Bài giảng máy điện I - Phần 1 Máy điện một chiều - Chương 4 pps

Để đơn giản cho việc tính toán ta dùng cách phân đoạn mạch từ thành 5 đoạn: khe hở không khí , răng phần ứng hr, lưng phần ứng lư, cực từ hc, gông từ lG... Khi đó trị số tính toán của c

 4-1: TỪ TRƯỜNG LÚC KHÔNG TẢI

 4-2: TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI

Next Phần I

Back

TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

 4-1: TỪ TRƯỜNG LÚC KHÔNG TẢI

1.Từ trường chính và từ trường tản:

Từ thông chính là từ thông đi qua

khe hở không khí giữa phần ứng và

cực từ trong phạm vi 1 bước cực

0

Từ thông của cực từ được tính như sau:

c = 0 + = 0(1+) = 0.t

Next Chương 4

Back

0





Với t = 1+ là hệ số tản từ của cực từ chính



2 Sức từ động cần thiết để sinh ra từ thông:

- Do mạch từ hoàn toàn đối xứng và sức từ động ở các cực từ như nhau nên ta chỉ cần tính cho 1 đôi cực

- Để có từ thông chính 0 ta cần cung cấp cho dây quấn kích thích 1 sức từ động F0 nào đó Để đơn giản cho việc tính toán ta dùng cách phân đoạn mạch từ thành 5 đoạn: khe hở không khí (), răng phần ứng (hr), lưng phần ứng (lư), cực từ (hc), gông từ (lG)

Next Chương 4

Back



B

S



Khi đó sức từ động cần thiết cho 1 đôi cực sẽ tính như sau:

F0 =  I.W =  H.l = 2H. + 2Hr.hr + Hư.lư + 2Hc.hc + HG.lG

= F + Fr + Fư + Fc + FG Trong đó: h chỉ chiều cao, l chỉ chiều dài

Trong mỗi đoạn đó cường độ từ trường được tính: H = với B =

, S,  là từ thông, tiết diện, hệ số từ thẩm của các đoạn

a) Sức từ động trên khe hở F: F = 2H.

* Khi phần ứng nhẵn:

- Do khe hở giữa cực từ và phần ứng không đều: ở giữa thì khe hở nhỏ, 2 đầu mép cực từ khe hở lớn: max = (1,5  2,5) nên phân bố từ cảm ở những điểm thẳng góc với bề mặt phần ứng cũng khác nhau

c

hr

hr



lư

lG



B



b

- Để đơn giản ta thay đường cong từ cảm thực tế

bằng 1 hình chữ nhật có chiều cao là B và đáy là

b = . sao cho diện tích hình chữ nhật bằng

diện tích bao bởi đường cong thực tế (b là cung

tính toán của cực từ còn  là hệ số tính toán

cung cực) Trong MĐMC có cực từ phụ thì  = 0,62  0,72;

ở MĐMC không có cực từ phụ thì  = 0,7  0,8

Next Back

- Phân bố từ cảm dưới 1 cực từ biểu diễn

như hình vẽ Từ cảm ở giữa cực từ có giá trị lớn

nhất còn ở 2 mép cực trị số giảm dần và ở đường

trung tính hình học giữa 2 cực từ thì bằng 0

Chương 4

Gọi lư là chiều dài phần ứng theo dọc trục

và lc là chiều dài cực từ thì ta có chiều dài tính

toán l = Với lư = l1- ng.bg

ng,bg là số rãnh và chiều rộng rãnh thông gió

2

l

l­  c

B

l

lc

l1

Từ cảm khe hở không khí:

















b l S

B

.





























b l 2

B 2 H

2 F

0 0

1

* Khi phần ứng có răng:

- Khi tính toán ta phải quy đổi phần ứng

có răng về phần ứng nhẵn bằng cách tăng

khe hở không khí là ' = K. với ' được

gọi là trị số tính toán của khe hở

Klà hệ số khe hở:

t1 là bước răng;

br1 là chiều rộng đỉnh răng













10 b

10

t K

1 r 1

Ta có sức từ động phần ứng khi có răng :

