Giáo trình điện - Chương 6: Máy phát điện 1 chiều pps

Tuỳ theo cách nối các dây quấn kích thích, ta có: Máy phát điện một chiều kích thích song song hình 6-1b có dây quấn kích thích nối vào hai đầu dây quấn phần ứng, song song với phụ tải..

Chương 6

Máy phát điện một chiều

6-1 Đại cương

Trong nền kinh tế quốc dân, nhiều ngành sản xuất như luyện kim, hoá chất, giao thông vận tải, đòi hỏi phải dùng nguồn điện một chiều, và ngày nay vẫn không thể thay thế được dòng điện một chiều mặc dù việc dùng dòng điện xoay chiều trong công nghiệp đã rất phổ biến Thông thường để có nguồn điện một chiều có thể dùng các thiết

bị chỉnh lưu hoặc máy phát điện một chiều quay bằng động cơ sơ cấp là động cơ xoay chiều, hoặc động cơ đốt trong, tuabin

Tuỳ theo cách kích thích cực từ chính, các máy phát điện một chiều được phân loại như sau:

6.1.1 Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

Máy phát điện một chiều kích thích độc lập bao gồm máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu và máy phát kích thích điện từ Loại đầu chỉ được chế tạo với công suất nhỏ Loại thứ hai có dây quấn kích thích nhận dòng điện một chiều từ ắc quy, lưới

điện một chiều hoặc máy phát điện phụ gọi là máy phát kích thích (hình 6-1a) và được dùng nhiều trong các trường hợp cần điều chỉnh điện áp trong phạm vi rộng, công suất lớn

Hình 6-1 Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện một chiều: a) Kích thích độc lập;

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

I t

I

I ư U

b)

+

-U

I=I t

I ư

c)

I

I ư

a)

+

ư +

I t

+

-I t

d)

6.1.2 Máy phát điện một chiều tự kích thích

Máy phát điện một chiều tự kích thích có dòng điện kích thích lấy từ bản thân

máy phát điện Tuỳ theo cách nối các dây quấn kích thích, ta có:

Máy phát điện một chiều kích thích song song (hình 6-1b) có dây quấn kích thích nối vào hai đầu dây quấn phần ứng, song song với phụ tải

Máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp (hình 6-1c) có dây quấn kích thích mắc nối tiếp với dây quấn phần ứng

Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp (hình 6-1d) có hai dây quấn kích thích: nối tiếp và song song

Trong mọi trường hợp, công suất kích thích chiếm 0,3 ữ 0,5% công suất định mức của máy

Từ hình vẽ 6-1 ta thấy rằng ở các máy kích thích song song và kích thích hỗn hợp

I = Iư - It, còn ở máy phát kích thích nối tiếp I = Iư = It

6-2 các đặc tính của máy phát điện kích thích độc lập

Máy phát điện một chiều có bốn đại lượng đặc trưng là U, Iư, It và n Trừ tốc độ

quay được động cơ sơ cấp giữ không đổi, ba đại lượng còn lại U, Iư, It là những đại

lượng biến thiên có liên hệ chặt chẽ với nhau Với ba đại lượng đó có thể thành lập

được các mối quan hệ (các đặc tính) của máy phát điện sau đây:

1) Đặc tính không tải U0 = E = f(It) khi I = 0, n = Cte;

1) Đặc tính ngắn mạch In = f(It) khi U = 0, n = Cte;

3) Đặc tính ngoài U = f(I) khi It = Cte, n = Cte;

4) Đặc tính tải U = f(It) khi Iư = Cte, n = Cte;

5) Đặc tính điều chỉnh It = f(Iư) khi U = Cte, n = Cte

Trong các đặc tính trên, đặc tính không tải là trường hợp đặc biệt của đặc tính tải khi I = 0 và đặc tính ngắn mạch là trường hợp đặc biệt của đặc tính điều chỉnh khi U =

0 Tất cả các đặc tính trên đều có thể thành lập được bằng thực nghiệm trực tiếp trên máy phát điện Tuy nhiên trong một số trường hợp, để đơn giản chỉ cần làm hai thí nghiệm không tải và ngắn mạch, sau đó dựa vào tam giác đặc tính để suy ra ba đặc tính còn lại

