C1 DDL

Nguyên lý làm việc cơ bản của MĐMC • Máy điện một chiều làm việc dựa vào nguyên lý cảm • Khung dây abcd đặt trong từ trường của nam châm N-S, hai đầu nối với 2 phiến góp 2 nửa vòng đồng

MÁY ĐIỆN 1

NỘI DUNG MÔN HỌC

 Chương 1: Tổng quan về máy điện một chiều

Chương 2: Tổng quan về máy biến áp

 Chương 3: Tổng quan về máy điện không đồng bộ

 Chương 4: Tổng quan về máy điện đồng bộ

Chương 1: Tổng quan về máy điện một chiều

 1.1 Đại cương về máy điện một chiều (MĐMC)

 1.1.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của MĐMC

 1.1.2 Cấu tạo của MĐMC

 1.1.3 Các đại lượng định mức của MĐMC

 1.1.4 Phân loại MĐMC

 1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

 1.3 Mở máy và điều chỉnh tốc độ của Động cơ điện một chiều (ĐCĐMC)

 1.3.1 Mở máy ĐCĐMC

 1.3.2 Điều chỉnh tốc độ ĐCĐMC

1.1 Đại cương về máy điện một chiều

1.1.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của MĐMC

• Máy điện một chiều làm việc dựa vào nguyên lý cảm

• Khung dây abcd đặt trong từ trường của nam châm

N-S, hai đầu nối với 2 phiến góp (2 nửa vòng đồng)

• Khung dây và phiến góp được quay quanh trục của

R

n

e e

c

1.1.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của MĐMC

Hình 1-1 Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều

R

n

e e

c

1.1.1.1 Chế độ máy phát điện

• Khi khung dây quay, các thanh dẫn ab, cd sẽ cắt các

đường sức của từ trường

• Theo định luật cảm ứng điện từ, trong các thanh dẫn sẽ

xuất hiện sức điện động (s.đ.đ) cảm ứng, trị số tức thời

của s.đ.đ cảm ứng là:

B - Cảm ứng từ nơi thanh dẫn quét qua,

l - Chiều dài thanh dẫn nằm trong từ trường,

v - vận tốc quét của thanh dẫn

• Chiều của s.đ.đ cảm ứng xác định theo quy tắc bàn tay phải:

• Theo vị trí của khung dây như hình 1-1 và chiều quay của khung dây như hình vẽthì thanh dẫn ab đang nằm dười cực bắc N, s.đ.đ cảm ứng e có chiều từ b đến a

Thanh dẫn cd đang nằm dưới cực nam S, chiều của s.đ.đ trong nó từ d đến c

• Nếu mạch ngoài khép kín qua tải, sức điện động trong khung dây sẽ sinh ra ởmạch ngoài một dòng điện chạy từ chổi than A đến chổi than B

• Do Các cạnh ab, cd của khung dây luôn thay đổi vị trí dưới các cực từ (hình 1-2)nên s.đ.đ cảm ứng trong chúng là s.đ.đ xoay chiều (đường 1 hình 1-3)

