Giảng viên: Tiến sĩ Đặng Quốc Vương Email: vuong.dangquoc@hust.edu.vn Phone: +84-963286734

1 1

Bộ Môn Thiết Bị Điện – Điện Tử Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

GIỚI THIỆU CHUNG

1. Mục đích

!  Cung cấp cho sinh viên kiến thức cơ bản về máy điện. !  Sau khi học xong học phần này sinh viên hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại máy điện, mô hình toán mô tả các quá trình vật lí trong máy điện và các đặc tính chủ yếu của các loại máy điện.

!  Nắm được phạm vi ứng dụng của các loại máy điện.

2. Tài liệu tham khảo

!  Bài giảng: Máy điện (nhóm Máy điện – BM Thiết bị điện - Điện tử) !  Sách tham khảo:

2

- Bài giảng MĐ. PGS Phạm Văn Bình, Ths. Lê Minh Tiệp, TS. Đặng Quốc Vương - Máy điện. Tập 1 & 2. Bùi Đức Hùng. Triệu Việt Linh. NXB Giáo dục. Hà nội 2007 - Máy điện 1 & 2. Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu

MÁY ĐIỆN I

Nội dung

Chương 1. Máy biến áp

Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay Chương 3. Máy điện không đồng bộ

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Chương 5. Máy điện một chiều

3

Chương 1. Máy biến áp

Nội dung

I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện

II. Khái niệm chung về Máy biến áp

III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp

IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp

V. Máy biến áp ba pha

4

Chương 1. Máy biến áp

Nội dung

I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện

II. Khái niệm chung về Máy biến áp

III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp

IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp

V. Máy biến áp ba pha

5

I. Tổng quan về HT năng lượng điện (1/6)

Nhà máy điện

MBA truyền tải

Đ dây truyền tải

Nguồn phát

TBA truyền tải

Khu vực tiêu thụ điện năng

TBA phân phối

Đường dây phân phối điên

1.1. Hệ thống năng lượng điện

Thiết bị tự động phân phối

6 Hộ tiêu thụ điện năng

I. Tổng quan về HT năng lượng điện (2/6)

a. Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday)

!  Khi từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây, trong vòng dây sẽ cảm ứng

e sức điện động

"  Sđđ cảm ứng trong một vòng dây được tính

theo công thức Maxwell:

e

e =

d dt

"  Trường hợp cuộn dây có w vòng, sđđ cảm

ứng là:

Hinh 1.1

1.2. Các định luật điện từ thường dùng trong máy điện

e =

w

=

d dt

d dt

trong đó, là từ thông móc vòng của cuộn dây

= w (W b)

7

I. Tổng quan về HT năng lượng điện (3/6)

a. Định luật cảm ứng điện từ (định luật Faraday) (tiếp)

!  Khi thanh dẫn chuyển động với vận tốc v, nằm vuông góc từ trường sẽ

cảm ứng sđđ e theo quy tắc bàn tay phải (hình 1.2):

e = Blv,

e

e

l

trong đó: B - mật độ từ cảm (Wb) l - chiều dài của thanh dẫn

v

v

, B

, B

Hinh 1.2

8

I. Tổng quan về HT năng lượng điện (4/6)

b. Định luật lực điện từ

! Thanh dẫn mang dòng điện đặt vuông góc với từ trường, thanh dẫn sẽ

Fdt = Bil,

i

trong đó: - từ cảm (T) B i - dòng điện chạy trong thanh dẫn (A) l - chiều dài của thanh dẫn (m) i

l

Fdt

Fdt

, B

Hinh 1.3

, B

Chiều của Fđt xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 1.3)

chịu một lực điện từ tác dụng, có trí số là

9

I. Tổng quan về HT năng lượng điện (5/6)

c. Định luật toàn dòng điện

!  Goi H là cường độ từ trường tạo bởi tập hợp các dòng điện i1; I2; …In vqf C là đường cong khép kín trong không gian bao quanh các dây dẫn mang tập hợp dòng điện trên. Theo định luật ampere ta có:

n

Hdl =

ik = F

IC

Xk=1

i

!  Áp dụng vào mạch từ hình 1.4, ta viết như sau:

S

N

Hl = wi = F

l

H l w

trong đó: - cường độ từ trường trong mạch (A/m) - chiều dài trung bình của mạch từ đo bằng mét - là số vòng của cuộn dây

Hinh 1.4

wi gọi là sức từ động.

lõi thép

!  Dòng điện i tạo tra từ thông cho mạch từ, gọi là dòng điện từ hoá. Tích số

10

I. Tổng quan về HT năng lượng điện (6/6)

1.3. Các loại vật liệu dùng trong máy điện

a. Vật liệu dẫn điện: Cu, Al, hợp kim b. Vật liệu dẫn từ: Vật liệu sắt từ : thép kỹ thuật điện, gang, thép đúc, thép rèn…

!  Cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm & bền cơ học !  Phần lớn ở thể rắn : 4 nhóm :

"  Chất hữu cơ thiên nhiên : giấy, lụa … "  Chất vô cơ : amiăng, mica, sợi thủy tinh … "  Các chất tổng hợp "  Các loại men, sơn cách điện

!  Cách điện thể khí (không khí), thể lỏng (dầu) !  Nhiệt độ tăng quá nhiệt độ làm việc cho phép 8 ~ 10°C => tuổi thọ giảm ½ (15-20)

c. Vật liệu cách điện:

Cấp cách điện Y A E B F H C

90 105 120 130 155 180 > 180 Nhiệt độ làm việc cho phép

7 cấp cách điện của vật liệu cách điện 11

Chương 1. Máy biến áp

Nội dung

I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện

II. Khái niệm chung về Máy biến áp

III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp

IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp

V. Máy biến áp ba pha

12

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (1/29)

2.1. Định nghĩa

!  Máy biến áp (MBA) là thiết điện từ tĩnh, làm việc dựa theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở một điện áp khác nhưng giữ nguyên tần số

!  Ký hiệu MBA trong hệ thống điện lực:

Y Δ

13

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (2/29)

2.2. Vai trò của MBA

!  MBA cã vai trß ®Æc biÖt quan träng trong mäi lÜnh cña nÒn kinh tÕ !  Lµ thiÕt bÞ ®Æc biÖt quan träng trong hÖ thèng truyÒn t¶i vµ ph©n phèi

®iÖn n¨ng, gióp gi¶m tæn hao trªn hÖ thèng truyÒn t¶i ®iÖn.

2.3. Công dụng của MBA

!  Sử dụng để truyền tải và phân phối điện năng

Hộ tiêu thụ 0,4 – 6kV

MBA hạ áp MFĐ 3 ÷ 21kV

→ trọng lượng, tiết diện chi phi làm dây dẫn giảm → ∆U = RdId ↓ → ∆P = RdI2

35, 110, 220, 500 kV

d ↓

Đường dây truyền tải MBA tăng áp Cùng công suất S, nếu ↑ Ud → Id ↓ dẫn đến: 14

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (3/29)

2.3. Công dụng của MBA (tiếp)

!  MBA sử dụng trong các thiết bj chuyên dụng:

"  Trong lò nung: MBA lò

"  Trong hàn điện: MBA hàn

"  Trong thí nghiệm: MBA thí nghiệm

"  Trong đo lường: Máy biến điện áp, máy biến dòng điện…

15

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (4/29)

Hình ảnh MBA phân phối (kiểu trạm treo)

16

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (5/29)

17

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (6/29)

Trạm 220KV – Quang ngãi

Trạm 500KV – Đã Nẵng

Trạm 110KV – Đã Nẵng

18

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (7/29)

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (8/29)

20

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (9/29)

21

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (10/29)

22

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (11/29)

23

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (12/29)

24

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (13/29)

2.4. Cấu tạo MBA

MBA bao gồm các bộ phận chính: lõi thép, dây quấn và vỏ máy. Ngoài ra còn có vỏ máy, cách điện, sứ cách điện….

2.4.1.Lõi thép: Lõi thép được ghép bằng những lá kỹ thuật điện thành mạch từ khép kín dùng để dẫn từ thông chính, đồng thời làm khung để quấn dây.

1

G

T

T

T

G

3

2

Cấu tạo ruột MBA 3 pha kiểu trụ

Thường độ dày của các là thép 0.35; 0.3; 0,27mm đến 0,35mm có phủ sơn cách điện ở bề mặt để giảm tôn hao do từ trễ và dòng điện xoáy.

1 - Cuộn dây hạ áp; 2 - Cuộn dây cao áp; 3 - Mạch từ

25

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (14/29)

2.4. Cấu tạo MBA (tiếp)

2

1

3

4

9

6

5

7

8

B¶n vÏ cÊu t¹o m¸y biÕn ¸p"

1- Ruét m¸y, 2 -Vá m¸y, 3 - N¾p m¸y, 4 - Sø cao thÕ, 5 - Mãc treo n¾p, 6,7 - C¸nh táa nhiÖt, 8 - Ch©n ®Õ, 9 - Sø h¹ thÕ.

26

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (15/29)

Cách ghép nối mạch từ của MBA

27

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (16/29)

28

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (17/29)

2.4. Cấu tạo MBA (tiếp)

2.4.2. Dây quấn:

!  Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào

và truyền năng lượng ra

!  Yêu cầu với dây quấn là cảm ứng được sđđ cho trước, cho phép dòng

điện định mức đi qua lâu dài mà không nóng quá mức cho phép.

29

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (18/29)

2.4.2. Dây quấn (tiếp):

Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA, người ta chia ra làm hai loại dây quấn chính: Dây quấn đồng tâm và đây quấn xen kẽ

a. Dây quấn đồng tâm

Dây quấn kiểu trụ:

#  Với tiết diện nhỏ dùng dây dẫn tròn, được quấn thành nhiều lớp (hình a) và thường làm dây quấn CA (điện áp tới 35kV)

#  Với tiết diện lớn dùng dây dẫn bẹt, thường được quấn thành hai lớp (hình b) và thường làm dây quấn HA (điện áp 6kV trở xuống)

a) b)

30

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (19/29)

a. Dây quấn đồng tâm (tiếp)

Dây quấn hình xoắn ốc:

"  Gồm nhiều sợi dây chập lại và quấn theo hình xoắn ốc, giữa các vòng dây có các rãnh hở (hình c). Nó thường dùng dây quấn HA của các MBA có công suất trung bình và lớn

Dây quấn hình xoắn ốc liên tục:

c) d)

"  Dùng các dây bẹt quấn thành những bánh dây phẳng cách nhau bằng các rãnh hở (hình d). Dây quấn này chủ yếu làm cuộn CA ( điện áp 35kV trở lên và dung lượng lớn)

31

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (20/29)

b. Dây quấn xen kẽ

"  Các bánh dây CA, HA lần lượt quấn xen kẽ nhau dọc theo trụ thép. Thường có một bánh HA được chia làm hai đặt sát gông. Kiểu này thường dùng trong các MBA mà cả hai dây quấn có nhiều đầu dây.

32

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (21/29)

Hình cắt và cấu tạo ruột MBA

33

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (22/29)

Lắp ráp dây quấn vào lõi thép

Cuộn dây quấn CA, HA

Cuộn dây quấn cao áp

34

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (23/29)

35

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (24/29)

36

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (25/29)

37

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (26/29)

38

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (27/29)

2.4.3. Vỏ máy

Vỏ làm nhiệm vụ chứa dầu làm mát và bảo vệ MBA. Trên nắp vỏ máy có đặt sứ ra của dây quấn CA và HA, bình giãn dầu. Bình giãn dầu dảm bảo đủ thể tích co – giãn dầu khi nhiệt độ dầu thay đổi; ngoài ra, nhờ quan sát dầu ở bình giãn dầu có thể biết trong thùng luôn dầy dầu. Vỏ máy có yêu cầu sau:

#  Vỏ thùng phải kín và có diện tích tản nhiệt lớn nhất có thể

#  Có khẳ năng bảo vệ dầu MBA chong xuống cấp do sự tác động của

nhiều yếu tố khác nhau

#  Có độ bền cơ khí cao để đảm bảo khi nâng hạ, vận chuyển vỏ MBA

không bị biến dạng keo theo biến sạng chi tiết ruột máy

#  Cho phép lắp các thiết bị chuyển đổi điện áp, các thiết bị chuyển tiếp nguồn điện trong ra ngoài (sứ cao, hạ áp) các thiết bị đo (nhiệt độ), bảo vệ

39

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (28/29)

2.4.3. Vỏ máy (tiếp)

40

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (29/29)

2.4.3. Vỏ máy (tiếp)

41

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (23/27)

2.5. Nguyên lý làm việc của MBA

Φ

i1

i2

Tải

u2

u1

w1 w2

e2

e1

!  Khi nối cuộn dây sơ cấp w1 với điện áp xoay chiều hình sin u1, dòng điện i1 chạy trong dây quấn sơ cấp sẽ sinh ra trong lõi thép từ thông biến thiên Φ = Φm.sinωt (với ω = 2πf)

!  Từ thông biến thiên làm cảm ứng ở dây quấn sơ cấp và thứ cấp các sđđ e1 và e2. Chiều của sđđ và từ thông chọn theo quy tắc vặn nút chai. Theo định luật cảm ứng điện từ:

42

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (24/27)

2.5. Nguyên lý làm việc của MBA (tiếp)

w

.

.

cos

t

−=

ω

e 1

1

.w Φω−= 1

m

d Φ dt

.

sin(

)

sin(

)

=

. Φω

t −ω

=

t −ω

.w 1

m

.E.2 1

π 2

π 2

e

sin(

)

=

t −ω

2

.E.2 2

π 2

!  Trong đó: E1, E2 là giá trị hiệu dụng của các sđđ dây quấn w1 và w2:

Φ

π

.w 1

m

m

E

=

=

=

Φ

1

.w.f.44,4 1

m

. Φω 2

.w.f..2 1 2

E

=

Φ

2

.w.f.44,4 2

m

Ta dễ thấy: sđđ sơ cấp và sđđ thứ cấp có cùng tần số nhưng trị số hiệu dụng khác nhau

43

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (25/27)

2.6. Nguyên lý làm việc của MBA (tiếp)

1

1

: gọi là hệ số biến áp

k

=

=

!  Lấy E1 chia cho E2 ta được:

E E

w w

2

2

!  Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các dây quấn ta có:

1

2

k

=

=

w w

E 1 E

U 1 U

U 1 =→ w

U w

2

2

2

1

2

44

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (26/27)

2.7. Các thông số định mức của MBA

a. Điện áp định mức

Với máy 1 pha là điên áp pha, với máy 3 pha là điện áp dây

!  Điện áp định mức sơ cấp : U1đm (V) hoặc kV !  Điện áp định mức thứ cấp: U2đm (V) hoặc kV

b. Dòng điện định mức

Là dòng điện đẵ quy định cho dây quấn MBA ứng với công suất và điện áp định mức

!  Dòng điện định mức sơ cấp : I1đm (A) !  Dòng điện định mức thứ cấp: I2đm (A)

45

II. Khái niệm chung về Máy biến áp (27/27)

2.7. Các thông số định mức của MBA (tiếp) a. Công suất định mức

!

Với MBA 1 pha:

=

=

S U I 1 dm dm 1

U I 2

dm dm 2

!

Với MBA 3 pha:

S

=

=

U I 3 1 dm dm 1

U I 3 2

dm dm 2

Ngoài các thông số ở trên, trên nhãn máy còn ghi: điện áp ngắn mạch Un%; tổ nối dây, tần số, chế độ làm việc, tiêu chuẩn sản xuất. vv

46

Chương 1. Máy biến áp

Nội dung

I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện

II. Khái niệm chung về Máy biến áp

III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp

IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp

V. Máy biến áp ba pha

47

III. Quan hệ điện từ trong MBA (1/13)

3.1. Các phương trình cân bằng điện và từ của MBA

a. Chiều dòng điện, điện áp

Hình 3.1 vẽ SĐNL MBA một pha, dây quấn w1 nối với u1, dây quấn w2 nối với phụ tải có tổng trở Z, chiều của dòng điện, điện áp, từ thống trong máy được xác định như trên hình vẽ

!  Từ thông Φt1 cảm ứng sđđ et1, chọn trùng chiều i1:

et1 =

Lt1

di1 dt

!  Từ thông Φt2 cảm ứng sđđ et2, chọn trùng chiều i2:

et2 =

Lt2

di2 dt

Hinh 3.1 dòng điện và điện áp

48

III. Quan hệ điện từ trong MBA (2/13)

3.1. Các phương trình cân bằng điện và từ của MBA (tiếp)

b. Phương trình cân bằng điện áp

!  Xét mạch điện như hình 3.1, gồm nguồn điện u1,, u2, sđđ e1, et1, e2, et2, điện trở dây quấn R1, R2. Viết phương trình định luật Kiếchốp 2 cho mạch điện phía sơ cấp và thứ cấp, ta có:

u1 =

e1 + R1i1 + Lt1

Lt2

di1 dt di2 dt

u2 = e2

R2i2

!  Phương trình cân bằng điện áp viết dưới dạng số phức sẽ là:

U1 = - E1 + (R1+jωLt1)I1 = - E1 + (R1+jX1)I1 = - E1 + Z1I1 U2 = E2 - (R2+jωLt2)I2 = - E2 - (R2+jX2)I2 = E2 - Z2I2

R1, R2, Lt1, Lt2 – điện trở, điện kháng tản của dây quấn sơ cấp và thứ cấp Z1 = R1+jX1, Z2 = R2+jX2 – tổng trở phức của dây quấn sơ cấp và thứ cấp.

49

III. Quan hệ điện từ trong MBA (3/13)

3.1. Các phương trình cân bằng điện và từ của MBA (tiếp)

c. Phương trình cân bằng từ động (stđ)

!  Khi không tải dòng điện sơ cấp i1 = i0, từ thông chính Φ do stđ i0w1 sinh ra. !  Khi có tải, từ thông chính Φ do dòng điện i1 và i2 tạo nên, nói cách khác

do stđ tổng sơ cấp và thứ cấp (i1w1 + i2w2) sinh ra.

Như vậy, nếu điện áp vào không đổi thì từ thông Φ không đổi. Ta suy ra stđ tổng không đổi ở mọi chế độ phụ tải.

!  Ta có phương trình cấn bằng stđ

,

= i1 +

= i1 + i2

i2 k

w2 w1

i0 = i1 + i2

Phương trình cân bằng stđ thực chất là phương trình cân bằng dòng điện

i0w1 = i1w1 + i2w2 hay

k=

, =

i1 = i0 + (- i’

2 ), với i2

i2 k

w1 w2

trong đó k là tỉ số biến áp ( )

50

III. Quan hệ điện từ trong MBA (4/13)

c. Phương trình cân bằng từ động stđ (tiếp)

Viết dưới dạng số phức:

! I

! I

! I

=

=↔′+

0

! I 1

2

! I 1

0

! )I( ′−+ 2

$ Hệ phương trình của MBA

1

1

−=

−=

+

! U 1

! ! ZIE + 1

1

! ! rIE + 11

! XIj 1 1

2

! U

! (E 2

=

! ! ZIE −

=

−+

( −+

2

2

2

! )rI 22

! )XIj 2 2

! I 1

(

! I

−+= 0

! ' )I 2

⎧ ⎪ ⎪⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩

51

III. Quan hệ điện từ trong MBA (5/13)

3.2. Quy đổi MBA

!  Do MBA có 2 cuộn dây cách ly nhau và cách điện với mạch từ nên việc xét

quá trình năng lượng sẽ gặp khó khăn.

!  Để thuận lợi cho việc nghiên cứu, người ta nối hai dây quấn lại với nhau (giả tưởng). Muốn vậy ta phải quy đổi các thông số từ dây quấn nọ sang dây quấn kia. Các trị số quy đổi được ghi thêm dấu phẩy, e.g., U’2, I’2

a. Sức điện động (sđđ) và điện áp thứ cấp quy đổi:

Muốn quy đổi thì hai cuộn dây phải cùng điện áp hay sđđ.

E

Φ

.w.f.44,4 1

m

1

E

E.k

E =′→

=

2

2

2

E

w w

=′ 2 =

2

.w.f.44,4 =Φ′ 2 m .w.f.44,4 Φ 2

m

2

⎫ ⎬ ⎭

b. Dòng điện thứ cấp quy đổi:

Trên nguyên tắc công suất truyền tải không đổi, ta có:

I.E 2

2

I.E ′= 2

I =′→′ 2

2

I 2 k

52

III. Quan hệ điện từ trong MBA (6/13)

c. Điện trở và điện kháng thứ cấp quy đổi:

Trên nguyên tắc tổn hao không đổi, ta có:

Tương tự:

2 r.k 2 2 Z.k

2

2

2 2 r.I r r.I ′= =′→′ 2 2 2 2 2 2 Z x x.k =′ =′→ 2 2 2 Z.kZ =′

t

t

d. Hệ phương trình quy đổi:

1

1

−=

−=

+

! U 1

! ! ZIE + 1

1

! ! rIE + 11

! XIj 1 1

! U

=

! ! ZIE −

=

−+

( −+

' 2

' 2

' 2

2

! ' (E 2

! ' )rI 2 2

! )XIj 2

' 2

! I

(

! ' )I 2

! I 1 ! E

=

−+= 0 ! E 1

' 2

⎧ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩

53

III. Quan hệ điện từ trong MBA (7/13)

3.3. Sơ đồ thay thế và đồ thị véc tơ của MBA

a. Sơ đồ thay thế

!  Suất phát từ các phương trình cơ bản của MBA, ta có thể biến đổi sơ đồ

thay thế hình a và được biến đổi sang hình b

Trong đó: UMN = - E 1 = - kE 2 = I 0(Rth + jXth) - Rth , Xth là điện trở và điện kháng của nhánh từ hoá

54

III. Quan hệ điện từ trong MBA (8/13)

a. Sơ đồ thay thế (tiếp)

!  Thông thường tổng trở nhánh từ hóa (Rth, Xth) rất lớn, dòng điện từ hóa I0 rất nhỏ. Để đơn giản ta có thể bỏ qua nhánh từ hóa, ta có sơ đồ thay thế dạng đơn giản của MBA

!  Trong đó: Rn = R1+R’

2, Xn = X1+X’

2 – điện trở, điện kháng ngắn mạch của

MBA.