6.2.1 Đặc tính không tải U0 = E = f(It) khi I = 0, n = Cte

Khi làm thí nghiệm không tải, cầu dao

để hở mạch không nối với tải bên ngoài (I =

0), cho máy phát điện quay với tốc độ không

đổi, đo các trị số It và U0 tương ứng ta sẽ có

đặc tính không tải

Cần chú ý rằng, đối với máy phát điện

kích thích độc lập, do có thể đổi chiều dòng

điện kích thích nên ta có thể vẽ được toàn bộ

chu trình từ trễ đối xứng ABA’B’A giữa hai

trị số giới hạn của dòng điện kích thích ± Itm

ứng với điện áp Um = ± (1,15 ữ 1,25)Uđm

(hình 6-2)

Đoạn OB trên hình 6-2 là s.đ.đ ứng với

từ dư trong mạch từ của máy phát điện S.đ.đ

này rất nhỏ, thường bằng khoảng 2 ữ 3%Uđm

nên có thể bỏ qua, vì vậy có thể coi đặc tính

không tải của máy phát điện một chiều là

U 0 = E

Hình 6-2 Đặc tính không tải của máy phát điện kích thích độc lập

-Itm

A

A ’

B

B ’

+Itm It

0

+Um

- Um

đường trung bình AOA’ đi qua gốc toạ độ

Đó cũng chính là đường cong từ hoá của

máy phát điện suy ra được khi tính toán

mạch từ của máy lúc không tải

6.2.2 Đặc tính ngắn mạch I = f(It)

khi

U = 0, n = Cte

Trước hết cần chú ý rằng, để có đặc

tính ngắn mạch của tất cả các loại máy

phát điện một chiều, chúng phải được kích

thích độc lập

Nối ngắn mạch phần ứng qua một

ampe mét, cho máy phát điện làm việc với

tốc độ không đổi (bằng định mức) rồi đo

các trị số It và I tương ứng ta sẽ được đặc

tính ngắn mạch (hình 6-3)

Theo biểu thức (5-12), khi ngắn mạch

U = 0 nên Eư = RưIư Do điện trở Rư của

dây quấn phần ứng rất nhỏ, mặt khác phải

giữ cho dòng điện I không vượt quá (1,25

ữ 1,5)Iđm nên Eư rất nhỏ và dòng điện kích

thích It tương ứng sẽ rất bé Vì It nhỏ nên

mạch từ của máy không bão hoà (à = Cte),

tức là Eư I

Hình 6-3

Đặc tính ngắn mạch của máy phát điện kích thích độc lập

2

0

I

I t

1

I t

I(2)

U(1) E,I

I nm = I đm

E nm

C

D 0

Hình 6-4 Dựng tam giác đặc tính tron trườn

g

g hợp phản ứng phần ứng khử từ

≡ t,do đó I ≡ It và đặc tính ngắn

mạch là một đường thẳng Nếu máy đã

được khử từ dư thì đường thẳng này đi

qua gốc toạ độ (đường 1 trên hình 6-3)

Nếu máy chưa được khử từ dư ta sẽ có

đường đặc tính 2 và để có đường đặc tính

ngắn mạch tiêu chuẩn ta chỉ việc vẽ đường

thẳng song song với đường 2 qua gốc toạ

độ

Tam giác đặc tính

Để thành lập tam giác đặc tính, trên

hệ toạ độ chung có trục hoành It ta vẽ các

đường đặc tính không tải (đường 1) và đặc

tính ngắn mạch (đường 2) như trên hình

6-4 Giả thử rằng khi ngắn mạch trong phần

ứng có dòng điện Iđm tương ứng với dòng

điện kích thích It = OC Dòng kích thích

dành một phần OD để sinh ra s.đ.đ khắc

phục điện áp rơi trên điện trở phần ứng

IđmRư = AD = BC; phần còn lại DC = AB

E,I

I(2)

