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

167
lượt xem 37
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Để xác định các đặc tính của máy điện không đồng bộ, ta có thể làm thí nghiệm kéo tải trực tiếp hoặc sau khi biết các tham số của máy, căn cứ vào mạch điện thay thế đẻ tính ra các đặc tính đó. Thí nghiệm kéo dài tải trực tiếp tuy có thể tìm ra được toàn bộ các đặc tính của máy nhưng đòi hỏi nhiều thiết bị và thì giờ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: 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