Giáo trình Máy điện 2 (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) nhằm cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cũng như các phương trình cân bằng điện từ, máy điện đồng bộ, máy điện một chiều. Từ đó sẽ tạo điều kiện tiền đề vững chắc cho mô đun truyền động điện, trang bị điện... Mời các bạn cùng tham khảo!
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện một chiều
2 Phân loại và các đại lượng định mức
3 Dây quấn máy điện 1 chiều 32 2 24 6
4 Tính thuận nghịch của máy điện 1chiều
5 Đặc tính của máy điện 1 chiều 2 2
Bài 2: Máy phát điện đồng bộ 3 pha
1 Khái niệm- Cấu tạo của máy điện phát đồng bộ 3 pha 1 1
4 Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ
5 Các trị số định mức và phân bố năng lượng trong máy phát đồng bộ
6 Sự làm việc song song của các máy phát điện đồng bộ 8 2 4 2
Vị trí, ý nghĩa, vai trò môn học/mô đun:
- Vị trí: Mô đun này học sau các môn học: An toàn lao động, mạch điện, mô đun đo lường
- Ý nghĩa: Mô đun này là mô đun đào tạo chuyên ngành
Bài học cung cấp cho người học kiến thức cơ bản về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy điện, cùng với các phương trình cân bằng điện từ cho máy điện đồng bộ và máy điện một chiều, từ đó hình thành tiền đề vững chắc cho mô hình hóa và thiết kế hệ thống truyền động điện cũng như trang bị điện trong các ứng dụng công nghiệp.
Mục tiêu của môn học.mô đun
Sau khi học xong mô đun này, người học nghề có khả năng:
- Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại máy điện thông dụng như: máy điện đồng bộ và máy điện một chiều
- Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn máy điện không đồng bộ,máy điện đồng bộ, máy điện một chiều
- Kết nối mạch, vận hành máy điện
- Tính toán các thông số kỹ thuật trong máy điện
- Có ý thức trong sử dụng trang thiết bị và vận hành hệ thống động cơ máy phát có hiệu quả, tuổi thọ cao
BÀI 1: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Máy điện một chiều là một thiết bị điện từ quay hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có chức năng biến đổi cơ năng thành điện năng một chiều (máy phát điện một chiều) và ngược lại biến đổi điện năng một chiều thành cơ năng trên trục (động cơ điện một chiều).
- Mô tả đươc cấu tạo, phân tích được nguyên lý làm việc của máy điện một chiều
- Tháo, lắp, vận hành được các máy điện một chiều
- Tính toán được các thông số cơ bản của sơ đồ dây quấn máy điện một chiều
- Quấn lại được các cuộn dây của máy điện một chiều
- Bảo dưỡng và sửa chữa máy điện một chiều theo yêu cầu
- Rèn luyện tính cẩn thận tỷ mỉ, chính xác tư duy khoa học và sang tạo
1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện một chiều
1.1 Cấu tạo của máy điện một chiều
Kết cấu của máy điện một chiều có thể phân làm hai thành phần chính là phần tĩnh và phần quay
1.1.1 Phần cảm (Phần tĩnh hay Stator)
Thân máy là phần chịu trách nhiệm tạo ra từ trường chính trong hệ thống, được mô tả trên hình 1-1 và bao gồm các thành phần chính như Cực từ chính (hình 1-2), nhằm đảm bảo từ trường ổn định và hiệu quả vận hành của máy.
Bộ phận sinh từ của máy gồm lõi sắt cực từ được làm bằng thép lá kỹ thuật điện hoặc thép cacbon dày 0,5 đến 1 mm ghép lại bằng đinh tán; lõi mặt cực từ được kéo dài ra (hoặc lõm vào) để tăng đường đi của từ trường; vành cung của cực từ thường bằng hai phần ba τ (τ là bước cực, khoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp nhau) Trên lõi có cuộn dây kích từ (chạy một chiều), các dây quấn bằng đồng được cách điện kỹ, thành một khối, được đặt trên các cực từ và mắc nối tiếp với nhau Cuộn dây được quấn vào khung dây, thường làm bằng nhựa hóa học hoặc giấy bakelit cách điện Các cực từ được gắn chặt vào thân máy nhờ những bu lông.
