Chuong 17 đồ thị vòng tròn của máy điện không đồng bộ

Chia sẻ: Nguyenvan Do | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

84
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng vật lý-Chuong 17: đồ thị vòng tròn của máy điện không đồng bộ

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chuong 17 đồ thị vòng tròn của máy điện không đồng bộ

Ch¬ng 17 §å thÞ vßng trßn cña m¸y ®iÖn K§B 17-1. §¹i c¬ng §Ó x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tÝnh cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé, ta cã thÓ lµm thÝ nghiÖm kÐo t¶i trùc tiÕp hoÆc sau khi biÕt c¸c tham sè cña m¸y, c¨n cø vµo m¹ch ®iÖn thay thÕ ®Ó tÝnh ra c¸c ®Æc tÝnh ®ã. ThÝ nghiÖm kÐo t¶i trùc tiÕp tuy cã thÓ t×m ra ®îc toµn bé c¸c ®Æc tÝnh cña m¸y nhng ®ßi hái nhiÒu thiÕt bÞ vµ th× giê, nhÊt lµ ®èi víi nh÷ng m¸y lín. NÕu dùa vµo m¹ch ®iÖn thay thÕ ®Ó tÝnh to¸n toµn bé c¸c ®Æc tÝnh th× khèi lîng tÝnh to¸n t¬ng ®èi lín vµ phøc t¹p. V× vËy, ®Ó ®¬n gi¶n, ta chØ cÇn th«ng qua vµi thÝ nghiÖm c¬ b¶n nh thÝ nghiÖm kh«ng t¶i vµ thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch råi ¸p dông c¸ch vÏ ®å thÞ vßng trßn x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tÝnh cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé. Qua ®å thÞ vßng trßn ta cã thÓ thÊy râ qui luËt biÕn thiªn cña c¸c ®¹i lîng ®iÖn tõ vµ biÕt ®îc t×nh h×nh lµm viÖc cña m¸y ë c¸c chÕ ®é ®éng c¬ ®iÖn, m¸y ph¸t ®iÖn vµ chÕ ®é h·m. Tuy nhiªn, ph¬ng ph¸p ®å thÞ vßng trßn vÉn cã nhiÒu thiÕu sãt nh khi vÏ cha xÐt ®Õn ¶nh hëng cña t×nh tr¹ng b·o hoµ m¹ch tõ (lâi s¾t) lµm thay ®æi tæng trë tõ ho¸ vµ ®iÖn kh¸ng t¶n, kh«ng xÐt ®Õn ¶nh hëng cña c¸c sãng bËc cao cña tõ trêng ®èi víi m«men ..., do ®ã nh÷ng gi¸ trÞ tÝnh ®îc b»ng ph¬ng ph¸p nµy kh«ng ®îc chÝnh x¸c l¾m. Nhng ®å thÞ vßng trßn cã thÓ ph¶n ¸nh ®îc nhiÒu tÝnh n¨ng c¬ b¶n cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé, c¸ch vÏ l¹i ®¬n gi¶n nªn ngêi ta vÉn coi ®ã lµ ph¬ng ph¸p cã gi¸ trÞ ®Ó ph©n tÝch tÝnh n¨ng cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé. 17-2. C¸ch x©y dùng ®å thÞ vßng trßn Trong mét m¹ch ®iÖn ®¬n gi¶n gåm ®iÖn trë vµ ®iÖn kh¸ng ®Æt díi mét ®iÖn ¸p kh«ng ®æi, khi thay ®æi ®iÖn trë th× quü tÝch cña dßng ®iÖn biÕn thiªn lµ mét ®êng trßn. Lîi dông ®iÒu ®ã cã thÓ vÏ ®å thÞ vßng trßn cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé. Trong m¹ch ®iÖn thay thÕ ®¬n gi¶n & x,2 r,2 I1 x1 r1 ho¸ cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé, nÕu lÊy C1 = 1 th× s¬ ®å nh h×nh 17-1, trong ®ã x1 &′ − I2 r1 & & &, I 1 = I 0 + (− I 2 ) . xm 1− s , & Dßng ®iÖn tõ ho¸ I0 chØ phô thuéc vµo & I0 U1 r2 tham sè Z1 + Zm, do ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh s ®îc b»ng thÝ nghiÖm kh«ng t¶i. Trong thÝ rm nghiÖm kh«ng t¶i, khi kÐo r«to quay ®Õn tèc ®é ®ång bé, tøc s = 0 th× ta ®îc dßng H×nh 17-1. M¹ch ®iÖn thay thÕ cña m¸y ®iÖn tõ ho¸ I0 vµ biÓu thÞ b»ng vÐct¬ OH ®iÖn kh«ng ®ång bé khi lÊy C1 = 1 trªn h×nh 17-2. §iÓm H gäi lµ ®iÓm lµm viÖc ®ång bé. C«ng suÊt tiªu thô ë trªn m¹ch tõ ho¸ lóc nµy chØ gåm tæn hao ®ång m1I20r1 vµ tæn hao s¾t m1I20rm. Ta cã: P0 = m1I20r1 + m1I20rm (17-1) 67
P0 cos ϕ 0 = (17-2) m1U 1 I 0 Dßng ®iÖn I0 lÖch pha víi ®iÖn ¸p ®a vµo U1 mét gãc ϕ0. Thêng cosϕ0 ≤ 0,1 nªn ϕ0 ≈ 900. Dßng I’2 trong m¹ch nh¸nh lµm viÖc U1 thay ®æi theo ®iÖn trë biÕn thiªn P 1− s , . r = r2 . Quü tÝch cña dßng ®iÖn ®ã lµ 2 s s K (s =1) mét ®êng trßn, c¸ch vÏ nh sau: D M Trªn trôc hoµnh lÊy ®o¹n HQ = x1 + x’2. c T (s = ±∞) N Th¼ng gãc víi HQ, lÊy QN = r1, NM = r’2 vµ d 1− s , g I0 Q C MP = r2 . T©m vßng trßn quü tÝch ë trªn H x1 + x,2 a s 0 trôc hoµnh vµ ®êng kÝnh vßng trßn lµ HC U1 U1 x1 + x 2 = . §êng HP c¾t ®êng trßn ë D. , x1 + x 2 , & Dßng ®iÖn − I , lµ vÐct¬ HD . Nh vËy dßng H×nh 17-2. C¸ch x©y dùng ®å thÞ vßng trßn 2 ®iÖn s¬ cÊp I1 = I 0 + (− I&2 ) lµ vÐct¬ OD . & & , &, §êng trßn lµ quü tÝch cña dßng ®iÖn ( − I 2 ). VÞ trÝ D thay ®æi theo hÖ sè trît s. Khi 0 < s < 1, ®iÓm P ë trªn ®iÓm M nªn ®iÓm D ch¹y trªn cung HDK. ë ®iÓm giíi h¹n khi s = 1 th× ®iÓm D trïng víi ®iÓm K cho nªn ®iÓm K gäi lµ ®iÓm më m¸y (s = 1). Khi s < 0 th× ®iÓm P ë díi ®iÓm N (v× NP = r’2 + (1-s)r’2/s = r’2/s cã trÞ sè ©m), cho nªn ®iÓm D ë trªn cung HTC. Khi s > 1 th× ®iÓm P n»m trong ®o¹n MN, nªn ®iÓm D ë trªn cung KT. §iÓm T øng víi s = ± ∞. Nh vËy c¸c cung HDK, HCT, TK øng víi nh÷ng tr¹ng th¸i lµm viÖc kh¸c nhau cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé. Cung HDK øng víi tr¹ng th¸i lµm viÖc ®éng c¬ ®iÖn, cung HCT øng víi tr¹ng th¸i lµm viÖc m¸y ph¸t ®iÖn vµ cung TK øng víi tr¹ng th¸i h·m. 17-3. X¸c ®Þnh ®Æc tÝnh lµm viÖc cña m¸y ®iÖn Kh«ng ®ång bé b»ng ®å thÞ vßng trßn 17.3.1. X¸c ®Þnh cosϕ Trªn trôc tung lÊy mét ®o¹n Of = 10 cm lµm ®êng kÝnh, vÏ mét nöa vßng trßn (h×nh 17-3). Muèn t×m cosϕ cña m¸y khi ®· biÕt tríc I1 = OD (theo thíc tû lÖ cña dßng ®iÖn mi = A/cm), ta chØ viÖc kÐo dµi OD gÆp ®êng trßn ë h. Ta cã: Oh Oh cosϕ = = (17-3) Of 10 Oh tÝnh theo cm. 68