!  Khi mang tải định mức, zt =zt.đm, dòng điện trong máy I1 = I1đm; I2 = I2đm.

55

III. Quan hệ điện từ trong MBA (9/13)

b. Đồ thị véc tơ của MBA

!  Tải của MBA thường có tính cảm (RL) hay tính dung (RC). Ta sẽ

xem xét hai trường hợp của tải:

Tải điện cảm

Tải điện dung

56

III. Quan hệ điện từ trong MBA (10/13)

3.4. Thí nghiệm xác định thông số của MBA

a. Thí nghiệm không tải

x1

r1

r'2

x'2

A

W

I1 = I0

I0

I2 = 0

U1

-E1

V1

V2

rm xm

Từ các số liệu thí nghiệm ta xác được tổng trở, điện trở, điện kháng của MBA:

đm1

1

!  Tỷ số MBA k:

k

=

=

w w

U U

2

20

!  Dòng điện không tải %:

57

III. Quan hệ điện từ trong MBA (11/13)

a. Thí nghiệm không tải (tiếp)

!  Tổn hao không tải và điện trở không tải:

I

=

+

=

P 0

2 0

r.( 1

)r m

2 r.I 0 0

r =→ 0

r += 1

r m

P 0 2 I 0

!  Tổng trở không tải và điện khác không tải:

x

Z

x

x

Z = 0

=

=

+

0

2 0

2 r 0

1

m

U đm1 I

0

!  Hệ số công suất không tải:

P o

cos

=ϕ 0

U

.I

o

1dm

58

III. Quan hệ điện từ trong MBA (12/13)

b. Thí nghiệm ngắn mạch

x1

r1

x'2

r'2

A1

W

In = I1ñm = I'2ñm

U1

A2

Un

Un

V

Boä ñieàu chænh ñieän aùp

Từ các số liệu ngắn mạch In, Un, Pn đo được ta xác định được các tham số ngắn mạch của MBA:

n

I

=

x

Z

P n

2 n

r.( 1

)r =′+ 2

2 r.I n n

r =→ n

=

Z = n

n

2 n

2 r n

U I

n

P n 2 I n

x

1

x =′≈ 2

x n 2

Trong MBA có

r 1

r =′≈ 2

r n 2

⎧ ⎪⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎩

59

IV. Quan hệ điện từ trong MBA (13/13)

b. Thí nghiệm ngắn mạch (tiếp)

!  Điện áp ngắn mạch phần trăm

100%

Un% =

ZnI1dm U1dm ⇥

!  Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm

100% =

100%

Unr% =

rnI1dm U1dm ⇥

Unr U1dm ⇥

!  Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm

100% =

100%

Unx% =

xnI1dm U1dm ⇥

Unx U1dm ⇥

!  Hệ số công suất ngắn mạch

cos' =

=

Pn I1dmU1dm

rn Zn

60

Chương 1. Máy biến áp

Nội dung

I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện

II. Khái niệm chung về Máy biến áp

III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp

IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp

V. Máy biến áp ba pha

61

IV. Các chế độ làm việc của MBA (1/7)

4.1. Chế độ làm việc với tải đối xứng 4.1.1. Giản đồ năng lượng của MBA

Φ

Pđt + jQđt

P2 + jQ2 cosϕt (cosϕ2)

P1 + jQ1 cosϕ1

pCu2 + jq2

pFe + jqth

pCu1 + jq1

!  Khi tải có tính cảm ϕ2 > 0 → Q2 > 0, lúc đó Q1 > 0 → công suất phản kháng

truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp.

!  Khi tải có tính dung ϕ2 < 0 → Q2 < 0

#  Q1 < 0: công suất phản kháng truyền từ dây quấn thứ cấp sang dây

quấn sơ cấp

#  Q1 > 0: MBA lấy công suất phản kháng từ phía sơ cấp và thứ cấp để từ

hoá nó.

62

IV. Các chế độ làm việc của MBA (2/7)

4.1.2. Độ thay đổi điện áp của MBA và cách điều chỉnh

a. Độ thay đổi điện áp

!  Khi MBA làm việc, điện áp thứ cấp U2 thay đổi theo trị số và tính chất điện

cảm hay điện dung của dòng tải

!  Hiệu số học của điện áp thứ cấp lúc không tải U20 và lúc có tải U2 khi U1

không đổi gọi là độ thay đổi điện áp ∆U của MBA

∆U = U20 – U2 U U

2

ΔU%

*

100

=

20 − U

20

63

IV. Các chế độ làm việc của MBA (3/7)

a. Độ thay đổi điện áp (tiếp)

U%

Δ

U%

Δ

4

4

3

3

2

2

ϕ >0 2

ϕ Cos =0.7 2 ϕ Cos = 1 2

1

1

0

0.2

0.4

0.6

0

0.8

1

0.4

0.6

0.2

0.2

0.4

0.6

0.8

0.8

1

0

-1

-1

ϕ > 0 2

ϕ < 0 2

ϕ <0 2

-2

-2

β ϕ Cos =0.7 2

3

U = f( ) khi =const

β

β

Δ U = f( ) khi cos =const

4 ϕ cos 2

ϕ 2

Ta thấy ΔU=f(β,cosϕ2) như vậy U2 phụ thuộc vào β và cosϕ2, để giữ cho U2 = const khi tải thay đổi →?

64

IV. Các chế độ làm việc của MBA (4/7)

b. Cách điều chỉnh điện áp

!  Trên cuộn dây MBA có các cuộn điều chỉnh điện áp. MBA thông

thường thiết kế đầu điểu chỉnh ở các cấp ±2,5% ±5%

!  Điều chỉnh của MBA thường đặt ở phía CA. Mục đích của việc điểu chỉnh là để thay đổi tỉ số máy biến áp để ổn định điện áp đẩu ra. Thông thường người ta điều chỉnh khi cắt điện khỏi MBA

!  Trong các hệ thống điện lực công suất lớn, có khi cần phải điều chỉnh điện áp khi máy đang làm việc để phân phối lại công suất tác dụng và công suất phản kháng giữa các phân đoạn của hệ thống. Các MBA này thường lắp các bộ điểu chỉnh điện áp dưới tải

65

IV. Các chế độ làm việc của MBA (5/7)

4.1.3. Tổn hao và hiệu suất của MBA

a. Tổn hao bao gồm

p

(

(

=

2 G B ) + G

p 1/ 50

G ) G

2 B T

Fe

T

f 50

!  Tổn trên lõi thép do từ trễ và dòng xoáy gọi là pFe ⎡ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

f 50 - p1/50 SuÊt tæn hao s¾t tõ ë tÇn sè 50Hz vµ tõ c¶m B = 1Tesla" - BT, BG, GT, GG – MËt ®é tõ c¶m vµ khèi l­îng trô vµ g«ng"

!  Tổn hao trên dây quấn sơ cấp gọi là pcu1

!  Tổn hao trên dây quấn thứ cấp gọi là pcu2

p

p

p

p

- Gọi là tổng tổn hao

=

+

+

1cu

2cu

Fe

66

IV. Các chế độ làm việc của MBA (6/7)

b. Hiệu suất của MBA

p

%

*100

*100

η

=

P 2 P 1

= ∑ P − 1 P 1

- Gọi là tổn hao không tải

Fep

P≈ 0

- Gọi là tổn hao ngắn mạch

+

=

p Cu 1

p Cu

2

P n

I

2

- Hệ số tải của MBA

=

=

2 β

β

=

p Cu

r I n

2 2

p n

I

2

dm

M¸y biÕn ¸p ®¹t hiÖu suÊt cao nhÊt ứng với hệ số tải: "

=

P0 Pn

r

67

IV. Các chế độ làm việc của MBA (7/7)

4.2. Chế độ làm việc với tải đối xứng

!  Nguyên tắc: Dùng phương pháp phân lượng đối xứng để xét, cụ thể:

!  Thành phần thứ tự thuận

!  Thành phần thứ tự nghịch

!  Thành phần thứ tự không

!  Xét từng trường hợp và xếp chồng nghiệm

Lưu ý: Phần này sẽ được trình bày kỹ trong môn học “Máy điện nâng cao”

68

Chương 1. Máy biến áp

Nội dung

I. Tổng quan về hệ thống năng lượng điện

II. Khái niệm chung về Máy biến áp

III. Quan hệ điện từ trong Máy biến áp

IV. Các chế độ làm việc trong Máy biến áp

V. Máy biến áp ba pha

69

V. Máy biến áp ba pha (1/16)

5.1. Khái niệm

!  Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện ba pha, ta có thể dùng ba

MBA một pha (hình a) hoặc dùng một MBA ba pha ba trụ (hình c).

!  Hình 5.1b mô tả có thể biến đổi ba MBA một pha thành MBA ba pha ba trụ: khi ghép ba MBA một pha thành một MBA ba pha bốn trụ, từ thông chạy qua trụ chung (MN) Φ = ΦA + ΦB + ΦC, khi máy đối xứng Φ = 0, có thể bỏ trụ chung (MN). Ba trụ còn lại thường được bố trí cùng trên mặt phẳng như hình 5.1c.

70

Hình 5.1: a) Ba MBA một pha; b) Ghép ba MBA một pha; c) MBA ba pha ba trụ

V. Máy biến áp ba pha (2/16)

5.1. Khái niệm (tiếp)

!  Hình 5.2 là hình ảnh thực tế một lõi thép và một MBA khô 150kVA –

6/0,4kV – Δ/Y0 dùng trong lưới điện phân phối

Hình 5.2: a) Lõi máy biến áp ba pha: b) Máy biến áp khô ba pha

71

V. Máy biến áp ba pha (3/16)

5.2. Tổ nối dây của MBA a. Ký hiệu đâu dây

b. Các kiểu đấu dây

§Çu ®Çu §Çu cuèi Trung tÝnh" Cuén cao ¸p : A B C X Y Z N O Cuén trung ¸p: Am Bm Cm Xm Ym Zm Nm Om Cuén h¹ ¸p : a b c x y z n o !  Dây quấn sơ cấp và thứ cấp MBA ba pha có thể nối sao (Y) hoặc tam giác (Δ hoặc D), người ta dùng chữ in hoa hoặc chữ thường để phân biệt sơ và thứ cấp. Có 4 trường hợp:

"  Dây quấn sơ cấp và thứ cấp đều nối sao, ký hiệu Y/Y, Yy "  Dây quấn sơ cấp và thứ cấp đều nối tam giác, ký hiệu Δ/Δ, Dd "  Dâyquấn sơ cấp nối sao và thứ cấp nối tam giác, ký hiệu Y/Δ, Yd "  Dây quấn sơ cấp nối tam giác và thứ cấp nối sao, ký hiệu Δ/Y, Dy

72

V. Máy biến áp ba pha (4/16)

b. Các kiểu đấu dây

Sơ đồ nối dây và đồ thị véc tơ tương ứng để xác định góc lệch pha giữa điện áp dây thứ cấp và điện áp dây sơ cấp của bốn tổ nối dây:

73

V. Máy biến áp ba pha (5/16)

c. Tổ nối dây

Sđđ dq SC

kim phút (12)

A

A

SC

Sđđ dq TC

a

X a

TC

kim giờ (1...12)

3600 X

x

x

Φ

MBA 1 pha

I/I - 12

74

V. Máy biến áp ba pha (6/16)

c. Tổ nối dây (tiếp)

A

A

A

X

x

1800

X x

X a

a

x

Φ

Φ

a I/I - 6

V. Máy biến áp ba pha (7/16)

d. Cách xác đinh tổ nối dây

A B C

A B C

B

B

C

E

C

E

A B

Y

A B

Y

Z X

Z X

E

E

A B

A B

A

A

X Y Z

E a b

E a b

X Y Z a b c n

a b c

b

z c x

b y c z E a b x

360 O

330 O

y

a

a

x

y z

x

y z

Y 12 y O

Y 11 Δ

V. Máy biến áp ba pha (8/16)

5.3. MBA làm việc song song

!  §Ó ®¶m b¶o c¸c ®iÒu kiÖn kinh tÕ kü thuËt, ng­êi ta th­êng cho 2 hoÆc

nhiÒu MBA vËn hµnh song song

!  §iÒu kiÖn ®Ó c¸c MBA lµm viÖc song song:

+ Cïng tæ nèi d©y + Cïng cÊp ®iÖn ¸p vµ hÖ sè biÕn ®æi + Cïng ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch

!  HÖ sè t¶i cña c¸c MBA lµm viÖc song song tû lÖ nghÞch víi ®iÖn ¸p

ng¾n m¹ch cña chóng

:...

:

:

:

:

:...

β β β β = 3

1

2

n

1 u

1 u

1 u

1 u

n

1

n

2

n

3

nn

77

V. Máy biến áp ba pha (9/16)

5.3. MBA làm việc song song

!  Cã thÓ tÝnh hÖ sè t¶i β theo c«ng thøc sau:

S

S

S

=

=

=

=

β 1

β 2

β 3

S 1 S

dm

1

u

u

u

n

1

n

2

n

3

S u

dmi %

S u

dmi %

S u

dmi %

ni

ni

ni

S - Tæng c«ng suÊt cña t¶i; S®mi - Dung l­îng m¸y biÕn ¸p thø i uni% - §iÖn ¸p ng¾n m¹ch % cña m¸y thø i

78

V. Máy biến áp ba pha (10/16)

5.4. Mét sè vÊn ®Ò cÇn l­u ý khi sö dông vËn hµnh MBA"

!  Kh«ng ®Ó MBA lµm viÖc kh«ng t¶i hoÆc qu¸ non t¶i !  MBA nªn ®Æt gÇn hoÆc trung t©m phô t¶i ®Ó gi¶m tæn thÊt ®­êng d©y. !  CÇn theo dâi hiÖu suÊt cña MBA ®Ó cã biÖn ph¸p kÞp thêi vÒ b¶o d­ìng,

vËn hµnh n©ng cao hiÖu suÊt sö dông m¸y.

!  §Þnh kú kiÓm tra møc dÇu trong m¸y, tr¸nh hiÖn t­îng dÇu c¹n g©y

nãng m¸y t¨ng tæn hao vµ ch¸y næ

!  Khi chän c¸c MBA lµm viÖc song song ph¶i ®¶m b¶o c¸c ®iÒu kiÖn ®·

nªu. Un gi÷a c¸c m¸y kh«ng nªn chªnh lÖch qu¸ 10%

79

V. Máy biến áp ba pha (11/16)

Bài toán 1: Một nhà máy chế biến thực phẩm lắp đặt 1 trạm biến áp có các thông số như sau:

S = 1250kVA, U = 22/0,4kV, f = 50Hz , Y/∆-11

Po = 1720W, Pn = 12910W, Io% = 1,2% , Un% =5,5%

Khi máy vận hành thường xuyên đo được dòng điện tải từ 700A – 800A. Một số ý kiến cho rằng máy đang vận hành non tải và để tiết kiệm năng lượng cần thay thế bằng một máy khác có công suất thấp hơn như sau

S = 630kVA , U = 22/0,4kV, f = 50Hz , Y/∆-11

Po = 1150W, Pn = 6040W, io% = 1,4 , Un = 5%

Trên quan điểm là sinh viên, anh chị hãy cho biết việc thay thế như trên có tiết kiệm được năng lượng không? Hãy tính dòng điện tải để MBA đạt hiệu suất cao nhất.

80

V. Máy biến áp ba pha (12/16)

Lời giải:

Với máy 1250kVA, ta có:

+ Dòng điện thứ cấp định mức

I

1804

A

=

=

=

2

dm

S U 3.

1250000 3.400

2

+ Hệ số tải của MBA

I

2

β

=

=

=

0,388 0, 443 ÷

I

700 800 ÷ 1804

2

dm

+ Tổn hao đổng của MBA ở tải thực tế

2

2

0,388 .12910 0, 443 .12910 1943,5 2533,5

=

÷

=

÷

p Cu

2 pβ= n

1720 (1943,5 2533,5)

+ Tổng tổn hao của máy 1250kVA ở tải thực tế =

=

+

+

÷

P p + 0

p Cu

p Fe

Cu

3663,5 4253,5 ÷

p Σ = pΣ =

$

81

V. Máy biến áp ba pha (13/16)

Với máy 630kVA, ta có:

+ Dòng điện thứ cấp định mức

I

909

A

=

=

=

2

dm

S U 3.

630000 3.400

2

+ Hệ số tải của MBA

I

2

β

=

=

=

0, 77 0,88 ÷

I

700 800 ÷ 909

2

dm

+ Tổn hao đổng của MBA ở tải thực tế

2

2 0, 77 .6040 0,88 .6040 3581 4677

=

÷

÷

=

p Cu

2 pβ= n

1150 (3581 4677)

+

=

+

÷

P p + 0

Cu

+ Tổng tổn hao của máy 630kVA ở tải thực tế p p = Fe Cu 4731 5827 ÷

p Σ = pΣ =

$

82

V. Máy biến áp ba pha (14/16)

Kết luận:

! Với kết quả tính toán ở trên, nếu thay máy 1250kVA hiện tại bằng

máy 630kVA sẽ không kinh tế về mặt tiết kiệm điện năng

! Máy biến áp 1250kVA sẽ đạt hiệu suất cao nhất khi tổn hao sắt bằng

tổn hao đồng, nghĩa là:

=

=

= 0, 436

1150 6040

P0 Pn

r

r

P0 = 2Pn ) ! Suy ra dòng điện tải là:

1804 = 786, 5 A

I2 = I2dm = 0, 436

·

83

V. Máy biến áp ba pha (15/16)

Bài toán 2: Cho 3 MBA có các thông số trong bảng sau

Thông số S  (kVA)

Máy  1   Máy  2   Máy  3

400   630   1000

U1/ U2(kV)   22/0,4   22/0,4   22/0,4

f  (Hz)   50   50   50

Tổ  nối   Un   dây   Y/Y-­‐6   5%   Y/Y-­‐6   5.5%   6%   Y/Y-­‐6

Cho 3 MBA trên làm việc song song cung cấp cho tải có công suất 1900kVA. Tính dung lượng và dòng điện của mỗi máy cung cấp cho tải

400

316, 2

Lời giải:

+

=

S u

dmi = % 5

630 1000 + 5,5

6

ni

S

1, 05

420

kVA

=

=

=

β

β 1

S 1

S 1 1

dm

1900 = ⇒ 5.361, 2

u

%.

n 1

= S ∑ dmi u

ni

+ ta có

84

V. Máy biến áp ba pha (16/16)

S

S

602, 2

kVA

=

β 2

2

β 2

2

dm

S

S

876

kVA

=

0,876 =

=⇒=

β 3

2

β 2

2

dm

1900 0,956 = =⇒= 5,5.361, 2 1900 6.361, 2

!  Dòng điện mỗi máy:

A

1, 05.577,3 606

A

=

=

3 =⇒=

577,3 =

I 1 dm

I 1

I = β 1 1

dm

S 1 dm U 3

400.10 3400

dm 1

I

A

I

0,956.909,3 869,3

A

=

=

909,3 =

β

2

dm

2

I = 2 1 dm

S 2 dm U 3

3 630.10 =⇒= 3400

dm 1

I

A

I

0,876.1443 1264

A

=

=

3 =⇒=

1443 =

β

3

dm

3

I = 3 3 dm

S 3 dm U 3

1000.10 3400

dm 1

Lời giải (tiếp):

85

V. Máy biến áp ba pha (16/16)

Bài toán 3 (về nhà nghiên cứu):

Một xí nghiệp dùng 1 trạm 2 MBA có cùng tổ nối dây, cùng tần số 50Hz và có các thông số khác nhau như sau:

Hai MBA đặt cùng vị trí và cung cấp điện cho 2 phân xưởng chế biến độc lập với nhau. Khi kiểm toán năng lượng đo được dòng điện tải máy 1 là 420A và máy 2 là 600A, điện áp 400V.

Có 3 ý kiến như sau:

+ Bỏ máy 1, dồn tải sang máy 2

+ Cho hai máy 1 và 2 vận hành song song

+ Cứ để nguyên hiện trạng

Theo quan điểm của anh chị, phương án nào là tối ưu về mặt năng lượng. Và hãy tính xem hay máy đạt hiệu suất cao nhất ở dòng tải là bao nhiêu

Thông số S  (kVA)   U1/U2(kV)   P0(W)   Pn(W)   7000   10500 22/0,4   22/0,4 Máy  1   Máy  2 950   1300 500   800 Un   5%   5.5%

86

Giảng viên: Tiến sĩ Đặng Quốc Vương Email: vuong.dangquoc@hust.edu.vn Phone: +84-963286734

1 1

Bộ Môn Thiết Bị Điện – Điện Tử Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

MÁY ĐIỆN I

Nội dung

Chương 1. Máy biến áp

Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay Chương 3. Máy điện không đồng bộ

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Chương 5. Máy điện một chiều

2

Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay

Nội dung

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

III. Sức điện động của dây quấn MĐ xoay chiều

IV. Sức từ động của dây quấn MĐ xoay chiều

3

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1. Đại Cương

1.1 Kết cấu: Máy điện quay gồm 2 phần chính mạch từ và dây quấn, ở đó

diễn ra sự biến đổi điện cơ:

!  Mạch từ là 2 khối đồng trục cách nhau một khe hở đảm bảo có thể

chuyển động tương đối với nhau.

