Giáo trình Máy điện 1 (Trình độ Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Công nghiệp Hải Phòng

ng là thép lá kỹ thuật dập định hình ghép lại, trên mặt phay rãnh đặt dây quấn ba pha tương tự như stato của máy phát điện không đồng bộ, dây quấn stato là dây quấn xoay chiều. Đối với một số máy phát điện nhỏ chuyên dùng, người ta đặt phần cảm ở stato còn phần ứng ở rôto. - Hệ thống kích từ làm nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều cho phần cảm để luyện từ. Hệ thống này chỉ cần thiết cho loại máy phần cảm là nam châm điện. Phần lớn các máy điện đồng bộ công suất lớn nguồn kích từ là máy phát điện một chiều gọi là máy kích từ lắp trên cùng một trục với máy điện đồng bộ. Hiện nay người ta đang có xu hướng thay thế máy kích từ bằng hệ thống nắn điện bằng đèn cơ khí hay đèn bán dẫn, mắc vào stato máy điện đồng bộ nhận điện áp xoay chiều ở stato nắn thành một chiều cấp cho phần cảm. Trong hệ thống kích từ còn có biến trở điều chỉnh kích từ và các thiết bị tự động điều chỉnh. 2.2. Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ a. Chế độ máy phát điện Khi làm việc ở chế độ máy phát stato của máy phát điện đấu tới mạng ba pha chưa có điện , còn rôto được đấu tới nguồn kích từ. Hình 4-2 là sơ đồ mạch điện đơn giản của máy phát điện đồng bộ ba pha. 99 Hình 4-2. Sơ đồ mắc dây máy phát điện đồng bộ Rôto nối tới động cơ sơ cấp và quay với tốc độ n, dòng điện kích từ qua cuộn dây phần cảm tạo ra từ thông phần cảm 0 (hình 4-3). Khi rôto quay, từ thông máy quét qua dây quấn ba pha lệch nhau trong không gian 1200, khi rôto lần lượt quét qua chúng tạo ra các sức điện động lệch nhau về thời gian 1200. tsin2Ee 0A   00B 120tsin2Ee   0 0C 240tsin2Ee  Trị số hiệu dụng E của s.đ.đ xác định theo công thức E0 = 4,44. kqd1. W1. 0. f Hình 4-3 Sự hình thành s.đ.đ ba pha trong máy phát điện đồng bộ Ở đây kqd1 và W1 lần lượt là hệ số quấn dây và số vòng nối tiếp môt pha của dây quấn phần ứng, còn f là tần số s.đ.đ xác định theo 60 np f  Từ đó tần số góc của s.đ.đ  = 2f Sức điện động ba pha sẽ cung cấp dòng điện ba pha cho mạch ngoài, dòng điện này qua dây quấn phần ứng sẽ tạo ra từ thông quay, gọi là từ thông phần ứng, ký hiệu là , có tốc độ xác định theo: n p f60 n1  100 Như vậy, khi máy điện đồng bộ làm việc tốc độ từ trường quay luôn bằng tốc độ rôto. Hình 4-4 vẽ quan hệ từ máy điện đồng bộ hai cực n0 s0 biểu thị từ trường của phần cảm còn hai cực NS là từ trường phần ứng. Hình 4-4 Quan hệ từ trong máy phát đồng bộ Giả sử máy điện làm việc ở chế độ không tải, tức mômen sơ cấp M1 vừa đủ để thắng mômen cản do ma sát, quạt gió Gọi mômen không tải M0 lúc đó, từ trường phần cảm và phần ứng trùng trục với nhau, góc lệch giữa chúng bằng không, không có sự truyền công suất qua khe không khí (hình 4.4a). Khi động cơ sơ cấp tăng M1> M0 từ thông phần cảm  sẽ trở thành vượt trước từ thông phần ứng, góc lệch lớn hơn không, lúc này sẽ xuất hiện lực hút giữa các cực N - S0, S - N0, có xu hướng kéo cho hai từ thông trùng trục với nhau, do đó xuất hiện mômen điện từ M giữa rôto và stato ngược chiều với mômen sơ cấp M1, có tác dụng cản trở sự quay của rôto. Muốn tiếp tục quay như cũ, mômen sơ cấp phải đủ thắng được mômen điện từ và mômen không tải M1 = M + M0 Như vậy, rôto đã truyền được công suất điện từ Pđt qua khe hở không khí Pđt = M.  = M. 1 đó chính là công suất điện chuyển từ rôto sang để cung cấp cho tải. Khi công suất tải yêu cầu càng lớn mômen điện từ càng lớn và góc cũng tăng theo b. Chế độ động cơ điện Để máy điện đồng bộ làm việc ở chế độ động cơ, dây quấn kích từ nối với nguồn kích từ để tạo ra 0; dây quấn phần ứng nối với lưới điện; trục rôto nối với máy công tác. Sơ đồ ương tự ở chế độ máy phát điện Do phần cảm có 0, khi phần ứng có dòng điện chạy qua sẽ tạo ra từ trường quay q tương tác với 0 sinh ra mômenđiện từ làm quay rôto với tốc độ n = n1 kéo máy công tác. 3. ĐẤU DÂY VẬN HÀNH, ĐIỀU CHỈNH MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3.1. Sơ đồ đấu dây máy phát điện và các cuộn dây phân ứng ở Stato. 101 Hình 4-5: Sơ đồ đáu dây máy phát Hình 4-6 Hình 4-7 102 3.2. Thao tác vận hành : a. Mở máy: - Đóng điện vào động cơ kéo rô to của máy phát điện - Điều chỉnh Rkt theo dõi điện áp trên V – mét (400V) - Đóng cầu doa của máy phát cấp điện điện cho lưới - Đóng cầu dao cấp điện cho phụ tải - Khi MF làm việc theo dõi dòng điện trên A – mét b. Dừng máy: - Cắt cầu tải - Giảm Ikt (tăng Rkt) - Cắt cầu dao máy phát - Cắt cầu dao của động cơ kéo - Vệ sinh công nghiệp 4. ĐỘNG CƠ VÀ MÁY BÙ ĐỒNG BỘ 4.1. Động cơ đồng bộ : Khi máy điện đồng bộ làm việc ở chế độ động cơ nó tiêu thụ công suất của lưới điện, biến thành công suất cơ làm quay máy công tác. Lúc đó góc < 0, mômen điện từ trở thành mômen quay. Đặc tính của động cơ n = f(M) là một đường nằm ngang. Vì tốc độ n = n1 = hằng số không phụ thuộc mômen, điện áp mà chỉ phụ thuộc tần số vì tần số của mạng thực tế hầu như không đổi. Vì thế động cơ được dùng để truyền động các máy công tác cần tốc độ ổn định. Động cơ đồng bộ chạy không tải còn được ứng dụng để cải thiện cos của mạng vì khi đó nó phát ra công suất phản kháng cho mạng lúc mạng biến thiên và tiêu thụ công suất phản kháng lúc mạng thừa. Để mở máy động cơ đồng bộ, người ta thường sử dụng phương pháp mở máy không đồng bộ. Để thực hiện cách mở máy này người ta làm thêm bộ dây quấn lồng sóc ở rôto. Trình tự mở máy tiến hành như sau (hình 4-8) - Cắt điện cuộn dây kích từ nối nối với một điện trở diệt từ để hạn chế dòng điện cảm ứng lúc mở máy. - Đóng điện vào stato của động cơ. Lúc đó trong máy xuất hiện từ trường quay stato, quét qua thanh dẫn lồng sóc của rôto làm xuất hiện dòng điện cảm ứng và mômen quay như một động cơ không đồng bộ. - Khi động cơ đạt tốc độ gần đồng bộ, ta đóng dòng điện kích từ vào rôto, máy sẽ tự động vào đồng bộ. Khi máy đã vào đồng bộ, tốc độ tương đối giữa rôto và từ trường bằng không, trong lồng sóc không còn dòng điện cảm ứng, mômen không đồng bộ cũng hết, không ảnh hưởng gì đặc tính động cơ. 103 Hình 4-8 Sơ đồ mở máy động cơ đồng bộ Để hạn chế dòng điện mở máy, có thể mắc stato qua cuộn kháng như mở máy động cơ không