17.3.2. X¸c ®Þnh c«ng suÊt ®a vµo P1 Tõ ®iÓm D kÎ ®êng th¼ng gãc víi trôc hoµnh gÆp trôc hoµnh ë ®iÓm a (h×nh 17- 3). §o¹n Da chØ c«ng ®a vµo P1. Ta cã: P1 = m1U1I1cosϕ = m1U1. Da .mi = Da .mp (17-4) trong ®ã: mp = m1U1mi - thíc tû lÖ U1 c«ng suÊt (W/cm); I1, U1 - dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p f pha. Khi vÐct¬ dßng ®iÖn I1 trïng víi trôc hoµnh th× c«ng suÊt ®a vµo pcu = 0 h b»ng 0, do ®ã trôc hoµnh gäi lµ K (s =1) ®êng c«ng suÊt ®a vµo hay ®êng P2 = 0 D T (s = ±∞) P1 = 0. Pc¬ = 0 I1 I’2 b §o¹n Da gÆp HC ë ®iÓm g. ϕ P®t = 0 c H, §o¹n ag chØ tæn hao kh«ng t¶i ®ång 01 d C I’0 g bé P0 v×: H I0 a 0 P1 = 0 P0= m1U1I0cosϕ0 = = m1U1. OH .mi.cosϕ0 = H×nh 17-3. X¸c ®Þnh cosϕ, c«ng suÊt, m«men vµ tæn hao b»ng ®å thÞ vßng trßn = m1U1mi.ag = ag.mp. 17.3.3. X¸c ®Þnh c«ng suÊt ®iÖn tõ P®t, c«ng suÊt c¬ Pc¬, tæn hao ®ång pcu vµ m«men ®iÖn tõ M®t Tõ ®iÓm lµm viÖc D vÏ ®êng th¼ng gãc Da víi trôc hoµnh, c¾t ®êng HK ë ®iÓm c, c¾t ®êng HT ë ®iÓm d. Nh ®· biÕt, ®o¹n Da chØ P1, ag chØ P0, do ®ã ®o¹n Dg chØ c«ng suÊt (P1 - P0). Ta cã: P1 - P0 = Dg.m p = ( Dc + cd + dg )m p (17-5) MÆt kh¸c, dùa vµo m¹ch ®iÖn thay thÕ cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé ta cã: 1− s , r2 + r2, + r1 ) P1 - P0 = m1 I 22 ( (17-6) , s So s¸nh (17-6) víi (17-5), ta cã: 1− s , ( Dc + cd + dg )m p = m1 I 22 ( r2 + r2, + r1 ) (17-7) , s 1− s , Theo h×nh 17-2 vµ 17-3 ta thÊy c¸c ®o¹n MP , MN vµ NQ chØ c¸c tham sè r2 , s r’2 vµ r1 ®ång thêi tû lÖ víi c¸c ®o¹n Dc , cd vµ dg , do ®ã ta ®îc: 1− s , , Dc : cd : dg = (17-8) r2 : r2 : r1 s C¨n cø vµo (17-7) vµ (17-8) ta cã: 1− s , r2 = Pcσ ; cd .m p = m1 I 22 r2, = p cu 2 ; dg .m p = m1 I 22 p cu1 Dc.m p = m1 I 22 , , , s 1− s , , ,r Dd .m p = ( Dc + cd )m p = m1 I 22 [ r2 + r2, ] = m1 I 22 2 = Pdt (17-9) , s s 69
V× ®o¹n Dc chØ c«ng suÊt c¬ Pc¬ nªn ta gäi ®êng HK lµ ®êng c«ng suÊt c¬ hay ®êng Pc¬ = 0; ®o¹n Dd chØ c«ng suÊt ®iÖn tõ P®t nªn gäi ®êng HT lµ ®êng c«ng suÊt ®iÖn tõ hay ®êng P®t = 0. C¸c ®o¹n cd vµ dg chØ tæn hao ®ång trªn r«to pcu2 vµ stato pcu1 nªn ®o¹n cg chØ tæn hao ®ång pcu. Cã khi ta gäi ®êng song song víi trôc tung ®i qua ®iÓm H lµ ®êng tæn hao ®ång hay ®êng pcu = 0 v× kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm D ®Õn ®êng ®ã lµ ®o¹n Hg tû lÖ víi ®o¹n chØ tæn hao ®ång cg . Pdt V× m«men ®iÖn tõ M tû lÖ thuËn víi c«ng suÊt ®iÖn tõ M = (kG.m), trong ®ã 9,81.ω1 ω1 lµ tèc ®é gãc ®ång bé, P®t tÝnh b»ng W do ®ã ®o¹n Dd còng ®ång thêi chØ m«men ®iÖn tõ M®t. Dd .mM = M®t (17-10) mp lµ thíc tû lÖ m«men (kG.m/cm). trong ®ã mM = 9,81ω1 NhiÒu khi ta cßn gäi ®êng HT lµ ®êng m«men ®iÖn tõ hay ®êng M®t = 0. 