- Khối đứng yên gọi là phần tĩnh hay stato

- Khối quay gọi là phần quay hay rotor

!  Cả hai đều có mạch từ và mạch điện (tức là lõi thép và dây quấn)

1.2. Nguyên lý làm việc: Dựa vào 2 định luật chính là:

"  Định luật cảm ứng điện từ

"  Định luật về lực điện từ

4

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1. Đại Cương (tiếp)

1.3. Phân loại:

!  Tùy theo cách tạo ra từ trường, kết cấu mạch từ và dây quấn người

ta chia máy điện quay làm 4 loại:

!  Máy điện không đồng bộ

!  Máy điện đồng bộ

!  Máy điện một chiều

!  Máy điện xoay chiều có vành góp

5

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1. Đai Cương (tiếp)

1.4. Nguyên lý làm việc của MĐKĐB

!  Tạo ra một từ trường quay trong lõi thép Stato với tốc độ :

f – tần số

n1 =

p – số đôi cực

60.f p

!  Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch của Roto

và cảm ứng trên đó các sđđ và dòng điện.

!  Từ trường do dòng điện roto tạo ra kết hợp với từ trường Stato tạo

thành từ trường khe hở.

!  Dòng điện roto tác dụng với từ trường khe hở tạo ra mô men quay,

kéo rô to quay với tốc độ n ≠ n1

6

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1.4. Nguyên lý làm việc của MĐKĐB (tiếp)

!  Trong phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng

khác nhau

!  Sự sai khác giữa hai tốc độ được biểu thị bằng hệ số trượt s

n

=s

n − 1 n

1

!  Chế độ làm việc của MĐKĐB phụ thuộc vào quan hệ giữa tốc độ n và n1

- 0 < s < 1 : Chế độ động cơ điện

s < 0 : Chế độ máy phát điện

-

s >1 : Chế độ hãm

-

7

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1. Tổng quan về máy điện quay (tiếp)

1.5 Nguyên lý máy điện đồng bộ

!  Rotor với các cực từ có từ trường Ft quay với tốc độ n1 cảm ứng lên dây quấn 3 pha ở stato các sức điện động xoay chiều eA eB eC với tần số f = p.n1/60.

!  Các dòng điện iA iB iC trong day quấn stator sinh ra từ trường quay Fư

có tốc độ n1 = 60f/p

!  Do n = n1 nên gọi là máy điện đồng bộ

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1.6 Nguyên lý máy điện một chiều

Thực chất là máy điện đồng bộ mà trong đó các sđđ xoay chiều được chỉnh lưu thành một chiều nhờ vành góp.

1.7 Nguyên lý máy điện xoay chiều có vành góp

Thực chất là máy điện không đồng bộ. Vành góp được sử dụng để đưa vào các sđđ nhằm cải thiện hệ số công suất và điều chỉnh tốc độ quay.

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

2. Tổng quan về biến đổi điện cơ

!  Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi, nó chỉ

biến đổi từ dạng này sang dạng khác

!  Một máy điện quay thực hiện nhiệm vụ biến đổi năng lượng từ điện sang

cơ hay ngược lại – tương ứng với động cơ hay máy phát điện

tæn hao c¬

tæn hao ®iÖn

tæn hao ®iÖn trõ¬ng

trõ¬ng ®iÖn tõ liªn hÖ

hÖ thèng c¬

hÖ thèng ®iÖn

®éng c¬

dßng ch¶y n¨ng luîng

m¸y ph¸t

!!

!  Thể hiện trên 2 định luật cơ bản

!! ! .lv.Be

! .li.Bf

=

=

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

1. Khái niệm chung

!  D©y quÊn lµ phÇn m¹ch ®iÖn, lµ phÇn kh«ng thÓ t¸ch rêi cña c¸c m¸y ®iÖn

nãi chung vµ m¸y ®iÖn quay nãi riªng

!  Trong m¸y ®iÖn quay, d©y quÊn lµ mét bé phËn kÕt cÊu mµ ë ®ã thùc hiÖn

viÖc biÕn ®æi năng l­îng ®iÖn c¬

!  D©y quÊn ®­îc bè trÝ ®Æt trªn c¶ phÇn ®éng (r«to) vµ phÇn tÜnh (stato)

!  Tïy thuéc vµo nhiÖm vô cña tõng cuén d©y mµ ng­êi ta gäi mét d©y quÊn lµ :d©y quÊn phÇn c¶m - cßn d©y quÊn cßn l¹i gäi lµ: d©y quÊn phÇn øng

!  Trong đa số các loại MĐ quay, dây quấn phần cảm có nhiệm vụ tạo ra từ trường ở khe hở không khí lúc không tải. Trong những trường hợp đó, dây quấn phần cảm còn gọi là “dây quấn kích từ”. Dòng điện một chiều chạy trong cuộn dây quấn quanh các cực làm nó bị từ hoá tạo nên các cực tự phân bố xen kẽ

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

1. Khái niệm chung (tiếp)

!  Tuy nhiên cũng có những trường hợp do kết cấu mà chúng tạo ra từ trường

có cực tính không đổi

!  Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sđđ theo yêu cầu khi có từ trường phần cảm chuyển động tương đối với nó. Sđđ cảm ứng trên dây quấn là xoay chiều hay một chiều tuy thuộc vào từ trường phẩn cảm là loại có cực tính thay đổi hay cực tính không đổi.

Yêu cầu đối với dây quấn: !  Đảm bảo sđđ và dòng điện tương ứng với công suất điện từ của máy

!  Chịu được dòng điện tương ứng với công suất của máy mà không bị phát

nhiệt quá mức cho phép

!  Chế tạo, lắp đặt được thuận lợi, đảm bảo được độ bền cơ khi máy hoạt

động và tiết kiểm nguyên vật liệu

!  Vật liệu để chế tạo dây quấn MĐ quay thường là đồng đỏ hoặc nhôm, tuy

nhiên đồng đỏ được sử dụng phổ biến hơn cả

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

a. Dây quấn phần cảm

D©y quÊn r«to m¸y đồng bộ cùc låi

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

a. Dây quấn phần cảm (tiếp)

D©y quÊn r« to m¸y §B cùc Èn

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

a. Dây quấn phần cảm (tiếp)

D©y quÊn cùc tõ M§ 1 chiÒu

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

b. Dây quấn phần ứng

Phần đầu ốin

Phần đầu ốin

W =1b

W =2b

y Bước dây quấn

y Bước dây quấn

g n ụ d c á t n ầ h P

g n ụ d c á t n ầ h P

p é h t i õ l i à d u ề i h C

p é h t i õ l i à d u ề i h C

Phần đầu ốin

Phần đầu ốin

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

b. Dây quấn phần ứng (tiếp)

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

b. Dây quấn phần ứng (tiếp)

Dây quấn và lõi thép

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

b. Bước dây quấn và bước cực

!  Nếu phần ứng có Z rãnh và máy có số đôi cực là p thi góc độ điện giữa 2

o

rãnh liên tiếp được tính theo công thức:

α=

p.360 z

!  Dây quấn bước đủ: y = τ =

z 2 p !  Góc lệch pha giữa sđđ của 2 cạnh tác dụng của một bối dây

o

o

x

180

ζ=

=

p.360 z

z 2p

!  Nếu sđđ cảm ứng trên mỗi cạnh tác dụng được biểu diễn là một véc tơ thì

sđđ của bối dây là tổng của 2 véc tơ như hình vẽ

ζ

Eb b

b

ζ a

a

Eb

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

c. Số pha và số rãnh (tiếp)

!  Đối với MĐ xoay chiều, nếu dây quấn có số pha là “m” thi mỗi pha chiếm số

rãnh là: Z/m

!  Với dây quấn một lớp, số bối dây của một pha tương ứng sẽ là Z/2m

bối

!  Tương tự với dây quấn 2 lớp, do mỗi bối dây có 2 cạnh tác dụng và mỗi cạnh tác dụng chỉ chiếm 1/2 rãnh, nên số bối dây chính bằng số rãnh của một pha tức bằng z/m bối

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn (tiếp)

d. Xây dựng sơ đồ dây quấn

Sơ đồ xây quấn MĐ xoay chiếu với q là số nguyên

XÐt m¸y ®iÖn xoay chiÒu 2 cùc víi sè pha m =3 vµ sè r·nh lµ z = 6. DÔ thÊy rµng mçi pha sÏ chiÕm 2 r·nh vµ sè bèi d©y cña mçi pha lµ

Bước cực

3

τ

=

=

=

= 1 bối

Z 2 p

6 1.2

z 2m

D©y quÊn b­íc ®ñ nªn y = τ = 3 hay y = 1 – 4. ĐiÒu nµy cã nghÜa lµ mét c¹nh cña bèi d©y ®Æt ë r·nh 1 thì c¹nh cßn l¹i sÏ ®Æt ë r·nh 4.$

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

d. Xây dựng sơ đồ dây quấn (tiếp)

Z =6, 2p = 2, m = 3 , a = 1

1 2 3 4 5 6

A Z B X C Y

S¬ ®å tr¶i

S¬ ®å trßn

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1

A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

A B C X Y

Z

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn ®ång khu«n ®¬n gi¶n

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1

A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Y

A Z B X C

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn ®ång khu«n ph©n t¸n

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1

A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y

A Z B C X Y

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn ®ång t©m 2 mÆt ph¼ng

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1

A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

A B Z C X Y

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn sãng

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1

A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y

1

2

3

4

5

6

7

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Y

X

A

B

C

Z

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn 2 líp b­íc ng¾n

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 2

A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y A

A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

X

C

Y

Z

B

A

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn 2 líp b­íc ng¾n

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 4

1

2

3

4

5

6

7

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

X

A

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn 2 líp b­íc ng¾n ChØ vÏ pha A

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 2 , a = 1

Dây quấn 2 pha

A B X Y

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Sơ đồ xây quấn MĐ xoay chiếu với q là phân số

Z =30, 2p = 4, m = 3 , a = 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30

A X

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Dây quấn rotor lồng sóc

c¶n hoÆc d©y quÊn më m¸y cña m¸y ®iÖn ®ång bé.

!  Th­êng sö dông cho r«to ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, d©y quÊn

vµo r·nh.$

!  D©y quÊn lång sãc ®­îc t¹o thµnh tõ c¸c thanh dÉn ®­îc ®Æt

!  VËt liÖu chÕ t¹o th­êng b»ng nh«m ®óc hoÆc b»ng ®ång.$ !  Hai ®Çu cña c¸c thanh dÉn ®­îc nèi víi 2 vßng ng¾n m¹ch.

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Dây quấn rotor lồng sóc

ĐÓ tăng m«men vµ h¹n chÕ dßng ®iÖn më m¸y, ng­êi ta th­êng lµm r·nh s©u, r·nh cã hình d¸ng phøc t¹p, lång sãc kÐp hoÆc 2 lång sãc ®Ó phï hîp víi viÖc øng dông hiÖu øng mÆt ngoµi lµm tăng ®iÖn trë r«to trong qu¸ trình khëi ®éng

R·nh ®Æc biÖt!

R·nh s©u!

Lång sãc kÐp!

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Dây quấn rotor lồng sóc (tiếp)

Đèi víi d©y quÊn kiÓu nµy, mçi thanh dÉn sÏ lµ mét pha vµ

sè vßng d©y cña mçi pha wf = 1 2 D©y quÊn lång sãc lµ quÊn tËp trung vµ coi nh­ b­íc ®ñ.$ ĐÓ tăng c­êng m«men më m¸y vµ h¹n chÕ dao ®éng m«men,

ng­êi chÕ t¹o thªm mét hoÆc mét sè vßng ng¾n m¹ch n»m ë giữa r«to

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

1. S®® c¶m øng khi d©y quÊn phÇn øng chuyÓn ®éng t­¬ng ®èi víi tõ tr­êng phÇn c¶m!

a.  Tõ tr­êng phÇn c¶m cã

cùc tÝnh xen kÏ`!

-

Tõ tr­êng lµ tæng hîp cña c¸c sãng cã tÇn sè c¬ b¶n (bËc 1) vµ c¸c sãng bËc cao

-  ChØ xÐt víi tõ c¶m bËc 1 (từ trường cơ bản)

!

Ph©n bè tõ c¶m cña m¸y ®iÖn ®ång bé cùc låi

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

E

..

sin

x

=

lvBlvB .. =

td

m

x

Trong

đó

:

v

=

=

=

2 f τ

π τ 2 τ T

x t

Với tốc độ góc ω = 2πf và từ thông tương ứng với một bước cực bằng:

Φ=

Bmτ l

2 π nên :

etd = π f Φsinωt

Và trị hiệu dụng bằng

f Φ= 2, 22 f Φ

Etd =

π 2

!  Sđđ của dây quấn do từ trường cơ bản (bậc 1)

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

EVòng = Etd

' − Etd

'' = 2Etd sin

y τ

π 2

= sinβ

= 4, 44 f Φkn; kn = sin

y τ

π 2

π 2

!  Sđđ của một bối dây gồm 2 thanh dẫn

sđđ của bối dây đó bằng:

Es = 4, 44 fwsΦkn

!  Nếu hai thanh dẫn có đặt một bối dây gồm có ws vòng dây thì

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

Giả sử ta có q bối dây nối tiếp và được đặt rải trong các rãnh liên tiếp nhau như trên hình vẽ, sđđ của q bối dây là:

E

44,4

=

Φ

q

kk . n

r

E

44,4

k

=

Φ

q

fqw s fqw s

dq

!  Trường hợp với một nhóm bối dây quấn rải

k

=

dq

kk . n

r

sin

q

tông

hình

hoc

các

sđđ

k

=

=

r

tông

hoc

các

sđđ

q

sin

α 2 α 2

Trong đó

kr gọi là Hệ số quấn rải

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

E

fw

k

= 44,4

Φ

f

dq

Nếu xét cả sđđ do từ trường bậc cao sinh ra thì:

2

E

...

...

=

+

+

+

+

2 E 1

2 E 3

2 E 5

νE

Trong đó

44,4

=

E ν

kwf Φ ν

=

τ

lB m

lB m

=Φ ν

τ ν

2 π

dq νν 2 νπ

sin

ν

k

sin

k

;

=

νβ

=

n ν

r ν

π 2

q

sin

ν

q α 2 α 2

!  Sđđ của dây quấn một pha

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

a.  Tõ tr­êng phÇn c¶m cã cùc tÝnh xen kÏ (tiÕp)!

!  Ảnh hưởng của sóng bậc cao sẽ làm cho sđđ không sin, ảnh hưởng đến

hiệu suất và các đặc tính của máy.

!  Trong thực tế, người ta tìm mọi cách để cải thiện dạng sóng sức điện động,

nghĩa là làm cho sóng sức điện động gần sin nhất.

fw

E

k

= 44,4

Φ

dq

f

!  Các giải pháp cải thiện dạng sóng sức điện động Từ công thức : Nhận thấy: Để cải thiện dạng sóng sđđ cần tác động vào 2 yếu tố: - Thứ nhất: Cải thiện từ trường phần cảm - Thứ hai: Thay đổi hệ số dây quấn với sóng bậc cao

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

!  Các giải pháp cải thiện dạng sóng sức điện động (tiếp) "  Để cải thiện từ trường phần cảm cần tác động trực tiếp đến kết

cấu máy ( cực từ, khe hở …)

bước ngắn và quấn rải (tăng q):

E

44,4

=

5

kwf Φ 5 5

dq

5

k

5sin

;

=

β

n

5

π 2

Ví dụ với sóng bậc 5: Nếu chọn β = 8/10 thì:

5sin

2sin

0

=

=

π

=

kn

5

8 π 210 0

==>

=

E 5

"  Để thay đổi hệ số dây quấn cần áp dụng các giải pháp như quấn

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

1. Khái niệm chung

từ trường bao quanh dây quấn.

!  Dòng điện chạy trong dây quấn tạo ra sức từ động và sinh ra

!  Từ trường gồm: + Từ trường khe hở + Từ trường ở rãnh + Từ trường ở phần đầu nối Chương này chỉ xét Từ trường khe hở.

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Giả thiết: "  Khe hở không khí đều "  Từ trở của lõi thép không đáng kể Sự phân bố từ trường khe hở cũng là sự phân bố của sức từ động (stđ) dây quấn

Stđ phụ thuộc kiểu dây quấn (quấn tập trung ( q=1) hay quấn rải ( q>1)) và vào dòng điện.

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

!  Dòng điện một chiều:

!  Dòng điện xoay chiều:

"  stđ khe hở không đổi nếu từ dẫn khe hở không đổi "  stđ là đập mạch nếu từ dẫn khe hở thay đổi

"  1 pha thì stđ là đập mạch "  m pha đối xứng ( m≠1) thì stđ sẽ quay tròn "  m pha không đối xứng ( m≠1) thì stđ sẽ quay elip

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

!  Biểu thức của stđ đập mạch: F = Fm sinωtcosα α là góc không gian

Sự phân bố của F là hình sin trong không gian.

"  Nếu t = const # F = Fm1 cosα với Fm1 = Fm sinωt

Tại vị trí góc α, F biến đổi tuần hoàn theo thời gian Vậy : stđ đập mạch là một sóng đứng (nghĩa là sự phân bố hình sin trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian)

"  Nếu α = const # F = Fm2 sinωt với Fm2 = Fm cosα

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

ω= ±

!  Biểu thức của stđ quay tròn: F = Fm sin(ωt ± α) Xét tại một điểm bất kỳ tùy ý của sóng stđ khong đổi thì: sin(ωt ± α) = const hay ωt ± α = const d α # dt

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Quay ngược Quay thuận

Biểu thị bằng véc tơ quay

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Fm sin(ωt + α)

Fm sin(ωt − α) +

Fm sinωt cosα =

1 2

1 2

= F1 + F2

Fm sinωt ∓ α = Fm sinωtcosα ∓ Fmcosωt sinα

)

)cos(α−

π 2

π 2

Sức từ động đập mạch bằng tổng 2 sức từ động quay tròn. Sức từ động quay tròn bằng tổng 2 sức từ động đập mạch. = Fm sinωtcosα ∓ Fm sin(ωt − Lưu ý: Nếu Fm khác nhau sẽ không quay tròn mà sẽ quay elip. Nếu góc lệch nhau cũng quay elip. Nhưng người ta mong muốn quay tròn và trong một số trường hợp người ta thích quay elip, e.g. quạt điện gia đình

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Sức từ động quay elip

sin

tc

sin(

c ) os(

os − m ω α

t ω

α

F F =− m

, F m

π ) 2

π 2

sin

tc

sin(

c ) os(

t

os − m ω α

ω β α

F F =− m

F m

π ) 2

sin

tc

sin(

c ) os(

os − m ω α

t ω

) α γ

F F =− m

F m

π 2

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

2. Stđ của dây quấn phần cảm !  Máy cực lồi:

bao quanh cực từ.

t

"  Dây quấn được quấn thành các cuộn dây gồm nhiều vòng

=

F t

w I t p 2

"  Stđ của mỗi cực :

mỏm cực.

"  Khe hở không đều nên mật độ từ thông ở đỉnh cực lớn hơn

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Sự phân phố của từ trường được thể hiện thông qua sơ đồ sau:

δ

k

=

t

B 1tm B

tm

1 2,5

/

mδ δ = ÷

Khe hở chỗ lớn nhất bằng 2,5 lần chỗ nhỏ nhất

0,95 1,15 ÷

tk =

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Máy cực ẩn: Dây quấn được quấn rải thành nhiều bối dây, đường biểu diễn stđ có dạng hình thang. Khe hở không khí đều.

8sinγ

π 2

=

kt =

γπ 2

Btm1 Btm

δ

kt = 1,065÷0,965

/ 2γπ

(1

/ 2γπ

)γ π−

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

3. Stđ của dây quấn phần ứng a.  Stđ của dây quấn 1 pha

/ 2τ

τ

/ 2τ

i = 2I sinωt

c

1sF

iw

3sF

i

b / 2s a

sF

d

δ

Theo định luật toàn dòng điện

∫ H.dl = iws

Stđ phân bố hình chữ nhật trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian được phân tích theo Fourier

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Từ trở của thép rất nhỏ (µ =∞) nên Hfe = 0 và stđ xem như chỉ cần thiết để sinh ra từ thông đi qua hai lần khe hở δ Hδ = iws

Stđ ứng với 1 khe hở :

F s

1 iw= s 2

Stđ này phân bố hình chữ nhật trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian được phân tích theo Fourier

os

os3

os5

os

=

α

+

α

+

α

... + +

υα

F s

F c 1 s

F c 3 s

F c s 5

F c s υ

os

υα

F c s υ

= ∑

1,3,5..

= υ

/ 2

π

os

Trong đó

=

d υα α

F c s

F s υ

/ 2

2 π −

π

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Và cuối cùng tìm được:

os

t sin υα ω

F s

F c sm υ

= ∑

1,3,5

= υ

0,9

=

sm

Với

F υ

iw s υ

Như vậy: Sức từ động của một phần tử có dòng điện xoay chiều chạy qua là tổng hợp của ν sóng đập mạch phân bố hình sin trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian.