R R

+ -

- +

B A

Hình 1-2 Vị trí khung dây ở

t

B A

• Nếu cảm ứng từ trong khe hở không khí (nơi thanh dẫn

quét qua) phân bố hình sin thì s.đ.đ trong khung dây cũng

là hình sin

• Vì chổi điện A luôn tì lên phiến góp nối với thanh dẫn

nằm dưới vùng cực bắc N, chổi B luôn tì lên phiến góp

nối với thanh dẫn nằm dưới vùng cực nam S nên dòng

điện ở mạch ngoài chỉ chạy theo một chiều nhất định từ

chổi A đến chổi B

• S.đ.đ cảm ứng xoay chiều trong khung dây đã được

chỉnh lưu thành s.đ.đ một chiều ở mạch ngoài nhờ hệ

thống phiến góp và chổi than

• Nếu máy phát chỉ có một khung dây như hình thì điện áp

giữa hai chổi điện A, B có dạng như đường 2 ở hình 1-3,

đó là điện áp 1 chiều đập mạch

Hình 1-3 S.đ.đ trong khung dây và dòng điện ở mạch ngoài

e i

t

B A

• Trên thực tế, để s.đ.đ giữa các chổi than có giá

trị lớn và để giảm sự đập mạch của s.đ.đ, người ta

dùng nhiều khung dây đặt lệch nhau trong không

gian một góc nào đó để làm thành bộ dây quấn

phần ứng của máy điện một chiều

• Vì có nhiều khung dây nên có nhiều phiến góp,

các phiến góp cách điện với nhau ghép lại thành

cổ góp

• Ví dụ, máy có hai khung dây đặt vuông góc với

nhau thì điện áp giữa hai chổi than sẽ như ở hình

1-4

Hình 1-4

Hình 1-3 S.đ.đ trong khung dây và dòng điện ở mạch ngoài

e i

t

B A

1.1.1.2 Chế độ động cơ điện

• Nếu nối hai chổi điện A, B vào nguồn điện một chiều,

dòng một chiều sẽ chạy trong các thanh dẫn ab, cd Tác

dụng của từ trường nam châm lên các thanh dẫn có dòng

điện sẽ sinh ra lực điện từ Độ lớn của lực điện từ được

xác định theo công thức:

F = B.l.i (1-2)

B - cảm ứng từ trung bình trong khe hở,

l - chiều dài thanh dẫn nằm trong từ trường,

i - dòng điện chạy trong thanh dẫn.

Hình 1-5 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

A +

1.1.1.2 Chế độ động cơ điện

• Chiều của lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái

• Lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn ở mỗi vùng cực

có chiều không đổi nên mômen do lực điện từ sinh ra

cũng có chiều không đổi, làm cho khung dây quay theo

một chiều nhất định

Hình 1-5 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

A +

1.1.1.3 Quá trình điện từ trong máy điện 1 chiều

1 Mômen điện từ và công suất điện từ:

- Lực điện từ tác dụng lên từng thanh dẫn: 𝐹 = 𝐵𝑡𝑏 𝑙 𝑖ư

- S.đ.đ trung bình cảm ứng trong thanh dẫn có chiều dài tác dụng l, chuyển động với tốc độ

v trong từ trường: E = 𝐵𝑡𝑏 𝑙 𝑣

- Nếu tổng số thanh dẫn của dây quấn bằng N, dòng điện trong mạch nhánh 𝑖ư = 𝐼ư

2𝑎 t a có + mômen điện từ tác dụng lên dây quấn phần ứng:

𝑙 - chiều dài tác dụng của thanh dẫn

D – đường kính ngoài của phần ứng

1.1.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của MĐMC

1.1.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của MĐMC

𝐶𝑀 - hệ số phụ thuộc vào kết cấu của máy điện

Фδ – từ thông dưới mỗi cực

+ S.đ.đ cảm ứng: 𝐸ư = 𝐶𝑒Фδ𝑛 V

Trong đó: 𝐶𝑒- hệ số phụ thuộc vào kết cấu của máy

Фδ - từ thông dưới mỗi cực, Wb

n – tốc độ quay, v/ph

- Công suất điện từ: 𝑃đ𝑡= 𝑀 𝜔; 𝑃đ𝑡= 𝐸ư 𝐼ư

Trong đó: ω=2π𝑛

60 Như vậy trong máy phát điện công suất điện từ đã chuyển đổi từ công suất cơ sang công suất điện Ngược lại, trong động cơ điện công suất điện từ đã chuyển đổi từ công suất điện sang công suất cơ.

2 𝑃ℎươ𝑛𝑔 𝑡𝑟ì𝑛ℎ 𝑐â𝑛 𝑏ằ𝑛𝑔 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑚á𝑦 đ𝑖ệ𝑛 𝑚ộ𝑡 𝑐ℎ𝑖ề𝑢:

a Máy phát điện 1 chiều:

- Phương trình cân bằng sức điện động: 𝐸ư = 𝑈 + 𝐼ư𝑅ư

- Phương trình cân bằng mômen: 𝑀1 = 𝑀 + 𝑀0 hay 𝑀 = 𝑀1 − 𝑀0Trong đó: 𝑀1- mômen đưa vào trục máy phát điện

𝑀 - mômen điện từ

𝑀0 - mômen không tải

b Động cơ điện:

- Phương trình cân bằng sức điện động: 𝐸ư = 𝑈 − 𝐼ư𝑅ư

- Phương trình cân bằng mômen: 𝑀 = 𝑀1 + 𝑀0

Trong đó: 𝑀1- mômen đưa ra trục máy phát điện

𝑀0 - mômen không tải

1.1.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của MĐMC

• Cơ cấu chổi than

1.1.2 Cấu tạo của MĐMC

Lõi thép cực từ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện hay thép các

bon dày 0,5 – 1 mm ép lại và tán chặt Ở các máy nhỏ có thể

dùng thép khối

Dây quấn kích từ làm bằng đồng có bọc cách điện, được quấn

thành từng cuộn Các cuộn dây được bọc cách điện và tẩm sơn

cách điện trước khi đặt vào cực từ

Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy bằng bu lông

Các cuộn dây kích từ được nối tiếp với nhau sao cho khi cho

dòng điện chạy qua, chúng tạo thành các cực từ trái dấu xen kẽ

nhau

1 3 2 4

1.1.2 Cấu tạo của MĐMC

 Dây quấn có cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính.

 Dây quấn cực từ phụ được nối nối tiếp với dây quấn phần ứng

 Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ bulông

c) Gông từ : làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy

 Gông từ làm bằng thép đúc (máy công suất lớn) hoặc dùng thép tấmcuốn lại và hàn (máy công suất nhỏ và trung bình)

1.1.2 Cấu tạo của MĐMC

1.1.2.1 Phần tĩnh (stato)

d) Cơ cấu chổi than:

• Chổi than có nhiệm vụ đưa dòng điện phần ứng ra ngoài và

ngược lại

• Chổi than làm bằng than hay graphit, đôi khi trộn thêm bột đồng

để tăng độ dẫn điện

• Chổi than đặt trong hộp chổi than

• Lò xo để tì chặt chổi than lên cổ góp

• Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với

giá

• Giá chổi than có thể điều chỉnh để vị trí chổi than được đặt đúng

chỗ

2 3 4

5 6

1

Hình 1-8 Cơ cấu chổi than

1 Chổi than, 2 Hộp chổi than,

3 Lò xo, 4 Giá đỡ, 5 Dây dẫn

điện, 6 Cò mổ

1.1.2 Cấu tạo của MĐMC

1.1.2.1 Phần tĩnh (stato)

e) Nắp máy có nhiệm vụ:

• Bảo vệ máy

• Đảm bảo an toàn cho người

• Làm giá đỡ ổ bi (trong máy công suất nhỏ và vừa)

1.1.2 Cấu tạo của MĐMC

1.1.2.2 Phần quay (rôto)

a) Lõi thép phần ứng

• Lõi thép phần ứng dùng để dẫn từ

• Được làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày 0,5 mm, hai mặt có

phủ sơn cách điện để giảm tổn hao do dòng điện xoáy

• Được dập theo dạng như hình 1-9 rồi ghép lại, xung quanh tạo

thành các rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có lỗ bắt trục

• Ở các máy trung bình và lớn còn dập lỗ để thông gió

• Các máy điện lớn, lõi thép được chia thành từng đoạn nhỏ để tạo

khe hở thông gió ngang trục

Hình 1-9 Lá thép của lõi thép phần ứng

1.1.2 Cấu tạo của MĐMC

1.1.2.2 Phần quay (rôto)

b) Dây quấn phần ứng

• Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động cảm ứng và có dòng điện chạy qua.Dây quấn phần ứng làm bằng đồng có bọc cách điện

• Tiết diện hình tròn (máy công suất nhỏ) hoặc hình chữ nhật (máy công suất lớn)

• Được quấn thành từng bối dây và đặt trong rãnh của lõi thép, được cách điện cẩn thậnvới rãnh (hình 1-10)

• Miệng rãnh có nêm chèn để đè chặt dây

• Đầu các bối dây được hàn nối với các phiến góp của cổ góp ở đầu trục rôto

1.1.2 Cấu tạo của MĐMC

1.1.2.2 Phần quay (rôto)

c) Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành

đổi chiều

• Cổ góp dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay

chiều trong dây quấn phần ứng thành

dòng điện một chiều ở mạch ngoài

• Cổ góp được ghép bởi nhiều phiến góp,

các phiến góp cách điện với nhau bằng

• Các đại lượng định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của máy

• Các đại lượng này do nhà thiết kế, chế tạo quy định và được ghi trên nhãn máy.

