tóm tắt lí thuyết máy điện

+ Cực từ chính: Đây là bộ phận sinh ra từ trường chính trong máy, nó bao gồm: Lõi cực từ, dây quấn cực từ chính dây quấn kích từ + Cực từ phụ: Dùng để cải thiện đổi chiều, lõi cực từ có

PHẦN 5 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Chương I: Đại cương về máy điện một chiều

1 Cấu tạo máy điện một chiều

*) Stator (phần tĩnh): Gồm cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, hệ thống chổi than

+) Cực từ chính: Đây là bộ phận sinh ra từ trường chính trong máy, nó bao gồm: Lõi cực từ, dây quấn cực từ chính (dây quấn kích từ)

+) Cực từ phụ: Dùng để cải thiện đổi chiều, lõi cực từ có thể làm bằng thép khối, dây quấn được mắc nối tiếp với dây quấn phần ứng qua chổi than

+) Gông từ (vỏ máy) và các bộ phận khác: Nắp máy, cơ cấu chổi than (hộp và chổi than)

*) Rotor (phần quay)

+) Lõi thép phần ứng: được ghép từ thép lá KTĐ

+) Dây quấn phần ứng: Đây là bộ phận trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng +) Cổ góp: Dùng để đảo chiều dòng điện, bộ chỉnh lưu cơ khí

+) Các bộ phận khác: Trục, quạt gió

2 Các thông số định mức

Đối với MĐMC có các thông số định mức sau: Công suất định mức: Pđm (kW); Điện áp định mức: Uđm (V); Dòng điện định mức: Iđm (A); Tốc độ định mức: nđm (vòng/ph); Các thông số khác: Kiểu máy, dòng điện kích thích

3 Nguyên lý làm việc của máy điện 1 chiều

Cho dòng kích từ vào dây quấn cực từ chính, dòng điện này sinh ra từ trường chính trong máy

+) Chế độ máy phát điện: Dùng cơ năng kéo rotor quay với tốc độ n, khi đó dây quấn phần ứng chuyển động (quét) ngang qua từ trường và gây cảm ứng các SĐĐ, thông qua hệ thống chổi than và vành góp các SĐĐ này được chỉnh lưu thành một chiều và cung cấp nguồn cho tải

+) Chế độ động cơ: Đưa nguồn 1 chiều vào hệ thống chổi than của máy, trong cuộn dây phần ứng xuất hiện dòng điện phần ứng Iư, khi đó dây quấn phần ứng mang dòng điện đặt trong từ trường nên chịu tác dụng của lực điện từ, tạo nên mômen kéo rotor quay với tốc độ

n

Chương II: Các quan hệ điện từ trong máy điện một chiều

1 Sức điện động cảm ứng trong dây quấn

Eư =

a 2

N

a 60

pN

 Hay Eư = Ce..n (V)

Trong đó: Ce =

a 60

pN là hệ số phụ thuộc kết cấu máy và dây quấn

2 Mô men và công suất điện từ

M =

l





a

2

I­

.l.N



 2

p 2 =

 a 2

pN .Iư = CM..Iư (Nm)

Trong đó CM =

 a 2

pN là hệ số phụ thuộc kết cấu máy;  là từ thông dưới mỗi cực từ (Wb)

Nếu tính bằng kg.m thì: M =

81 9

1

.CM..Iư (kg.m)

3 Công suất điện từ

Công suất ứng với mômen điện từ (lấy vào với máy phát và đưa ra với động cơ) gọi là công suất điện từ: Pđt = M. với  =

60

n 2

là tốc độ góc phần ứng

 Pđt =

 a 2

pN..Iư

60

n 2 =

a 60

pN n..Iư = Eư.Iư

4 Cân bằng năng lượng - tổn hao - hiệu suất

a) Các dạng tổ hao trong máy

+) Tổn hao cơ (pcơ): Bao gồm tổn hao ở ổ bi, tổn hao ma sát chổi than với vành góp

+) Tổn hao sắt (pFe): Tổn hao do từ trễ, dòng xoáy trong lõi thép gây nên Tổn hao này phụ thuộc vào vật liệu, chiều dày, trọng lượng lõi thép, từ cảm B và tần số f

Hai loại tổn hao trên tồn tại ngay cả khi không tải nên gọi là tổn hao không tải:

P0 = pcơ + pfe

+) Tổn hao đồng (pcu) : Gồm 2 phần: Tổn hao đồng trong mạch kích thích và tổn hao đồng trong mạch phần ứng:

- Tổn hao đồng trên mạch phần ứng:

pcu.ư = Iư2Rư Với: Rư = rư + rf + rtx rư : điện trở dây quấn phần ứng

rf : điện trở phụ

rtx: điện trở tiếp xúc chổi than

- Tổn hao đồng trên mạch kích thích:

(Bao gồm tổn hao đồng của dây quấn kích thích và của điện trở điều chỉnh trong

+) Tổn hao phụ (pf): Tổn hao phụ thường khó tính Ta lấy pf = 1%Pđm

5 Giản đồ năng lượng và hiệu suất:

*) Máy phát điện

- Giản đồ năng lượng của máy phát điện:

- Công suất cơ đưa vào P1=M.

- Công suất điện từ: Pđt = P1 - (pcơ + pFe) = P1 - P0= Eư Iư

- Công suất đưa ra (điện) là P2: P2 = Pđt - pcu = Eư Iư - Iư2Rư = U.Iư

*) Động cơ điện

- Giản đồ năng lượng:

- Ta có công suất điện mà động cơ nhận từ lưới: P1 = U.I = U.(Iư + Ikt )

Với: I = Iư + Ikt là dòng nhận từ lưới vào

U là điện áp ở đầu cực máy

- Công suất điện từ: Pđt = P1 - (pcu.ư + pcu.kt)

Pđt = U.(Iư + Ikt) - (Iư

2

.rư + U.Ikt) = U.Iư - Iư

2

rư = EưIư

- Công suất cơ đưa ra đầu trục: P2 = M. = Pđt - (pcơ +pFe)

*) Hiệu suất:

1 1

cu Fe co 1

1

2

P

p 1 P

p p p P P

















P2

Pđt

P1

pFe

pcu

pcơ

P2

Pđt

P1

pFe

pcơ

pcu.ư+ pcu.kt

Chương III: Từ trường trong máy điện một chiều

1 Khái niệm chung

Từ trường trong MĐ MC bao gồm: Từ trường cực từ Ft do dòng điện kích thích itvà

từ trường phần ứng Fư dòng điện phần ứng Iư tạo nên Khi không tải (I = 0), trong máy chỉ

có từ trường Ft Nếu roto quay Ft quét qua dây quấn rotor và cảm ứng nên trong đó SĐĐ không tải E0

Khi có tải (I  0) , trong máy ngoài Ft còn có Fư Tác dụng của từ trường phần ứng Fư

lên từ trường cực từ Ft gọi là phản ứng phần ứng

Khi mạch từ chưa bão hoà ta xét riêng Ft và Fư rồi xếp chồng để được F

2 Từ trường lúc không tải

a) Sức từ động cần thiết để sinh ra từ thông trong máy

Đối với máy điện một chiều, các cực từ là đối xứng do đó sức từ động cần thiết cho 1 đôi cực sẽ tính như sau:

F0 =  I.W =  H.l = 2H. + 2Hr.hr + Hư.lư + 2Hc.hc + HG.lG

= F + Fr + Fư + Fc + FG

Trong đó các chỉ số h chỉ chiều cao, l chỉ chiều dài Trong mỗi đoạn đó cường độ từ

trường được tính: H =



B

với B =

S



; , S,  là từ thông, tiết diện, hệ số từ thẩm của các đoạn Thực tế ta thường tìm B trước rồi tra ra H theo đường đặc tính từ hoá của vật liệu ở mỗi đoạn mạch từ

b) Từ trường cực từ chính:

Từ trường chính nhận trục cực làm trục đối xứng và không thay đổi vị trí trong không gian

3 Từ trường phần ứng

a) Chiều của từ trường phần ứng

Trục của các đường sức từ từ trường phần ứng nhận trục chổi than làm trục đối xứng

+) Nếu chổi than đăt trên trung tính hình học thì trục của Fư trục của Ft do đó chỉ có phản ứng ngang trục

+) Nếu chổi than dịch khỏi trung tính hình học thì ta phân tích sức từ động phần ứng Fư

thành 2 thành phần:

- Thành phần thẳng góc với sức từ động cực từ gọi là sức từ động ngang trục Fưq -Thành phần cùng trục với sức từ động cực từ gọi là sức từ động dọc trục: Fưd

b) Phản ứng phần ứng

Tác dụng của từ trường phần ứng với từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng

Khi chổi than đặt trên trung tính hình học chỉ có phản ứng phần ứng ngang trục mà tác dụng của nó làm méo từ trường khe hở Đối với máy phát thì ở mỏm ra của cực từ (mỏm cực từ mà phần ứng đi ra) máy được trợ từ, ở mỏm vào cực từ thì máy bị khử từ Đối với động cơ ta có kết luận ngược lại

Nếu mạch từ không bão hoà thì từ trường tổng không đổi vì tác dụng trợ từ và khử từ như nhau Nếu mạch từ bão hoà thì do tác dụng trợ từ ít hơn tác dụng khử từ nên từ thông tổng đưới mỗi cực giảm đi 1 ít Nghĩa là phản ứng phần ứng ngang cũng có 1 ít tác dụng khử

từ

Từ cảm ở đường trung tính hình học khác 0 Do đó đường trên bề mặt phần ứng mà

từ cảm bằng 0 gọi là đường trung tính vật lý Đường này lệch khỏi trung tính hình học 1 góc thuận theo chiều quay máy phát và ngược chiều quay động cơ

*)Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học:

Khi đó sức từ động phần ứng có thể chia ra làm 2 phần: Fưq và Fưd

+ Thành phần ngang trục Fưq có tác dụng làm méo từ trường cực từ chính và khử từ 1

ít nếu mạch từ bão hoà

+ Thành phần dọc trục Fưd ảnh hưởng trực tiếp đến từ trường cực từ chính Nó có tác dụng khử từ hoặc trợ từ tuỳ theo chiều xê dịch của chổi than

Nếu dịch chổi than theo chiều quay của máy phát (ngược chiều quay của động cơ) thì phản ứng phần ứng dọc trục có tác dụng khử từ và ngược lại

Như vậy phản ứng phần ứng dọc trục chỉ ảnh hưởng đến trị số của từ trường tổng mà không làm nó biến dạng

Do yêu cầu của đổi chiều chỉ cho phép quay chổi than theo chiều quay của phần ứng trong trường hợp máy phát còn động cơ thì ngược lại

4 Từ trường cực từ phụ

Tác dụng của cực từ phụ là sinh ra 1 sức điện động triệt tiêu từ trường phần ứng ngang trục và tạo ra từ trường ngược chiều với từ trường phần ứng ở khu vực đổi chiều Vì thế cực tính của cực từ phụ phải cùng cực tính với cực từ chính mà phần ứng sẽ chạy vào nếu máy ở chế độ máy phát ở chế độ động cơ thì ngược lại

Để triệt tiêu từ trường phần ứng ngang trục từ trường cực từ phụ phải tỷ lệ với từ trường dòng tải Muốn vậy dây quấn cực từ phụ phải nối tiếp với dây quấn phần ứng và mạch từ không bão hoà

Khi chổi điện đặt trên trung tính hình học thì cực từ phụ không ảnh hưởng đến cực từ chính vì trong phạm vi 1 bước cực tác dụng khử từ và trợ từ của cực từ phụ bù trừ lẫn nhau

5 Từ trường dây quấn bù

Trong những máy công suất lớn hay điều kiện làm việc có tải thay đổi đột ngột đều đặt dây quấn bù (vì sự chênh lệch điện áp giữa các phiến đổi chiều tương đối lớn)

Tác dụng của dây quấn bù là sinh ra từ trường triệt tiêu phản ứng phần ứng làm cho

từ trường khe hở về căn bản không bị méo dạng nữa

Dây quấn bù được đặt trên mặt cực của cực từ chính Để có thể bù ở bất cứ tải nào dây quấn bù được nối tiếp với dây quấn phần ứng sao cho sức từ động của 2 dây quấn đó ngược chiều nhau

Chương IV: Đổi chiều

1 Khái niệm về đổi chiều

Đổi chiều là toàn bộ các hiện tượng xảy ra của dòng điện trong phần tử dây quấn phần ứng, khi nó dịch từ vị trí bị chổi than nối ngắn mạch qua ranh giới tiếp theo

2 Phương trình đổi chiều

i =  















dc

T

t 2

nm

r

e



Với +) rnm = rtx

)

t

T

dc

2 dc

 +) e = eM + eL + eđc = epk + eđc

+) Nếu e =0 ta có đổi chiều đường thẳng

+) Nếu e =0 ta có đổi chiều đường cong

3 Các biện pháp cải thiện đổi chiều

- Khắc phục các tồn tại về cơ khí

- Sử dụng cực từ phụ

- Sử dụng dây quấn bù

- Xê dịch chổi than về trung tính vật lý

Chương V: Máy phát điện một chiều

1 Phân loại

a) Máy phát điện một chiều kích từ độc lập: Nguồn tạo ra sức từ động chính có thể là N-S vĩnh cửu hoặc kích thích bằng nguồn độc lập

b) Máy phát 1 chiều tự kích: Là những máy phát điện có dòng kích thích lấy từ bản thân máy phát, tuỳ theo cách nối dây quấn kích thích ta có:

+ Máy phát một chiều kích thích song song: I = Iư + Ikt

+ Máy phát một chiều kích thích nối tiếp: I = Ikt = Iư

+ Máy phát một chiều kích thích hỗn hợp: I = Iư + Iktss

2 Các phương trình cân bằng

+) Phương trình cân bằng mômen: M=Mđt + M0

+) Phương trình cân bằng điện áp: U=Eư - IưRư

3 Các đặc tính của máy phát 1 chiều:

+ Đặc tính không tải: U0 = E = f(Ikt) khi I = 0, n = const

+ Đặc tính ngoài: U = f(I) khi Ikt = const, n = const

+ Đặc tính phụ tải: U = f(Ikt) khi Iư = const, n = const

+ Đặc tính điều chỉnh: Ikt = f(Iư) khi U = const, n = const

4 Điều kiện tự kích của các máy phát điện tự kích

- Trong máy phải tồn tại từ thông dư dư

- Tư thông do dòng kích từ sinh ra phải cùng chiều với từ thông dư

- Khi n=nđm thì điện trở mạch kích từ phải nhỏ hơn một giá trị tới hạn nào đó (RtRth)

5 Điều kiện ghép các máy phát làm việc song song

- Cùng cực tính: nối cực dương của máy 2 vào cực dương của thanh góp và cực âm vào cực âm của thanh góp

- Sức điện động của máy phát 2 phải bằng điện áp U của thanh góp

- Nếu những máy làm việc song song là máy phát kích thích hỗn hợp thì cần có điều kiện thứ 3: Nối dây cân bằng giữa các điểm đẳng thế của hai quận kích từ

Chương VI: Động cơ điện một chiều

1 Phân loại

+ Động cơ điện một chiều kích từ độc lập: Nguồn tạo ra sức từ động chính có thể là N-S vĩnh cửu hoặc kích thích bằng nguồn độc lập

+ Động cơ một chiều kích thích song song: I = Iư + Ikt

+ Động cơ một chiều kích thích nối tiếp: I = Ikt = Iư

+ Động cơ một chiều kích thích hỗn hợp: I = Iư + Iktss

2 Các phương trình cân bằng

+) Phương trình cân bằng mômen: M=Mđt - M0

+) Phương trình cân bằng điện áp: U=Eư + IưRư

3 Mở máy động cơ điện một chiều

*) Điều kiện mở máy

+ Mô men mở máy phải có giá trị cao nhất có thể

+ Dòng điện mở máy phải hạn chế đến mức nhỏ nhất

+ Thiết bị, sơ đồ mở máy không quá phức tạp, tốn kém

+ Tổn hao trong quá trình mở máy không quá lớn

*) Cơ sở để đưa ra các phương pháp mở máy

Dựa vào các yêu cầu mở máy, phương trình cân bằng áp hoặc phương trình đặc tính cơ – điện:

*) Các phương pháp mở máy

+ Mở máy trực tiếp

+ Mở máy bằng cách giảm nhỏ điện áp phần ứng

+ Mở máy bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng

f

e u

f

u u u

R

n C U R

E U

I















u

R



4 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều

*) Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện

+ Động cơ một chiều kích từ độc lập hoặc song song:

+ Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp:

*) Điều kiện làm việc ổn định của động cơ với tải

*) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ

+ Thay đổi (giảm) dòng kích từ

+ Thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng động cơ

+ Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ

2

)

(









M e

f u

e

u

C C

M R R C

U n





















K C

R R K M C

C U C

C

R R M C

U n

e

f u

e M

M e

f u

) (

) (

dn

dM dn