17.3.4. X¸c ®Þnh tæn hao c¬ pc¬, tæn hao phô pf vµ c«ng suÊt ®a ra P2 Khi kh«ng t¶i, tèc ®é ®éng c¬ ®iÖn thÊp h¬n tèc ®é ®ång bé mét Ýt, do ®ã ngoµi tæn hao ®ång ë stato vµ tæn hao s¾t ra, tæn hao kh«ng t¶i cßn bao gåm tæn hao c¬ vµ tæn hao phô. V× vËy dßng ®iÖn kh«ng t¶i ®o ®îc trong thÝ nghiÖm kh«ng t¶i kh«ng ph¶i lµ vÐct¬ OH mµ lµ vÐct¬ OH , lín h¬n OH . Ta thÊy, ®o¹n HH’ thùc chÊt lµ chØ tæn hao c¬ vµ tæn hao phô. Khi t¶i t¨ng, tèc ®é quay cña r«to gi¶m dÇn, tæn hao (pc¬ + pf) còng gi¶m dÇn. Khi ng¾n m¹ch th× tæn hao (pc¬ + pf) hÇu nh b»ng kh«ng. Nèi H’K gÆp Da ë ®iÓm b (h×nh 17-3). Cã thÓ coi ®o¹n bc chØ tæn hao (pc¬ + pf) øng víi ®iÓm lµm viÖc D. V× c«ng suÊt ®a ra P2 = Pc¬ - (pc¬ + pf) nªn ta cã: Db.m p = ( Dc − cb)m p = Pc¬ - (pc¬ + pf) = P2 (17-11) §êng H’K gäi lµ ®êng c«ng suÊt ®a ra hay ®êng P2 = 0. 17.3.5. X¸c ®Þnh hÖ sè trît Cã nhiÒu ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hÖ sè trît, ë ®©y chØ giíi thiÖu mét trong nh÷ng ph¬ng ph¸p ®ã (h×nh 17-4). Gi÷a hai ®êng pcu = 0 vµ ®êng HK U1 kÐo dµi lÊy mét ®o¹n qt song song víi 100% ®êng HT. Chia ®o¹n qt ra lµm 100 phÇn, pcu = 0 s t lÊy ®iÓm q lµm gèc 0%, ®iÓm t øng víi K 100%. Khi t×m hÖ sè trît víi ®iÓm lµm r viÖc D th× kÐo HD gÆp qt ë ®iÓm r. TrÞ sè D q T phÇn tr¨m cña®iÓm r lµ trÞ sè phÇn tr¨m c cña hÖ sè trît. C¸ch chøng minh nh sau: d XÐt c¸c tam gi¸c ®ång d¹ng Hcd vµ g H I0 C tqH; Hqr vµ DdH, ta cã: a 0 dc Hq Hd qr = = vµ H×nh 17-4 . X¸c ®Þnh hÖ sè trît s Hd qt dD Hq 70
Nh©n hai ®¼ng thøc víi nhau ta cã: p qr dc = = cu 2 = s (17-12) p dt qt dD 17.3.6. X¸c ®Þnh hiÖu suÊt η C¨n cø vµo nh÷ng ph©n tÝch trªn, ta cã: ba.m p = Σp = pFe + pcu1 + pcu2 + pc¬ + pf KÐo dµi ®êng H’K gÆp trôc hoµnh ë ®iÓm L (h×nh 17- 5). Qua ®iÓm L kÎ ®êng song U1 K song víi trôc tung. Gäi ®êng D ®ã lµ ®êng tæng tæn hao Σp = b 0 v× kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm D ®Õn ®êng ®ã lµ ®o¹n La tû lÖ , H víi ®o¹n chØ tæng tæn hao ba. H C Gi÷a hai ®êng Σp = 0 vµ 0 L a ®êng H’K kÐo dµi lÊy mét η ®o¹n mn song song víi trôc 100% hoµnh. Chia ®o¹n mn lµm 100 p m n phÇn, lÊy ®iÓm m lµm gèc. Khi H×nh 17-5. X¸c ®Þnh hiÖu suÊt η muèn t×m hiÖu suÊt cña m¸y ë b»ng ®å thÞ vßng trßn ®iÓm lµm viÖc D, kÐo dµi ®êng LD gÆp ®êng mn ë ®iÓm p. TrÞ sè phÇn tr¨m ë ®iÓm p lµ hiÖu suÊt cña m¸y. C¸ch chøng minh nh sau: XÐt c¸c tam gi¸c ®ång d¹ng Lab vµ mnL; LaD vµ pnL, ta cã: ab nL La pn = = vµ La mn aD nL Nh©n hai ®¼ng thøc víi nhau ta cã: aD − ab mn − pn ab pn = = hay aD mn aD mn mp Db P2 = = =η vµ ®îc: (17-13) mn Da P1 17.3.7. X¸c ®Þnh n¨ng lùc qu¸ t¶i km Theo ®Þnh nghÜa, n¨ng lùc qu¸ t¶i km = U1 S Mmax/M®m. Ta ®· biÕt ®îc m«men ®Þnh møc cña T m¸y M®m, do ®ã chØ cÇn t×m m«men cùc ®¹i Mmax trªn ®å thÞ vßng trßn lµ x¸c ®Þnh I 01 ®îc n¨ng lùc qu¸ t¶i km. C¸ch t×m nh H C sau: 0 Theo h×nh 17-6, tõ O1 kÎ ®êng th¼ng gãc víi HT vµ gÆp ®êng trßn ë S. Tõ S kÎ H×nh 17 -6. X¸c ®Þnh n¨ng lùc qu¸ t¶i km ®êng th¼ng gãc xuèng HC gÆp HT ë l. Ta biÕt Dl lµ kho¶ng xa nhÊt tõ c¸c ®iÓm trªn 71