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Stđ của dây quấn 1 lớp bước đủ với q phần tử ta có

os

t sin υα ω

F q

qF k c sm r υ

= ∑

1,3,5

= υ

Stđ của dây quấn 1 pha 2 lớp bước ngắn

F

2

os

t sin υα ω

f

n

qF k k c sm r υ υ υ

= ∑

1,3,5

= υ

Lưu ý số vòng dây 1 pha w = 2pqws Như vậy: Sức từ động của dây quấn 1 pha là tổng hợp của một dãy sóng đập mạch

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

b. Stđ của dây quấn m pha Các pha đặt lệch nhau trong không gian góc 2π/m, dòng điện m pha đối xứng lệch nhau về thời gian góc 2π/m

I 2 sin

=

t ω

i 1

2 sin(

I

=−

t ω

i 2

2 π ) m

........

t m (

1)

=−

i m

2 π m

⎡ 2 sin I − ⎢ ω ⎣

⎤ ⎥ ⎦

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

F

sin

tc

os ω υα

=

f

F 1

υ

1,3,5

= υ

F

sin(

c ) os (

t − ω

υα

f

F 2

υ

2 π m

2 π ) m

1,3,5

=− υ = ........

sin

t m (

c os

(

m

1)

F −

1) −

F m

f

υ

2 π − m

2 π m

1,3,5

=− υ =

⎡ ω ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

⎡ υ α ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Để có stđ của dây quấn m pha ta lấy tổng của m stđ đập mạch đó. F

F

F

tc

sin(

t

sin(

t

sin +

os − ω υα

=

) ω υα

) ω υα

=

f

F + 1

υ

f υ 2

f υ 2

1,3,5

= υ

sin(

c ) os (

t − ω

υα

F 2

f

υ

2 π m

2 π ) m

F = 1,3,5

=− υ =

F

F

(

t

1)

)

(

t

1)

) −+− + ω υα υ

+

2 π m

f υ 2

2 π m

⎤ ⎥ ⎦

⎡ sin ( + + ω υα υ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

⎡ sin ( ⎢ ⎣

f υ 2 ........

sin

t m (

c os

(

m

F −

1) −

1) −=

F m

f

υ

2 π m

2 π m

1,3,5

=− υ =

⎡ ω ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

⎡ υ α ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

t

(

m

1)(

1)

F =−

+

+

) ω υα

υ

2 π m

⎡ sin ( ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

f υ 2 F

(

m

1)(

1)

+

) + ω υα

t −

+

υ

f υ 2

2 π m

⎡ sin ( + ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Với ν = 1,3,5 có thể chia làm 3 nhóm: 1)  ν = mk - từ trường đối xứng không nên xét 2)  ν = 2mk+1 – quay thuận 3)  ν = 2mk-1 – quay ngược

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Xét nhóm quay thuận

sin(

t

) ω υα

F =−

F 1

)

(

t

1)

+

ω υα υ

f υ 2 F =−

F 2

f υ 2

2 π m

⎡ sin ( ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

........

t

(

m

1)(

1)

F =−

+

) ω υα

υ

F m

f υ 2

2 π m

⎡ sin ( ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

mk

1)

2

(

( υ

k π

2 π 1) −=−=− m

2 π m

2 π m

4k

1) −=

( υ

π

2 π m

!  Với ν = mk Với mỗi trj số của k và m, stđ là những sóng hình sin quay cùng tốc độ, các véc tơ tương ứng lệch nhau góc 2π/m làm thành một hình sao đối xứng và tổng bằng 0

F

sin(

t

) ω υα

f

F t

υ

=− ∑

m 2

2

mk

1

υ

=

+

!  Với ν = 2mk+1 Với mỗi trị số của k, các stđ quay thuận trùng pha nhau và có trị số:

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

4k

1) −=−

( υ

π

2 π m

4 π m

!  Với ν = 2mk-1 Với mỗi trj số của k, các stđ quay với cùng tốc độ và lệch nhau góc 4π/m, do đó tổng bằng 0.

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

F

sin(

t

) + ω υα

=

f

F n

υ

m 2

mk

1

2 =−

υ

∑ Ff υ sin(ωt ∓ υα)

υ=2mk±1

m 2

F( m) =

Tương tự với nhóm quay ngược: Tổng hợp ta có: Với

I

Ff υ = 0,45m

m 2

w.kdq υ p

∑ Ff υ sin(ωt ∓ υα)

υ=6k±1

3 2

∑ Ff υ sin(ωt ∓ υα)

υ=4k±1

2 2

Với dây quấn 3 pha F(3) = F( 2) = Và dây quấn 2 pha

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

n

=

n n = ± υ υ 60 f p

Tốc độ quay của stđ quay bậc ν Với

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Khi dòng trong m pha không đối xứng thì có thể phân tích thành các

phân lượng đối xứng:

∑ F1 f υ sin(ωt ∓ υα)

υ=2mk±1

m 2

sin(

t

) ± ω υα

=

F 2(

F 2

m

)

f υ

I

m 2 1 ± ... = =

=

=

∑ mk 2 υ = i = 03

2 sin 0

i 02

i 01

i 0

m

Với dòng thứ tự thuận: F1( m) = Với dòng thứ tự nghịch: Với dòng thứ tự không: Sinh ra trong dây quấn m pha các stđ đập mạch cùng pha về thời

gian và lệch nhau trong không gian góc 2π/m

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

F

sin

tc

=

os ω υα

01

F 0

f

υ

F

sin

tc

os ω υ α

02

F =− 0

f

υ

2 π m

⎤ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎣

.............................

tc

(

m

1)

sin −

os ω υ α

F 0

m

F =− 0

f

υ

2 π m

⎤ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎣

⎧ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩

sin

tc

os ω υα

F 0(

F 2

m

)

f

υ

Với ν = mk các stđ đập mạch do dòng thứ tự không ở m pha lệch nhau 2kπ trong không gian và công với nhau: = ∑

mk

= υ

Giảng viên: Tiến sĩ Đặng Quốc Vương Email: vuong.dangquoc@hust.edu.vn Phone: +84-963286734

1 1

Bộ Môn Thiết Bị Điện – Điện Tử Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

MÁY ĐIỆN I

Nội dung

Chương 1. Máy biến áp

Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay Chương 3. Máy điện không đồng bộ

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Chương 5. Máy điện một chiều

2

CHƯƠNG 3. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

Nội dung

I. Khái niệm chung về MĐKDB

II. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB

III. Mở máy và điều chỉnh tốc độ ĐCĐKDB

IV. Động cơ KĐB một pha

3

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

1. Cấu tạo và phân loại

a. Cấu tạo

Hép ®Êu d©y

Lâi thÐp STATO

N¾p giã

R« to

Qu¹t giã

Trôc

Vßng bi

N¾p

Ch©n ®Õ

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

1. Cấu tạo và phân loại

a. Cấu tạo

R« to lång sãc ®óc nh«m

Stato quÊn d©y

Lâi thÐp R«to

Vµnh ng¾n m¹ch

Thanh dÉn nh«m

D©y quÊn Stato Lâi thÐp Stato

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

1. Cấu tạo và phân loại

a. Cấu tạo

®éng c¬ r« to lång sãc

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

1. Cấu tạo và phân loại

a. Cấu tạo

®éng c¬ r« to d©y quÊn!

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

1. Cấu tạo và phân loại

a. Cấu tạo

!  Stato: Mạch từ được chế tạo bằng thép kỹ thuật điện, gồm nhiều lá mỏng ghép lại với nhau. Trên các lá thép có xẻ rãnh đặt dây quấn.

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

1. Cấu tạo và phân loại

a. Cấu tạo

Dây quấn: Được chế tạo bằng dây điện từ ( làm từ đồng hoặc nhôm, sau đó bọc lớp cách điện mỏng bên ngoài) Dây được quấn thành các bối dây và được đặt vào các rãnh của mạch từ.

Dây phần tử cứng, dây dẫn chữ nhật

Dây mềm, dây dẫn tròn

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

1. Cấu tạo và phân loại

a. Cấu tạo

Dây quấn được đặt vào rãnh mạch từ

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

1. Cấu tạo và phân loại

a. Cấu tạo

Vỏ máy: Được chế tạo bằng gang đúc, bằng thép, nhôm hoặc các vật liệu kết cấu khác. Vỏ có chức năng đỡ và bảo vệ mạch từ và dây quấn stato.

Vỏ thép hàn

Vỏ Gang đúc

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

1. Cấu tạo và phân loại

a. Cấu tạo

Phôi đúc gang vỏ máy điện không đồng bộ

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

1. Cấu tạo và phân loại

!  Rôto: Mạch từ được chế tạo bằng thép kỹ thuật điện, gồm nhiều lá mỏng ghép lại với nhau. Trên các lá thép có xẻ rãnh đặt dây quấn giống như stato.

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

Dây quấn: Thường được chế tạo dưới dạng lồng sóc: Các thanh dẫ

bằng nhôm được đúc vào các rãnh và nối với nhau ở 2 đầu bằng 2 vòng ngắn mạch.

Lõi thép roto

Đúc nhôm tạo lồng sóc

! Rotor

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

1. Cấu tạo và phân loại

Roto sau khi ép vào trục và gia công tạo khe hở

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

b. Phân loại

!  Theo chức năng

"  Máy phát điện

"  Động cơ điện

!  Theo cấu tạo rô to

"  Rô to lồng sóc

"  Rô to dây quấn

!  Theo kiểu bảo vệ

"  Kiểu kín

"  Kiểu hở

"  Kiểu bảo vệ

"  Kiểu phòng nổ

!  Theo chế độ làm việc: Dài hạn, ngắn hạn, ngắn hạn lặp lại.

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

2. Các đại lượng định mức

#  Công suất P (W, kW, MW) :

Là Công suất cơ ra đầu trục đối với động cơ

Là Công suất điện đầu ra ứng với máy phát

#  Tốc độ n (vg/ph): là tốc độ quay của rô to #  Điện áp U (V), và tần số f (Hz) :

Là điện áp đặt vào cực động cơ hoặc điện áp đầu ra ứng với máy phát ở tải định mức và thường đi kèm với tần số.

#  Đối với máy 3 pha thường ghi kèm cách nối dây. Trị số điện áp ghi

trên nhãn máy là điện áp dây. VD 220/380V ∆/Y

#  Dòng điện:

Là dòng điện vào đối với động cơ và dòng ra đối với máy phát ở tải định mức. Đối với máy 3 pha cũng được ghi kèm cách nối dây.

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

2. Các đại lượng định mức

+ Hiệu suất η: là tỷ số công suất ra trên công suất vào tính theo % + cos ϕ: là hệ số công suất ở tải định mức + Cấp bảo vệ: IP

+ Cấp cách điện: B, F, H

+ Ký hiệu : VD 3k112 M4

3 là seri hay lần cải tiến

k là động cơ KĐB roto lồng sóc

112 là Chiều cao tâm trục M Cỡ lõi thép : trung bình ( L – Dài, S – Ngắn)

4 là số cực của máy.

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN KĐB

3. Ứng dụng của MĐKDB

!  Chủ yếu được sử dụng làm động cơ do cấu tạo đơn giản, làm việc

chắc chắn, dễ sử dụng, vận hành, giá thành rẻ.

!  Cũng được sử dụng làm máy phát . Gần đây người ta ứng dụng nhiều làm máy phát điện sức gió công suất đến vài Mêgaoat.

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

1. Khái niệm chung

!  Coi máy điện KĐB như một máy biến áp mà dây quấn sơ cấp và thứ cấp chính là dây quấn Stato và Roto, hai dây quấn này liên hệ với nhau qua từ trường quay.

!  Chỉ xét đến sóng cơ bản ( bậc 1)

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

2. Khi Roto đứng yên

!  Đây là trường hợp lúc mở máy.

Lúc này n = 0, f1 = f 2

!  Dòng điện I1 và I2 trong dây quấn stato và roto sinh ra các sức từ

động F1 và F2:

2

kw 1

I

=

F 1

1

dq 1 p

m 1 π

2

kw 2

2

I

=

F 2

2

dq p

m 2 π

⎧ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎩

Hai sức từ động này tác dụng với nhau tạo ra sức từ động tổng ở khe hở F0:

=

=

−+

! ! FF + 1 2 ! ! F F 1 0

! F 0 ! )F( 2

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

2. Khi Roto đứng yên (tiếp)

Giống như ở MBA, coi I1 gồm 2 thành phần: "  Thành phần I0 tạo nên stđ F0 "  Thành phần (-I2) tạo nên stđ –F2

’ bù lại stđ F2

2

kw 1

I

=

F 0

0

dq 1 p

m 1 π

2

kw 2

2

như vậy ta có:

I

'

−=

' F 2

2

dq p

m 1 π

I

I

I

)

Như đối với MBA

=

( −+

1

0

' 2

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

2. Khi Roto đứng yên (tiếp)

!  So sánh std F2 do dòng điện I2 cuả rotor và I’2 của dòng điện stator

sinh ra, ta có:

2

2

kw 2

2

kw 2

2

I

I

'

=

2

2

dq p

dq p

m 2 π

m 1 π

!  Từ đó có tỷ số biến đổi dòng điện:

dq 1

k

=

=

i

I I

2 ' 2

kwm 11 kwm 2 2

dq

2

Và tỷ số biến đổi điện áp

dq 1

k

=

=

e

E 1 E

2

kw 1 kw 2

dq

2

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

2. Khi Roto đứng yên (tiếp)

!  Quy đổi về Stato:

kE

=

=

' E 2

E 1

2

!  Tương tự MBA ta có Hệ phương trình khi roto đứng yên:

! ZI 11

! E 1

1

+ ! ' ZI 2

, 2

= , 2

−= ! , E 2 ! E = 1 ! , I 2

=

+ ! E 1

! I = 0 ! mZI 0

! U ⎧ ⎪ 0 ⎪ ⎪ ! E ⎨ ⎪ ! I ⎪ 1 ⎪ ⎩

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

2. Khi Roto đứng yên (tiếp)

Đồ thị véc tơ

Mạch điện thay thế

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

3. Khi Rotor quay !  Mạch Stato vẫn như cũ !  Tần số dòng điện roto thay đổi theo hệ số trượt f2 = sf1 !  Trị số sđđ trên dây quấn roto lúc này: E2s = sE2 !  Trị số điện kháng x2s = sx2 Do đó phương trình rotor sau khi đã quy đổi:

0

E

I

(

)

=

+

' 2

s

' 2

, r 2

s

, jx 2

s

=

=

, r s 2 = Điện trở rotor lúc này là và điện kháng

, x s 2

, x 2

, sx 2 s

Do quy đổi nên điện trở và điện kháng đều phải tăng 1/s lần. , r 2 s

Và phương trình rotor được viết lại:

1

s

0

I

(

)

I

(

)

=

+

=

+

+

' E 2

' 2

, jx 2

s

' E 2

' 2

, r 2

, jx 2

s

, r 2

− s

, r 2 s

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

3. Khi Roto quay (tiếp) Hệ phương trình khi rotor quay:

)

−=

+

+

! E 1

! rI ( 1 1

1

jx 1

1

s

! E

(

)

=

+

+

, 2

! ' I 2

, r 2

, jx 2

, r 2

− s

, 2

! E ! I 1

! E = 1 ! , I 2

=

+ ! E 1

! I = 0 ! mZI 0

! U ⎧ ⎪ ⎪ 0 ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩

1

, r 2

s− gọi là điện trở giả tưởng. s Công suất cơ là công suất tiêu tán trên điện trở giả tưởng này

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

3. Khi Roto quay (tiếp)

Mạch điện thay thế của MĐKĐB hình T

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

3. Khi Roto quay (tiếp)

Mạch điện thay thế hình Γ (G) Quy đổi từ sơ đồ T-Γ bằng một hệ số C1 có giá trị (phức số)

1

1 +=

C 1

Z 1 mZ

Dòng điện không tải lý tưởng I00 được xác đinh

I

=

00

U 1 mZ +

Z 1

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

3. Khi Roto quay (tiếp)

Mạch điện thay thế hình Γ đơn giản

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB 4.1 Chế độ động cơ điện 0< s <1

cos

=

IUmP 1 11

1

ϕ 1

p

=

=

P đt

pP − 1

Cu 1

Fe

2, Im 21

, r 2 s

1

s

(

)

=

=

P co

P đt

p Cu

2

2, Im 21

, r 2

− s

(

p

p

)

=

+

P co

co

f

p

p

p

pp =

+

+

+

+

Cu 1

Fe

p Cu

2

f

P 2 ∑

p

=

η

=

P 2

P 1

co P 2 P 1

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB 4.1 Chế độ động cơ điện 0< s <1 (tiếp)

sin

=

ϕ 1

1

1

=

2 11

=

=

2, 21 xImIEm =

IUmQ 11 xImq 1 1 , xImq 2 2 Q m

1

2 01

m

=

+

01 qQQ + 1

m

1

q 2

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB 4.1 Chế độ động cơ điện 0< s <1 (tiếp)

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB

4.2 Chế độ máy phát điện s <0

1

s

- Máy nhận công suất cơ

(

=

0) <

Pco

2, Im 21

, r 2

− s

0

90

>

cos

0

- Máy nhận công suất tác dụng

=

<

1

sin

0

=

>

ϕ 1 IUmP 1 11 IUmQ 11

1

1

ϕ 1 ϕ 1

- Máy nhận công suất phản kháng để từ hoá lõi thép, nếu không thi không thể làm việc được

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB 4.2 Chế độ máy phát điện s <0 (tiếp)

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB

4.3 Chế độ hãm s >1

Ở chế độ này Rotor quay ngược với chiều quay của từ trường

1

s

- Máy nhận công suất cơ từ ngoài vào

(

=

0) <

P co

2, Im 21

, r 2

− s

- Máy nhận công suất điện từ lưới

(

0) >

2, ImP = đt 21

, r 2 s

Tất cả công suất cơ và điện lấy từ ngoài vào đều biến thành tổn

1

s

)

(

)

(

)]

=

[ −+

=

hao đồng trên mạch rotor 2, Im ( −+ 21

P co

P đt

2, Im 21

, r 2

p Cu

2

, r 2 s

− s

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

4. Các chế độ làm việc của MĐKĐB

4.3 Chế độ hãm s >1

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

5. Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB

- Phương trình cân bằng mômen

MMM

+

=

2

0 p

p

+

co

f

- Là mômen không tải để thắng toàn bộ

M

=

0

ω

M

=

2

ω

=

P 2 ω n 2 π 60

Sau khi biến đổi ta được mômen tải:

(N m)

M2 = 9550

P2 n

Ví dụ: 7,5kw, n = 1450vòng/phút => M2 = 48Nm

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

5. Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (tiếp)

p

+

+

p co

P 2

M

=

=

f ω

P co ω

M

=

đt

1(

=

=

=

P co

Ps ) đt

P đt ω 1 P . ω đt ω 1

Pn . đt n 1

Do

cos

=

IEmP đt 22

2

ψ 2

nên

1(

cos

=

P co

m 2

IEs ) 22

ψ 2

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

5. Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (tiếp)

Do

E

;

;

s

)

=

2 π

Φ

=

ω

1( −=

2

kwf 2 1

dq

2

f 1

pn 1 60

n 2 π 1 60

nên

M

I

cos

=

Φ

=

kpwm 2

2

2

ψ 2

dq

2

1 2

P co ω

Theo mạch thay thế hình Γ

U

1

I

=

=

, 2

,, IC 21

2

(

s )/

(

x

+

+

, rCr + 1 21

x 1

2, ) 2

=

ImP = đt 21

, r 22, s

(

x

+

2, ) 2

đóDo

M

=

đt

(

2

x

s / ( +

P đt = πω

+

2 , rUm s / 1 1 2 , 2 rCr s )/ ( x + + 1 21 1 2 , prUm 1 1 2 , 2 rCrf s )/ + 1 21

1

1

x 1

2, ) 2

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

5. Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (tiếp)

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

5. Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (tiếp)

Mô men cực đại

M

±=

max

x

)]

+

1 C 2 1

2 pUm 1 1 r x ( + 1 1

2 f [ π ∓ 1

, 2

Và Mô men khởi động

M

=

k

2, ])

[(

2 , prUm 1 2 1 2, ) rCr xCx ( + + + 1 21 1 21

f 2 π 1

Mô men khởi động tỷ lệ với điện trở rô to. Khi khởi động thì điện trở lớn và khi làm việc thi điện trở bình thường

II. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐKĐB

6. Các đường đặc tính của MĐKĐB

n

1

η

0,8

Cos ϕ

0,6

M

M 2

0,4

s

0,2

0

0,5 1

P2

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

1. Mở máy (khởi động)

!  Khi mở máy, tốc độ n = 0 và hệ số trượt s = 1

I1 = I2’

Ik-f

R1

X1

R2’

X2 ’

s)

U1-f

= 0

(1R ' 2 − s

(5

7)I

I

=

÷

=

fk −

U 2

2

(R

f1 − +

+

+

1

' )R 2

(X 1

' )X 2

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

1. Mở máy (khởi động)

!  §éng c¬ K§B cã nh­îc ®iÓm lµ dßng ®iÖn khëi ®éng rÊt lín th­

êng tõ 4 - 7 lÇn dßng ®Þnh møc cña ®éng c¬.

!  Dßng ®iÖn khëi ®éng lín lµm ¶nh h­ëng ®Õn l­íi ®iÖn (g©y sôt ¸p lưíi), lµm nãng d©y quÊn ®éng c¬ vµ g©y tæn hao trªn d©y dÉn lín, g©y momen xung kÝch ¶nh h­ëng ®Õn c¸c mèi ghÐp c¬ khÝ gi÷a c¸c phÇn quay cña ®éng c¬ vµ m¸y c«ng t¸c

!  §Ó h¹n chÕ hiÖn t­îng trªn ng­êi ta chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ khëi

®éng cho lo¹i ®éng c¬ nµy

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

1. Mở máy (khởi động) (tiếp)

Mét sè biÖn ph¸p MỞ MAY hay ®­îc sö dông:!

!

a. Më m¸y b»ng ph­¬ng ph¸p gi¶m ¸p!

"  Më m¸y b»ng ph­¬ng ph¸p ®æi nèi Y/∆

"  Më m¸y b»ng biÕn ¸p tù ngÉu

"  Më m¸y b»ng cuén kh¸ng l¾p vµo m¹ch Stato

b. Më m¸y b»ng ®iÖn trë phô m¾c vµo m¹ch r«to (chØ víi ®éng c¬ r«to quÊn d©y)

"  Më m¸y b»ng thiÕt bÞ b¸n dÉn (Khëi ®éng mÒm )

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

1. Mở máy (khởi động) (tiếp)

!  Yêu cầu mở máy:

"  Mk > Mcản. "  Thời gian mở máy nhanh . "  Dòng điện mở máy Ik nhỏ, được thực hiện bằng cách: "  Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền,

chắc chắn.

