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