Chương 9 Máy điện một chiều

1TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN CHƯƠNG 9 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Máy phát điện Động cơ điện TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN
Đại cương Máy điện một chiều là: Là loại máy điện quay sử dụng điện một chiều Máy điện một chiều thường được chế tạo ở 2 dạng: + Máy phát điện + Động cơ điện Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu momen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng trong phạm vi rộng Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, đắt tiền

2TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN  Cấu tạo Máy điện một chiều gồm có 2 phần chính là: stato và rôto 2.1 Stato Stato còn gọi là phần cảm gồm có lõi thép bằng thép đúc là mạch từ vừa là vỏ máy, trên đó có các cực từ chính, cực từ phụ và dây quấn kích từ TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 2.2 Rôto Rôto của máy điện một chiều (phần ứng) gồm có lõi thép, dây quấn phần ứng và cổ góp Lõi thép phần ứng hình trụ được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm, trên lá thép có dập rãnh để đặt dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối tiếp nhau tạo thành mạch điện kín, mỗi phần tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây; hai đầu nối với hai phiến góp, hai cạnh tác dụng của phần tử được đặt trong hai rãnh   3TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn trên trục rôto.  TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 4TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN  Phân loại máy điện một chiều Dựa vào cách nối dây giữa dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng 3.1 Máy điện một chiều kích thích độc lập Dây quấn kích thích không nối với mạch điện phần ứng và được cung cấp bởi một nguồn điện bên ngoài Đối với máy điện công suất nhỏ, cực từ là 1 nam châm vĩnh cửu Ut It U U TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 3.2 Máy điện một chiều tự kích thích Dây quấn kích thích nối với dây quấn phần ứng 3.2.1 Máy điện một chiều kích thích song song It U Dây quấn kích thích nối song song với dây quấn phần ứng 5TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 3.2.2 Máy điện một chiều kích thích nối tiếp 3.2.3 Máy điện một chiều kích thích hỗn hợp It U It U Dây quấn kích thích nối tiếp với dây quấn phần ứng Dây quấn kích thích có 2 cuộn: 1 cuộn mắc song song 1 cuộn mắc nối tiếp TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN  Qúa trình điện từ trong máy điện một chiều 4.1 Sức điện động cảm ứng trong dây quấn phần ứng Sức điện động trung bình trong 1 thanh dẫn td tbE B lv= 2 60 60 Dn n v ppi τ= = tbB l δ τ Φ=Trong đó 2 60td nE p δ= Φ u 2 60nh td N pNE E E n a a δ= = = Φ u EE C nδ= Φ 6TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 4.2 Momen điện từ và công suất điện từ 4.2.1 Momen điện từ Lực tác dụng lên 1 thanh dẫn Dòng điện trong 1 nhánh Momen điện từ tác dụng lên phần ứng tb= B uf li 2 u nh u II i a = = . . 2 2 2 u tb ID DM f N B l N a = = 2 u pNM I a δ pi = Φ M uM C Iδ= Φ TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 4.2.2 Công suất điện từ Công suất điện từ là công suất ứng với momen điện từ lấy vào (máy phát) hoặc đưa ra (động cơ) .dtP M ω= 2 . 2 60dt u pN nP I a δ pi pi = Φ . 60dt u pNP n I a δ= Φ .dt u uP E I= 7TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN
Quá trình năng lượng 5.1 Tổn hao trong máy điện một chiều Tổn hao cơ pcơ: Do ma sát tại ổ bi, giữa chổi than và cổ góp Tổn hao đồng pcu: Tổn hao trên dây quấn phầnứng và dây quấn kích thích Tổn hao sắt pfe : Do từ trễ và dòng điện xoáy Tổn hao phụ pf : Do từ trường phân bố khôngđều



TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 5.2 Quá trình năng lượng 5.2.1 Máy phát điện 5.2.2 Động cơ điện P1 = Mω Pđt = EưIư P2 = UI pcơ pfe pcu P2 = Mω Pđt = EưIưP1 = UI pcơpfepcu 8TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN  Phản ứng phần ứng trong máy điện một chiều Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng Phản ứng phần ứng làm méo dạng từ trường ở khe hở. Nếu mạch từ không bão hoà, do tác dụng khử từ nên từ trường tổng dưới cực từ giảm một ít Từ trường trong máy điện là tổng hợp của từ trường cực từ và từ trường phần ứng TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Máy phát điện một chiều Dùng để tạo nguồn điện một chiều Sử dụng trong các ngành: Luyện kim, cán thép, hóa chất, giao thông vận tải.... Động cơ sơ cấp là: Động cơ điện xoay chiều, động cơ đốt trong, tuốc bin... 7.1 Đặc tính của máy phát điện một chiều 7.1.1 Đặc tính không tải U0 = E = f(It) khi I = 0 E It Edư 9TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 7.1.2 Đặc tính ngắn mạch In It Thực tế In = f(It) khi U = 0 7.1.3 Đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh 1. Máy phát điện kích thích độc lập a. Đặc tính ngoài U = f(I) khi It = const Độ biến thiên điện áp định mức tính theo phần trăm: 0% 100dmdm dm U UU U −∆ = TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN b. Đặc tính điều chỉnh It = f(Iư) khi U = const 2. Máy phát điện kích thích song song a. Đặc tính ngoài U = f(I) khi It = const b. Đặc tính điều chỉnh It = f(Iư) khi U = const Giống máy phát điện kích thích độc lập nhưng dốc hơn 10 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 3. Máy phát điện kích thích nối tiếp Đặc tính ngoài U = f(I) khi It = const 4. Máy phát điện kích thích hỗn hợp Các đặc tính ngoài và điều chỉnh mang tính tổng hợp của 2 máy phát điện kích thích song song và nối tiếp TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 7.2 Quá trình thành lập điện áp của máy phát điện song song Điện áp được thành lập dựa vào quá trình tự kích Khi máy ngừng hoạt động trong lõi thép còn từ dư Để hở mạch kích thích và quay máy phát đến tốc độ định mức Từ dư trong máy sẽ cảm ứng sinh ra s.đ.đ Trên 2 cực của máy phát điện có điện áp U = (2÷3)%Uđm 11 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Để có quá trình tự kích trong máy phát điện song song thì: Phải có từ dư trong lõi thép cực từ Từ thông do It sinh ra phải cùng chiều với từ dư Điện trở mạch kích thích Rt không quá lớn Nối kín mạch kích thích, dòng It tạo ra từ thông cùng chiều với từ dư làm cho U tăng dần đến định mức    TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 7.3 Máy phát điện một chiều làm việc song song 7.3.1 Điều kiện làm việc song song Các máy phát điện nối cùng cực tính Sức điện động của các máy phát điện phải bằng nhau