đồng bộ 4.2. Máy bù đồng bộ Máy bù đồng bộ là động cơ đồng bộ làm nhiệm vụ điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng, không kéo phụ tải cơ. Khi cần điều chỉnh cos và điều chỉnh điện áp ta đặt ở đó một máy bù đồng bộ. Máy chỉ tiêu thụ một lượng nhỏ công suất tác dụng để thăng M0 để rôto quay ở chế đọ đồng bộ. Bằng cách điều chỉnh Ikt ta cho máy phát ra hoặc tiêu thụ công suất phản kháng để duy trì điện áp ở nơi đó ổn định. Cách mở máy bù giống như động cơ đồng bộ. Máy bù đồng bộ so với tụ điện bù có ưu điểm là phạm vi rộng và liên tục. Nhược điểm là giá thành cao, vận hành phức tạp, tốn năng lượng. NỘI DUNG THỰC HÀNH 1.Chuẩn bị dụng cụ thiết bị TT Thiết bị, dụng cụ SL Ghi chú 1 -Bàn thực hành máy phát điện đồng bộ. 01 bàn 2 -Đồng hồ vạn năng 01 chiếc 3 Dây nối, Jắc cắm 01 bộ 2. Nội dung: B1. Phân tích bản vẽ B2. Nhận vật tư B3. Kiểm tra động cơ đồng bộ trước khi lắp đặt 104 B4. Lắp đặt động cơ đồng bộ B5. Kiểm tra động cơ đồng bộ sau khi lắp đặt B6. Lắp đặt mạch động lực theo sơ đồ B7. Kiểm tra bộ điều khiển và tải B8. Vận hành thử bộ điều khiển và tải Bài tập: 1, Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ . 2, Nêu phương pháp mở máy động cơ đồng bộ . 3, Trên máy phát điện (MPĐ) đồng bộ 3 pha có các số liệu sau: 10kVA; nđm= 1500 vòng/phút; Y-220V;  = 0,87 ; cos đm= 0,8; f = 50Hz; lõi thép stato có 24 rãnh. a. Giải thích nhãn mác trên ? Dùng MPĐ trên cung cấp cho phụ tải 3 pha. Tải mỗi pha là đèn sợi đốt loại 100W-220V. Muốn đèn các pha sáng ở chế độ định mức thì phải đấu các đèn như thế nào? Tính số đèn tối đa đấu trong mỗi pha. b. Nếu khi máy phát làm việc mà điện áp phát ra trên các pha của máy không đảm bảo điện áp định mức thì phải sử lý như thế nào? Hãy giải thích. 105 BÀI 5: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU MÃ BÀI: MĐĐCN17-5 Mục tiêu: - Mô tả được cấu tạo, trình bày được nguyên lý làm việc của máy điện một chiều - Trình bày được công suất điện từ và sức điện động cảm ứng trong máy điện - Giải thích được nguyên nhân gây ra tia lửa và biện pháp khắc phục - Mô tả được các loại máy phát một chiều theo phương pháp kích từ. Trình bày được đặc tính làm việc của chúng - Trình bày được các phương pháp đảo chiều quay, điều chỉnh tốc độ và mở máy động cơ một chiều. - Bảo dưỡng, sửa chữa được những hư hỏng thông thường đảm bảo kỹ thuật và an toàn - Đấu lắp vận hành được máy phát điện, động cơ điện một chiều Nôi dung: 1. ĐẠI CƢƠNG VỀ MÁY ĐIÊN MỘT CHIỀU Máy điện một chiều là máy điện làm việc với dòng điện một chiều. Nó có thể dùng làm máy phát điện hoặc động cơ điện. Động cơ điện một chiều có những ưu điểm rất quan trọng mà máy điện khác không có . Đó là tốc độ có thể điều chỉnh trong phạm vi rộng và mômen mở máy lớn. Vì thế nó được sử dụng rất rộng rãi làm động cơ kéo trong giao thông vận tải, trong các trang bị điện cần điều chỉnh tốc độ trơn và rộng (các máy gạt kim loại, máy công nghiệp chuyên dùng, trang bị tự động) Máy phát điện một chiều dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như làm nguồn cung cấp cho các thùng điện phân, nguồn nạp ăcquy, hàn điện chất lượng cao, nguồn cung cấp cho động cơ điện một chiều... Cả máy pháy điện và động cơ điện còn được sử dụng trên ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, máy bay tạo thành hệ thống điện một chiều trên tổ máy đó. Khuyết điểm chủ yếu của máy điện một chiều có liên quan đến bộ phận cổ góp và chổi than. ở đây dễ phát sinh tia lửa làm giảm tính tin cậy khi làm việc của máy. Cũng do có bộ phận này cấu tạo và quản lý vận hành máy trở nên phức tạp. Ngoài ra các động cơ điện một chiều đòi hỏi phải có nguồn cung cấp riêng (máy phát điện một chiều hoặc bộ nắn điện) chứ không thể đấu thẳng vào mạng điện xoay chiều. Hiện nay máy điện một chiều đã được sản xuất với nhiều cỡ công suất và điện áp khác nhau. Từ loại tí hon (vài watt) đến loại khổng lồ tới 6 MW. 2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.1. Cấu tạo Máy điện một chiều có ba bộ phận cấu tạo chính đó là phần cảm, phần ứng và bộ phận cổ góp – chổi than. 106 a. Phần cảm: là bộ phận tạo từ trường, đặt ở stato thông thường phần cảm là nam châm điện gồm có cực từ và dây quấn kích từ. ở các máy nhỏ cực từ làm bằng thép từ mềm, còn ở các máy lớn từ trường làm băng thép lá ghép lại. Phần đầu cực làm loe ra để từ cảm phân bổ dọc khe không khí cso dạng hình thang. Đối với các máy công suất nhỏ phần cảm là một nam châm vĩnh cửu b. Phần ứng: là lõi thép đặt ở rôto, trên mặt có phay rãnh để đặt dây quấn phần ứng. Lõi thép rôto cũng làm bằng thép lá ghép lại tương tự như máy điện xoay chiều. Mỗi bối dây của dây quấn phần ứng được nối tới hai lá góp của cổ góp điện. Phần ứng làm nhiệm vụ tạo ra sức điện động cảm ứng ở chế độ máy phát hoặc dẫn dòng điện một chiều ở chế độ động cơ. c. Cổ góp – chổi than: thực hiện chức năng nắn điện tức là biến sức điện động xoay chiều trong các bối dây thành sức điện động một chiều lấy ra ở chổi than (ở máy phát điện) hoặc ngược lại, đổi dòng điện một chiều ở mạch ngoài thành dòng điện xoay chiều trong các bối dây (ở động cơ điện). Cổ góp gồm các lá góp làm bằng đồng ghép lại với nhau giữa chúng là mica cách điện. Cổ góp được lắp ở một đầu rôto, chổi than là những thỏi than kỹ thuật điện lắp ở giá chổi than và áp sát vào cổ góp nhờ lực ép của lò xo. Chổi than dẫn điện từ phần ứng ra ngoài hay ngược lại. 2.2. Nguyên lý làm việc Cũng như các máy điện khác, máy điện một chiều có thể làm việc ở chế độ máy phát hay động cơ a. Chế độ máy phát điện: Muốn cho máy làm việc ở chế độ máy phát điện, ta đấu cuộn kích từ vào nguồn kích từ để tạo ra từ trường trong máy rồi dùng động cơ sơ cấp (như máy nổi, máy điezen, hoặc động cơ xoay chiều ...) quay rôto với vận tốc n. Lúc đó các bối dây phần ứng sẽ quét qua từ trường phần cảm sinh ra sức điện động cảm ứng, chiều sức điện động xác định bằng quy tắc bàn tay phải và do đó nó sẽ đổi chiều mỗi khi bối dây quay hết một cực từ. Như vậy sức điện động trong bối dây là sức điện động xoay chiều. Nhờ cách đấu các nhóm bối dây với cổ góp và chia các bối thành hai nhóm tạo thành hai mạch rẽ, một nhóm nằm dưới cực bắc N và nhóm kia