Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp

1/. Mạch tương đương và các phương trình

Giống như máy phát hỗn hợp, mỗi cực từ mang hai dây quấn kích từ : song song Rs và nối tiếp Rn Các phương trình làm việc là : a) Rẽ ngắn (hình 4.24.a) I = In = Iư + Ik E = U – In.Rn – Iư.Rư Uk = U – In.Rn b) Rẽ dài (hình 4.24.b) I = Iư + Ik ; In = Iư E = U – In.(Rn + Rư) Uk = U

Trong đó, sức điện động Eư trong cả 2 trường hợp là : Eư = kE.n.Φ = kE.n.(Φs±Φn)

• dấu + ứng với hỗn hợp cộng (từ trường hai dây quấn cùng chiều) • dấu – ứng với hỗn hợp trừ (từ trường hai dây quấn ngược chiều) 2/. Đặc tuyến momen – vận tốc (đặc tính cơ)

Đó là đường cong n = f(M), hình 4.25 cho thấy các dạng đặc tính cơ khác nhau phụ thuộc vào cách đấu dây quấn kích từ nối thuận hay nối ngược (hỗn hợp cộng hay trừ).

Với động cơ được nối thuận (hỗn hợp cộng), khi tải tăng, Iư tăng thì n giảm nhiều hơn động cơ kích từ song song, nhưng ít hơn động cơ nối tiếp. Vì vậy, đường 3 nằm giữa đường 1 và 2.

Hình 4.24 – Mạch điện tương đương động cơ một chiều kích từ hỗn hợp (a) Rẽ ngắn ; (b) Rẽ dài U Rn I Iư Eư Rư - + Tải n Rk Rs Ik (a) (b) U Rn I Iư Eư Rư - + Tải n Ik Rk Rs

Các động cơ làm việc nặng nề, dây quấn kích từ nối tiếp là dây quấn kích từ chính, còn dây quấn kích từ song song là dây quấn kích từ phụ và được nối thuận (hỗn hợp cộng). Ưu điểm của động cơ này là lúc không tải (Iư nhỏ, và Φ nhỏ), vận tốc vẫn không lớn nhờ có từ thông của cuộng song song.

Động cơ kích từ hỗn hợp có dây quấn kích từ nối tiếp là kích từ phụ và được nối ngược (hỗn hợp trừ), có đặc tính cơ rất cứng (đường 4 – hình 4.25), nghĩa là tốc độ quay hầu như không thay đổi khi momen thay đổi, vì khi tải tăng, dòng Iư tăng, dây quấn kích từ song song làm tốc độ giảm một ít, nhưng vì có dây quấn kích từ nối tiếp nối ngược làm từ thông máy giảm, do đó tốc độ máy lại tăng lên.

3/. Công suất trong động cơ kích từ hỗn hợp Xét động cơ hỗn hợp rẽ dài hình 4.24.b, ta có : Công suất điện động cơ nhận từ nguồn : P1 = U. I Tổn hao kích từ song song: pk = Uk.Ik = Ik2. Rf Tổn hao kích từ nối tiếp : pn = In2. Rn

Tổn hao đồng phần ứng : pđư = Iư2. Rư Công suất điện từ : Pđt = Eư. Iư

Tổn hao không tải : p0 = pFe + pmq Công suất ra : P2 = Pđt – p0

Hiệu suất : η = P2 / P1

VÍ DỤ 2.5 : Một động cơ hỗn hợp rẽ dài 75Hp, 220V quay 1200 v/p lúc đầy tải. Điện trở mạch kích từ song song Rf = 73,3 Ω; điện trở mạch ứng Rn + Rư = 0,08 Ω. Hiệu suất đầy tải bằng 86%. Tính tổn hao không tải.

