Từ biểu thức cõn bằng điện ỏp của động cơ một chiều, biểu thức s.đ.đ cảm ứng và biểu thức mụmen điện từ ta dễ dàng rỳt ra được biểu thức đặc tớnh cơ của mỏy điện một chiều: n = kU E - RưM kEkM2 (7.28) Khi Iư= 0 hoặc M = 0 thỡ n = U kE = n0 là tốc độ khụng tải lý tưởng. Khi n = 0 làlỳc khởi động thỡ: M = kM U Rư = kMIn = Mn (7.29)
Từ biểu thức trờn, một cỏch tổng quỏt ta cú cỏc phương phỏp điều chỉnh tốc độ sau đõy:
- Thờm điện trở phụ vào mạch điện phần ứng
Phương phỏp này cho phộp điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ định mức. Tuy nhiờn,
do dũng điện phần ứng lớn nờn tổn hao trờn điện trở phụ lớn, hiệu suất của động cơ giảm. Vỡ vậy, phương phỏp này chỉ ỏp dụng với động cơ cụng suất nhỏ.
182
Phương phỏp này cũng chỉ cho phộp điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ định mức. Phương phỏp này khụng gõy nờn tổn hao phụ nhưng đũi hỏi phải cú nguồn điện ỏp riờng điều chỉnh được.
- Thay đổi từ thụng
Phương phỏp này được ỏp dụng khỏ phổ biến bằng cỏch điều chỉnh dũng điện kớch từ, cú thể điều chỉnh liờn tục và kinh tế. Khi điều chỉnh dũng kớch từ chỉ cú thể điều chỉnh giảm nờn từ thụng giảm nờn tốc độ sẽ trờn tốc độ định mức và giới hạn tốc độ bị hạn chế bởi cỏc điều kiện cơ khớ và đổi chiều của mỏỵ
Thực tế thường người ta kết hợp cỏc phương phỏp trờn. Vớ dụ như kết hợp phương phỏp điều chỉnh từ thụng với phương phỏp thay đổi điện ỏp nờn phạm vi điều chỉnh tốc độ rất rộng, đõy là một ưu điểm rất lớn của động cơ một chiềụ
Dưới đõy ta sẽ xột cụ thể cỏc loại động cơ một chiềụ
1) Động cơ kớch từ song song và kớch từ độc lập
Để điều chỉnh tốc độ thường dựng phương phỏp điều chỉnh từ thụng bằng cỏch điều chỉnh Rđc trờn mạch kớch từ. Cần lưu ý rằng khi từ thụng giảm cú thể làm cho dũng điện phần ứng tăng quỏ trị số cho phộp nờn cần cú thiết bị bảo vệ cắt điện động cơ khi từ thụng giảm quỏ nhiềụ
Hỡnh 7.13 Dạng đặc tớnh cơ khi thay đổi từ thụng động cơ kớch từ độc lập
Hỡnh 7.14 Dạng đặc tớnh cơ khi thay đổi điện trở phần ứng động cơ kớch từ độc lập
- Khi từ thụng giảm thỡ n0 tăng, độ dốc của đặc tớnh tăng nhanh và Mngiảm. - Nếu thờm điện trở phụ Rfvào mạch phần ứng thỡ phương trỡnh đặc tớnh cơ:
n = kU
E - Rư + Rf
kEkM2M (7.30)
Khi Rf = 0, U = Uđm, = đm ta cú đặc tớnh cơ tự nhiờn. Khi Rf tăng ta cú họ đặc tớnh cơ thay đổi qua n0và độ dốc của đặc tớnh tăng dần (mềm dần).
- Nếu điều chỉnh bằng cỏch thay đổi điện ỏp (U ≤ Uđm)
183
Hỡnh 7.15 Dạng đặc tớnh cơ khi thay đổi điện ỏp phần ứng động cơ kớch từ độc lập
2) Động cơ một chiều kớch từ nối tiếp
Khi mỏy khụng bóo hũa, dũng điện phần ứng Iưtỉ lệ với từ thụng , nghĩa là:
Iư = kI (7.31)
Do đú: M = kMIư = kMkI2 = k22 Nờn:
=√Mk với k= √kMkI (7.32)
Thay vào biểu thức đặc tớnh cơ ta được: n = kU kE√M - kIRư kE = a U √M - bRư với a = k kE và b = kI kE (7.33)
Từ biểu thức trờn ta thấy phương trỡnh đặc tớnh cú dạng hyperbol (hỡnh 7.16
đường 1). Khi tải nhỏ hoặc khụng tải thỡ dũng điện và từ thụng nhỏ, tốc độ động cơ tăng cú thể làm hỏng động cơ về cơ khớ. Do đú khụng để động cơ một chiều kớch thớch nối tiếp mở mỏy khi khụng tải hoặc tải nhỏ (tối thiểu P = (0,2 ữ 0,25)Pđm).
