CHUONG 4-DONG CO MOT CHIEU pps

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN DCTừ trường phần ứng sinh ra do dòng điện một chiều trong cuộn dây rotor được cấp từ nguồn 1 chiều từ bên ngoài qua hệ thống vành góp và chổi than như

CHÖÔNG 04

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Cổ ghóp và hệ thống chổi than

Cổ góp: gồm có nhiều phiến đồng câch điện với nhau bằng lớp mica

dầy 0.4-1.2mm

Hình dạ ng cổ góp Hình dạng phiến góp

Phiế n góp bằng đồng

lớp cách điệ n

Hình dạ ng cổ góp

đượ c cắt ra để thấ y

Chổi than: được làm bằng than granit vừa đảm bảo độ dẩn điện tốt vừa có

khả năng chống mài mòn.

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN DC

Từ trường phần ứng sinh ra do dòng điện

một chiều trong cuộn dây rotor được cấp từ

nguồn 1 chiều từ bên ngoài qua hệ thống vành

góp và chổi than như hình vẽ sau:

Từ trường phần ứng do dòng điện chạy trong

cuộn dây rotor sinh ra:

Từ trường chính sinh ra do dòng

điện chạy trong cuộn dây stator.

Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC:

@ Cấp dòng điện vào stator trong stator tạo ra từ

trường.

@ Thanh dẫn Rotor mang dòng điện đặt trong từ

trường của Stator, có lực điện từ F=ILB tác dụng

Lên Chính lực điện từ này tạo ra moment ngẫu lực làm quay khung dây Rotor.

Lực điện từ F làm quay khung dây

Moment=Cm.Φ.Iư

ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

Phương trình cân bằng dòng, áp và năng lượng

a 60

N p

K E 

PHẦN CẢM :

kt kt

E  E kt

ö

ö I.

R E

U  

Rư : điện trở dây quấn phần ứng.

n : tốc độ quay của rotor (tốc độ quay của động cơ).

2 ö ö öùng

j

ö öùng

ñieôn

P P

P

I.

R P

I.

U P





2 f f kt

kt cạm

j cạm

ñieôn P U I R I.

ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ :

Quan hệ giửa tốc độ quay n của động cơ (tốc độ quay rotor) với dòng điện Iư qua mạch phần ứng

kt E

ö

ö

K

I.

R U n

ö kt E

ö

K

U I.

K

R n

Đặc tính tốc độ của động cơ một chiều

ĐẶC TÍNH CƠ :

Quan hệ giửa momen quay M với tốc độ quay n của động cơ :

kt M

M I





M

.

K K

R

K

U

K

K

M

R

U

kt M

E

ö kt

E kt

E

kt M

M ö

U M

0

a 2

N

b c

d

Đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ độc lập

ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG

PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG DÒNG, ÁP VÀ NĂNG LƯỢNG

PHẦN CẢM

kt f

U  

Rư : điện trở dây quấn phần ứng.

n : tốc độ quay của rotor (tốc độ quay của động cơ).

PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

2 ö ö ö

ö E I R I.

I.

ö ñieôntöø E I.

Pñđiện từ : công suất điện từ tiêu thụ trên phần ứng.

U.Iư : công suất điện cung cấp từ nguồn cho phần ứng.

Rư.Iư : công suất nhiệt tiêu thụ trên điện trở Rư phần ứng.

öùng j ñieôntöø

öùng ñieôn

2 ö ö öùng

j

ö öùng

ñieôn

P P

P

I.

R P

I.

U P

kt cạm

j cạm

2 MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU:

Mô hình máy phát điện một chiều

• Cấp nguồn vào bộ dây phần cảm (hay dây quấn kích

NGUYEĐN LYÙ HOÁT ÑOÔNG

Aïp dụng định luật cảm ứng điện từ ( khi thanh dẩn di

Gọi : D là đường kính của rotor ; L là chiều dài

pn 2 ).

