Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 9: Máy điện DC

1 29.1. CẤU TẠO MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU (DC) ĐẶC ĐIỂM ROTOR. 9.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: CHẾ ĐỘ MÁY PHÁT – SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHẦN ỨNG. CHẾ ĐỘ ĐỘNG CƠ – SỨC PHẢN ĐIỆN PHẦN ỨNG 9.3. PHÂN LOẠI VÀ MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG MÁY ĐIỆN DC: TRƯỜNG HỢP MÁY PHÁT ĐIỆN DC TRƯỜNG HỢP ĐỘNG CƠ DC. 9.4. HIỆU SUẤT VÀ GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG: TRƯỜNG HỢP MÁY PHÁT ĐIỆN DC. TRƯỜNG HỢP ĐỘNG CƠ DC. 9.5. CÁC ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ DC: ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ. ĐẶC TÍNH CƠ 39.1. CẤU TẠO Máy điện DC có hai thành phần chính: STATOR (Phần cảm) Nhiệm vụ: Tạo thành từ trường kích thích DC. ROTOR (Phần ứng) Nhiệm vụ: Tạo thành áp DC khi được quay bởi động cơ sơ cấp (lúc hoạt động theo chế độ máy phát ). Tạo ra cơ năng khi được cấp dòng DC qua dây quấn (lúc hoạt động theo chế độ động cơ). Thành phần phụ tạo liên lạc giữa phần ứng với mạch ngoài là hệ thống cổ góp và chổi than. 4STATOR (PHẦN CẢM) ROTOR (PHẦN ỨNG) 5STATOR (PHẦN CẢM) CỰC TỪ NAM CHÂM VĨNH CỬU 6STATOR (PHẦN CẢM) CỰC TỪ QUẤN DÂY 7 8 9ROTOR (PHẦN ỨNG) ĐANG THI CÔNG QUẤN DÂY 10 ROTOR (PHẦN ỨNG) ĐÃ QUẤN DÂY HOÀN TẤT 11 CỔ GÓP ROTOR CÔNG SUẤT TRUNG BÌNH CỔ GÓP ROTOR CÔNG SUẤT NHỎ 12 Ổ CHỔI THAN 13 Ổ CHỔI THAN 14 CỔ GÓP VÀ CHỔI THAN 15 16 KẾT CẤU CỦA MÁY ĐIỆN DC 17 ĐẶC ĐIỂM CỦA ROTOR 18 PHƯƠNG PHÁP QUẤN DÂY ROTOR MÁY ĐIỆN DC 19 Dây quấn rotor luôn tạo thành hệ kín . Số nhánh song song của dây quấn rotor là 2 hay bội số của 2 . Số nhánh song song trên rotor là 2a  a   20 9.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TRƯỜNG HỢP MÁY PHÁT ĐIỆN DC Giả sử máy điện có 2p = 2 cực và dây quấn trên rotor xem tương đương với một khung dây. CẤP ÁP DC VÀO DÂY QUẤN KÍCH THÍCH ĐỂ TẠO THÀNH DÒNG IKT DÙNG ĐỘNG CƠ SƠ CẤP QUAY TRÒN PHẦN ỨNG VỚI TỐC ĐỘ n DÒNG IKT TẠO THÀNH SỨC TỪ ĐỘNG KÍCH THÍCH VÀ SINH RA TỪ THÔNG KT CÁC THANH DẪN TRÊN PHẦN ỨNG CHUYỂN ĐỘNG VÀ CẮT ĐƯỜNG SỨC TỪ TRƯỜNG KÍCH THÍCH HÌNH THÀNH SỨC ĐIỆN ĐỘNG TRÊN PHẦN ỨNG 21 22 SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN DC Sức điện động sinh ra trên một thanh dẫn phần ứng. e B v  Quan hệ giữa vận tốc dài với tốc độ n D Dv . 2 n Dn 2 2                Quan hệ giữa sức điện động e với kích thước hình học của rotor  e B v D B.n    23 Quan hệ giữa sức điện động e với từ thông kích thích qua một cực từ.  