Máy phát điện một chiều kích thích độc lập

Đặc tính không tải vμ ngắn mạch của các loại máy phát 1 chiều cơ bản giống nhau, nên ta xét chung.. Với máy kích thích hổn hợp dây quấn kích thích nối tiếp được nối thuận, bù thừa thì cạ

Chương 10 Máy phát điện một chiều 10.1 Đại cương

1 Máy phát điện 1 chiều kích thích độc lập

Gồm: máy phát 1 chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu, chế tạo với công suất rất

bé Máy phát điện 1 chiều kích thích điện từ, nguồn kích thích chủ yếu lấy từ ắc quy, công suất lớn, điều chỉnh điện áp dể dμng vμ dãi rộng, hình 6.1a

2 Máy phát điện 1 chiều tự kích thích

- MF1C kích thích song song,

hình 6.1b Mạch kích thích nối song

song với mạch phần ứng Dq kích

thích có số vòng dây nhiều, tiết diện

dây bé

- MF1C kích thích nối tiếp, hình

6.1c Dq kích thích nối nối tiếp với dq

phần ứng Dq kích thích có số vòng

dây ít, tiết diện dây lớn

Hình 6.1 Nguyên lý kích thích của các loại

- MF1C kích thích hổn hợp, hình

6.1d

10.2 Các đặc tính của máy phát điện 1 chiều

Máy phát điện 1 chiều có 4 đại lượng đặc trưng lμ: U, I ư , I t vμ n Trong đó n thường

được giữ không đổi còn lại 3 đại lượng xác định cho ta 5 đường đặc tính

1) Đặc tính không tải U 0 = E = f(I t ) khi I = 0, n = C te ;

2) Đặc tính ngắn mạch I n = f(I t ) khi U = 0, n = C te ;

3) Đặc tính ngoμi U = f(I) khi I t = C te ; n = C te ;

4) Đặc tính điều chỉnh I = f (I t ) khi U = C te , n = C te ;

5) Đặc tính tải U = f(I t ) khi I = C te , n = C te ;

Trong 5 đặc tính trên thì đặc tính không tải lμ trường hợp đặc biệt của đặc tính tải, khi

I = 0; Đặc tính ngắn mạch lμ trường hợp đặc biệt của đặc tính điều chỉnh khi U = 0

Đặc tính không tải vμ ngắn mạch của các loại

máy phát 1 chiều cơ bản giống nhau, nên ta xét

chung Các đặc tính khác ta xét riêng cho từng loại

máy

a) Đặc tính không tải

Để lấy đặc tính không tải ta lμm thí nghiệm

không tải Lúc đó cầu dao nối với tải bên ngoμi để hở,

cho máy quay lên đến tốc độ n = n đm = const Tăng

dần dòng kích từ I t từ 0 đến I tm lúc đó điện áp đầu cực

máy đạt khoảng U = (1,15 - 1,25)U đm Giảm I t cho

đến lúc U = 0 Với máy kích từ độc lập đổi chiều

dòng điện kích từ lại tăng vμ giảm theo chiều (-) ta

được toμn bộ chủ trình từ trễ BABA'B'A như hình 6.2

Hình 6.2 Đặc tính không tải của

Đoạn OB lμ s.đ.đ E dư = (2 - 3)%U đm ứng với I t = 0 lμ do từ dư gây nên Đường trung

bình của chu trình từ trễ lμ đặc tính không tải của máy Đây cũng chính lμ đặc tính từ hóa

đã xác định ở phần tính toán từ trường không tải

b) Đặc tính ngắn mạch

I n = f(I t ), khi U = 0, n = C te ;

Để có đặc tính ngắn mạch tất cả các loại máy phát đều phải được kích từ độc lập Nối

ngắn mạch các chổi than, quay máy lên tốc độ n = n đm , điều chỉnh I t ta được các giá trị I

tương ứng Khi ngắn mạch, E ư =R ư I ư vì R ư rất bé nên để I ư =(1,25-1,5)I đm thì I t rất bé nên

mạch từ không bảo hòa do vậy quan hệ I ư = f(I t ) lμ đường thẳng Đường 1 máy chưa khử từ;

