Đặc tuyến tải theo số vòng quay là những đường cong đặc trưng cho quan hệ giữa dòng điện tải và số vòng quay (hình 4.21a).
If = f(n); Uf = Uủm; Ik = const.
Ở độ cao, dòng điện phát ra tăng chậm và giá trị cực đại của nó không vượt qua giá trị cực đại đã định, tức là máy phát có tính chất tự hạn chế dòng (hình 4.21).
Imfủm = 2/3Imax.
Hình 4.21: Đặc tuyến tải theo số vòng quay
2 2
2 2
60 . 2 . . . 60
.
2 .
L n R p
R
n C L
n R p
R I E
L e
L mf mf
Với: Ce = 4KK1.p/ 60 K1 = 2,34
Ở tốc độ thấp:
2 2
60 . . . .
2
npL
R
R L
Vì vậy:
L mf Re R
nφ I C
Ở tốc độ cao:
2 2
60 . . . .
2
n pL
R
R L
Do đó: const
Lp/60 2
Imf Ce
Như vậy máy phát sẽ có khả năng tự hạn chế dòng ở tốc độ cao.
4.4 Bộ điều chỉnh điện (Bộ tiết chế)
4.4.1 Cơ sở lý thuyết điều chỉnh điện áp trên ôtô và phương pháp điều chỉnh
Khi điều chỉnh điện áp và cường độ dòng điện của máy phát trong các hệ thống cung cấp điện thì đối tượng điều chỉnh là máy phát và accu. Hoạt động đồng thời của máy phát cùng accu xảy ra khi có sự thay đổi vận tốc quay của phần ứng (rotor) của máy phát, của tải và
của nhiệt độ trong phạm vi rộng. Để các bộ phận tiếp nhận điện năng làm việc bình thường thì điện thế của lưới điện phải không đổi. Vì vậy, cần phải có sự điều chổnh ủieọn theỏ.
Trong quá trình vận hành, máy phát có thể có những trường hợp khi tải vượt quá trị số định mức. Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng bị cháy, làm giảm khả năng chuyển đổi mạch hoặc quá nhiệt, dẫn đến tăng tải trên các chi tiết cơ khí của hệ thống dẫn động máy phát. Vì vậy, cần có thiết bị đảm bảo sự hạn chế dòng điện của máy phát. Tất cả các chức năng này ở hệ thống cung cấp điện cho ôtô, máy kéo được thực hiện tự động nhờ bộ điều chỉnh điện thế và dòng điện.
Điện thế của máy phát một chiều hoặc xoay chiều có thể được biểu diễn bởi công thức:
Umf = Ce.n. - 2Uo - Rtủ.Imf
(4.16) Trong đó:
Ce : hằng số kết cấu của máy phát.
Ce = pn/60.a (đối với máy phát một chiều).
Ce = 4.kp.k.ko.p.w/60 ( đối với máy phát xoay chieàu)
kp : hệ số chỉnh lưu, xác định qua tỉ số giữa điện áùp chỉnh lưu trung bình và điện áp pha.
n : vận tốc quay của rotor máy phát.
2Uo : độ sụt áp trên bộ chỉnh lưu của máy phát (với máy phát một chiều 2Uo là độ sụt áp trên chổi than).
Rtd : điện trở tương đương của máy phát có tính đến độ sụt áp trong máy phát và bộ chỉnh lưu (với máy phát xoay chiều Rtd : là một biến số phụ thuộc vào vận tốc
quay cuûa rotor).
Imf : dòng điện của máy phát.
Ko : heọ soỏ daõy quaỏn.
K : hệ số dạng từ trường.
Từ thông của máy phát được kích thích bằng điện từ có thể biểu diễn qua dòng kích thích.
) .
( k
k o
I b a
I
Trong đó:
o : từ dư.
a, b : các hệ số của đường cong từ hóa.
0
Umf U2
U1
IK1 IK2
IK IK
Hình 4.22: Đặc tuyến từ và hiệu điện thế máy phát phụ thuộc vào dòng kích
Để xác định các hệ số a,b trên đường đặc tính không tải (hình 4.22), ta chọn hai điểm: điểm 1 trên đoạn thẳng, điểm 2 trên đoạn bão hoà. Bỏ qua ảnh hưởng của từ dư
o và độ sụt áp trên bộ chỉnh lưu 2Uo đối với những điểm đã chọn, ta có thể viết:
U1 = Ce.n.Ik1/(a + bIk1).
U2 = Ce.n.Ik2/(a + bIk2).
Giải hệ phương trình này ta được:
a = [Ce.n.Ik1.Ik2(U2 – U1)] / [U1.U2(Ik2 – Ik1)].
b = [Ce.n. (U1. Ik2 – U2.Ik1)] / [U1.U2(Ik2 – Ik1)].
Nếu tính đến những giả thiết đã nêu, phương trình (4.16) sẽ có dạng:
Umf = Ce.n.Ik / (a + b.Ik) - Rtủ.Imf
(4.17)
Như vậy, để cho điện áp máy phát không thay đổi khi vận tốc của phần ứng và tải thay đổi trong phạm vi rộng, cần phải thay đổi dòng điện kích thích. Quy luật thay đổi dòng kích thích có thể xác định từ (4.17).
Ik = [(Umf + Rtủ.Imf).a] / [Ce.n – (Umf + Rtủ.Imf).b]
(4.18)
Vì vậy, khi vận tốc phần ứng máy phát tăng thì dòng điện kích thích phải giảm, còn khi tải tăng thì dòng điện kích thích tăng. Phạm vi thay đổi của vận tốc phần ứng, mà khi ấy điện thế của máy phát phải giữ cố định được xác định bởi hệ số tốc độ:
Kn =
min max
n
n (Kn = 6 8 đối với ôtô, 3 4 đối với máy kéo)
Hệ số dòng kích thích được xác định bởi KI = Ikmax/Ikmin có thể suy ra từ phương trình (4.18) từ điều kiện:
Ở tốc độ: nmin _ dòng kích thích có giá trị cực đại Ikmax
nmax – dòng kích thích có giá trị cực tiểu Ikmin. Ta có:
KI =
b]
. ) .I R (U .n [C
b]
. ) .I R (U .n [C
mf tủ mf x e
mf tủ mf max e
Như vậy, hệ số dòng kích thích sẽ lớn hơn so với hệ số điều chỉnh theo vận tốc phần ứng. Điều này xảy ra là do đường cong từ hoá có đặc tính phi tuyến. Độ điều chỉnh (số lần) lớn nhất về dòng kích thích có thể thực hiện ở chế độ không tải thường là ở máy phát chỉnh lưu có độ bão hòa sâu của mạch từ; hệ số của các máy phát loại này là 15 20.
Khi giải phương trình (4.17) theo vận tốc quay của phần ứng, ta được:
n = (Umf + Rtủ.Imf). (a + b.Ik) / Ce.Ik.
Từ phương trình này ta thấy khi tải tăng lên (ở Ikmax, Umf = const) thì vận tốc phần ứng mà khi đó máy phát tạo ra điện thế không đổi, cũng tăng lên.
Theo phương trình (4.17), (4.18) khi thay đổi vận tốc phần ứng và tải, ta có thể xây dựng đặc tính làm việc của máy phát (hình 4.22a).