Tóm tắt công thức máy điện 1 - Chương 3 Máy điện một chiều

Suất điện động phần ứng của máy phát một chiều ❖ Sức điện động e được tạo bởi một thanh dẫn có bề dài di chuyển với vận tốc dài v trong từ trường B tạo bời phần cảm, ta có: ❖ Sức điện đ

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Trang 1

Chöông 2

1 Máy điện một chiều

1.1 Suất điện động phần ứng của máy phát một chiều

❖ Sức điện động e được tạo bởi một thanh dẫn có bề dài di chuyển với vận tốc dài v trong từ trường B tạo bời phần cảm, ta có:

❖ Sức điện động trên toàn bộ dây quấn phần ứng được xác định theo quan hệ sau:

u

N

2a

Trong đó:

N: Tổng số thanh dẫn phần ứng

2a: Số mạch nhánh song song phần ứng

Trong đó:

Φ: Từ thông kích từ qua một cực từ

p: Số đôi cực

1.2 Công suất và momen điện từ máy điện một chiều

1.2.1 Công suất điện từ

1.2.2 Momen điện từ

dt

r

P

M = =K I 

Trong đó:

Ωr là tốc độ quay của rotor, được tính theo tốc độ quay của n (vòng / phút) như sau:

r

2 n 60



M

p.N K

2 a

=

Trang 2

2 Máy phát điện một chiều

2.1 Máy phát một chiều kích từ độc lập

Hình 2.1 Sơ đồ tương đương máy phát một chiều

2.1.1 Phương trình máy phát DC kích từ độc lập:

u

f kt t

=

Trong đó:

Eu: Sức điện động phần ứng

Vkt: Điện áp kích từ để tạo dòng Ikt

Ru: Điện trở phần ứng [Điện trở dây quấn phần ứng + Điện trở dây quấn cực phụ (nếu có) + Điện trở dây quấn cuộn bù (nếu có)]

Rkt: Điện trở dây quấn mạch kích từ

Rf: Biến trở kích từ để thay đổi Ikt

2.1.2 Đặc tuyến ngoài

Hình 2.2 a) Đặc tuyến không tải E = f(I kt ) b) Đặc tuyến tải U t = f(I t )

Trang 3

Khi tải tăng, điện áp giảm để It = const; n = const Độ giảm điện áp của máy phát điện 1 chiều kích từ độc lập:

u t t

E I U% 100

U

−

2.1.3 Các tính chất của máy phát kích từ độc lập

❖ Sụt áp từ không tải đến đầy tải khá nhỏ (≤ 10%)

❖ Với cùng Ik, E tỉ lệ với N:

( ) ( )

E N N

Từ đó ta có thể vẽ được một họ đặc tuyến không tải với nhiều giá trị n khác nhau

❖ Với cùng Ik, It và Ut gần như tỉ lệ với N:

( )

U N E N R I E N N

−

❖ Ut được điều chỉnh dễ dàng và ổn định bằng cách điều chỉnh Ik

❖ Với các máy lớn, kích từ độc lập bất tiện vì cần thêm nguồn phụ Do đó, người ta dung kích từ song song

2.2 Máy phát một chiều kích từ song song

Hình 2.3 Sơ đồ tương đương máy phát 1 chiều kích từ song song

❖ Phương trình mô tả máy phát điện một chiều kích từ song song:

t u u u kt f kt t t

u kt t

U E I R I R R I R

E R R R I K n

I I I

=

−

+

Trang 4

2.3 Máy phát một chiều kích từ nối tiếp

Hình 2.4 Sơ đồ tương đương máy phát 1 chiều kích từ nối tiếp

❖ Phương trình mô tả máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp:

u kt t

U E – I R R I R

E K n

I I I

= 

= =

2.4 Máy phát một chiều kích từ hỗn hợp

2.4.1 Máy phát một chiều kích từ hỗn hợp dạng rẽ ngắn

Hình 2.5 Sơ đồ tương đương máy phát 1 chiều kích từ hỗn hợp dạng rẽ ngắn

❖ Phương trình mô tả máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp dạng rẽ ngắn:

u u u kt / / kt / / f u kt / / t

ktnt t

=

Trang 5

2.4.2 Máy phát một chiều kích từ hỗn hợp dạng rẽ dài

Hình 2.6 Sơ đồ tương đương máy phát 1 chiều kích từ hỗn hợp dạng rẽ dài

❖ Phương trình mô tả máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp dạng rẽ dài:

u t u u ktnt

t t t kt / / kt / / f

u e kt / / ktnt

u kt / / t

u ktnt

E U I R R

U I R I R R

E K n

I I I

I I

= + +

=   

= +

=

2.5 Công suất, tổn hao và hiệu suất của máy phát một chiều

❖ Xét máy phát hỗn hợp rẽ dài làm ví dụ Dòng công suất cũng tương tự như trong máy phát đồng bộ Công suất cơ P1=  do máy phát nhận từ động cơ sơ cấp chịu các tổn M r hao sau:

Tổn hao cơ Pmq do ma sát, quạt gió; phụ thuộc vận tốc n

Tổn hao từ Pđt do từ trễ và dòng xoáy trong mạch từ; phụ thuộc vận tốc n và từ cảm cực đại Bm trong lõi thép

Tổn hao đồng trong dây quấn phần ứng R Iu u2, trong cuộn kích từ nối tiếp Rktnt uI2 và trong mạch kích từ song song Rkt / / kt / /I2

Tổng tổn hao là: Pth =Pmq +Pdt +Pu +Pktnt +Pkt / / = −P1 P2 (16)

❖ Hiệu suất của máy phát:

100 100

P P P

 =  = 

Trang 6

3 Động cơ điện một chiều

3.1 Vận tốc của động cơ một chiều

❖ Vận tốc của động cơ một chiều:



−

=

E

u u K

I R U

❖ Nếu máy làm việc với  không đổi và nếu dung vận tốc góc  = 2πn, ta có:



=







=



E E

2 K

n K

3.2 Momen của động cơ một chiều

❖ Công suất điện UIu do động cơ nhận từ nguồn bị mất một phần I2uRu (biến thành nhiệt), phần còn lại biến thành cơ năng để kéo phần ứng:

UIu −I2uRu =EIu =M

Hay KE.n..Iu =2Mn

2

K

M  =  =



a

p 2

1 2

K

KM E  



=



❖ Momen M chưa phải là momen có ích

Gọi Pmq là tổn hao cơ (ma sát + quạt gió); Pt là tổn hao lõi thép (từ trễ + dòng xoáy); P0 là tổn hao không tải Momen tổn hao là:

n 2

P P

M0 0 0



=



Suy ra: Momen có ích:

0

3.3 Động cơ một chiều kích từ độc lập

Hình 2.7 Sơ đồ tương đương động cơ 1 chiều kích từ độc lập

Trang 7

3.3.1 Phương trình mô tả động cơ điện một chiều kích từ độc lập

u u u

kt kt f kt

U E I R

E K n

V R R I

= +

= 

= +

3.3.2 Phương trình năng lượng

Hình 2.8 Giản đồ phân bố năng lượng động cơ DC kích từ độc lập

P1 = Pđiện = Pđiện cảm + Pđiện ứng

Pđiện cảm = Pj cảm = VktIkt = ( ) 2

f kt kt

R +R I

Pđiện ứng = Pj ứng + Pđt = UI (25)

Pj ứng = Ru 2

u I

Pđt = EuIu Trong đó:

P1: Công suất điện cung cấp cho động cơ

Pđiện ứng: Công suất điện cung cấp từ nguồn cho phần ứng

Pđt: Công suất điện từ tiêu thụ trên phần ứng

Pj ứng: Công suất tiêu thụ trên điện trở dây quấn phần ứng Rư

Pj cảm: Công suất tiêu thụ trên điện trở dây quấn phần cảm Rkt

Pmq: Tổn hao ma sát cơ, quạt và thép

1

P P

 =

Trang 8

3.3.3 Đặc tính tốc độ

Hình 2.9 Đặc tính tốc độ động cơ DC kích từ độc lập

❖ Đặc tính tốc độ được xây dựng:



−

=

E

u u K

R I U

❖ Hay:

 +





−

=

E

u E

u

K

U I

K

R

❖ Đặc tính tốc độ có dạng đường thẳng:

Khi n = 0:

u

u R

U

Khi Iu = 0:



= E

0 K

U

3.3.4 Đặc tính momen theo dòng phần ứng

Momen điện từ được xác định như sau:

u E u

u đt

n

I E 55 , 9 n

P 55 , 9

3.3.5 Đặc tính cơ

Đặc tính cơ của động cơ là quan hệ giữa momen điện từ theo tốc độ

M

đt 2

M

u

K

U M

K 55 , 9

R

Trong đó: KM =KEkt

Trang 9

3.4 Động cơ một chiều kích từ song song

Hình 2.10 Sơ đồ tương đương động cơ 1 chiều kích từ song song

3.4.1 Phương trình mô tả động cơ điện một chiều kích từ song song

U = Eư + IưRư

U = (Rf + Rkt)Ikt

I = Iư + Ikt

3.4.2 Phương trình năng lượng – hiệu suất

Hình 2.11 Giản đồ phân bố năng lượng động cơ DC

P1 = Pđiện = UI

Pjcảm = VktIkt = ( ) 2

kt kt

Pjứng = RưIư

Pđt = EưIư

Trang 10

Trong đó:

Pj cảm: Công suất tiêu thụ trên điện trở dây quấn phần cảm Rkt (Tổn hao trên mạch kích thích)

Pj ứng: Công suất tiêu thụ trên điện trở dây quấn phần ứng Rư (Tổn hao trên dây quấn phần ứng)

P2: Công suất ra của động cơ

❖ Hiệu suất:

1

2 P

P

=



3.4.3 Đặc tuyến vận tốc

1 Nếu momen ra M2 = 0 và nếu momen tổn hao Mo = 0 thì Iư = 0 và động cơ quay với vận tốc không tải lí tưởng

' E

1 K

U

2 Trên thực tế, ngay lúc không tải, động cơ cũng phải lấy dòng không tải I0 để bù vào tổn hao không tải P0, và quay với vận tốc không tải n0 < n

' E

0 u 0

K

I R U

(35)

3 Khi động cơ kéo tải định mức (đầy tải), nó lấy dòng Iđm và quay với vận tốc định mức

nđm

' E

đm u đm

K

I R U

n = −

(36)

4 Phần trăm thay đổi vận tốc là:

100 n

n n 100 n

n n

% n

1

đm 1

đm

=

100 U

I R

%

n = u đm 

3.4.4 Đặc tuyến momen – vận tốc (đặc tuyến cơ)

M K

R n M K

R K

U n

' E

u 1 2

' E

u '

E



−

=



−

Trang 11

3.4.5 Công suất trong động cơ

1 Công suất điện P1=UI nhận từ nguồn gồm hai phần: P =kt UIkt là tổn hao kích từ và

u

( kt u) kt u

2 Công suất Pư, sau khi trừ đi tổn hao đồng Pđư trong phần ứng, được biến thành cơ năng, gọi là công suất điện từ

u u u u u

2 u u u

3 Công suất điện từ, sau khi trừ đi tổn hao không tải P0 =Pt +Pmq, còn lại công suất có ích P2 (công suất ra)

n M P P P P P

3.5 Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

Hình 2.12 Sơ đồ tương đương động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp

3.5.1 Phương trình mô tả động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp

U = Eư + Iư(Rư + Rktnt)

Iư = Ikt = I

3.5.2 Phương trình năng lượng – hiệu suất

P1 = Pđiện = UI

Pjcảm = Rkt 2

kt

Pjứng = RưI2u

Pđt = EưIư Trong đó:

Trang 12

Pj cảm: Công suất tiêu thụ trên điện trở dây quấn phần cảm Rkt (Tổn hao trên mạch kích thích)

Pj ứng: Công suất tiêu thụ trên điện trở dây quấn phần ứng Rư (Tổn hao trên dây quấn phần ứng)

Hình 2.13 Giản đồ phân bố năng lượng động cơ DC

❖ Hiệu suất:

1

2 P

P

=



Hình 2.14 Đặc tính tốc độ động cơ DC kích từ nối tiếp

❖ Đặc tính tốc độ của động cơ là đồ thị mô tả quan hệ giữa tốc độ quay n của động cơ với dòng điện Iư qua mạch phần ứng:

Trang 13

( u kt) u

E kt u

U R R I n

K I

− +

=

R R U

n

K I K K

+

Nghĩa là đặc tuyến có dạng hyperbol Khi Iư lớn,  tăng chậm hơn Iư và đặc tuyến ở trên hyperbol đó

