Bài 5 : Máy điện một chiều
7. Động cơ điện một chiều
Nếu ta cho dòng điện từ mạng điện một chiều vào máy điện một chiều thì mơmen điện từ trở thành mơmen quay, quay rôto chạy với tốc độ n và trở thành động cơ điện. Rôto động cơ nối với máy công tác có mơmen cản M2 kéo máy cơng tác quay theo và phương trình cân bằng có dạng
M = M2 + M0
Rôto quay quét qua từ thông phần cảm sinh ra sức phản điẹn Eư. Phương trình cân bằng s.đ.đ có dạng:
U = Eư + Iư rư
Cũng như máy phát điện, động cơ điện một chiều có thể là loại kích từ song song, nối tiếp, hỗn hợp.
7.1. Chiều quay động cơ một chiều
Chiều quay của động cơ một chiều do tên cực từ và chièu quay dịng điện hần ứng quyết định. Hình 5-12 trình bày cách xác định chiều lực điện từ, từ đó suy ra chiều mơmen điện từ, đồng thời cũng là chiều quay của rôto (quy tắc bàn tay trái)
117
Như vậy muốn đổi chiều quay động cơ, ta đổi chiều dịng điện kích từ hoặc đổi chiều dịng điện phần ứng. Nếu đổi chiều cả hai dịng điện này thì chiều quay đơng cơ khơng đổi.
Như trên đã xét, nếu giữ nguyên chiều dòng điện và tên cực từ, rôto đông cơ sẽ quay ngược chiều so với máy phát.
7.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ: Ta có Eư = U – Iư Rư Ta có Eư = U – Iư Rư CE n = U – Iư Rư E C R I U n - - Rư là điện trở mạch phần ứng
Từ đó ta thấy, đối với động cơ một chiều có thể thực hiện các phương pháp điều chỉnh tốc độ như sau:
1. Thay đổi điện áp nguồn điện U, tốc độ sẽ thay đổi cùng chiều, tức U tăng thì n tăng; U giảm thì n giảm. Phương pháp này có ưu điểm là điều chỉnh trơn, phạm vi rất rộng, khơng tổn hao năng lượng. Nhưng có nhược điểm là địi hỏi phải có nguồn điện riêng cung cấp cho động cơ. Vì thế nó chỉ áp dụng trong các hệ truyền động đặc biệt (như hệ máy phát - động cơ, nắn điện động cơ)
2. Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dịng điện kích từ tốc độ sẽ thay đổi ngược chiều. Tức tăng thì n giảm; giảm thì n tăng. Phương pháp này cho phép điều chỉnh trơn và rộng, cách thực hiện cũng đơn giản (dùng biến trở kích từ ở mạch kích từ song song hoặc biến trở phân nhánh ở mạch kích từ nối tiếp). Nói chung cơng suất mạch kích từ rất nhỏ (khoảng 2 – 5% công suất động cơ) nên phương pháp này gây ra tổn hao khơng đáng kể. Vì thế nó được sử dụng rất rộng rãi.
3. Thay đổi điện trở mạch phần ứng, tốc độ sẽ thay đổi ngược chiều Rư tăng thì n giảm; Rư giảm thì n tăng. Muốn thế ta mắc nối tiếp với mạch phần ứng một biến trở tương tự như biến trở mở máy. Từ đó Rư = rư + rmm (rư là điện trở dây quấn phần ứng). Cần chú ý là nếu điện trở mở máy đồng thời dùng làm biến trở điều chỉnh tốc độ thì phải chọn lọc loại làm việc dài hạn với dòng điện định mức (biến trở mở máy là loại làm việc ngắn hạn) chỉ dùng khi mở máy sau đó được loại ra khỏi mạch để chống tổn hao. Phương pháp này có ưu điểm là điều chỉnh trơn, dễ thực hiện. Tuy nhiên do dòng điện phần ứng lớn nên biến trở điều chỉnh cồng kềnh, tiêu tốn điện năng, khơng kinh tế.
