Giao trinh chuyen de may dien

- MĐ chiều do phần ứng luôn ở roto nên từ trường phần cảm 1.2 Mô tả quá trình biến đổi năng lượng điện cơ: Quá trình biến đổi năng lượng điện cơ mô tả chi tiết như sau: • Động cơ: Năng l

Phần 1: Biến đổi điện cơ

Trong thế giới quanh ta, hiện tượng biến đổi điện cơ xảy ra ở khắp nơi, có thể từ trong cơ thể nhỏ bé của các vi khuẩn đến các hình tinh vĩ mô cả gần gũi lẫn xa xôi

1.1 Ba định luật biến đổi điện cơ:

a Không có biến đổi điện cơ đạt hiệu suất 100%

Tốn hao nhiệt vì vậy trong khi nghiên cứu, thiết bị biến đổi điện cơ người ta vừa tìm cách giảm các tổn hao đồng thời có các biện pháp thích hợp để dẫn nhiệt làm mát máy

Mô hình chung nhất của thiết bị điện người ta thường dùng mô hình mạng 2/3 cửa để mô tả

Nếu mạng 2 cửa phải mô tả tổng trở nội tại của thiết bị

u,i M,n

Nếu mạng 3 cửa thì cửa 3 là năng lượng nhiệt đặc trưng cho tổn hao.

u,i M,n

Q, t

b Tất cả các thiết bị biến đổi điện cơ đều có tính thuận nghịch:

Nghĩa là một thiết bị đã biến đổi được từ điện đến cơ thì bản thân nó cũng có thể biến đổi được từ cơ sang điện

Mặc dù một thiết bị có tính thuận nghịch nhưng do tính kinh tế- kỹ thuật; Các thiệt bị được chế tạo dùng riêng theo một chiều nào đó và chú ý rằng ở các thiết bị này chỉ thuận nghịch điên – cơ mà không liênquan đến NL nhiệt

- Với MĐKĐB thì roto trượt với tốc độ từ trường

trường

tổn hao

Tổn hao

==>nhiệt

TH đồng

Nhưng tốc độ từ trường roto lại quay với tốc độ của từ trường stato tương ứng tốc độ trượt này, vì vậy nó quay đồng bộ nhau

- MĐ chiều do phần ứng luôn ở roto nên từ trường phần cảm

1.2 Mô tả quá trình biến đổi năng lượng điện cơ:

Quá trình biến đổi năng lượng điện cơ mô tả chi tiết như sau:

• Động cơ:

Năng lượng điện đầu vào sẽ cân bằng với năng lượng cơ ở đầu ra +

tăng năng lượng từ trường và các loại tổn hao

= + +

= + +

Thông thường các bt nc để tiện lợi người ta chuyển TH đồng thành

TH trên đường dây, hay nói cách khác điện năng ở đầu vào thường

được tính = CS điện - tổn hao đồng

Điện năng = Điện - tổn hao đồng

Vì vậy ta có Pt: Điện năng đầu vào cân bằng với công suất cơ và độ thay đổi của NL từ trường

dwe = dwcơ + dwttTrong đó : dwtt có khi tính điện và có khi bỏ qua tổn hao trong lõi

u: Điện áp cảm ứng (đã kéo điện trở ra ngoài)

-Giả sử tại vị trí xác định nào đó khi lực điện từ cân bằng với lực lò xo; quan

hệ Ψ(i) của hệΨtương đương đường cung từ hoá

Thay đổi dòng điện để khi hở không thay đổi ; ta có đường đặc tính quan hệ

Ψ(i) như đường cong số 2 => mỗi vị trí cố định (cân bằng) thì:

4 Đối năng lượng:

Ta đã biết trên toạ độ đề các biểu diễn đường cong từ hoá thí nghiệm tích giới hạn bởi đường cong và trục sim đặc trưng cho NL tích luỹ trong từ trường

Dòng 1 chiều => g biến đổi i không biến đổi

Giả sử phần động di chuyển dx tương ứng ở vị trí đầu ứng với x1

- Nếu di chuyển nhanh:

Biến đổi năng lượng từ trường là phần gạch chéo Nói cách khác: Nếu biến đổi năng lượng từ trường cân bằng với biến đối NL cơ

Dw = F.dx

=>Muốn tính dw có thể dùng tới đối năng lượng

Trong thực tế khi phần ứng chuyển động, quan hệ Ψ, i gần đúng, khi điểm làm việc biến đổi từ A -> B

Dwe – dwtt = dwcơ

dwe = i.dΨ

(về nhà chứng minh)

1 ,

θ = ωct -δ

Mdt = - L sin 2(ω −t δ)

