Tài liệu Biến Đổi Năng Lượng Điện Cơ - Phần 9 ppt

> Cuộn kích từ stator hoặc lõi từ thường trực được dùng đề tạo từ trường tĩnh, trong khi dòng câp cho phân ứng rotor phải qua hệ thông chối than cô góp.. > Ngoài ra các động cơ vạn năng

BAI GIANG Biên Đôi Năng Lượng Điện Cơ

TS Hô Phạm Huy Ảnh

TS Nguyễn Quang Nam

March 2010

hftp:/www4.hcmuf.edu.vn/~hphanh/teach.htmi

Lecture 10

May Dien DC — Giới thiệu chung

> Máy điện DC nói chung tiện dùng nhờ điêu khiên tốc độ đơn giản và có đặc

tính cơ mô men-tôc độ rât linh hoạt Dây quân stator (cuộn kích từ) và dây quân rotor (phân ứng) đêu dùng nguôn DC

> Tuy vậy với cùng thông số công suất, máy điện DC vẫn mắc hơn máy điện AC Hiện nay với nhiêu máy điện DC công suât nhỏ, cuộn kích từ công kênh đã được thay bằng lõi từ thường trực

> Cuộn kích từ stator hoặc lõi từ thường trực được dùng đề tạo từ trường tĩnh,

trong khi dòng câp cho phân ứng rotor phải qua hệ thông chối than cô góp Hệ thông chổi than cô góp đóng vai trò như bộ chỉnh lưu bảo đảm từ trường rotor và

stator luôn vuông góc nhau Nhờ đó giúp mỗ men kéo đạt trị cực đại với gia trị

dòng nhất định, đông thời cho phép thuật toán điêu khiên vận tôc khá đơn giản

> Ngoài ra các động cơ vạn năng cho phép vận hành với cả điện AC và DC cũng được xem là máy điện DC do có câu tạo thực chất là máy điện DC kích từ nồi

Cau tao may dién DC

> Mạch từ phân ứng được ghép

từ ừ nhiêu lá nhiêu lá thé thép mỏng với các ï 7| Có Rãnh phần ứng

được đúc xien

Choi than

rãnh đề long day quan rotor Cac

đầu cuộn dây được đâu vào lá

đồng cô góp theo kiêu quân rãi

>» Lõi thếp sftator được đúc đặc

do nhận dòng kích từ DC Lỏi

thép này được cô định theo võ

may

Nguyen ly van hanh may điện DC

»> Khảo sát máy điện DC có câu tạo đơn

in như hình minh hoa bên phải

»> Mỗi đầu cuộn dây được đâu vào lá

đồng cô góp khác nhau

»> Khi hai cạnh dây quân rotor đảo cực

khi quay, lá đông cô góp tương ứng của §

chúng cũng đảo đâu ra chồi than Nhờ đó

dòng qua 2 cạnh dây quân rotor cũng

được đảo chiều, bảo đảm chiều mô men Chỗithan | ~

tác động lên cạnh dây quấn rotor như cũ, Day quan rotor

bat chap cực tính mạch từ thay đổi

> Theo phương pháp đồng năng lượng, ta có: / (i sử, 0) =1,1, 10

Xây dựng phương trình đặc trưng của máy điện DC

> Câu trúc thực của máy điện DC có cô góp gôm nhiêu lá đông nỗi với đâu cuôi dây quan rotor (xem Fig 8.4 của GT) Hệ thông chối than cô góp hình thành trục từ trường phân ứng luôn vuông góc với trục từ trường của mạch kích stator = Duy trì được độ lớn

mô men tôi đa với chiêu ôn định

> Biéu thức tính mô men cho thây độ lớn mô men tỉ lệ với dòng rotor ¡ và dòng stator i,

T° =Gi,i,

> Ta xây dựng hệ phương trình động từ mạch tương đương của máy điện DC:

di

ve = K 1, + L, —

| di,

=1 +, +

(Back EMF)

Xây dựng phương trinh dac truwng cua may dién DC (tt)