Đường đặc tớnh cơ mềm, khi mụmen tăng thỡ tốc độ giảm. Động cơ loại này rất ưu việt trong những nơi cần điều kiện mở mỏy nặng nề và cần điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng như cỏc đầu mỏy xe điện, đầu mỏy điện...
Thực tế, động cơ loại này được chế tạo làm việc với mạch từ bóo hũa khi mụmen cản lớn hơn mụmen cản định mức (MC > MCđm) . Khi đú khi MCtăng thỡ hầu như khụng đổi nờn đoạn đặc tớnh gần như là đường thẳng (đoạn đứt nột trờn đường 1).
Việc thay đổi từ thụng cú thể thực hiện bằng cỏc cỏch sau: Mắc sun song song với dõy quấn kớch thớch, thay đổi số vũng dõy của dõy quấn kớch thớch, mắc sun song
song dõy quấn phần ứng và thờm điện trở vào dõy quấn phần ứng. Hai cỏch đầu cho cựng một đặc tớnh (đường 2). Cỏch thứ ba cho ta đường đặc tớnh 3.
Cỏch thờm điện trở vào mạch phần ứng cho đường 4 và 5. Khi thay đổi điện ỏp (U<Uđm) ta được đường 6.
184
Hỡnh 7.16 Cỏc dạng đặc tớnh cơ khi điều chỉnh tốc độ ĐCMC KTNT
3) Động cơ một chiều kớch từ hỗn hợp
Trong động cơ một chiều kớch từ hỗn hợp cú hai cuộn dõy kớch từ: song song và nối tiếp. Nếu từ trường của hai cuộn dõy đú cựng chiều làm tăng từ thụng ta cú động cơ một chiều kớch từ hỗn hợp bự. Ngược lại, ta cú động cơ một chiều kớch từ hỗn hợp ngược. Thực tế chỉ động cơ hỗn hợp bự mới đảm bảo làm việc ổn định và đặc tớnh cơ của nú mang tớnh chất trung gian giữa động cơ kớch từ song song và động cơ kớch từ nối tiếp.
Đường 1 ứng với kớch từ hỗn hợp bự, đường 2 –hỗn hợp ngược, đường 3 –kớch từ song song và đường 4 –kớch từ nối tiếp.
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kớch từ hỗn hợp được điều chỉnh như động cơ kớch từ song song, dự rằng về nguyờn tắc cú thể ỏp dụng cỏc phương phỏp giống như động cơ kớch từ nối tiếp.
Động cơ một chiều kớch từ hỗn hợp được dựng trong những nơi cần cỏc điều kiện mụmen mở mỏy lớn, gia tốc quay khi mở mỏy lớn, tốc độ biến đổi theo tải trong một vựng rộng như trong mỏy ộp, mỏy bào, mỏy in, mỏy cỏn thộp, mỏy nõng ... Trong thời gian gần đõy cũn được dựng trong giao thụng vận tải vỡ cú ưu điểm hơn so với động cơ kớch từ nối tiếp ở chỗ dễ hóm ngược bằng chế độ mỏy phỏt điện.
185
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬPCHƯƠNG 7
CÂU HỎI
1. Cấu tạovà nguyờn lý làm việc của mỏy điện một chiềụ 2. Sức điện động và mụmen điện từ của mỏy điện một chiềụ 3. Phõn loại và sơ đồ đấu dõy của mỏy điện một chiềụ 4. Cỏc phương phỏp mở mỏy động cơ điện một chiềụ
5. Phõn biệt cỏc dạng đặc tớnh cơ của động cơ điện một chiềụ
Bài tập giải sẵn
Bài tập 7.1
Một mỏy phỏt điện một chiều kớch từ song song, cụng suất định mức Pđm = 25
kW, điện ỏp định mức Uđm = 115V, điện trở cuộn kớch từ Rkt = 12,5; điện trở dõy quấn phần ứng Rư = 0,0238; số đụi nhỏnh song song a = 2; số đụi cực p = 2; số thanh dẫn N = 300; tốc độ quay n = 1300 vũng/phỳt.