U(1)

I nm = I đm

B

I t

C D

0

Hình 6-5 Dựng tam giác

đặc tính trong trường hợp phản ứng phần ứng trợ từ

dùng để khắc phục phản ứng phần ứng dọc trục lúc ngắn mạch Tam giác ABC gọi là tam giác đặc tính có cạnh BC tỉ lệ với dòng điện phần ứng I, cạnh AB trong điều kiện mạch từ không bão hoà tỉ lệ với phản ứng phần ứng, nghĩa là cũng tỉ lệ với dòng điện I

Độ lớn của cạnh AB phụ thuộc vào loại máy và lớn nhất ở máy điện một chiều không có dây quấn bù và cực từ phụ ở máy có dây quấn bù và cực từ phụ, phản ứng phần ứng hầu như bị triệt tiêu nên cạnh AB ≈ 0 ở máy điện một chiều kích thích hỗn hợp, dây quấn nối tiếp có tác dụng trợ từ và nếu s.t.đ của nó lớn hơn AB, nghĩa là ngoài phần s.t.đ để triệt tiêu ảnh hưởng của phần ứng còn s.t.đ để trợ từ, thì cạnh AB

sẽ nằm về bên phải của BC (hình 6-5)

Uđm

Hình 6- 6

Đặc tính ngoài của máy phát điện kích thích độc lập

U

∆U đm

E

U0

6.2.3 Đặc tính ngoài U = f(I) khi It = Cte;

n = Cte

Khi dòng điện I tăng, điện áp rơi trên dây

quấn phần ứng tăng, mặt khác do phản ứng

phần ứng cũng tăng theo I nên s.đ.đ E giảm

Kết quả là điện áp U đầu cực máy phát giảm

xuống Dạng của đặc tính ngoài của máy phát

điện kích thích độc lập có dạng như trên hình

6-6

Hiệu số điện áp khi không tải (I = 0) và

khi tải định mức (I = Iđm) với điều kiện dòng

điện kích từ bằng định mức (It = Itđm) được gọi

là độ biến đổi điện áp định mức, được tính

theo phần trăm so với điện áp định mức:

100

dm

dm dm

U

U U

=

∆

IưRư U

IưRư

I

ở máy phát điện kích thích độc lập ∆Uđm% = 5 ữ 15%

Đặc tính ngoài có thể có được bằng thí nghiệm trực tiếp hoặc bằng phương pháp gián tiếp dựa vào đặc tính không tải và tam giác đặc tính Cách xây dựng đặc tính ngoài dựa vào đặc tính không tải và tam giác đặc tính được trình bày như trên hình 6-7 Hãy cho đặc tính không tải của máy phát và đoạn OP = It = Cte, đoạn PP’ ứng với It

đã cho biểu thị điện áp U = Eư lúc không tải (I = 0) và xác định điểm xuất phát D của

đặc tính ngoài Đặt tam giác

ABC có các cạnh AB, BC theo tỉ

lệ ứng với I = Iđm sao cho đỉnh A

nằm trên đặc tính không tải và

cạnh BC trên đường thẳng PP, thì

đoạn PC sẽ là điện áp khi I = Iđm,

tương ứng ta có điểm D’ vẽ ở góc

phần tư thứ hai

Để chứng minh ta thấy rằng,

nếu U = PC thì Eư = U + IđmRư =

PC + CB = BP = AQ Lúc không

tải để có Eư = AQ cần có dòng

điện kích từ It(0) = OQ Khi có tải

định mức phải tăng dòng điện

kích từ lên một lượng ∆It = QP =

AB để bù lại sự khử từ của phản

U

P ,

D

Hình 6-7 Dựng đặc tính ngoài của máy phát điện kích thích độc lập từ đặc tính không tải và tam giác đặc tính

I đm I

D ,,

D ,

I đm /2

A

B

C

Q

ứng phần ứng Dòng điện kích thích toàn phần lúc ấy là It = It(0) + ∆It = OQ + QP = OP như đã cho trước