"  Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

!  Më m¸y b»ng ph­¬ng ph¸p ®æi nèi Y/ ∆"

hµnh b×nh th­êng, cuén d©y nèi tam gi¸c ∆

"  Ph­¬ng ph¸p nµy chØ ¸p dông cho c¸c ®éng c¬ khi vËn

AT

S¾p xÕp ®Çu d©y c¸c pha trªn hép ®Êu d©y

Nèi Y

Nèi ∆

K1

K3

Z X Y

Z X Y

Z X Y

Tñ ®iÖn

K2

A

B

C

Z

Y

X

A B C

A B C

A B C

3

+ §iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c¬ gi¶m lÇn

3

+ Dßng ®iÖn khëi ®éng gi¶m lÇn

+ M«men khëi ®éng gi¶m 3 lÇn

Motor

+ ThÝch hîp cho khëi ®éng kh«ng t¶i hoÆc c¸c phô 48 t¶i nhÑ

SEAQIP 2004: Training Course on Energy Audit - Part 4.1

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

Më m¸y b»ng biÕn ¸p tù ngÉu"

+ §iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c¬ gi¶m tïy ý theo t¶I

+ ThÝch hîp cho khëi ®éng kh«ng t¶i hoÆc c¸c phô t¶i nhÑ

AT 1

Quy tr×nh! 1.  §ãng AT1, ®ãng AT cÊp ®iÖn cho

MBA tù ngÉu

2.  §ãng K1, ®éng c¬ b¾t ®Çu khëi ®éng 3.  Khi tèc ®é ®¹t 70-80% ®Þnh møc,

ng¾t K1, ®ãng K2

4.  Ng¾t MBA ra b»ng ng¾t AT

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

Më m¸y b»ng biÕn ¸p tù ngÉu"

"  Ứng dụng: động cơ có công suất và quán tính lớn: máy

bơm, máy nén khí....

"  Thao tác: thay đổi vị trí con chạy để cho lúc mở máy điện áp đặt vào động cơ nhỏ, sau đó tăng dần lên bằng điện áp định mức.

"  Ưu điểm: Nếu đặt tỷ số Uđm/U1 = k (lần) > 1 thì dòng điện khởi động Ik giảm k2 lần (tức là còn nhỏ hơn so với dùng điện kháng).

"  Nhược điểm: mômen khởi động giảm k2 lần (vì M ∼

U2 ).

"  Đặc điểm: Giá thành thiết bị mở máy đắt hơn so với

dùng điện kháng

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

Më m¸y b»ng Cuén kh¸ng m¾c vµo Stato"

•  §©y lµ ph­¬ng ph¸p kh¸ phæ biÕn vµ hiÖu qu¶ cao!

+ Cho phÐp khëi ®éng víi c¸c lo¹i phô t¶i nhÑ hoÆc kh«ng t¶i

AT

K1

+ Cã thÓ thiÕt kÕ víi bÊt kú cÊp ®iÖn ¸p nµo ®Æt vµo ®éng c¬ khi khëi ®éng

A

B

C

+ Kh¸ nhá gän vµ ®¬n gi¶n

+ Kh«ng bÞ xung khi ng¾n m¹ch kh¸ng

Tñ ®iÖn

K2

Kh¸ng

Quy tr×nh! 1.  §ãng AT cÊp ®iÖn cho m¹ch ®iÒu

§o¹n c¸p dµi ®·∙ ® îc rót ng¾n l¹i

khiÓn

so víi ph­¬ng ph¸p ®æi nèi Y∆

2.  §ãng K1, ®éng c¬ b¾t ®Çu khëi

Motor

®éng

3.  Khi tèc ®é ®¹t 70-80% ®Þnh møc,

®ãng K2 ng¾n m¹ch kh¸ng

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

Më m¸y b»ng Cuén kh¸ng m¾c vµo Stato"

"  Mục đích: thay đổi trị số điện kháng ĐK thì có thể đạt được dòng điện mở máy cần thiết. Do có điện áp giáng trên điện kháng nên điện áp mở máy trên đầu cực động cơ U1 sẽ nhỏ hơn điện áp lưới Uđm

"  Đặc điểm: rẻ tiền, tin cậy, đơn giản. "  Ưu điểm: Nếu đặt tỷ số Uđm/U1 = k (lần) > 1 thì dòng điện khởi động Ik

giảm k lần.

"  Nhược điểm: mômen khởi động giảm k2 lần (vì M ∼ U2 )

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

cuén kh¸ng kh« më m¸y" ®éng c¬ kh«ng ®ång bé"

53

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

KÝch th­íc l¾p ®Æt kh¸ng khëi ®éng"

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

KÝch th­íc l¾p ®Æt kh¸ng më m¸y" (tiÕp)"

KÝch th íc l¾p ®Æt

Ký hiÖu C«ng suÊt

L

A

H

L1

L2

Kh.l­îng

(kW)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

(kg)

250

420

280

430

390

110

175

RS-250

200

400

260

420

370

110

150

RS-200

150

360

220

320

330

110

116

RS-150

130

320

220

300

290

100

85

RS-130

75

270

150

250

240

70

55

RS-75

55

245

120

230

225

60

46

RS-55

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

khëi ®éng b»ng " thiÕt bÞ b¸n dÉn (soft starter)" A B C

•  Mçi pha cã 2 Thyristor m¾c song song

ng­îc!

•  §iÒu khiÓn ®iÖn ¸p hiÖu dông ®Æt vµo

®éng c¬ theo quy luËt ®Þnh tr­íc!

•  §iÖn ¸p ®Æt vµo ®éng c¬ lµ mét phÇn

cña ®iÖn ¸p h×nh sin – Kh«ng sin!

•  Gi¸ thµnh cao!

U

§éng c¬

t

α

56

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

khëi ®éng b»ng " thiÕt bÞ b¸n dÉn (soft starter)"

!  Ứng dụng: dùng cho động cơ có thời gian khởi động lâu và quán tính khởi động lớn như quạt, máy bơm, máy quấn dây.... !  Đặc điểm: điều chỉnh được dòng khởi động và làm cho mômen trơn. Các phương pháp mở máy động cơ không bộ bằng cách giảm điện áp nêu trên đều dẫn đến giảm mômen mở máy. !  Phương pháp khởi động mềm bằng bộ khởi động mềm sử dụng bộ điều khiển điện tử để hạn chế dòng điện ở máy, đồng thời có thể điều chỉnh tăng mômen mở máy một cách hợp lý. Điện áp trên đầu cực động cơ được hạn chế khi mở máy, sau đó được tăng dần một cách tuyến tính từ giá trị xác định đến định mức theo một chương trình thích hợp.

57

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

2. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ

f

!  Từ công thức

n

(1

s

)

=

=

n 1

n 1

60 p

!

n1 – Tèc ®é ®ång bé f – TÇn sè nguån p – Sè ®«i cùc! NhËn thÊy cã c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu chØnh tèc ®é cña ®éng c¬ K§B nh­ sau: "  §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi sè ®«i cùc "  §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi tÇn sè "  §iÒu chØnh tèc ®é b»ng hÖ sè tr­ît (®iÒu chØnh ®iÖn ¸p, ®iÒu

chØnh ®iÖn trë r« to ë ®éng c¬ roto d©y quÊn)

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

a. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi sè ®«i cùc

2p =4 1500vg/ph

Riªng ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi

sè ®«i cùc cña m¸y ph¶i can thiÖp ®Õn

cÊu t¹o vµ d©y quÊn cña ®éng c¬. Do

®ã chØ cã thÓ chÕ t¹o mét ®éng c¬ cã

2, 3 hoÆc 4 tèc ®é v.v mµ kh«ng thÓ

2p =2 3000vg/ph

®iÒu chØnh tèc ®é mÒm v× p lµ sè

nguyªn

2p =2 3000vg/ph a =2

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

a. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi sè ®«i cùc

§æi nèi tam gi¸c ∆ sao sao Y Y

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

a. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi sè ®«i cùc

§æi nèi sao Y sao sao Y Y

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

b. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi tÇn sè

HiÖn nay ®· ®­îc sö dông kh¸ phæ biÕn nh­ng chñ yÕu cho c¸c ®éng c¬ c«ng suÊt nhá vµ trung b×nh do gi¸ thµnh cßn rÊt cao

H×nh d¹ng cña mét bé biÕn tÇn cña h·ng SIEMEN

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

b. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi tÇn sè

3-pha AC 400V, 50 Hz

§éng c¬ vËn hµnh víi tÇn sè l­íi tèc ®é kh«ng ®æi

§éng c¬ K§B

U

U

t

t

Aptomat hoÆc contactor

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

b. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi tÇn sè

3-pha AC 400V, 50 Hz

•  Lµm viÖc víi bé biÕn tÇn (Inverter)! •  tèc ®é thay ®æi theo tÇn sè!

§éng c¬ K§B

U

t

U

U

t

t

Inverter Aptomat hoÆc contactor

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

Nguyªn lý lµm viÖc cña biÕn tÇn"

BiÕn ®æi thµnh xoay chiÒu ChØnh l­u Läc ph¼ng

M

§éng c¬

§iÖn ¸p l­íi §iÖn ¸p sau chØnh l­u

3 pha vµ läc ph¼ng

Thay ®æi tÇn sè vµ ®iÖn ¸p

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

biÕn tÇn g¾n cïng ®éng c¬"

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

øng dông cña bé biÕn tÇn"

B¨ng chuyÒn HÖ thèng b¬m n­íc nãng M¸y bäc parllet

B¬m ho¸ chÊt

D©y chuyÒn ®ãng chai

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

b. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi tÇn sè

ĐẶC TÍNH CƠ KHI ĐiỀU CHỈNH TẦN SỐ

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

c. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi ®iÖn ¸p

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ ĐẶC TÍNH CƠ KHI ĐiỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

d. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi ®iÖn trë phô roto

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ ĐiỀU CHỈNH TỐC ĐỘ BẰNG ĐiỆN TRỞ PHỤ MẮC VÀO MẠCH ROTO

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

d. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi ®iÖn trë phô roto

ĐẶC TÍNH CƠ KHI ĐiỀU CHỈNH ĐiỆN TRỞ PHỤ MẠCH RÔ TO

III. MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐKĐKĐB

d. §iÒu chØnh tèc ®é b»ng thay ®æi ®iÖn trë phô roto

ĐẶC TÍNH CƠ KHI ĐiỀU CHỈNH ĐiỆN TRỞ PHỤ MẠCH RÔ TO (CÁCH VẼ KHÁC)

IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA

1. Đặc điểm và cấu tạo

!  Là loại động cơ roto lồng sóc !  Stato đặt 2 dây quấn lệch nhau trong không gian góc 900

"  Một cuộn chính gọi là cuộn làm việc

"  Một cuộn phụ gọi là cuộn khởi động

"  Cuộn khởi động thường được nối với 1 phần tử lệch pha là tụ

điện hoặc điện trở.

2. Phân loại

Gồm 5 loại:

a. Khởi động bằng vòng ngắn mạch

b. Khởi động bằng điện trở c. Khởi động bằng tụ điện

d. Có tụ làm việc e. Có tụ làm việc và tụ khởi động

IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA

3. Nguyên lý làm việc

Ф, f

U~

chiều e, i

Fđt

Fđt

+

+

Khi điện áp xoay chiều đặt vào dây quấn stato sẽ xuất hiện dòng điện Istato và sinh ra từ thông Ф trong dây quấn stato. Từ thông biến thiên với tần số f xuyên qua các thanh dây dẫn roto cứng sẽ tạo ra dòng điện Iroto nếu mạch khép kín. Khi rôto đứng yên s = 1, lực điện từ sinh ra bởi dòng điện Iroto và từ thông stato Ф tác động lên rôto và cân bằng lẫn nhau, nên không tạo nên mômen.

IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA

M

M1

M1k

s

M1fa

0

1

2

M2k

M2

!  Từ trường dây quấn stato 1 pha là đập mạch Φđm = Σ(Φ1 + Φ2) !  Từ thông thứ tự thuận Ф1 cảm ứng ra các sức điện động thứ tự thuận ở rôto E21 tạo nên dòng điện thứ tự thuận I21 ở rôto , tương tác giữa I21 và E21 tạo nên mômen quay thuận M1: Ф1$ E21 $ I21 $ M1

!  Tương tự có Ф2 $ E22 $ I22$ M2 (Mômen quay nghịch ) !  Biểu diễn M1 và M2 theo hệ số trượt s !  Cộng M1fa = M1 + M2 !  Tại s =1 (n = 0) thì M1fa = 0 tức là động cơ không thể tự mở máy được. Cần dùng lực cơ bên ngoài tác động theo chiều thuận n > 0 $ s < 1 $ M > 0 $ quay trở lại theo chiều nghịch n < 0 $ s<1 $ M < 0 $ động cơ lại tiếp tục quay theo chiều nghịch

IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA

a. ĐCĐKĐB một pha khởi động bằng vòng ngắn mạch

+ Mô men khởi động thấp ( < 0,3Mđm) + Hiệu suất và cosϕ thấp. + Thường dùng cho quạt công suất nhỏ.

IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA

b. Động cơ điện KĐB một pha khởi động bằng biến trở

"  Mô men khởi động thấp ( <

0,5Mđm)

"  Hiệu suất và cosϕ thấp. "  Được sử dụng cho các loại tải yêu cầu mô men khởi động thấp như bơm nước, quạt gió "  Kích thước khá lớn, giá thành

cao

"  Hiện nay ít được sử dụng.

Muốn mở máy động cơ ta đóng khoá K. MK≠ 0. Động cơ khởi động, tốc độ tăng lên khi tốc độ gần tốc độ định mức thì mở khoá K bằng công tắc ly tâm. Động cơ từ hai pha trở thành một pha đã khởi động và tiếp tục làm việc

IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA

c. Động cơ điện KĐB một pha khởi động bằng tụ điện

"  Mô men khởi động lớn nên phù hợp với các loại tải yêu cầu moomen khởi động lớn.

"  Hiệu suất và cosϕ thấp.

"  Kích thước lớn, giá thành

cao.

Quá trình làm vịêc (mở máy) lâu dài giống như động cơ ở trên nhưng khác là động cơ này cho mômen mở máy lớn. Tụ C thường được tính toán sao cho có từ trường tròn lúc mở máy. Ưu điểm : Mômen mở máy lớn Nhược điểm : Tụ dễ cháy

IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA

d. Động cơ điện KĐB một pha có tụ làm việc

"  Mô men khởi động thấp ( <

0,5Mđm)

"  Hiệu suất và cosϕ cao hơn so với động khởi động bằng điện trở

"  Được sử dụng cho các loại tải yêu cầu mô men khởi động thấp như bơm nước, quạt gió "  Giá thành thấp, kích thước

nhỏ.

IV. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT PHA

e. Động cơ điện KĐB một pha có tụ làm việc và tụ khởi

động

!  Mô men khởi động khá lớn song thấp hơn loại khởi động bằng tụ.

!  Hiệu suất và cosϕ cao hơn so với động cơ có tụ khởi động

!  Được sử dụng rộng rãi và phù hợp với nhiều loại tải

C¢U HáI ¤N TËP"

1.  Nguyªn lý lµm viÖc cña MBA, vai trß cña MBA trong hÖ

thèng ®iÖn lùc

2.  C¸c ®¹i l­îng ®Þnh møc cña MBA, ý nghÜa 3.  Tæ nèi d©y cña MBA 4.  S¬ ®å thay thÕ vµ ®å thÞ vÐc t¬ cña MBA 5.  Gi¶n ®å n¨ng l­îng trong MBA 6.  §iÒu kiÖn ®Ó c¸c MBA lµm viÖc song song 7.  CÊu t¹o vµ nguyªn lý lµm viÖc cña M¸y ®iÖn Kh«ng ®ång bé

( K§B)

8.  Ký hiÖu cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé 9.  M¸y ®iÖn K§B ®­îc chia thµnh nh÷ng lo¹i nµo

"

MÁY ĐIỆN I

Nội dung

Chương 1. Máy biến áp

Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay

Chương 3. Máy điện không đồng bộ

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Chương 5. Máy điện một chiều

1

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Nội dung

I. Khái niệm chung về MĐĐB

II. Từ trường trong MĐĐB

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V. MĐĐB làm việc song song

VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

2

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Nội dung

I. Khái niệm chung về MĐĐB

II. Từ trường trong MĐĐB

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V. MĐĐB làm việc song song

VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

3

I. Khái niệm chung về MĐĐB

Lõi thép stato gồm các lá thép KTĐ dày 0,5 mm

nối trục

khe hở không khí rôto vành trượt

1.1. Cấu tạo Động cơ sơ cấp

trục

chổi than

_ +

dây quấn stato

Nguồn kích từ

dây quấn từ kích (rôto)

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.2. Phân loại

 Theo kết cấu:

_-

+

It

N

Lõi thép

N

Dây quấn kích từ

S

S

Cực từ

Dây quấn kích từ

Lõi thép

S

N

Rôto cực lồi

Rôto cực ẩn

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.2. Phân loại (tiếp)

 Chức năng:

o Máy phát phát điện đồng bộ:

 Tua bin hơi: tốc độ cao, cực ẩn, trục máy đặt nằm ngang  Tua bin nước: tốc độ thấp, cực lồi, trục máy đặt thẳng

đứng

 Máy phát công suất nhỏ: ĐC Diezen kéo rotor, cấu tạo

cực lồi

o Động cơ điện đồng bộ:

 Thường cực lồi, kéo tải ít thay đổi tốc độ, P ≥ 200 kW

o Máy bù đồng bộ:

 Cải thiện hệ số công suất cos

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.3. Kết cấu

 Máy đồng bộ cực ẩn:

o Rotor làm bằng thép hợp kim chất lượng cao. o Rotor được rèn, phay rãnh đặt dây quấn kích từ. o 2p = 2, n = 3000 (v/ph). o D = 1,1 ÷ 1,15 m (nhỏ) => hạn chế lực ly tâm. o L ≤ 6,5 m (dài) => tăng công suất của máy. o Dây quấn: Cu, tiết diện chữ nhật, bọc cách điện, quấn

đồng tâm.

o Rãnh nêm kín bằng gỗ hoặc thép không từ tính. o Máy kích từ nối trục, hoặc đồng trục.

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.3. Kết cấu (tiếp)

 Máy đồng bộ cực lồi:

 Tốc độ quay thấp, đường kính lớn D  15m, l ngắn: l/D =

0,15÷0,2.

 Máy nhỏ và TB: rotor được chế tạo từ thép đúc, gia công lại.  Máy lớn: rotor được ghép từ lá thép KTĐ dày 1 ÷ 6 mm, cực từ

được ghép từ những lá thép dày 1 ÷ 1.5 mm.

 Bề mặt cực từ đặt dây quấn cản (MF) hay dây quấn mở máy

(ĐC).

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.4. Nguyên lý làm việc của MĐĐB a. Máy phát điện

iA

A

N

-

n

Tải

n1 iB

+

S

B

iC

C

Rôto quay với tốc độ n. Rôto đóng vai trò nam châm điện (do có dòng kích từ) tạo ra từ trường quay, cảm ứng trong dây quấn stato các sức điện động hình sin. Nếu MFĐĐB mang tải (mạch kín) sẽ có dòng điện 3 pha: iA, iB, iC. Các dòng iA, iB, iC tạo ra từ trường quay với tốc độ n1 = n

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.4. Nguyên lý làm việc của MĐĐB (tiếp) b. Động cơ điện

iA

A

N

-

n

n1 iB

+

S

Nguồn 3 pha B

Đặt điện áp 3 pha vào dây quấn stato. Trong dây quấn stato sẽ có dòng điện 3 pha iA, iB, iC tạo ra từ trường quay với tốc độ n1 = 60f/p. Từ trường trong dây quấn stato kéo rôto quay với tốc độ n = n1.

iC

C

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.5. Các đại lượng định mức

 Kiểu máy  Số pha  Tần số  Công suất định mức (kW, kVA)  Điện áp dây  Hệ số công suất  Tốc độ quay  Cấp cách điện dây quấn stato, rôto.

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Nội dung

I. Khái niệm chung về MĐĐB

II. Từ trường trong MĐĐB

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V. MĐĐB làm việc song song

VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

12

II. Từ trường trong MĐĐB

2.1. Khái niệm chung

 Bao gồm:

o o

Từ trường cực từ Ft (it – dòng kích từ). Từ trường phần ứng Fư (iư – dòng phần ứng)

o Chế độ không tải:

 Ft – quét qua dây quấn stator => Eo.

o Chế độ có tải:

 Tồn tại cả Ft & Fư.  Tác dụng của Ft lên Fư – phản ứng phần ứng.  Mạch từ không bão hòa: sử dụng nguyên lý xếp chồng.

II. Từ trường trong MĐĐB

2.2. Từ trường của dây quấn kích thích It (dòng kích từ) của cực từ sinh ra stđ

t

t

 N

wt: số vòng dây cuộn kích từ p: số đôi cực từ Ft tạo ra:

S

S

N

Từ trường chính t (đi qua khe hở không khí để truyền tải năng lượng). Từ trường tản t chỉ móc vòng trong các dây quấn kích từ

II. Từ trường trong MĐĐB

2.2. Từ trường của dây quấn kích thích (tiếp) 

A

stator o

τ

rôtor

S

N

N

-

stato

Bt

B1

B

+

S

rôto

B5

x

C

B3

 Phụ thuộc vào đường cong mặt cực từ, không sin

 Biên độ sóng cơ bản (B1) được biểu thị theo trị số từ cảm cực đại (Bt): B1 = ktBt, với kt – hệ số dạng sóng (máy cực lồi: kt = 0.95 ÷ 1.15; máy cực ẩn: kt = 0.965 ÷ 1.065

II. Từ trường trong MĐĐB

2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng

 Ở chế độ có tải: dòng điện stator sinh ra từ trường phần

ứng.

 Tác dụng của từ trường cực từ lên từ trường phần ứng –

phản ứng phần ứng

 Phản ứng phần ứng  tính chất của tải (dung, cảm, hay

trở).