Nguyên lý hoạt động

• Một khung dây đặt trong từ trường nam châm vĩnh cửu,

khung dây có cạnh ab và cd được nối với 2 nửa vành

khuyên tiếp xúc với 2 chổi than cố định để nối ra mạch

ngoài.

• Gắn vào khung dây một máy lai ngoài và quay với tốc độ

không đổi theo hướng xác định, theo định luật cảm ứng

trong cuộn dây sẽ cảm ứng một sđđ:

e=Blvsinφ

B-độ cảm ứng từ đo bằng Tesla.

l-độ dài tác dụng của dây dẫn

v-tốc độ dài chuyển động của dây dẫn

φ-góc hợp giữa cảm ứng từ và tốc độ chuyển động của dây dẫn(thông

thường trong máy điện góc φ=90° nên sinφ=1)

• Nếu tại thời điểm t1=0 dây dẩn ab nằm dưới cực N còn cạnh cd dưới

cực S, thì chiều sđđ ở cạnh ab có chiều từ b-›a, còn ở cạnh cd từ d-›c

sau một thời gian nửa chu kỳ, cạnh ab nằm dưới cực S còn cd nằm dưới

cực N, chiều sđđ ở trong các cạnh đổi chiều so với trước Như vậy ta thấy sđđ trong vòng dây là xoay chiều

• Mặt khác ta thấy khi dòng điện trong khung dây đổi

chiều thì nửa vành khuyên cũng đổi tiếp điểm do đó

dòng điện ở mạch ngoài là dòng điện một chiều.

PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU (Armature Reaction)

Trong máy điện tồn tại 2 từ trường, chúng tác động lên nhau tạo ra một

từ trường tổng Sự tác động của từ trường tải lên từ trường kích từ gọi là phản ứng phần ứng

Độ cảm ứng của từ trường

chính khi không tải

Hình ảnh từ trường chính

Hình ảnh từ trường phần ứng

Hình ảnh từ trường tổng

Nhận xét:

•Do có phản ứng phần ứng, từ trường chính bị biến dạng Trên đường

trung tính hình học độ cảm ứng từ bây giờ có giá trị khác không, điểm

có độ cảm ứng từ bằng không bây giờ dịch đi khỏi đường trung tính

hình học

•Đường thẳng nối những điểm có cảm ứng từ bằng không ở trên

rotor gọi là đường trung tính vật lý

•Ở máy không tải đường trung tính hình học và đường trung tính vật

lý trùng nhau, còn khi có tải hai đường này lệch nhau, đường trung

tính vật lý dịch khỏi đường trung tính hình học một góc α theo chiều

quay của rotor

Hậu quả của phản ứng phần ứng

• Phản ứng phần ứng làm thay đổi từ trường phần cảm, dẫn

đến sự gia tăng độ sút áp khi máy phát mang tải (khi so sánh

với lúc chưa để ý đến ảnh hưởng gây nên bởi phản ứng này).

• Tuy nhiên, khi dòng tải có giá trị bé ảnh hưởng của phản ứng

phần ứng không đáng kể; nguyên nhân chủ yếu tạo ra độ

sụt

áp là do điện trở Rư của phần ứng.

• Phát sinh các tia lửa tại vị trí tiếp xúc của chổi than và cổ góp

phần ứng Muốn khắc phục tia lửa, ta cần hiệu chỉnh lại từ

trường phần cảm khi máy phát mang tải bằng các bố trí

thêm cực từ phụ và dây quấn bù trên phần cảm

CÂC LOẠI MÂY PHÂT ĐIỆN MỘT CHIỀU

Tùy thuộc phương pháp cấp nguồn

cho

phần kích thích (phần cảm) :

• MÁY PHÁT KÍCH TỪ ĐỘC LẬP: phần

cảm được cung cấp bằng nguồn DC độc lập với nguồn điện phát ra từ phần ứng.

Ukt : điện áp kích thích cung cấp cho phần cảm.