Nếu I = Iđm/2 thì tam giác đặc tính có các cạnh bằng một nửa của tam giác ABC Cũng làm như trên ta sẽ xác định được điểm D’’ Tiếp tục làm với một số điểm ứng với các trị số khác nhau của dòng điện I theo trình tự như trên Nối các điểm D, D’, D’’ lại với nhau ta được đặc tính ngoài U = f(I) khi It = Cte, n = Cte

Trên thực tế do ảnh hưởng của bão hoà, khi I tăng và U giảm, cạnh AB của tam giác đặc tính không còn tỉ lệ với I nữa nên đường đặc tính ngoài thu được bằng thí nghiệm trực tiếp hơi lệch đi (đường nét đứt trên hình 6-7) Điểm ứng với U = 0 của đặc tính ngoài cho ta trị số của dòng điện ngắn mạch khi kích thích hoàn toàn đầy đủ Vì

Rư rất bé nên dòng điện ngắn mạch In = (5 ữ 15)Iđm và rất nguy hiểm, có thể gây ra vòng lửa trên vành góp và ứng lực điện động rất lớn, do đó phải trang bị máy cắt tự

động cực nhanh tách máy phát điện ra khỏi lưới khi xảy ra ngắn mạch đột nhiên Chú ý rằng biện pháp này không bảo vệ được ngắn mạch bên trong máy

6.2.4 Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi U =

Cte, n = Cte

Đặc tính điều chỉnh cho ta biết cần điều chỉnh

dòng kích thích thế nào để giữ cho điện áp đầu ra

của máy phát không đổi khi tải thay đổi Đặc tính

điều chỉnh của máy phát điện một chiều kích thích

độc lập được trình bày trên hình 6-8 Từ hình 6-8

ta thấy, khi tải tăng thì cần phải tăng It để bù được

điện áp rơi trên Rư và ảnh hưởng của phản ứng

phần ứng để giữ cho U = Cte Ngược lại, khi tải

giảm cần phải giảm It

Từ không tải (I = 0) với U = Uđm tăng đến tải

định mức (I = Iđm) thường phải tăng dòng điện

kích thích lên 15 ữ 25%

Phương pháp dựng đặc tính điều chỉnh bằng

đặc tính không tải và tam giác đặc tính được trình

bày trên hình 6-9 Với trị số xác định của U0 = Uđm

= MP, khi I = 0 ta được điểm M ứng với dòng điện

kích thích It = OM Nếu đặt tam giác đặc tính

ABC ứng với tải định mức Iđm sao cho đỉnh A nằm

trên đặc tính không tải và đỉnh C nằm trên đường

thẳng FC (ứng với U = Uđm = Cte) và hạ đường

thẳng đứng BN thì đoạn ON cho ta dòng điện kích

từ ở tải định mức Việc chứng minh được tiến

hành tương tự như ở trường hợp dựng đặc tính

ngoài Để tìm những điểm khác ta chỉ cần kẻ

những đoạn A’C’, A’’C’’, song song với cạnh

huyền AC nằm giữa đặc tính không tải và đường

thẳng CF, sau đó hạ những đường thẳng đứng cắt

trục hoành tại những điểm N’, N’’, Các đoạn

ON’, ON’’, sẽ biểu thị các dòng điện kích thích

ứng với các trị số của dòng điện I xác định bằng tỉ

It

It0

Hình 6- 8

Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện kích thích độc lập

U

A

Hình 6-9 Dựng đặc tính điều chỉnh của máy phát điện kích thích độc lập từ đặc tính không tải và tam giác đặc tính

t

B C F

M

I

Iđm

2

dm

I

A ,

N ,

số giữa các đoạn A’C’, A’’C’’, với cạnh huyền AC

Do ảnh hưởng của bão hoà, đường đặc tính điều chỉnh thu được bằng thí nghiệm

trực tiếp có dạng theo đường nét đứt trên hình 6-9

6.2.5 Đắc tính tải U = f(It) khi I = Cte, n = Cte

Khi có tải, điện áp trên cực của máy phát điện nhỏ hơn s.đ.đ do có điện áp rơi trên

dây quấn phần ứng Iư.Rư Vì vậy đường đặc tính tải (đường1) biểu thị trên hình 6-10

nằm dưới đường đặc tính không tải (đường 2)