2

2

( 2 sin

2

1

Nhận xét : Mdt = f(t)

Biến đổi theo quy luật hình sin

Trong những trường hợp chung, momen điện từ có giá trị TB = 0

Khi ωc = ωs

2 sin 4

2

2L I

s = +

ψ

i L i

ss r

s

i

i L L

Lsr L

ψ ψ

s di i tt

r r

ψ

r r s

2

1 2

1

r rs r

s rs s

dL i d

dL i i d

dL

i

s ss

+ +

dL i dt

di L dt

d d

dL i dt

di

r

r sr

ss s

dL i dt

di L dt

d d

dL i dt

sr s

r sr

d dt

dL i dt

di i dt

di Li

s s

s s s

s

Sau khi biến đổi ta cũng nhận được biểu thức năng lượng từ trường có dạng

Trong đó : it là ma trận chuyển vị của i

Trường hợp khe hở đều – máy cực ẩn

Momen điện từ -> công thức 2.117

M = −I s I r M{ [ (ωco + ωs + ωr )t+ α + δ ] }

4

.

Trang 51 (sgk)

Nhìn chung biểu thức này là tổng của các hàm điều hoà :

Mtb = 0 ; Trừ các trường hợp riêng sau :

ωcơ = ± (cos(±ωr))

Tự đánh giá xem 4 TH trên : ứng với TH nào của máy điện đã nghiên cứu

• Ứng dụng cho điên một pha

Thì giá trị của momen trung bình:

( )

[sin 2 ω δ sin δ]4

.

+ +

−

dt

M I I M

4

.

M I I

Một moden quay khi làm việc với tốc độ ωthì quan hệ giữa momen và M và

60

π = 9,55.

( ) (vong phut)

/

ω

Đối với chuyển động quay còn có momen quán tính:

J = m.r2 [kg m2]

m : khối lượng của chuyển động

r : bán kính quán tính, thường được tra trong bảng số kỹ thuật, thuộc kích thước và hình dáng của chuyển động quay

Trường hợp đặc biệt vật chuyển động là tròn xoay và đồng đều thì r được tính theo đường kính quay (d)

55 , 9

.

Trong nhiều trường hợp ta có khái niệm: hằng số quán tính là tỷ số giữa động năng lúc roto ở tốc độ định mức ωdm chia cho công suất biểu kiến định mức

Trong một số thiết bị MF và Đ có cơ số khác nhau, có các hằng số quán tính khác nhau như cho trong tài liệu

Phần 2: Máy điện tổng quát

Khái niệm chung:

Việc nghiên cứu máy điện tổng quát nhằm xây dựng được các mô hình toán tổng quát cho các loại moden khác nhau và ở các chế độ h khác nhau.

Có rất nhiều cách đi đến dạng tổng quát, nhưng để đơn giản khi xét đến các máy điện quay, người ta thường mô tả chúng dưới dạng mặt cắt dọc ngang

Ban đầu thường giả thiết phần cực lồi đặt ở phía stato Mặt khác các qt điện

từ nói chung ở MĐ đx được lặp lại ở các đối cực từ khác nhau Vì vậy khi nghiên cứu máy điện người ta chỉ nghiên cứu ở một đôi cực từ

Các dq ở cả hai phía thường được đặt ở các rãnh lõi thép hoặc tập trung ở cực từ và được phân chia thành 3 loại sau:

a) Dq tập trung, quận dây, bối dây

b) Dây quấn nhiều pha

c) Dây quấn được nối với nhau qua các phiến góp

Thí dụ: Khi xem xet dây quấn lồng sóc, có nhiều trường hợp coi là dây quấn nhiều pha, cũng có nhiều trường hợp coi là dây quấn tập trung

Khi nghiên cứu quá trình biến đổi điện cơ và thành lập mô hình toán học chomáy điện, người ta quan tâm nhất đến vùng khe hở không khí stato và roto.2.2 Mô tả chung moden quay:

Môden một chiều có dây quấn phần cảm đặt ở stato

Ứng dụng chỉ xuất hiện khi chổi than không nằm ở trung tính hình học.Mô

tả trên chỉ khác với thực tế là: giữa dây quấn ngang trục phần ứng và dọc trục phẩn cảm ở mô tả không có hỗ cảm; chúng không có hỗ cảm với nhau, nhưng chúng lại có hỗ cảm quay với nhau.Vì vậy ở các moden quay thường

có kn về sdd BA và ………

Máy điện xoay chiều – máy điện đồng bộ thì các day quấn thường được mô

tả bằng dây quấn dọc trục và ngang trục ở phần tĩnh còn ở phần quay ban đầu thường được mô tả bằng dây quấn 3 pha