»> Khảo sát máy điện DC vận hành ở chế độ xác lập với điện áp và tôc độ không

đồi, ta có các công thức biêu diễn công suất điện và cơ:

2

Cong suat dién tu (Armature power): P — Vit — KL + Go,,! 1,

Công suất kích từ (Field power): P, = V, [ , = K I

Céng suat co’ (Mechanical power): P, =T°a@,, =GI,1 a,

> Có thê thây với ĐC DC, công suât cơ chính bằng công suât điện từ trừ đi ton

hao phân ứng Đông thời có thê loại trừ tốn hao kích từ P, bằng cách dùng lõi từ thường trực cho các máy điện DC công suật bé

> Thực tê, tùy câu trúc máy điện DC sẽ cho ta nhiêu cách kết nỗi khác nhau giữa cuộn kích từ và cuộn dây phân ứng Tựu trung ta qui vê 3 câu trúc chính của máy

điện DC gôm: kích từ độc lập, kích từ nôi tiễp, và kích từ song song

May điện DC kích từ độc lập

> Dây quân kích từ và dây quân phân ứng được nuôi bởi 2 nguồn DC riêng rẽ

Thông thường cuộn kích từ được nôi với nguôn nuôi không đồi công suât nhỏ để

tạo từ trường từ trường không đồi Vận tôc và mô men của động cơ DC được

chỉnh định thông qua điện áp câp cho phân ứng

> Máy điện DC kích từ độc lập ở chế độ xác lập tuân thủ các quan hệ sau:

> Từ đó ta có đặc tuyên tải mô men - tôc độ có dạng đường thắng bậc nhất

a

°c, (eae "aL, F

Khảo sát đặc tính tải mô men — toc độ của Động cơ DC

»> Chê độ hãm (Brake) xãy ra khi công suât cập cho máy điện DC cả ở phân ứng

(P, > 0) và cả ở trục quay (P„ < 0); ở chê độ này toàn bộ công suật sẽ tiêu tán

dưới dạng nhiệt trên điện trỡ phân ứng R

> Máy điện DC vận hành ở chế độ máy phát tương ứng với P„ < 0 và P, <0, với

điều kiện œ„ > V_/(GI,) Chê độ vận hành như động cơ khi P„ > 0 và P„ > 0 (xem

Fig 8.7 cua Giao Trinh)

> Cho dP_/dw,, = 0 va giai ra w,,, ta tim

được tốc độ quay ở đó công suât máy điện

DC KTĐL đạt cực đại là:

V 2

(9 _ V_ và Pe —

di

> Qua hinh vé ta thay co thé điêu chỉnh mịn

tôc độ động cơ DC KTĐL thông qua điêu

chỉnh điện áp phân ứng V, Lecture 10

CD mM

Increasing V,

ye

Máy điện DC kích từ nỗi tiếp

> Cĩ kết câu hai cuộn kích từ và cuộn phân ứng được mắc nỗi tiêp, cho ta mạch

tương đương được biêu diễn như Hình vẽ:

L,+L, R, + R;

v=(R, +R,}+ÍL, +L, JO + Go,

T°’ =Gi-°

> Quan hệ xác lập cua May dién DC kich

từ nồi tiễp với nguơn hằng được xác định \

Om

Vˆ

— TR+Rhò] aot ƒ +GQ,

ye

Động cơ điện DC van nang

> Các động cơ vạn năng thường có câu trúc động cơ DC kich tir ndi tiép , sử dụng được cả nguôn nuôi AC lẫn DC Khi vận hành với nguôn nuôi AC, lưu ý

điện kháng X của các cuộn dây phải được xét đền

>» Các quan hệ xác lập của động cơ vạn năng được mô tả như sau:

V

[=

J(R, +R, +Go,} +(L, +L.) @

GV-

fo av SON = (R, +R +Go,,} +(L, +L) @?

