- Dựa vào các thơng số của động cơ và đặc tính vạn năng vẽ được đặc tính cơ, đặc tính cơ điện tự nhiên.
U, f= var Phụ
4.1 Quá trình phát nĩng và làm nguội máy điện
4.1.1 Khái quát chung
Trong quá trình biến đổi điện năng thành cơ năng hoặc ngược lại, một phần năng lượng sẽ bị tiêu tán ngay ở bên trong máy điện. Phần năng lượng đĩ được biểu thị ở dạng cơng suất tổn thất tồn phần P.
P = P1 - P2
với P1 là cơng suất điện mà động cơ nhận được từ lưới, P2 là cơng suất cơ lấy ra trên trục động cơ.
Cơng suất tổn hao này bao gồm 3 phần:
- Tổn hao cơ học do ma sát ở các ổ bi và rơto quay trong khơng khí, tổn hao trên cánh quạt làm mát,..
- Tổn hao đồng trong các cuộn dây quấn của máy bị đốt nĩng bởi hiệu ứng Jun.
- Tổn hao sắt từ tùy thuộc vào từng chất lượng của vật liệu sắt từ làm lõi thép máy điện.
Trong số các loại tổn hao trên thì tổn hao đồng tỉ lệ bình phương với dịng điện tải (PCu = R.I2) nên sẽ bị thay đổi khi phụ tải thay đổi. Hai loại tổn hao cịn lại gần như khơng thay đổi theo phụ tải nên gọi là tổn hao khơng biến đổi.
Cơng suất tổn thất tồn phần P sẽ biến thành nhiệt năng đốt nĩng máy điện. Trong quá trình bị đốt nĩng nhiệt độ của máy điện sẽ tăng dần lên và theo lý thuyết nếu máy điện khơng tỏa nhiệt ra mơi trường xung quanh thì nhiệt độ của nĩ sẽ tăng đến vơ cùng. Nhưng thực tế trong quá trình bị đốt nĩng máy điện tỏa nhiệt ra mơi trường xung quanh qua mặt ngồi của nĩ. Nhiệt lượng tỏa ra mơi trường tỉ lệ với nhiệt độ của máy điện nên hạn chế được sự phát nĩng của máy điện. Sau một thời gian xác định, nhiệt độ bên trong máy điện sẽ đạt tới trị số ổn định. Ở trạng thái ổn định nhiệt, nhiệt lượng tỏa ra mơi trường xung quanh bằng nhiệt lượng sinh ra trong máy điện. Muốn đạt tới nhiệt độ ổn định máy điện phải cĩ làm việc ở chế độ dài hạn.
Nếu xét tới tất cả các hiện tượng xảy ra trong quá trình phát nhiệt thì việc nghiên cứu sẽ gặp nhiều khĩ khăn. Bởi vì máy điện được cấu thành bởi
bộ phận lại cĩ những điều kiện làm việc khác nhau, cĩ bộ phận tĩnh, cĩ bộ phận quay. Quá trình trao đổi nhiệt giữa các bộ phận cũng rất khác nhau và rất phức tạp. Vì vậy muốn nghiên cứu quá trình phát nĩng của máy điện được dễ dàng, ta phải giả thiết máy điện là một hệ gồm nhiều vật thể đồng nhất cĩ trao đổi nhiệt với nhau. Ví dụ: Đối với động cơ khơng đồng bộ, ta cĩ thể xem nĩ là một hệ gồm: Đồng stato và rơto, thép stato và rơto chúng được ngăn cách bởi những vật cách điện, cịn mơi trường làm mát là ở trong nhà. Với những giả thiết như vậy và nếu xem tổn thất khơng biến đổi thì quá trình phát nhiệt của động cơ cũng phải biểu diễn bởi hệ phương trình vi phân phức tạp. Khi phụ tải biến đổi thì việc giải hệ phương trình vi phân đĩ rất khĩ khăn và thực tế khơng giải được.
Để đơn giản hĩa quá trình nhiệt đốt nĩng stato và rơto ta cĩ thể coi rằng quá trình đĩ khơng phụ thuộc vào những điều kiện khác nhau. Đơi khi ta cĩ thể qui về việc phân tích quá trình đốt nĩng của hai vật thể khác nhau.
Chẳng hạn quá trình đốt nĩng rơto và stato cĩ thể xem là quá trình trao đổi nhiệt giữa đồng và thép dưới tác dụng của các tổn thất tương ứng. Tuy nhiên việc làm đĩ cũng đã địi hỏi phải biết khá nhiều số liệu về cấu trúc của máy điện và các tham số khác như: Sự trao đổi nhiệt giữa các phần tử bất kỳ của cuộn dây stato, trao đổi nhiệt giữa đồng và thép stato qua rãnh qua cách điện và một loạt phần tử khác. Những tham số đĩ khơng cho trong các số tay hoặc lý lịch của máy. Vì thế phương pháp này cũng khơng được sử dụng.
Thực tế người ta thường dùng các phương pháp đơn giản để tính tốn sơ bộ quá trình phát nĩng của máy điện. Một trong những phương pháp đĩ là phương pháp tính tốn dựa trên các giả thiết: Xem máy điện là một vật thể đồng nhất cĩ hệ số dẫn nhiệt vơ cùng lớn và nhiệt độ ở mọi điểm là như nhau: Nhiệt dung và độ tỏa nhiệt của vật thể khơng đổi. Độ tỏa nhiệt tỉ lệ bậc nhất với hiệu số nhiệt độ giữa máy điện và mơi trường; nhiệt độ mơi trường khơng thay đổi và khơng phụ thuộc vào nhiệt độ của máy điện. Những giả thiết đĩ địi hỏi khơng những máy điện là lý tưởng mà mơi trường cũng phải là lý tưởng. Sau đây ta dùng phương pháp này để nghiên cứu quá trình phát nĩng và nguội lạnh của máy phát điện.