Hình 1-2: Cực từ chính b Cực từ phụ Được đặt giữa cực từ chính dùng để cải thiện đổi chiều, triệt tia lửa trên chổi than Lõi thép của cực từ phụ cũng có thể làm bằng thép khối, trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn, có cấu tạo giống như dây quấn của cực từ chính, dây quấn của cực từ phụ được đấu nối tiếp với mạch phần ứng Để mạch từ của cực từ phụ không bị bão hòa thì khe hở của nó với rotor lớn hơn khe hở của cực từ chính với rotor c Vỏ máy (Thân máy)
Làm nhiệm vụ kết cấu đồng thời dùng làm mạch từ nối liền các cực từ Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm để uốn và hàn lại Máy có công suất lớn dùng thép đúc có từ 0,2-2% chất than d Các bộ phận khác
Nắp máy đóng vai trò bảo vệ máy khỏi các tác động từ bên ngoài, ngăn vật rơi làm hỏng dây quấn của động cơ Đối với các máy điện có kích thước nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi, giúp cố định và giảm rung động, từ đó tăng độ bền và sự an toàn khi vận hành.
- Cơ cấu chổi than: Để đưa điện từ phần quay ra ngoài hoặc ngược lại
Máy có số cực bằng với số chổi than Các chổi than dương được nối chung với nhau để tạo thành một cực dương duy nhất, và tương tự các chổi than âm được nối lại để tạo thành một cực âm duy nhất.
1.1.2 Phần ứng (Phần quay hay Rotor) a) Lõi thép phần ứng Để dẫn từ thường dùng thép lá kỹ thuật điện (hình 1-2) dầy 0,5mm có sơn cách điện hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên các lá thép có dập các rãnh để đặt dây quấn Rãnh có thể hình thang, hỉnh quả lê hoặc hình chữ nhật,…
Hình1- 2: Lá thép phần ứng
Khi ghép nhiều lá thép đã dập sẵn lại sẽ tạo thành lõi thép phần ứng hình trụ, mặt ngoài có rãnh để đặt dây quấn, mặt trong có lỗ và được bắt chặt với trục máy Lõi thép phần ứng được đặt phía trong stato (hình 1-3)
Rô to b).Dây quấn phần ứng
Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, trong máy điện vừa và lớn có thể dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh và lõi thép Để tránh cho khi quay bị văng ra ngoài do sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt và phải đai chặt các phần đầu nối dây quấn Nêm có thể dùng tre gỗ hoặc ba kê lit.Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử dây quấn(hay bối dây) được nối với nhau theo những qui luật nhất định
Dây quấn phần ứng được nối ra cổ góp Cổ góp được chế tạo từ nhiều phiến đồng mỏng, được cách điện với nhau bằng tấm mica có chiều dày từ 0,4 đến 1,2 mm, và hợp thành thành một hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn được ghép bằng hai vành ép hình chữ V, giữa vành ép và cổ góp có lớp cách điện bằng mica hình V Đuôi cổ góp cao hơn một chút để thuận tiện hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp (hình 1-4).
- Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy
- Trục máy, trên đó có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường được làm bằng thép các bon tốt
1.2 Nguyên lí làm việc của máy điện một chiều
Người ta có thể định nghĩa máy điện một chiều như sau: Là một thiết bị điện từ quay, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi cơ năng thành điện năng một chiều (máy phát điện) hoặc ngược lại để biến đổi điện năng một chiều thành cơ năng trên trục (động cơ điện)
1.2.1 Chế độ máy phát điện
Hình1- 5: Qui tắc bàn tay phải
Máy gồm một khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây và phiến góp được quay quanh trục của nó với một vận tốc không đổi trong từ trường của hai cực nam châm Các chổi than A và B đặt cố định và luôn luôn tì sát vào phiến góp Khi cho khung quay theo định luật cảm ứng điền từ trong thanh dẫn sẽ cảm ứng nên sức điện động theo định luật Faraday ta có: e = B.l.v (V)
Trong đó: B: Từ cảm nơi thanh dẫn quét qua và có đơn vị đo là Tesla (T)
L: Chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường và có đơn vị đo là mét (m)
V: Tốc độ dài của thanh dẫn và có đơn vị đo là mét trên giây( m/s) Chiều của sức điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải (hình1- 5), như vậy theo hình vẽ sức điện động của thanh dẫn cd nằm dưới cực S có chiều đi từ d đến c, còn thanh ab nằm dưới cực N có chiều đi từ b đến a Nếu mạch ngoài khép kín qua tải thì sức điện động trong khung dây sẽ sinh ra ở mạch ngoài một dòng điện chạy từ A đến B Nếu từ cảm B phân bố hình sin thì e biến đổi hình sin
Phân loại và các trị số định mức của máy điện một chiều
Máy điện một chiều được phân loại theo phương pháp kích từ thành hai nhóm chính: máy kích thích độc lập và máy tự kích Với máy kích thích độc lập, mạch kích từ không liên quan đến mạch điện phần ứng (Hình 1-10-b), giúp ổn định từ thông và hiệu suất làm việc của máy Ngược lại, máy điện một chiều tự kích có mạch kích từ liên quan đến mạch điện phần ứng và gồm các loại sau:
- Máy điện một chiều kích thích nối tiếp .( Hình1-10-a)
- Máy điện một chiều kích thích song song .( Hình1-10-c)
- Máy điện một chiều kích thích hỗn hợp .( Hình1108-d)
Hình1-10: Sơ đồ nguyên lý MĐ DC c Máy phát điện một chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu
2.2 Các đại lƣợng định mức:
Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ vận hành theo các điều kiện do xưởng chế tạo quy định Chế độ này được đặc trưng bởi các đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là các đại lượng định mức, giúp xác định phạm vi vận hành an toàn và hiệu quả của thiết bị.
Trên nhãn của máy điện một chiếu thường ghi các đại lượng sau:
*Công suất định mức: P đm (w hay Kw)
* Điện áp định mức: U đm (v)
* Dòng điện định mức: I đm (A)
* Tốc độ định mức: n đm ( vòng/phút)
* Ngoài ra trên máy còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ, hiệu suât…
Dựa vào các đại lượng định mức của máy giúp chúng ta biết cách sử dụng sao cho đảm bảo kỹ thuật và kinh tế Đặc biệt công suất định mức ghi trên nhãn máy đó chính là công suất lấy ra từ máy điện, nghĩa là với máy phát điện thì đó là công suất điện đưa ra trên đầu cực của máy phát, còn đối với động cơ điện thì đó là công suất cơ đưa ra trên đầu trục động cơ.
Tính thuận nghịch của máy điện một chiều
5 Đặc tính của máy điện 1 chiều 2 2
Bài 2: Máy phát điện đồng bộ 3 pha
1 Khái niệm- Cấu tạo của máy điện phát đồng bộ 3 pha 1 1
4 Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ
5 Các trị số định mức và phân bố năng lượng trong máy phát đồng bộ
6 Sự làm việc song song của các máy phát điện đồng bộ 8 2 4 2
Vị trí, ý nghĩa, vai trò môn học/mô đun:
- Vị trí: Mô đun này học sau các môn học: An toàn lao động, mạch điện, mô đun đo lường
- Ý nghĩa: Mô đun này là mô đun đào tạo chuyên ngành
Vai trò của môn học này là cung cấp cho người học kiến thức cơ bản về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy điện, đồng thời làm rõ các phương trình cân bằng điện từ liên quan đến máy điện đồng bộ và máy điện một chiều Nội dung này tạo nền tảng lý thuyết vững chắc để phân tích, thiết kế và vận hành các hệ thống truyền động điện và trang bị điện trong thực tế Việc nắm vững cấu tạo, nguyên lý và cân bằng điện từ giúp người học hiểu sâu cách hoạt động của máy điện và hỗ trợ triển khai các mô đun truyền động điện một cách hiệu quả và an toàn Từ đó mở ra tiền đề cho việc phát triển các hệ thống điều khiển, tích hợp và tối ưu hóa hiệu suất trong ứng dụng công nghiệp.