nằm dưới cực nam S. Hai nhánh này nối song song với nhau và cho sức điện động chung ở chổi than (+) và (-). Khi rôto quay các bối dây lần lượt đổi chỗ chuyển từ cực này qua trung tính sang cực kia. Sức điện động trong các bối đổi chiều, nhưng Hình 5-1 Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện 1 chiều 107 sức điện động của mỗi nhánh vẫn có chiều không đổi, do đó sức điện động lấy ra trên chổi than là sức điện động một chiều. Nếu ta đấu chổi than với một tải (hình 5-1) sẽ có dòng điện qua mạch. Dòng điện qua các bối dây cùng chiều với sức điện động. Các dòng điện này tác dụng với từ trường phần cảm tạo ra lực từ F, chiều xác định bằng quy tắc bàn tay trái. Ta thấy lực F sinh ra mômen gọi là mômen điện từ có tác dụng chống lại chiều quay của rôto. Muốn rôto tiếp tục quay thì mômen sơ cấp M1của động cơ sơ cấp phải thắng được mômen cản không tải M0 và mômen điện từ M M1 = M0 + M Như vậy công suất cơ máy nhận được từ động cơ sơ cấp là: P = M1 đã biến thành công suất điện từ: Pđt = M  = Iư Eư ở đây  là tốc độ rôto, Eư và Iư là sức điện động và dòng điện phần ứng Gọi điện trở phần ứng là rư , điện áp trên cực máy là U ta có phương trình cân bằng sức điện động Eư = U + Iư Eư hay U = Eư – Iư rư Từ biểu thức trên ta thấy khi làm việc ở chế độ máy phát sức điện động luôn luôn lớn hơn điện áp trên cực máy, trừ khi không tải Iư = 0 thì U0 = E0 b. Chế độ động cơ điện: Khi làm việc ở chế độ động cơ, rôto nối với máy công tác có mômen cản hữu ích M2 còn dây quấn phần ứng nối vào mạng điện một chiều (hình 5-2). Cuộn kích từ đấu vào nguồn kích từ. Dòng điện qua dây quấn phần ứng sẽ tạo ra mômen điện từ. Mômen này sẽ làm quay rôto. Muốn giữ chiều quay như cũ thì mômen điện từ phải cùng chiều quay (tức ngược chiều với chế độ máy phát) do đó dòng điện đi vào bối dây cũng phải ngược lại so với chế độ máy phát. Muốn rôto quay đều với tốc độ  thf mômen điện từ phải thắng được mômen cản không tải M9 và mômen cản hữu ích M2 M = M0 + M2 Khi rôto quay dây quấn phần ứng quét qua từ trường phần cảm sính ra sức điện động phần ứng Eư. Công suất điện từ động cơ nhận từ mạng: Pđt = M  = Eư Iư biến thành công suất cơ kéo máy công tác: P2 = M2 Hình 5-2 Sơ đồ nguyên lý làm việc động cơ một chiều 108 gọi điện trở phần ứng là rư thì phương trình cân bằng sức điện động là: U = Eư + Iư rư hay Eư = U – Iư rư Từ biểu thức trên ta thấy ở chế độ động cơ điện áp luôn luôn lớn hơn sức điện động phần ứng. 3. SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Sức điện động của dây quấn phần ứng bằng sức điện động ở mỗi mạch nhánh. Khi rôto quay, mỗi dây dẫn quét qua từ thông sinh ra sức điện động dây dẫn Edd, vì sức điện động trong các bối ở mỗi mạch nhánh là cùng chiều, nên sức điện động của mỗi nhánh bằng tổng các sức điện động của dây dẫn mỗi nhánh. Giả sử từ thông dưới một cực là , chiều dài rôto là l, chiều dài bước cực là  thì từ cảm trung bình ở khe không khí trên mặt rôto là:      .ls B tb ở đây s là khe hở không khí ứng với một cực. Biết: p2 D  với D là đường kính rôto, từ đó: lD p2 B tb    Sức điện động trung bình ở mỗi dây dẫn: Eđd = Btb. l. v ở đây v là tốc độ dây dẫn. Gọi tốc độ rôto là n (vòng / phút) ta có: n 60 p2 60 nD l. lD p2 Edd      Gọi N là số dây dẫn của toàn bộ dây quấn N = 2Wb. Z với Wb là số vòng mỗi bối, Z là số bối (bằng số rãnh) thì số dây dẫn ứng với mỗi mạch nhánh là N/2a. Với 2a là số mạch nhánh. Từ đó sức điện động mỗi nhánh, cùng đồng thời là sức điện động dây quấn phần ứng: n. a60 Np n. 60 p2 . a2 N E. a2 N E ddV  Đặt a60 Np CE  gọi hằng số sức điện động ta có: Eư = CE n Nghĩa là sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ rôto và từ thông mỗi cực phần cảm. Ví dụ: Dây quấn xếp đơn 2p = 6; Z = G = 24; Wb = 10 vòng, từ thông dưới mỗi cực  = 0,0375, tốc độ rôto n = 750 vòng/phút. Tìm sức điện động phần ứng. Giải: Vì dây quấn xếp đơn nên 2a = 2p. Số dây dẫn phần ứng: N = 2 Wb. Z = 2. 10. 24 = 480 Từ đó: 109 V225750.0375,0. 3.60 480.3 n a60 Np EU  4. CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ VÀ MÔ MEN ĐIỆN TỪ CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Như đã xét, khi dây quấn phần ứng có dòng điện nó tương tác với từ thông phần cảm sinh ra mômen điện từ Gọi dòng điện phần ứng là Iư , dòng điện ở mỗi mạch nhánh cũng là dòng điện qua dây dẫn sẽ là: a I I dd 2 - Lực điện từ trung bình tác dụng lên các dây dẫn: - - I aD P a I l lD p IlBF ddtbdd      2 . 2 .. Mômen điện từ của mỗi dây dẫn đối với trục quay: -- I a PD I aD PD FM dddd     222  Mômen điện từ của máy bằng tổng mômen của các dây: -I a Np MNM dd  2 .  đặt a2 Np CM   gọi là hằng số mômen điện từ ta có M = CM.  Iư Công suất điện từ bằng tích của mômen điện từ với tốc độ rôto: Pđt = M.  ở đây  là tốc độ rôto tính ra rad/s: 60 n2  . Từ đó -- In a Np nI a Np MPdt      6060 2 2 .  Pđt = Eư Iư Từ các biểu thức trên ta có nhận xét sau: - Mômen điện từ tỷ lệ với từ thông phần cảm và dòng điện phần ứng - Công suất điện từ bằng tích sức điện động và dòng điện phần ứng Ví dụ: Máy điện một chiều có dòng điện phần ứng là Iư = 50 A Xác định mômen và công suất điện từ? Giải Mômen điện từ: NmI a Np M 31,14350.0375,0. 3.14,3.2 480.3 2  -  Công suất điện từ: Pđt = Eư. Iư = 225. 50 = 11250 W = 11,250 KW Công suất điện từ là công suất trao đổi giữa cơ và điện nếu máy điện làm việc ở chế dộ máy phát. Pđt là công suất cơ biến thành công suất điện từ ở rôto. Ngược 110 lại nếu làm việc ở chế độ động cơ Pđt là công suất điện biến thành công suất quay rôto. 5. TIA LỬA TRÊN CỔ GÓP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 5.1. Hiện tƣợng: Chổi than áp vào cổ góp điện để cho dòng điện qua chỗ tiếp xúc. Khi rôto quay, cổ góp quay theo và điện tiếp xúc giữa cổ góp và chổi than luôn luôn thay đổi. ở trạng thái bình thường dòng điện qua chỗ tiếp xúc không xuất hiện tia lửa, nếu do tiếp xúc không tốt hay một nguyên nhân nào đó, ở chỗ tiếp xúc có thể xuất hiện tia lửa dưới dạng hồ quang. Tuỳ theo mức độ đánh lửa, tia lửa có thể yếu hay mạnh. Mức độ đánh lửa yếu tia lửa chỉ xuất hiện lấm tấm ở mép chổi than. Nếu bị đánh lửa mạnh hơn tia lửa có thể phát ra các tia dài toé ra từ chổi