Trong đó œ, là tân số điện lưới

> Thực tê điện áp AC thường được hiệu chỉnh bằng mạch công suât dùng SCR

IGBT hay triac đề điêu chỉnh giá trị hiệu dụng của dòng, qua đó cũng sẽ làm suy

May dien DC kich tu song song

> May dién DC loai nay có cuộn kích từ và cuộn phân ứng mắc song song, cho

ta mạch tương đương như hình (đang vận hành ở chệ độ ĐC)

> Các quan hệ khi ĐC DC kích tử song song

vận hành xác lập với áp nguôn không đồi v = V,

a

> Cach diéu tốc hiệu quả nhật là hiệu chỉnh điện trỡ ngoài mắc trên cuộn kích từ

May phat dien DC kich tu song song

> Khi được vận hành như một máy phát điện với tải tiêu thụ R, được kết nỗi ở

ngõ ra phân ứng như hình, ta xây dựng được các quan hệ

di

di

v=Goa,1,—K,1, —L, 4

dt R, |

v=R, (i, -i,)

> Cac quan he khi MP DC kich tu song song

vận hành xác lập với áp tải không đổi v = V,

V=I,R, =Go,! — NT =R,Ú, =1,)

Máy điện DC kích từ hỗn hợp và cách khởi động

> Với máy điện DC kích từ hỗn hợp, gôm cuộn kích từ nỗi tiêp với dây quân

phân ứng, và gôm cả cuộn kích từ mắc song song với phân ứng Tổng cộng ta được 4 kiêu kêt nỗi khi phôi hợp 2 cuộn kích từ này

> Lý do chính khi khai thác động cơDC kích từ hồn hợp là đề giới hạn dòng

phân ứng ở vùng tốc độ thâp (gồm cả dòng khởi động)

»> Khi khởi động hay vận hành ở vùng tốc độ thâp, thường sức phản điện động EMF nhỏ hơn nhiêu so với áp nguôn nuôi, do đó dễ bị quá dòng do chỉ có điện trỡ phân ứng tham gia hạn chê Có thê khắc phục bằng cách thêm điện trỡ mắc ngoài phân ứng với giá phải trả là năng lượng tiêu hao trên điện áp này

> Mot cach hiệu quả hơn khi khởi động động cơ DC là dung cac bo converters công suất đề hiệu chỉnh điện áp trung bình cập cho phân ứng, thông qua kĩ thuật điêu rộng xung (Pulse Width Modulation - PWMI)

Khảo sát động cơ cảm ứng một pha

> Có kết câu dây quân stator gôm 2 cuộn đặt lệch nhau 909 trong không gian đề tạo từ trường quay khi cập dòng 2 pha lệch nhau 90°9 trong miên thời gian cho chúng Thông thường ta tạo dòng 2 pha lệch nhau 90o trong miên thời gian từ nguôn xoay chiêu 1 pha, khi đó động cơ cảm ứng một pha có thê vận hành

> Đơn giản hơn ta chỉ cần thêm cuộn kích từ môi, kéo động cơ cảm ứng một

pha khởi động theo chiêu tùy ý, mà không cân mô men khởi động

Trong thực tê, cuộn phụ thường được thiệt kê thêm vào động cơ cảm ứng một

pha, và nhiêu phương pháp được đê xuât tạo mô men khởi động hoặc đề duy trì

hệ thông dòng 2 pha lệch nhau 90° cân thiết Các sơ đô thông dụng hiện nay

dành cho động cơ cảm ứng một pha bao gôm: Kiêu cuộn phụ riêng lẽ; Kiểu cuộn

phụ thêm tụ khởi động; Kiêu cuộn phụ thêm tụ thường trực; Kiểu cuộn phụ phôi hợp tụ thường trực & khởi động; Kiều cuộn phụ khởi động phôi hợp tụ thường

trực

15

Lecture 10

Các kiêu động cơ cảm ứng một pha

Start winding

2©| ~ÉO_ +† ~‡O†+

„ a Cyne es b |

7 Kiêu cuộn phụ dùng tụ khởi động Kiểu cuộn phụ dùng tụ

Centrifugal switch

thường trực Kiêu Cuộn phụ riêng le

thường trực & khởi động phôi hợp tụ thường trực

Cac Bai Tap

> Cac BT sẽ đươc hướng dân trên lớp