Đặc tính tải của máy phát điện một chiều kích thích độc lập có thể xây dựng bằng

thí nghiệm trực tiếp, cũng có thể xây dựng được từ đặc tính không tải và tam giác đặc

tính

Cách xây dựng đặc tính tải dựa vào đặc tính không tải và tam giác đặc tính như

sau: cho đặc tính không tải của máy phát, giả thiết mạch từ của máy chưa bão hoà, đặt

tam giác đặc tính ABC (có các cạnh AB, BC theo tỉ lệ ứng với dòng phụ tải đã cho) sao

cho điểm A nằm trên đặc tính không tải, cạnh AB song song với trục hoành (trục It)

Dịch chuyển tam giác đặc tính song song với chính nó sao cho điểm A luôn nằm trên

đặc tính không tải thì điểm C sẽ vẽ cho ta đường đặc tính phụ tải (đường 1 trên hình

6-10) Vì I = Cte nên cạnh BC = ∆U = IưRư = Cte và không phụ thuộc vào dòng kích từ It,

còn cạnh AB lại thay đổi tuỳ thuộc vào trạng thái bão hoà của mạch từ, nó chỉ không

đổi khi mạch từ không chưa hoà Khi mạch từ bão hoà ảnh hưởng của phản ứng phần

ứng càng mạnh và độ dài cạnh AB càngtăng, do đó đường đặc tính càng thấp (đường 4

trên hình 6-10)

Theo hình 6-10 ta thấy, ứng với

dòng điện kích thích It1, khi không tải

điện áp là U0 = DE, còn khi mang tải

định mức thì điện áp giảm đến Uđm =

CE Như vậy đoạn thẳng CD biểu thị

độ biến đổi điện áp định mức ∆Uđm

Nguyên nhân của sự sụt áp là do điện

áp rơi trong dây quấn phần ứng IđmRư

và do ảnh hưởng của phản ứng phần

ứng khử từ

Trên đồ thị hình 6-10 đường 3

biểu thị đặc tính E = f(It) khi máy

mang tải S.đ.đ này bé hơn điện áp U0

khi không tải là do ảnh hưởng của

phản ứng phần ứng khử từ

2

D U

3

1

Uđm

Hình 6- 10

Đặc tính tải của máy phát

điện kích thích độc lập

I t

t1

I t2

I t3

C ,

B,

A ,

6-3 đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích song song

Máy phát điện một chiều kích thích song song (hình 6-1b) có dây quấn kích thích

được nối song song với dây quấn phần ứng để có thể tự sinh ra dòng điện kích thích

cần thiết mà không cần nguồn điện bên ngoài

Sau đây ta hãy nghiên cứu điều kiện và quá trình tự kích của máy

Như ta đã biết, khi máy ngừng hoạt động, trong lõi thép cực từ, gông từ còn lại từ dư Nếu ta quay máy phát, do có từ thông dư trong dây quấn phần ứng sẽ cảm ứng được s.đ.đ gọi là điện áp dư Edư ở tốc độ quay định mức thì Edư vào khoảng 2 ữ 3%Uđm Khi mạch kích thích kín mạch thì trong dây quấn kích thích sẽ có dòng điện It =

t

r U

trong đó rt là điện trở mạch kích thích,kết quả là sinh ra sức từ động Itwt Nếu s.t.đ này sinh ra từ thông cùng chiều với từ thông dư thì máy sẽ được tăng cường kích thích, điện

áp đầu cực máy phát tăng và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi điện áp đầu cực máy phát

đạt giá trị xác định Nếu từ thông sinh ra ngược chiều với từ thông dư thì máy sẽ bị khử

từ, không thể tự kích thích và tạo ra điện áp được

Để thấy rõ quá trình tạo ra điện áp của máy phát điện kích thích song song, ta hãy viết phương trình điện áp cho mạch vòng kín bao gồm dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng Bỏ qua phản ứng phần ứng rất nhỏ sinh ra bởi dòng điện it khi chạy qua dây quấn phần ứng và giả thiết rằng hệ số tự cảm của dây quấn kích thích Lt = Cte, hơn nữa

có thể bỏ qua Rư vì nó rất nhỏ so với rt, ta có:

E

dt

di L i

t t

t + = (6-1) với điều kiện ban đầu t = 0, it = 0

Trong biểu thức (6-1), s.đ.đ cảm ứng E sinh ra trong dây quấn phần ứng phụ thuộc vào dòng điện kích từ it và tốc độ quay n của máy Để đơn giản cho việc nghiên cứu ta giả thiết rằng quá trình tự kích thích được tiến hành khi máy được quay với tốc độ n =

nđm = Cte, mặc dù trong thực tế quá trình đó tiến hành đồng thời với việc tăng tốc độ của máy phát từ n = 0 đến n = nđm Với giả thiết n = Cte, ta có E = f(It) và đó chính là

đặc tính không tải của máy phát điện (đường 1 trên hình 6-11) Phương trình (6-1) có thể viết lại như

sau:

it

U0= E

1 M

It 0

A

B

C

r t i t

dt

i L

d( t)

E dư

5

dt

di L r i

t t

t =

ư (6-2)

Nếu coi rt = Cte thì quan hệ rtit là

đường thẳng hợp với trục ngang một góc

α xác định bởi

t

t t

i

i r

tgα = (đường 2)

Hiệu số đường cong số 1 với đường

thẳng số 2 chính là

dt

di L r i

Eư t t = t t , nó đặc trưng cho quá trình tự kích thích của máy

phát Nếu đường cong số 1 cao hơn đường

α

Hình 6-11 Điện áp xác lập của máy phát kích thích song song ứng với các

trị số khác nhau của r t

thẳng số 2, tức

dt

di

L t t > 0, nghĩa là dòng it tăng và máy được tự kích thích Điện áp của máy phát tăng lên cho đến khi it = It (điểm M - giao điểm của đường 1 và đường 2), quá trình tự kích thích kết thúc khi

dt

di

t = 0 và điện áp ở đầu cực máy phát bằng:

rtIt = E = U0

Ta cũng cần chú ý rằng nếu rt tăng thì đường thẳng U = rtit có độ dốc lớn hơn (đường 3), điện áp thành lập được sẽ nhỏ hơn Trị số rt ứng với đường thẳng 4 trùng với phần đoạn thẳng của đặc tính không tải gọi là điện trở tới hạn rt(th) Khi đó điện áp đầu cực máy phát sẽ không ổn định Nếu rt > rt(th) ta có đường thẳng 5 và điện áp đầu cực máy phát bằng s.đ.đ Edư, máy không thể tự kích được

Từ những phân tích trên ta thấy rằng, điều kiện để máy tự kích thích và tạo ra được

điện áp là:

a) Máy phải có từ dư, vì nếu không thì phương trình (6-1) không có lời giải nào, nói khác đi là máy không thể tự kích được

b) Chiều quay của máy phát phải theo chiều nhất định để dòng điện it (do s.đ.đ E sinh ra) có chiều sao cho từ thông do nó sinh ra cùng chiều với từ thông dư, nếu ngược chiều sẽ khử mất từ dư và máy không thành lập được điện áp được

c) Điện trở mạch kích thích rt phải không được quá lớn vì nếu rt quá lớn, dòng điện

it xác lập sẽ rất nhỏ, điện áp xác lập bằng điện áp dư của máy Edư

E

A

P M

0

I t

Hình 6-13 Xẻ rãnh ở cực từ Hình 6-12 Uốn cong phần thẳng của

đặc tính không tải của máy phát điện

một chiều kích thích song song

Ta cũng thấy rằng, do tính chất bão hoà của mạch từ, bằng cách tăng rt ta có thể

điều chỉnh được điện áp xác lập của máy đến trị số nhỏ nhất Umin = (0,65 ữ o,75)Uđm Trong trường hợp cần điều chỉnh trong phạm vi rộng ứng với Uđm : Umin = 5 : 1 (hoặc