than. Nếu tình trạng trầm trọng hơn tia lửa có thể vươn dài bao phần lớn cổ góp, tạo thành vòng lửa. Tác hại của tia lửa là: Làm rỗ và mòn cổ góp, chổi than do dó làm xấu mối tiếp xúc. Đánh lửa mạnh sẽ làm hư hỏng cổ góp. Dễ gây hoả hoạn, nhất là khi môi trường có chất dễ cháy, hay khi bị đánh lửa mạnh Tiêu tốn năng lượng, khi bị đánh lửa mạnh có thể xảy ra trạng thái ngắn mạch dạng phóng điện ở chổi than. Gây ra nhiễu các thiết bị điện tử Vì thế khi vận hành, nếu xuất hiện tia lửa cần tìm nguyên nhân để khắc phục 5.2. Nguyên nhân: Tia lửa trên cổ góp có thể do hai nguyên nhân: tiếp xúc xấu hoặc do quá trình điện từ (quá trình đổi chiều dòng điện) a. Nguyên nhân do tiếp xúc xấu: Nếu chổi than tiếp xúc không tốt với cổ góp dòng điện lúc đóng lúc cắt sẽ phát sinh hồ quang tạo ra tia lửa ở cổ góp. Các trường hợp gây ra tiếp xúc xấu là: Lực ép chổi than không đủ, nên chổi than tiếp xúc yếu. Khi cổ góp quay chổi than bị rung gây ra tia lửa. Trục chổi than bị lệch không vuông góc với cổ góp Mặt chổi than không nhẵn hoặc độ cong bề mặt chổi than không phù hợp với độ cong bề mặt cổ góp. Mặt cổ góp bị bẩn, bị rỗ hoặc bị mòn không đều (bị khắc rãnh hay ôvan) hoặc cách điện lá góp bị trồi lên. Rôto bị rung, có thể do lệch tâm, bị mòn ổ đỡ hay cổ trục b. Nguyên nhân do quá trình đổi chiều dòng điện Khi rôto quay, các bối dây lần lượt di chuyển qua chổi than để chuyển từ mạch rẽ này sang mạch rẽ khác, lúc đó dòng điện trong bối dây đổi chiều Để thấy rõ quá trình đổi chiều, ta xét một bối dây chuyển qua chổi than. Trên hình 5-3 ở vị trí (a) chổi than áp vào lá góp (8), bối (7’ – 3”) đang tham gia mạch rẽ phía trái, dòng điện Iư / 2 đi từ cạnh 3” về cạnh 7’ ta tạm quy định đó là chiều âm 111 Hình 5-3 Quá trình đổi chiều dòng điện khi bối dây qua chổi than Iư / 2 = - iư ; iư là dòng điện ở mạch nhánh Khi chổi than nằm đúng giữa hai lá góp 7 – 8 (hình 5-3b) dòng điện qua bối (7’ – 3”) bằng không, bối dây này đang bị ngắn mạch. Khi chổi than nằm hoàn toàn ở lá góp 7, bối 7’ – 3” chuyển sang mạch rẽ phía phải dòng điện Iư / 2 đi từ cạnh 7’ sang cạnh 3” nên có giá trị dương + Iư / 2 = + iư Như vậy khi bối dây chuyển qua vị trí chổi than, nó bị nối tắt và dòng điện trong bối biến thiên từ – iư đến + iư. Do sự biến đổi dòng diện này trong bối xuất hiện s.đ.đ từ cảm eL tỷ lệ với tốc độ biến thiên dòng điện, chiều xác định theo định luật Lenxơ dc - b b bL T i2 I t i Le     Lb là hệ số từ cảm của bối, t ib   là tốc độ biến thiên dòng điện trong bối Tdc là thời gian bối qua chổi than gọi là chu kỳ đổi chiều Vì bối bị ngắn mạch, nên trong bối xuất hiện dòng điện tự cảm iL cttxb L L rrr e i   với rb là điện trở bối dây, rtx là điện trở tiếp xúc giữa chổi than và cổ góp, rct là điện trở chổi than Khi ra khỏi chổi than, bối dây bị hở mạch đột ngột (hình 5-3c) dòng điện iL bị ngắt đột ngột, năng lượng từ cảm phát ra phía sau tạo thành tia lửa ở phía sau chổi than. Đó chính là nguyên nhân tia lửa do sự đổi chiều dòng điện gây ra. Nếu máy điện có đặt cực phụ thì khi bối vào khu vực đổi chiều, nó cắt qua từ trường cực phụ, sinh ra sức điện động cảm ứng eb gọi là s.đ.đ bù. Dùng quy tắc xác định chiều ta thấy eb ngược chiều với eL, do đó sẽ khử tác dụng của eL. Vì từ trường cực phụ tỷ kệ với Iư nên eb tỷ lệ với Iư. Từ công thức ta thâys.đ.đ tự cảm eL cũng tỷ lệ với dòng điện phần ứng Iư. Như vậy bằng cách tính toán thích hợp eb sẽ bù hoàn 112 toàn eL và nhờ vậy khắc phục dược hiện tượng gây ra tia lửa do quá trình đổi chiều. Ta thấy cực từ phụ ngoài việc chống phản ứng phần ứng còn làm nhiệm vụ cải thiện đổi chiều. Nếu máy không có cực phụ, ta có thể thực hiện di chổi than để cải thiện đổi chiều hình 5-4. Từ vị trí cực phụ ta suy ra quy tắc di chổi than như sau. Đối với máy phát điện di chổi than theo chiều quay một góc , còn đối với động cơ điện di chổi than ngược chiều quay một góc  so với bối nằm trên đường trung tính hình học. Với cách di này, bối đổi chiều sẽ nằm trong từ trường cực chính nên sẽ xuất hiện eb tương tụ như khi có cực phụ. Tuy nhiên vì từ chính coi như ít thay đổi theo tải, nên khi tải thay đổi eL thay đổi ta phải thay đổi góc di  để eb thay đổi để bù hết eL. Đó chính là nhược điểm của việc di chổi than. Cần chú ý là nói di chổi than khỏi bối nằm trên trung tính hình học, tức di chổi than khỏi vị trí trục cực a) Máy phát điện b) Động cơ điện Hình 5-4 Phƣơng pháp di chổi than để cải thiện đổi chiều 5.3. Xử lý khi có tia lửa: Khi cổ góp có tia lửa nhẹ cần tìm nguyên nhân khắc phục. Nguyên nhân tia lửa xảy ra trong vận hành chủ yếu là do tiếp xúc xấu. Chỉ sau khi xác định chắc chắn là tiếp xúc tốt, ta mới tính đến nguyên nhân điện từ. Khi xuất hiện tia lửa mạnh có nguy cơ thành vòng lửa cần ngừng máy để sửa chữa. 6. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU 6.1. Máy phát điện kích từ độc lập Nguồn kích từ do một nguồn một chiều ngoài cung cấp (ác quy) Sơ đồ nguyên lý như hình 5-5 113 Hình 5-5. Máy phát điện kích từ độc lập Tương tự máy phát điện đồng bộ, đặc tính làm việc của máy phát một chiều kích từ độc lập được xác đinh bởi đặc tính không tải U0 = Eư = f(Ikt). Đặc tính không tải là đặc tính luyện từ của máy có dạng như (hình 5-5 b). Do cực từ có dư nên tương ứng có Edư (khoảng 2 ÷ 5%Uđm) nên đặc tính có điểm xuất phát tại Edư. Điện áp định mức của máy được lấy khi đặc tính đạt bắt đầu bảo hòa từ. Nhằm cho phép điều chỉnh được điện áp ra của máy. Đặc tính ngoài U = f(I) với n = hằng số. Đặc tính có dạng như (hình 5-5 c). Khi I tăng, điện áp U trên cực máy giảm do có sụt áp trên Rư và phản ứng phần ứng làm giảm 0. Để đánh giá sự điện áp khi không tải so với khi định mức người ta dùng khái niệm biến thiên điện áp, ký hiệu U. 100.00 đm đm đm U UU UUU   U càng lớn biến thiên điện áp càng lớn Đặc tính điều chỉnh Ikt = f(I) với n = hằng số; U = Uđm. Đặc tính có dạng như (hình 5-5d). Khi I tăng, điện áp U trên cực máy giảm. Để giữ U trên cực máy bằng Uđm ta phải điều chỉnh (tăng) Ikt. Vậy khi dòng điện tải thay đổi điện áp trên cực máy cũng thay đổi ta phải điều chỉnh dòng điện kích từ để giữ cho U = Uđm. 6.2. Máy phát điện tự kích từ a. Quá trình và điều kiện tự kích từ: Khi mở máy do cực từ có từ dư nên phần ứng có s.