F = 2.H.' F = 2.H K. = 2.F1 K = 2 K

' = K.













l b

0

Next Chương 4

Back

br1

t1

b) Sức từ động trên răng phần ứng:

Hrtb

Hr1

t1

br1

x

br2

t2

Hr2

Từ thông đi qua 1 bước răng t1 là t = B.l.t1

Xét 1 tiết diện đồng tâm với mặt phần

ứng, cách đỉnh răng 1 khoảng x thì từ thông

đi qua tiết diện đó gồm 2 thành phần:

x r rx



Chia 2 vế của (1) cho Srx (tiết diện răng) ta có:

(1)

rx

x r rx

rx rx

t

S S

S













rx rx

t B

S  



rx rx

rx

B



là trị số từ cảm tính toán và thực tế của răng và

Next Chương 4

Back

(1’)

Với phần ứng có răng và rãnh khi từ thông đi qua khe hở không khí thì phân làm 2 mạch song song đi vào răng và rãnh phần ứng Do từ dẫn của thép lớn hơn không khí nhiều nên đại bộ phận từ thông đi vào răng t1 là bước đỉnh răng

t2 là bước chân răng

*) ý nghĩa của B’rx:

Coi toàn bộ từ thông đều đi qua răng phần ứng (mạch từ chưa bão hoà) Khi B’

tx> 1,8 Tesla thì mạch từ bắt đầu bão hoà, từ trở tăng dần, ta không thể bỏ qua từ cảm trên rãnh Khi đó thành phần thứ 2 của biểu thức (1') biểu diễn như sau:

rx x

r 0 rx

x r rx

x r x

r

x r rx

x r

K H

K

B S

S S





















(2)

- Giả thiết rằng những mặt cắt hình trụ ngang răng và rãnh ở các độ cao x đều là những mặt đẳng trị của từ trường thì khi đó có thể xem như Hrx = Hr’x Thay vào (1'): Brx  Brx  0.Hrx.Krx (3)

Giá trị biểu thức này có thể tìm được từ đường cong từ hoá B = f(H)

và qua các bước tính cụ thể sau:

+ Vẽ đường cong từ hoá của lõi sắt phần ứng

Khi đã biết kích thước của răng và rãnh ta có: 1

k l b

l t S

S K

c rx

x rx

x r

rx     

­ Với: Kc là hệ số ép chặt lõi sắt; Stx, tx là tiết diện răng và bước răng

ở độ cao x; lư, l là chiều dài thực và tính toán của lõi sắt

(2) (1)

0

Hrx H

rx rx

0 H K



Brx

+ Từ đường cong từ hoá cho các trị số của từ

cảm Brx ta tìm được Hrx tương ứng  B’rx theo (3)

Sau đó vẽ đường biểu diễn (đường 2)

- Ngoài ra trị số từ cảm tính toán của răng cũng có

thể xác định theo biểu thức:

c rx

1 rx

t rx

k l b

l t B S

B

­











* Thực tế khi tính toán sức từ động răng chỉ cần tính H ở 3 điểm theo chiều cao răng: đỉnh răng, chân răng và giữa chiều cao răng Khi đó trị số tính toán của cường độ từ trường trung bình bằng:

6

1

Gọi hr là chiều cao răng thì sức từ động răng đối với 1 đôi cực là:

* Để đơn giản ta chỉ cần xác định từ cảm và từ trường ở tiết diện cách chân răng 1/3 làm trị số tính toán Khi đó ta có: Fr = 2 Hr1/3 hr (7) Trong máy điện 1 chiều từ cảm ở nơi hẹp nhất của răng = 1,8  2,3 T

c) Sức từ động trên lưng phần ứng:

Từ thông sau khi đi qua khe hở không khí vào phần ứng qua răng và rãnh sẽ phân bố không đều: ở gần răng có từ cảm lớn hơn nhưng sự khác biệt không lớn lắm nên có thể lấy từ cảm trung bình ở lưng phần ứng để tính toán

Từ cảm ở lưng phần ứng:

c

0 0

k l h 2 S

2 S

B

.

