Tài liệu Giáo trình Máy điện - Phần 5 pptx

Chương 6: MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU

(Dynamo D.C Generator)

Phân loa ̣i: có 4 loại chính

 Máy phát điện 1 chiều kích từ đô ̣c lâ ̣p (Separated Dynamo)

 Máy phát điện một chiều tự kích từ:

 Kích từ song song: ( Shunt Dynamo) cuô ̣n dây kích từ // phần ứng

 Kích từ nối tiếp: (series dynamo ) cuô ̣n dây kích từ nối tiếp phần ứng

 Kích từ hỗn hợp: (Compound Dynamo)

Các đại lượng đặc trưng khi máy làm việc: 4 đa ̣i lượng: U, Iư , It , n ,

tốc đô ̣ n luôn giữ không đổi ( n = const)

1 Đặc tính không tải: U 0 = f (I t ) = E ư ; I = 0 ; n = const

I = Iư

+

-Rđc

I = Iư

I t

+

-+

I =It = Iư

Rđc

+

-Iư

Là đặc tính biểu thị mối quan hệ giữa điện áp khô ng tải và dòng kích từ khi dòng tải bằng không và tốc độ không đổi

(bỏ qua từ dư)

Đường cong từ hóa của MĐ 1 chiều

 Khi không bỏ qua từ dư:

Đầu tiên quay rotor máy p hát tới tốc độ

đi ̣nh mức, do các cực từ có từ dư nên ngay khi

dòng điện kích từ I t còn bằng 0 trong dây quấn

phần ứng đã cảm ứng sức điê ̣n đô ̣ng , điện áp

trên 2 cực của máy phát lúc này bằng (2 3)%

Uđm sau đó tăng dần dòng kích từ (It Rđc),

điê ̣n áp ở 2 cực máy phát sẽ tăng dần theo đường

đă ̣c tính không tải Lúc đầu khi mới tăng I t , U0

tăng mô ̣t cách tỉ lê ̣ , sau đó tăng châ ̣m dần do

Uo

Uo = f(It)

Uo

It

0

- It

Máy kích thích độc lập có 2 nhánh

It

R dc

+

-n

mạch từ bắt đầu bão hòa , đến giai đoạn mạch từ

bão hòa dù tăng It , U0 cũng không tăng Đường

đă ̣c tính không tải có da ̣ng như đường cong từ

hóa của mạch từ

2 Đặc tính ngắn mạch: I n = f ( I t ) khi U = 0 , n = const

U = Eư – Iư Rư

O = Eư – Iư Rư  Eư = Iư Rư

 Xây dựng tam giác đă ̣c tính:

Muốn xây dựng tam giác đă ̣c tính người ta kết hợp đă ̣c tính không tải và đă ̣c tính ngắn ma ̣ch trên cùng mô ̣t đồ thi ̣

Itn = OC It1 = OD : tạo ra sđđ bù vào điện áp rơi trên phản ứng

(Itn – It1 ) = DC : sinh ra sđđ bù vào phản ứng

U = Eư – IưRư – (Itn – It1 )

In

It

Iđm

Itn O

It

I n = Iđm

I ưđmRư

0

B A

U o, In

U0 = f(It)

I n = f(I t )

It

Rdc

-F

+

Urất bé

A

V

Tam giác ABC go ̣i là tam giác đă ̣c tính vì các ca ̣nh của tam giác tỉ lê ̣ với dòng điê ̣n I Khi I = Iđm ta có tam giác đă ̣c tính

3 Đặc tính làm việc của máy phát điện một chiều kích từ độc lập :

Đặc tính ngoài là đặc tính phụ thuộc giữa điện áp trên cực máy phát với dòng tải khi It = hằng số , n = hằng số

Để dựng đă ̣c tính này , người ta quay rotor máy phát đến tốc đô ̣ đi ̣nh mức , tăng dòng tải đ ến Iđm ứng với Uđm Tiếp đó giảm phu ̣ tải từ từ cho đến I = 0 và ghi các số liê ̣u cần thiết Trong quá trình đó giữ Ikt không đổi và n không đổi

