- Cấu tạo gồm hai phần chính là stato và roto.
Chương 2: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
MỘT CHIỀU
2.1. MƠMEN VÀ CƠNG SUẤT ĐIỆN TỪ
Khi máy điện làm việc, trong dây quấn phần ứng sẽ có dịng điện chạy qua. Tác dụng của từ trường lên dây dẫn có dịng điện sẽ sinh ra moment điện từ trên trục máy.
Giả thuyết ở một chế độ làm việc nào đó của máy điện một chiều, từ trường và dòng điện phần ứng ở dưới cực từ như hình vẽ, thì theo qui tắc bàn tay trái moment điện từ do lực điện từ tác dụng lên các thanh đẫn có chiều từ phải sang trái.
Lực điện từ tác dụng lên thanh dẫn bằng: f= Btb.liư
Nếu tổng thanh dẫn của dây bằng N, dòng điện trong mạch nhánh iư = Iư /2a thì moment điện từ tác dụng lên dây quấn phần ứng bằng:
22 2 D lN a I B M ư tb Trong đó:
Btb: từ cảm trung bình trong khe hở. Iư: dịng điện phần ứng
a: số đôi mạch nhánh.
l: chiều dài tavs dụng của thanh dẫn D: đường kính ngồi phần ứng Do p D 2 , l Bbt nên ta có: Iư CM Iư a pN M 2 Trong đó:
: từ thơng dưới mỗi cực tính bằng wb.
a pn
CM
2 : hệ số phụ thuộc vào kết cáu của máy điện.
Trong máy phát điện, khi quay máy theo một chiều nhất địnhtrong từ trường thì trong dây dẫn sẽ sinh ra sức điện động mà chiều xác định theo qui tắc bàn tay phải. Khi có tải thì dịng điện sinh ra cùng chiều với sức điện động nên moment điện từ sinh ra sẽ ngược chiều quay với chiều quay của máy. Vì vậy ở máy phát điện moment điện từ là một moment hãm.
Trong động cơ điện khi có dịng điện vào phần ứng thì dưới tác dụng của từ trường, trong day quấn sẽ sinh ra moment điện từ kéo máy quay, vì vậy chiều quay của máy trùng với chiều quay của moment
Công suất đối với moment điện từ đưa vào hay đưa ra gọi là công suất điện từ: Pđt = Mω Trong đó: M: moment điện từ 60 2n : tốc độ góc phần ứng.
Thay vào ta được: đt ư n Iư a pN n I a pN M P 60 60 2 2
Trong công thức này ta thấy quan hệ giữa công suất điện từ và moment điện từ và sự trao đổi năng lượng trong máy điện. Trong máy phát điện công suất đã chuyển công suất cơ Mω thành công suất điện Eư.Iư. ngược lại trong cơ điện công suất điện từ đã chuyển công suất điện Eư.Iư thành cơng suất cơ Mω.
2.2. Q TRÌNH NĂNG LƢỢNG VÀ CÁC PHƢƠNG TRÌNH CÂN BẰNG
2.2.1. Tổn hao trong máy điện một chiều
Trong máy điện một chiều đại bộ phận công suất cơ thành công suất điện,
hay cơng suất điện thành cơng suất cơ. Chỉ có một bộ phận rất ít biến thành tổn hao trong máy dưới hình thức nhiệt tỏa ra ngồi khơng khí. Tổn hao trong máy tùy theo tính chất được phân thành bốn loại sau.
Tổn hao Pcơ: Bao gồm tổn hao ổ bi, tổn hao chổi than và vành góp, tổn hao thơng gió… tổn hao này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ quay của máy và làm cho ổ bi, vành góp bị nóng lên.
Tổn hao sắt PFe: Do từ trễ và dịng điện xốy trong lõi thép gây nên. Tổn hao này phụ thuộc vào vật liệu, chiều dài tấm thép, trọng lượng lõi thép, từ cảm và tần số f. khi lõi thép đã định hình thì tổn hao thép tỷ lệ với f 1, 2÷1, 6 và B2
Hai loại tổn hao trên khi không tải đã tồn tại nên gọi là tổn hao không tải: P0 = P cơ + PFe
Tổn hao cơ và sắt sinh ra moment hãm và moment này tồn tại khi không tải nên gọi là moment không tải M0. quan hệ giữa M0 và P0
M0= P0/ω Trong đó: ω là tốc độ góc của rotor
Tổn hao đồng Pcu: tổn hao đồng bao gồm tổn hao đồng trong mạch phần ứng Pcu.ư và tổn hao đồng trong mạch kích từ Pcu.t
Tổn hao phụ trong thép có thể do từ trường phân bố không đều trên bề mặt phần ứng các bulông ốc vít trên phần ứng làm từ trường phân bố khơng đều trên lõi
sắt ảnh hưởng của răng, rãnh làm từ trường đập mạch … sinh ra.
