Cả dây quấn stato kích từ lẫn rôto phần ứng ñều tiêu thụ dòng ñiện một chiều tại ñầu cực.. Dây quấn kích từ trên stato ñược kích thích bởi dòng một chiều, hoặc có thể dùng nam châm vĩnh
Trang 11 Bài giảng 7
408001
Bi ế n ñổ i n ă ng l ượ ng ñ i ệ n c ơ
HK2, 2009 – 2010
http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php
nqnam@hcmut.edu.vn
Máy một chiều là một thiết bị ña dụng với các ñặc tính cơ ưu việt ðiều khiển tốc ñộdễ dàng là một trong những ưu ñiểm Cả dây quấn stato (kích từ) lẫn rôto (phần ứng) ñều tiêu thụ dòng ñiện một chiều tại ñầu cực
Với cùng chỉ tiêu kỹ thuật, các máy một chiều ñắt tiền hơn các máy xoay chiều Dây quấn kích từtrong các máy một chiều nhỏcó thểlà nam châm vĩnh cửu
Dây quấn kích từ trên stato ñược kích thích bởi dòng một chiều, hoặc có thể dùng nam châm vĩnh cửu, ñểtạo một từ trường ñứng yên Dòng ñiện rôto ñược cung cấp thông qua các chổi than và bộcổgóp Bộ cổ góp sẽ ñổi chiều dòng ñiện trong các cạnh cuộn dây ñểtừ trường rôto và stato luôn vuông góc nhau ðiều này giúp cực ñại hóa mômen sinh ra với một dòng ñiện ñã cho, và ñơn giản hóa các yêu cầu ñiều khiển của máy
Các ñộng cơ vạn năng cũng có thể làm việc với ñiện áp AC, mặc dù ñược
Máy ñ i ệ n m ộ t chi ề u – Gi ớ i thi ệ u
Trang 23 Bài giảng 7
C ấ u t ạ o máy m ộ t chi ề u
Ổ ñỡ
Phần ứng có nghiêng rãnh
Cổgóp
Mạch từ phần ứng ghép từ nhiều
lá mỏng, có các rãnh rôto Mỗi
cạnh cuộn dây ñược ñặt trong một
rãnh và nối với một phiến góp
Luôn luôn có 2 cạnh cuộn dây nối
vào một phiến góp, ñểtạo thành
dây quấn xếp hoặc sóng
Mạch từ phần cảm không
cần ghép từ lá mỏng, vì chỉcó
kích thích một chiều Lõi thép
này ñược gắn cố ñịnh vào
khung máy
4 Bài giảng 7
Xét máy một chiều ñơn giản nhất với
sơ ñồ như hình bên phải
Mỗi cạnh cuộn dây ñược nối vào một
phiến góp
Khi một cạnh cuộn dây chuyển từ cực
từ này sang cực từ kia, phiến góp của nó
cũng chuyển sang chổi ñối diện ðiều này
làm ñổi chiều dòng ñiện chạy trong cạnh
cuộn dây ñó, dẫn ñến mômen tác ñộng
lên cạnh cuộn dây giống như cũ
Nguyên t ắ c ho ạ t ñộ ng
C ự c t ừ
Cu ộ n dây rôto
C ổ góp
Ch ổ i
Từ pp ñồng năng lượng, mômen là ( θ ) θ ( ) θ
d
dL i i i
i
Te r, s, = r s sr
Trang 35 Bài giảng 7
Các máy một chiều thực có nhiều phiến góp và cuộn dây rôto (Hình 8.4) Phiến góp hoạt ñộng sao cho luôn tạo ra một trục từphần ứng vuông góc với trục từ kích từ mômen không ñổi
Nói chung, mômen sinh ra tỷlệvới các dòng ñiện phần ứng và kích từ:
M ộ t máy m ộ t chi ề u th ự c t ế hơn
f a
e
i Gi
T =
Dưới ñây là mạch tương ñương cùng với các phương trình ñộng học:
dt
di L i
R
vf = f f + f f
f m
a a a a
dt
di L i R
Gωmif
a
va +
_
ia
Rf
Lf
+ vf _
if
Sức phản ñiện ñộng
Dây quấn xếp
Dây qu ấ n x ế p và dây qu ấ n sóng
Dây quấn sóng
Trang 47 Bài giảng 7
Xét ñiều kiện vận hành với ñiện áp và tốc ñộ không ñổi, ởtrạng thái xác lập, các quan hệ công suất là
M ộ t máy m ộ t chi ề u th ự c t ế hơn (tt.)
