Bài giảng cơ sở kĩ thuật điện c8

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU• Giới thiệu - Cấu tạo • Động cơ điện DC kích từ song song • Động cơ điện DC kích từ nối tiếp 1 BMTBD-CSKTĐ-PVLong TCBinh edited 2016... Máy điện một chiều Một máy phát

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

• Giới thiệu - Cấu tạo

• Động cơ điện DC kích từ song song

• Động cơ điện DC kích từ nối tiếp

1

BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016)

Giới thiệu - Cấu tạo

4

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

Giới thiệu - Cấu tạo

6

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

Giới thiệu - Cấu tạo

8

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

❖ Máy điện AC không thể chạy quá tốc độ đồng bộ do bị giới hạn

bởi tần số Nếu tăng tần số thì bị giới hạn vì tổn hao trong sắt từ.

Khuyết điểm:

- Giá thành đắt do cấu trúc phức tạp và to lớn

(so với động cơ không đồng bộ)

- Cần bảo trì thường xuyên

- Không dùng được trong môi trường dễ cháy nổ

Sử dụng với nguồn điện một chiều, thiết bị di động

Nguyên lý hoạt động máy điện một chiều

11

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

Nguyên lý hoạt động máy điện một chiều

13

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

Dây quấn máy điện một chiều (tt)

Số chổi than

Số cực

Số mạch nhánh song song

Moment điện từ

23

 Khảo sát máy điện DC đơn giản 2 cực, rotor có 1 phần tử có 2 phiến góp

- Từ thông móc vòng dây quấn phần ứng λ a ( rotor λ r ) và dây quấn phần cảm λ f ( stator λ s ):

Với máy điện DC được kích thích bởi dòng một

chiều vào rotor và stator, nhưng dây quấn rotor

được nối với phiến góp

đảo chiều, nên: ; 0

;0

a a

a

I i

(TCBinh edited 2016)

( )

;

0

a f e

a f

fa

fa

I I T

I

dL

I

d dL d

Với máy điện DC được kích thích bởi dòng một

chiều vào rotor và stator, nhưng dây quấn rotor

được nối với phiến góp

đảo chiều, nên: ; 0

;0

a a

a

I i

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

KÍCH TỪ MÁY ĐIỆN DC

kích từ độc lập

v a =v f

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

Nguyên lý hoạt động máy điện một chiều

a



? V 20A

a) Tính điện áp không tải?

b) Tính công suất và moment điện từ?

c) Tính điện áp tải khi dòng tải 20A?

50

Đặc tính V-A của máy phát DC

KT độc lập

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

E=G m I f

100V +

d) Tính hiệu suất của máy phát?

e) Tính moment cơ kéo máy phát?

Biết tổn hao cơ 80W.

d) Tính hiệu suất của máy phát?

e) Tính moment cơ kéo máy phát?

Máy điện một chiều

Một máy phát DC kích từ độc lập có điện áp không tải 120V, điện trở phần ứng 0,5

Ở định mức, dòng kích từ là 2,1A, tốc độ là 1600 vòng/phút, dòng phần ứng 5A, tổn hao quay 40W:

a) Tính công suất điện từ định mức?

b) Tính công suất và moment cơ định mức của máy phát? c) Tính hiệu suất ở định mức? Điện trở kích từ là 10 .

Mạch từ tuyến tính, tính sức điện động của máy phát khi:

d) Dòng kích từ tăng lên 2,8A?

e) Dòng kích từ tăng lên 2,5A và tốc độ giảm xuống còn

1450 vòng/phút?

Nếu mạch từ không còn tuyến tính, nhận xét!

MÁY PHÁT ĐIỆN DC – Kích từ độc lập

Máy điện một chiều

dt

di L

i R

v = f f + f f

dt

di L

i R i

Máy điện một chiều

➢ Khi vận hành xác lập với điện áp ngõ ra không đổi v = V :

Máy điện một chiều

Máy phát DC kích từ song song phát công suất định mức 200kW ở điện áp 600V Máy có điện trở phần cảm là 250, điện trở phần ứng là 0,234 Biết tốc độ quay luôn không đổi

và bằng 1000 vòng/phút.

a) Tính sức điện động của máy phát ở định mức?

b) Tính moment điện từ kéo máy phát?

c) Tính hiệu suất của máy phát? Tổn hao cơ 10 kW.