­

­

­













Trong đó: là từ thông phần ứng;

là tiết diện lưng phần ứng

2

0





­

c k l h

S­  ­ ­

Theo đường cong từ hoá từ Bư  Hư

Khi đó sức từ động trên lưng phần ứng được tính: Fư = Hư.lư

Next Chương 4

Back

d) Sức từ động trên thân cực từ và gông từ:

Tính toán sức từ động cực từ ta phải xét đến ảnh hưởng của từ thông tản Khi đó từ thông ở cực từ lớn hơn từ thông chính: c = 0.t với t = 1,15  1,25 là hệ số tản từ

Thực tế do  tản ra khắp cực từ nên từ thông ở các phần trên cực từ và gông từ cũng khác nhau Nhưng để đơn giản hoá tính toán

ta coi như trên cực từ và gông từ có từ thông không đổi (G = 1/2c)

Với Sc và SG là tiết diện cực từ và gông từc

c c

S

B  

G

c G

S 2



Sức từ động cực từ và gông từ:

Fc = 2.Hc.hc hc: chiều cao cực từ

FG = HG.lG lG: chiều dài trung bình của gông từ

Next Chương 4

Back

3 Đường cong từ hoá của MĐMC:

Đường biểu diễn quan hệ giữa 0 và F0

gọi là đường cong từ hoá của MĐMC



F 0

a b c

đm Nếu kéo dài đoạn tuyến tính ta được quan

hệ  = f(F) Khi từ thông đạt giá trị định mức

thì đoạn ab đặc trưng cho sức từ động khe hở

còn đoạn bc đặc trưng cho sức từ động rơi trên

các phần sắt của mạch từ

ab = F  F0 = ac = F + Fr + Fư + Fc + FG

bc = Fr + Fư + Fc + FG

Đặt thì k là hệ số bão hoà của mạch từ

ab

ac k

F

F0





Trong các MĐ để triệt để lợi dụng vật liệu và công suất khi điện

áp là định mức ta chọn điểm làm việc là điểm chớm bão hoà (điểm c: điểm mà đường cong từ hoá bắt đầu cong với k = 1,1 1,35)

Next Chương 4

Back

 4-2: TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN KHI CÓ TẢI

S

Từ hình vẽ phân bố từ trường của cực từ

chính của máy 2 cực ta thấy từ trường chính

nhận trục cực làm trục đối xứng và không thay

đổi vị trí trong không gian

2 Từ trường phần ứng:

a) Chiều của từ trường phần ứng:

* Khi chổi than đặt trên trung tính hình học:

Chương 4

- Trục sức từ động tổng của cả dây quấn sinh

ra luôn luôn trùng với trục chổi than

Trung tính hình học

Nư

S

N

n

Sư

* Nếu dịch chổi than khỏi trung tính hình học ứng với 1 đoạn b trên phần ứng:

- Phân tích sức từ động phần ứng Fư thành 2 thành

phần: + Sức từ động ngang trục Fưq

+ Sức từ động dọc trục: Fưd b) Sự phân bố từ trường trên bề mặt phần ứng:

* Khi chổi than ở trên đường trung tính hình học: (*)

Ta xét 1 mạch vòng đối xứng với điểm giữa của 2 chổi than thì

ở 1 điểm cách gốc là x sức từ động được tính như sau:

Fưx = A.2x (A/đôi cực)

A = (A/cm): là phụ tải đường của phần ứng

iư = là dòng trong thanh dẫn ­

­

.

D

i N

 a 2

I­

Next Back

Sức từ động sẽ lớn nhất khi x = Khi đó: Fư = A.2 = A.