GIẢI

Công suất ra : P2 = 75. 746 = 55950 W

Công suất vào : P1 = P2/η = 55950 / 0,86 = 65100 W

A P

I = 1 = 65100 =296

n

M

Hình 4.25 – Đặc tuyến cơ của các loại động cơ một chiều

n0 1 2 3 4 1: kích từ song song 2 : kích từ nối tiếp 3 : kích từ hỗn hợp cộng 4 : kích từ hỗn hợp trừ U Rn I Iư Eư Rư - + Tải n Ik Rk Rs Hình 4.24.b

A , R U I f k k 3 3 73 220 = = = Iư = I – Ik = 296 – 3 = 293 A

Tổn hao kích từ song song : pk = 32 . 73,3 = 660 W

Tổn hao kích từ nối tiếp và tổn hao đồng ứng : pn + pđư = 2932 . 0,08 = 6867 W Tổng tổn hao : Pth = P1 – P2 = 65100 – 55950 = 9150 W

Tổn hao không tải : P0 = Pth – (pđư + pn + pk) = 9150 – 6867 – 660 = 1623 W TÓM TẮT CHƯƠNG 2 : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Máy điện một chiều kích từ độc lập

Máy điện một chiều kích từ song song

Máy điện một chiều kích từ nối tiếp

Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp

Sức điện động máy điện một chiều Eư =

a pN

60 nΦ = kE..n.Φ

Mômen điện từ máy điện một chiều đt 2 ư M ư

pN

M I k I

a

π

= Φ = Φ

Các biện pháp mở máy động cơ DC :

ư ưm R U I = 1. Mắc thêm Rm vào mạch phần ứng 2. Giảm điện áp U Điều chỉnh tốc độ động cơ DC : ư ư E U R I n k − = Φ 1. Mắc thêm Rp vào mạch phần ứng 2. Thay đổi điện áp U

BAØI TẬP CHƯƠNG 2

Bài 1 : Một máy phát điện một chiều kích từ độc lập cung cấp 50KW cho tải ở điện áp 125V . Nếu cắt tải và giữ nguyên tốc độ thì điện áp là 137V . Hãy tính điện trở phần ứng.

ĐS : Rư = 0,03Ω

Bài 2 : Một máy phát điện một chiều kích từ độc lập 5KW ; 125V có Rư = 0,2Ω . (a) Tính điện áp đầy tải và điện áp không tải. Suy ra phần trăm thay đổi điện áp. (b) Tính điện áp tải nếu máy phát nửa tải.

ĐS : (a) U = 125V ; Uo = 133V ; ∆U% = 6,4% (b) U = 129,13V Bài 3 : Một máy phát điện một chiều kích từ song song , điện áp định mức Uđm=115V, cung cấp dòng điện I = 98,3A cho tải . Điện trở dây quấn phần ứng Rư=0,0735Ω, điện trở dây quấn kích từ song song Rs = 19Ω. Tổn hao cơ, sắt từ và phụ bằng 4% công suất điện. Xác định sđđ Eư và hiệu suất η của máy ở chế độ tải nói trên. Tính dòng ngắn mạch khi ngắn mạch hai đầu cực máy phát. Biết từ thông dư bằng 3% từ thông của máy ở chế độ tải nói trên, và tốc độ máy không đổi .

ĐS : Eư = 122,67V ; η = 0,853 ; Iưn = 50,07A Bài 4 : Một máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp rẽ dài có công suất định mức Pđm=20KW, điện áp định mức Uđm = 230V. Điện trở mạch kích từ song song Rs=71,87Ω, điện trở dây quấn phần ứng Rư=0,098Ω, điện trở dây quấn kích từ nối tiếp Rn = 0,04Ω.

Tổn hao cơ, sắt từ và phụ bằng 4% công suất định mức. Xác định sđđ Eư và hiệu suất.

ĐS : Eư = 242,44V Bài 5 : Một động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có điện áp định mức Uđm=110V , dòng định mức Iđm = 26,6A , điện trở dây quấn phần ứng và kích từ nối tiếp (Rư + Rn) = 0,282Ω . Tính dòng mở máy trực tiếp. Tính điện trở mở máy để dòng mở máy bằng 2 lần dòng định mức.