ạ Xỏc định s.đ.đ cảmứng Eưvà từ thụng .
b. Giả sử dũng điện kớch từ khụng đổi, bỏ qua phản ứng phần ứng, hóy xỏc định điện ỏp đầu cực mỏy khi dũng điện giảm xuống I = 80,8Ạ
Bài giải ạ Từ phương trỡnh 7.10 và 7.11, sức điện động cảm ứng Eưlà: Eư = U + IưRư = U + (Iđm + Ikt)Rư Dũng điện định mức: Iđm= UPđm đm= 25000115 =217,4A Dũng điện kớch từ: Ikt = URđm kt = 12,5115 = 9,2A Do đú: Eư = 115 + (217,4 + 9,2).0,0238 = 120,4V Từ thụng trong mỏy (cụng thức 7.6): Φ = 60aEpNnư = 2.300.130060.2.120,4 = 1,852.10-2Wb b. Dũng điện phần ứng: Iư = I + Ikt = 80,8 + 9,2 = 90A
Điện ỏp đầu cực mỏy phỏt:
186
Bài tập 7.2
Một động cơ điện một chiều cụng suất định mức Pđm = 1,5kW; điện ỏp định mức Uđm= 220V; hiệu suất = 0,82; tốc độ n = 1500 vũng/phỳt.
Tớnh mụmen định mức, tổng tổn hao trong mỏy và dũng điện định mức.
Bài giải
Mụmen định mức của động cơ: Mđm = ωPđm
đm = 9,55.nPđm
đm = 9,55.15001500 = 9,55Nm Cụng suất điện cung cấp cho động cơ:
P1 = Pđmη = 15000,82 = 1829,3W Dũng điện định mức:
Iđm = UP1
đm = 1829,3220 = 8,31A Tổng tổn hao trong mỏy:
P = P1– Pđm = 1829,3 – 1500 = 329,3W
BÀI TẬP TỰ GIẢI
Bài tập 7.3
Mỏy phỏt điện một chiều kớch từ độc lập cú cỏc thụng số định mức: Pđm = 25kW; Uđm = 440V; Iđm = 65A; n =1000vũng/phỳt; Rư = 0,2. Bỏ qua phản ứng phần ứng.
a) Tớnh cụng suất điện từ, mụmen điện từ và hiệu suất khi tải định mức.
b) Tớnh s.đ.đ phần ứng khi tốc độ rụto n’ = 800vũng/phỳt.
Đỏp số:a) Pđt = 29445W; Mđt = 238,75Nm ; = 0, 874; b) Eư’ = 362,4V
Bài tập 7.4
Động cơ điện một chiều kớch từ song song cú Pđm = 10kW; Uđm= 220V; =
0,86; n = 2250 vũng/phỳt; Ikt =2,26A; Rư = 0,178.
a) Tớnh dũng điện mở mỏy trực tiếp.
b) Tớnh điện trở Rmm cần thiết để giảm dũng điện mở mỏy xuống bằng 2 lần dũng điện định mức.
Đỏp số:a) Imm =1238A; b) Rmm = 1,95
187
Bài tập 7.5*
Cho động cơ điện một chiều kớch thớch độc lập cú Pđm = 25kW; Uđm = 200V; Rư
= 0,2; Pđt = 30kW; nđm= 1000vũng/phỳt.
a) Tớnh mụmen điện từ Mđtvà dũng điện phần ứng Iư.
b) Để tốc độ động cơ cũn 800 vũng/phỳt thỡ cần mắc vào phần ứng một điện trở điều chỉnh Rđcbằng bao nhiờủ Biết rằng tải khụng đổi và bỏ qua phản ứng phần ứng.
Đỏp số: a) Mđt = 286,5Nm; Iư = 159A; b) Rđc = 0,22
x
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Phạm Văn Bỡnh, Lờ Văn Doanh. Thiết kế mỏy biến ỏp. Nhà xuất bản khoa
học và kỹ thuật 2001.
2. Phạm Văn Chới, Bựi Tớn Hữu, Nguyễn Tiến Tụn; Khớ cụ điện; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - 2002
3. Lờ Văn Doanh, Phạm Văn Chới; Bảo dưỡng, thử nghiệm thiết bị điện; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật-1999.
4. Vũ Gia Hanh, Trần Khỏnh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sỏụ Mỏy điện 1, 2. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 1998.
5. Nguyễn Xuõn Phỳ, Tụ Đằng; Khớ cụ điện - Kết cấu sử dụng và sửa chữa; Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật - 2001
6. Nguyễn Hồng Quang, Nguyễn Phỳc Hảị Mỏy điện trong cỏc thiết bị tự động. Nhà xuất bản giỏo dục 2001.