đường 2 máy đã khử từ

c) Tam giác đặc tính

Trên cùng 1 trục tọa độ vẽ các đường đặc tính không tải (1) vμ đặc tính ngắn mạch (2),

hình 6.4 Từ I nm = I đm chiếu sang (2) vμ chiếu xuống trục I t , ta được I t = OC Dòng I t nμy

gồm 2 phần: OD để sinh ra E nm = AD = BC, phần còn lại DC = AB để khắc phục phản ứng

phần ứng lúc ngắn mạch Ta giác ABC có cạnh AB vμ BC đều tỷ lệ với I gọi lμ tam giác đặc

tính hình 6.4a Với máy kích thích hổn hợp dây quấn kích thích nối tiếp được nối thuận, bù

thừa thì cạnh AB nằm bên phải cạnh BC, hình 6.4b

Hình 6.4 Dựng tam giác đặc tính: a) khi phản ứng phần

Hình 6.3 Đặc tính ngắn

1 Máy phát điện 1 chiều kích từ độc lập

a) Đặc tính ngoμi U=f(I) khi I t =C te , n=C te

Theo phương trình điện áp máy phát điện 1

chiều U = E - R ư I ư nên khi I tăng, R ư I ư tăng vμ phản

ứng phần ứng tăng, nên E giảm xuống, cuối cùng lμ U

giảm xuống

100 (5 10)%

U

U U

% ΔU

dm

dm 0

- Xây dựng đặc tính ngoμi bằng phương pháp vẽ:

Trên hệ trục tọa độ UOI t vẽ đặc tính U = f(I t )

Trên trục I t lấy I t = OP = C te, đặt tam giác đặc tính

ABC có các cạnh AB vμ BC tỷ lệ với I đm , sao cho đỉnh

A nằm trên đặc tính không tải, cạnh BC nằm trên

Hình 6.5 Đặc tính ngoμi máy phát

đường PP' thì đoạn PC = U khi I = I đm Dóng sang hệ trục UOI ta được điểm D' của đặc

tính ngoμi Từ đây ta tìm tiếp được

các điểm D'' khác, hình 6.6

Chứng minh: Khi không tải

I = 0, dòng kích từ I t = OP để sinh

ra E = U 0 = PP' = OD Khi tải định

mức I = I đm , dòng kích từ chỉ còn lại

phần I t0 = OQ vì nó đã mất đi phần

QP = AB để khắc phục phản ứng

phần ứng Như vậy s.đ.đ cảm ứng

được trong dq phần ứng bây giờ lμ

E ư = QA = PB Điện áp trên đầu cực

sẽ lμ U = E ư - R ư I ư = PB - BC = PC

Thực tế do mạch từ có bảo hòa

nên đường đặc tính ngoμi thực

nghiệm lμ đường đứt nét, nằm dưới

b) Đặc tính điều chỉnh I t = f(I) khi U=C te , n = C te

Đặc tính điều chỉnh cho biết hướng cần phải điều

chỉnh I t như thế nμo để giữ cho U = C te Thường từ

không tải đến tải I đm để giữ U = U đm dòng I t phải tăng

từ (15-25)%, hình 6.7

Xây dựng đặc tính điều chỉnh bằng phương pháp

vẽ:

Vẽ đặc tính không tải, trên trục OU lấy U = U đm

= OF Kẻ đường FD song song với trục hoμnh, cắt đặc

tính không tải tại điểm M Từ M hạ vuông góc với

trục hoμnh xác định được điểm M' ứng với dòng kích

từ I t0 khi không tải I = 0 Trên đường FD ta đặt tam gíac

đặc tính ứng với I = I đm , sao cho đỉnh A nằm trên đặc

không tải, đỉnh C nằm trên đường FD vμ BC// OU Từ

điểm C ta xác định được điểm N, thì ON = I tđm, ứng với

I đm

Hình 6.6 Đặc tính ngoμi xây dựng theo phương

Hình 6.7 Đặc tính điều

Cứ lμm như vậy ta xây dựng được đặc tính điều

chỉnh, hình 6.8

Đường đặc tính điều chỉnh thực nghiệm lμ đường

đứt nét do có ảnh hưởng của bảo hòa

2 Máy phát điện 1 chiều kích từ song song

a) Điều kiện tự kích thích

Từ đường đặc tính không tải ta thấy, khi máy điện 1

chiều ngừng hoạt động, trong lỏi thép cực từ chính,

gông từ vẫn còn một lượng từ thông dư Khi quay máy

đến tốc độ định mức n = n đm , ban đầu I t = 0, lúc nμy đầu cực của máy phát vẫn có một điện

áp do φdư cảm ứng nên, U = E dư = (2-3)%U đm Nếu mạch kích từ được nối kín trong nó sẽ