ĐS : Imở = 390,07A ; Rmở = 1,786Ω

Bài 6 : Một máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp rẽ dài 150KW; 600V . Sđđ lúc đầy tải là 645,6V khi máy phát dòng định mức dưới điện áp 600V. Cho biết dòng kích từ Ik = 6A và điện trở cuộn kích từ nối tiếp Rnt = 0,08Ω. (a)Tính điện trở phần ứng và điện trở mạch kích từ song song. (b) Tính phần trăm thay đổi điện áp nếu sđđ lúc không tải là 660V (c) Tại sao sđđ lúc đầy tải không bằng sđđ lúc không tải ?

ĐS : (a) Rư = 0,1Ω ; Rs = 103,33Ω (b) ∆U% = 10% (c) Khi đầy tải , từ thông tổng hợp φ

khác với lúc không tải, vì vậy sđđ Eư = kEnφ lúc đầy và không tải cũng phải khác nhau Bài 7 : Một động cơ điện một chiều kích từ song song có công suất định mức Pđm=12KW, điện áp định mức Uđm = 220V, tốc độ định mức nđm = 685 v/p, dòng định mức Iđm=64A, dòng kích từ định mức : Ikđm = 2A, điện trở phần ứng Rư=0,281Ω. Động cơ kéo tải có momen cản không đổi. Để giảm tốc độ động cơ, người ta dùng 2 phương pháp sau :

(a) Thêm điện trở phụ RP = 0,7Ω vào mạch phần ứng. Tính tốc độ và hiệu suất của động cơ ở tình trạng này .

(b) Giảm điện áp đặt vào động cơ. Tính tốc độ và hiệu suất lúc U=176,6V. Có nhận xét gì về hiệu suất trong 2 phương pháp trên.

Bỏ qua tổn hao không tải, và trong 2 trường hợp trên giữ từ thông không đổi.

ĐS : (a) n(a) = 538 v/p ; η(a) = 0,67 (b) n(b) = 538 v/p ; η(b) = 0,83 Bài 8 : Một động cơ điện một chiều kích từ song song 250V có điện trở phần ứng Rư = 0,32Ω , điện trở mạch kích từ song song Rs = 125Ω . Lúc không tải động cơ lấy 12A từ nguồn 250V và quay 1500 v/p . Tính tốc độ đầy tải nếu dòng dây bằng 82A , dòng kích từ trong cả 2 trường hợp là như nhau.

ĐS : n = 1364 v/p

Bài 9 : Một động cơ điện một chiều kích từ song song 250V có điện trở phần ứng Rư = 0,32Ω; điện trở mạch kích từ song song Rs = 125Ω. Lúc đầy tải động cơ tiêu thụ

dòng dây 82A dưới điện áp 250V và quay 1364 v/p. Tính công suất đầu ra, momen đầu ra và hiệu suất động cơ. Biết tổn hao cơ, sắt từ và phụ 2KW.

ĐS : P2 = 15952W ; M2 = 111,68Nm ; η = 0,7781 Bài 10 : Một động cơ điện một chiều kích từ song song 100HP ; 500V ; 1200 v/p có điện trở mạch kích từ song song 60Ω , điện trở phần ứng 0,1Ω , hiệu suất đầy tải 90% . Lúc đầy tải , hãy tính dòng vào, công suất điện từ, tổn hao ∆Pcstf (tổn hao cơ, sắt từ và phụ), momen đầu ra (1HP=746W) .