®êng trßn xuèng ®êng m«men M®t = 0, v× vËy ta cã: Sl.mM = Mmax (17-14) Trªn ®©y giíi thiÖu c¸ch dïng ®å thÞ vßng trßn ®Ó x¸c ®Þnh cosϕ, c«ng suÊt, m«men, hÖ sè trît, hiÖu suÊt ë mét trÞ sè cña dßng ®iÖn lµm viÖc I1 cho biÕt tríc. NÕu thay ®æi dßng ®iÖn I1, nghÜa lµ thay ®æi vÞ trÝ ®iÓm D, th× ta sÏ ®îc mét lo¹t c¸c trÞ sè t¬ng øng. BiÓu thÞ c¸c quan hÖ gi÷a cosϕ, P, M, s, η víi P2 lªn ®å thÞ ta sÏ ®îc c¸c ®Æc tÝnh lµm viÖc cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé. 17-4. X©y dùng ®å thÞ vßng trßn b»ng sè liÖu thÝ nghiÖm kh«ng t¶i vµ ng¾n m¹ch c¸ch vÏ thùc tÕ Theo c¸ch chØ dÉn trªn, ph¶i biÕt tham sè cña m¸y míi vÏ ®îc ®å thÞ vßng trßn, nhng trong thùc tÕ, nh÷ng tham sè ®ã thêng kh«ng biÕt tríc nªn ph¶i thÝ nghiÖm ®Ó x¸c ®Þnh. Sau ®©y giíi thiÖu c¸ch dïng thÝ nghiÖm kh«ng t¶i vµ ng¾n m¹ch ®Ó vÏ ®å thÞ vßng trßn. Tríc khi nãi ®Õn c¸ch vÏ thùc tÕ, ta h·y nghiªn cøu qua néi dung thÝ nghiÖm kh«ng t¶i vµ ng¾n m¹ch cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé. 17.4.1. ThÝ nghiÖm kh«ng t¶i Khi lµm thÝ nghiÖm kh«ng t¶i ta ®Æt ®iÖn ¸p ®Þnh møc U®m vµo stato, nhng ®Ó tr¸nh sai sè cã tÝnh chÊt ngÉu nhiªn vµ ®Ó t×m ra tæn hao c¬ vµ tæn hao phô thêng ta thay ®æi ®iÖn ¸p ®a vµo tõ 0,5 ÷ 1,2 U®m, ®o dßng kh«ng t¶i I’0 vµ c«ng suÊt kh«ng t¶i P’0 theo sù thay ®æi cña ®iÖn ¸p U1. §êng biÓu diÔn cña I0 vµ P0 = P’0 - m1 I 2'2 r1 theo U1 nh ë h×nh 17-7. P0 I0 Muèn dïng thÝ nghiÖm kh«ng t¶i ®Ó x¸c ®Þnh dßng ®iÖn tõ ho¸ I0 trªn ®å thÞ vßng 1,0 2,0 trßn (tøc lµ x¸c ®Þnh ®iÓm H øng víi s = 0) P0 th× ph¶i lo¹i trõ tæn hao c¬ vµ tæn hao phô 0,8 1,6 ra khái c«ng suÊt kh«ng t¶i. Do (pc¬ + pf) kh«ng ®æi khi U1 thay ®æi, cßn tæn hao s¾t 0,6 1,2 I0 pFe thay ®æi theo U 1 cho nªn kÐo dµi 2 0,4 0,8 ®êng biÓu diÔn P0 = f(U1) ®Õn gÆp trôc tung th× giao ®iÓm chØ tæn hao c¬ pc¬. 0,2 0,4 Muèn cho c¸ch vÏ ®îc chÝnh x¸c h¬n, ta vÏ ®êng biÓu diÔn P0 = f(U21). Do U1 ®êng biÓu diÔn gÇn gièng ®êng th¼ng 1,0 1,2 0,2 0,4 0,6 0 ,8 0 nªn kÐo dµi ra tiÖn lîi vµ chÝnh x¸c h¬n. §èi víi tæn hao phô, v× khã tÝnh chÝnh H×nh 17-7. §Æc tÝnh kh«ng t¶i x¸c nªn thêng lÊy b»ng 0,5% c«ng suÊt cña ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ®a vµo. Thêng (pc¬ + pf) rÊt nhá nªn khi kh«ng cÇn vÏ ®å thÞ vßng trßn mét c¸ch chÝnh x¸c th× cã thÓ bá qua kh«ng cÇn lo¹i trõ c¸c tæn hao nµy nh trªn. 17.4.2. ThÝ nghiÖm ng¾n m¹ch Khi thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch, ta gi÷ r«to ®øng yªn. §Ó cho dßng ®iÖn ng¾n m¹ch In kh«ng qu¸ lín lµm ch¸y m¸y, thêng kh«ng ®Ó dßng ®iÖn vît qu¸ 1,5 ÷ 2 lÇn dßng ®iÖn ®Þnh møc. V× vËy ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch Un ®a vµo t¬ng ®èi thÊp so víi U®m. 72
Thêng khi dßng ®iÖn ng¾n m¹ch In = I®m th× Un = (0,15 ÷ 0,25) U®m. NÕu ®a ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch b»ng ®iÖn ¸p ®Þnh møc th× dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®Þnh møc Ind = (4 ÷ 7)I®m. Trong thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch. V× r«to kh«ng quay nªn c«ng suÊt ®a ra P2 = 0, lóc ®ã tæn hao s¾t rÊt nhá (v× ®iÖn ¸p thÊp) so víi tæn hao ®ång nªn cã thÓ bá qua. C«ng suÊt ®a vµo cã thÓ xem lµ tæn hao ®ång trªn stato vµ r«to, ta cã: Pn = pcu1 + pcu2 (17-15) Quan hÖ gi÷a dßng ®iÖn ng¾n m¹ch In vµ ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch Un cßn phô thuéc vµo tæng trë ng¾n m¹ch (chñ yÕu lµ ®iÖn kh¸ng ng¾n m¹ch xn = x1 + x’2). Theo møc ®é b·o hoµ cña m¹ch tõ t¶n, ®iÖn kh¸ng ng¾n m¹ch xn cã trÞ sè kh¸c nhau, g©y khã kh¨n cho viÖc ph©n tÝch sè liÖu thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch khi vÏ ®å thÞ vßng trßn. MÆt kh¸c vÏ ®å thÞ vßng trßn theo xn lµ biÕn kh«ng cã ý nghÜa thùc tÕ g× lín, do ®ã thêng chØ nghiªn cøu hai trêng hîp: m¹ch tõ t¶n cha b·o hoµ øng víi lóc m¸y lµm viÖc b»ng vµ díi ®Þnh møc vµ m¹ch tõ t¶n b·o hoµ øng víi lóc më m¸y. a. Trêng hîp m¹ch tõ t¶n cha b·o hoµ. Thêng khi m¸y ®iÖn lµm viÖc tõ kh«ng t¶i ®Õn ®Þnh møc th× dßng ®iÖn kh«ng lín nªn ¶nh hëng cña b·o hoµ m¹ch tõ t¶n lµ Ýt, ®iÖn kh¸ng ng¾n m¹ch xn cã thÓ coi nh kh«ng ®æi. Lóc ®ã ta cã thÓ dïng c¸c sè liÖu thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch ®Ó vÏ ®å thÞ vßng trßn mét c¸ch dÔ dµng. Víi ®iÖn ¸p ®Þnh møc, dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®Þnh møc b»ng: U dm I nd = I n . (17-16) Un C«ng suÊt ng¾n m¹ch ®Þnh møc b»ng: U dm 2 Pnd = Pn ( (17-17) ) Un vµ hÖ sè c«ng suÊt lóc ng¾n m¹ch ®Þnh møc b»ng: Pn Pnd cos ϕ nd = = (17-18) m1U n I n m1U dm I nd Vßng trßn vÏ theo nh÷ng sè liÖu nµy gäi lµ vßng trßn lµm viÖc, dïng ®Ó x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tÝnh lµm viÖc cña m¸y ®iÖn víi c«ng suÊt ®Þnh møc trë xuèng. b. Trêng hîp m¹ch tõ t¶n b·o hoµ I/I®m Khi më m¸y, dßng ®iÖn lín (thêng 7 b»ng 4 ÷ 7 lÇn dßng ®iÖn ®Þnh møc) nªn I‘’nd 6 m¹ch tõ t¶n chÞu ¶nh hëng cña b·o hoµ, 5 ®iÖn kh¸ng xn sÏ nhá ®i, ®êng