2.3 Xét trường hợp các dây quấn của máy biến áp:

Mặc dù Máy biến áp không có phần chuyển động và biến đổi năng lượng không giống với Máy điện quay nhưng các pt cân bằng điện ở Máy biến áp có thể dùng để nghiên cứu cho Máy điện quay

Xét trường hợp: 2 dây quấn có hỗ cảm nhau (A và B)

A B

ua

2.4 Sức điện động biến áp và sức điện động quay:

Ta đã biết theo luật cảm ứng điện từ thì sức điện động cảm ứng xuất hiện trong vật dẫn khi xảy ra một trong 2 điều kiện sau:

- Khi có từ thông móc vòng biến thiên

- Sức điện động biến áp sẽ xuất hiện ở các dây cuốn cùng trục

- Sđđ quay chỉ cảm ứng giữa dq phần ứng của một trục với dq trục khác

Bài Tập 1

Tính thời gian kđộng ĐKĐB

Biết MJ = (740 – 2n) ; n là vòng/phút

J = 100 kg/m2

55 , 9

.

n J

2 740 55 , 9

1 Henry, Is = 0,75Ir Hỏi đó là trường hợp nào

2.5 Một số phương pháp phân tích Máy điện:

TS dòng áp thường không đột biến được, phải cần khoảng (t) nhất định

để chuyển từ chế độ xác lập cũ sang xác lập mới

Ở chế độ quá độ thì biến đổi dòng áp không còn giống nguồn với MĐTQ, người ta tìm cách để xây dựng hệ phương trình liên thông thoả mãn cả quá trình xác lập và quá trình quá độ

b) Điện áp trên điện trở

Sau khi đã tìm được momen, tốc độ, dòng điện, điện áp thì ta tìm được c.s

cơ, NL cơ, CS điện, NL điện và cũng suy ra CS dự trữ khác

• Các dạng bài toán và phương pháp giải:

- Như đã biết muốn giải 1 bài toán MĐ, thực chất là phải tìm được các đại lượng về momen, tốc độ, dòng điện và điện áp.Thông thường dòng và áp có quan hệ riêng với nhau, nghĩa là biết đại lượng này ⇒ đại lượng khác cho

nên nếu có n dây quấn thì bài toán chỉ cần tìm n ẩn (hoặc i ; hoặc u)

tốc độ n: (M hoặc đã biết, hoặc ∈n)

⇒ (n +1) ẩn số : n pt theo k2

1 pt cân bằng momenBảng 5.1 Phân loại các bài toán Máy điện thường gặp (75)

Với n chưa biết: Dạng bài toán phức tạp khi giải thường tính đến khả năng dao động ổn định hay không Hệ pt là vi phân phi tuyến phải giải bằng phương pháp gần đúng, nhưng là hàm của (t)

Tốc độ biến đổi hay gặp nhất là biến động nhỏ và dao động nhỏ

2.6 Mô hình tổng quát của MĐ 1 chiều

Thông thường 1 Máy điện 1 chiều tối đa được mô tả bằng các dây quấn như trên hình vẽ

→ song song

dây quấn phần ứng Wưd

- Ngang trục cũng gồm: Dây quấn kích từ → Wg

Dây quấn cực phụ → WcpDây quấn bù →Wb

Dây quấn phần ứng ngang trục Wưq

- Máy cs nhỏ : không làm Wcp ; Wb →chỉ cần dịch chổi than khỏi trung tính hình học →để khử phản ứng phụ

- M cs lớn : Wcp để cải thiện đổi chiều

Wb để bù hình sin

Vì vậy, khi viết các pt cb điện áp cho Máy điện, người ta thấy ở dây quấn kích từ sẽ có các thành phần điện áp là tự cảm và hỗ cảm biến áp; R; nguồn.

Tượng tự với dây quấn bù và dây quấn cực phụ

Dây quấn phần ứng gồm dq dọc trục và ngang trục, ngoài ra trên các thành phần còn có thêm thành phần STđ quay

Viết phương trình cho TH : 2 dây quấn phần tĩnh đặt vuông góc nhau là f và

g g qg

qg q

q d

df

qg q

d d dp

df fp

f

g q d

i i i i

p L r p M

p M p L r v L v

M

v M v

L p L r p M

p M L

0 0

.

.

.

.