Hình 6.8 Dựng tam giác

có dòng điện kích từ I t0 chạy qua Dòng I t0 sinh ra từ thông

kích từ đầu tiên φdư Nếu φt0 cùng chiều với φ dư thì điện áp

đầu cực của máy phát sẽ tăng trưởng, quá trính thμnh lập

điện áp sẽ được thiết lập Nếu φt0 ngược chiều với φdư chúng

sẽ triệt tiêu nhau vμ máy không tự kích được

Điện áp xác lập đầu cực máy phát lμ giao điểm của

đường đặc tính từ hóa của mạch từ vμ đường đặc tính

Vol-Ampe của mạch kích thích, hình 6.9 Từ đó ta có tgα = U/I t

= R t Nếu R t quá lớn thì điện áp sẽ xác lập tại điểm ứng với

E dư

Vậy điều kiện để máy tự kích lμ: Hình6.9 quá trình

- Máy phải có từ dư

- Chiều quay của máy phải phù hợp để φt0 cùng chiều với φdư

- R t đủ nhỏ để U đạt giá trị yêu cầu

b) Đặc tính ngoμi U=f(I) khi R t =C te , n=C te

Dạng của đặc tính ngoμi như hình 6.10, đường 1 của

máy phát kích thích song song, đường 2 của máy kích thích

độc lập Ta thấy đường 1 dốc hơn đường 2 đó lμ vì, với máy

phát kích thích song song, khi tải tăng (I tăng), ngoμi 2

nguyên nhân lμ cho điện áp đầu cực giảm xuống lμ:

- Sụt áp trên R ư I tăng

- Phản ứng phần ứng tăng lμm E giảm

Nó còn nguyên nhân thứ 3 lμ khi U giảm thì I t = U/R t

sẽ giảm, dẫn tới φt giảm vμ E giảm nhiều

Từ đường đặc tính ta thấy khi tải

tăng đến một giá trị tới hạn I th ứng

với điểm K thì sau đó điện áp tụt

nhanh về zéro, với dòng điện ngắn

mạch xác lập I 0 ứng với E dư Điểm K

lμ điểm ứng với điểm chớm bảo hòa

trên đường đặc tính không tải, sau đó

lμ phần tuyến tính nên điện áp sẽ

giảm nhanh

Đặc tính ngoμi của máy phát kích

thích song song xây dựng theo

phương pháp vẽ như trên hình 6.11

Vì ở máy phát kích thích song song I t

phụ thuộc vμo U nên đường U = R t I t

lμ đường 0P đi qua gốc tọa độ

Hình 6.10 Đặc tính

Hình 6.11 Đặc tính ngoμi xây dựng theo phương

b) Đặc tính điều chỉnh I t = f(I) khi U=C te , n = C te

Vì việc điều chỉnh dòng điện I t không phụ thuộc nguồn kích từ lấy từ đâu nên đường

đặc tính điều chỉnh của máy phát kích thích song song cũng giống như máy phát kích thích

nối tiếp, tuy nhiên do điện áp của MF kích thích song song thay đổi nhiều hơn nên I t phải

điều chỉnh nhiều hơn

3 Máy phát điện 1 chiều kích thích hổn hợp

Máy phát điện 1 chiều kích thích hổn hợp có 2

dây quấn kích thích lμ song song vμ nối tiếp Tuỳ

theo cách nối dây quấn nối tiếp mμ từ trường kích

thích của 2 dây quấn có thể cùng chiều (nối thuận)