Rkt : điện trở của dây quấn kích thích

Rññc : biến trở kích từ , nối tiếp với dây quấn phần cảm

để điều

chỉnh thay đổi dòng điện kích thích

Rư : điện trở nội của dây quấn phần ứng

CÁC ĐẶC TUYẾN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN DC

ĐẶC TUYẾN KHÔNG TẢI E = f (Ikt): Đồ thị mô tả quan hệ giửa sức điện động E sinh ra trên hai đầu phần ứng với dòng điện kích thích

Ikt qua dây quấn phần cảm.

ĐẶC TUYẾN TẢI (HAY ĐẶC TUYẾN NGOÀI) (U = f (ITẢI) ): đồ thị mô tả quan hệ giửa điện áp Ut trên hai đầu tải theo dòng điện It cung cấp

Khu vự c bảo hòa

TÍNH CHẤT 1:

Đường đặc tính không tải có dạng đường cong từ hóa B=f(H) của vật

liệu sắt từ cấu tạo nên mạch từ của máy phát

tb kt

N

L I

K n

K

E  E kt  E

Trong đó:

B : từ cảm (hay mật độ từ thông) trong mạch từ

A : Tiết diện của cựctừ.

Tóm lại, sức điện động E sinh ra trên phần ứng tỉ lệ thuận mật độ từ thông B.

từ trường dư , và ký hiệu là Edư

ĐẶC TUYẾN TẢI – PHẦN TRĂM ĐỘ SỤT ÁP KHI MANG TẢI U %

v e

v e

+ U t

-I u

R t

% 100

U

U E

• MÁY PHÁT KÍCH TỪ SONG SONG: phần cảm đấu song song với phần ứng Trong trường hợp này muốn máy phát ra điện năng , máy phát cần thỏa mản các điều kiện tự kích.

+

I kt

B e

n = 0

@ Trong mạch từ của máy phát phải tồn tại từ trường dư ( dư ).

@ Chiều đấu dây của phần cảm và phần ứng phải phù hợp để gia

tăng từ trường của phần cảm trong quá trình tự kích.

@ Chiều quay của động cơ sơ cấp phải tương thích với chiều đấu dây

giửa phần cảm với phần ứng; tốc độ quay phải đủ lớn.

@ Nếu trên mạch phần cảm có dùng biến trở điều

chỉnh kích từ, trị số biến trở phải đủ nhỏ để hình thành quá trình tự kích.

ĐIỀU KIỆN TỒN TẠI TỪ TRƯỜNG DƯ

+

I kt

B e

ĐIỀU KIỆN CHIỀU ĐẤU NỐI DÂY PHẦN CẢM VÀ PHẦN ỨNG

HÌNH 3.17 a HÌNH 3.17 b

Tùy thuộc vào chiều quấn dây của phần cảm và phương pháp đấu nối

phần cảm với phần ứng từ thông kt sinh ra cùng hứơng (trợ từ); hay ngược hướng (khử từ) vớ từ thông dư

kt kt

ö R ) I R

HÌNH 3.18 b

chúng ta thay đổi chiều quay của động cơ sơ cấp và khảo sát các phản

Ưïng trợ từ, khử từ giửa từ thông phần cảm với từ trường dư

ĐIỀU KIỆN VỀ GIÁ TRỊ BIẾN TRỞ ĐIỀU CHỈNH NỐI TIẾP TRONG MẠCH PHẦN CẢM

ö R R ) I R

(

E   

I kt

2 3

Xác định điểm làm việc không tải theo đặc tuyến không tải

Với giá trị thích hợp của biến trở Rkt ta có đặc tuyến 4 tiếp xúc với đặc tuyến không tải; đây là giới hạn biên của hai trạng thái hình thành sức