D  :Diện tích xung quanh của hình trụ rotor Với máy điện có 2p cực , diện tích xung quanh là diện tích của 2p cực từ. Gọi A là diện tích 1 cực từ ta có kết quả sau:  D 2p.A     e D B.n 2p.A.B.n 2p A.B n   Hay Gọi (A.B) = m là từ thông kích thích cực đại ta có : me 2p. .n  24 Tổng quát hóa cho trường hợp rotor phần ứng chứa N thanh dẫn và có 2a mạch song song Tổng số thanh dẫn trên một mạch song song N 2a  Sức điện động sinh ra trên một nhánh cũng chính là sức điện động sinh ra giữa hai đầu phần ứng. m m N N p.NE e 2p. .n. .n 2a 2a a                     Đặt là hằng số cấu tạo phần ứng, ta có :E p.NK a      m E m p.NE .n K . .n a        25 TRƯỜNG HỢP ĐỘNG CƠ DC Giả sử máy điện có 2p = 2 cực và dây quấn trên rotor xem tương đương với một khung dây. CẤP ÁP DC VÀO DÂY QUẤN KÍCH THÍCH ĐỂ TẠO THÀNH DÒNG IKT CẤP NGUỒN ÁP DC VÀO DÂY QUẤN PHẦN ỨNG TẠO THÀNH DÒNG PHẦN ỨNG IƯ DÒNG IKT TẠO THÀNH SỨC TỪ ĐỘNG KÍCH THÍCH VÀ SINH RA TỪ THÔNG KT CÁC THANH DẪN TRÊN PHẦN ỨNG MANG DÒNG IƯ VÀ ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG KÍCH THÍCH HÌNH THÀNH LỰC ĐIỆN TỪ LÀM QUAY ROTOR 26 27 ROTOR QUAY MANG THEO CÁC THANH DẪN VỚI VẬN TỐC DÀI LÀ v THANH DẪN DI CHUYỂN CẮT ĐƯỜNG SỨC TỪ TRƯỜNG PHẦN CẢM CÁC THANH DẪN TRÊN PHẦN ỨNG HÌNH THÀNH SỨC PHẢN ĐIỆN E E mE K . .n  28 9.3. PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN DC - MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG : Máy điện DC được phân loại tùy thuộc vào : Phương thức kết nối phần cảm với phần ứng. Phương thức cấp nguồn cho phần cảm. KÍCH THÍCH ĐỘC LẬP KÍCH THÍCH SONG SONG KÍCH THÍCH NỐI TIẾP KÍCH THÍCH HỔN HỢP MÁY ĐIỆN DC 29 MÁY PHÁT ĐIỆN DC KÍCH THÍCH ĐỘC LẬP:  kt kt ktfU R R .I  mEE K . .n   t tu u E UE U R .I   t ut t tU R .I R .I  Các phương trình cân bằng áp : 30 MÁY PHÁT ĐIỆN DC KÍCH THÍCH SONG SONG: Các phương trình cân bằng áp :  t kt ktfU R R .I  mEE K . .n   t tu u E UE U R .I   t t tU R .I Phương trình cân bằng dòng : u ktt II I  31 ĐỘNG CƠ DC KÍCH THÍCH ĐỘC LẬP: Các phương trình cân bằng áp :  kt kt ktfU R R .I  mEE K . .n   u uU E R .I U E   Nguồn áp cấp cho phần cảm và phần ứng là các nguồn áp khác nhau (độc lập). 32 ĐỘNG CƠ DC KÍCH THÍCH SONG SONG (ĐỘNG CƠ SHUNT): Các phương trình cân bằng áp :  kt ktfU R R .I  mEE K . .n   u u U EU E R .I   Phương trình cân bằng dòng : n ktu II I  33 9.4. HIỆU SUẤT VÀ GIẢN ĐỒ PHÂN BỐ NĂNG LƯỢNG: Muốn xác định giản đồ năng lượng của máy điện DC chỉ cần nhân 2 vế của phương trình cân bằng áp phần ứng cho dòng ứng Iư . Đây là phương pháp để chuyển đổi phương trình cân bằng áp sang phương trình cân