0 0

)

(

d df f f f

f r L p i M p i

g qg q q f df d f d

d r L p i M p i L v i M v i

g qg d q f df q f d

q r L p i M v i L v i M v i

q df g g f

Do những nhận xét ở trên mà ta có đồ thị vectơ biểu diễn sức từ động hoặc

từ thông của Máy điện đồng bộ:

E0 Eư

IX Eδ

2.8 Máy điện đồng bộ cực lồi:

Do đặc điểm từ thông ngang trục và dọc trục tỷ lệ với các s.t đ tương ứng theo các hsố khác nhau Vì vậy người ta thường phân stđ phần ứng thành 2tp: dọc trục và ngang trục; tương tự ta có:

Fđ

Iq θ I

Id

2.9 Biến đổi hệ thống 3 pha →2 pha:

Trên cơ sở toán học, người ta có thể biến hệ thống m pha bất kỳ thành

hệ thống trên 2 toạ độ vuông góc cũng gọi là hệ thống 2 pha

Khi biến đổi hệ thống dòng điện (stđ, từ thông 3 pha thành hệ thống 2 pha trên trụ), dây quấn thường biến đổi dựa vào các giả thiết:

- Bảo toàn công suất

- Ở nhiệt độ bất kỳ thì góc lệch của trục d so với trục của pha A được gọi là góc θ Dựa vào 2 giả thiết trên ta thấy để bảo toàn

cs thì thành phần stđ tổng của 2 pha sẽ khác stđ của 3 pha 1 hệ

Giống như thành phần thứ tự 0 của phương pháp đối xứng, nếu dòng điện là đối xứng thì dòng thứ tự o Ξ 0

Trong nhiều trường hợp người ta thường chọn góc θ = 0 Khi đó ta có

phương trình biểu diễn biến đổi các đại lượng ở 3 pha sang ht các đại lượng

a q

d

u u u u

u

u

2

1 2

1 2

3 2

3 0

2

1 2

1 1

a q

d

i i i i

i

i

2

1 2

1 2

3 2

3 0

2

1 2

1 1

3 2

1

1 2

3 2

1

1 0 1

u uq u uc

3 2

1

1 2

3 2

1

1 0 1

i iq i ic

ib

2.9 Phân tích mô hình tổng quát ở Máy điện không đồng bộ

Khi nghiên cứu máy điện không đồng bộ, nếu điện áp sơ cấp đưa vào roto u1 →roto thì trạng thái của máy cũng gần giống Máy điện đồng bộ Vì vậy có thể biến đổi các dây quấn sang toạ độ vuông góc giống như Máy điệnđồng bộ để nghiên cứu

Trường hợp tổng quát, người ta có thể sử dụng 2 toạ độ vuông góc bấtkỳ

Giả sử có Máy điện không đồng bộ đã được quy đổi về dạng Máy điện 2 pha có toạ độ vuông góc

r b

r a

r b

Ψ , Ψroto không chuyển động tương đối nhau, người ta thường quan niệm

từ thông móc vòng với các cuộn dây cùng biến đổi theo hình sin thường biểudiễn bằng vectơ phức

s b

s b

R

U

s s

s

M

M

th th

s s

s s

s M

giả thiết Mc = ??? Mdm

Mạch hệ Kirf 1 và 2 nên

Dòng nhánh : số ẩn bằng số nhánh Dòng vòng : số ẩn bằng số vòng độc lập Thế đỉnh : số ẩn bằng số đỉnh -1

Hướng dẫn ôn tập

Phần 1 : biến đổi điện cơ

Phần 2 : Máy điện tổng quát

2.10 Khái quát về Máy điện xoay chiều

1 Các Máy điện xoay chiều, biến đổi toạ độ (dây quấn, dòng, áp, thông số)

Dựa vào mục dây quấn nào đó

Dựa vào mục kích từ hoặc tương đương dây quấn

2 Sau biến đổi dây quấn nằm trên mục vuông góc dây quấn phần tĩnh vàphần động

Dây quấn phần tĩnh và phần động thường nằm trên 2 trục vuông góc

Hỗ cảm quay chỉ có ở dây quấn cđ tương đối với từ trường

4 Biến đổi biến dòng và áp:

Thông tin từ trường biến dạng và áp 3 pha hệ toạ độ d; q thì dòng điện

và điện áp bao gồm id; iq; io; ud; uq; uo Trong đó chỉ có tp dọc và

ngang trục tham gia biến đổi năng lượng, còn io, uo không tham gia biến đổi năng lượng từ trường khe hở thứ tự 0 = 0.