Tổn hao trong đồng có thể do q trình đổi chiều làm dịng điện trong phần ứng thay đổi, dòng điện phan bố không đều trên bề mặt chổi than làm tổn hao tiết xúc lớn, từ trường phân bố không đều trên các rãnh làm cho trong dây dẫn sinh ra dòng điện xoáy, tổn hao trong dây nối cân bằng sinh ra.
2.2.2. Quá trình năng lượng trong máy điện một chiều
Máy phát điện: Máy phát điện biến cơ năng thành điện năng nên máy do một động cơ sơ cấp kéo quay với một tốc độ nhất định.
Công suất đưa vào P1, tiêu hao đi một phần để bù vào tổn hao cơ Pcơ và tổn hao sắt PFe, cịn đại bộ phận biến thành cơng suất điện từ Pđt.
Ta có:
P1 = Pđt + ( Pcơ + PFe ) = Pđt + P0 Pđt = Eư.Iư
Khi có dịng điện chạy trong dây dãn thì có tổn hao đồng, nên cơng suất điện đưa ra bằng:
P2 = Pđt – Pcu = Eư.Iư – Iư2.Rư = U.Iư. Chia hai vế cho Iư ta được:
U = Eư – I=.Rư
Đó là phương trình cân bằng sức điện động của máy phát điện một chiều. Động cơ diện một chiều:
Động cơ điện lấy công suất điện vào và truyền công suất cơ ra đầu trục. Công suất mà động cơ nhận được từ lưới vào:
P1 = U.I = U(Iư + It). Trong đó :
I = Iư + It – dòng điện từ lưới điện vào (Iư là dòng điện phần ứng, It là dịng điện kích từ)
U – điện áp ở đầu cực máy.
Công suất P1 một phần cung cấp cho mạch kích từ cịn phàn lớn đi vào phần ứng tiêu hao một ít trong dây quấn đồng trong mạch phần ứng còn đại bộ phận là công suất điện từ Pđt
P1 = Pcu.ư + Pcu.t + Pđt
Công suất điện từ chuyển thành cơng suất cơ thì cịn tiêu hao một ít để bù vào tổn hao cơ Pcơ và tổn hao sắt PFe.
Cuối cùng cịn lại cơng suất đưa ra đầu trục: Pddt = Pcơ + PFe + P2 = Po + P2.
2.3. TÍNH CHẤT THUẬN NGHỊCH TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Máy điện một chiều có thể dùng làm máy phát điện một chiều, cũng có thể dùng làm động cơ. Qua sự nghiên cứu ở các mục trên ta thấy trong máy phát điện, chiều của moment điện từ và tốc độ quay ngược nhau, còn dòng điện và sức điện động cùng chiều; trong động cơ điện thì moment và tốc độ quay cùng chiều, cịn dòng điện và sức điện động ngược chiều nhau. Vì vậy chỉ cần có điều kiện khách quan khác nhau thì máy sẽ có tính chất làm việc khác nhau.
Giả sử máy đang làm việc ở chế độ máy phát. Ta có dịng điện đưa ra
ư ư
ư R
U E
I nghĩa là Eư > U máy sinh ra moment điện từ hãm. Nếu ta giảm từ thông hoặc tốc độ n để giảm Iư xuống một cách thích đáng thì Iư sẽ nhỏ hơn U và dịng điện Iư sẽ đổi chiều, Iư và Eư sẽ ngược chiều nhau. Do chiều của từ thông không đổi nên moment điện từ sẽ đổi dấu nghĩa là m và n sẽ cùng chiều và moment điện từ đó đã từ moment hãm thành moment quay. Máy đã chuyển từ máy phát sang động cơ điện. Tách động cơ sơ cấp ra, ta được một động cơ thông thường.
Câu hỏi:
1. Mơmen điện từ 2. Cơng suất điện từ
3. Phương trình cân bằng năng lượng 4. Tính thuận nghịch