Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 10: Máy điện 1 chiều - Phạm Hùng Phi

1Ch¦¬ng X. m¸y ®iÖn 1 chiÒu 10.1. Nguyên lý làm việc 10.2. Cấu tạo 10.3. Sức điện động phần ứng và mô men điện từ 10.4. Tia lửa điện và biện pháp khắc phục 10.5. Phân loại 10.6. Máy phát điện một chiều 10.7. Động cơ điện một chiều 2 3Chiều: theo qui tắc bàn tay phải Độ lớn: tde B l v= N Sa b c d +- tde tde d c b a +- a b c d + - d c n b a + - d c n b a + - Φ a b c d +- 10.1 Nguyên lý làm việc Máy phát 4 10.2 CÊu t¹o 1. Stato ( phần cảm) 56 78 2. Rôto ( phần ứng ) 910 C¸c ®¹i lượng ®Þnh møc • P®m : C«ng suÊt ®Çu ra, W, kW - Máy phát : Công suất điện - §éng c¬ : Công suất c¬ • U®m : V, kV • I®m : A, kA • Tèc ®é quay n®m, hiÖu suÊt, 11 ⊕ • ⊕ • N S n 10.3 Sức điện động phần ứng và mô men điện từ 1- Sức điện động phần ứng e ư = Blv + B: Từ cảm trung bình dưới mặt cực + l : Chiều dài tác dụng thanh dẫn + v : Vận tốc dài của thanh dẫn Dn v 60 pi = Dn e lD 60l 2p φ pi = pi− p e n 30 φ =− + N: Tổng số thanh dẫn phần ứng + 2a : số nhánh song song 2a N 2a Eư eư NE = e 2a− − pNE = n 60a φ− ke : không đổi eE = k nφ− Iư iư v v D B l φ = τ B urD 2p pi τ = 12 fđt = Bliư 2- Mô men điện từ Ii 2a = − − If lD 2al 2p φ = pi − ®t Ip D a φ = pi − pNF Nf I Da = = φ pi ®t ®t − DM F 2 =®t ®t 3- Công suất điện từ Pđt = Mđt ω t mM = k Iφ® − pN I 2 a = φ pi − pN nI 60a = φ − tP E I=® − − Fđt Fđt DMđt 2 n 60 pi pNM I 2 a = φ pi ®t − 13 10.4 Tia lửa điện trên vành góp - biện pháp khắc phục 1. Nguyên nhân : a. Cơ khí b. Đổi chiều 14 nđcnF ⊕ • ⊕ • ⊕⊕⊕⊕ • •• • 2. Biện pháp khắc phục • Cực từ phụ • Dây quấn bù • Dịch chuyển chổi điện Φư D/q bùD/q cực từ phụ Φf NfSf N⊕ • S⊕ • 15 10.5 Phân loại 1. Máy điện một chiều kích từ độc lập Phương trình: • Máy phát U IưF Eư IFIđc Iưđc Ukt Ikt U = Eư – Rư Iư Iư = I Uđm = Eưđm – Rư Iưđm Ở chế độ định mức : Iưđm = Iđm P U = ®m ®m Phương trình: U = Eư + Rư Iư Iư = I Uđm = Eưđm + Rư Iưđm Iưđm = Iđm P U = η ®m ®m ®m • Động cơ: Ở chế độ định mức : 16 U Rđ/c Ikt 2. Máy điện một chiều kích từ song song Phương trình: • Máy phát IưF Eư IFIđc Iưđc U = Eư – Rư Iư Iư = I + Ikt Uđm = Eưđm – Rư IưđmỞ chế độ định mức : Iưđm = Iđm + Ikt kt P I U = +®m ®m Phương trình: U = Eư + Rư Iư Iư = I - Ikt Uđm = Eưđm + Rư Iưđm Iưđm = Iđm -Ikt kt P I U = − η ®m ®m ®m • Động cơ: Ở chế độ định mức : 3. Máy điện một chiều kích từ nối tiếp 4. Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp 17 U Rđ/c Ikt n Edư => Ikt1 => φkt EdưEư Ikt Eư = f(Ikt ) U = f(Ikt ) = Rkt Ikt α αth Edư φkt cùng chiều φdư => Ikt2 > Ikt1. . ĐK thành lập điện áp - Tồn tại φdư - φkt cùng chiều φdư - α < αth - nđc sơ cấp đủ lớn tg α = Rkt = Rđ/c + rkt => Rđ/c < Rth => φ tổng => Eư 10.6 Máy phát điện một chiều 1. Quá trình thành lập điện áp 18 2. Đặc tính ngoài: Quan hệ U = f(I) n = const Rkt = const a- Kích từ độc lập U = Eư – Rư Iư Khi I - RưIư - Phản ứng phần ứng
U giảm => từ thông φ tổng giảm U In 0 Điều kiện 19 b. Kích từ song song U = Eư – Rư Iư Khi I U In 0
U giảm
φ giảm
Eư giảm
U KT // In// KT ĐL Rt U Rđ/c Ikt Iư Eư I - RưIư - Phản ứng phần ứng
φ tổng