kÝnh vßng trßn trong trêng hîp nµy sÏ lín h¬n vßng 4 I‘n trßn lµm viÖc. Vßng trßn nµy dïng ®Ó x¸c 3 ®Þnh c¸c ®Æc tÝnh më m¸y cña m¸y ®iÖn 2 In kh«ng ®ång bé nªn gäi lµ vßng trßn më 1 m¸y. 0 U0 Un 0,5 U’n 1,0 U/U®m Muèn dïng thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch ®Ó vÏ ®å thÞ vßng trßn lóc më m¸y, ta ph¶i vÏ H×nh 17-8. §Æc tÝnh ng¾n m¹ch c¶ ®êng ®Æc tÝnh ng¾n m¹ch b»ng c¸ch cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé thay ®æi ®iÖn ¸p ng¾n m¹ch vµ t×m quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch 73
nh ë h×nh 17-8. KÐo dµi ®o¹n b·o hoµ cña ®êng ®Æc tÝnh ng¾n m¹ch cã thÓ t×m ®îc dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®Þnh møc I nd vµ hÖ sè c«ng suÊt ng¾n m¹ch ®Þnh møc cos ϕ nd . ,, ,, Cã thÓ dïng c¸ch tÝnh sau: Theo h×nh 17-8 ta cã: U dm − U 0 ; I nd = I n ,, , Un −U0 , ,, U −U0 2 Pnd ) vµ cos ϕ nd = (17-19) ,, = P ( dm ,, , P U n −U0 nd n ,, 3U dm I nd trong ®ã I’n, P’n, U’n lµ c¸c trÞ sè ®o ®îc qua thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch ë khu vùc m¹ch tõ ®· b·o hoµ. c. C¸ch vÏ thùc tÕ ®å thÞ vßng trßn b»ng sè liÖu thÝ nghiÖm. C¸ch vÏ nµy ®îc tiÕn hµnh nh sau: 1. Tõ thÝ nghiÖm kh«ng t¶i biÕt dßng ®iÖn tõ ho¸ (coi nh b»ng dßng kh«ng t¶i), tÝnh ra cosϕ0 = P0/m1U®mI’0. Chän thíc tû lÖ dßng ®iÖn thÝch ®¸ng, vÏ vÐct¬ I 0 = OH & x¸c ®Þnh ®îc ®iÓm H. 2. Tõ thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch tÝnh ra dßng ®iÖn ng¾n m¹ch ®Þnh møc Ind vµ cosϕnd & råi vÏ vÐct¬ I nd = OK ®îc ®iÓm K. 3. VÏ vßng trßn quü tÝch ®i qua H vµ K mµ t©m ë trªn ®êng song song víi trôc hoµnh ®i qua H. T©m O’ lµ giao ®iÓm cña ®êng trung trùc cña HK víi ®êng song song víi trôc hoµnh ®i qua H (h×nh 17-9). Muèn ®îc ®êng P®t = 0 (®êng HT) U1 K th× tõ K kÎ ®êng th¼ng gãc víi trôc hoµnh gÆp ®êng HC ë K2. §o¹n KK 2 biÓu thÞ K1 tæng tæn hao ®ång lóc ng¾n m¹ch. Trªn ϕnd ®o¹n KK 2 lÊy ®o¹n K1 K 2 chØ tæn hao ϕ0 K2 C ®ång trªn cuén stato. Nèi HK1 gÆp ®êng H ’ 0 trßn ë ®iÓm T. C¸ch x¸c ®Þnh ®iÓm K1 nh 0 sau: Theo ý nghÜa cña KK 2 vµ K1 K 2 ®· nãi H×nh 17-9. VÏ ®å thÞ vßng trßn b»ng sè ë trªn, ta cã: liÖu thÝ nghiÖm kh«ng t¶i vµ ng¾n m¹ch 2 K1 K 2 m1 I nd r1 r = =1 (17-20) m1 I nd (r1 + r2 ) rn 2 , KK 2 K’’ U1 trong ®ã r1 lµ ®iÖn trë pha cña d©y quÊn Vßng trßn stato, cã thÓ ®o ®îc trùc tiÕp; rn = r1 + r’2 më m¸y Khu vùc qu¸ ®é lµ ®iÖn trë ng¾n m¹ch, cã thÓ t×m ®îc tõ thÝ nghiÖm ng¾n m¹ch: K’ Vßng trßn C’ lµm viÖc Pn H C ’’ rn = (17-21) 2 m1 I dm 0 CÇn chó ý lµ c¸c ®iÖn trë nµy ®Òu ph¶i qui vÒ nhiÖt ®é 750C tríc khi sö dông. H×nh 17-10. §å thÞ vßng trßn lµm 4. Muèn vÏ vßng trßn më m¸y ta sö viÖc vµ ®å thÞ vßng trßn më m¸y dông c¸c trÞ sè I nd , Pnd vµ cos ϕ nd ®Ó x¸c ,, ,, ,, 74