Ta thấy, khi I tăng, điê ̣n áp rơi trên dây quấn phần ứng tăng ( IưRư ), mặt khác do tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng nên sức điện động E giảm Kết quả là điê ̣n áp

U máy phát điê ̣n giảm xuống

Độ biến đổi điện áp định mức là hiệu số điện áp lúc không tải (I = 0) và lúc tải

đi ̣nh mức (I =Iđm) vớ i điều kiê ̣n dòng điê ̣n kích từ bằng dòng điê ̣n kích từ đi ̣nh mức

U

U U

ñm

ñm

o 

(khi mang tải U  (5  15)% Uđm so vớ i lúc không tải)

Đối với máy phát một chiều kích độc lập  Uđm = (5  15)%

U

U U = f(I)

Uo Uđm

It

Rdc

-F

+

U

A

tải I V

b) Đặc tính điều chỉnh: I t = f( I) khi U= const , n = const

Quan hê ̣ giữa dòng kích từ và dòng phu ̣ tải khi điê ̣n áp ở đầu cực máy phát bằng điê ̣n áp đi ̣nh mức và tốc đô ̣ quay của rotor không đổi go ̣i là đă ̣c tính điều chỉnh

Đường đặc tính cho thấy : để giữ cho điện áp ở đầu cực máy phát không đổi khi phụ tải tăng cần phải tăng dòng kích từ để tăng sđđ cảm ứng bù vào sự suy giảm do điê ̣n áp rơi trên dây quấ n phần ứng ( Iư, Rư ) và tác dụng của phản ứng phần ứng Nghĩa là I  U  muốn U = const  It

Từ lúc không tải đến lúc tải đi ̣nh mức , thườ ng phải tăng dòng kích từ lên (1525)% It0

Máy phát điện một c hiều kích từ đô ̣c lâ ̣p được dùng nhiều trong trường hợp cần phạm vi điều chỉnh điện áp trên đầu cực máy phát rộng

4 Máy phát điện một chiều tự kích thích : kích từ song song , kích từ nối tiếp, kích từ hỗn hợp:

a) Điều kiê ̣n để tự kích từ:

 Máy phải có từ dư (dư), nếu máy mới sử du ̣ng lần đầu hoă ̣c mất từ dư thì phải dùng nguồn ngoài (acquy, …) để kích từ lại

 Mạch kích từ phải nối đúng chiều , dòng kích từ phải tạo ra từ trường cùng chiều với từ dư , nếu ngược chiều sẽ khử mất từ dư và máy phát không thành lâ ̣p được điê ̣n áp

 Điê ̣n trở ma ̣ch kích từ không quá lớn để sự gia tăng của dòng kích ở mức đô ̣ có thể xảy ra quá trình tự kích

b) Quá trình thành lập điện áp:

 Máy phát kích từ song song: quay rotor máy phát tới tốc đô ̣ đi ̣nh mức , do cực từ có từ dư nên trong dây quấn phần ứng sẽ cảm ứng mô ̣t sđđ nhỏ go ̣i là Edư = (23)%

Uđm ; Eư dư tạo ra dòng điê ̣n nhỏ chạy trong dây quấn kích từ Dòng điện này sẽ sinh

ra từ trường , nếu giữa dây quấn kích từ và dây quấn phần ứng được nối đúng thì từ trường này sẽ cùng chiều với từ dư , từ trường tổng trong máy sẽ tăng lên làm cho sđđ cản ứng tăng Khi sđđ tăng , dòng điện do nó sinh ra chạy trong dây quấn kích từ lại tăng và từ trường trong máy la ̣i tăng , kết quả là sđđ cảm ứng ở đầu cực máy phát la ̣i tăng lên Quá trình cứ thế tiếp diễn , sđđ ở đầu cực máy phát tăng theo đường đặc tính không tải có da ̣ng như đường cong từ hóa của ma ̣ch từ

 Máy phát một chiều kích từ nối tiếp : vì dây quấn kích từ được nối tiếp với phụ tải (It = Iư = I) nên ngoài các điều kiê ̣n về tự kí ch nói trên, để thành lập được điện áp, mạch ngoài của máy phát một chiều kích từ nối tiếp phải khép mạch qua một điện trở