MÁY PHÁT ĐIỆN DC – Kích từ song song

50

Đặc tính V-A của máy phát DC

KT độc lập

MÁY PHÁT ĐIỆN DC – Kích từ hỗn hợp

52

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

50

Đặc tính V-A của máy phát DC

KT độc lập

Máy điện một chiều

Cho máy phát 100-kW, 250V, 400A, kích từ hỗn hợp cộng rẽ dài Ra=0,025Ω, Rs=0,005Ω Dòng kích từ song song là 4,7A Tốc độ máy phát là 1150RPM Ở định mức, tính sức điện động, moment điện từ và hiệu suất của máy phát? Biết tổn hao cơ là 2 kW.

Giải lại nếu hỗn hợp rẽ ngắn?

MÁY PHÁT ĐIỆN DC – Kích từ hỗn hợp

điện năng

Nguyên lý hoạt động Động cơ điện một chiều

58

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

Stator Phần kích từ

Dây quấn kích từ

i f

- Công suất điện từ:

(=công suất cơ) P e = EI a  P m = P co

f) Tính tốc độ không tải lý tưởng?

g) Tính tốc độ không tải thực tế? Biết tổn hao cơ 80W.

h) Tính tốc độ khi công suất tải là 500W?

Biết tổn hao cơ vẫn 80W.

a) Tính công suất và moment điện từ?

b) Tính moment trên tải? Biết tổn hao cơ 80W.

c) Tính hiệu suất của động cơ?

d) Tính dòng điện và moment khởi động?

e) Tính lại tốc độ động cơ nếu moment điện từ còn ½?

mức phần ứng V a = 300VDC và I a = 60A, điện trở phần ứng R a = 0,2Ω Dòng điện kích từ (phần cảm) I f = 2A và hằng số G= 1,5H.

Tính tốc độ vòng/phút , công suất và moment của động cơ?



rad s

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

Công suất cơ trên trục động cơ:

Động cơ DC kích từ độc lập

75

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

thông số định mức như sau: V a = 240 V; I a = 20 A; R a

= 1 , n r_noload = 2400 vòng/phút (tốc độ không tải)

Bỏ qua tổn hao sắt, ma sát và quạt gió; mạch từ chưa bão hòa, hãy tính:

a/ Tốc độ và mômen động cơ khi đầy tải?

b/ Mômen và dòng khi khởi động?

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

nam châm vĩnh cửu, có các thông số định mức như sau: 24

V, 1,5 A, 1000 vòng/phút Khi đem động cơ nói trên làm thí

nghiệm ngắn mạch và thí nghiệm không tải thu được các số liệu sau:

+ Thí nghiệm ngắn mạch (khóa chặt rotor): 3 V, 1,5 A.

+ Thí nghiệm không tải: 24 V, 0,05 A.

Bỏ qua tổn hao sắt Tổn hao quay (do ma sát và quạt gió) là không đổi Hãy tính:

a/ Điện trở phần ứng, và tổn hao quay?

b/ Mômen đầu ra (đầu trục, hữu ích) khi động cơ hoạt động

ở chế độ định mức?

c/ Tốc độ động cơ trong thí nghiệm không tải?

Chế độ động cơ điện :

P a > 0 và P m > 0, khi ω m < V a /(GI f ).

T e

ω

f a a

GI V R

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

Ở chế độ hãm, máy điện nhận

công suất điện từ nguồn điện vào

phần ứng và công suất cơ trên

trục động cơ → chuyển thành

năng lượng nhiệt Joule tiêu tán

trên điện trở phần ứng R a

Động cơ DC kích từ song song

f

V I

Động cơ DC kích từ song song Ví dụ

82

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

Động cơ DC kích từ nối tiếp

▪ Sơ đồ đấu dây

- Moment điện từ tức thời:

- Moment điện từ trung bình:

Với nguồn điện xoay chiều, dòng điện phần cảm và phần ứng cùng đổi chiều

 Chiều quay của động cơ không đổi.