bằng công suất . Từ đó suy ra giản đồ năng lượng. Trong đề mục này chỉ khảo sát tiêu biểu cho trường hợp máy phát DC kích từ song song và động cơ DC kích từ song song. 34 MÁY PHÁT DC KÍCH THÍCH SONG SONG: t u uE U R .I  Từ phương trình sau ta có: t 2 u u uu. .IE. U R II    t kt 2u ut u. .IE. U I R II   Từ phương trình cân bằng dòng suy ra: t t kt 2 u uut. .I .E. U U IRII    dt t jkt juP P P P   35 t t kt 2 u uut. .I .E. U U IRII    dt t jkt juP P P P   1P P cô Pmq+theùp udt E.IP  ktjkt U.IP  2 u uju R .IP  t t 2t U .I PP   2tP P P ñieän Hiệu Suất t t2 1 1 P U .I P P   36 ĐỘNG CƠ DC KÍCH THÍCH SONG SONG: u uU E R .I  Từ phương trình sau ta có: 2 u u u u. .U I. RIEI    tt k u 2n u uI. .U EI I. RI   Từ phương trình cân bằng dòng suy ra: t kt 2 n u uu. .I .U E. UI R II   1 dt jkt juP P P P   37 n1 U.IP  Pmq+theùp udt E.IP  ktjkt U.IP  2 u uju R .IP  2P Hiệu Suất n 2 2 1 P P P U.I   t kt 2 n u uu. .I .U E. UI R II   1 dt jkt juP P P P   38 9.5. ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ SONG SONG: Muốn xác định Đặc tính Tốc Độ của động cơ DC ta áp dụng phương pháp khử sức phản điện E trong phương trình cân bằng áp phần ứng. Đặc tính tốc độ là đường biểu diễn hay đồ thị mô tả quan hệ giữa tốc độ quay theo dòng qua phần ứng n = f (Iư) Các đặc tính của động cơ DC gồm: Đặc tính tốc độ. Đặc tính Momen điện từ theo dòng ứng. Đặc tính cơ. 39 u uU E R .I  Từ phương trình sau ta có: Suy ra Đặc tính tốc độ có dạng như sau : mEE K . .n  m u uEK . .U n R .I u u m mE u u mE E R U.IK . K . U R .In K .                    40 dmn udmI o mE Un K .  umm u UI R ĐIỂM MỞ MÁY ĐIỂM ĐỊNH MỨC ĐIỂM KHÔNG TẢI LÝ TƯƠNG ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ 41 dt 2 mq ThepP P P   MOMEN ĐIỆN TỪ – MOMEN CƠ RA Từ giản đồ phân bố năng lượng, ta có: Suy ra: dt 2 mq Thep 9,55 9,55P P 5 n n P9, 5 n                     dt 2 mq ThepM M M   Mđt : Momen điện từ M2 : Momen cơ ra Mmq+Thép : Momen sinh ra do ma sát cơ + Thép 42 dt dt 9,55 P n M      MOMEN ĐIỆN TỪ  dt u E m uE.I K . .n .IP    mdt uE9,55.K . .IM  Đặc tính Momen điện từ theo dòng phần ứng có dạng đường thẳng qua gốc tọa độ Mđt Iư 43 u u o mE Rn .I nK .          dt E m u9,55.K . .IM  Từ Đặc Tính Tốc Độ và Đặc Tính Momen điện từ theo dòng phần ứng, khử Iư để có Đặc Tính Cơ.   u odt2 mE R .M n 9,55. n K .          Đặc Tính Cơ là đồ thị hay đường biểu diễn mô tả quan hệ giữa tốc độ quay theo momen điện từ . Đặc tính cơ có dạng đường thẳng. 44 dmn dtdmM o mE Un K .   dtmm E m umm9,55.K . .IM  ĐIỂM MỞ MÁY ĐIỂM ĐỊNH MỨC ĐIỂM KHÔNG TẢI LÝ TƯƠNG ĐẶC TÍNH CƠ