 MĐ cực ẩn: khe hở đều.  MĐ cực lồi: khe hở dọc trục, ngang trục => có phản ứng

dọc trục, ngang trục.

II. Từ trường trong MĐĐB

a. Phản ứng phần ứng ngang trục

2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp)

 Tải thuần trở:

o Tải đối xứng, thuần trở.

 I & E trùng pha (Ψ = 0)  iA = Im => Fư  IA  EA.  FA vượt pha EA 90O  Fư  Ft  Phản ứng ngang trục.

II. Từ trường trong MĐĐB

2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp)

b. Phản ứng phần ứng dọc trục

 Tải thuần cảm:

o Tải đối xứng, thuần cảm  EA vượt pha IA 90O  FA vượt pha EA 90O  Fư cùng phương ngược chiều Ft  Phản ứng dọc trục, khử từ.

II. Từ trường trong MĐĐB

2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp)

b. Phản ứng phần ứng dọc trục

 Tải thuần dung:

o Tải đối xứng, thuần dung  EA chậm pha IA 90O  FA vượt pha EA 90O  Fư cùng phương cùng chiều Ft  Phản ứng dọc trục, trợ từ.

II. Từ trường trong MĐĐB

2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp)

b. Phản ứng phần ứng dọc trục

 Tải hỗn hợp:

o EA & IA lệch pha Ψ. o Phân tích Fư thành 2 thành phần:  Dọc trục: Fưd = FưsinΨ  Ngang trục: Fưq = FưcosΨ o 0 < Ψ < /2 – ngang trục, khử từ. o - /2 < Ψ < 0 – ngang trục, trợ từ

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Nội dung

I. Khái niệm chung về MĐĐB

II. Từ trường trong MĐĐB

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V. MĐĐB làm việc song song

VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

21

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.1. Khái niệm chung

 Quan hệ điện từ bao gồm:

o Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị véc tơ MĐĐB o Giản đồ cân bằng năng lượng MĐĐB o Công suất điện từ của MĐĐB

It → Ft → t → cảm ứng E trong dây quấn phần ứng.

 Điện kháng phần ứng: Cần phải xác định vì trong sơ đồ thay thế MĐĐB có sử dụng đại lượng này. Nếu mạch phần ứng khép kín (có tải) sẽ có Iư → Fư → ư → cảm ứng Eư . Xư là điện kháng phần ứng, đặc trưng cho khả năng tích luỹ năng

lượng từ trường của phần ứng, Xư = Eư/Iư

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.1. Khái niệm chung (tiếp)

 Với tải bất kỳ:

EA

IB

Iư (I) → Id (Iưd) → Fưd → ưd → Eưd = Xưd.Id Iq (Iưq) → Fưq → ưq → Eưq = Xưq.Iq Xưd - điện kháng phần ứng dọc trục Xưq - điện kháng phần ứng ngang trục Ft

Iq

Fưq

IA

Fưd

Id

IC

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.2. Phương trình cân bằng điện áp (CBĐA) và đồ thị véctơ MĐĐB

 Tải đối xứng ta xét riêng từng pha và phương trình cân bằng ĐA

o Máy phát:

o Động cơ, máy bù đồng bộ:

Trong đó:

 U – điện áp đầu cực máy  rư – điện trở, điện kháng tản dây quấn phần ứng  E - sđđ cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe hở

o Mạch từ không bão hòa => ứng dụng nguyên lý xếp chồng

E = E0 + Eư

o Mạch từ bão hòa => F = F0 + Fư => sđđ E

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.2. Phương trình CBĐQ và đồ thị véc tơ MĐĐB (tiếp)

a. Máy phát điện

 Mạch từ không bão hòa.  Tải đối xứng, tính cảm (0 < Ψ < 900)  Máy cực ẩn:

Điện kháng đồng bộ = 0.7 ÷ 1.6

25

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

a. Máy phát điện (tiếp)  Đồ thị véctor của MĐĐB cực ẩn

Từ phương trình cân bằng điện áp, ta xây dựng cách vẽ đồ thị véctơ như sau: •Vẽ U, , I, sau đó vẽ Rư.I  I, j.Xư.I  I và jXư.I  I •Xác định E = U + Rư.I + j.Xư.I + jXư.I •Xác định j.Xđb.I = j.Xư.I + jXư.I •Vẽ Ft  E, Fư  I, F = Ft + Fư

Tải tính cảm

26

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

a. Máy phát điện  Đồ thị véctơ của MĐĐB cực ẩn

(tiếp)

Tải tính dung

27

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

a. Máy phát điện (tiếp)  Máy cực lồi

Fư = Fưd + Fưq

Phương trình cân bằng điện áp

28

• Do từ thông tản của từ trường phần ứng sinh ra.

• Không phụ thuộc vào từ dẫn của  hướng dọc & ngang trục.

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

a. Máy phát điện

(tiếp)

Tải tính cảm

 Đồ thị véctor của MĐĐB cực lồi Từ phương trình cân bằng điện áp, ta xây dựng cách vẽ đồ thị véctơ như sau:

• Vẽ U, , I. • Vẽ Iq ,  (xi) = ^(Iq, I); Id  Iq • Vẽ RưI  I; jXưI  I; Xác định E = U + Rư.I + j.Xư.I;

• Vẽ jXưq Iq  Iq; jXưdId  Id;

Xác định E = U + Rư.I + j.Xư. I + j.Xưd.Id + j.Xưq.Iq

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

 Đồ thị véctor của MĐĐB cực lồi (tiếp)

Tải tính dung

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

 Đồ thị véctor của MĐĐB cực lồi (tiếp)

• Tuy nhiên vẫn có thể phân tích thành các thành phần dọc & ngang

trục.

• Phương trình cân bằng điện áp

Đồ thị sđđ đã biến đổi

Điện kháng đồng bộ dọc trục: 0,7 ÷ 1,2

Điện kháng đồng bộ ngang trục: 0,46 ÷ 0,76

31

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.2. Phương trình CBĐA và đồ thị véc tơ MĐĐB (tiếp)

b. Động cơ điện

• Tiêu thụ công suất điện, phát công suất cơ • Thường cấu tạo cực lồi • Phương trình cân bằng điện áp:

32

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.3. Cân bằng năng lượng trong MĐĐB

 MFĐĐB có MF kích từ nằm cùng trục với rôto:

MFĐĐB

ĐC sơ cấp

MF kích từ

P2

P1

pcơ pt

pf

pCu pFe

Rôto

Stato

P2

Pđt

P1

pFe

pCu

pf

pcơ: tổn hao cơ do ma sát và quạt gió; pf : tổn hao phụ do sóng bậc cao; pCu: tổn hao đồng dây quấn stato; pFe: tổn hao sắt từ bên stato; pt : tổn hao kích từ (điện).

pt

33

pcơ

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.3. Cân bằng năng lượng trong MĐĐB (tiếp)

 ĐCĐĐB có MF kích từ nằm cùng trục với rôto:

P2

Pđt

P1

pf

pt

pcơ

pFe

pCu

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.4. Đặc tính góc của MĐĐB

a. Đặc tính góc công suất tác dụng

Khái niệm: là quan hệ P = f() khi Eo = C, U = C, (Eo, U) • • Bỏ qua rư (rư << xđb, xd, xq) • Công suất ở đầu cực của máy: • Máy cực lồi (dựa theo đồ thị):

35

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.4. Đặc tính góc của MĐĐB

a. Đặc tính góc công suất tác dụng

E

j.XdId

j.XqIq

U

θ

I

P = f(θ) khi E = const (It = const), U = const θ - teta, góc (E,U); φ - phi, góc (U,I);  - xi, góc (E,I). Vẽ đồ thị véc tơ E = U + Rư.I + j.Xd.Id + jXq.Iq khi bỏ qua Rư (Rư< 0 (U vượt I)

Iq

φ

Id

E = XdId + Ucosθ  Id = (E - Ucosθ)/Xd Usinθ = XqIq  Iq = Usinθ/Xq

36

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.4. Đặc tính góc của MĐĐB

a. Đặc tính góc công suất tác dụng (tiếp)

• Nhận xét: công suất tác dụng của máy cực lồi gồm hai thành

phần: – Pe  sin, và Eo (it). – Pu  sin2, và Eo (it). P  0 => động cơ điện phản kháng

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

a. Đặc tính góc công suất tác dụng (tiếp)

•Máy cực ẩn: xd = xq

38

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.4. Đặc tính góc của MĐĐB (tiếp)

b. Đặc tính góc công suất phản kháng

• Công suất phản kháng của máy điện đồng bộ:

• Nhận xét:

– Khi  dương hay âm thì Q là không đổi. – Khi -’ <  < +’ => phát công suất phản kháng. – Ngoài phạm vi trên => tiêu thụ công suất phản kháng của lưới 39

điện.

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

b. Đặc tính góc công suất phản kháng (tiếp)

Q

2

3

Đoạn 1: Q < 0, ĐCĐB tiêu thụ Q từ lưới điện Đoạn 2: Q > 0, ĐCĐB phát Q vào lưới (máy bù đồng bộ) Đoạn 3: Q > 0, MFĐB phát Q vào lưới Đoạn 4: Q < 0, MFĐB tiêu thụ Q từ lưới

900

θ

900

0

θ

1

4

ĐCĐ MFĐ

40

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Nội dung

I. Khái niệm chung về MĐĐB

II. Từ trường trong MĐĐB

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V. MĐĐB làm việc song song

VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

4.1. Đại cương

 Các đại lượng đặc trưng cho chế độ làm việc của MFĐB ở tải

đối xứng:

• Điện áp đầu cực dây quấn phần ứng • Dòng điện tải dây quấn phần ứng • Dòng kích thích it • Hệ số công suất (cos) • Tần số , tốc độ quay của rotor (n)

 Các đặc tính của MFĐB: • Đặc tính không tải • Đặc tính ngắn mạch • Đặc tính ngoài • Đặc tính điều chỉnh • Đặc tính tải

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

4.1. Đại cương

 Sơ đồ nối dây thí nghiệm xác định các đặc tính của MF ĐB

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp)

a. Đặc tính không tải

 Khái niệm: là quan hệ Eo = Uo = f(it) khi I

= 0 & f = fđm

 Hệ đơn vị tương đối: E* = Eo/Uđm và it* =

it/itđmo

• itđmo – dòng không tải khi U = Uđm  Ít sự khác biệt giữa máy cực lồi & cực ẩn  Mạch từ máy tua bin hơi bão hòa hơn

mạch từ máy tua bin nước

 Khi Eo = Uđm, E* = 1 • Tua bin hơi: k = kd = 1,2 • Tua bin nước: kd = 1,06 • kd – hệ số bão hòa mạch từ.

Các đường đặc tính có thể xác định bằng cách đo trực tiếp hoặc dựa vào đồ thị vectơ

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp)

b. Đặc tính ngắn mạch •Khái niệm: là quan hệ In = f(it) khi U = 0 & f = fđm •Dây quấn phần ứng nối ngắn mạch ở đầu cực •Bỏ qua rư => mạch phần ứng thuần cảm (Ψ = 90o) •Iq = I.cos = 0 & Id = I.sin = i •NX: Phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ không bão hòa.

 Quan hệ I = f(it) là tuyến tính.

Tỷ số ngắn mạch K:  Ino – dòng ngắn mạch ứng với dòng kích thích sinh ra sđđ Eo = Uđm khi không tải

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) c. Đặc tính ngoài U = f(I) khi It, f, cos = const

Khi tải , I  RưI , XđbI

Mặt khác do p/ư p/ư, khi I  U hoặc  do tính chất của tải:

+ Tải thuần R  p/ư p/ư ngang trục, E = const  U

+ Tải thuần L  p/ư p/ư dọc trục khử từ, E  U

+ Tải thuần C  p/ư p/ư dọc trục trợ từ, E  U

Độ biến thiên điện áp U%:

C

U

100%

U% =

Uđm

R

L

I

Iđm

E ứng với lúc Itđm không tải U% của MFĐ = 2535% do Xd lớn, sụt áp nhiều (U% của MBA  5%). Để U% nhỏ cần sử dụng bộ AVR (automatic voltage regulator)

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp)

c. Đặc tính điều chỉnh •KN: It = f(I) khi U = Uđm & cos = C, f = fđm. •Cho biết hướng điều chỉnh It để U = C •Nhận xét:

• •

Đặc tính điều chỉnh

Tải L: I , tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng tăng => U . Để U = C => It . Tải C: giữ U = const => It Thông thường cos = 0,8 => khi I tăng từ 0  Iđm thì It0 tăng 1,7  2,2

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp)

d. Đặc tính tải

• • •

KN: U = f(It) khi I = C & cos = C, f = fđm. Có nhiều đường đặc tính tải. Xét đặc tính tải thuần cảm:

 cos = 0 ( = 90o) I = Iđm  Bỏ qua rư.

Dựa vào đặc tính không tải & tam giác điện kháng.

Cách vẽ U = f(It) từ đặc tính không tải và đặc tính ngắn mạch: ABC:  điện kháng. Dịch chuyển ABC sao cho điểm A chạy trên đường 1, cạnh BC  trục It; điểm C sẽ vẽ nên đặc tính tải

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

4.2. Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp) e. Xác định điện kháng đồng bộ dọc trục & ngang trụ • • •

Xác định đkđb dọc trục

• • •

Được xác định từ các đặc tính không tải Eo = f(it) – (1) & đặc tính ngắn mạch In = f(it) – (2). xd = f(it) – đường (3) xd – điện kháng đồng bộ dọc trục bão hòa xd - điện kháng đồng bộ dọc trục không bão hòa Hệ số bão hòa mạch từ: kd = E/Eo

Máy cực lồi: xq  0,6xd; máy cực ẩn: xq = xd = xđb

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

4.3. Tổn hao và hiệu suất của MFĐĐB

 Tổn hao đồng:  Tổn hao kích từ:  Tổn hao phụ:

o Do từ trường tản & sự đập mạch của hài bậc cao o Do dòng điện xoáy do từ trường tản của dòng điện phần

ứng.

• Tổn hao ở bề mặc cực từ: • Tổn hao ở răng của stator:

• Tổn hao cơ: • Hiệu suất:

• Hiệu suất của MP ĐB: 92% – 98%.

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Nội dung

I. Khái niệm chung về MĐĐB

II. Từ trường trong MĐĐB

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V. MĐĐB làm việc song song

VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

V. MĐĐB làm việc song song

5.1. Điều kiện kỹ thuật hoà đồng bộ

Cách thức

UF , UL trùng nhau về

biên độ

UF = UL

Điều chỉnh It

Yêu cầu uF = uL (giá trị tức thời)

tần số

fF = fL

Điều chỉnh nrôto

không có dòng điện xung trong hệ thống

thứ tự pha

Thứ tự pha giống nhau

Thứ tự pha được kiểm tra lần đầu sau khi lắp máy hoặc hoà đồng bộ

góc lệch pha

UF và UL trùng pha

Kiểm tra bằng ánh sáng đèn hoặc cột đồng bộ

 Ghép MF ĐB làm việc song song => hòa đồng bộ.  Có hai phương pháp hòa đồng bộ

o Hòa đồng bộ chính xác. o Hòa đồng bộ không chính xác - tự đồng bộ

V. MĐĐB làm việc song song

5.2. Các phương pháp hoà đồng bộ chính xác

a. Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu ánh sáng đèn

 Dùng cho MF công suất nhỏ.  Có hai kiểu:

Kiểu nối tối.  F1 – làm việc. F2 – máy cần hòa đồng bộ.  Điều chỉnh đồng thời UF & fF của máy phát F2.  Kiểm tra điều kiện: UF = UL bằng Voltmet.  Tần số và thứ tự pha được kiểm tra bằng bộ đồng bộ

với 3 đèn 1, 2, 3.

Kiểu ánh sáng đèn quay:

V. MĐĐB làm việc song song

Dùng đèn tối sáng

1

C B

UAL

UAF

A

2

UBF

1

3

UCL

UBL

3

UCF

MF

MF

Đang làm việc Cần hoà đồng bộ

2

V. MĐĐB làm việc song song

Cách thức

1. Điều chỉnh UF = UL 2. Phải điều chỉnh cho thời gian đèn sáng - tắt chậm 3-5 giây 3. Thứ tự pha (đã biết)

4. Lúc đèn tắt hẳn, đóng cầu dao hoà đồng bộ

2

V. MĐĐB làm việc song song

Dùng ánh sáng đèn quay

C

1

B

A

UAL

UAF

2

1

3

UCL

UBF

2

UBL

UCF

B

C

A

3

MF

MF

V. MĐĐB làm việc song song

Cách thức 1. Điều chỉnh UF = UL 2. Các đèn lần lượt tắt, sáng và có ánh sáng đèn quay; điều chỉnh sao cho ánh sáng quay thật chậm 3. Đợi đèn 1 tắt, đèn 2, 3 sáng đều nhau thì đóng cầu dao hoà đồng bộ

2

2

2

3

3

1

1

1 3

V. MĐĐB làm việc song song

5.2. Các phương pháp hoà đồng bộ chính xác (tiếp)

b. Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ

Cột đồng bộ

o Dùng cột đồng bộ - bộ đồng bộ kiểu điện từ

o Dùng cho các MF công suất lớn o Cột đồng bộ gồm ba dụng cụ đo:

F

Chỉ fF ,fL

 Voltmet có 2 kim: 1 kim chỉ UF, 1 chỉ UL  Tần số kế có 2 dãy phiến rung để chỉ tần

V

Chỉ UF,UL

số của lưới fL và của máy phát fF

 Một dụng cụ đo có kim quay với tần số:

fF – fL.

S

Chỉ góc lệch pha

o Thao tác phải tập trung, tránh nhầm lẫn gây ra các sự cố nghiêm

trọng trong hệ thống

V. MĐĐB làm việc song song

5.3. Phương pháp hoà đồng bộ không chính xác

Cách thực hiện:

• Quay máy phát không được kích thích (UF = 0), • Dây quấn kích từ được nối tắt qua điện trở triệt từ đến tốc

* Cột đồng bộ

độ sai khác với tốc độ đồng bộ khoảng 2%.

b) Hoà không chính xác (tự đồng bộ )

• Đóng cầu dao ghép máy phát vào lưới điện và kích thích

cho máy phát điện.

23

 Do tương tác giữa t và ư sẽ sinh ra mômen đồng bộ Mđb và kéo MF vào làm việc đồng bộvào tốc độ đồng bộ (fF = fL)

–Chú ý: sử dụng trong trường hợp Ixg < 3.5Iđm.

V. MĐĐB làm việc song song

5.4. Điều chỉnh công suất P và công suất Q của MFĐĐB

 Có hai trường hợp điển hình:

o MF ĐB làm việc trong HTĐ có công suất vô cùng lớn với U, f = C o Chỉ có hai hoặc một vài MF có công suất tương tự làm việc song

a. Điều chỉnh công suất tác dụng

song.

V. MĐĐB làm việc song song

5.4. Điều chỉnh công suất P và công suất Q của MFĐĐB

a. Điều chỉnh công suất tác dụng (tiếp)

• P cân bằng với Pcơ trên trục • Muốn thay đổi P => thay đổi  bằng cách thay đổi Pcơ • P đạt max khi dP/d = 0

V. MĐĐB làm việc song song

5.4. Điều chỉnh P và Q của MFĐĐB (tiếp)

a. Điều chỉnh công suất tác dụng P

• Máy cực ẩn:

• Chú ý: máy chỉ làm việc ổn định tĩnh khi 0 <  < m dP/d > 0 • Thực tế:  < 30o • Hệ số quá tải: km = Pm/Pđm – thể hiện năng lực quá tải của máy • Điều chỉnh công suất tác dụng thì  thay đổi => Q thay đổi

• Máy cực lồi:

V. MĐĐB làm việc song song

Kết luận:

Muốn điều chỉnh P(điện) thì phải điều chỉnh Pcơ (θ) Công suất chỉnh bộ

= f(θ)

Pcb =

=

đặc trưng cho khả năng giữ cho MF làm việc đồng bộ. Tại θ = 0, P = 0, Pcb = max  khả năng giữ đồng bộ là lớn nhất. θ = max, Pcb = 0  dễ mất đồng bộ nhất.

(km - hệ số quá tải)

Thực tế MFĐ làm việc với Pđm=

V. MĐĐB làm việc song song

5.4. Điều chỉnh P và Q của MFĐĐB (tiếp)

a. Điều chỉnh công suất phản kháng Q MF làm việc với lưới công suất vô cùng lớn: U = const, f = const. Để điều chỉnh Q = mUIsinφ cần điều chỉnh Isinφ Điều chỉnh Q nhưng giữ P = const = mUIcosφ  Icosφ = const. Xét MFĐĐB cực ẩn với tải điện cảm

b

= const  Esinθ= const

P =

j.XđbI

E

Tải điện cảm

U

a'

a

θ

I

j

I.cosj = const

b'

E.Sinθ = const

E = E - Eư = U + (Rư + jXư)I + jXư I = U + j(Xư + Xư)I + RưI = U + jXđbI + RưI. Rư << Xđb  coi Rư = 0.  E = U + jXđbI  I nằm trên aa’  U E nằm trên bb’ U

V. MĐĐB làm việc song song

a. Điều chỉnh công suất phản kháng Q (tiếp) Điều chỉnh It  E = var; U = const, I = var  cos = var  Isin = var  Q = mUIsin = var Kết luận: muốn điều chỉnh Q cần phải điều chỉnh It

Điều chỉnh Q khi:

- Tải thay đổi. - Chế độ vận hành tải thay đổi.

Tải cảm Tải dung

p/ư p/ư khử từ

p/ư p/ư trợ từ

It > Itđm

It < Itđm

MF làm việc ở chế độ quá kích từ

MF làm việc ở chế độ thiếu kích từ

E > U E < U

MF phát P, phát Q. MF phát P, nhận Q

Đặc tính V (xem sách GK)

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Nội dung

I. Khái niệm chung về MĐĐB

II. Từ trường trong MĐĐB

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V. MĐĐB làm việc song song

VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

VI. Động cơ ĐĐB và máy bù đồng bộ

5.1 Ứng dụng của động cơ điện đồng bộ

So sánh động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ.

