Trên lõi cực có cuộn dây kích từ 3, trong đó có dòng một chiều 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
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 2 2
3 Dây quấn máy điện 1 chiều 32 2 24 6
4 Tính thuận nghịch của máy điện 1chiều 2 2
5 Đặc tính của máy điện 1 chiều 2 2
Bài 2: Máy phát điện đồng bộ 3 pha 20 10 8 2
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 2 2
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 chương trình là cung cấp cho người học kiến thức cơ bản về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy điện đồng bộ và máy điện một chiều, cũng như các phương trình cân bằng điện từ dùng để phân tích và mô phỏng quá trình làm việc của các máy điện Những kiến thức này tạo nền tảng vững chắc cho mô hình hóa truyền động điện và việc trang bị điện trong các hệ thống công nghiệp và tự động hóa.
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 biến điện năng một chiều thành cơ năng trên trục (động cơ điện) Khi làm máy phát điện, nó nhận cơ năng từ nguồn bên ngoài và chuyển đổi thành điện năng một chiều; khi hoạt động như động cơ, nó dùng điện năng một chiều để tạo ra cơ năng quay trên trục Do đó, máy điện một chiều đóng vai trò thiết yếu trong hệ thống cung cấp điện và truyền động, với ứng dụng rộng rãi từ các thiết bị nhỏ đến các hệ thống công nghiệp.
- 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 chiềutheo yêu cầu
- Rèn luyện tính cẩn thận tỷ mỉ, chính xác tư duy khoa học và sang tạo
1 Cấu tạovà 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 có nhiệm vụ tạo ra từ trường chính trong máy; nó được mô tả trên hình 1-1 và gồm các thành phần chính, như cực từ chính (hình 1-2), một yếu tố quan trọng để sinh và điều chỉnh từ trường phục vụ cho hoạt động của máy.
Đây là bộ phận sinh từ gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ (1) được làm bằng thép lá kỹ thuật điện hoặc thép carbon dày 0,5 đến 1 mm ghép lại bằng đinh tán Lõi mặt cực từ (2) được kéo dài ra (lõm vào) để tăng đường đi của từ trường Vành cung của cực từ thường bằng 2/3τ (τ: bước cực, là khoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp nhau) Trên lõi cực có cuộn dây kích từ (3), trong đó có dòng một chiều 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 (4), thường làm bằng nhựa hóa học hay giấy bakêlit cách điện Các cực từ được gắn chặt vào thân máy (5) nhờ những bu lông (6).
Trong sơ đồ Hình 1-2, cực từ chính và cực từ phụ được bố trí sao cho cực từ phụ nằm giữa cực từ chính nhằm cải thiện đổi chiều và triệt tia lửa trên chổi than Lõi thép của cực từ phụ có thể làm bằng thép khối; trên thân của cực từ phụ gắn dây quấn có cấu tạo giống như dây quấn của cực từ chính, và dây quấn của cực từ phụ được 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 lớn hơn khe hở giữa cực từ chính và rotor c Vỏ máy (thân máy).
Trong máy điện, phần kết cấu đồng thời đóng vai trò làm mạch từ nối liền các cực từ Với máy điện ở kích thước nhỏ và vừa, thép tấm được dùng để uốn cong và hàn lại các chi tiết liên quan Đối với máy có công suất lớn, thép đúc được lựa chọn và có hàm lượng carbon từ 0,2–2% Các bộ phận khác của máy cũng được bố trí nhằm đảm bảo sự ổn định của mạch từ và độ bền của toàn hệ thống.
Nắp máy đóng vai trò bảo vệ máy khỏi các vật ngoại lai rơi vào gây hỏng dây quấn và hư hại khác, từ đó giảm thiểu sự cố vận hành Đối với các máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn là một giá đỡ ổ bi, giúp cố định trục quay và tăng sự ổn định của hệ thống truyền động.
- Cơ cấu chổi than: Để đưa điện từ phần quay ra ngoài hoặc ngược lại.
Số cực của máy tương ứng với số chổi than Các chổi than dương được nối với nhau thành một cực dương duy nhất, tương tự các chổi than âm cũng được nối lại với nhau 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 với nhau, ta được lõi thép phần ứng hình trụ Mặt ngoài của 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 trong stato (hình 1-3).
Rô to b) Dây quấn phần ứng
Phần phát sinh sức điện động và cho dòng điện chạy qua là dây quấn phần ứng Dây quấn thường làm bằng dây đồng có lớp cách điện; trong máy điện nhỏ dùng dây có tiết diện tròn, còn trong máy điện vừa và lớn có thể dùng dây có tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận và đặt vào các rãnh trên lõi thép Để tránh bị văng ra do lực ly tâm khi quay, miệng rãnh được đè chặt bằng nêm và các đầu nối dây quấn được đai chặt Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hoặc bakelit Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử dây quấn (hay bối dây) được nối với nhau theo các quy tắc nhất định.
Dây quấn phần ứng được nối ra cổ góp Cổ góp được cấu thành từ nhiều phiến đồng mỏng, được cách điện với nhau bằng tấm mica có chiều dày từ 0,4 đến 1,2 mm, hợp thành một hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn được cố định bằng hai vành ép hình chữ nhật dạng V, ép chặt lại; 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
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 biến đổi điện năng một chiều thành cơ năng trên trục (động cơ điện) Nó có thể hoạt động ở hai chế độ: làm máy phát điện khi nhận cơ năng từ bên ngoài để sinh ra điện năng, hoặc làm động cơ để biến điện năng thành động năng trên trục.
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 vận tốc không đổi trong từ trường do hai cực nam châm sinh ra Các chổi than A và B cố định và luôn tì sát vào phiến góp Khi khung quay theo định luật cảm ứng điện từ, thanh dẫn trong khung sẽ cảm ứng điện động và theo 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: kích thích độc lập và tự kích Máy điện một chiều kích thích độc lập có mạch kích từ không liên quan đến mạch điện phần ứng (Hình 1-10-b) Máy điện một chiều tự kích có mạch kích từ liên quan đến mạch điện phần ứng và gồm các loại tự kích khác nhau.
- 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 làm việc được quy định bởi các điều kiện sản xuất do xưởng chế tạo đề ra, thể hiện qua các đại lượng ghi trên nhãn máy và được gọi là đại lượng định mức.
Trên nhãn của máy điện một chiếu thường ghi các đại lượng sau:
*Công suất định mức: Pđm (w hay Kw)
* Điện áp định mức: Uđm (v)
* Dòng điện định mức: Iđm (A)
* Tốc độ định mức: nđm ( 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 người dùng biết cách vận hành đúng để đảm bảo kỹ thuật và kinh tế Đặc biệt, công suất định mức được ghi trên nhãn máy chính là công suất lấy ra từ máy điện: với máy phát điện là công suất điện đưa ra trên đầu cực của máy phát, còn với động cơ điện là công suất cơ được truyền ra ở đầu trục của động cơ Hiểu rõ công suất định mức giúp chọn thiết bị phù hợp, tối ưu hiệu quả vận hành và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
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 20 10 8 2
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 2 2
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 là cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy điện đồng bộ và máy điện một chiều, cùng với các phương trình cân bằng điện từ Những kiến thức này tạo nền tảng vững chắc cho mô hình truyền động điện và trang bị điện, từ đó hỗ trợ thiết kế, phân tích và vận hành các hệ thống truyền động và cung cấp điện trong 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 giữa cơ năng và điện năng một chiều Khi hoạt động như máy phát điện, nó biến đổi cơ năng thành điện năng một chiều; khi hoạt động như động cơ điện, nó biến đổi điện năng một chiều thành cơ năng truyền lên trục quay.
- 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 chiềutheo yêu cầu
- Rèn luyện tính cẩn thận tỷ mỉ, chính xác tư duy khoa học và sang tạo
1 Cấu tạovà 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 cho thiết bị, đóng vai trò then chốt trong hoạt động của hệ thống Nó được mô tả chi tiết trong hình 1-1 và bao gồm các thành phần chính, trong đó nổi bật là a Cực từ chính (hình 1-2), là bộ phận cung cấp và điều chỉnh từ thông cần thiết để đảm bảo độ đồng nhất và sức mạnh của từ trường.
Là bộ phận sinh ra từ trường gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ đặt ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ (1) được làm bằng thép lá kỹ thuật điện hoặc thép carbon dày 0,5 đến 1 mm, ghép lại bằng đinh tán; lõi mặt cực từ (2) được kéo dài ra hoặc lõm vào để tăng đường đi của từ trường; vành cung của cực từ thường bằng 2/3τ (τ là bước cực, là khoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp nhau) Trên lõi cực có cuộn dây kích từ (3) với dòng một chiều chạy qua; các dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng, mỗi cuộn được cách điện kỹ, thành một khối, đặt trên các cực từ và mắc nối tiếp với nhau Cuộn dây được quấn vào khung dây (4), thường làm bằng nhựa hóa học hay giấy bakêlit cách điện Các cực từ được gắn chắc vào thân máy (5) nhờ bu lông (6).
Trong hình 1-2, cực từ chính và cực từ phụ được bố trí sao cho cực từ phụ nằm ở giữa cực từ chính nhằm cải thiện đổi chiều từ và triệt tia lửa trên chổi than Lõi thép của cực từ phụ có thể làm bằng thép khối; trên thân của cực từ phụ có đặt dây quấn với cấu tạo giống như dây quấn của cực từ chính, và dây quấn này được đấu nối tiếp với mạch phần ứng Để mạch từ của cực từ phụ không bị bão hòa, khe hở giữa nó với rotor lớn hơn khe hở giữa cực từ chính với rotor Vỏ máy (thân máy) là bộ phận bảo vệ, che chắn và cố định các bộ phận từ.
May dien co nhiem vu ket cau dong thoi dam nhan chuc nang mach tu noi lien cac cuc tu Trong cac may dien nho va vua, thep tam duoc su dung de uon va han lai cac chi tiet; doi voi nhung may co cong suat lon, thep duc voi ham luong cacbon tu 0,2% den 2% duoc su dung Cac bo phan khac cua may cung duoc thiet ke de dam bao do ben va su on dinh cua he thong.
Nắp máy là bộ phận bảo vệ quan trọng của máy điện, ngăn chặn vật ngoại rơi vào làm hư hỏng dây quấn Đối với các máy điện có kích thước nhỏ và vừa, nắp máy còn đóng vai trò làm giá đỡ ổ bi, giúp tăng độ ổn định và 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 chung với nhau 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 với nhau, chúng tạo thành lõi thép phần ứng hình trụ, có rãnh ở mặt ngoài để đặt dây quấn và lỗ ở mặt trong để liên kết với trục máy Lõi thép phần ứng được đặt phía trong stato (hình 1-3).
Rô to b) Dây quấn phần ứng
Phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua là dây quấn Dây quấn thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện; máy điện nhỏ dùng dây có tiết diện tròn, còn máy điện vừa và lớn có thể dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện kỹ càng, đặt trong rãnh và quanh lõi thép của máy Để tránh bị văng ra khi quay do lực ly tâm, ở miệng rãnh có nêm để đè chặt và các đầu nối dây quấn được đai chặt Nêm có thể làm từ tre, gỗ hoặc Bakelite Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử dây quấn (hay bối dây) được nối với nhau theo các quy tắc nhất định.
Dây quấn phần ứng được nối ra cổ góp Cổ góp thường được làm từ nhiều phiến đồng mỏng được cách điện với nhau bằng những tấm mica có chiều dày từ 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ép hình chữ nhật V ép chặt lại, giữa vành ép và cổ góp có cách điện bằng mica hình V Đuôi cổ góp cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng (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, hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Nó có chức năng 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).
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 vận tốc không đổi trong từ trường do hai cực nam châm sinh ra Các chổi than A và B cố định và luôn tì sát vào phiến góp Khi khung quay theo định luật cảm ứng điện từ, điện động được cảm ứng trong các thanh dẫn và được mô tả bởi công thức e = B l v (V) Trong đó B là cảm ứng từ, l là chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường, và v là vận tốc của thanh dẫn trong từ trường.
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
Trên thực tế các trạm phát điện hiện đại chỉ phát ra điện năng xoay chiều 3 pha, phần lớn năng lượng đó được dùng dưới dạng điện xoay chiều trong công nghiệp, để thắp sáng và dùng cho các nhu cầu trong đời sống Trong những trường hợp do điều kiện sản xuất bắt buộc phải dùng điện một chiều (xí nghiệp hóa học, công nghiệp luyện kim, giao thông vận tải,…) thì người ta thường biến điện xoay chiều thành điện một chiều nhờ các bộ chỉnh lưu hoặc chỉnh lưu kiểu máy điện, cách thứ hai là dùng máy phát điện một chiều để phát ra 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 củaMFĐDC
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
- Dòng điện phần ứng: Iư
Trong đó n = const còn lại 3 đại lượng tạo ra mối quan hệ chính và các đặc tính chính là: a) Đặc tính không tải: U0 = f(It) khi I = 0, n = n đm = 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= n đm =const và I t = const) c) Đặc tính điều chỉnh: I t = f(I) khi U = U đm = const và n= n đm
=const Trong trường hợp riêng khi U = 0, đặc tính điều chỉnh chuyển thành đặc tính ngắn mạch It = f(In)
Chúng ta phân tích các đặc tính của máy phát điện dựa trên phương pháp kích từ và coi đây là nhân tố chủ yếu để xác định bản chất của các máy phát điện Việc đánh giá kích từ như một yếu tố quyết định giúp làm rõ cơ chế vận hành, đồng thời cho phép phân loại và nhận diện các đặc trưng khác biệt giữa các loại máy phát Như vậy, sự khác biệt ở phương pháp kích từ chính là chìa khóa để hiểu sâu về bản chất và chức năng của máy phát điện.
Sơ đồ lấy đặc tính được trình bày trên hình 1-34a và đặc tính được biểu thị trên hình 1-34b Do từ thông dư trong máy, khi I_t = 0 ở cực của máy phát điện, điện áp U'00 = OA (H.1-32b) thường bằng khoảng 2–3% Uđm Khi biến đổi I_t từ 0 đến I_max, điện áp U tăng theo đường cong 1 lên đến +U0max 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 đồthí nhiệm lấy các đặc tính(a) và đặc tính không tải của
MFĐMCKTĐL(b) Nên quan hệ U 0 = f(It) lặp lại quan hệ Φ = f(I t ) theo một thước tỉ lệ nhất định.
Trong phần hướng dẫn này, chúng ta biến đổi giá trị dòng điện I_t từ +Imax xuống 0 (I_t = 0), sau đó đổi ngược chiều dòng điện trong mạch kích thích và tiếp tục biến đổi I_t từ 0 đến -Imax (I_t = -Imax, ký hiệu Od) Nhờ quá trình này, ta có thể vẽ được đường cong thứ hai của hệ thống.
Để phân tích đặc tính từ của thép, ta lặp lại sự biến đổi của dòng điện theo thứ tự ngược từ -Imax = Od- đến (+Imax) = OC và từ đó vẽ được đường 3 Đường cong 3 và đường cong 2 hình thành một chu trình từ trễ, xác định các đặc tính của thép ở cực từ và gông từ Vẽ đường 4 ở giữa các đường đã có cho ta đặc tính không tải để phục vụ cho các tính toán.
Để xác định đặc tính ngắn mạch của máy, ta nối ngắn mạch các chổi than qua ampe mét cho máy chạy ở vận tốc n = C te và đo các trị số It và In tương ứng để lập đặc tính ngắn mạch Khi ngắn mạch, It và In cho biết mức dòng điện tương ứng và giới hạn vận hành của hệ thống, từ đó đánh giá khả năng chịu tải và điều chỉnh điều kiện làm việc của máy cho các tình huống khác nhau.
=> E ư = I ư R ư do R ư có giá trị rất nhỏ và Rư = C te nên khi điều chỉnh
Trong điều kiện ngắn mạch, dòng điện In và điện áp Ẽ có giá trị rất nhỏ, và sđđ không vượt quá vài phần trăm của Uđm Vì vậy Ẽ nhỏ, mạch từ của máy không bị bão hòa từ, và đặc tính ngắn mạch được thể hiện như một đường thẳng (hình 1-37).
Hình 1-37: Đặc tính ngắn mạch
Trong bài toán, quan hệ U = f(I_t) được xét khi n = n đm = const và I_t = const Đặc tính ngoài được xác định theo sơ đồ hình 1-34a khi cầu dao P đóng mạch Điện áp U_t ở đầu cực kích thích được giả thiết là không lớn, do đó các ảnh hưởng đến mạch được phân tích dựa trên giả thiết này.
I U Để lấy đặc tính ngoài chúng ta quay MFĐ đến n = nđm và thiết lập dòng điện kích thích Itđm 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.
Khi giảm dần phụ tải của MFĐ cho đến trạng thái không tải, điện áp MFĐ tăng lên theo đường cong 1 vì điện áp rơi trên phần ứng I×R giảm và phản ứng cảm ứng giảm ở trạng thái không tải; do đó U0 = OA.
Vì R ư = C te nên I ư R ư = f(I ư ) biểu diễn bằng đường thẳng 2. Đường cong 3 là quan hệ của: U + IƯR Ư = E Ư = f(I Ư ) gọi là đặc tính trong của máy phát điện.
Với It = Cte và n = const, U trên trục máy phát hạ thấp khi I tăng (hình 1-34); ngược lại, khi It và n được điều chỉnh để duy trì mối quan hệ ngược lại, U sẽ tăng lên khi I tăng Nếu muốn U bằng Cte thì phải tăng It khi I tăng và giảm It khi I giảm.
Trong sơ đồ thí nghiệm được thể hiện ở hình 1-32a, máy phát được vận hành với tải đến định mức I = Iđm và U = Uđm, I_t = Iđm Sau đó giảm dần tải nhưng giữ cho tốc độ quay n = C_te và điều chỉnh I_tđ để đạt được U = Uđm Lần lượt ghi lại các giá trị của I và I_t để có được dạng đặc tính điều chỉnh như hình 1-35.
Hình 1-36 trình bày đặc tính điều chỉnh, cho biết cách điều chỉnh dòng điện kích thích để giữ mạch điện áp đầu ra của máy phát không đổi khi tải thay đổi Đường biểu diễn đặc tính điều chỉnh cho thấy khi tải tăng, cần tăng dòng điện kích thích để bù điện áp rơi trên cuộn và ảnh hưởng của phản ứng phần ứng Từ trạng thái không tải (U = Uđm) lên đến tải định mức (I = Iđm), mức tăng dòng điện kích thích thường từ 15% đến 25%.