12 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 7.3.2 Phân phối và chuyển tải giữa các máy phát điện một chiều a. Phân phối: Sau khi ghép MF2 ta nâng đặc tính ngoài của MF2 và giảm đặc tính ngoài MF1 với U không đổi sao cho I1 + I2 = I b. Chuyển tải: Tiếp tục tăng E2 và giảm E1 đến khi E1 = U. Lúc đó MF2 hoàn toàn đảm nhận tải TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Động cơ điện một chiều Máy điện một chiều làm việc ở chế độ động cơ khi E < U, lúc đó dòng điện Iư ngược chiều với E Động cơ 1 chiều được dùng phổ biến trong công nghiệp, trong ngành giao thông vận tải và những nơi có yêu cầu điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong phạm vi rộng Cách phân loại động cơ điện một chiều tương tự như máy phát điện một chiều 8.1 Đại cương 13 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 8.2 Mở máy động cơ điện một chiều 8.2.1 Yêu cầu khi mở máy Momen mở máy lớn Hạn chế dòng điện mở máy nhỏ nhất 8.2.2 Phương pháp mở máy Các phương pháp mở máy đều phải đảm bảo có từ thông lớn nhất Φm, nghĩa là phải điều chỉnh biến trở RKT để động cơ được kích thích ở mức tối đa   TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN a. Phương pháp mở máy trực tiếp ĐC CD Dòng điện khi mở máy là: mmIR UI == Vì Rư nhỏ nên Imm lớn. Thường Imm = (5 ÷ 10)Iđm Phương pháp này chỉ dùng cho các động cơ có công suất vài trăm Watt 14 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN b. Phương pháp mở máy nhờ biến trở Trong quá trình mở máy, dòng điện mở máy là: Ki i mm R EU I + − = R Imm = (1,4 ÷ 1,7)Iđm đối với động cơ lớn Imm = (2 ÷ 2,5)Iđm đối với động cơ nhỏ TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN c. Phương pháp mở máy bằng điện áp thấp Phương pháp này cần phải có 1 nguồn độc lập có thể điều chỉnh U để cung cấp cho phần ứng của động cơ, trong khi đó mạch kích thích đặt dưới U định mức của 1 nguồn khác Thường dùng để mở máy động cơ công suất lớn 15 8.3 Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN Đặc tính cơ nêu mối quan hệ M = f(n) 2 E E M RU n M C C Cδ δ = − Φ Φ 8.3.1 Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc song song Nếu U = const; It = const thì Φδ = const M K R nn o −= M Mđm n no Loại động cơ này có đường đặc tính cơ rất cứng TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 8.3.2 Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp Ta có: I = Iư = It và Φδ = KΦ.I M = CM.Φδ.Iư = Φ Φ K CM 2 δ MC KM Φ=Φ . δ ΦΦ −= KC R KMC UC n EE M M U n ≈ 2 2 n CM =Vì Rư nhỏ nên hay M n Đường đặc tính cơ rất mềm 16 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 8.3.3 Đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp Dạng đường đặc tính cơ nằm trung gian giữa 2 loại kích thích song song và nối tiếp M n song song hỗn hợp nối tiếp TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN 8.4 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 2 E E M RU n M C C Cδ δ = − Φ Φ Tốc độ của động cơ một chiều có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi các thông số như: U, Φδ, R trên mạch phần ứng và tuỳ thuộc vào kiểu nối dây quấn kích thích Điều chỉnh Φδ Phương pháp điều chỉnh Φδ được áp dụng tương đối phổ biến, có thể điều chỉnh tốc độ liên tục và kinh tế Chú ý: Bình thường Φδ là định mức, ta chỉ điều chỉnh Φδ giảm
17 TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ MÁY ĐIỆN

Thêm điện trở Rp vào mạch phần ứng Phương pháp điều chỉnh tốc độ này chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ dưới định mức và kèm theo tổn hao Do đó sẽ làm giảm hiệu suất của động cơ Phương pháp này chỉ dùng trong các động cơ công suất nhỏ Điều chỉnh điện áp Phương pháp điều chỉnh điện áp chỉ cho phép thay đổi tốc độ dưới định mức Đòi hỏi có 1 nguồn riêng có U điều chỉnh được