Kỹ thuật điện - Chương 5: Máy điện 1 chiều

KỸ THUẬT ĐIỆN CHƯƠNG 5 – MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU Nguyên lý làm việc 1 Cấu tạo của máy điện 1 chiều 2 Sức điện động và mômen điện từ của máy điện 1 chiều 3 Phản ứng phần ứng 4 5 Tia lửa điện giữa chổi than và vành góp Phân loại máy điện 1 chiều 6 Bộ môn TBĐ - ĐT 1 Máy phát điện 1 chiều 7 Chế độ động cơ 1 chiều 8 KỸ THUẬT ĐIỆN CHƯƠNG 5 – MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU Bộ môn TBĐ - ĐT 2 Máy điện 1 chiều được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiêp, dân dụng - Mômen khởi động lớn - Điều chỉnh tốc độ trong dải rộng, liên tục, dễ dàng * Hệ thống chổi than vành góp  tia lửa điện KỸ THUẬT ĐIỆN 5.1 – nguyên lý làm việc Bộ môn TBĐ - ĐT 3 * chế độ máy phát Chiều: theo qui tắc bàn tay phải Độ lớn: vlBetd .. N S a b c d + - tde tde a b c d + - a b c d + - a b n c d + - a b n c d + -  a b c d + - KỸ THUẬT ĐIỆN Bộ môn TBĐ - ĐT 4 A – Stato (phần cảm) * Vỏ máy: là từ thép ống, tấm và là 1 phần của mạch từ * Cực từ chính: là nam châm điện (có thể là nam châm vĩnh cửu) - Lõi thép: làm từ thép đúc - Dây quấn cực từ chính: là dây quấn kích từ  từ thông chính 0 * Cực từ phụ: làm giảm tia lửa điện giữa chổi than và vành góp 5.2 – Cấu tạo của MĐ 1 chiều KỸ THUẬT ĐIỆN Bộ môn TBĐ - ĐT 5 B – Roto (phần ứng) * Lõi thép: ghép từ các lá thép ktđ * Dây quấn phần ứng: được ghép từ các phần tử (khung dây) nối tiếp nhau. 5.2 – Cấu tạo của MĐ 1 chiều  Các phần tử chia thành các mạch nhánh song song - Ký hiệu số mạch nhánh song song : 2a  Sđđ của máy = sđđ của các nhánh song song lv tb B a N td e a N u E 22  KỸ THUẬT ĐIỆN Bộ môn TBĐ - ĐT 6 5.2 – Cấu tạo của MĐ 1 chiều KL: Máy điện 1 chiều có cấu tạo phức tạp hơn nhiều so với máy điện KĐB 3 pha. * Cổ góp: được ghép bằng các phiến đồng Chổi than Lò xo ép chổi than Cổ góp * Chổi than: Phiến góp KỸ THUẬT ĐIỆN 5.3 – SĐĐ và mômen điện từ 1. Sức điện động phần ứng: Eư * Giả thiết: Máy điện có N thanh dẫn và 2a nhánh song song a N eE tdu 2 . vlBetd .. a NnD l p Dl Eu 2 . 60 2 2 . 2     n a pN Eu .. 60  S B   60 2 . 2 nD v    - từ thông trên mặt 1 cực từ l p D S . 2   Đặt : a pN ke 60  nkE eu .. * KL: Sức điện động phần ứng phụ thuộc vào kết cấu của máy điện (ke), từ thông (), và tốc độ của roto (n). Bộ môn TBĐ - ĐT 7 + + + + +      N S nmf  KỸ THUẬT ĐIỆN 5.3 – SĐĐ và mômen điện từ 2. Mômen điện từ của MĐ 1 chiều: Mđt roto dt dt P M   udt I a pN M .. 2   Đặt : a pN kM 2  uMdt IkM .. * KL: Mômen điện từ phụ thuộc vào kết cấu máy điện, từ thông và dòng điện phần ứng - Ở chế độ động cơ: Đổi chiều quay roto bằng cách đổi chiều từ thông () hoặc đổi chiều dòng điện (Iu). uudt IEP . 