ĐS : I = 165,78A ; Pdt = 76246,74W ; ∆Pcstf = 1646,51W ; M2 = 593,65Nm Bài 11 : Một động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp có điện trở phần ứng Rư=0,125Ω, điện trở cuộn kích từ nối tiếp Rn = 0,08Ω, điện trở cực phụ Rp = 0,05Ω. Dòng đầy tải 82A. Tốc độ đầy tải 600 v/p. Điện áp định mức 600V. Tính tốc độ khi dòng tiêu thụ là (a) 95A (b) 40A. Tính momen điện từ khi dòng tiêu thụ như trên. Tính biến trở mở máy Rmở để hạn chế dòng mở máy nhưng đồng thời sao cho momen mở máy bằng 200% momen định mức. Cho biết mạch từ chưa bão hòa.

ĐS : n1 = 514 v/p ; n2 =1261 v/p ; M(1) = 1001,13Nm ; M(2) = 177,57Nm ; Rmở = 4,83Ω

Bài 12 : Một động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp cộng, rẽ dài lấy 27A từ nguồn 240V và quay 1750 v/p. Biết điện trở cuộn kích từ nối tiếp 0,05Ω , điện trở phần ứng 0,4Ω; tổn hao kích từ song song 460W; tổn hao cơ phụ và sắt từ 540W (dòng ứng không tải Iư0≈0). Tính hiệu suất, phần trăm thay đổi tốc độ. Biết rằng lúc đầy tải, mạch từ chưa bão hòa và từ thông kích từ song song bằng 2,5 lần từ thông kích từ nối tiếp.

ĐS : η = 0,8019 ; ∆n% = 46,91% Bài 13 : Một động cơ điện một chiều kích từ song song 10HP; 240V; 2500 v/p đang kéo tải định mức. Điện trở phần ứng 0,38Ω , điện trở mạch kích từ song song 192Ω, tổn hao cơ phụ và sắt từ 300W . Tính dòng dây, hiệu suất, tốc độ không tải và phần trăm thay đổi tốc độ, giả thiết dòng ứng không tải bằng 0 và từ thông φ được giữ không đổi (1HP = 746W).

Bài 14 : Một động cơ điện một chiều kích từ song song 20HP; 220V; 540 v/p có điện trở phần ứng 0,24Ω; điện trở mạch kích từ song song 157Ω. Dòng dây định mức 85A. Nếu biến trở mở máy Rmở = 1,7Ω thì dòng dây lúc mở máy là bao nhiêu? Tính biến trở mở máy Rmở sao cho dòng ứng ban đầu không vượt quá 150% dòng dây định mức.

ĐS : Imở = 114,8A ; Rmở ≥ 1,49Ω

Bài 15 : Cho một động cơ một chiều kích từ song song 4Hp, 230V có điện trở phần ứng 0,35Ω và điện trở mạch kích từ song song 288Ω. Khi làm việc định mức, dòng phần ứng là 16 A và quay 1040 vòng/phút. Tính :

a) Sức điện động phần ứng và hiệu suất động cơ.

b) Trị số điện trở cần thiết mắc thêm vào mạch phần ứng sao cho dòng điện vào động cơ là 30,8 A và tốc độ là 600 vòng/phút.

Bài 16 : Một động cơ điện một chiều kích từ song song 10HP; 240V; 2500 v/p đang kéo tải định mức. Điện trở phần ứng 0,38Ω , điện trở mạch kích từ song song 192Ω, tổn hao không tải là 300W (không đổi) . Tính :

a) Dòng vào động cơ b) Hiệu suất

c) Tốc độ không tải và phần trăm thay đổi tốc độ, giả thiết từ thông Φ được giữ không đổi.

Bài 17 : Một động cơ kích từ hỗn hợp rẽ dài tiêu thụ 125A từ nguồn 240V và có tốc độ 1850 vòng/phút. Biết điện trở cuộn kích từ song song là 60Ω; điện trở cuộn kích từ nối tiếp là 0,03Ω; tổn hao quay là 120W. Giả sử quan hệ giữa sức điện động và tốc độ là Eư = 1,11ω. Tính :

a) Công suất ra b) Hiệu suất

c) Momen cản của tải d) Điện trở phần ứng

Bài 18 : Một động cơ một chiều kích từ song song 200V tiêu thụ dòng 4A khi không tải ở tốc độ 700 vòng/phút. Điện trở kích từ và phần ứng là 100Ω và 0,6Ω. Khi mang tải động cơ tiêu thụ 8KW. Với tải này, xác định :

a) Tốc độ

PHẦN PHỤ LỤC

DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN

1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

Dây quấn máy điện có thể chia làm 2 phần: dây quấn phần cảm và dây quấn phần ứng.