f a m a
a a
a
P = = 2 + ω
2
f f f
f
m f a m
e
Công suất phần ứng
Công suất kích từ
Công suất cơ
Có thểthấy rằng công suất cơ ñược tạo ra từ công suất phần ứng ðiều này cho phép sử dụng nam châm vĩnh cửu trong dây quấn kích từ của máy nhỏ
Các dây quấn phần ứng và kích từ có thể ñược nối theo nhiều cách khác nhau cho các ứng dụng khác nhau Ba cách nối chính bao gồm: kích từ ñộc lập, kích
từ nối tiếp, và kích từsong song
8 Bài giảng 7
Các dây quấn kích từvà phần ứng ñược cung cấp bởi các nguồn riêng biệt Dây quấn kích từ thường ñược nối với một nguồn áp không ñổi, tạo ra một từ trường không ñổi Tốc ñộvà mômen của máy ñược ñiều khiển bởi dòng ñiện phần ứng
Ởtrạng thái xác lập, các quan hệ sau ñược thỏa mãn
Máy kích t ừ ñộ c l ậ p
load a
f
m GI I T
dẫn ñến
a
f m a
a
R
I G V
=
a
f m a
f e
R
I G V GI
=
ðặc tính cơ là một ñường thẳng, và dưới một dạng khác
f
a m
e f
a f
a
GI
R T
GI
R GI
V
2 0
−
ω
Mômen-tốc ñộ
Trang 59 Bài giảng 7
Chế ñộhãm diễn ra khi công suất ñược ñưa vào máy ởcảphần ứng (Pa > 0) lẫn trục máy (Pm < 0), và toàn bộcông suất này ñược tiêu tán trên ñiện trởphần ứng Ra
Chế ñộmáy phát tương ứng với Pm < 0vàPa< 0, và chỉxảy ra khi ωm>
Va/(GIf) Chế ñộ ñộng cơ xảy ra khi Pa > 0vàPm > 0(Hình 8.7)
ðặ c tính c ơ
ωm
Te
Increasing Va
Bằng cách cho dPm/dωm= 0và giải theo
ωm, có thể xác ñịnh tốc ñộ ứng với công
suất cực ñại
f
a mP
GI
V
2
=
ω
a
a m
R
V P
4
2 max = và
Tốc ñộcó thể ñược ñiều chỉnh nhuyễn
bằng cách thay ñổi ñiện áp phần ứng Va
Cuộn dây kích từvà phần ứng nằm nối tiếp nhau, tạo thành mạch tương
ñương dưới ñây
Máy kích t ừ n ố i ti ế p
Gωmi
La+ Lf R
a + Rf
v +
_ i
dt
di L L i R R
2
Gi
Te =
Vận hành xác lập với ñiện áp không ñổi
ñược mô tảbởi
( Ra Rf ) G m
V I
ω
+ +
=
2
m f
a
e
G R
R
V G
T
ω
+ +
=
ωm
Te
Increasing V
Trang 611 Bài giảng 7
Các ñộng cơ vạn năng thực chất là các ñộng cơ một chiều kích từ nối tiếp, có thểlàm việc với nguồn AC lẫn DC Khi ñược cấp nguồn AC, ñiện cảm của các dây quấn nên ñược xem xét
Vận hành xác lập có thể ñược mô tảbởi
ðộ ng c ơ v ạ n n ă ng
e f a m
f
R
V I
ω
+ +
=
2 2
e f a m
f a
e av
L L G
R R
GV GI
T
ω
+ +
=
=
với ωe là tần số ñiện (rad/s)
ðiện áp vào AC có thể ñược cắt pha bằng các mạch SCR hay triac ñểgiảm giá trịhiệu dụng của dòng ñiện, từ ñó giảm mômen sinh ra
12 Bài giảng 7
Trong các máy kích từ song song, cuộn dây kích từ và phần ứng ñược nối song song, tạo thành mạch tương ñương dưới ñây (ởchế ñộ ñộng cơ)
Máy kích t ừ song song
a
Rf
Lf
ia
i +
_
v
if
Gωmif
dt
di L i R
v = f f + f f
f m
a a a
dt
di L i R
f a e
i Gi
Khi vận hành xác lập với ñiện áp ngõ vào
không ñổi v = V,
f
f
R
V
a
f m a
R
I G V
=
a f
m f
f a e
R R
G R GV I
GI
=
=
Việc ñiều chỉnh tốc ñộ ñược thực hiện tốt nhất bằng cách nối một ñiện trởvới dây quấn kích từ
Trang 713 Bài giảng 7
Một máy kích từ song song có thể vận hành như một máy phát, với một tải RL
nối giữa các cực máy như dưới ñây
Máy phát kích t ừ song song
dt
di L i R
v = f f + f f
dt
di L i R i G
a a a f
= ω
Khi vận hành xác lập với ñiện áp ngõ vào
không ñổi v = V,
a
Rf
Lf
ia
i +
_
v
if
Gωmif
RL
(a f )
L i i R
L a
a f
m f
I
Trong một máy kích từ hỗn hợp, một phần dây quấn kích từ nằm nối tiếp với phần ứng, và phần còn lại thì song song với phần ứng Có 4 tổ hợp khác nhau của hai phần dây quấn kích từ
Lý do chính của việc sử dụng dây quấn kích từ hỗn hợp là ñểgiới hạn dòng ñiện phần ứng ở tốc ñộthấp (ñến trạng thái mởmáy)
Khi mởmáy hay chạy ởtốc ñộthấp, sức phản ñiện ñộng của máy nhỏ hơn nhiều so với ñiện áp ñặt vào, do ñó dòng ñiện rất lớn sẽ chạy qua phần ứng, và chỉbị giới hạn bởi ñiện trởphần ứng Có thể dùng một ñiện trởngoài ñểgiảm dòng ñiện ñến mức chấp nhận ñược với cái giá phải trảlà lãng phí năng lượng trên ñiện trở này
Một cách tốt hơn ñểmở máy ñộng cơ là dùng các bộbiến ñổi công suất ñể ñiều chỉnh ñiện áp phần ứng, thông qua kỹthuật ñiều chế ñộrộng xung (PWM)
Máy kích t ừ h ỗ n h ợ p và v ấ n ñề m ở máy