®Þnh ®iÓm lµm viÖc ng¾n m¹ch K’ trªn vßng trßn. Ph¬ng ph¸p vÏ c¸c ®êng kh¸c gièng nh c¸ch vÏ víi vßng trßn lµm viÖc. Vßng trßn lµm viÖc vµ më m¸y nh ë h×nh 17-10. 17-5. §å thÞ vßng trßn chÝnh x¸c Víi m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé c«ng suÊt nhá, trong m¹ch ®iÖn thay thÕ khi ta ®em m¹ch ®iÖn tõ ho¸ dÞch ra tríc tæng trë cña stato mµ kh«ng hiÖu chØnh hµm sè th× sai sè t¬ng ®èi lín, nhÊt lµ ®èi víi cosϕ. V× vËy ph¶i dïng m¹ch ®iÖn thay thÕ chÝnh x¸c ®Ó vÏ ®å thÞ vßng trßn. NÕu bá qua rm trong tæng trë tõ ho¸ zm th× hÖ sè hiÖu chØnh C1 sÏ b»ng: r + jx1 Z x r & = (1 + 1 ) − j 1 = C1 e −ψ C1 = 1 + 1 ≈ 1 + 1 (17-22) Zm jx m xm xm 2 2  x  r  x C1 = 1 + 1  +  1  ≈ 1 + 1 trong ®ã:   r   xm   m  xm r1 Ir tgψ = = 01 vµ x1 + x m U1 Tæng trë m¹ch ®iÖn thay thÕ b»ng: & &, C1 Z1 + C12 Z 2 s = ( Z1C1 e jψ + Z 2 s C12 )e − j 2ψ = , r2, = e − j 2ψ [(r1 + jx1 )C1 (cosψ + j sin ψ ) + ( + jx2 )C12 ] (17-23) , s V× r1
C¨n cø vµo m¹ch ®iÖn thay thÕ ®Ó vÏ ®å thÞ vßng trßn th× ta nhËn thÊy r»ng, quü tÝch dßng ®iÖn vÉn lµ mét ®êng trßn nhng ®êng kÝnh HC quay ®i mét gãc 2ψ so víi trôc hoµnh (h×nh 17-12). Cô thÓ ®êng kÝnh vßng trßn quü tÝch nµy b»ng: U1 U ≈1 HC = x n + r1 / x m x n 2 Ph¬ng ph¸p dïng thÝ nghiÖm vÏ vßng trßn gièng nh tríc, chØ cã lÊy HC U1 lÖch víi trôc hoµnh mét gãc 2ψ. pcu = 0 §o¹n Da chØ c«ng suÊt P1. VÏ Dg K D Σp = 0 th¼ng gãc víi HC, chiÕu c¸c ®iÓm c, d, g b’ b lªn ®êng Da gÆp ë c¸c ®iÓm c’, d’, g’. T c’ c Ta cã: d C d’ g 02 ag .m p = P0 ; H’ g’ 2Ψ d g .m p = p cu1 ; H , , 0 L c , d , .m p = p cu 2 ; H×nh 17 -12. §å thÞ vßng trßn chÝnh x¸c Dc , .m p = Pcσ . C¸ch hiÖu chØnh nµy cã ý nghÜa lín ®èi víi m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé c«ng suÊt nhá, v× I0 vµ r1 lín nªn gãc 2ψ t¬ng ®èi lín. C©u hái 1. Dïng ®å thÞ vßng trßn ®Ó ph©n tÝch ®Æc tÝnh lµm viÖc cña m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé trong trêng hîp nµo th× kh«ng thÝch hîp. NÕu ph¶i hiÖu chØnh th× xÐt mÆt nµo? 2. NÕu t¨ng ®iÖn trë vµo r«to th× ®êng kÝnh vßng trßn cña ®å thÞ vßng trßn cã bÞ ¶nh hëng kh«ng? VÞ trÝ c¸c ®iÓm trªn vßng trßn øng víi c¸c ®êng s = 0, s = ± ∞ cã bÞ ¶nh hëng kh«ng? Theo h×nh vÏ th× ®Æc tÝnh më m¸y vµ n¨ng lùc qu¸ t¶i cã bÞ ¶nh hëng kh«ng? 3. Trong ph¹m vi lµm viÖc cña m¸y ph¸t ®iÖn kh«ng ®ång bé, cã mét ®o¹n ë phÝa trªn trôc hoµnh, lóc ®ã m¸y lÊy c«ng suÊt t¸c dông tõ líi vµo nhng m¸y l¹i ë tr¹ng th¸i m¸y ph¸t. Gi¶i thÝch ®iÒu nµy nh thÕ nµo? 76