đ.đ Edư. S.đ.đ này sẽ cung cấp dòng điện kích từ qua cuộn kích từ tạo ra từ thông 0 cùng chiều với dư và làm cho s.đ.đ phần ứng tăng lên. Tiếp đó dòng kích từ tăng làm tăng 0. Quá trình cứ thế tiếp diễn cho tới khi cực t ừ bão hoà,  tăng chậm làm Ikt không tăng nữa. Quá trình từ kích kết thúc và s.đ.đ phần ứng đạt trị số cần thiết phụ thuộc trị số điện trở kích từ. Điều kiện để máy tự kích từ là: - Máy phải có từ dư dư . Trường hợp mất từ dư hoặc máy mới sử dụng lần đầu, ta phải mồi từ bằng nguồn ngoài, tiện hơn cả là dùng ăcquy, quẹt hai đầu cực 114 ăcquy vào hai đầu cực cùng tên cuộn kích từ. Nếu làm ngược thì s.đ.đ không có khi ta bỏ nguồn kích từ đi. - Dòng kích từ phải tạo ra 0 cùng chiều với dư nếu ngược chiều nó sẽ khử mất Edư và Ikt = 0. Quá trình từ kích từ tự kết thúc U0 = 0 - Điện trở mạch kích từ không lớn quá để dòng Ikt đủ tăng được. Từ thông 0 ở mức độ xảy ra quá trình tự kích từ. Nếu Rkt qua lớn, làm cho Ikt nhỏ đến mức không đủ để kích từ làm cho 0 tăng và máy sẽ không tự kích từ được, giá trị lớn nhất của điện trở mạch kích từ gọi là điện trở tới hạn Rth b. Máy phát tự kích song song Hình 5-6 Máy phát song song Hình 5-7 Đặc tính ngoài máy phát song song so với máy phát độc lập 1. của máy phát song song 2. của máy phát độc lập Sơ đồ nguyên lý máy phát tự kích song song hình 5-6 và đặc tính ngoài hinh 5-7 Cách lập đặc tính máy phát điện song song tương tự như mát phát độc lập. Đặc tính không tải của máy song song tương tự như máy độc lập. Chỉ chú ý là, do chiều dòng điện kích từ không thể đổi ngược (điều kiện từ kích từ) nên đặc tính không tải của máy song song chỉ có một nhánh phía dương. Trong khi ở máy độc lập ta có thể lấy cả hai phía âm và dương. Đặc tính ngoài của máy phát song song đốc hơn của máy độc lập (hình 5-7). Đó là vì sụt áp ở máy song song ngoài hai nguyên nhân do điện trở rư và phản ứng phần ứng còn nguyên nhân thứ ba là dòng điện kích từ bị giảm do điện áp giảm (khi tải tăng) vì thế biến thiên điện áp của máy song song lớn hơn. Nếu vẽ đặc tính điều chỉnh của máy song song ta thấy nó cũng dốc hơn máy độc lập. c. Máy phát tự kích nối tiếp Hình 5-8 vẽ sơ đồ máy phát điện tự kích từ nối tiếp. Cuộn kích từ nối tiếp với phần ứng nên dòng kích từ bằng dòng điện tải Ikt = Iư = I 115 Hình 5-8 Sơ đồ máy phát nối tiếp Hình 5-9 Đặc tính ngoài máy phát nối tiếp Khi không tải Ikt = I = 0 nên U0 = Edư nên máy phát điện nối tiếp không lấy được đặc tính không tải. Khi tải tăng, dòng lích từ tăng nên s.đ.đ Eư và điện áp U tăng theo đặc tính ngoài có dạng hình 5-9. Ta thấy điện áp biến đổi rất nhiều theo phụ tải nên máy này hầu như không dùng trong thực tế. d. Máy phát tự kích hỗn hợp Hình 5-10 là sơ đồ máy phát điện hỗn hợp. Ngoài cuộn song song, nó còn có cuộn kích từ nối tiếp cùng chiều với cuộn song song, ta có máy hỗn hợp kích từ dương. Còn nếu cuộn nối tiếp ngược chiều với cuộn song song ta có máy hỗn hợp kích từ âm. Đặc tính không tải của máy hỗn hợp giống như máy song song, vì lúc đó dòng kích từ qua cuộn nối tiếp bằng không. ở máy kích từ dương, khi tải tăng từ thông cuộn nối tiếp tăng theo có tác dụng bù lại điện áp giảm nên điện áp được duy trì hầu như không đổi, đặc tính ngoài có dạng gần như nằm ngang (hình 5-11 đường 1). Như vậy cuộn nối tiếp có tác dụng điều chỉnh điện áp gọi là kích từ bổ sung. Ở máy kích từ âm, khi tải tăng từ thông cuộn nối tiếp sẽ giảm làm giảm từ thông tổng, điện áp giảm nhanh, đặc tính ngoài rất dốc (hình 5-11 đường 2), máy phát điện cần hạn chế dòng điện ngắn mạch người ta dùng kiểu kích từ này. 116 Hình 5-10 Máy phát hỗn hợp Hình 5-11 Đặc tính ngoài máy phát hỗn hợp 1. Kích từ dương 2. Kích từ âm 7. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Nếu ta cho dòng điện từ mạng điện một chiều vào máy điện một chiều thì mômen điện từ trở thành mômen quay, quay rôto chạy với tốc độ n và trở thành động cơ điện. Rôto động cơ nối với máy công tác có mômen cản M2 kéo máy công tác quay theo và phương trình cân bằng có dạng M = M2 + M0 Rôto quay quét qua từ thông phần cảm sinh ra sức phản điẹn Eư. Phương trình cân bằng s.đ.đ có dạng: U = Eư + Iư rư Cũng như máy phát điện, động cơ điện một chiều có thể là loại kích từ song song, nối tiếp, hỗn hợp. 7.1. Chiều quay động cơ một chiều Chiều quay của động cơ một chiều do tên cực từ và chièu quay dòng điện hần ứng quyết định. Hình 5-12 trình bày cách xác định chiều lực điện từ, từ đó suy ra chiều mômen điện từ, đồng thời cũng là chiều quay của rôto (quy tắc bàn tay trái) Hình 5-12 Xác định chiều quay của động cơ một chiều 117 Như vậy muốn đổi chiều quay động cơ, ta đổi chiều dòng điện kích từ hoặc đổi chiều dòng điện phần ứng. Nếu đổi chiều cả hai dòng điện này thì chiều quay đông cơ không đổi. Như trên đã xét, nếu giữ nguyên chiều dòng điện và tên cực từ, rôto đông cơ sẽ quay ngược chiều so với máy phát. 7.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ: Ta có Eư = U – Iư Rư CE n = U – Iư Rư EC RIU n --   Rư là điện trở mạch phần ứng Từ đó ta thấy, đối với động cơ một chiều có thể thực hiện các phương pháp điều chỉnh tốc độ như sau: 1. Thay đổi điện áp nguồn điện U, tốc độ sẽ thay đổi cùng chiều, tức U tăng thì n tăng; U giảm thì n giảm. Phương pháp này có ưu điểm là điều chỉnh trơn, phạm vi rất rộng, không tổn hao năng lượng. Nhưng có nhược điểm là đòi hỏi phải có nguồn điện riêng cung cấp cho động cơ. Vì thế nó chỉ áp dụng trong các hệ truyền động đặc biệt (như hệ máy phát - động cơ, nắn điện động cơ) 2. Thay đổi từ thông  bằng cách thay đổi dòng điện kích từ tốc độ sẽ thay đổi ngược chiều. Tức  tăng thì n giảm;  giảm thì n tăng. Phương pháp này cho phép điều chỉnh trơn và rộng, cách thực hiện cũng đơn giản (dùng biến trở kích từ ở mạch kích từ song song hoặc biến trở phân nhánh ở mạch kích từ nối tiếp). Nói chung công suất mạch kích từ rất nhỏ (khoảng 2 – 5% công suất động cơ) nên phương pháp này gây ra tổn hao không đáng kể. Vì thế nó được sử dụng rất rộng rãi. 3. Thay đổi điện trở mạch phần ứng, tốc độ sẽ thay đổi ngược chiều Rư tăng thì n giảm; Rư giảm thì n tăng. Muốn thế ta mắc nối tiếp với mạch phần ứng một biến trở tương tự như biến trở mở máy. Từ đó Rư = rư + rmm (rư là điện trở dây quấn phần ứng). Cần chú ý là nếu điện trở mở máy đồng thời dùng làm biến trở điều chỉnh tốc độ thì phải chọn lọc loại làm việc dài hạn với dòng điện định mức (biến trở mở máy là loại làm việc ngắn hạn) chỉ dùng khi mở máy sau đó được loại ra khỏi mạch để chống tổn hao. Phương pháp này có ưu điểm là điều chỉnh trơn, dễ thực hiện. Tuy nhiên do dòng điện phần ứng lớn nên biến trở điều chỉnh cồng kềnh, tiêu tốn điện năng, không kinh tế. 7.3. Mở máy động cơ: Dòng điện phần ứng: -- - - r CU r EU I nE     Khi mở máy n = 0 nên dòng điện phần ứng lúc mở máy có trị số rất lớn.   mdmm I r U I 2010  - 118 Trị số này gấp 10 đến 20 lần Iđm, nên rất nguy hiểm. Vì thế nói chung động cơ điện một chiều cần mở máy qua biến trở để hạn chế Imm. Hình 5-13 vẽ sơ đồ mạch điện động cơ kích từ song song có biến trở mở máy (rmm). Khi có biến trở dòng điện mở máy sẽ là: Hình 5-13 Sơ đồ mở máy động cơ song song mm mm rr U I   - Điều kiện để chọn rmm là đảm bảo bội số Imm là kmm = Imm / Iđm vào khoảng hai lần Ví dụ: Động cơ song song có Uđm = 220 V, Iđm = 50A; rư = 0,212 . Xác định dòng điện mở máy trực tiếp và điện trở mở máy để kmm = 2 Giải: Dòng điện mở máy trực tiếp là: A r U I mm 1040 212,0 220  - tức gấp 1040/50 là 21 lần Iđm Muốn kmm = 2 thì dòng điện mở máy là: I’mm = 2Iđm = 2. 50 = 100 A Vậy rư + rmm = U/ I’đm = 220/ 100 = 2,2 Ω Vậy điện trở mở máy là: rmm = 2,2 – rư suy ra rmm = 1,988 Ω Mômen mở máy là: Mmm = CM Imm = CM kmm Iđm Để có mômen mở máy lớn, ta cần tạo ra dòng kích từ lớn để từ thông  lớn. Tức khi mở máy, biến trở kích từ nếu có cần đê ở vị trí có trị số bé nhất. Đối với động cơ song song, từ thông  không đổi trong quá trình mở máy, nên mômen mở máy tỷ lệ với dòng điện mở máy và gấp kmm lần mômen định mức. 8. VẬN HÀNH MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 8.1. Vận hành máy phát điện một chiều. a. Thao tác và theo dõi máy lúc làm việc. - Muốn mở máy phát, ta khởi động động cơ sơ cấp để quay Rôto lên tốc độ định mức, sau đó điều chỉnh biến trở kích từ để đưa dòng điện kích từ vào phần cảm để điện áp trên cực máy phát ra bằng định mức. Khi đó ta có thể đóng cầu dao mạch ngoài để cung cấp dòng điện cho phụ tải (xem sơ đồ nguyên lý máy phát điện ở mục...). 119 - Trường hợp máy phát điện làm việc song song ta thực hiện hòa máy và tăng dần dòng điện kích từ, mômen sơ cấp để máy phát tăng dần công suất phát cung cấp cho hệ thống. Khi dừng máy ta cần chuyển hết công suất của máy cho hệ thống rồi cắt cầu dao mạch ngoài, giảm dần dòng điện kích từ về 0 sau đó dừng động cơ sơ cấp. Trong quá trình máy làm việc cần theo dõi tiếng kêu, nhiệt độ, điện áp và dòng điện nằm trong định mức. Cần đặc biệt theo dõi tình trạng làm việc của cổ góp, chổi than. b. Các tình trạng không bình thường và sự cố. Trong quá trình vận hành máy phát điện có thể gặp những trục trặc và hư hỏng sau: - Máy phát không tăng kích từ được. Là khi điều chỉnh biến trở kích từ mà điện áp máy phát không tăng. Nguyên nhân có thể: Mất từ dư, dòng điện kích từ ngược với chiều tự kích từ, mạch kích từ bị đứt. - Máy phát bị quá tải. Là trường hợp máy mang tải quá công suất định mức của máy. - Máy bị quá nóng. Có thể máy bị quá tải, bị chập một số bối dây phần ứng. - Máy phát phát sinh tia lửa trên cổ góp điện. Nguyên nhân có thể: Tiếp xúc chổi than với cổ góp lỏng, cổ góp bị bụi bẩn, cách điện cổ góp nhô cao. 8.2. Vận hành động cơ điện a. Thao tác và chông nom động cơ lúc làm việc. - Mở máy động cơ 1 chiều nói chung đề dùng biến trở mở máy. Do đó trước khi đóng điện cần đưa biến trở mở máy về trị số lớn nhất, biến trở kích từ về trị số nhỏ nhất. Sau khi đóng điện giảm dần trị số biến trở mở máy về không, đồng thời tăng dần trị số biến trở kích từ cho đến khi tốc độ động cơ đạt định mức. Cần chú ý khi điều chỉnh các biến trở không thao tác nhanh quá hoặc chậm quá. - Khi đưng máy ta cắt điện động cơ và đưa các biến trở về vị trí sẳn sàng mở máy lại. Trong quá trình động cơ làm việc cần theo dõi tiếng kêu, nhiệt độ, tia lửa ở cổ góp chổi than và độ rung. b. Tình trạng không bình thường và sự cố. Cũng như động cơ điện xoa chiều động cơ điện 1 chiều có thể gặp các trục trặc sau: - Không mở máy được. Có thể do đứt mạch phần ứng, hoặc đứt mạch kích từ, Rôto bị kẹt. Khi gặp sự cố đó nhanh chóng cắt điện để kiểm tra. - Động cơ bị quá nóng. Có thể do điện áp đặt vào phần ứng quá cao, chập một số bối dây phần ứng, động cơ bị quá tải, bị sát cốt hoặc hệ thống thông gió kém. - Tốc độ động cơ bị giảm nhiều. Có thể do điện áp đặt vào phần ứng thấp, hư hỏng ở cổ góp chổi than. - Xuất hiện tia lửa trên cổ góp. Nguyên nhân (xem tia lửa ở máy phát điện). - Động cơ nối tiếp bị vượt tốc. Do động cơ bị mất tải đột ngột. Cần cắt điện ngay để xử lý. 120 NỘI DUNG THỰC HÀNH 1.Chuẩn bị dụng cụ thiết bị TT Thiết bị, dụng cụ SL Ghi chú 1 -Bàn thực hành máy phát điện 1 chiều. - Mô hình cắt bổ máy phát điện một chiều. - Bộ thực hành máy phát điện một chiều. - Mô hình chứng minh tính thuận nghịch máy điện một chiều. - Nguồn điện AC, DC điều chỉnh được điện áp. 01 bộ 2 -Đồng hồ vạn năng 01 chiếc 3 Dây nối, Jắc cắm 01 bộ 2. Nội dung: B1. Phân tích bản vẽ B2. Nhận vật tư B3. Nguyên nhân gây ra tia lửa và biện pháp cải thiện đổi chiều. B4. Máy phát điện một chiều. B5. Động cơ điện một chiều. B6. Bảo dưỡng và sửa chữa máy điện một chiều. B7. Xác định hư hỏng động cơ điện một chiều B8. Sửa chữa phần cơ động cơ điện một chiều B9. Sửa chữa chổi than và cổ góp Bài tập: 1, Vẽ hình, trình bày nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều? 2, Động cơ 1 chiều có công suất định mức 1,5 KW, điện áp định mức 220V, tốc độ định mức 1500 vòng/phút, hiệu suất 0,82. Tính mômen định mức, dòng điện định mức và tổng tổn hao của động cơ? 3, Trên động cơ một chiều có ghi: kích từ song song, Uđm= 220V; Pđm= 14 Kw; nđm= 800 vòng/phút; Rkt= 55 ; = 0,8 ; rư= 0,2 ; Ce=10; 2∆Utx= 2V. a. Hãy giải thích tại sao khi bắt đầu khởi động động cơ một chiều thì dòng điện mở máy có giá trị rất lớn sau đó nó giảm dần tới dòng điện ổn định. Muốn giảm dòng điện