2



2



Chương 4

N

n

S

Trung tính vật lý Trung tính hình học

N

C D

n

S

b b

(*)

Fưd

Fưq

Fư

Next Chương 4

Back

- Nếu bỏ qua từ trở của lõi thép thì

từ trở của mạch phần ứng chỉ còn là 2

khe hở không khí nên từ cảm của phần

ứng dưới mặt cực từ được biểu diễn:

Bưx = 0.Hưx = 0 = 0

= 0 .x 2

F­x

 2

x 2 A.

 A

Dưới mỗi bước cực trong phạm vi 2b dòng điện sinh ra sức từ động dọc trục còn trong phạm vi ( - 2b) dòng điện sinh ra sức từ động ngang trục: Fưd = A.2b (A/đôi cực)

Fưq = A ( - 2b)

Fưx A/2

Bưx

Đ F

* Khi chổi than dịch khỏi trung tính

hình học 1 khoảng b nào đó:

Tóm lại: từ trường phần ứng phụ thuộc vào vị trí của chổi than và mức độ của tải

(*)

Next Chương 4

Back

3 Phản ứng phần ứng:

a) Khi chổi than đặt trên đường trung tính hình

F

(3)

(1)

(2)

m

- Sự phân bố của từ trường do

từ trường cực từ chính và từ

trường phần ứng hợp lại như

sau:

(4): Từ trường tổng khi mạch từ

bão hoà

(1): Từ cảm của cực từ chính

(2): Từ trường phần ứng

(3): Từ trường tổng khi mạch từ

chưa bão hoà

*)Tóm lại:

Khi chổi than đặt trên trung tính hình học chỉ có phản ứng ngang trục làm méo dạng từ trường khe hở và xuất hiện đường trung tính vật lý

m

m

Next Chương 4

Back

b) Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học:

Phân tích sức từ động phần ứng thành 2 phần: Fưq và Fưd

- Thành phần ngang trục Fưq có tác dụng làm méo dạng từ trường cực từ chính và khử từ 1 ít nếu mạch từ bão hoà

- Thành phần dọc trục Fưd ảnh hưởng trực tiếp đến từ trường cực từ chính Nó có tác dụng khử từ hoặc trợ từ tuỳ theo chiều xê dịch của chổi than (*)

Do yêu cầu của đổi chiều chỉ cho phép quay chổi than theo chiều quay của phần ứng trong trường hợp máy phát còn động cơ thì ngược lại

4 Từ trường cực từ phụ: Sf N Nf S S

f

Next Back

(2)

(3)

(1)

Hb-1

Hb-2

Hb-3

(1): Sức từ động cực từ chính

(3): Sức từ động cực từ phụ

(2): Sức từ động phần ứng

Hình b-3: Phân bố từ cảm

Hình b-2: Sức từ động tổng

Chương 4

Tác dụng của cực từ phụ

là sinh ra 1 sức từ động triệt

tiêu từ trường phần ứng

ngang trục và tạo ra từ

trường ngược chiều với từ

trường phần ứng ở khu vực

đổi chiều

Next Chương 4

Back

Hình c3: Cực từ phụ có

tác dụng trợ từ





Hc3

Hc2

Hc1

S

N Nf

Sf S

Hình c1: Cực từ phụ

không ảnh hưởng tới từ

trường tổng

Hình c2: Cực từ phụ có

- Khi chổi than đặt trên trung tính hình học thì cực từ phụ không ảnh hưởng đến cực từ chính

Cách nối cực từ phụ:

F

Đ

Nf

Sf

N

S

5 Từ trường dây quấn bù:

(1)

(2)

Next Chương 4

Back

- Tác dụng của dây quấn bù là

sinh ra từ trường triệt tiêu phản

ứng phần ứng làm cho từ trường

khe hở về căn bản không bị méo

dạng nữa

Đường (1): Sức từ động của

phản ứng phần ứng ngang

Đường (2): Sức từ động của

dây quấn bù

Đường (4): Phân bố từ trường tổng

khi có cả dây quấn bù và cực từ phụ

Cách nối dây quấn bù:

Đường (3): Sức từ động khi không tải

(3) (4)