máy điện 1 chiều động cơ đồng bộ

Biện pháp này có rất nhiều hạn chế vì vùng trung tính từ thay đổi theo dòng điện phần ứng, khi máy phát điện vận hành ở chế độ máy phát và động cơ thì chiều di chuyển của chổi phải ngược

CHƯƠNG I: MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU

I ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU:

1 CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU:

- Đây là bộ phận dùng để cải thiện đổi chiều

- Được bố trí xen kẽ với các cực từ chính

- Lõi cực từ phụ và dây quấn cực từ phụ có cấu tạo tương tự cực từ chính

c Gông từ:

- Làm mạch dẫn từ, nối liền các mạch từ chính và phụ; đồng thời làm vỏ máy

- Máy nhỏ và vừa: dùng thép tấm dày uốn và hàn lại Máy lớn: làm bằng thép đúc

- Được phân bố cách điện cẩn thận trong các rãnh của lõi sắt phần ứng

- Miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn để tránh việc văng ra do lực ly tâm Nêm bằng tre, gỗ hoặc bakelit

c Cổ góp:

Đây là bộ phận để đổi chiều dòng điện hay có thể coi nó là bộ phận chỉnh lưu cơ khí

- Gồm các phiến đồng, được ghép và ép lại thành cổng góp hình trụ

- Giữa các phiến góp có lớp cách điện bằng mica dày 0,4 – 1,2 mm

d Các bộ phận khác:

- Cánh quạt: lắp trên trục máy để làm mát cho máy

- Trục máy: đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi

1.2 PHÂN LOẠI:

MÁY PHÁT ĐIỆN 1 CHIỀU:

e = Blv B: là từ cảm của nam châm N –S (T)

l: là chiều dài của thanh dẫn (m)

v: là vận tốc dài của thanh dẫn (m/s)

Nguyên lý làm việc cơ bản của máy phát điện 1 chiều:

 Mặc dù chiều của s.đ.đ và dòng điện trong thanh dẫn thay đổi nhưng chiều của chúng ở mạch ngoài là không đổi

 Để có s.đ.đ lấy ra lớn và ít đập mạch, ta bố trí nhiều khung dây nối tiếp và lệch nhau 1 góc nào đó (dây quấn phần ứng)

ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU:

Các đại lượng định mức:

Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức

- Công suất định mức: Pđm (kW hay W)

- Điện áp định mức: Uđm(V)

- Dòng điện định mức Iđm(A)

- Tốc độ định mức: nđm(vòng /phút)

- Hiệu suất định mức:

II PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG TRONG MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU:

1 TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU:

Từ trường trong máy điện một chiều chủ yếu là do cực từ và dòng điện phần ứng Iư sinh ra Các từ trường phần cảm và phần ứng tương đối cố định so với nhau, tạo nên mômen ổn định khi vận hành ở trạng thái xác lập Mômen điện từ sinh ra do đó

tỷ lệ với từ thông kích từ và dòng điện kích từ:

M = kΦIưTrong đó:

Φ: là từ thông dưới 1 cực từ

Iư: là dòng điện phần ứng

k: là hệ số tỷ lệ

Khi không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng điện kích từ gây ragọi là từ trường cực từ, phân bố đối xứng ở đường trung tính hình học, cường độ từ cảm B =

0 → thanh dẫn chuyển động qua đó không cảm ứngsức điện động, Iư = 0

Khi máy điện một chiều có tải, mômen điện từ tăng lên làm dòng điện phần ứng cũng tăng lên Từ trường phần ứng do dòng điện phần ứng sinh ra tác dụng ngang trục với từ trường phần cảm, làm từ thông tổng hợp hơi giảm và có trục lệch khỏi trục cừ từ phần cảm Hiện tượng này gọi là phản ứng phần ứng

Hệ quả: khi giữ nguyên vị trí chổi như khi vận hành không tải thì sẽ xuất hiện tia lửa điện vì các thanh dẫn đang đổi chiều sẽ không nằm trongvùng trung tính từ

2.CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN ĐỔI CHIỀU:

2.1 XÊ DỊCH CHỔI THAN KHỎI ĐƯỜNG TRUNG TÍNH HÌNH HỌC:

Để đổi chiều dòng điện thuận tiện, không phát sinh tia lửa điện, cần phải di chuyển vị trí chổi điện đến vùng trung tính từ mới Biện pháp này có rất nhiều hạn chế vì vùng trung tính từ thay đổi theo dòng điện phần ứng, khi máy phát điện vận hành ở chế độ máy phát và động cơ thì chiều di chuyển của chổi phải ngược nhau, cũng như khi đổi chiều quay của máy

2.2 DÙNG CỰC TỪ PHỤ:

Đối với máy điện công suất lớn, có thể sử dụng các cực từ phụ đặt giữa các cực từ chính, kích từ bằng dòng điện phần ứng Iư Như vậy , từ thông do cực từ phụ sinh ra có thể khử được ảnh hưởng của từ trường phần ứng trong các trạng thái tải

và chiều quay khác nhau

2.3 DÙNG DÂY QUẤN BÙ:

Ngoài ra, người ta có thể khắc phục ảnh hưởng của phản ứng phần ứng bằng cách sử dụng dây quấn bù Dây quấn bù được đặt trong các rãnh nằm dưới mặt các cực từ của phần cảm, đấu nối tiếp với dây quấn phần ứng sao cho các dòng điện trong các thanh dẫn bù ngược chiều với dòng điện trong dân quấn phần ứng nắm dưới cùng cực từ Nhờ vậy dây quấn bù sẽ khử được tác dụng của phản ứng phần ứng ở mọi trạng thái tải

III MÁY PHÁT ĐIỆN 1 CHIỀU:

1 PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU THEO PHƯƠNG PHÁP KÍCH TỪ: 1.1.MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:

Dây quấn kích từ được cung cấp từ một nguồn điện độc lập với nguồn điện nối với mạch phần ứng

1.2 MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG:

Dây quấn kích từ được cung cấp từ nguồn điện nối với dây quấn phần ứng

1.3 MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP:

Dây quấn kích từ được nối tiếp với mạch phần ứng và nối vào nguồn điện

1.4 MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU KÍCH TỪ HỖN HỢP:

Dây quấn kích từ gồm hai dây quấn song song và nối tiếp

2 GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG SỨC ĐIỆN ĐỘNG:

2.1 GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG: (Giản đồ phân bố công suất)

a Tổn hao cơ Pth-cơ:

Bao gồm tổn hao ổ bi, tổn hao ma sát chổi than với vành góp, tổn hao do thông gió… Tổn hao này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ quay của máy và làm cho ổ

Tổn hao cơ và sắt sinh ra mômen hãm và mômen này tồn tại khi không tải nên gọi

là mômen không tải

Tổng tổn hao: Pth = Pth_cơ + PFe + PCu + Pkt

Hiệu suất:

Đặc tuyến hiệu suất là quan hệ =f(Iư) và điện áp đầu cực U hằng số

2.2 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG SỨC ĐIỆN ĐỘNG:

Công suất điện đưa ra P2 bé hơn công suất điện từ Pđt một lượng tổn hao trên Rư:

Vậy ta có được phương trình cân bằng sức điện động:

U = Eư – Iư.Rư

3 CÁC ĐƯỜNG ĐẶT TÍNH CỦA MÁY PHÁT 1 CHIỀU :

3.1 MÁY PHÁT ĐIỆN KÍCH TỪ ĐỘC LẬP:

Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng tăng, điện áp U giảm xuống do hai nguyên nhân:

-Dòng điện phần ứng bằng dòng điện tải (Iư = I)

- Phương trình cân bằng điện áp trên mạch phần ứng: U = Eư - Rư.I

- Trên mạch kích từ: Ukt = Ikt - (Rkt+Rđc)

Máy phát kích từ độc lập có ưu điểm về điều chỉnh điện áp, thường gặp trong

hệ thống máy phát – động cơ để truyền động máy cán, máy cắt gọt kim loại Có nhược điểm là cần nguồn kích từ riêng

Trong đó:

Rư: là điện trở dây quấn phần ứng

Rkt: là điện trở dây quấn kích từ

Rđc: điện trở điều chỉnh

3 2 MÁY PHÁT ĐIỆN KÍCH TỪ SONG SONG:

Để tạo thành điện áp cần thực hiện một quá trình tự kt Lúc đầu máy không

có dòng kích từ, từ thông trong máy là do từ dư của cực từ tạo ra (2-3)%Φđm Khi quay phần ứng, trong dây quấn phần ứng có sức điện động cảm ứng do từ dư sinh

ra, sức điện động này qua dây quấn kích từ →Ikt tăng lên, quá trình tiếp tục cho đến khi điện áp ổn định Để máy phát ra điện áp, cần thiết phải có từ dư, nếu không có

từ dư ta phải mồi từ nếuchiều hai tư trường ngược nhau, ta phải đổi cực tính dây quấn kích từ hoặc đổi chiều dây quấn phần ứng

-Mạch phần ứng: U = Eư - Rư.Iư

-Mạch kích từ: U = Ikt.(Rkt+Rđc)

-Phương trình dòng điện: Iư = I+Ikt

-Khi tải tăng → Iư tăng → U giảm →Ikt↓ → Φ↓→Eư↓

3 3 MÁY PHÁT ĐIỆN KÍCH TỪ NỐI TIẾP:

Dòng điện kích từ là dòng điện tải, do đó khi tải thay đổi điện áp thay đổi rất nhiều, trong thực tế không sử dụng máy phát kích từ nối tiếp Đặc tính ngoài

U=f(I), khi tải tăng Iư↑ →Φ↑→ Eư↑ →U↑

Khi nối thuận, từ thông cuộn nối tiếp cùng chiều cuộn song song Khi tải

tăng Φnt↑→Φtổng↑→Eư↑→U không đổi→ ưu điểm của máy phát kích từ hổn hợp

Khi nối ngược Φntvà Φ// ngược nhau, khi tải tăng U giảm nhiềuU=f(I) dốc → dùng làm máy hàn điện một chiều

4 MÁY PHÁT ĐIỆN 1 CHIỀU LÀM VIỆC SONG SONG:

4.1 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC SONG SONG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 1

CHIỀU:

 Điều kiện cùng cực tính, nghĩa là phải nối cực dương của máy phát II vào cực dương của thanh góp và cực âm vào cực âm của thanh góp

 S.đ.đ của máy phát II phải bằng điện áp U của thanh góp

 Nếu những máy làm việc song song thuộc loại máy phát kích từ hỗn hợp thì cần có điều kiện: nối dây cân bằng giữa các điểm m và n như hình

4.2 PHÂN PHỐI VÀ CHUYỂN TẢI GIỮA CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN: (đọc

thêm trong giáo trình, trang 170)

IV ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU:

Máy điện một chiều có thể làm việc theo chế độ máy phát khi E > U và theo chế độ động cơ khi E < U Việc chuyển từ chế động máy phát sang chế động động

cơ xảy ra hoàn toàn tự động không cần thay đổi gì ở mạch nối, cụ thể là khi giảm dòng điện kích thích khiến cho E của máy phát hạ đến mức E < U, dòng điện trong phần ứng sẽ tự động đổi chiều, năng lượng sẽ chuyển theo chiều ngược lại và máy phát nghiễm nhiên trở thành động cơ

Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng (máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện,…)

1 PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU THEO PHƯƠNG PHÁP KÍCH TỪ:

1.1 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập:

1.2 Động cơ điện một chiều kích từ song song:

1.3 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp:

1.4 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp:

2 GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG SỨC ĐIỆN ĐỘNG:

2.1 GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG: (Giản đồ phân bố công suất)

Pin = Ud.Id – Công suất điện nhận từ nguồn

Pư = Ud.Iư – Công suất đưa vào mạch phần ứng

Pđt = E.Iư – Công suất điện từ

Pkt = Ud Ikt – Công suất tổn hao trên mạch kích từ

PCu = Rư – Công suất tổn hao đồng

2.2 VẬN TỐC CỦA ĐỘNG CƠ:

Từ phương trình điện áp của động cơ điện một chiều:

Ud = Rư.Iư + E = Rư.Iư + kΦ Suy ra:

Tốc độ động cơ phụ thuộc vào điện áp nguồn Ud, dòng điện phần ứng Iư, từ thông

và điện trở mạch phần ứng

3 MOMENT CỦA ĐỘNG CƠ:

Như giản đồ phân bố công suất đã thể hiện, công suất điện P1 do động cơ nhận từ nguồn bị tổn hao trên điện trở mạch phần ứng, phần còn lại là công suất điện từ truyền từ khe hở đến rotor Moment điện từ tương ứng là:

M = kΦIư Moment điện từ của động cơ tỉ lệ thuận với từ thông và dòng điện phần ứng

Tổng các tổn hao ở phía roto sẽ làm công suất cơ có ích ở đầu trục nhỏ hơn công suất điện từ, tương ứng với Moment hữu ích của động cơ nhỏ hơn Moment điện từ

Momen tổn hao phía rotor:

Khi đó, Moment hữu ích M2 là:

M2 = M – M0

4 MỞ MÁY ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU:

Yêu cầu:

 Dòng điện mở máy phải được hạn chế đến mức thấp nhất

 Moment mở máy phải đủ lớn

 Thời gian mở máy ngắn

 Thiết bị và phương pháp mở máy phải đơn giản và làm việc chắc chắn

Xuất hiện các vòng lửa trên chổi than có thể làm hỏng cổ góp Trường hợp

mở máy trực tiếp này chỉ dùng cho loại máy có công suất bé (thường động cơ công suất bé khoảng vài trăm watt có Rư tương đối lớn), do đó khi mởmáy Iư <(4 - 6) Iđm

4.2 MỞ MÁY BẰNG BIẾN TRỞ:

Do dòng điện mở máy quá lớn, để tránh nguy hiểm cho động cơ, người ta dùng biến trở mở máy

Imm = (1,4 1,7) Iđm đối với động cơ lớn

Imm = (2 2,5) Iđm đối với động cơ nhỏ

 Điều khiển điện áp đặt vào phần ứng

Điện trở mạch phần ứng của động cơ được thay đổi bằng cách mắc nối tiếp một biến trở vào phần ứng Khi điện trở nối tiếp tăng, điện áp qua phần ứng của động

cơ giảm và tốc độ động cơ giảm Ngược lại, tốc độ động cơ được tăng khi điện trở nối tiếp giảm Phương pháp điều khiển tốc độ này thường được sử dụng cho động

cơ kích từ nối tiếp

 Điều khiển Rư

Tốc độ động cơ có thể được điều khiển bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng

5.2 ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU:

a Động cơ kích từ song song hoặc độc lập:

U =const, It = const, k = const

b Động cơ kích từ nối tiếp:

Đặc tính cho thấy tốc độ quay giảm rất nhanh khi M

Khi không tải (I = 0, M= 0) tốc độ động cơ rất lớn không để ĐC nối tiếp làm việc không tải Thông thường cho phép động cơ làm việc tối thiểu P2=(0,2 - 0,25)Pđm Động cơ kích từ nối tiếp rất ưu việt trong những nơi cần điều kiện mở máy nặng

nề và cấn tốc độ thay đổi trong vùng rộng

c Động cơ kích từ hỗn hợp:

Động cơ kích từ hỗn hợp kết hợp đặc tính vận hành của động cơ kích từ nối tiếp và đặc tính vận hành của động cơ kích từ song song Nó có một tốc độ không tải xác định và có thể được vận hành một cách an toàn ở không tải Khi tải được thên vào, một lượng từ thông được tăng làm cho tốc độ giảm nhiều hơn so với động

cơ kích từ song song Do đó, sự điều chỉnh tốc độ của động cơ kích từ hỗn hợp thì kém hơn động cơ kích từ song song

Momen của động cơ kích từ hỗn hợp lớn hơn momen của động cơ kích từ song song do từ thông của kích từ nối tiếp

Động cơ kích từ hỗn hợp thường được sử dụng ở những nơi cần một tốc độ tương đối ổn định với tải không đều hoặc tải nặng được đặt vào bất thình lình như Như các máy ép, máy cắt, các máy chuyển động qua lại thường được kéo bởi động

cơ kích từ hỗn hợp