Khi tải giảm nhiều, Iư nhỏ,  nhỏ, động cơ sẽ quay rất nhanh Đặc biệt, lúc động cơ không tải, dòng Iư = I0 rất nhỏ khiến vận tốc quá lớn, rất nguy hiểm Vì vậy phải vận hành động cơ nối tiếp sao cho tình trạng mở máy không tải hoặc làm việc không tải không xảy ra, và cũng tránh để động cơ bị non tải

❖ Dòng Inm được gọi là dòng điện ngắn mạch hay dòng điện khởi động trực tiếp của động

cơ

nm

u kt

U I

R R

=

3.5.4 Đặc tuyến momen theo dòng phần ứng

Hình 2.15 Đặc tính momen động cơ DC kích từ nối tiếp

❖ Momen điện từ được xác định:

dt

Với: Mđt (N/m); Pđt (W); n (vòng / phút)

M =9,55.K K I =K I (49)

❖ Khi Iư lớn,  tăng chậm hơn: Đặc tuyến ở dưới parabol

Trang 14

3.5.5 Đặc tuyến momen – vận tốc (đặc tính cơ)

❖ Khi Iư nhỏ, tính Iư theo M từ xong thay vào ta có:

u kt M

R R U

n

K

A M

+

Trong đó: A = const; KM = KE.kt

Đặc tính cơ của động cơ là mối quan hệ giữa momen điện từ theo tốc độ

❖ Momen khởi động động cơ được xác định từ (50) khi cho giá trị n = 0 hay thay dòng điện

mở máy trực tiếp ta có kết quả sau:

2 mm

u kt

U

M B

R R

=  + 

3.5.6 Công suất trong động cơ

(52)

3.6 Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp

3.6.1 Động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp rẽ ngắn

Hình 2.16 Sơ đồ tương đương động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp rẽ ngắn

U = Eư + IưRư + IRktnt

U = Ikt//Rkt// + IRktnt

Vkt = Ikt//.(Rkt// +Rf) = U – IRktnt

Eư = Ke(ktnt kt//).n

Trang 15

3.6.2 Động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp rẽ dài

Hình 2.17 Sơ đồ tương đương động cơ 1 chiều kích từ hỗn hợp rẽ dài

U = Eư + Iư(Rư + Rktnt)

Vkt = U = Ikt//(Rkt// +Rf )

Iư = Iktnt

Eư = Ke(ktnt kt//).n

3.6.3 Công suất, tổn hao và hiệu suất

P1 = Pđiện = UI

Pứng = RưIư

Pkt// = Rkt//Ikt//

Pđt = EưIư

ΔP = Pứng + Pktnt + Pkt// + Pmq Trong đó:

Pứng: Tổn hao trên dây quấn phần ứng

Pktnt: Tổn hao cuộn kích từ nối tiếp

Pkt//: Tổn hao cuộn kích từ song song

ΔP: Tổng tổn hao (ΔP = P1 – P2)

Trang 16

Lưu ý: Tổn hao không tải : P0 = Pmq

1

P P

 =

Hình 2.18 Đặc tính tốc độ động cơ DC hỗn hợp

❖ Dạng đặc tính tốc độ như sau (U = const; Rf = const):

( u ktnt )u

E ktnt kt / /

U R R I n

K

− +

=

Trong đó:

+ Φkt// = const; Φktnt tăng theo Iư

+ Dấu “+” ứng với kích từ hỗn hợp cộng; dấu “-” ứng với kích từ hỗn hợp trừ

3.6.5 Đặc tính momen theo dòng phần ứng

Hình 2.19 Đặc tính momen động cơ DC hỗn hợp

Trang 17

❖ Momen điện từ được xác định như sau:

dt

Trong đó: Mđt = [Nm]; Pđt = [W]; n = [vòng / phút]

❖ Từ (57), ta viết lại như sau:

đt E ktnt kt// u

M =9,55.K    I (58)

3.7 Công suất, tổn hao và hiệu suất của động cơ một chiều

❖ Gọi:

P1 = UI là công suất điện cung cấp cho động cơ

P2 = M2.n là công suất cơ có ích

Ta có: P1 – P2 = Pth

P P P

P P

−

❖ Chú ý: Nếu cùng một máy được dùng làm máy phát và động cơ thì công suất định mức

của máy phát lớn hơn của động cơ

3.8 Mở máy động cơ một chiều

❖ Dòng điện mở máy:

u mm

U

R R

max

U

I

ñm

P M

ñm

M K

ñm

M

Định dạng
Số trang	17
Dung lượng	794,99 KB