Ikt Iư = I + Ikt 20 3. Đặc tính điều chỉnh Ikt I0 Quan hệ Ikt = f (I) n = const U = const Đ/k Iđm Iktđm KT // KT ĐL 10.7 Động cơ điện một chiều 1. Mở máy n = 0 => Eưm = keφn = 0 Uđm = Eưm + Rư Iưm => UI R = ®m −m − Rất nhỏ
Rất lớn Tia lửa mạnh Phải giảm Iưm 21 Uđm Rđ/c Ikt Eư = 0 Rf(m) Im Iưm Phương pháp mở máy a. Nối tiếp Rf với Rư f UI R R = + ®m −m − Rf = ? để Im ≤ (2 ÷ 2,5 ) Iđm Im = Iưm • KT độc lập: • KT song song: Im = Iưm + Ikt b. Giảm điện áp phần ứng  Nối nối tiếp các rô to  Bộ điều chỉnh điện áp 22 2. Đặc tính cơ: n = f(M) U = Eư + Rư Iư Eư = U - Rư Iư Eư = ke φ n e e U R I n k k = −φ φ ®m − − => M = kmφ Iư * Động cơ kích từ song song và độc lập 2 e e m U R n M k k k = −φ φ ®m − => n M nđm Mđm no Khi U và φ = const o e U = const = n k φ ®m 2 e m R const b k k = =φ − n = no- bM Kích từ song song và độc lập 23 2 e e m U R n M k k k = −φ φ ®m −3. Điều chỉnh tốc độ a. Thay đổi Rf nối tiếp mạch phần ứng có Rf độ dốc f2 e m R Rb k k + = φ − o e U n k = φ ®m = const n M no 1 Mđm 2 3 Rf3 > Rf2 > Rf1 = 0 * Đặc điểm Đặc tính tự nhiên - Điều chỉnh trơn - Phạm vi tương đối rộng - Vùng nđc < nđm : dưới định mức - Độ cứng đặc tính cơ giảm - Tổn hao trên Rf U Rđ/c Ikt Rf(m) Im Iưm 24 2 e e m U R n M k k k = −φ φ ®m −b. Giảm điện áp phần ứng U giảm U độ dốc 2 e m Rb k k = φ − o e U n k = φ = const n M no 1 Mđm U3 < U2 < U1 = Uđm * Đặc điểm Đặc tính tự nhiên - Điều chỉnh trơn - Dải điều chỉnh rộng - Vùng nđc < nđm - Độ cứng đặc tính cơ không thay đổi - Cần nguồn 1 chiều thay đổi được U 2 3 • Tổ MF – ĐC • Bộ chỉnh lưu có điều khiển
Được sử dụng rộng rãi nhất 25 2 e e m U R n M k k k = −φ φ ®m −c. Thay đổi φ giảm φ độ dốc 2 e m Rb k k = φ − o e U n k = φ no 1 Mđm φ 3 < φ 2 < φ 1 = φ đm * Đặc điểm - Điều chỉnh trơn - Phạm vi tương đối rộng - Vùng nđc > nđm - Độ cứng đặc tính cơ có thay đổi - Tổn hao ít, hiệu suất cao (Pkt << Pđc) 3 2 n M Đặc tính tự nhiên Khi Mc = Mđm = const Mđ/c = km φ Iư = const => Tia lửa mạnh hạn chế /cn 2 n ≤® ®m Rung, hỏng trục động cơ => n Khi φ 26 So sánh ĐC 1 chiều và ĐC KĐB : - Ưu điểm: khả năng điều chỉnh tốc độ tốt - Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, giá cao, chi phí vận hành và bảo dưỡng lớn, nguồn 1 chiều Ví dụ : Động cơ 1 chiều KT// có : Pđm = 15 kW; Uđm = 220 V; Rư = 0,35 Ω ; Rkt =100 Ω; ηđm = 0,88; nđm= 1300 vg/ph 1. Tìm Rf nối tiếp mạch Roto để Im ≤ 2,5 Idm 2. Cho đ/c làm việc ở chế độ máy phát với Pđm = 16 kW; Uđm = 230V; biết Ikt = const. Tìm nđm ở chế độ máy phát 27 f 220 220 2,5.77,5 0,35 R 100 + ≤ + PI U = η®m ®m ®m ®m 315.10 0,88.220 = = => f 220R 0,35 2,5.77,5 2, 2 ≥ − − 77,5 A = 0,8 Ω Giải : 1. Tìm Rf nối tiếp mạch Roto để Im ≤ 2,5 Idm m f kt U UI 2,5I R R R = + ≤ + ®m ®m ®m − Im= Iưm + I kt => Từ Eư = ke φ n => 2. Tìm nđm ở chế độ máy phát =>e e E k n E k n φ = φ − ®mF ®mF ®mF −®m ®m ®m§ § § E n n E = −®mF ®mF ®m ®m § § PI U = ®mF ®mF ®mF 316.10 230 = EưđmF = UđmF+ RưIưđmF IưđmF = IđmF + Ikt = 69,6 +2,2 = 71,8 A = 69,6 A EưđmF = 230 + 0,35.71,8 = 255,13 V n 1300 193,6 =®mF 255,13 = 1713 vg/ph EưđmĐ = UđmĐ - RưIưđmĐ = 220 - 0,35.(77,5-2,2) = 193,6 IưđmF = IđmF + Ikt