60 2 n roto    Bộ môn TBĐ - ĐT 8 KỸ THUẬT ĐIỆN 5.4 – Từ trường và phản ứng phần ứng 1. Từ trường (TT) phần cảm (từ trường chính): - Khi không tải: 0 0   u kt I I Đặc điểm:  TT trong máy chỉ do dòng kích từ sinh ra. - Phân bố đều trong khe hở không khí - đối xứng qua đường trung tính hình học mn  Thanh dẫn đi qua trung tính hình học sẽ không cảm ứng ra sđđ.  Chổi than được đặt trên đường trung tính hình học 2. Từ trường phần ứng: - Khi 0uI  TT phần ứng ngang trục. Bộ môn TBĐ - ĐT 9 N S TT hình học n m KỸ THUẬT ĐIỆN 5.4 – Từ trường và phản ứng phần ứng 3. Phản ứng phần ứng: - Ở chế độ mang tải: 0 0   u kt I I  TT của phần ứng tác động lên TT phần cảm  Tạo ra từ trường tổng trong MĐ 1 chiều  Gọi là phản ứng phần ứng + góc I, III phản ứng trợ từ   tăng + góc II, IV phản ứng khử từ   giảm  Biến dạng từ trường, dịch chuyển đường trung tính hình học  đường trung tính vật lý.  giảm: )( )( ĐCM MFE đt u   - Khắc phục bằng cách đặt thêm dây quấn bù trên mặt cực từ stato. Bộ môn TBĐ - ĐT 10 TT vật lý II I III IV KỸ THUẬT ĐIỆN 5.5 – Tia lửa điện giữa chổi than và vành góp 1. Hiện tượng: - Có tiếp xúc trượt giữa chổi than và vành góp - Có dòng điện chạy qua tiếp xúc trượt này  Dòng điện lớn đến giá trị nhất định sẽ xuất hiện tia lửa điện 2. Nguyên nhân: A – Nguyên nhân cơ khí: * Cổ góp: không tròn, không nhẵn, mòn * Chổi than: không đủ lực ép, không đúng chủng loại, mòn Bộ môn TBĐ - ĐT 11 KỸ THUẬT ĐIỆN 5.5 – Tia lửa điện giữa chổi than và vành góp B – Nguyên nhân điện từ: Do quá trình đổi chiều dòng điện trong phần tử đổi chiều * Quá trình đổi chiều: 1 2 n Iư 1 1 2 n Iư 2 Tại (2) trong phần tử a có các sđđ: + + + + +      N S nmf 1 2 Iư a dt di LeL  dt di MeM  vlBeq .. qMLp eeee  Sđđ phản kháng Sđđ tự cảm Sđđ hỗ cảm Sđđ quay 1 2 n Iư 3 Dòng điện do sđđ phản kháng sinh ra bị ngắt tại thời điểm (3)  tia lửa điện. KỸ THUẬT ĐIỆN 5.5 – Tia lửa điện giữa chổi than và vành góp 3. Biện pháp khắc phục: - Triệt tiêu sức điện động phản kháng trong phần tử đổi chiều  Sử dụng cực từ phụ: + đặt giữa 2 cực từ chính + nằm trong vùng đổi chiều + sinh ra từ thông sao cho trong phần tử đổi chiều cảm ứng ra sđđ ephụ = ep và ngược chiều với ep  dây quấn phụ nối tiếp với dây quấn phần ứng + + + + +      N S nmf Cực từ phụ  Dịch chổi than về phía đường trung tính vật lý , sử dụng dây quấn bù Bộ môn TBĐ - ĐT 13 KỸ THUẬT ĐIỆN 5.5 – Tia lửa điện giữa chổi than và vành góp * Sử dụng cực từ phụ: * Dịch chổi than về phía đường trung tính vật lý , sử dụng dây quấn bù Bộ môn TBĐ - ĐT 14 Iư Iư + - U n S N n n KỸ THUẬT ĐIỆN 5.6 – Phân loại máy điện 1 chiều 1. MĐ1 chiều kích từ độc lập: Dựa trên mối quan hệ về điện giữa dây quấn kích từ và dây quấn phần ứng 2. MĐ1 chiều kích song song: 3. MĐ1 chiều kích nối tiếp: Phần ứng kt Ukt U Phần ứng kt R điều chỉnh U Phần ứng kt U 4. MĐ1 chiều kích hỗn hợp: song song + nối tiếp độc lập + nối tiếp Bộ môn TBĐ - ĐT 15 KỸ THUẬT ĐIỆN 5.7 – Máy phát điện 1 chiều 1. Quá trình thành lập điện áp trên 2 cực máy phát 1 chiều: * Điều kiện: constn  0uI Tốc độ quay không đổi Không tải 1.a – Máy phát 1 chiều kích từ độc lập Phần ứng kt Ukt U Rđc Ikt + - + roto quay với tốc độ n + tăng dần Ikt  0 tăng nkE eu .. 