điện động E và trạng thái không thành lập sức điện động E

Ñaịc tuyeân k 0 tại

E = f(I kt ) Ñaịc tuyeân cađn baỉng aùp

E= (R ö +R s + R kt ).I kt

để hình thành quá trình tự kích

RUE

kt E

ư ư

t tảiI (R R ).IR

Phương trình cân bằng dòng

kt t

ö I I

CÁC ĐẶC TUYẾN MÁY PHÁT KÍCH TỪ SONG SONG

Đặc tuyến không tải

Quan hệ giửa sức điện động E sinh ra trên hai đầu phần ứng với dòng

điện kích thích Ikt

Đặc tuyến tải hay đặc tuyến ngòai

Quan hệ giửa điện áp U trên hai đầu tải theo dòng điện it qua tải

Khoa Ñieôn-Ñieôn tö û Vieên Thođng Giạng Vieđn: Th.s Phám Cođng Thaønh

E

U

I t

B C D M

O N

DM : độ sụt áp sinh ra do dòng điện I kt bị giảm thấp.

Các giá trị dòng điện đặc biệt

đo được trên đặc tính ngòai

I n: dòng điện ngắn mạch của máy phát.

Đặc tuyến ngòai máy phát kích từ song song

M là điểm làm việc ổn định

@ khi chưa đóng tải vào máy phát; duy trì tốc độ động cơ sơ cấp không

đổi và bằng giá trị chọn trước (n = hằng số); điều chỉnh thay đổi giá trị biến trở Rkt cho đến khi sức điện động E trên hai đầu phần ứng bằng

giá trị chọn trước, sau đó duy trì và không thay đổi biến trở Rkt (duy trì

từ thông kt không đổi) E = Uo

@ Cấp tải vào hai đầu máy phát, điều chỉnh thay đổi điện trở tải và ghi

nhận giá trị dòng tải,điện áp U trên hai đầu tải

+ sụt áp trên điện trở phần

@ Giảm giá trị điện trở tải điện áp U trên đầu tải tiến tới giá trị bằng 0

và dòng điện qua tải là dòng ngắn mạch In

Tuy nhiên, với đọan đặc tuyến này máy phát điện một chiều kích từ song song thích hợp cho chế độ làm việc của máy phát điện một

chiều dùng làm máy hàn hồ quang điện

•MÁY PHÁT KÍCH TỪ NỐI TIẾP: phầm cảm đấu nối tiếp với phần ứng Trong trường hợp này máy chỉ phát ra điện năng khi đang mang tải,

trường hợp không mang tải máy không thể phát ra điện năng

n R ) I R

( U

E   

I I

I  

n K

@ Giảm dần tải để đạt được giá trị điện trở tới hạn thực hiện quá trình tự kích,

@ Điều chỉnh giá trị điện trở tải có giá trị tối đa;

dùng động cơ sơ cấp quay phần ứng đến tốc độ n

CÔNG DỤNG:

@ Máy phát điện kích từ nối tiếp họat động như máy tăng

giảm điện áp

một chiều

@ Tải hàn điện hồ quang

có hai

thành phần dây quấn kích thích; một thành phần đấu song

song với phần ứng và thành phần còn lại đấu nối tiếp với

e n

PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ÁP VÀ DÒNG CỦA MÁY PHÁT KÍCH TỪ HỔN HỢP

I k tn = I tả i

R tả i

R f E R ư

+ -

ktn : Từ thông kích thích do dây quấn kích thích nối tiếp tạo ra Ta có:

tại n ö

ö I R I.

R U

E   

kt f ö

ö I R I.

R

n ).

.(

K

E  E kts  ktn

tại kt

ö I I

I  Máy phát kích từ hổn hợp

mắc rẽ ngắn

ĐẶC TÍNH NGÒAI CỦA MÁY PHÁT KÍCH TỪ HỔN HỢP

1 2 3 4

5

U

I tai

I dm

Đặc tính tải (hay đặc tuyến ngoài) của các loại máy phát một chiều.

(1) Kích từ song song ; (2) Kích từ hổn hợp cộng thiếu ; (5) Kích từ hổn hộp cộng vừa;