2.6.1. Các tôn hao trong máy điện một chiều
Trong máy điện một chiều, đại bộ phận công suất cơ biến thành công suất điện (máy phát) hay công suất điện biến thành công suất cơ (động cơ). Chỉ có một bộ phận rất ít biến thành tôn hao trong máy dưới hình thức tỏa nhiệt ra ngoài không khí. Tổn hao trong máy tùy theo tính chất được phân làm các loại sau:
a) Tổn hao Peo? Bao gom ton hao 6 bi, ton hao ma sat chỗi than với vành gop, ton hao do thông gió... Tén hao này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ quay của máy và làm cho ô bị, vành góp nóng lên.
b) Tổn hao sat pre: Do từ trễ và dòng điện xoáy trong lõi thép gây ra.
Tổn hao này phụ thuộc vào vật liệu, chiều dài của tắm thép, trọng lượng lõi thép, từ cảm và
tần số f. Khi lõi thép đã định hình thì tôn hao thép ty lệ với f và B.
Hai loại tổn hao trên khi không tải đã tồn tại nên gọi là tốn hao không tải:
; , Po=Pco Pre Ộ Tôn hao cơ và sắt sinh ra momen hãm và momen này tôn tại khi không tải nên gọi là momen không tải M,. Quan hệ giữa M, vả p. như sau:
M,= (2.15)
Trong đó œ là tốc độ góc cua rotor.
c) Tén hao đồng pcu: Tên hao đồng bao gồm hai phần: tổn hao đồng trong mạch phần ứng Pouw và ton hao đồng trong mạch kích từ pcu:.
Tổn hao đồng trong phân ứng bao gôm ton hao đồng trong dây quan phan ứng l,/r„ tổn hao đồng trong dây quân cực từ phụ L¿r; tôn hao tiếp xúc giữa chéi than va vành ĐÓP Tu Thường với chỗi than graphit điện áp giáng trên chỗ tiếp xúc của hao chỗi than khống chế 2AU,,= 2V nên p„ = 2l.
Trong tính toán, thường gộp tất cả các tôn hao đồng trên phần ứng lại và viết dưới dạng PC kÉR, trong đó Ru= fet tr > tx bao gồm điện trở dây quấn ứng r„, điện trở dây quấn phụ r; và điện trở tiếp xúc chối than p„„, mặt dù r,„ thực tế không phải là không đồi.
Tổn hao đồng trong mạch kích từ bao gồm tôn hao đồng của dây quân kích từ và tôn hao đồng của điện trở điều chỉnh trong mạch kích từ. Vì vậy pcu: = U/, trong đó U, là điện áp đặt trên mạch kích từ và I, là dòng điện kích từ.
đ) Tén hao phu pr:
Tổn hao phụ trong thép có thế do từ trường phân bố không đều trên bề mặt phần ứng, các bulông ốc vít trên phần ứng làm từ trường phân bố không đều trong lõi sắt, ảnh hưởng của răng, rãnh làm từ trường đập mạch sinh ra.
Tổn hao trong đồng có thể do quá trình đổi chiều làm đòng điện trong phần tử thay đối, dòng điện phân bố không đều trên bề mặt chỗi than làm tốn hao tiếp xúc lớn, từ trường phân bố không đều trong rãnh làm cho trong dây dẫn sinh ra dòng điện xoáy, ton hao trong dây nối cân bằng sinh ra. Trong máy điện một chiều p; tương đối khó tính. Thường lấy bằng 1% công suất định mức.
2.6.2. Quy trình năng lượng và các phương trình cần bằng năng lượng
a) Máy phát diện May phát điện biến cơ năng thành điện năng bên máy đo một động cơ sơ cấp bất kỳ kéo hay quay với một tốc độ nhất định.
Giả thiết công suất kích từ đo một máy khác cung cấp nên không tính vào công suất đưa từ động cơ sơ câp vào máy phát điện.
Công suất cơ đưa vào Pi, tiêu hao đi một phần đề bù vào tốn hao cơ p„ và tốn hao sắt pre, còn đại bộ phận biến đổi thành công suất điện từ Pạ. Ta có:
Pì — Pa + (Peco + Pre) = Pa + Po 0. 16)
Par = Eulu ; ` ,
Khi có dòng điện chạy trong dây dân thì có tôn hao đồng, nên công suât điện đưa ra P;
bằng:
P;ạ= Pa — Pcu = Eul — I2Re = Ula 02. 17)
Peo P, "
—⁄ at)
P,=M,o P„=Mo=E, P,=Ul,
ơơằ
nt 2
Hình 2.13: Giản đô năng lượng của máy phát điện một chiễu Chia hai về của phương trình (2.L7) với l¿ ta được:
U=E,- Lẹ¿ (2.18)
Đó là phương trình cân băng suất điện động (phương trình cân bằng áp) của máy phát điện một chiều.
Có thế viết công suất cơ đưa vào, công suất không tải và công suất điện từ theo dạng momen nhân với tốc độ góc và như vậy có thể viết thành:
M0 = M,w + Mo (2.19)
Chia hai về cho œ ta được:
Mi =M,+M (220)
Trong đó:
Mi: momen đưa vào M: momen điện từ M,: momen không tải.
Quan hệ trên gọi là phương trình cân bằng momen của máy phát điện một chiều.
b) Động cơ điện Động cơ điện lấy công suất điện vào và truyền công suất cơ ra đầu trục.
Công suất điện mà động cơ điện nhận được từ dưới vào băng:
=U + I) (2.21)
(động cơ điện kích tử song song) Trong đó:
I=l¿+1].: dòng điện từ lưới điện vào (1, là dòng điện vào phần ứng, I, là dòng điện kích từ).
U: điện áp ở đầu cực máy.
Công suất P¡, một phần cung cấp cho mạch kích từ UI, còn phần lớn đi vào phần ứng Uh, tiêu hao một ít trên day quan déng trong mach phan tmg peux, con đại bộ phận là công suất điện từ Pa, ta cd:
P,= Pcuu T Pout + Pa 02. 22)
Công suất điện từ sau khi chuyền thành công suất cơ thì còn tiêu hao một ít để bù vào tôn
hao Co peo va ton hao sat pre (gọi chung la tốn hao không tải hay công suất không tai p.
Cuối cùng phần còn lại là công suất đưa ra đầu trục P; = M;0. Ta có:
Pa = Peco + Đre + P; — Po + P; (2.23)
Pou
o Po = Peo +Pre
i
PuX= EU, = Mo P; = M; o——>
Hình 2.14: Giản đô năng lượng động cơ điện một chiéu Từ công thức trên, ta có công suất điện trong mạch phần ứng băng:
, Ulu = Pa + Pcuw = Ele + l’Ru (2.24)
Chia hai về cho l¿ ta được phuong trinh:
U=E,+LRy (2.25)
Đó là phương trình cân bang suât điện động của động cơ điện một chiêu.
Cũng từ công thức cân băng công suat, ta c6 thé viet:
Mw = M,o + M20 (2.26)
Chia hai về cho œ ta được:
M=M, + Mp (2.27) Trong đó:
Mb: momen đưa ra đầu trục may M.: momen không tải Quan hệ này gọi là phương trình cân bằng momen của động cơ điện một chiều (E¿. I„: là suất điện động và đòng điện của dây quấn phần ứng).