Nếu i0 , u0 nằm cả trên trục d,q -> từ trường đập mạch : từ trường không bị triệt tiêu -> i0 , u0 không quay về 2 trục dọc va ngang

a q

d

i i i i

i

i

2

1 2

1 2

4 sin(

3 2 sin(

sin

3 4 cos(

) 3

2 cos(

θ θ

π θ

π θ θ

a q

d

u u u u

u

u

2

1 2

1 2

4 sin(

3 2 sin(

sin

3 4 cos(

) 3

2 cos(

θ θ

π θ

π θ θ

Dùng các phép biến đổi ngược ta có

a q

d

i i i i

i

i

1 ) 3 4 sin(

) 3 4 cos(

1 ) 3 2 sin(

) 3 2 cos(

1 sin

cos 3

2

π θ π

θ

θ θ

a q

d

u u u u

u

u

1 ) 3 4 sin(

) 3 4 cos(

1 ) 3 2 sin(

) 3 2 cos(

1 sin

cos 3

2

π θ π

θ

θ θ

Sau khi phân tích như trên thì ta xây dựng được các phườg trình trên toạ độ giả tưởng

Cho biết : Mỗi dây quấn có : r , l , Lmd , Lmq

Viết hệ phương trình cho 4 dq trên

Viết hệ phương trình cho

Q

1.Thiết kế chiếu sáng cho giảng đường D9- 306

Kích thước 9x13x4 m3

2 Thiết kế chiếu sáng đường cấp C l = 21m lớp phủ mặt đường TB 2 vỉa hè rộng 3m / bên , là đường 2 chiều trong nội thành đã qua sử dụng Bài làm

(9x13x4)m Dầm 75 cm

Trần Tường

75 , 0

+

= +

4 )

* * * *

1

(

max max

x

b

n n

x

m m

2 55

,

1

13

55 , 1 25

k

E b

a . / δ

= Φ

+ Do điều kiện lớp học ta chon hệ số bù quang thông δ = 1,2với cấp đèn 0,42G 10,07 T

 ηd = 0,42 Hiệu suất trực tiếp

 ηi = 0,07 Hiệu suất gián tiếp

Hệ số địa điểm

216 , 2 ) 9 13 ( 2

9 13 )

+

= +

=

A b a h

ab K

Ksd hệ số sử dụng của bộ đèn

i i d d

6216

,

0

) 0 , 2 216 , 2 (

0 , 2 5

,

2

6 , 0 65

2 , 1 400 9 13

• Tính hệ số bộ đèn

3350 2

38 ,

) ( 3 , 2

) ( 3 , 2 3

05 , 1 2 9

m q

m n

m n

Nhận xét :

Với N = 16 bộ > Nmin = 12 bộ

Vậy thiết kế sơ bộ đạt yêu cầu

• kiểm tra Eyc

Ta có : Eyc = 400lx

) ( 107250 3350

2 16

) ( 38 , 110922

= Φ

) ( 6 , 386 400 38 , 110922 107200

.

2

1 2

1

lm E

E E

E E

yc

yc yc

3 , 2 3 , 3 2 ) (

.

=

= +

=

n m h

n m

- chỉ số gần

) 9 13 ( 4 , 2

05 , 1 9 55 , 1 13 ) (

+

=

b a h

q b p a

K p

) ( 4956 , 0

4956 , 0 13 , 1

56 , 0

km K

F N

1000

.

δ η

(*)

0 , 2 16 ,

2

K

K K

1 13

, 1

m

m m

K

K K

, 0

423 0

7434 , 0 4956

, 0

; 5 , 1

) 4 ( 593 5

, 0

471 0

4956 , 0

4956 , 0

; 1 13

,

1

'' ''

'' ''

u p

u p

m p

m

u p

u p

m p

m

m

F K

F K

K K

K

F K

F K

K K

, 0

489 0

7434 , 0 4956

, 0

; 5 , 1

) 3 ( 653 5

, 0

537 0

4956 , 0

4956 , 0

; 1 13

,

1

'' ''

'' ''

u p

u p

m p

m

u p

u p

m p

m

m

F K

F K

K K

K

F K

F K

K K

K

K

Nội suy theo (1) và (2)

592 ) 0 4956 , 0 ( 0 5 , 0

471 593 471 :

−

− +

=

=

3 , 613 ) 0 7434 , 0 ( 0 75 , 0

423 615 423 :

592 2 , 613 592 :

652 ) 0 4956 , 0 ( 0 5 , 0

537 653 537 :

−

− +

=

=

425 , 666 ) 0 7434 , 0 ( 0 75 , 0

489 668 489 :

652 425 , 666 652 :

13 ,

512 , 597 75 , 655 512 , 597 :

216 ,

-0,044

-1.321

1200,46

1,177

-1409,48

444,91

0,777

387,78

634,82

1477,76

1,448

-1735,07

547,688

0,957

477,35

781,47