mở máy ta có thể thực hiện bằng biện pháp nào? b.Hãy xác định mômen điện từ, mômen không tải và mômen trục động cơ ở chế độ định mức? c. Hãy xác định các loại tổn hao công suất trong động cơ ở chế độ định mức? 4, Động cơ 1 chiều có công suất định mức 1,5 KW, điện áp định mức 220V, tốc độ định mức 1500 vòng/phút, hiệu suất 0,82. Tính mômen định mức, dòng điện định mức và tổng tổn hao của động cơ? 5, Máy phát điện một chiều kích từ song song có số liệu sau: rư= 0,1 ; 2∆tx= 2V; dây quấn phần ứng là dây quấn sóng đơn; 2p=4; Znt=25; mỗi rãnh đặt 5 dây dẫn; = 0,03Wb; n = 1200 vòng/phút; Ikt = 2A; cung cấp cho tải dòng điện I=18A.. 121 a. Hãy phân tích tại sao khi máy phát đang làm việc bình thường mà xảy ra ngắn mạch 2 cực máy thì ở máy phát kích từ độc lập sẽ rất nguy hiểm? còn ở máy phát kích từ song song không nguy hiểm. b. Hãy xác định điện áp trên 2 cực của máy phát điện trên? c. Nếu tổn hao công suất không tải bằng 5% công suất tải thì hiệu suất của máy bằng bao nhiêu? 122 MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG Tuyên bố bản quyền Lời nói đầu Bài 1: Khái niệm chung về máy điện .............................................................. 3 1. Định nghĩa và phân loại ......................................................................... 3 1.1. Định nghĩa ........................................................................................... 3 1.2. Phân loại .............................................................................................. 3 2. Nguyên tắc máy phát điện và động cơ điện ............................................. 4 2.1. Nguyên tắc máy phát điện.................................................................... 4 2.2. Nguyên tắc động cơ điện ..................................................................... 5 2.3. Tính thuận nghịch của máy điện quay .................................................. 6 3. Vật liệu chính chế tạo máy điện .............................................................. 6 3.1. Vật liệu dẫn điện ................................................................................. 6 3.2. Vạt liệu dẫn từ .................................................................................... 6 3.3. Vật liệu cách điện ............................................................................... 7 4. Phát nóng và làm mát máy điện .............................................................. 8 Bài 2: Máy biến áp .......................................................................................... 9 1. Định nghĩa và công dụng ........................................................................ 9 1.1. Định nghĩa ........................................................................................... 9 1.2. Công dụng ........................................................................................... 13 2. Máy biến áp 1 pha 2 dây quấn ................................................................. 10 2.1. Cấu tạo ................................................................................................ 10 2.2. Nguyên lý làm việc ............................................................................... 11 2.3. Các đại lượng định mức ........................................................................ 12 3. Máy biến áp 3 pha ................................................................................... 13 3.1. Định nghĩa ........................................................................................... 13 3.2. Nguyên lý làm việc .............................................................................. 15 3.3. Các đại lượng định mức ....................................................................... 15 4. Tổ nối dây máy biến áp .......................................................................... 15 4.1. Các ký hiệu đầu dây ............................................................................ 16 4.2. Các kiểu đấu day quấn ......................................................................... 17 4.3. Tổ nối dây MBA ................................................................................. 17 5. Quá trình điện từ và mạch điện thay thế máy biến áp 1 pha .................... 19 5.1. Các phương trình cơ bản của MBA ...................................................... 20 5.2. Mạch điện thay thế của MBA ............................................................... 22 6. Các trạng thái làm việc của máy biến áp ................................................ 24 6.1. Trạng thái không tải của MBA ............................................................. 24 6.2. Trạng thái ngắn mạch của MBA ........................................................... 25 6.3. Trạng thái có tâỉ của MBA.................................................................... 29 7. Giản đồ năng lượng và hiệu suất máy biến áp một pha ......................... 31 7.1. Giản đồ năng lượng ............................................................................. 31 123 7.2. Hiệu suất của ....................................................................................... 32 8. Máy biến áp làm việc song song ............................................... ............. 33 8.1. Công dụng vá ý nghĩa MBA làm việc song song .................. ............. 33 8.2. Điều kiệnghép MBA làm việc song song .............................. ......... 33 9. Các máy biến áp đặc biệt .......................................................... ......... 37 9.1. Máy biến áp tự ngẫu .............................................................. ......... 37 9.2. Máy biến áp đo lường ........................................................ ......... 39 9.3. Máy biến áp hàn hồ quang .................................................... ......... 40 10. Một số công thức tính toán máy biến áp .................................. ......... 41 11. Sử dụng, bảo dưỡng, sửa chữa máy biến áp 1 pha .................. ......... 42 11.1. Sử dụng bảo dưỡng MBA 1 pha ........................................... ......... 42 11.2. Những hư hỏng thông thường và biện pháp khắc phục ........ ......... 45 Bài 3: Máy điện không đồng bộ ........................................................ ......... 55 1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ........................... ......... 55 2. Động cơ không đồng bộ 3 pha ................................................. ......... 55 2.1. Cấu tạo ................................................................................... ......... 55 2.2. Nguyên lý làm việc ................................................................ ......... 57 2.3. Các đại lượng định mức ......................................................... ......... 59 2.4. Phương pháp xác định các đầu dây động cơ KĐB 3 pha ........ ......... 60 2.5. Quan hệ điện từ trong máy điện KĐB ..................................... ......... 62 2.6. Mômen quay của động cơ không đồng bộ ............................. ......... 71 2.7. Mở máy động cơ không đồng bộ 3 pha ................................. ......... 74 2.8. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ........................... ......... 77 3. Động cơ không đồng bộ 1 pha .................................................. ......... 80 3.1. Mô men quay động cơ 1 pha ................................................ ......... 80 3.2. Động cơ 1 pha có dây quấn 2 pha ........................................... ......... 81 3.3. Sử dụng động cơ 3 pha chạy thành 1 pha .............................. ......... 82 4. Bảo dưỡng động cơ KĐB .......................................................... ......... 83 4.1. Bảo dưỡng thường xuyên ....................................................... ......... 83 4.2. Bảo dưỡng định kỳ ................................................................ ......... 83 5. Sử dụng động cơ không đồng bộ ............................................... ......... 85 5.1. Lắp đặt ................................................................................. ......... 85 5.2. Vận hành ................................................................................ ......... 87 5.3. Những hư hỏng thường gặp, nguyên nhân, biện pháp khắc phục ..................................................................................... ......... 89 5.4. Quy trình sửa chữa một số hư hỏng của động cơ điện ........... ......... 93 Bài 4: Máy điện đồng bộ .................................................................. ......... 97 1. Khái niệm chung về máy điện đồng bộ ..................................... ......... 97 2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ ............... ......... 97 2.1. Cấu tạo .................................................................................. ......... 97 2.2. Nguyên lý làm việc ................................................................. ......... 98 3. Đáu dây, vận hành, điều chỉnh máy phát điện đồng bộ.............. ....... 100 3.1. Sơ đồ đấu dây máy phát điện và các cuộn dây phần ứng ở stator ......................................................................................... ....... 100 124 3.2. Thao tác vận hành .................................................................. ....... 102 4. Động cơ và máy bù đồng bộ ..................................................... ....... 102 4.1. Động cơ đồng bộ ................................................................... ....... 102 4.2. Máy bù đồng bộ .................................................................... ....... 103 Bài 5: Máy điện một chiều ................................................................ ....... 105 1. Khái niệm chung về máy điện một chiều .................................. ....... 105 2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện một chiều ........... ....... 105 2.1. Cấu tạo .................................................................................. ....... 105 2.2. Nguyên lý làm việc ................................................................. ....... 106 3. Sức điện động cảm ứng của máy điện 1 chiều ........................... ....... 108 4. Mô men điện từ và công suất điện từ của máy điện một chiều . ...... 109 5. Tia lửa trên cổ góp và biện pháp khắc phục .............................. ....... 110 5.1. Hiện tượng .............................................................................. ....... 110 5.2. Nguyên nhân ......................................................................... ....... 110 5.3. Xử lý khi có tia lửa ............................................................... ....... 112 6. Máy phát điện 1 chiều ............................................................... ....... 112 6.1. Máy phát điện kích từ độc lập ............................................... ....... 112 6.2. Máy phát điện tự kích từ ......................................................... ....... 113 7. Động cơ điện một chiều ............................................................ ....... 116 7.1. Chiều quay động cơ điện một chiều ...................................... ....... 116 7.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ .................................................... ....... 117 7.3. Mở máy động cơ ................................................................... ....... 117 8. Vận hành máy điện 1 chiều ....................................................... ....... 118 8.1. Vận hành máy phát điện một chiều ........................................ ....... 118 8.2. Vận hành động cơ điện một chiêu ......................................... ....... 119 Tài liệu tham khảo 125 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Máy điện tập 1, tập 2, tập 3. Tác giả Phan Tử Thục; Vũ Gia Hanh, NXB – KHKT năm 1992. 2. Giáo trình kỹ thuật điện. Tác giả Trần Minh Sơ, NXB – Đại học sư phạm năm 2004. 3. Kỹ thuật điện (lý thuyết và 100 bài tập có lời giải). Tác giả Đặng Văn Đào; Lê Văn Doanh, NXB – KHKT năm 1995. 4. Đo lường, máy điện, khí cụ điện, Tác giả Hoàng Hữu Thuận, NXB – CNKT năm 1982. 5. Máy điện (dùng cho trường Đại học và Cao đẳng kỹ thuật), Tác giả: PGS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, NXB – Xây dựng năm 2005.