I

 Máy phát một chiều kích từ hỗn hợp : khi mở máy cuô ̣n kích từ nối tiếp chưa có tác dụng vì dòng điện I = It = 0 Quá trình thành lập điện áp xảy ra như ở máy phát kích từ song song Khi máy mang tải , dòng phụ tải chạy q ua dây quấn kích từ ta ̣o nên từ trường phu ̣, tùy theo cách đấu cuộn kích từ nối tiếp mà từ trường phụ có tác dụng trơ ̣ từ hoă ̣c khử từ ảnh hưởng đến đă ̣c tính làm viê ̣c của máy

5 Đặc tính của máy phát một chiều kích thích song song:

Khi dòng điê ̣n tài tăng, điê ̣n áp giảm nhiều so hơn với kích từ đô ̣c lâ ̣p vì ngài ảnh hưởng của phản ứng phầ n ứng và điê ̣n áp rơi trên dây quấn phần ứng , sức điê ̣n đô ̣ng còn giảm vì khi điện áp ở đầu cực máy phát giảm dòng kích từ sẽ giảm theo Ngoài ra, nều tiếp tu ̣c tăng phu ̣ tải (giảm điện trở tải ) thì dòng điện tải không t ăng mà giảm nhanh đến mô ̣t tri ̣ số I 0 thườ ng nhỏ hơn I đm, sở dĩ như vâ ̣y là do khi I t giảm, máy sẽ làm việc ở tình trạng không bão hòa tương ứng với đoạn rất dốc trên đường đặc tính không tải nên khi I t giảm một lượng nhỏ đi ện áp gỉm khá nhiều Chính vì thế sự cố ngắn ma ̣ch ở đầu cực máy phát kích từ song song không gây nguy hiểm như ở máy phát kích từ độc lập

b) Đặc tính điều chỉnh: It = f(I) khi U = const , n = const

It F

+

-nđm

tải I

A

V

N

S +

-

UDC

Uo

Uđm

I

K thích song song

K thích đô ̣c lâ ̣p U

MF

UDC

-+

ö

dö

E

I 

I (A) Iđm 0

Giống như đă ̣c tính điều chỉnh của máy phát kích từ không đô ̣c lâ ̣p Ở máy phát kích thích song song khi tăng tải , điê ̣n áp su ̣t nhiều hơn nên mức đô ̣ tăng dòng điê ̣n kích thích phải nhiều hơn, do đó đă ̣c tính điều chỉnh sẽ dốc hơn

6 Đặc tính của máy phát một chiều kích thích nối tiếp:

 Đặc tính ngoài:

U = f(I) khi n = const

Dây quấn kích thích được nối tiếp với dây quấn phần ứng, vì vậy số vòng dây của dây quấn kích thích kích từ nối tiếp ít hơn nhiều so với số vòng dây của dây quấn kích thích kích từ song song nhưng ngược chiều lại tiết diện của dây lớn hơn 1 cách tương ứng

Itđm

It = f(I)

Iđm

I

It

Ito

0

Iđm

Uđm

U

U = f(I)

Edư

N

S +

-

UDC

MF

UDC

-+

MF

+

-A

tải

I V

I Đặc tính ngoài máy phát thích

nối tiếp

Máy chỉ được kích thích khi có tải

Vì It = Iư = I nên khi n = const chỉ còn 2 đa ̣i lươ ̣ng biến đổi là U và I , do đó máy phát điện này chỉ có một đặc tính ngoài U = f( I )

Đường đặc tính này cho thấy : đầu tiên khi phu ̣ tải tăng do I t = I nên điện áp ở đầu cực MF cũng tăng tỉ lê ̣, nhưng khi ma ̣ch từ bão hòa dù tăng dòng điê ̣n phu ̣ tải (tức

It ) thì điện áp không tăng mà lại giảm do điện áp rơi trên dây quấn phần ứng tăng và phản ứng phần ứng tăng

Từ trường đă ̣c tính cho thấy điê ̣n áp phu ̣ thuô ̣c rất nhiều dòng tải vì thế MF kích từ nối tiếp ít được sử du ̣ng

