Bài giảng Máy điện Một chiều

Nguy ễ n Quang Nam 2011 – 2012, HK2 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn 2 Ph ầ n 1 Máy điện DC là máy điện có dòng điện phần ứng luôn luôn được đổi chiều thích

Ph ầ n 1

Máy đ i ệ n M ộ t chi ề u

TS Nguy ễ n Quang Nam

2011 – 2012, HK2

http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php

nqnam@hcmut.edu.vn

2

Ph ầ n 1

Máy điện DC là máy điện có dòng điện phần ứng luôn luôn được đổi chiều thích hợp bằng bộ đổi chiều cơ khí, do đó từ trường của phần ứng

cũng như của phần cảm luôn có trục cố định

Máy đ i ệ n m ộ t chi ề u – T ổ ng quan

Phân bốtừ thông do dây quấn kích từ

tạo ra đối xứng quanh trục cực từ, do đó

trục này được gọi là trục kích từ hay trục

dọc Các chổi than nằm ởví trịthuận lợi

cho sự đổi chiều, trên trục ngang

Độ lớn mômen

Stato có

c ự c t ừ

Ch ổ i

Rôto Kích t ừ

1 2

2 p dFa

Ph ầ n ứ ng

Kích t ừ

Ph ầ n 1

Hình chụp cấu tạo của máy DC

C ổ góp

C ự c t ừ

Dây qu ấ n rôto

Qu ạ t

Ổ đỡ

Ch ổ i

Vòng đệ m Cách đ i ệ n

Phi ế n

đồ ng

Đầ u n ố i

Máy đ i ệ n m ộ t chi ề u – T ổ ng quan (tt)

Ph ầ n 1

Dây qu ấ n x ế p đơ n

6

Ph ầ n 1

Máy đ i ệ n m ộ t chi ề u – T ổ ng quan (tt)

Dây qu ấ n sóng đơ n

Ph ầ n 1

Tính Fa1 theo dòng phần ứng ia, độ lớn của mômen

Khi dùng dây quấn phân bố, mỗi cuộn dây tạo ra một điện áp hình sin

và đổi chiều ở vùng trung tính Tại các chổi, điện áp phát ra là tổng vectơ

của các điện áp trong mỗi cuộn dây nối tiếp của một nhánh song song

Với số phiến góp đủ lớn, điện áp trung bình của cuộn dây

Điện áp giữa các chổi

a d a a

d a

a

pZ i

pa

Z p

π π

π

4

8

2

m d

c coil

pN

π Φ

= 2

m d a m

d m

d

c coil

a

pZ a

C pN e

a

C

π

ω

=

(N.m)

(V)

Kiểm tra lại công suất trung bình

Máy đ i ệ n m ộ t chi ề u – T ổ ng quan (tt)

Ngh ĩ a là công su ấ t đ i ệ n t ứ c th ờ i tính theo đ i ệ n áp t ố c độ b ằ ng công su ấ t c ơ

t ứ c th ờ i tính theo mômen đ i ệ n t ừ Chi ề u c ủ a dòng công su ấ t đượ c xác đị nh t ừ

ch ế độ làm vi ệ c c ủ a máy: độ ng c ơ hay máy phát.

(W)

m a

m d a

a

pZ i

=

T ừ thông khe h ở d ọ c tr ụ c do st đ (mmf) t ổ ng c ủ a

dây qu ấ n kích t ừ t ạ o ra Đặ c tính t ừ thông -mmf

đượ c g ọ i là đườ ng cong t ừ hóa Tuy nhiên, d ạ ng

thu ậ n ti ệ n h ơ n là s ứ c đ i ệ n độ ng-mmf ở t ố c độ

không đổ i S ứ c đ i ệ n độ ng t ạ i t ố c độ b ấ t k ỳ

Đặ c tính khe h ở

T ố c độ = ωm0

ΣΣΣΣN f i f

e a0

0

a

m

e

ω ω

=

Ph ầ n 1

Ưu điể m chính c ủ a máy DC là các đặ c tính v ậ n

hành có th ể thay đổ i r ộ ng nh ờ vi ệ c ch ọ n ph ươ ng

pháp kích t ừ thích h ợ p Dây qu ấ n kích t ừ có th ể

đượ c c ấ p ngu ồ n ngoài, hay do máy t ự c ấ p ngu ồ n

(t ự kích) Các s ơ đồ n ố i dây đượ c th ể hi ệ n nh ư

hình bên.

Máy kích t ừ độ c l ậ p có dòng kích t ừ ch ỉ chi ế m m ộ t ph ầ n nh ỏ so v ớ i dòng đị nh

m ứ c (1 – 3 %) Do đ ó, máy có th ể đượ c coi nh ư m ộ t b ộ khu ế ch đạ i công su ấ t l ớ n Trong các h ệ th ố ng đ i ề u khi ể n có h ồ i ti ế p c ầ n đ i ề u ch ỉ nh đ i ệ n áp ph ầ n ứ ng trong

ph ạ m vi r ộ ng, máy phát kích t ừ độ c l ậ p có th ể đượ c s ử d ụ ng.

Dây qu ấ n kích t ừ c ủ a máy phát t ự kích có th ể n ố i theo 1 trong 3 cách: n ố i ti ế p, song song, và h ỗ n h ợ p C ầ n có t ừ dư để máy có th ể kh ở i độ ng quá trình t ự kích.