hoặc ngược chiều (nối ngược) Nối ngược chỉ dùng

cho máy phát hμn điện 1 chiều

a) Đặc tính ngoμi U = f(I) khi n = C te

Cuộn dây kích từ nối tiếp có thể nối thuận

hoặc nối ngược, nên dạng các đặc tính ngoμi như

hình 6.12 Đường 1, nối thuận, bù thừa; đường 2,

nối thuận, bù đủ; đường 3, kích thích

song song; đường 4, nối ngược

Hình 6.12 Đặc tính ngoμi

MF-Phương pháp dựng đặc tính ngoμi từ

đặc tính không tải vμ tam giác đặc tính

tương tự như máy phát kích thích song

song Trên hình 6.13, đường (1) lμ đặc

tính không tải, đường (2) lμ lμ quan hệ

U = r t I t, đường (3) lμ điện áp rơi trên

R ư I ư Giao điểm của đường (1) vμ (2) lμ

điểm M ứng với I ư = 0 dóng sang trục

tung ta được U 0, điện áp lúc không tải

Tam giác ABC ứng với I đm vμ trường

hợp bù thừa Cho ABC tịnh tiến theo

đường thẳng 2, sao cho A' năm trên đường (1), C' nằm

trên đường (2) thì G 0 C' = U đm, dóng sang bên trái cắt

đường I đm cho ta điểm D lμ điểm của đặc tính ngoμi ứng

với I đm Lμm tương tự với tam giác A 1 B

Hình 6.13 Đặc tính ngoμi theo phương

Hình 6.14 Đặc tính

điều chỉnh máy PĐ1C kích

1 C 1 ứng với I đm /2 ta

được điểm D 1 Nối các điểm U 0 , D 1 , D ta được đặc tính

ngoμi Khi cần bù điện áp trên đường dây tải ta tăng dòng

kích từ nối tiếp vμ đặc tính ngoμi lμ đường đứt nét (ứng

với điểm D')

b) Đặc tính điều chỉnh I t = f(I) khi U=C te , n = C te

Đặc tính điều chỉnh của máy kích từ hổn hợp như hình

6.14 với đường 1, nối thuận, bù đủ; đường 2, nối thuận, bù

thừa; đường 3, nối ngược

10.3 Máy phát điện một chiều lμm việc song song

1 Điều kiện ghép song song các máy phát.

Giả sử máy phát 1 đang phát điện lên thanh cái, ta cần ghép máy phát 2 vμo lμm việc song song với máy 1, hình 6.15 Để việc ghép được thuận lợi thì phải đảm bảo các điều kiện sau:

1 Cực tính của máy phát phải nối đúng cực tính của thanh cái

2 S.đ.đ của máy phát bằng điện áp của thanh cái (E2 = U)

3 Với máy kích từ hổn hợp cần phải có dây cân bằng điện thế

Điều kiện thứ nhất bắt

buộc phải đảm bảo: nếu không

khi nối máy 2 vμo lưới thì cả

hai máy đều bị ngắn mạch

Điều kiện thứ 2 nếu không

đảm bảo: khi ghép máy 2 vμo

lưới thì hoặc lμ máy 2 sẽ phải

nhận tải đột ngột (nếu E 2 > U),

hoặc lμ máy 2 sẽ chuyển sang

lμm việc theo chế độ động cơ

(nếu E 2 < U)

Điều kiện thứ 3 nếu không

đảm bảo: Máy kích từ hổn hợp,

cuộn kích từ nối tiếp thường

được nối thuận Do đó nếu khi

vận hμnh vì một lý do nμo đó

giả sử tốc độ của máy 1 tăng

lên, lúc đó s.đ.đ E 1 tăng lên, thì I 1 tăng lên vμ E 1 tiếp tục tăng Cứ như thế cho đến khi máy

1 dμnh hết tải vμ bị quá tải, còn máy 2 chuyển sang lμm việc ở chế độ động cơ

Hình 6.15 Máy phát điện một chiều lμm việc

2 Phân phối vμ chuyển tải giữa các máy phát

Giả sử máy phát 1 đang lμm việc với tải I, có

đặc tính ngoμi, đường (1) trên hình vẽ Nếu máy

phát 2 có đặc tính ngoμi dạng như đường (2), ta

cần chuyển tải từ máy 1 qua máy 2, quá trình

được tiến hμnh như sau: Tăng kích từ của máy 2

để đẩy đường (2) lên phía trên, đồng thời giảm

kích từ của máy (1) để hạ thấp đường (1) xuống,

sao cho U = C te vμ I = I 1 + I 2 Nếu muốn chuyển

toμn bộ tải sang máy 2 ta cứ tiến hμnh như trên,

cho đến khi E 1 = U, thì cắt hẳn máy 1 ra khỏi

lưới vμ máy 2 sẽ mang tải toμn bộ, hình 6.16

Chú ý rằng:Nếu ta giảm I t1 qua nhanh mμ

E 1 < U thì máy 1 sẽ chuyển sang lμm việc ở chế

độ động cơ Điều nμy rất nguy hiểm nếu các

máy phát được kéo bằng động cơ nhiệt

Hình 6.16 Phân phối tải giữa

Từ hình 6.16 ta nhận thấy rằng muốn sự phân phối tải giưũa các máy hợp lý vμ thuận lợi thì các máy phải có đặc tính ngoμi có độ dốc như nhau