, n khụng đổi.
29
Sơ đồ nối dõy như hỡnh 3-15. Dũng điện kớch từ là dũng điện tải, do đú khi tải thay đổi, điện ỏp thay đổi rất nhiều, trong thực tế khụng sử dụng mỏy phỏt kớch từ nối tiếp. Đường đặc tớnh ngoài U = f(I) vẽ trờn hỡnh 3-15b. Dạng đường đặc tớnh ngoài được giải thớch như sau: Khi tải tăng, dũng điện Iư tăng, từ thụng và Eư tăng, do đú U tăng, khi I = (2ữ2,5)Iđm, mỏy bóo hoà, thỡ I tăng U sẽ giảm.
1.5 Mỏy phỏt điện một chiều kớch từ hổn hợp.
Mỏy phỏt điện kớch từ hỗn hợp cú 2 kiểu nối: nối thuận và nối ngược. Khi nối thuận, từ thụng của dõy quấn kớch từ nối tiếp cựng chiều với từ thụng của dõy quấn kớch từ song song, khi tải tăng, từ thụng cuộn nối tiếp tăng làm cho từ thụng của mỏy tăng lờn, sức điện động của mỏy tăng, điện ỏp đầu cực của mỏy được giữ hầu như khụng đổi. Đõy là ưu điểm rất lớn của mỏy phỏt điện kớch từ hỗn hợp. Đường đặc tớnh ngoài U = f(I) vẽ trờn hỡnh 3-16b.Khi nối ngược, chiều từ trường của dõy quấn kớch từ nối tiếp ngược với chiều từ trường của dõy quấn kớch từ song song, khi tải tăng điện ỏp giảm rất nhiều. Đường đặc tớnh ngoài U = f(I) vẽ trờn hỡnh 3-16c. Đường đặc tớnh ngoài dốc, nờn được sử dụng làm mỏy hàn điện một chiều.
30