7 Đặc tính của máy phát một chiều kích thích hỗn hợp:

N

S +

-

U DC

UDC

-MF +

MF

+

-A

tải

I V

Short shunt

MF

+

-A

tải

I V

long shunt

 MF kích từ hỗn hợp có đồng thời 2 dây quấn: song song và nối tiếp Tùy theo cách nối, sđđ của 2 dây quấn kích thích có thể cùng chiều hoă ̣c ngược chiều

 Khi nối thuâ ̣n 2 dây quấn kích thích, dây quấn song song đóng vai trò chímh còn dây quấn nối tiếp đóng vai trò b ù lại tác dụng của phản ứng phần ứng và điện áp rơi trên Rư , nhờ đó mà máy có khả năng điều chỉnh tự đô ̣ng được điê ̣n áp trong 1 phạm vi tải nhất định

 Từ thông do cuô ̣n dây nối tiếp sinh ra bằng với từ thông cần bù go ̣i là bù đủ

 nt > cần bù gọi là bù dư

 Khi nối thuâ ̣n, điê ̣n áp đầu cực được giữ hầu như không đổi

 Bù thừa, điê ̣n áp tăng khi tải tăng

 Khi nối ngươ ̣c, dòng tải tăng, từ trường phu ̣ thuô ̣c làm giảm từ trường kích từ nên điê ̣n áp đầu cực máy phát giảm rất nhanh Do đó, MF kích từ hỗn hợp được sử dụng trong những trường hợp máy phải làm việc ở điều kiện bị ngắn mạch thường xuyên như máy hàm hồ quang

b) Đặc tính điều chỉnh:

It = f(I)

Nối

ngươ ̣c

I (A)

U (V)

Nối ngươ ̣c 0 Iđm

Bù đủ Uo  const Bù dư Uo > Uo Nối ngươ ̣c Uo < Uo

Nối thuâ ̣n

nt

ss

nt

U

Uo

(1) Bù dư (1) Bù đủ (1) Nối ngươ ̣c

I

Bù dư

Nối thuâ ̣n (bù bình thường)

Nối ngươ ̣c

It

I

0

III MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU LÀM VIỆC SONG SONG :

Điều kiê ̣n làm viê ̣c song song:

Giả sử F1 đang làm viê ̣c với thanh cái có điê ̣n áp U muốn ghép F2 vào làm viê ̣c song song thì F1 phải thỏa:

 Cực tính của F2 cùng cực tính F1 (nối đúng cực vào thanh góp)

 E2 thực tế phải bằng U (sđđ của F2 phải bằng điện áp U của thanh góp) Quay F2 vớ i nđm, khi chưa kích thích F 2 và giả sử Edư2 = 0 thì vôn kế V2 chỉ một giá trị U nào đó Sau đó tăng dần It2 (dòng kích từ của F 2), nếu cực tính F 2 cùng cực tính F1 thì vôn kế V2 sẽ chỉ trị số giảm dần cho đến khi vôn kế V 2chỉ giá trị 0 Lúc đó

Eư2 = U  đóng K2, đưa F 2 làm việc song song F 1 Iư2 =

2

2 ö

ö

R

U

= 0, rất thuận lơ ̣i không gây tia lửa điê ̣n , nhưng F2 chưa tham gia cấp điê ̣n cho phu ̣ tải (I1 = I ; I2 = 0) Muốn cho F2 nhâ ̣n tải phải tăng E2 > U (It2), vì dòng điện tổng I bên ngoài không đổi nên muốn giữ U của ma ̣ng điê ̣n không đổi thì cùng với viê ̣c  E2 phải đồng thời giảm

E1 (It1) ( 1  1' ; 2  2')

Muốn cắt máy F1 thì It2, It1 sao cho I1 = 0, I2 = Itải  ngắt K1



V1

F1

-K1

F2

-K2

V2

Thanh cái (bus bar)

Itải

I2 I1'

I1 = Itải I1

I2

1"

1' 1

2

2'

2"

U

Ví dụ: Sách MĐ2 -Trần Khánh Hà