Dây quấn máy điện phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Tạo ra trong khe hở không khí từ trường phân bố hình sin .

- Tạo ra một sức điện động nhất định , để có một dòng điện cần thiết chạy qua dây quấn và tạo ra moment cần thiết mà không làm dây quấn phát nóng không quá nhiệt độ cho phép.

- Có độ bền cơ , độ bền điện , độ bền nhiệt. - Tiết kiệm kim loại màu.

- Có cấu tạo đơn giản , dễ chế tạo , chi phí sửa chữa , bảo dưỡng thấp.

2. DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA

2.1. ĐẠI CƯƠNG

Dây quấn máy điện xoay chiều có thể chế tạo với số pha m=1;2;3 , trong đó chủ yếu là dây quấn 3 pha. Thông thường thì số rãnh của 1 pha dưới một cực từ q là số nguyên , nhưng trong một số ít trường hợp có thể q là phân số. Dây quấn máy điện xoay chiều có thể ùđặt một hoặc hai cạnh tác dụng trong một rãnh và được gọi là dây quấn một lớp và dây quấn hai lớp.

Khi xem xét về hình dạng bối dây , dây quấn máy điện xoay chiều có hai loại là dây quấn đồng tâm và dây quấn đồng khuôn (kiểu xếp). Trong đó dây quấn đồng tâm có khuyết điểm là gia công khuôn quấn dây rất khó và có ưu điểm là lồng bộ dây quấn vào lõi thép dễ dàng , thích hợp với động cơ có công suất nhỏ (kích thước bé). Ngược lại dây quấn đồng khuôn gia công khuôn quấn dây rất dễ nhưng lồng bộ dây quấn vào lõi thép thì khó khăn hơn , thích hợp với động cơ có công suất lớn hơn (kích thước lớn).

Trong thực tế có rất nhiều loại dây quấn máy điện xoay chiều , nhưng vì thời lượng có giới hạn nên trong chương này chúng ta chỉ đề cập đến các loại dây quấn thông dụng trong thực tế. Và nêu lên phương pháp phân tích sơ đồ dây quấn máy điện xoay chiều. Các loại dây quấn máy điện xoay chiều còn lại học sinh sẽ được học trong môn học Sửa chữa máy điện.

2.2 CÁC CÔNG THỨC CƠ BẢN Z : Tổng số rãnh của stator. Zr : Tổng số rãnh của rotor. 2P : Số cực từ . P : Số đôi cực . m : Số pha. T : Bước cực từ.

y : Bước bối dây ( bước dây quấn ).

β :Hệ số rút ngắn bước bối dây.

αhh : Góc lệch hình học giữa 2 rãnh liên tiếp.

αđ : Góc lệch điện giữa 2 rãnh liên tiếp.

q : Số rãnh phân bố cho mỗi pha dưới mỗi cưc từ. Bước cực từ là bề rộng của một cực từ : p Z T 2 = .

Khoảng cách giữa 2 cạnh tác dụng của một bối dây (hay còn gọi là một phần tử) được gọi là bước dây quấn y (hay còn gọi là bước bối dây , bước quấn dây). Khi đó:

T y =β.

Nếu β >1 gọi là bước dài. Nếu β =1gọi là bước đủ. Nếu β <1 gọi là bước ngắn.

Số rãnh phân bố cho mỗi pha dưới mỗi cưc tư:

m T q=

Góc lệch hình học giữa 2 rãnh liên tiếp: