BÀI 5 : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
5.7 .MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU
Trong nền kinh tế quốc dõn, nhiều ngành sản xuất như luyện kim, húa chất, giao thụng vận tải… đũi hỏi phải dựng nguồn điện một chiều, và ngày nay vẫn khụng thể thay thế được dũng điện một chiều mặc dự dựng dũng điện xoay chiều trong cụng nghiệp đĩ rất phổ biến. Thụng thường để cú nguồn điện một chiều, cú thể dựng cỏc mỏy phỏt điện một chiều quay bằng cỏc động cơ sơ cấp như động cơ điện xoay chiều, động cơ đốt trong, tuabin,…
Tựy theo cỏch nối dõy giữa dõy quấn phần cảm (stato) và dõy quấn phần ứng (rụto) mà mỏy phỏt điện một chiều cú cỏc kiểu kớch từ:
+ Kớch từ độc lập: dũng điện kớch từ của mỏy được lấy từ nguồn điện khỏc, khụng liờn hệ với phần ứng của mỏy.
+ Kớch từ song song: dõy quấn kớch từ nối song song với mạch phần ứng. + Kớch từ nối tiếp: dõy quấn kớch từ nối nối tiếp với mạch phần ứng.
+ Kớch từ hỗn hợp: gồm hai dõy quấn kớch từ (dõy quấn kớch từ song song và dõy quấn kớch từ nối tiếp), trong đú dõy quấn kớch từ song song là chủ yếu.
5.7.1 Mỏy phỏt điện một chiều kớch từ độc lập
Sơ đồ mỏy phỏt điện một chiều kớch từ độc lập (hỡnh 5-10a), dũng điện phần ứng Iư bằng dũng điện tải I.
(a) (b) (c) Hỡnh 5-10. Sơ đồ nối dõy MFĐMC kớch từ độc lập.
Phương trỡnh cõn bằng dũng điện là: Iư = I (5-16) Phương trỡnh điện ỏp là: Mạch phần ứng: U = Eư - IưRư (5-17) Mạch kớch từ: Ukt = Ikt(Kkt + Rđc) (5-18) Trong đú:
Rư: điện trở dõy quấn phần ứng. Rkt: điện trở dõy quấn kớch từ.
Rđc: điện trở điều chỉnh.
Khi dũng điện tải I tăng, dũng điện phần ứng tăng, điện ỏp U giảm xuống do hai nguyờn nhõn sau:
- Tỏc dụng của từ trường phần ứng làm cho từ thụng Ф giảm, kộo theo sức điện động Eư giảm. Điện ỏp rơi trờn mạch phần ứng IưRư tăng. Đường đặc tớnh ngồi U = f(I) khi tốc độ và dũng điện kớch từ khụng đổi (hỡnh 5-10b). Khi tải tăng điện ỏp giảm, độ giảm điện ỏp khoảng (8ữ10)% điện ỏp khi khụng tải.
- Để giữ cho điện ỏp mỏy phỏt khụng đổi phải tăng dũng điện kớch từ. Đường đặc tớnh điều chỉnh Ikt = f(I), khi giữ điện ỏp và tốc độ khụng đổi (hỡnh 5-10c).
Mỏy phỏt điện kớch từ độc lập cú ưu điểm về điều chỉnh điện ỏp, thường gặp trong cỏc hệ thống mỏy phỏt – động cơ để truyền động mỏy cỏn, mỏy cắt kim loại,… Song cú nhược điểm là cần cú nguồn điện kớch từ riờng.
5.7.2 Mỏy phỏt điện kớch từ song song
Sơ đồ mỏy phỏt điện kớch từ song song (hỡnh 5-11a). Để thành lập điện ỏp cần thực hiện một quỏ trỡnh kớch từ.
Lỳc đầu, mỏy khụng cú dũng điện kớch từ, từ thụng trong mỏy do từ dư của cực từ tạo ra, bằng khoảng (2ữ3)% từ thụng định mức. Khi quay phần ứng, trong dõy quấn phần ứng sẽ cú sức điện động cảm ứng do từ thụng dư sinh ra. Sức điện động này khộp kớn qua mạch dõy quấn kớch từ (điện trở mạch dõy quấn kớch từ nhỏ nhất), sinh ra dũng điện kớch từ, làm tăng từ trường cho mỏy. Quỏ trỡnh cứ thế tiếp tục cho đến khi đạt điện ỏp ổn định. Để mỏy cú thể thành lập điện ỏp, cần thiết phải cú từ dư và chiều từ trường dõy quấn kớch từ phải cựng chiều từ trường dư. Nếu khụng cũn từ dư, ta phải mồi để tạo từ dư, nếu chiều của hai từ trường ngược nhau, ta phải đổi cực tớnh dõy quấn kớch từ hoặc đổi chiều quay phần ứng.
Hỡnh 5-11. Sơ đồ nối dõy MFĐMC kớch từ song song. Phương trỡnh cõn bằng điện ỏp là: + Mạch phần ứng: U = Eư - IưRư (5-19) + Mạch kớch từ: Ukt = Ikt(kkt + Rđc) (5-20) + Phương trỡnh dũng điện là: Iư = I + Ikt (5-21)
Khi dũng điện tải I tăng, dũng điện phần ứng tăng, ngồi hai nguyờn nhõn làm điện ỏp U đầu cực giảm, làm cho dũng điện kớch từ giảm, từ thụng và sức điện động càng giảm, chớnh vỡ thế đường đặc tớnh ngồi dốc hơn so với mỏy phỏt điện một chiều kớch từ độc lập và cú dạng (hỡnh 5-11b). Từ đường đặc tớnh ta thấy, khi ngắn mạch, điện ỏp U = 0, dũng điện kớch từ bằng 0, sức điện động trong mỏy chỉ do từ dư vỡ thế dũng điện ngắn mạch In nhỏ hơn so với dũng điện định mức.
Để điều chỉnh điện ỏp, ta phải điều chỉnh dũng điện kớch từ, đường đặc tớnh điều chỉnh Ikt = f(I),khi U, n khụng đổi (hỡnh 5-11c).
5.7.3 Mỏy phỏt điện một chiều kớch từ nối tiếp
Sơ đồ mỏy phỏt điện kớch từ nối tiếp (hỡnh 5-12a).
Dũng điện kớch từ là dũng điện tải, do đú khi tải thay đổi, điện ỏp thay đổi rất nhiều, trong thực tế khụng sử dụng mỏy phỏt kớch từ nối tiếp. Đường đặc tớnh ngồi U = f(I) (hỡnh 5-12b). Dạng đường đặc tớnh ngồi được giải thớch như sau: khi tải tăng, dũng điện Iư tăng, từ thụng và Eư tăng, do đú U tăng, khi I = (2ữ2,5)Iđm, mỏy bĩo hũa, thỡ I tăng U sẽ giảm.
(a) (b) Hỡnh 5-12. Sơ đồ nối dõy MFĐMC kớch từ nối tiếp.
5.7.4 Mỏy phỏt điện một chiều kớch từ hỗn hợp
(a) (b) (c) Hỡnh 5-13. Sơ đồ nối dõy MFĐMC kớch từ hỗn hợp
+ Khi nối thuận, từ thụng của dõy quấn kớch từ nối tiếp cựng chiều với dõy quấn kớch từ song song, khi tải tăng từ thụng cuộn nối tiếp tăng làm cho từ thụng của mỏy tăng lờn, sức điện động của mỏy tăng, điện ỏp đầu cực của mỏy được giữ hầu như khụng đổi. Đõy là ưu điểm lớn nhất của mỏy phỏt điện kớch từ hỗn hợp. Đường đặc tớnh ngồi U = f(I) (hỡnh 5-13b).
+ Khi nối ngược, chiều từ trường của dõy quấn kớch từ nối tiếp ngược với chiều từ trường của dõy quấn kớch từ song song, khi tải tăng điện ỏp giảm rất nhiều. Đường đặc tớnh ngồi U = f(I) vẽ trờn hỡnh 5-13c. Do đường đặc tớnh ngồi dốc, nờn được sử dụng làm mỏy hàn điện một chiều.