• Trên nhãn máy thường ghi các đại lượng sau:

 Công suất định mức Pđm (W hay kW): Nếu là máy phát thì đó là công suất điện đưa ra 2 đầu cực của máy, nếu là động cơ điện thì đó là công suất cơ đưa ra đầu trục động cơ.

 Điện áp định mức (V, kV): Uđm

 Dòng điện định mức (A, kA): Iđm

 Tốc độ định mức (vg/ph): nđm

 Hiệu suất máy (ƞ): ta có

Trong đó: P1 là công suất máy điện tiêu thụ

P2 là công suất đưa ra của máy điện Khi tải đạt định mức: 𝑃2 = 𝑃đ𝑚; ƞđ𝑚 = 𝑃đ𝑚

• Theo cách kích thích cho cực từ chính mà máy phát điện một chiều được chia

Sơ đồ nguyên lý của MFĐ 1 chiều: a) Kích thích độc lập;

b) Kích thích song song; c) Kích thích nối tiếp; d) Kích thích hỗn hợp

a)

+ -

I kt

I

d)

+ -

1. Đặc tính không tải U 0 = E ư = f(I kt ) khi Iư = 0, n = const

3. Đặc tính ngoài U = f(I ư ) khi I kt= const, n=const

4. Đặc tính điều chỉnh I kt = f (I ư ) khi U= const, n=const

5. Đặc tính tải U = f(I kt ) khi I ư = const, n = const

1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

1.2.1 Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

1.2.1.1 Đặc tính không tải U 0 = E ư = f(I kt ) khi Iư = 0, n = const

• Để hở mạch máy phát (I = 0), quay máy phát với tốc độ không đổi, đo các trị số dòng điện kích thích I kt và điện áp của stato U 0

1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

1.2.1 Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

Hình 2-1 Sơ đồ nối dây MFĐMC kích thích độc lập (a) và đặc tính không tải (b).

b)

1.2.1.1 Đặc tính không tải U 0 = E ư = f(I kt ) khi Iư = 0, n = const

• Khi dòng kích từ bằng không (I kt = 0), do các cực từ của máy có từ dưnên trong dây quấn phần ứng đã cảm ứng nên một sức điện động, điện

áp trên hai cực của máy phát lúc này khoảng (2 ÷ 3)% Uđm - gọi là điện

áp dư

• Tăng dần dòng kích từ (điều chỉnh biến trở), điện áp ở hai đầu cực củamáy phát sẽ tăng dần theo đường đặc tính không tải

• Lúc đầu khi mới tăng I kt điện áp U 0 tăng một cách tỷ lệ, sau đó tăng

chậm dần do mạch từ bắt đầu bão hoà Đến giai đoạn mạch từ bão hoà,

dù tăng I kt thì điện áp U 0 cũng không tăng

• Đường đặc tính không tải có dạng như đường từ hoá của mạch từ

• Trị số giới hạn của dòng kích thích I ktm ứng với điện áp U0 = (1,15 ÷

1,25)U đm

1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

1.2.1 Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

1.2.1.2 Đặc tính ngắn mạch I ư = f(I kt ) khi U = 0, n = const

• Nối ngắn mạch phần ứng qua một Ampe mét (U = 0), quay máy phát với

tốc độ không đổi (bằng tốc độ định mức), đo các trị số dòng điện kích

thích I kt và dòng điện phần ứng tương ứng I ư

• Đặc tính này chỉ có với loại máy phát điện một chiều kích thích độc lập

1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

1.2.1 Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

I u

I kt

0

1 2

1.2.1.2 Đặc tính ngắn mạch I ư = f(I kt ) khi U = 0, n = const

• U = 0 => Eư = Rư.Iư , vì Rư nhỏ, Iư không vượt quá (1,25-1,5) Iđm nên Eưnhỏ và Ikt tương ứng nhỏ => mạch từ của máy không bão hòa => Đặc tính ngắn mạch là một đường thẳng (2)

• Nếu máy đã khử từ dư thì đặc tính này đi qua gốc tọa độ (1)