0UU  Edư Eu Ikt U0 Bộ môn TBĐ - ĐT 16 KỸ THUẬT ĐIỆN 5.7 – Máy phát điện 1 chiều 1.b – Máy phát 1 chiều kích từ song song Phần ứng kt R điều chỉnh U * Phải có từ dư dư Điều kiện: nkE duedu .. Edu  Ikt   * Từ thông  phải cùng chiều với dư  tăng  U tăng Mạch kích từ: ktkt RIU . chôithandâyktkt RRR  Nếu đường tiếp tuyến với ktkt RIU . )( ktIfU   Đường tới hạn thkt RR * Eư Ikt  th Edư ktkt RIU . )( ktIfU  Bộ môn TBĐ - ĐT 17 KỸ THUẬT ĐIỆN 5.7 – Máy phát điện 1 chiều 2. Đặc tính ngoài của máy phát 1 chiều: Là quan hệ giữa điện áp trên 2 cực máy phát với dòng điện tải. Điều kiện: constn  constIkt  Phương trình điện: nkE eu .. )( ktbùphutxdâyuu RRPRRR  uuu RIEU . 2.a – Máy phát 1 chiều kích từ độc lập Phần ứng kt Ukt U Rđc Ikt + - Iư Ztải I Khi tăng tải : I  Iư   Iư.Rư   U Phản ứng phần ứng tăng:    Eư   U  Bộ môn TBĐ - ĐT 18 uII Eu I U0 KTĐL KỸ THUẬT ĐIỆN 5.7 – Máy phát điện 1 chiều Bộ môn TBĐ - ĐT 19 2.b – Máy phát 1 chiều kích từ song song Phần ứng kt R điều chỉnh U Iư Ztải I Ikt ktu III  Do Ikt << I  bỏ qua Ikt IIu  Khi tăng tải : I  Iư   Iư.Rư  làm cho phản ứng phần ứng tăng  U   Ikt      Eư  Eu U0 KTSS KTĐL I KỸ THUẬT ĐIỆN 5.8 – Động cơ điện 1 chiều 1. Phương trình điện của động cơ: Bộ môn TBĐ - ĐT 21 uuu RIEU . Iư Eư Rư U + - 2. Mở máy động cơ 1 chiều: Điều kiện: Mmm  MC Imm  Icho phép  (23) Iđm Động cơ 1 chiều không mở máy trực tiếp  cần phải có biện pháp mở máy Rmm + - Rư Mở máy động cơ 1 chiều bằng điện trở Rmm. KỸ THUẬT ĐIỆN 5.8 – Động cơ điện 1 chiều 3. Đặc tính cơ: Bộ môn TBĐ - ĐT 22  Mfn  )1(. uuu RIEU  )2(.. nkE eu  )3(.. uM IkM  Lấy (2) thay vào (1) u e u e I k R k U n .     Từ (3)  Iư thay vào pt trên: M kk R k U n me u e . 2    KỸ THUẬT ĐIỆN 5.8 – Động cơ điện 1 chiều a. Động cơ 1 chiều kích từ độc lập: Bộ môn TBĐ - ĐT 23 Đặt const   . 0 ek U n Là tốc độ không tải lý tưởng MAnn .0  n n0 KTĐL M Phần ứng kt Ukt U Rđc Ikt + - KỸ THUẬT ĐIỆN 5.8 – Động cơ điện 1 chiều b. Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp: Bộ môn TBĐ - ĐT 24 n KTNT M Phần ứng kt U uM IkM ..  ktu II 2M 2 22 1 .. .    k kk R Mkk U n me u e 2 2. kM Mk .1 2 . B uR MA U n  KỸ THUẬT ĐIỆN 5.8 – Động cơ điện 1 chiều 4. Điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều: Bộ môn TBĐ - ĐT 25 + Điều chỉnh điện áp U + Điều chỉnh từ thông  (Ikt) + Thêm điện trở vào roto n n0 Tự nhiên M Thêm điện trở Rp Phần ứng kt Ukt U Rđc Ikt + - M kk RR k U n me pu e . 2    