7.3. Mở máy động cơ:Dịng điện phần ứng: Dòng điện phần ứng: - - - - r C U r E U I En
Khi mở máy n = 0 nên dòng điện phần ứng lúc mở máy có trị số rất lớn.
dm m m I r U I 1020 -
118
Trị số này gấp 10 đến 20 lần Iđm, nên rất nguy hiểm. Vì thế nói chung động cơ điện một chiều cần mở máy qua biến trở để hạn chế Imm. Hình 5-13 vẽ sơ đồ mạch điện động cơ kích từ song song có biến trở mở máy (rmm). Khi có biến trở dịng điện mở máy sẽ là:
Hình 5-13
Sơ đồ mở máy động cơ song song
m m m m r r U I -
Điều kiện để chọn rmm là đảm bảo bội số Imm là kmm = Imm / Iđm vào khoảng hai lần
Ví dụ: Động cơ song song có Uđm = 220 V, Iđm = 50A; rư = 0,212 . Xác định dòng điện mở máy trực tiếp và điện trở mở máy để kmm = 2
Giải:
Dòng điện mở máy trực tiếp là:
A r U Imm 1040 212 , 0 220 - tức gấp 1040/50 là 21 lần Iđm
Muốn kmm = 2 thì dịng điện mở máy là: I’mm = 2Iđm = 2. 50 = 100 A Vậy rư + rmm = U/ I’đm = 220/ 100 = 2,2 Ω Vậy điện trở mở máy là:
rmm = 2,2 – rư suy ra rmm = 1,988 Ω Mômen mở máy là:
Mmm = CM Imm = CM kmm Iđm
Để có mơmen mở máy lớn, ta cần tạo ra dịng kích từ lớn để từ thơng lớn. Tức khi mở máy, biến trở kích từ nếu có cần đê ở vị trí có trị số bé nhất.
Đối với động cơ song song, từ thông khơng đổi trong q trình mở máy, nên mơmen mở máy tỷ lệ với dòng điện mở máy và gấp kmm lần mômen định mức.
8. VẬN HÀNH MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 8.1. Vận hành máy phát điện một chiều.
a. Thao tác và theo dõi máy lúc làm việc.
- Muốn mở máy phát, ta khởi động động cơ sơ cấp để quay Rôto lên tốc độ định mức, sau đó điều chỉnh biến trở kích từ để đưa dịng điện kích từ vào phần cảm để điện áp trên cực máy phát ra bằng định mức. Khi đó ta có thể đóng cầu dao mạch ngồi để cung cấp dịng điện cho phụ tải (xem sơ đồ nguyên lý máy phát điện ở mục...).
119
- Trường hợp máy phát điện làm việc song song ta thực hiện hòa máy và tăng dần dịng điện kích từ, mơmen sơ cấp để máy phát tăng dần công suất phát cung cấp cho hệ thống.
Khi dừng máy ta cần chuyển hết công suất của máy cho hệ thống rồi cắt cầu dao mạch ngồi, giảm dần dịng điện kích từ về 0 sau đó dừng động cơ sơ cấp.
Trong quá trình máy làm việc cần theo dõi tiếng kêu, nhiệt độ, điện áp và dòng điện nằm trong định mức. Cần đặc biệt theo dõi tình trạng làm việc của cổ góp, chổi than.
b. Các tình trạng khơng bình thường và sự cố.
Trong quá trình vận hành máy phát điện có thể gặp những trục trặc và hư hỏng sau:
- Máy phát khơng tăng kích từ được. Là khi điều chỉnh biến trở kích từ mà điện áp máy phát khơng tăng. Ngun nhân có thể: Mất từ dư, dịng điện kích từ ngược với chiều tự kích từ, mạch kích từ bị đứt.
- Máy phát bị quá tải. Là trường hợp máy mang tải quá công suất định mức của máy.
- Máy bị quá nóng. Có thể máy bị quá tải, bị chập một số bối dây phần ứng. - Máy phát phát sinh tia lửa trên cổ góp điện. Nguyên nhân có thể: Tiếp xúc chổi than với cổ góp lỏng, cổ góp bị bụi bẩn, cách điện cổ góp nhơ cao.
8.2. Vận hành động cơ điện
a. Thao tác và chông nom động cơ lúc làm việc.
- Mở máy động cơ 1 chiều nói chung đề dùng biến trở mở máy. Do đó trước khi đóng điện cần đưa biến trở mở máy về trị số lớn nhất, biến trở kích từ về trị số nhỏ nhất. Sau khi đóng điện giảm dần trị số biến trở mở máy về không, đồng thời tăng dần trị số biến trở kích từ cho đến khi tốc độ động cơ đạt định mức. Cần chú ý khi điều chỉnh các biến trở không thao tác nhanh quá hoặc chậm quá.
- Khi đưng máy ta cắt điện động cơ và đưa các biến trở về vị trí sẳn sàng mở máy lại. Trong q trình động cơ làm việc cần theo dõi tiếng kêu, nhiệt độ, tia lửa ở cổ góp chổi than và độ rung.
b. Tình trạng khơng bình thường và sự cố.
Cũng như động cơ điện xoa chiều động cơ điện 1 chiều có thể gặp các trục trặc sau:
- Khơng mở máy được. Có thể do đứt mạch phần ứng, hoặc đứt mạch kích từ, Rơto bị kẹt. Khi gặp sự cố đó nhanh chóng cắt điện để kiểm tra.
- Động cơ bị quá nóng. Có thể do điện áp đặt vào phần ứng quá cao, chập một số bối dây phần ứng, động cơ bị quá tải, bị sát cốt hoặc hệ thống thơng gió kém.
- Tốc độ động cơ bị giảm nhiều. Có thể do điện áp đặt vào phần ứng thấp, hư hỏng ở cổ góp chổi than.
- Xuất hiện tia lửa trên cổ góp. Nguyên nhân (xem tia lửa ở máy phát điện).
- Động cơ nối tiếp bị vượt tốc. Do động cơ bị mất tải đột ngột. Cần cắt điện ngay để xử lý.
120
NỘI DUNG THỰC HÀNH
1.Chuẩn bị dụng cụ thiết bị
TT Thiết bị, dụng cụ SL Ghi chú
1 -Bàn thực hành máy phát điện 1 chiều.
- Mô hình cắt bổ máy phát điện một chiều. - Bộ thực hành máy phát điện một chiều. - Mơ hình chứng minh tính thuận nghịch
máy điện một chiều.
- Nguồn điện AC, DC điều chỉnh được điện áp. 01 bộ 2 -Đồng hồ vạn năng 01 chiếc 3 Dây nối, Jắc cắm… 01 bộ 2. Nội dung: B1. Phân tích bản vẽ B2. Nhận vật tư
B3. Nguyên nhân gây ra tia lửa và biện pháp cải thiện đổi chiều. B4. Máy phát điện một chiều.
B5. Động cơ điện một chiều.
B6. Bảo dưỡng và sửa chữa máy điện một chiều. B7. Xác định hư hỏng động cơ điện một chiều B8. Sửa chữa phần cơ động cơ điện một chiều B9. Sửa chữa chổi than và cổ góp
Bài tập:
1, Vẽ hình, trình bày ngun lý hoạt động của động cơ điện một chiều?
2, Động cơ 1 chiều có cơng suất định mức 1,5 KW, điện áp định mức 220V, tốc độ định mức 1500 vịng/phút, hiệu suất 0,82. Tính mơmen định mức, dịng điện định mức và tổng tổn hao của động cơ?
3, Trên động cơ một chiều có ghi: kích từ song song, Uđm= 220V; Pđm= 14 Kw; nđm= 800 vòng/phút; Rkt= 55;= 0,8 ; rư= 0,2; Ce=10; 2∆Utx= 2V.
a. Hãy giải thích tại sao khi bắt đầu khởi động động cơ một chiều thì dịng điện mở máy có giá trị rất lớn sau đó nó giảm dần tới dịng điện ổn định. Muốn giảm dòng điện mở máy ta có thể thực hiện bằng biện pháp nào?
b.Hãy xác định mômen điện từ, mômen không tải và mômen trục động cơ ở chế độ định mức?
c. Hãy xác định các loại tổn hao công suất trong động cơ ở chế độ định mức?
4, Động cơ 1 chiều có cơng suất định mức 1,5 KW, điện áp định mức 220V, tốc độ định mức 1500 vòng/phút, hiệu suất 0,82. Tính mơmen định mức, dịng điện định mức và tổng tổn hao của động cơ?
5, Máy phát điện một chiều kích từ song song có số liệu sau: rư= 0,1; 2∆tx= 2V; dây quấn phần ứng là dây quấn sóng đơn; 2p=4; Znt=25; mỗi rãnh đặt 5 dây dẫn; = 0,03Wb; n = 1200 vòng/phút; Ikt = 2A; cung cấp cho tải dòng điện I=18A..
121
a. Hãy phân tích tại sao khi máy phát đang làm việc bình thường mà xảy ra ngắn mạch 2 cực máy thì ở máy phát kích từ độc lập sẽ rất nguy hiểm? cịn ở máy phát kích từ song song khơng nguy hiểm.
b. Hãy xác định điện áp trên 2 cực của máy phát điện trên?
c. Nếu tổn hao công suất không tải bằng 5% cơng suất tải thì hiệu suất của máy bằng bao nhiêu?
122
MỤC LỤC
ĐỀ MỤC TRANG
Tuyên bố bản quyền Lời nói đầu
Bài 1: Khái niệm chung về máy điện .............................................................. 3
1. Định nghĩa và phân loại ......................................................................... 3
1.1. Định nghĩa ........................................................................................... 3
1.2. Phân loại .............................................................................................. 3
2. Nguyên tắc máy phát điện và động cơ điện ............................................. 4
2.1. Nguyên tắc máy phát điện.................................................................... 4
2.2. Nguyên tắc động cơ điện ..................................................................... 5
2.3. Tính thuận nghịch của máy điện quay .................................................. 6
3. Vật liệu chính chế tạo máy điện .............................................................. 6
3.1. Vật liệu dẫn điện ................................................................................. 6
3.2. Vạt liệu dẫn từ .................................................................................... 6
3.3. Vật liệu cách điện ............................................................................... 7
4. Phát nóng và làm mát máy điện .............................................................. 8
Bài 2: Máy biến áp .......................................................................................... 9
1. Định nghĩa và công dụng ........................................................................ 9
1.1. Định nghĩa ........................................................................................... 9
1.2. Công dụng ........................................................................................... 13
2. Máy biến áp 1 pha 2 dây quấn ................................................................. 10
2.1. Cấu tạo ................................................................................................ 10
2.2. Nguyên lý làm việc ............................................................................... 11
2.3. Các đại lượng định mức ........................................................................ 12
3. Máy biến áp 3 pha ................................................................................... 13
3.1. Định nghĩa ........................................................................................... 13
3.2. Nguyên lý làm việc .............................................................................. 15
3.3. Các đại lượng định mức ....................................................................... 15
4. Tổ nối dây máy biến áp .......................................................................... 15
4.1. Các ký hiệu đầu dây ............................................................................ 16
4.2. Các kiểu đấu day quấn ......................................................................... 17
4.3. Tổ nối dây MBA ................................................................................. 17
5. Quá trình điện từ và mạch điện thay thế máy biến áp 1 pha .................... 19
5.1. Các phương trình cơ bản của MBA ...................................................... 20
5.2. Mạch điện thay thế của MBA ............................................................... 22
6. Các trạng thái làm việc của máy biến áp ................................................ 24
6.1. Trạng thái không tải của MBA ............................................................. 24
6.2. Trạng thái ngắn mạch của MBA ........................................................... 25
6.3. Trạng thái có tâỉ của MBA.................................................................... 29