Động cơ KĐB

Động cơ ĐB

Cấu tạo Đơn giản, giá thành hạ

Phức tạp, giá thành đắt, cần nguồn một chiều

cos

Thấp (<1) Lấy Q từ nguồn Cao (có thể =1) Không cần Q từ nguồn

Mômen ~ U

~ U2 (khả năng kéo tải kém hơn)

Thấp Cao 

Mở máy Đơn giản Phức tạp

Điều chỉnh tốc độ f, p, U f

VI. Động cơ ĐĐB và máy bù đồng bộ

5.2 Các phương pháp mở máy ĐCĐĐB

a. Mở máy theo phương pháp không đồng bộ

– Áp dụng cho hầu hết các ĐC ĐB. – Máy cực lồi: có dây quấn mở máy => nếu lưới điện lớn có thể mở

máy trực tiếp.

– Máy cực ẩn: dòng cảm ứng ở mặt ngoài rotor gây nóng cục bộ =>

phải hạ điện áp khi mở máy bằng MBA tự ngẫu.

– Quá trình mở máy: hai giai đoạn

o (1): it = 0, dây quấn kích từ được nối tắt qua Rt – điện trở diệt từ (10  12 x rt ). Cấp điện cho stator, MKĐB kéo rotor quay và tăng tốc đến n1.

o (2): n  n1, cấp điện cho dây quấn kích từ. Lúc này, ngoài MKĐB  s và Mgia tốc  ds/dt, còn có MĐB  . Khi 0 <  < 180o thì MĐB & MKĐB kéo rotor vào tốc độ đồng bộ sau vài quá trình dao đông.

b. Mở máy theo phương pháp hòa đồng bộ

68

VI. Động cơ ĐĐB và máy bù đồng bộ

5.3 Máy bù đồng bộ

o KN: là ĐC ĐB làm việc với it điều chỉnh để phát hoặc tiêu thụ Q của lưới

nhằm duy trì UL= C.

o Chế độ làm việc bình thường là chế độ quá kích thích, phát công suất

phản kháng lên lưới  tiêu thụ công suất điện dung của lưới

o Tiêu thụ rất ít công suất tác dụng (bù lại sự phát nóng) o Cấu tạo cực lồi, có đặt dây quấn mở máy o Mở máy bằng phương pháp hạ điện áp, hoặc dùng ĐC KĐB o Mcản nhỏ => xd lớn => khe hở nhỏ, kích thước máy nhỏ o Công suất định mức (chế độ quá kích thích):

o Ở chế độ thiếu kích thích tối đa: o Bỏ qua tổn hao:

69

o Đối với máy bù đồng bộ xd* = 1,5  2,2; S’/Sđm = 0.45  0.67

MÁY ĐIỆN I

Nội dung

Chương 1. Máy biến áp

Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay

Chương 3. Máy điện không đồng bộ

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Chương 5. Máy điện một chiều

1

Chương 5. Máy điện một chiều

Nội dung

I.  Tổng quan về MĐMC

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC

III. Từ trường trong MĐMC

IV. Đổi chiều trong MĐMC

V. Máy phát và ĐCĐMC

2

Chương 5. Máy điện một chiều

Nội dung

I.  Tổng quan về MĐMC

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC

III. Từ trường trong MĐMC

IV. Đổi chiều trong MĐMC

V. Máy phát và ĐCĐMC

3

I. Tổng quan về MĐMC

1. Cấu tạo máy điện một chiều

Máy điện một chiều (MĐMC) có hai phần chính là stato (phần cảm) và roto (phần ứng). Hình 5.1 vẽ mặt cắt dọc trục và mặt cắt ngang trục MĐMC hai đôi cực.

Hình 5.1: Mặt cắt dọc trục và mặt cắt ngang trục máy điện một chiều

I. Tổng quan về MĐMC

1. Cấu tạo máy điện một chiều (tiếp)

I. Tổng quan về MĐMC

1.1. Phần stator (phần cảm)

!  Stato còn gọi là phần cảm gồm gông từ làm bằng thép đúc, vừa để dẫn từ vừa làm vỏ máy (hình 5.2b); các cực từ chính gồm cực từ và dây quấn kích từ; các cực từ phụ gồm cực từ và dây quấn kích từ mạch các bộ phận chính sau:

Hình 5.2:a) Cực từ chính b)Stato và roto

I. Tổng quan về MĐMC

1.1. Phần stator (phần cảm) (tiếp)

a. Cực từ chính

!  Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng thép lá kỹ thuật điện hay thép các bon dày 0,5 đến 1mm ghép lại bằng đinh tán.

!  Vành cung mỏm cực từ (hình 5.2a) thường bằng 2/3 τ và có khe hở sao cho phân bố từ trường dọc khe hở gần hình sin. Trên lõi cực có dây quấn kích từ. Các cực từ được gắn chặt vào thân máy nhờ những bu lông.

Hình 5.2

I. Tổng quan về MĐMC

1.1. Phần stator (phần cảm) (tiếp)

b. Cực từ phụ

Được đặt giữa các cực từ chính dùng để cải thiện đổi chiều, triệt tia lửa trên chổi than. Lõi thép của cực từ phụ cũng có thể làm bằng thép khối, trên thân có đặt dây quấn kích từ.

Dây quấn cực từ chính

Cực từ chính Cực từ phụ

Dây quấn cực từ phụ

Cực từ chính

Cực từ phụ

I. Tổng quan về MĐMC

1.1. Phần stator (phần cảm) (tiếp)

c. Vỏ máy (gông từ)

Vỏ máy làm nhiệm vụ kết cấu đồng thời dùng làm mạch từ. Trong MĐ nhỏ và vừa thường dùng thép tấm để uốn và hàn lại. Máy có công suất lớn dùng thép đúc.

d. Các bộ phận khác

- Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi.

- Chổi than: Để đưa điện từ phần quay ra ngoài hoặc ngược lại. Chổi than làm bằng than hay graphit, đôi khi chộn thêm bột đồng để tăng tính dẫn điện

I. Tổng quan về MĐMC

1.2. Phần ứng (Rotor)

!  Roto còn được gọi là phần ứng, gồm lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, vành góp. Dây quấn phần ứng nối với mạch ngoài qua vành góp và hệ thống chổi than.

a. Lõi sắt phần ứng

!  Lõi sắt thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện

hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên.

!  Trên các lá thép có dập các rãnh để đặt dây quấn. Rãnh có thể hình

thang, hình quả lê hoặc hình chữ nhật

Rãnh dây quấn

Lỗ nắp trục máy Lỗ thông gió dọc trục

I. Tổng quan về MĐMC

1.2. Phần ứng (Rotor) (tiếp)

b. Dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng MĐMC thực chất là dây quấn phần ứng MĐKĐB (hoặc ĐB) gồm các phần tử nối tiếp nhau qua vành đổi chiều để chỉnh lưu sđđ xoay chiều thành một chiều.

Lâi sắt !  Dây quấn thường làm bằng đồng có bọc cách điện, với loại máy điện nhỏ thì dây hình tròn, với loại máy điện vừa và lớn dây hình chữ nhật.

Nêm

!  Để tránh bị văng ra do sức ly tâm, miệng rãnh thường có nêm hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có thể bằng tre hoặc nhựa bakelit.

Cách điện rãnh

Dây quấn có hai kiểu quấn là quấn sóng và quấn xếp (xem lại chương 2)

Dây quấn

I. Tổng quan về MĐMC

1.2. Phần ứng (Rotor) (tiếp)

b. Dây quấn phần ứng

Dây quấn xếp

phần tử

phần tử 1 phần tử 2

y1 lớp trên lớp dưới

y

y2

N

phiến góp

N

S

2 1 3

phiến góp

1 2

S

Es

chổi than

I. Tổng quan về MĐMC

1.2. Phần ứng (Rotor) (tiếp)

c. Cổ góp và chổi than

Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. -  Cổ góp gồm nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn, cách điện với nhau bằng Mica, hợp thành hình trụ tròn.

Phiến góp đồng Cách điện Mica

Vòng chặn

Bu lông xiết

Trục máy

Tấm ốp kim loại

Cổ góp

I. Tổng quan về MĐMC

1.2. Phần ứng (Rotor) (tiếp)

c. Cổ góp và chổi than

!  Chổi than (chổi điện) làm bằng than graphit. Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo, giá chổi điện gắn trên nắp máy. Số chổi than bằng số cực từ

!  Các chổi than dương được nối chung thành cực dương của máy, đồng thời các chổi than âm cũng được nối chung tạo thành cực âm của máy.

d. Các bộ phận khác

!  Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy.

!  Trục máy, trên đó có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt. Trục

máy thường được làm bằng thép các bon.

!  Ổ bi

I. Tổng quan về MĐMC

1.3. Nguyên lý làm việc của MĐMC

a. Máy phát điện

!  Hình vẽ cấu tạo một MFMC đơn giản, stato là nam châm điện một đôi cực từ (N - S); roto gồm dây quấn phần ứng chỉ có một phần tử (có hai cạnh tác dụng ab và cd) nối với hai phiến đổi chiều; hai chổi than A và B nối với tải là bóng đèn.

!  Khi dùng ĐC sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn ab và cd cắt dường sức từ trường của cực từ, cảm ứng sđđ. Chiều sđđ xác định theo quy tắc bàn tay phải

I. Tổng quan về MĐMC

1.3. Nguyên lý làm việc của MĐMC

a. Động cơ điện

!  Khi đặt điện áp một chiều U vào AB, trong dây quấn có dòng điện phần ứng Iư qua các thanh dẫn ab và cd. Các thanh dẫn có dòng điện, đặt trong từ trường, chịu lực tác dụng, chiều lực tác dụng xác định theo quy tắc bàn tay trái.

I. Tổng quan về MĐMC

1.4. Các đại lượng định mức của MĐMC

Chế độ làm việc định mức của các máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà nhà chế tạo đã qui định. Chế độ định mức được đặc trưng bởi những đại lượng định mức được ghi trên nhãn máy hoặc trong lý lịch máy. Các đại lượng định mức bao gồm:

!  Công suất định mức: Pđm (W, kW) là công suất đầu ra, đối với MF là công suất điện, đối với ĐC là công suất cơ trên trục của máy điện !  Điện áp định mức: Uđm (V, kV): Là điện áp ra ở hai đầu cực ở chế độ

định mức.

!  Dòng điện định mức Iđm (A, kA): Là dòng điện qua hai cực MĐ ở chế

độ định mức..

!  Tốc độ định mức: nđm (vòng / phút). !  Hiệu suất định mức: ηđm .

I. Tổng quan về MĐMC

1.5. Phân loại và ứng dụng

!  Dây quấn kích từ và nguồn kích từ độc lập với phần ứng. Để điều chỉnh dòng kích từ người ta sử dụng Rđc. Công suất mạch kích từ vào khoảng 1 ÷ 5% công suất máy tiêu thụ.

!  Dây quấn kích từ nối song song với phần ứng. Để điều chỉnh dòng kích từ người ta sử dụng Rđc. Công suất mạch kích từ vào khoảng 1 ÷ 5% công suất máy tiêu thụ

I. Tổng quan về MĐMC

1.5. Phân loại và ứng dụng

!  Dây quấn kích từ nối tiếp với phần ứng (hình 5.23c). Công suất mạch

kích từ vào khoảng 5 ÷ 10% công suất máy tiêu thụ

!  Dây quấn kích từ gồm hai phần: Dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp. Thường thì dây quấn kích từ song song là phần chính. Để điều chỉnh dòng kích từ người ta sử dụng Rđc. Công suất mạch kích từ vào khoảng 5 ÷ 10% công suất máy tiêu thụ

Chương 5. Máy điện một chiều

Nội dung

I. Tổng quan về MĐMC

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC

III. Từ trường trong MĐMC

IV. Đổi chiều trong MĐMC

V. Máy phát và ĐCĐMC

20

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC

2.1 Sức điện động cảm ứng trong dây quấn MĐMC

Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối tiếp nhau thành mạch vòng kín. Các chổi điện chia dây quấn thành 2a đôi mạch nhánh song song. Sđđ Eư của MĐMC bằng tổng sđđ thanh dẫn etb trên một mạch nhánh song song.

=

e tb

B lv tb

a. Sđđ trung bình cảm ứng trong một thanh dẫn

=

tbB

Φ δ l τ

•  Btb – từ cảm trung bình và được xác định:

π

•  l – chiều dài cạnh tác dụng

v

p

=

=

2 τ

Dn 60

n 60

•  v – vận tốc dài của dây dẫn

pn

l

2

p

=

=

e tb

B lv tb

δ

2 τ 60

n 60

Φ δ l τ

21

D – đường kính ngoài, n – tốc độ quay, p – số cặp cực, τ - bước cực

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC

2.1 Sức điện động cảm ứng trong dây quấn MĐMC (tiếp)

b. Sức điện động phần ứng

2

p

=

E u

δ

n C e δ

( n V ; δ

)

N a 2

N e =Φ=Φ=Φ tb 2 a

n 60

pN a 60

Gọi số thanh dẫn của dây quấn là N, số thanh dẫn một nhánh là: N/2a. Sđđ phần ứng được xác định:

Ce là hệ số sđđ và ∈ kết cấu của máy & kiểu dây quấn Chiều sđđ ∈ Φ, n => xác định theo quy tắc bàn tay phải •  •

Nhận xét:

22

Từ biểu thức trên ta suy ra: Sđđ phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của phần ứng và từ thông dưới một cực từ. Muốn điều chỉnh sđđ (điện áp MF) ta thay đổi tốc độ hoặc thay đổi dòng điện kích từ. Muốn đổi chiều sđđ (điện áp MF) ta đổi chiều quay hoặc đổi chiều dòng điện kích từ.

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC

2.2  Công  suất  và  Mômen  điện  từ

nΦI

=dtP

u

pN 60a

Pđt = EưIư Thay giá trị Eư theo biểu thức ta có:

M

ω=

dt

P = dt ω

2πn 60

(trong đó tốc độ góc của rotor: ) Mômen điện từ Mđt:

=C M

C ΦI = ΦI M

u

=dtM

pN 2πa

pN 2πa

!  Công suất điện từ được tính bằng công thức: !  !

(trong đó: ) u Nhận xét:

23

Từ biểu thức trên ta suy ra: Mđt tỷ lệ với dòng điện phần ứng và từ thông dưới một cực từ. Muốn điều chỉnh Mđt ta thay đổi Iư hoặc thay đổi It. Muốn đổi chiều Mđt ta đổi chiều Iư hoặc đổi chiều It.

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC

2.3 Cân bằng năng lượng trong MĐMC

a. Máy phát điện

!  Công suất cơ P1 quay MF biến đổi thành điện năng P2 theo biểu thức:

Giản đồ năng lượng của MFMC kích từ //

P2 = P1 – ΣΔP = P1- ΔPt– ΔPcơ – ΔPst – ΔPp – ΔPư

Trong đó:

ΣΔPt: là tổng tổn hao trong máy, bao gồm: tổn hao ở dây quấn kích từ (ΔPt), tổn hao cơ (ΔPcơ), tổn hao sắt từ trong lõi thép (ΔPst), tổn hao phụ (ΔPp), tổn hao ở dây quấn phần ứng (ΔPư).

!  Công suất điện từ của MFMC:

Pđt = P1 – ΔPt – ΔPcơ – ΔPst – ΔPp.

Tổn hao ma sát chổi than và cổ góp thường vào khoảng 25%÷35% tổng tổn hao cơ trong máy

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC

2.3 Cân bằng năng lượng trong MĐMC (tiếp)

b. Động cơ điện

!  Công suất điện P1 từ lưới cung cấp cho động cơ một phần tổn hao trong máy Σ∆Pt, phần còn lại biến đổi thành công suất cơ P2 đưa ra trục máy, ta có biểu thức:

Giản đồ năng lượng của ĐCMC kích từ //

P1 = P2 + ΣΔP= ΔPt + ΔPư + ΔPst + ΔPcơ + ΔPp

Trong đó: ΣΔP là tổng tổn hao trong máy, bao gồm: tổn hao ở dây quấn kích từ (ΔPt), tổn hao ở dây quấn phần ứng (ΔPư), tổn hao sắt từ trong lõi thép (ΔPst), tổn hao cơ (ΔPcơ), tổn hao phụ (ΔPp).

!  Công suất điện từ của ĐCMC:

Pđt = P1 – ΔPt – ΔPư

Chương 5. Máy điện một chiều

Nội dung

I. Tổng quan về MĐMC

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC

III. Từ trường trong MĐMC

IV. Đổi chiều trong MĐMC

V. Máy phát và ĐCĐMC

26

III. Từ trường trong MĐMC

3.1 Đại cương

!  Khi MĐ không tải, Iư = 0, Φt chỉ do It sinh ra, gọi là từ trường cực từ.

cực từ N dq kích từ . .

chổi than

"  Từ trường cực từ phân bố đối xứng, ở vùng mn (gọi là trung tính hình học), từ trường khe hở bằng không (gọi là trung tính vật lý).

TTHH m n

trục "  Ở trung tính vật lý, từ trường khe hở bằng không, thanh dẫn chuyển động qua vùng này không cảm ứng sđđ.

Φt . . . S

Từ trường cực từ lúc không tải Φư = 0

III. Từ trường trong MĐMC

3.1 Đại cương (tiếp)

!  Khi MĐ có tải, Iư ≠ 0, trong MĐMC có thêm từ trường phần ứng do Iư trong dây quấn phần ứng sinh ra. Từ trường phần ứng hướng vuông góc từ trường cực từ.

!  Tác dụng Φư lên Φt gọi là phản ứng phần ứng

!  Từ trường trong máy lúc này là tổng hợp Φư và Φt :

Φδ = Φt + Φư.

m n

Từ trường phần ứng với giả thiết Φt = 0

Φư

III. Từ trường trong MĐMC

3.1 Đại cương (tiếp)

dq kích từ !  Ở một mỏm cực, từ trường được tăng N cường, trợ từ (Φư cùng chiều Φt ) 2 1

TTVL n’ Trợ từ Khử từ

!  Ở một mỏm cực còn lại, từ trường bị yếu đi, khử từ (từ Φư ngược chiều Φt ). Hậu quả của phản ứng phần ứng là: β

m

n TTHH

Từ trường không còn đối xứng: TTVL (tại đó B = 0) không còn trùng với TTHH mà chuyển đến vị trí mới m’n’. Góc lệch β thường nhỏ, có chiều như sau:

m’ Khử từ 4

"  ở MF, trùng chiều quay của roto "  ở ĐC, ngược chiều quay của roto

3

Ở TTHH, từ trường khe hở B ≠ 0 thanh dẫn chuyển động qua vùng này sẽ cảm ứng sđđ, ảnh hưởng xấu đến đổi chiều MĐMC

Trợ từ . . . S

Từ trường tổng Φδ = Φt + Φư

III. Từ trường trong MĐMC

3.1 Đại cương (tiếp)

Khi tải lớn từ trường tổng bị giảm: Do tải lớn mỏm cực được trợ từ bị bão hòa, từ trường tăng ít, trong khi mỏm khử từ không bão hòa, từ trường giảm nhiều. Dẫn đến:

"  Ở MF từ thông giảm làm sđđ giảm, dẫn đến điện áp MF giảm

"  Ở ĐC từ thông giảm làm mômen giảm và tốc độ thay đổi

!  Để khắc phục ảnh hưởng xấu của phản ứng phần ứng:

"  Đặt cực từ phụ xen kẽ với cực từ chính và dây quấn bù đặt ở mỏm cực từ. Φt và từ trường dây quấn bù ngược chiều Φư. Ngoài ra dây quấn cực từ phụ và dây quấn bù nối tiếp với dòng Iư, đảm bảo khử Φư khi tải thay đổi.

Chương 5. Máy điện một chiều

Nội dung

I. Tổng quan về MĐMC

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC

III. Từ trường trong MĐMC

IV. Đổi chiều trong MĐMC

V. Máy phát và ĐCĐMC

31

IV. Đổi chiều trong MĐMC

4.1 Tia lửa điện trên vành góp và biện pháp khắc phục

Khi MĐMC là việc, trong quá trình đổi chiều thường có tia lửa điện trên vành góp. Tia lửa lớn có thể phát triển gần hết chu vi cổ góp, làm tăng tổn hao, gây nhiễu và làm xấu môi trường, làm cháy chổi điện và vành góp. Các nguyên nhân chính gây tia lửa điện là:

a. Nguyên nhân cơ khí: Tiếp xúc chổi điện và cổ góp không tốt, do cổ góp không tròn, không nhẵn, chổi than sai quy cách, mòn, chổi rung do bộ phận gá chổi không tốt, lò xo không tốt.

b. Nguyên nhân điện từ: Khi roto quay cạnh các phần tử dây quấn MĐMC lần lượt chuyển từ mạch nhánh này sang mạch nhánh khác, ta gọi các phần tử đó là phần tử đổi chiều (hình b).

IV. Đổi chiều trong MĐMC

4.1 Tia lửa điện trên vành góp

Trong thực tế, trong khoảng thời gian đổi chiều có sđđ cảm ứng ở phần tử đổi chiều do các nguyên nhân đã nhắc đến ở trên, cụ thể là:

!  Phần tử đổi chiều có các cạnh tác dụng nằm trên đường trung tính hình học, tại đó do phản ứng phần ứng mà từ cảm khe hở B ≠ 0, làm cảm ứng sđđ, ký hiệu eq.

!  Phần từ đổi chiều gần đó có từ thông móc vòng hỗ cảm, làm cảm ứng sđđ,

ký hiệu eM.

!  Phần tử đổi chiều có dòng điện biến thiên làm xuất hiện sđđ tự cảm, ký hiệu

eL.