10

Ph ầ n 1

Đặ c tính V-A xác l ậ p đượ c th ể

hi ệ n trong hình bên, v ớ i t ố c độ

c ủ a độ ng c ơ s ơ c ấ p là h ằ ng s ố

Quan h ệ gi ữ a s ứ c đ i ệ n độ ng

xác l ậ p Eavà điệ n áp đầ u c ự c Ut

nh ư sau

Ia là dòng ph ầ n ứ ng, Ralà điệ n

tr ở m ạ ch ph ầ n ứ ng

Máy đ i ệ n m ộ t chi ề u – T ổ ng quan (tt)

Song song

Độ c l ậ p

H ỗ n h ợ p

N ố i ti ế p

Đ i ệ n áp (% so v ớ i đị nh m ứ c)

Dòng đ i ệ n t ả i (% so v ớ i đị nh m ứ c)

a a a

Trong máy phát, E a > U t và mômen điệ n t ừ là mômen c ả n ng ượ c chi ề u quay.

Ph ầ n 1

Điện áp của máy phát kích từ song song hơi giảm theo tải, nhưng

không theo cách thức thích hợp cho nhiều mục đích Từthông khe hởvà

điện áp của máy phát kích từnối tiếp thay đổi rộng theo tải, do đó không được sửdụng rộng rãi

Các máy phát kích từhỗn hợp thường được nối theo kiểu hỗn hợp

cộng để tạo ra điện áp gần như không đổi hay hơi tăng khi tải tăng

Dây quấn kích từ song song thường gồm nhiều vòng dây nhỏ, dây

quấn kích từ nối tiếp thường có ít vòng dây lớn Điện áp của cảmáy kích

từsong song lẫn hỗn hợp có thể được điều chỉnh giữa những giới hạn

hợp lý bằng biến trở trên dây quấn kích từ song song

Mọi phương pháp kích từdùng cho máy phát đều có thểáp dụng cho

động cơ Giữa sức điện động và điện áp đầu cực có quan hệ

Máy đ i ệ n m ộ t chi ề u – T ổ ng quan (tt)

a a a

Trong động cơ kích từ song song và độc lập, từ thông kích từgần như là

hằng số Do đó tốc độ sẽ hơi giảm khi tăng tải Thực tế, động cơ kích từ song song có độ sụt tốc khoảng 5% từ không tải đến đầy tải Mômen khởi động và

cực đại bị giới hạn bởi khả năng đổi chiều thành công dòng phần ứng

Một thuận lợi quan trọng của động cơ kích từ song song là sự dễdàng trong điều khiển tốc độ Dòng kích từ và từthông có thể được thay đổi trong

một dải rộng nhờ biến trở ở mạch kích từ, dẫn đến tốc độ thay đổi tương ứng,

để duy trì sức điện động xấp xỉ điện áp đặt vào động cơ

Ph ầ n 1

Độ ng c ơ kích t ừ n ố i ti ế p có đặ c tính c ơ d ố c xu ố ng đ áng k ể V ớ i

c ủ a độ ng c ơ kích t ừ n ố i ti ế p.

14

Ph ầ n 1

Tính toán theo hình 7.17, sóng st đ ph ầ n ứ ng có th ể x ấ p x ỉ

b ằ ng m ộ t tam giác V ớ i máy có ch ổ i n ằ m ở v ị trí trung tính, sóng s ứ c t ừ độ ng và phân b ố t ừ c ả m khe h ở đượ c th ể hi ệ n trong hình 7.18.

Tr ụ c s ứ c t ừ độ ng ph ầ n ứ ng n ằ m l ệ ch 90 ° so v ớ i tr ụ c t ừ

tr ườ ng chính, do đ ó t ạ o ra t ừ thông đổ i chi ề u gi ữ a các m ặ t

c ự c => ph ả n ứ ng ph ầ n ứ ng ngang tr ụ c Điề u này làm gi ả m

t ừ thông t ổ ng d ướ i m ộ t n ử a m ặ t c ự c, và tăng từ thông t ổ ng

d ướ i n ử a m ặ t c ự c còn l ạ i (hình 7.20).

S ứ c t ừ độ ng ph ả n ứ ng ph ầ n ứ ng

Ph ầ n 1

S ứ c t ừ độ ng ph ả n ứ ng ph ầ n ứ ng (tt)

Ph ầ n 1

Khi các dây quấn phần ứng và kích từ đều được kích thích, phân bố

từcảm trong khe hởlà xếp chồng của các từcảm thành phần Do bão hòa từ, từ cảm tổng không phải là tổng đại sốcủa các từcảm thành

phần, mà sẽcó giá trị nhỏ hơn Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng

khử từ của phản ứng phần ứng ngang trục

Phản ứng phần ứng ngang trục còn hạn chếkhả năng đổi chiều và làm giảm khả năng quá tải ngắn hạn của máy DC Động cơ với kích từ ít thay đổi chịu ảnh hưởng mạnh nhất

Có thểthiết kếmáy để giới hạn ảnh hưởng của phản ứng phần ứng ngang trục, sửdụng các biện pháp: tăng mức bão hòa tại răng phần ứng

và mặt cực, tạo khe hở không đều dưới mặt cực, hay dùng dây quấn bù