Mục tiêu của môn học.mô đun
Sau khi học xong mô đun này, người học nghề có khả năng:
- Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại máy điện thông dụng như: máy điện đồng bộ và máy điện một chiều
- Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn máy điện không đồng bộ,máy điện đồng bộ, máy điện một chiều
- Kết nối mạch, vận hành máy điện
- Tính toán các thông số kỹ thuật trong máy điện
- Có ý thức trong sử dụng trang thiết bị và vận hành hệ thống động cơ máy phát có hiệu quả, tuổi thọ cao
BÀI 1: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Máy điện một chiều là một thiết bị điện từ quay, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi cơ năng thành điện năng một chiều (máy phát điện) hoặc ngược lại biến đổi điện năng một chiều thành cơ năng trên trục (động cơ điện một chiều) Đây là thiết bị có khả năng chuyển đổi năng lượng giữa điện và cơ năng, được ứng dụng phổ biến trong hệ thống cung cấp điện dự phòng, truyền động và điều khiển máy móc.
- Mô tả đươc cấu tạo, phân tích được nguyên lý làm việc của máy điện một chiều
- Tháo, lắp, vận hành được các máy điện một chiều
- Tính toán được các thông số cơ bản của sơ đồ dây quấn máy điện một chiều
- Quấn lại được các cuộn dây của máy điện một chiều
- Bảo dưỡng và sửa chữa máy điện một chiều theo yêu cầu
- Rèn luyện tính cẩn thận tỷ mỉ, chính xác tư duy khoa học và sang tạo
1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện một chiều
1.1 Cấu tạo của máy điện một chiều
Kết cấu của máy điện một chiều có thể phân làm hai thành phần chính là phần tĩnh và phần quay
1.1.1 Phần cảm (Phần tĩnh hay Stator)
Thân máy là bộ phận chịu trách nhiệm tạo ra từ trường chính cho thiết bị Theo mô tả ở hình 1-1, nó bao gồm các thành phần chính sau: a Cực từ chính (hình 1-2).
Đây là bộ phận sinh từ trường gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ được quấn quanh phần ngoài của lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ được làm bằng thép lá kỹ thuật điện hoặc thép carbon dày 0,5–1 mm, ghép lại bằng đinh tán Lõi mặt cực từ được kéo dài ra hoặc lõm vào để tăng thêm đường đi của từ trường Vành cung của cực từ thường bằng 2/3τ (τ là bước cực, khoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp) Trên lõi cực có cuộn dây kích từ, một chiều DC chạy qua; các dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng, mỗi cuộn đều được cách điện kỹ, thành một khối, được đặt trên các cực từ và mắc nối tiếp với nhau Cuộn dây được quấn vào khung dây, thường làm bằng nhựa hóa học hay giấy bakelit cách điện Các cực từ được gắn chặt vào thân máy nhờ những bu lông.
Trong hình 1-2, cực từ chính và cực từ phụ được bố trí sao cho cực từ phụ ở giữa nhằm cải thiện đổi chiều và triệt tia lửa trên chổi than; lõi thép của cực từ phụ có thể làm bằng thép khối, và trên thân của cực từ phụ đặt dây quấn có cấu tạo tương tự như dây quấn của cực từ chính, với dây quấn này được mắc nối tiếp với mạch phần ứng Để mạch từ của cực từ phụ không bị bão hòa, khe hở giữa cực từ phụ và rotor được thiết kế lớn hơn khe hở giữa cực từ chính và rotor Cuối cùng là vỏ máy (thân máy).
Chức năng chính của bộ khung máy là kết cấu đồng thời làm mạch từ liên kết các cực từ với nhau, tạo thành một hệ từ kín và bền Đối với máy điện có công suất nhỏ và vừa, người ta thường dùng thép tấm để uốn cong và hàn lại các chi tiết khung Đối với máy có công suất lớn, thép đúc với hàm lượng cacbon từ 0,2–2% được chọn để gia tăng độ bền và khả năng chịu tải của khung máy Các bộ phận khác được lắp ráp để đảm bảo tính đồng bộ của hệ từ và cơ cấu, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của máy.