Video: Circular saw

 Điện áp nguồn AC được chỉnh lưu có điều khiển bằng SCR, triac…để giảm giá trị hiệu dụng dòng điện dẫn đến giảm moment

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

Động cơ DC kích từ nối tiếp – Ví dụ

89

Động cơ một chiều kích từ nối tiếp Khi nối vào nguồn 220VDC thì dòng điện phần ứng là 25 A, và tốc độ là 300 rpm Cho điện trở dây quấn phần ứng R a = 0,6Ω và điện trở cuộn cảm (kích

- Công suất cơ (=công suất điện từ) trên trục động cơ:

_ i

MĐTT động cơ DC kích từ nối tiếp

( 220 0,6 0, 4 25 25 ) 4875 4875

6,54 746

Cuộn nối tiếp

Cuộn song song

Máy điện DC kích từ hỗn hợp rẽ dài

điện trở phần ứng R a = 0,1Ω Điện áp nguồn 120V Khi dòng

điện phần ứng là 100A, động cơ chạy tốc độ 1500 vòng/phút Tính tốc độ tương ứng với các dòng tải sau:

a) Khi tải thay đổi, ứng với dòng điện phần ứng là 50A?

b) Khi không tải (lý tưởng, dòng phần ứng bằng 0)?

c) Nhận xét phần trăm suy giảm tốc độ các trường hợp trên so với tốc độ không tải?

d) Khi không tải với công suất tổn hao cơ là 250W? (*)

E a =G m i f

a

v a +

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

1 = 120 , 1 = 100 , 1 = 1500

1 1

ứng, điện áp rơi trên tiếp xúc chổi than và cổ góp).

Khi điện áp nguồn cung cấp là 230V thì dòng điện là 48A và tốc độ là 720 vòng /phút

Xác định:

1- Moment và công suất điện từ của động cơ?

2- Moment và công suất hữu ích trên đầu trục động cơ?

3- Hiệu suất động cơ?

G m i=E a

L a + L f R

a + R f

v +

_ i

MĐTT động cơ DC kích từ nối tiếp

N m

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

_ i

MĐTT động cơ DC kích từ nối tiếp

2- Nếu tải của động cơ là 10 N.m Xác định điện áp nguồn cung cấp

Bài tập

10 0

L a + L f R

a + R f

v +

_ i

MĐTT động cơ DC kích từ nối tiếp

10 1

N đm =1150vòng/phút, dòng điện kích từ I f =5A Điện trở mạch phần ứng

R a = 0,02Ω, điện áp tiếp xúc trên 2 chổi than V tx = 2V.

Nếu dùng máy như 1 động cơ DC kích từ song song với: P đm = 25KW

(Công suất cơ trên đầu trục) , V đm = 110V, η đm = 0,86.

V tx = 2V.

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

Bài tập

10 2

1 MĐTT máy phát DC kích từ song song

 Khi làm việc ở chế độ máy phát (Chế độ xác lập)

P

A V

.2 2

P V

V V

10 3

a

I V

2 Tốc độ khi động cơ không tải N 20

Tốc độ định mức N 2 của động cơ DC (khi tải P đm =15kW)

V tx = 2V.

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

5 Bài tập

10 4

Một động cơ DC kích từ độc lập (bởi nam châm vĩnh cửu) có tốc độ

là 3000vòng/phút khi dòng điện phần ứng là 5 A Điện áp đặt vào

đầu cực phần ứng là 24 V Điện trở mạch phần ứng là R a = 0,24 Ω

1 Tính giá trị dòng điện mở máy lý thuyết khi đóng điện trực tiếp vào động cơ, ứng với tải nói trên

2 Xác định giá trị của điện trở ngoài cần thêm vào mạch phần ứng

để giới hạn dòng điện mở máy là 12 A

3 Nếu mômen tải được tăng gấp đôi so với tải nói trên, hãy xác định tốc độ của động cơ ở tải mới này

4 Giả sử một bộ biến đổi công suất được dùng để thay đổi điện áp

đặt vào phần ứng của động cơ theo ý muốn, hãy tính điện áp ngõ ra của bộ biến đổi để động cơ có tốc độ là 1500 vòng/phút ở cùng điều kiện tải với câu 3

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

10 5

Bài tập

10 6

Một động cơ DC kích từ độc lập (bởi nam châm vĩnh cửu) có tốc độ

là 3000 vòng/phút khi dòng điện phần ứng là 5 A Điện áp đặt vào

đầu cực phần ứng là 24 V Điện trở mạch phần ứng là R a = 0,24 W.