7. Giản đồ năng lượng và hiệu suất máy biến áp một pha ......................... 31
123
7.2. Hiệu suất của ....................................................................................... 32
8. Máy biến áp làm việc song song ............................................... ............. 33
8.1. Công dụng vá ý nghĩa MBA làm việc song song .................. ............. 33
8.2. Điều kiệnghép MBA làm việc song song .............................. ......... 33
9. Các máy biến áp đặc biệt .......................................................... ......... 37
9.1. Máy biến áp tự ngẫu .............................................................. ......... 37
9.2. Máy biến áp đo lường ........................................................ ......... 39
9.3. Máy biến áp hàn hồ quang .................................................... ......... 40
10. Một số cơng thức tính tốn máy biến áp .................................. ......... 41
11. Sử dụng, bảo dưỡng, sửa chữa máy biến áp 1 pha .................. ......... 42
11.1. Sử dụng bảo dưỡng MBA 1 pha ........................................... ......... 42
11.2. Những hư hỏng thông thường và biện pháp khắc phục ........ ......... 45
Bài 3: Máy điện không đồng bộ ........................................................ ......... 55
1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ........................... ......... 55
2. Động cơ không đồng bộ 3 pha ................................................. ......... 55
2.1. Cấu tạo ................................................................................... ......... 55
2.2. Nguyên lý làm việc ................................................................ ......... 57
2.3. Các đại lượng định mức ......................................................... ......... 59
2.4. Phương pháp xác định các đầu dây động cơ KĐB 3 pha ........ ......... 60
2.5. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB ..................................... ......... 62
2.6. Mômen quay của động cơ không đồng bộ ............................. ......... 71
2.7. Mở máy động cơ không đồng bộ 3 pha ................................. ......... 74
2.8. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ........................... ......... 77
3. Động cơ không đồng bộ 1 pha .................................................. ......... 80
3.1. Mô men quay động cơ 1 pha ................................................ ......... 80
3.2. Động cơ 1 pha có dây quấn 2 pha ........................................... ......... 81
3.3. Sử dụng động cơ 3 pha chạy thành 1 pha .............................. ......... 82
4. Bảo dưỡng động cơ KĐB .......................................................... ......... 83
4.1. Bảo dưỡng thường xuyên ....................................................... ......... 83
4.2. Bảo dưỡng định kỳ ................................................................ ......... 83
5. Sử dụng động cơ không đồng bộ ............................................... ......... 85
5.1. Lắp đặt ................................................................................. ......... 85
5.2. Vận hành ................................................................................ ......... 87
5.3. Những hư hỏng thường gặp, nguyên nhân, biện pháp khắc phục ..................................................................................... ......... 89
5.4. Quy trình sửa chữa một số hư hỏng của động cơ điện ........... ......... 93
Bài 4: Máy điện đồng bộ .................................................................. ......... 97
1. Khái niệm chung về máy điện đồng bộ ..................................... ......... 97
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ ............... ......... 97
2.1. Cấu tạo .................................................................................. ......... 97
2.2. Nguyên lý làm việc ................................................................. ......... 98
3. Đáu dây, vận hành, điều chỉnh máy phát điện đồng bộ.............. ....... 100
3.1. Sơ đồ đấu dây máy phát điện và các cuộn dây phần ứng ở stator ......................................................................................... ....... 100
124
3.2. Thao tác vận hành .................................................................. ....... 102
4. Động cơ và máy bù đồng bộ ..................................................... ....... 102
4.1. Động cơ đồng bộ ................................................................... ....... 102
4.2. Máy bù đồng bộ .................................................................... ....... 103
Bài 5: Máy điện một chiều ................................................................ ....... 105
1. Khái niệm chung về máy điện một chiều .................................. ....... 105
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện một chiều ........... ....... 105
2.1. Cấu tạo .................................................................................. ....... 105
2.2. Nguyên lý làm việc ................................................................. ....... 106