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.).
- 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
127 trang |
Chia sẻ: Tiểu Khải Minh | Ngày: 20/02/2024 | Lượt xem: 184 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Giáo trình Máy điện 1 (Trình độ Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Công nghiệp Hải Phòng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
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 = 2f
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.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- giao_trinh_may_dien_1_trinh_do_cao_dang_truong_cao_dang_cong.pdf