Nắp máy giúp bảo vệ thiết bị khỏi các vật ngoại lai có thể rơi vào gây hỏng dây quấn và các thành phần bên trong Đối với các máy điện có kích thước nhỏ và vừa, nắp máy không chỉ che chắn mà còn đóng vai trò như một giá đỡ ổ bi, định vị các thành phần quay và tăng độ ổn định vận hành cho máy.
- Cơ cấu chổi than: Để đưa điện từ phần quay ra ngoài hoặc ngược lại
Máy có bao nhiêu cực có bấy nhiêu chổi than Các chổi than dương được nối chung với nhau để có một cực dương duy nhất Tương tự đối với các chổi than âm cũng vậy
1.1.2 Phần ứng (Phần quay hay Rotor) a) Lõi thép phần ứng Để dẫn từ thường dùng thép lá kỹ thuật điện (hình 1-2) dầy 0,5mm có sơn cách điện hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên các lá thép có dập các rãnh để đặt dây quấn Rãnh có thể hình thang, hỉnh quả lê hoặc hình chữ nhật,…
Hình1- 2: Lá thép phần ứng
Khi ghép nhiều lá thép đã dập sẵn lại với nhau, nó sẽ hình thành lõi thép phần ứng dạng hình trụ Mặt ngoài lõi có rãnh để đặt dây quấn, mặt trong có lỗ và được bắt chặt với trục máy Lõi thép phần ứng được đặt phía bên trong stato (hình 1-3).
Rô to b).Dây quấn phần ứng
Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, trong máy điện vừa và lớn có thể dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh và lõi thép Để tránh cho khi quay bị văng ra ngoài do sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt và phải đai chặt các phần đầu nối dây quấn Nêm có thể dùng tre gỗ hoặc ba kê lit.Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử dây quấn(hay bối dây) được nối với nhau theo những qui luật nhất định
Dây quấn phần ứng được dẫn ra từ cổ góp Cổ góp được chế tạo từ nhiều phiến đồng mỏng cách điện với nhau bằng tấm mi-ca có độ dày 0,4–1,2 mm và ghép thành một hình trụ tròn Hai đầu của trụ được cố định bằng hai vành ép hình chữ nhật kiểu V ép chặt lại; giữa vành ép và cổ góp có lớp cách điện bằng mi-ca hình V Đuôi cổ góp nhô cao hơn một chút để thuận tiện hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp (hình 1-4).
- Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy
- Trục máy, trên đó có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi Trục máy thường được làm bằng thép các bon tốt
1.2 Nguyên lí làm việc của máy điện một chiều
Máy điện một chiều là một thiết bị điện từ quay, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ để biến đổi cơ năng thành điện năng một chiều (máy phát điện) hoặc ngược lại biến đổi điện năng một chiều thành cơ năng trên trục (động cơ điện) Khi hoạt động ở chế độ phát điện, máy nhận cơ năng từ nguồn bên ngoài làm quay rotor và sinh ra điện áp một chiều; ngược lại, khi cấp điện cho máy, điện năng một chiều được chuyển thành mô-men quay để kéo rotor và làm quay cơ cấu tải Máy điện một chiều đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống cung cấp điện và truyền động nhờ khả năng điều khiển dễ dàng về tốc độ và mô-men.
1.2.1 Chế độ máy phát điện
Hình1- 5: Qui tắc bàn tay phải
Máy gồm một khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp, khung dây và phiến góp quay quanh trục của nó với một vận tốc không đổi trong từ trường của hai cực nam châm Các chổi than A và B được đặt cố định và luôn tì sát vào phiến góp Khi khung quay theo định luật cảm ứng điện từ, trong thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động và theo định luật Faraday ta có e = B·l·v (V).
Trong đó: B: Từ cảm nơi thanh dẫn quét qua và có đơn vị đo là Tesla (T)
L: Chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường và có đơn vị đo là mét (m)
V: Tốc độ dài của thanh dẫn và có đơn vị đo là mét trên giây( m/s) Chiều của sức điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải (hình1- 5), như vậy theo hình vẽ sức điện động của thanh dẫn cd nằm dưới cực S có chiều đi từ d đến c, còn thanh ab nằm dưới cực N có chiều đi từ b đến a Nếu mạch ngoài khép kín qua tải thì sức điện động trong khung dây sẽ sinh ra ở mạch ngoài một dòng điện chạy từ A đến B Nếu từ cảm B phân bố hình sin thì e biến đổi hình sin
Đặc tính của máy điện một chiều
Thực tế, các trạm phát điện hiện đại chủ yếu phát ra điện xoay chiều 3 pha và được dùng rộng rãi trong công nghiệp, chiếu sáng và các nhu cầu đời sống Khi sản xuất đòi hỏi điện một chiều, như ở các lĩnh vực hóa học, luyện kim hoặc giao thông vận tải, người ta biến đổi từ xoay chiều sang một chiều bằng các bộ chỉnh lưu hoặc chỉnh lưu kiểu máy điện, hoặc sử dụng máy phát điện một chiều để cấp nguồn điện một chiều.
Phân loại các máy phát điện một chiều theo phương pháp kích thích Chúng được chia thành:
- Máy phát điện một chiều kích thích độc lập
- Máy phát điện một chiều tự kích
Máy phát điện một chiều kích thích độc lập gồm:
Hình 1-33: Sơ đồ nguyên lý MFĐ DC
+ Máy phát điện DC kích thích bằng điện từ: dùng nguồn DC, ăc qui,…
+ Máy phát điện một chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu
Theo cách nối dây quấn kích thích, các máy phát điện một chiều tự kích được chia thành:
+ Máy phát điện một chiều kích thích song song
+ Máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp
+ Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp
Các đặc tính cơ bản của MFĐDC
Bản chất của máy phát điện được phân tích nhờ những đặc tính quan hệ giữa 4 đại lượng cơ bản của máy:
- Điện áp đầu cực máy phát điện: U
- Dòng điện kích từ: It
Trong đó n = const và các đại lượng còn lại tạo ra mối quan hệ chính và các đặc tính chính của máy phát điện gồm: a) Đặc tính không tải: U0 = f(It) khi I = 0, n = nđm = const Đặc tính này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá máy phát và để vẽ các đặc tính khác của máy phát điện b) Đặc tính ngoài: U = f(I) khi n = nđm = const và It = const c) Đặc tính điều chỉnh: It = f(I) khi U = Uđm = const và n = nđm.
=const Trong trường hợp riêng khi U = 0, đặc tính điều chỉnh chuyển thành đặc tính ngắn mạch I t = f(In)
Chúng ta hãy xét các đặc tính của máy phát điện theo phương pháp kích từ và coi đó là nhân tố chủ yếu để xác định các bản chất của các máy phát điện
Sơ đồ lấy đặc tính đó trình bày trên hình 1-34a, đặc tính được biểu thị trên hình 1-34b Vì trong máy thường có từ thông dư nên khi I t = 0 trên cực của máy phát điện áp U’ 00 = OA (H.1-32b), thường U’ 00 =( 2-3)%U đm Khi biến đổi I t từ It = 0- (+Imax) = OC điện áp U sẽ tăng theo đường cong 1 đến +U 0max Cc Thường U0max = 1,1-1,25 Uđm Lúc không tải phần ứng của MFĐKTĐL chỉ nối với Voltmet nên: U0 = E0 = CE.n.Φ = C’E.Φ
Hình 1-34: Sơ đồ thí nhiệm lấy các đặc tính(a) và đặc tính không tải của
MFĐMCKTĐL(b) Nên quan hệ U 0 = f(I t ) lặp lại quan hệ Φ = f(I t ) theo một thước tỉ lệ nhất định
Bây giờ chúng ta hãy biến đổi I t từ +Imax = OC-It = 0 sau đó đổi nối ngược chiều dòng điện trong mạch kích thích rồi tiếp tục đổi I t từ It =0-(-Imax) = Od thì vẽ được đường cong thứ 2
Lặp lại sự biến đổi của dòng điện theo thứ tự ngược lại từ -Imax = Od- (+I max ) = OC thì ta vẽ được đường 3 Đường cong 3 và 2 tạo thành chu trình từ trễ xác định tính chất thép của cực từ và gông từ Vẽ đường 4 trung bình giữa các đường trên chúng ta được đặc tính không tải để tính toán
Để xác định đặc tính ngắn mạch, nối ngắn mạch các chổi than qua ampe mét cho máy chạy với n = C_te, đo lần lượt các trị số It và In tương ứng để xây dựng đồ thị đặc tính ngắn mạch Khi ngắn mạch, ta ghi nhận mối quan hệ giữa It và In theo tốc độ quay n, từ đó xác định đặc tính ngắn mạch của hệ thống và đánh giá khả năng chịu quá dòng của máy ở chế độ ngắn mạch.