1 Tính giá trị dòng điện mở máy lý thuyết khi đóng điện trực tiếp vào động cơ, ứng với tải nói trên

2 Xác định giá trị của điện trở ngoài cần thêm vào mạch phần ứng

để giới hạn dòng điện mở máy là 12 A

3 Nếu mômen tải được tăng gấp đôi so với tải nói trên, hãy xác định tốc độ của động cơ ở tải mới này

4 Giả sử một bộ biến đổi công suất được dùng để thay đổi điện áp

đặt vào phần ứng của động cơ theo ý muốn, hãy tính điện áp ngõ ra của bộ biến đổi để động cơ có tốc độ là 1500 vòng/phút ở cùng điều kiện tải với câu 3

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

10 7

Do đó, khi mômen tải tăng gấp đôi thì dòng điện phần ứng cũng sẽ tăng gấp đôi,

nghĩa là: I a2 = 5x2= 10A

Sức điện động mới ứng với dòng điện phần ứng này:

Sức điện động ứng với dòng điện phần ứng trước khi tăng mômen:

6 Bài Tập

10 8

Máy điện một chiều 25 kW, 125 V kích từ độc lập Điện trở phần ứng R a = 0,02 Ω Máy đang làm việc ở tốc độ 3000 vòng/phút với dòng kích từ sao cho điện áp

phần ứng khi hở mạch là E a = 125 V

a/ Tính dòng phần ứng, công suất điện tiêu thụ (trên phần ứng), công suất điện từ

và moment điện từ khi điện áp cung cấp ở đầu cực máy điện là 128 V?

Tốc độ của máy điện bây giờ là 2950 vòng/phút, với dòng kích từ có giá trị không đổi như giá trị trong câu trên.

b/ Điện áp cung cấp ở đầu cực máy điện bây giờ là 125 V, tính dòng điện phần

ứng, công suất điện tiêu thụ và moment điện từ, khi ấy máy làm việc ở chế độ

máy phát hay động cơ?

E=G m i f

a

v a +

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

10 9

a a a

- Công suất điện từ :

- Công suất điện cung cấp cho phần ứng:

Nhận xét: Máy điện hoạt động ở chế độ động cơ Công suất điện từ 12,783KW nhỏ

hơn công suất điện nhận vào 13KW do có tổn hao trên điện trở dây quấn phần ứng.

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

Bài Tập

11 0

a a a

- Công suất điện từ (=Công suất cơ trên trục) :

- Công suất điện cung cấp cho phần ứng:

Tốc độ của máy điện bây giờ là 2950 vòng/phút,

với dòng kích từ có giá trị không đổi như giá trị trong câu trên.

b/ Điện áp cung cấp ở đầu cực máy điện bây giờ

là 125 V , tính dòng điện phần ứng, công suất điện tiêu thụ và moment điện từ, khi ấy máy làm việc ở chế độ máy phát hay động cơ?

11 1

a a a

- Công suất điện từ (=Công suất cơ trên trục) :

- Công suất điện cung cấp cho phần ứng:

7.Bài Tập

11 2

Một động cơ DC kích từ độc lập 18 kW, 110 V, 4400

vòng/phút, có dòng điện kích từ được điều chỉnh để tạo ra từ thông ứng với điều kiện định mức Động cơ có điện trở phần ứng R a = 17 mΩ Khi không tải, phần ứng của động cơ tiêu

thụ dòng điện 7,45 A Giả sử tổng tổn hao quay và tổn hao lõi

thép là không đổi trong điều kiện hoạt động từ không tải đến định mức Động cơ đang làm việc ở điện áp định mức.

a) Xác định dòng điện phần ứng định mức

b) Xác định tốc độ không tải của động cơ

c) Xác định giá trị điện trở thêm vào mạch phần ứng, để hạn

chế dòng điện mở máy có giá trị tối đa bằng 2 lần dòng điện định mức

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)

11 3

Suy ra, công suất điện từ định mức

(tính từ công suất định mức và tổn hao quay và lõi thép) 18000 819,5 18819,5W

Từ đó, thành lập được phương trình bậc hai theo I a , giải ra được hai nghiệm:

dien tu a a

P = E I E a = − V a R a a I

I a = 6295A (loại, vì quá lớn)

I a.đm = 176A(đây là dòng điện phần ứng định mức)

Với: , V a =110V, R a = 17 mΩ

b) Sức điện động khi không tải: E a 0 = V a − R I a a 0 = 109,9 V

Sức điện động định mức: E a dm . = V a − R I a a dm . = 107 V

0 0

c) Dòng điện phần ứng cho phép tối đa khi mở máy: I a = 2x176 = 352A

Suy ra điện trở cần thêm vào mạch phần ứng: 110 0.017 0, 2955

Ta có:

BMTBD-CSKTĐ-PVLong

(TCBinh edited 2016)