1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

1.2.1 Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

1.2.1.3 Đặc tính ngoài U = f(I ư ) khi I kt= const, n=const

• Giữ tốc độ quay không đổi và dòng kích từ không đổi, đo điện áp đầu cực

và dòng điện phụ tải tương ứng

1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

1.2.1 Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

Hình 2-2 Đặc tính ngoài của MFĐ 1 chiều

1.2.1.3 Đặc tính ngoài U = f(I ư ) khi I kt= const, n=const

• Khi dòng điện phụ tải tăng, điện áp rơi trên dây quấn phần ứng tăng, đồngthời phản ứng phần ứng cũng tăng làm giảm từ trường trong máy nên

s.đ.đ cảm ứng giảm, dẫn đến điện áp đầu cực máy phát giảm

• Thông thường khi máy phát điện một chiều kích từ độc lập mang tải địnhmức, điện áp đầu cực máy phát giảm khoảng (5 ÷ 15)% Uđm so với lúc

không tải

Δuđm%= (U0 – Uđm).100/Uđm

1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

1.2.1 Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

1.2.1.4 Đặc tính điều chỉnh I kt = f (I ư ) khi U= const, n=const

• Máy phát quay với tốc độ không đổi (thường bằng tốc độ định mức), khi tải thay đổi, điều chỉnh dòng kích thích để điện áp đầu ra của máy phát là không đổi Đo quan hệ giữa dòng kích thích và dòng điện phần ứng (dòng điện phụ tải)

1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

1.2.1 Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

Hình 2- 3 Đặc tính điều chỉnh của MFĐ 1 chiều kích thích độc lập

Ikt

Iư

It0

0

1.2.1.4 Đặc tính điều chỉnh I kt = f (I ư ) khi U= const, n=const

• Khi dòng điện phụ tải tăng, do có điện áp rơi trên điện trở của dây quấnphần ứng và phản ứng phần ứng nên điện áp ở đầu cực máy phát giảm Đểgiữ cho điện áp đầu cực máy phát không đổi cần phải tăng dòng kích từ đểtăng sức điện động

• Từ lúc không tải đến lúc tải định mức thường phải tăng dòng kích từ lênkhoảng (15 ÷ 25)%Iktđm

1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

1.2.1 Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

1.2.1.5 Đặc tính tải U = f(I kt ) khi I ư = const, n = const

• Máy phát quay với tốc độ không đổi (thường bằng tốc độ định mức), khi tải thay đổi, điều chỉnh dòng kích thích để dòng điện đầu ra của máy phát (dòng điện phụ tải) là không đổi Đo quan hệ giữa dòng kích thích và điện

áp đầu ra của máy phát

1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

1.2.1 Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

U

Ikt0

Udm

1.2.2.1 Điều kiện tự kích

• Máy phải có từ dư Nếu máy mới sử dụng lần đầu hoặc mất từ dư phảidùng nguồn ngoài (acquy, …) để kích từ lại

• Dòng kích từ phải tạo ra từ trường cùng chiều với từ dư, nếu ngược chiều

sẽ khử mất từ dư và máy không thành lập được điện áp Muốn vậy máyphải quay đúng chiều quy định hoặc dây quấn kích thích phải đấu đúngcực tính

• Điện trở mạch kích thích không quá lớn để sự gia tăng của dòng điện kích

từ ở mức độ có thể xảy ra quá trình tự kích

1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

1.2.2 Máy phát điện một chiều tự kích

• Đặc tính không tải U 0 = E ư = f(I kt ) khi Iư = 0, n = const

Giống với đặc tính không tải của MPĐ MC kích thích độc lập

nhưng chỉ được chu trình phụ theo chiều dương từ 0 đến Iktm

• Đặc tính ngoài U = f(I ư ) khi I kt= const, n=const

• Đặc tính điều chỉnh I kt = f (I ư ) khi U= const, n=const

Giống đặc tính điều chỉnh của MPĐ MC kích thích độc lập

1.2 Các đặc tính của máy phát điện một chiều

1.2.2.2 Máy phát điện một chiều kích thích song song

Hình 2-4 Đặc tính ngoài của các loại máy phát điện

1 Của MF kích thích độc lập

2 Của MF kích thích song song

3 Của máy phát kích thích nối tiếp.

4 Của MF kích thích hỗn hợp nối thuận.

5 Của MF kích thích hỗn hợp nối ngược

U

I

1 4 3

5

2

0