=> Eư = IưRư do Rư có giá trị rất nhỏ và Rư = C te nên khi điều chỉnh
In = Iđm thì Eư cũng có giá trị rất nhỏ và sđđ không vượt quá vài phần trăm của U đm => It có giá trị nhỏ =>mạch từ của máy không bị bão hòa từ =>vì vậy đặc tính ngắn mạch là một đường thẳng (hình 1-37)
Hình 1-37: Đặc tính ngắn mạch
Trong mô hình này, U = f(It) khi n = nđm = const và It = const, cho thấy điện áp đầu ra phụ thuộc vào dòng tức thời It với một tham số cố định nđm Đặc tính ngoài được lấy từ sơ đồ hình 1-34a khi cầu dao P được đóng, nghĩa là mạch được kích hoạt và các đặc tính đáp ứng của hệ thống được xác định từ sơ đồ đó Điện áp Ut ở đầu cực kích thích được giả thiết là không lớn, do đó các phân tích liên quan đến đáp ứng của mạch được tiến hành với giả thiết này làm cơ sở.
I U Để lấy đặc tính ngoài chúng ta quay MFĐ đến n = nđm và thiết lập dòng điện kích thích I tđm sao cho I = I đm = 1 và U = U đm = 1 (hình 1-35)
Hình 1-35: Đặc tính ngoài của MFĐ1C kích từ độc lập
Sau đó, tải của MFĐ được giảm dần cho đến trạng thái không tải Điện áp của MFĐ tăng theo đường cong 1 khi tải giảm, do điện áp rơi trên phần ứng I×R giảm và phản ứng phần ứng giảm ở trạng thái không tải, khiến U0 bằng OA Như vậy, sự thay đổi của phụ tải quyết định mức điện áp đầu ra và đáp ứng của máy phát.
Vì Rư = C te nên IưRư = f(Iư) biểu diễn bằng đường thẳng 2 Đường cong 3 là quan hệ của: U + IƯRƯ = EƯ = f(IƯ) gọi là đặc tính trong của máy phát điện
Vì khi It = C te và, n = const thì U trên trục máy phát hạ thấp khi I tăng thì ngược lại (hình1-34) Nếu muốn U = C te thì phải tăng It khi I tăng và giảm It khi
Trong thí nghiệm, sơ đồ như hình 1-32a cho phép máy phát làm việc và mang tải đến định mức I = Iđm, U = Uđm, I_t = Iđm Sau đó giảm dần tải nhưng giữ cho n = Cte và điều chỉnh I_t để cho U = Uđm Lần lượt ghi lại giá trị của I và I_t để thu được dạng đặc tính điều chỉnh như hình 1-35.
Hình 1-36: Đặc tính điều chỉnh Đặc tính điều chỉnh cho ta biết cần điều chỉnh dòng điện kích thích thế nào để giữ cho mạch điện áp đầu ra của máy phát không đổi khi thay đổi tải Đường biểu diễn đặc tính điều chỉnh trên hình 1-36 cho thấy khi tải tăng cần phải tăng dòng điện kích thích sao cho bù được điện áp rơi trên I ư và ảnh hưởng của phản ứng phần ứng Từ không tải (U = U đm ) tăng đến tải định mức (I = I đm ) thường phải tăng dòng điện kích thích lên từ 15-25%.