10 : 1) thì cần phải uốn cong đoạn đầu của đặc tính không tải (hình 6-12) Muốn vậy, phải làm cho mạch từ sớm bão hoà bằng cách xẻ rãnh cực từ như ở hình 6-13

6.3.1 Đặc tính không tải U0 = E = f(It) khi I = 0, n = Cte

Thí nghiệm để xây dựng đặc tính không tải của máy phát điện một chiều kích thích song song cũng tương tự như ở máy phát kích thích độc lập nhưng cần chú ý rằng, đối với máy phát kích thích độc lập ta có thể vẽ được toàn bộ chu trình từ trễ đối xứng ABA’B’A giữa hai trị số giới hạn của dòng điện kích thích ± Itm ứng với điện áp ± (1,15

ữ 1,25)Uđm

Đối với máy phát điện tự kích thích, do máy chỉ tự kích được theo một chiều nhất

định (không thể đổi chiều dòng kích từ It) nên ta chỉ có thể vẽ được chu trình phụ theo chiều dương từ 0 đến + Itm (chu trình BAB trên hình 6-2)

6.3.2 Đặc tính ngoài U = f (I) khi rt = Cte , n = Cte

Đặc tính ngoài của máy phát điện một chiều kích thích song song được trình bày trên hình 6-14 (đường số 2) Để tiện so sánh, trên hình đó cũng vẽ đặc tính ngoài của máy phát điện kích thích độc lập (đường 1) Ta thấy khi tải tăng, điện áp của máy phát

kích thích song song giảm nhiều hơn so với điện áp của máy phát kích thích độc lập, vì ngoài ảnh hưởng của phản ứng phần ứng và điện áp rơi trên Rư, trong máy phát kích thích song song s.đ.đ E còn giảm theo dòng điện kích từ It Vì vậy độ thay đổi điện áp của máy phát kích thích song song lớn

hơn độ thay đổi điện áp của máy phát

kích thích độc lập ở máy phát kích

thích song song, thường ∆Uđm = 10 ữ

12% Uđm

Điểm đặc biệt ở máy phát kích

thích song song là dòng điện tải chỉ

tăng đến một giá trị nhất định I = Ith,

sau đó nếu tiếp tục giảm điện trở Rpt ở

mạch ngoài thì dòng điện I không

tăng mà giảm nhanh đến trị số I0 xác

định bởi từ dư của máy (ứng với điểm

P trên hình 6-14)

Sở dĩ như vậy là do máy làm việc

U ∆U đm

Hình 6-14 Đặc tính ngoài của máy MFĐ một chiều kích thích song song (2) và máy MFĐ một chiều kích thích độc lập (1)

1

Uđm

2 K

P

I0

trong tình trạng không bão hoà ứng với đoạn thẳng của đường cong từ hoá, dòng điện It giảm làm cho E, U giảm rất nhanh Điện áp U giảm nhanh hơn Rpt dẫn đến kết quả là

dòng điện tải I giảm đến trị số I0 như đã nói ở trên Như vậy ta thấy rằng sự cố ngắn mạch ở đầu cực máy phát kích thích song song không gây nguy hiểm như ở trường hợp máy phát kích thích độc lập

Cách thành lập đặc tính

ngoài từ đặc tính không tải và

tam giác đặc tính tiến hành như

ở trường hợp máy phát kích

thích độc lập Điều khác nhau cơ

bản là ở máy phát kích thích độc

lập It = Cte, còn ở đây It phụ

thuộc vào U và đường U = rtIt là

đường thẳng OP qua gốc toạ độ

(hình 6-15)

Tam giác đặc tính ABC ở

đây sẽ tịnh tiến trong vùng giới

hạn giữa đặc tính không tải và

đường OP, trong khi ở máy phát

kích thích độc lập, trong vùng

P

U, E

Ath

K

Cth

Hình 6-15 Dựng đặc tính ngoài của máy phát điện một chiều kích thích song song bằng đặc tính không tải và tam giác đặc tính

giới hạn giữa đặc giữa đặc tính không tải và đường thẳng PP,

6.3.3 Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi U = Cte, n = Cte

Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện một chiều kích thích song song giống như

đặc tính điều chỉnh của phát điện một chiều kích thích độc lập, bởi vì đối với bản thân máy phát, việc điều chỉnh dòng kích từ để giữ điện áp không đổi khi tải thay đổi không phụ thuộc vào dòng điện đó lấy từ đâu Điều cần chú ý là đối với máy điện kích thích song song, khi tải tăng điện áp bị sụt nhiều hơn nên mức độ tăng dòng điện kích thích phải nhiều hơn, do đó đặc tính điều chỉnh sẽ dốc hơn

6-4 đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp

Trong máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp (hình 6-1c), dây quấn kích thích

được nối nối tiếp với dây quấn phần ứng Vì vậy mà số vòng dây của dây quấn kích thích ít hơn nhiều so với số vòng dây của dây quấn kích thích của máy phát kích thích song song, nhưng ngược lại tiết diện dây lại lớn hơn một cách tương ứng

Máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp thuộc loại tự kích thích nên cần có từ dư và phải được quay theo chiều quy định để từ thông ban đầu cùng chiều với từ dư Mặt khác máy chỉ được kích thích khi mạch ngoài khép kín qua một điện trở, nói khác

đi là máy chỉ được kích thích khi có tải

Vì It = Iư = I nên khi n = Cte chỉ còn hai đại lượng biến đổi là U và I, do đó máy phát điện này chỉ có một đặc tính ngoài U = f(I), còn các đặc tính khác chỉ có thể xây dựng được theo sơ đồ kích thích độc lập

Phương pháp suy ra đặc tính ngoài từ đặc

tính không tải và tam giác đặc tính được trình

bày trên hình 6-16 Trên hình 6-16, đường

cong 1 là đặc tính không tải, đường 3 là đường

biểu diễn quan hệ I.Rư = f(I) Ta tịnh tiến tam

giác đặc tính ABC ứng với Iđm đến vị trí A’B’C’

sao cho A’ nằm trên đặc tính không tải thì C’

sẽ nằm trên đặc tính ngoài Thay đổi các cạnh

của tam giác đặc tính ứng với các trị số khác

nhau của dòng điện I và tiến hành tương tự

như trên ta sẽ được toàn bộ đặc tính ngoài

Ta thấy rằng, khi có tải, do It = I nên điện

áp của máy phát điện tăng lên theo dòng điện

U

Hình 6-16 Đặc tính ngoài của máy phát điện kích thích nối tiếp

1

A, B,

2

C,

3 A

B

C

tải Tuy nhiên điện áp chỉ tăng đến một trị số tới hạn Uth xác định bởi sự bão hoà của mạch từ Khi dòng điện tải lớn hơn giá trị tới hạn Ith thì điện áp của máy phát điện lại

giảm (đường nét đứt trên hình 6-16) Sở dĩ như vậy là do mạch từ bão hoà, từ thông của máy phát không tăng nữa, trong khi đó phản ứng phần ứng và điện áp rơi trong mạch phần ứng vẫn tiếp tục tăng theo sự tăng của dòng điện

Do điện áp phụ thuộc nhiều vào phụ tải nên trong thực tế máy phát đện một chiều kích thích nối tiếp ít được sử dụng

6-5 máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp

Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp có đồng thời hai dây quấn kích thích song song và nối tiếp cho nên trong nó tập hợp các tính chất của cả hai loại máy này Tuỳ theo cách nối, s.t.đ của hai dây quấn kích thích có thể cùng chiều hoặc ngược chiều nhau

Khi nối thuận (Φt// cùng chiều với Φtnt) thì dây quấn kích thích song song đóng vai trò chủ yếu, dây quấn kích thích nối tiếp chỉ làm nhiệm vụ bù lại tác dụng của phản ứng phần ứng và điện áp rơi trên điện trở Rư, nhờ đó máy có khả năng điều chỉnh tự