Tóm lại trong điều kiện lý tưởng không có sđđ cảm ứng ở phần tử đổi chiều trong suốt khoảng thời gian 0 ≤ t ≤ Tđc (thời gian đổi chiều).

IV. Đổi chiều trong MĐMC

4.2 Biện pháp khắc phục

!  Cơ:

"  Cải tiến công nghệ

!  Điện từ:

"  Đặt cực từ phụ giữa các cực từ chính "  Xê dịch chổi than khỏi trung tính hình học "  Dùng dây quấn bù triệt tiêu từ trường phần ứng

trong phạm vi cực từ chính

Chương 5. Máy điện một chiều

Nội dung

I. Tổng quan về MĐMC

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC

III. Từ trường trong MĐMC

IV. Đổi chiều trong MĐMC

V. Máy phát và ĐCĐMC

35

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.1. Máy phát điện một chiều kích từ độc lập

a. Đặc tính không tải U0= E0= f(It) khi I=0 và n=Const.

Nếu kể đến từ dư cực từ thì đường đặc tính không qua gốc tọa độ (đường 1 hình b). Trong thực tế khi khảo sát quá trình làm việc thường lấy đường trung bình làm đường đặc tính không tải (đường 2 hình b). Đường đặc tính không tải cũng chính là đường cong từ hóa của MFMC.

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.1. Máy phát điện một chiều kích từ độc lập (tiếp)

b. Quan hệ dòng diện và điện áp

!  Dòng điện phần ứng Iư bằng dòng điện tải I: Iư = I

!  Phương trình cân bằng điện áp: U = Eư – IưRư

!  Phương trình cân bằng điện áp kích tử: Ut = It(Rt + Rđc)

Trong đó:

Rư- điện trở dây quấn phần ứng

Rt- điện trở dây quấn kích từ

Rđc- điện trở điều chỉnh

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.1. Máy phát điện một chiều kích từ độc lập (tiếp) c. Đặc tính ngoài U(I) và đặc tính điều chỉnh It(I)

!  Khi tăng tải, I tăng, Iư tăng theo. Dựa vào phương trình CBĐA ta thấy

điện áp U giảm do các nguyên nhân sau đây:

"  Iư tăng làm phản ứng phần ứng tăng, làm cho từ thông cực

từ Φ giảm, dẫn đến Eư giảm

"  Iư tăng làm IưRư tăng

Đặc tính ngoài U(I) với tốc độ quay n = const và It = const. Độ giảm điện áp khi tải định mức so với khi không tải khoảng 8÷10%

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.1. Máy phát điện một chiều kích từ độc lập (tiếp) c. Đặc tính ngoài U(I) và đặc tính điều chỉnh It(I) (tiếp)

!  Để điều chỉnh giữ U =const khi thay đổi phụ tải người ta phải điều chỉnh It. Hình vẽ thể hiện quan hệ It(I) để giữ điện áp không đổi khi tốc độ không đổi gọi là đặc tính điều chỉnh

!  MF kích từ độc lập có ưu điểm dễ dàng điều chỉnh điện áp, thường dùng cấp điện cho động cơ cán, kéo kim loại, thiết bị tự động tàu thủy, máy bay. Nhược điểm là phải dùng nguồn kích từ độc lập gây tốn kém

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.2. Máy phát điện một chiều kích từ song song

!  Dòng điện kích từ do sđđ phần ứng cung cấp. Khi roto đứng yên, sđđ phần ứng bằng không, nhưng nếu quay roto, mặc dù ban đầu dòng điện kích từ It=0, nhưng điện máy phát vẫn dần được thành lập, hiện tượng đó gọi là sự tự thành lập điện áp của máy phát kích từ song song.

a. Tự thành lập điện áp của máy phát kích từ song song

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.2. Máy phát điện một chiều kích từ song song

!  Để máy có thể tự thành lập điện áp trước hết phải có từ dư, nếu không có ta phải nạp từ dư.

!  Từ thông do dòng It sinh ra phải cùng chiều từ dư, nói cách khác Φdư+Φ1> Φdư. Nếu hai từ thông ngược chiều ta phải nối lai cực tính dây quấn kích từ hoặc đổi chiều quay phần ứng.

!  Trong khi sđđ phần ứng tăng, điện áp rơi trên điện trở kích từ ItRt cũng tăng. Điện áp ổn định của máy phát được xác định từ điểm A là giao điểm của đường E(It) và ItRt

a. Tự thành lập điện áp của máy phát kích từ song song (tiếp)

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.2. Máy phát điện một chiều kích từ song song

b. Quan hệ dòng điện và điện áp

!  Dòng điện phần ứng Iư = It+ I

!  Phương trình cân bằng điện áp : U = Eư – IưRư

!  Phương trình cân bằng điện áp kích tử: Ut = It(Rt + Rđc)

c. Đặc tính ngoài U(I) và đặc tính điều chỉnh It(I)

!  Khi tăng tải, I tăng, Iư và It đều tăng theo. Dựa vào phương trình ta

"  Iư tăng làm phản ứng phần ứng tăng, làm cho từ thông cực từ Φ

thấy điện áp U giảm do các nguyên nhân sau đây:

"  Iư tăng làm IưRư tăng.

giảm, dẫn đến Eư giảm.

!  Khi điện áp giảm dòng điện kích từ giảm làm giảm sđđ Eư.

!  Để điều chỉnh giữ U = const khi thay đổi phụ tải, phải điều chỉnh It.

Muốn (xem lại hình vẽ ở mục MFĐMC kích từ độc lập)

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.3. Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp

a. Quan hệ dòng điện và điện áp

U

It

I

!  Dòng điện phần ứng Iư : Iư = I = It

!  Phương trình cân bằng điện áp: U = Eư - Iư(Rư+Rt)

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.3. Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp (tiếp)

b. Đặc tính ngoài U(I) và đặc tính điều chỉnh It(I)

!  Khi tăng tải, I tăng, Iư tăng theo. Dựa vào

"  U giảm do: Iư tăng làm phản ứng phần ứng tăng, làm cho từ thông cực từ Φ giảm, dẫn đến Eư giảm; mặt khác Iư tăng làm Iư(Rư+Rt) tăng

"  U tăng do: Iư tăng làm It tăng, làm cho từ thông cực

từ Φ tăng, dẫn đến Eư tăng

!  Khi I = It còn nhỏ, mạch từ chưa bão hòa, pư/pư làm Φt ↓, điện áp rơi Iư(Rư+Rt) còn nhỏ vì thế U ↓ không đáng kể; trong khi It tăng, vì thế Φt↑ mạnh khiến độ tăng U nhiều hơn độ giảm U

!  Khi I = It đủ lớn, mạch từ bão hòa, pư/pư làm Φt ↓, điện áp rơi Iư(Rư+Rt) lại lớn vì thế độ giảm U sẽ lớn; mặc dù It tăng nhưng mạch từ bão hòa, vì thế Φt↑ rất ít. Độ tăng U không đáng kể so với độ U.

PTCBĐA ta thấy điện áp U thay đổi do:

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.4. Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp

Khi nối thuận Từ thông của dây quấn kích từ nối tiếp cùng chiều với từ thông của dây quấn kích từ song song. Khi tải tăng, dòng kích từ nối tiếp tăng, từ thông quận kích từ nối tiếp làm từ thông tổng tăng lên, sđđ của máy tăng lên. Đường 1 vẽ đặc tính ngoài MFMC kích từ hỗn hợp nối thuận, khi tải thay đổi điện áp hầu như không thay đổi, đây là ưu điểm nổi bật của loại này.

Khi nối ngược Từ thông của dây quấn kích từ nối tiếp ngược chiều với từ thông của dây quấn kích từ song song, khi tải tăng điện áp giảm nhiều. Đường 2 vẽ đặc tính ngoài MFMC kích từ hỗn hợp nối ngược, đường đặc tính ngoài dốc nên được sử dụng làm máy hàn điện một chiều.

Có hai cách thường dùng: nối thuận, từ trường hai dây quấn cùng chiều và nối ngược, từ trường hai dây quấn ngược chiều nhau

V. Máy phát và ĐCĐMC

Ví dụ 5.1:

MFMC lúc quay không tải ở tốc độ n0 = 1000 V/ph thì sđđ phát ra E0 = 222 V. Hỏi lúc không tải muốn phát ra sđđ định mức E0đm = 220 V thì tốc độ n0đm phải bằng bao nhiêu, biết rằng dòng điện kích từ không đổi ?

Giải Giữ dòng điện kích từ không đổi nghĩa là từ thông không đổi. Áp dụng công thức tính sđđ E = CenΦ ta có:

E

E

Φn

n

0

0

0

0

Khi đó

=

=

1000

990

vg ph /

=

=

=

dmn

0

n 0

E

n

E

220 222

0dm

C e C Φn e

0dm

0dm

0dm

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5. Động cơ điện một chiều

!  Dựa vào quan hệ giữa dây quấn phần ứng và dây quấn kích từ người ta phân

ĐCMC thành bốn loại tương tự như MFMC:

"  ĐC kích từ độc lập "  ĐC kích từ song song "  ĐC kích từ nối tiếp "  ĐC kích từ hỗn hợp

!  Một điểm khác trên sơ đồ giữa ĐCMC và MFMC là:

"  Ở MFMC dòng điện phần ứng Iư cùng chiều sđđ phần ứng Eư. "  Ở ĐCMC dòng điện phần ứng Iư ngược chiều sđđ phần ứng Eư.

!  Biểu thức sđđ cảm ứng và biểu thức mômen điện ở ĐCMC và MFMC

M

=dt

C ΦI = ΦI u M

u

E

=u

C nΦ= nΦ e

pN 2πa

pN 60a

là giống nhau:

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5.1. Quan hệ giữa dòng điện và điện áp

Trên thực tế đặc tính ĐC kích từ độc lập và kích từ song song hầu như giống nhau. khi công suất lớn người ta thường dùng ĐC kích từ độc lập.

a. ĐC kích từ song song

!  Dòng điện phần ứng Iư bằng dòng điện tải I: Iư = I + It !  Phương trình cân bằng điện áp phần ứng: U = Eư + IưRư

b. ĐC kích từ nối tiếp

!  Dòng điện phần ứng Iư : Iư = I = It !  Phương trình cân bằng điện áp phần ứng: U = Eư + Iư(Rư+Rt)

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5.2. Mở máy

I !  Xuất phát từ phương trình CBĐA, ta có:

=

u

U E − u R u

!  Bắt đầu mở máy, tốc độ n = 0 do đó sđđ Eư = CenΦ = 0, dòng điện phần

I

=u

U R u

ứng mở máy:

!  Do Rư rất nhỏ, trừ trường hợp công suất rất nhỏ dòng Iưmở = (20 ÷ 30)Iđm, dòng điện này một mặt làm hỏng chổi than – vành góp mặt khác làm tăng dòng điện mở máy (Imở), ảnh hưởng điện áp của lưới điện. Người ta thường quy định cho phép dòng điện Imở = (1,5 ÷ 2)Iđm. Để giảm Imở người ta sử dụng các biện pháp sau:

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5.2. Mở máy (tiếp)

a. Mở máy trực tiếp

Phương pháp mở máy trực tiếp chỉ được sử dụng với động cơ công suất vài trăm Oát, vì loại này có điện trở Rư tương đối lớn, dòng điện mở máy trực tiếp vào khoảng (4 ÷ 6)Iđm.

b. Mở máy dùng biến trở Rm nối tiếp với mạch phần ứng

I

I

I

=

=

+

u mo (

)

mo

t

U +

R u

R m

R m

I

Khi mở máy đặt điện trở Rm ở nấc lớn nhất, ta có:

+

dm

t

Khi roto đã quay, dòng Iư đã giảm, từng bước giảm Rm để giảm thời gian mở máy

Muốn Imở ≤ (1,5 ÷ 2)Iđm thì Rm phải thỏa mãn: U I (1.5 2) ÷

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5.2. Mở máy (tiếp)

a. Mở máy bằng phương pháp giảm điện áp

PP này chỉ dùng khi ĐC có nguồn cung cấp độc lập có thể điều chỉnh được điện áp cung cấp cho phần ứng, trong khi đó mạch kích từ phải duy trì điện áp bằng Uđm. Đây là phương pháp dùng với động cơ công suất lớn kết hợp dùng nguồn điều chỉnh điện áp để điều chỉnh tốc độ.

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5.3. Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ ĐCMC KTSS và KTĐL

a. Đặc tính cơ

!  Đặc tính cơ là quan hệ n(M) khi điện áp U = const, điện trở Rđc = const.

u

n

=

=

u Φ

E C e

U - I R u C Φ e

do đó Φ ≈ const.

R

u

n

M

2

ΦCΦ

C

U =− C e

e M

(thay Iư từ biểu thức M = CMΦIư, ta có:

n

M

u 2

ΦCΦ

R +R dc C

U =− C e

e M

!  Quan hệ n(M) được vẽ, đường 1 ứng với Rđc=0, đường 2 với Rđc≠0. !  Do điện trở Rư rất nhỏ, nên khi tải thay đổi từ không đến định mức, tốc độ chỉ

thay đổi vào khoảng 2 ÷8%.

!  Thêm điện trở Rđc2 vào mạch phần ứng ta có:

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5.3. Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ ĐCMC KTSS và KTĐL (tiếp)

b. Điều chỉnh tốc độ

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φ

Φ≡ It = U/Rt, Nối điện trở Rđc vào mạch kích từ để thay đổi từ thông Φ.

Hình vẽ đặc tính cơ ứng với thay đổi điện trở Rđc. Khi tăng Rđc, n0 tăng, các đặc tính đều cắt trục hoành tại điểm (n = 0, Iu = U/Ru )

V. Máy phát và ĐCĐMC

b. Điều chỉnh tốc độ (tiếp)

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở Rđc trên mạch phần ứng

!  Thêm điện trở Rđc vào mạch phần ứng đặc

n

M

u 2

ΦCΦ

R +R dc C

U =− C e

e M

tính cơ được biểu diễn bằng công thức:

!  Đường đặc tính cơ sẽ “mềm” hơn, hình vẽ thể hiện đặc tính cơ ứng với thay đổi điện trở Rđc, tăng Rđc tốc độ giảm

V. Máy phát và ĐCĐMC

b. Điều chỉnh tốc độ (tiếp)

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp U

!  Nói chung phương pháp này chỉ sử dụng điều chỉnh giảm tốc độ, vì muốn tăng tốc độ phải tăng điện áp có thể làm động cơ quá áp. Đặc điểm là thay đổi tốc độ, M và Iư không đổi.

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5.4. Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ ĐCMC kích từ nối tiếp a. Đặc tính cơ

Động cơ kích từ nối tiếp Iư = I = It. Trong phạm vi khá rộng có thể biểu thị: Φ = kφIư

Với kφ là hằng số trong vùng I < 0.8Iđm , còn khi I > (0.8-0.9) Iđm thì kφ hơi giảm xuống do ảnh hưởng bão hòa mạch từ

R

u

M

n M =CMΦIư = CM Φ/ kφ kết hợp với biểu thức

2

ΦCΦ

C

U =− C e

e M

Như vậy biểu thức mômen có dạng:

Ta có:

n

=−

uR C k e φ

e

C U M C k M φ

2

n

Nếu bỏ qua Rư

M

U M

C 2= n

Hay là

V. Máy phát và ĐCĐMC

Đặc tính cơ ĐCMC kích thích hỗn hợp(1,2),song song (3), nối tiếp (4)

a. Đặc tính cơ (tiếp)

!  Quan hệ n(M) có dạng hypecpol và được vẽ trên hình vẽ (đường 1), Đường đặc tính mềm, khi mômen tăng tốc độ giảm, khi không tải hoặc non tải tốc độ tăng cao có thể gây hỏng ĐC.

!  Tối thiểu tải ĐC kích từ nối tiếp trong khoảng (0,2 ÷ 0,25)Pđm, không cho mở máy không tải hoặc non tải. ĐC kích từ nối tiếp rất thuận lợi cho những tải mở máy nặng nề và cần tốc độ thay đổi trong phạm vi rộng, như đầu máy kéo tải xe điện, metro, cầu trục.

V. Máy phát và ĐCĐMC

b. Đặc tính điều chỉnh tốc độ

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông Φ

!  Nối sun dây quấn kích từ bằng một điện trở điều chỉnh Rst (hình a) !  Thay đổi số vòng dây của dây quấn kích từ (hình b) !  Nối sun dây quấn phần ứng bằng một điện trở điều chỉnh Rsư (hình c)

Từ thông Φ của ĐC kích từ nối tiếp có thể thay đổi bằng những cách sau:

Hai trường hợp đầu, có thêm điện trở sun làm giảm dòng kích từ, do đó điều chỉnh tăng tốc độ ĐC; trường hợp thứ ba làm tăng dòng kích từ, do đó điều chỉnh giảm tốc độ ĐC.

V. Máy phát và ĐCĐMC

b. Đặc tính điều chỉnh tốc độ

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở Rđc trên mạch phần ứng

Thêm điện trở Rđc vào mạch phần ứng (hình d). Phương pháp này làm tăng tổn hao, giảm hiệu suất động cơ nên ít được sử dụng.

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp U

Phương pháp này chỉ được sử dụng điều chỉnh tốc độ dưới tốc độ định mức, nhưng ít tổn hao. Thường được dùng trong giao thông.

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5.5. Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ ĐCMC kích từ hỗn hợp

b. Đặc tính điều chỉnh tốc độ

Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở Rđc trên mạch phần ứng

!  Dây quấn kích từ của ĐCMC kích từ hỗn hợp gồm hai phần:

!  Dây quấn kích từ song song !  Dây quấn kích từ nối tiếp.

!  Cũng như MFMC, có hai cách thường dùng: nối thuận, từ trường hai dây quấn cùng chiều và nối ngược, từ trường hai dây quấn ngược chiều nhau Trong thực tế động cơ kích từ hỗn hợp thường được sử dụng loại nối thuận

V. Máy phát và ĐCĐMC

Đặc tính cơ ĐCMC kích thích hỗn hợp(1,2),song song (3), nối tiếp (4)

5.5.5. Đặc tính cơ và điều chỉnh tốc độ ĐCMC kích từ hỗn hợp Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở Rđc trên mạch phần ứng

!  Đường đặc tính cơ ĐCMC hỗn hợp nối thuận (đường 1) sẽ là trung gian giữa đường đặc tính cơ ĐCMC song song (đường 3) và nối tiếp (đường 4) !  Đường đặc tính cơ ĐCMC hỗn hợp nối ngược (đường 2). Điều chỉnh tốc độ của ĐCMC kích từ hỗn hợp được thực hiện như ĐCMC kích từ song song

!  ĐCMC kích từ hỗn hợp được sử dụng trong trường hợp có yêu cầu mômen mở máy lớn, tốc độ thay đổi theo tải trong phạm vi rộng như máy ép, máy cán thép, máy nâng, giao thông vận tải

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5.5. Đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều

u

n

M

n

M

2

u 2

ΦCΦ

C

ΦCΦ

R +R dc C

U =− C e

e M

U =− C e

e M

Đặc tính làm việc của ĐCMC bao gồm các quan hệ n, M, η = f(Iư) khi U = Uđm. Từ các biểu thức R và ta thấy

!  Quan hệ n = f(Iư) gần giống các đặc tính

"  Đường 1 của ĐCMC kích từ song song

"  Đường 4 của ĐCMC kích từ nối tiếp

"  Đường 2, 3 của ĐCMC kích từ hỗn hợp

Đặc tính n(Iư)và M(Iư) của các loại ĐCMC

cơ, được vẽ trên hình vẽ, trong đó:

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5.5. Đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều

Quan hệ M = f(Iư). Từ quan hệ M = CMΦIư ta thấy:

!  Ở ĐCMC kích từ song song Φ=Const. nên quan hệ M = f(Iư) là đường thẳng (đường 1).

2 nên quan hệ M = f(Iư) là đường parapol (đường 4).

!  Ở ĐCMC kích từ nối tiếp Φ ≡ Iư, do đó M ≡ Iư

Đặc tính n(Iư)và M(Iư) của các loại ĐCMC

!  Ở ĐCMC kích từ hỗn hợp, có cả dây quần kích từ nối tiếp và song song nên quan hệ M = f(Iư) nằm trung gian (đường 2, 3)

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5.5. Đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều

!  Đặc tính η = f(Iư) khi U = Uđm có dạng như hình vẽ, ĐCMC thường thiết kế sao cho khi mang tải bằng 0,75 định mức (Iư = 0,75Iưđm) thì hiệu suất cực đại.

Đặc tính n(Iư)và M(Iư) của các loại ĐCMC

!  Hiệu suất ĐCMC loại nhỏ thường vào khoảng η = 0,75 ÷ 0,85, hiệu suất ĐCMC trung bình và lớn thường vào khoảng η = 0,85 ÷ 0,95.

V. Máy phát và ĐCĐMC

5.5.6. Ưu nhược điểm cơ bản của ĐCMC

"  Điều chỉnh tốc độ dễ dàng, tốc độ thay đổi liên tục trong phạm vi rộng

"  Mô men mở lớn, khả năng quá tải tốt

"  Thích hợp trong hệ thống tự động

!  ĐCMC có những nhược điểm sau:

"  Dùng nguồn một chiều không thông dụng. "  Giá thành đắt. "  Có chổi than và vành đổi chiều dễ gây tia lửa, dễ hỏng, gây nhiễu

!

!  ĐCMC được sử dụng rất sớm, ưu điểm nổi bất của nó là:

Cũng vì nhược điểm trên mà người ta tìm mọi cách nâng cao tính năng của ĐCKĐB để hy vọng nhanh chóng thay thế ĐCĐMC, nhưng do những ưu điểm nổi bật về điều chỉnh tốc độ, mở máy và khẳ năng quá tải, như tác giả I.L Kapulov đã viết “ngày ấy cũng còn lâu”

It should be noted that: