Giáo trình Chuyên đề máy điện

Chia sẻ: Duong Nguyen | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

79
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với kết cấu nội dung gồm 2 phần, giáo trình "Chuyên đề máy điện" giới thiệu đến các bạn những nội dung về biến đổi điện cơ, máy điện tổng quát. Đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn chuyên ngành Điện - Điện tử.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Chuyên đề máy điện

Phần 1: Biến đổi điện cơ Trong thế giới quanh ta, hiện tượng biến đổi điện cơ xảy ra ở khắp nơi, có thể từ trong cơ thể nhỏ bé của các vi khuẩn đến các hình tinh vĩ mô cả gần gũi lẫn xa xôi. t. gian HT điện trường đt HT cơ tổn hao động cơ điện máy phát Trường điện từ Hầu hết các thiết bị điện của ta hiện nay đều biến đổi điện cơ thông qua từ trường. Theo thống kê và kinh nghiệm thì thiết bị điện kiểu điện dung (điện trường) chỉ có ưu việt khi F cao hoặc P nhỏ. Các thiết bị điện cảm (từ trường) phù hợp với F trung bình và thấp, P trung bình và lớn. 1.1 Ba định luật biến đổi điện cơ: a. Không có biến đổi điện cơ đạt hiệu suất 100% Tốn hao nhiệt vì vậy trong khi nghiên cứu, thiết bị biến đổi điện cơ người ta vừa tìm cách giảm các tổn hao đồng thời có các biện pháp thích hợp để dẫn nhiệt làm mát máy. Mô hình chung nhất của thiết bị điện người ta thường dùng mô hình mạng 2/3 cửa để mô tả. Nếu mạng 2 cửa phải mô tả tổng trở nội tại của thiết bị u,i M,n
Nếu mạng 3 cửa thì cửa 3 là năng lượng nhiệt đặc trưng cho tổn hao. u,i M,n Q, t b. Tất cả các thiết bị biến đổi điện cơ đều có tính thuận nghịch: Nghĩa là một thiết bị đã biến đổi được từ điện đến cơ thì bản thân nó cũng có thể biến đổi được từ cơ sang điện. Mặc dù một thiết bị có tính thuận nghịch nhưng do tính kinh tế kỹ thuật; Các thiệt bị được chế tạo dùng riêng theo một chiều nào đó và chú ý rằng ở các thiết bị này chỉ thuận nghịch điên – cơ mà không liên quan đến NL nhiệt. Định mức : 400v 380v 230v 220v nguồn phụ tải Thấp cao 6,3 kV suy hao 6 kV 380 V c. Từ trường của phần tĩnh và động của thiết bị biến đổi điện cơ đồng bộ:
Ví du: Từ trường và đồng bộ. Ở MDDB phần cảm ở Roto khi làm việc từ trường roto quay với tốc độ n =n1 và từ trường phần ứng cũng quay với tốc độ quay n1=n Với MĐKĐB thì roto trượt với tốc độ từ trường n1 n s n1 Nhưng tốc độ từ trường roto lại quay với tốc độ của từ trường stato tương ứng tốc độ trượt này, vì vậy nó quay đồng bộ nhau. MĐ chiều do phần ứng luôn ở roto nên từ trường phần cảm 1.2 Mô tả quá trình biến đổi năng lượng điện cơ: Quá trình biến đổi năng lượng điện cơ mô tả chi tiết như sau: Động cơ: Năng lượng điện đầu vào sẽ cân bằng với năng lượng cơ ở đầu ra + tăng năng lượng từ trường và các loại tổn hao Điện Cơ Tăng NL từ = + + tổn trường hao Tổn hao TH TH sắt từ TH = + + ==>nhiệt đồng cơ Thông thường các bt nc để tiện lợi người ta chuyển TH đồng thành TH trên đường dây, hay nói cách khác điện năng ở đầu vào thường được tính = CS điện tổn hao đồng Điện năng = Điện tổn hao đồng Vì vậy ta có Pt: Điện năng đầu vào cân bằng với công suất cơ và độ thay đổi của NL từ trường
dwe = dwcơ + dwtt Trong đó : dwtt có khi tính điện và có khi bỏ qua tổn hao trong lõi thép. Từ Pt này người ta có thể tính NL dwtt thông qua thay đổi dwe ; dwcơ. Hoặc dwcơ thông qua dwe; dwtt Thí dụ: Cần tính dwtt : dwtt = dwe dwcơ Trong đó: 1.dwe = u.i.dt u: Điện áp cảm ứng (đã kéo điện trở ra ngoài) d dwe = e = dt 2. dwcơ = F. dx M.dt dwtt = i.d F.dx thẳng => dwtt = i.d M.d : quay NL từ trường này có thể biểu diễn bằng đẳng thức toán học như vừa viết hoặc bằng hình học 3. Biểu diễn dwtt hình học + Giả sử tại vị trí xác định nào đó khi lực điện từ cân bằng với lực lò xo; quan hệ (i) của hệ tương đương đường cung từ hoá
ψ ψ1 x= x1 x= x2 i i1 Thay đổi dòng điện để khi hở không thay đổi ; ta có đường đặc tính quan hệ (i) như đường cong số 2 => mỗi vị trí cố định (cân bằng) thì: dwcơ = 0 i=0 => i1 = o => 1 Ta có NL tt tương ứng với diện tích hình gạch chéo trên hình dwtt = dwe dwcơ = 0 dwtt = dwe = i.d 4. Đối năng lượng: Ta đã biết trên toạ độ đề các biểu diễn đường cong từ hoá thí nghiệm tích giới hạn bởi đường cong và trục sim đặc trưng cho NL tích luỹ trong từ trường ψ i
Đối năng lượng không có ý nghĩa vật lý Wd = i = id Nghiên cứu hệ biến đổi điện cơ chuyển động thẳng g + dx x x1 Dòng 1 chiều => g biến đổi i không biến đổi Giả sử phần động di chuyển dx tương ứng ở vị trí đầu ứng với x1 Quan hệ ,i ψ i Vị trí cân bằng ban đầu, ứng với các thông số 1 , i1 ở vị trí đã di chuyển (x= x2) => tương ứng với 2; i2 Trong quá trình biến đổi điện cơ hay quá trình phần động đang di chuyển. Các trường hợp: Phần động chuyển động với tốc độ chậm => i coi là hằng số. Điểm làm việc của hệ khi phần động di chuyển từ vị trí x1 > x2 thì điểm làm việc di chuyển A > B
Nếu di chuyển nhanh: ψ ψ2 B ψ1 B’ A i1 i Biến đổi năng lượng từ trường là phần gạch chéo. Nói cách khác: Nếu biến đổi năng lượng từ trường cân bằng với biến đối NL cơ Dw = F.dx =>Muốn tính dw có thể dùng tới đối năng lượng Trong thực tế khi phần ứng chuyển động, quan hệ , i gần đúng, khi điểm làm việc biến đổi từ A > B
Dwe – dwtt = dwcơ dwe = i.d (về nhà chứng minh) § Chuyển động quay P θ i,r Q trục kích từ: Trục dọc Trục kích vuông : trục ngang Khi quay :
Trường hợp này gần đúng, người ta coi là từ trở khe hở rất lớn so với mạch từ Phần quan hệ , i có thể tuyển tính hóa => wtt = wtt => Mômen d i, 1 2 L Mdt = Li 2 = ct Im 2 .L 2 Mdt = sin 2 t . 2 1 1 sin 2( c s )t sin 2 c s t 2 2 Nhận xét : Mdt = f(t) Biến đổi theo quy luật hình sin Trong những trường hợp chung, momen điện từ có giá trị TB = 0 Khi ωc = ωs I 2 L2 M dtb sin 2 4 ứng với máy điện đồng bộ phản kháng 2.Chuyển động quay có 2 kích từ ir Biểu diễn năng lượng từ trường thông qua :
Xác định s và r \ s Lss .i Lsr .i r Lsr .i.i Lsr .i s Lss Lsr i s r Lsr Lsr ir dωtt = usisdt + usis .dt = isdψs + is.dψr i s tt i s di 0 x = x2 4 1 x = x1 3 2 dwe = idψ = 1 + 4 dwt t = (4 +3 ) –( 2+3 ) =4 2 dwco = (1 + 4 ) – (4 – 2) = 1+ 2 L.i Năng lượng dw u s i s dt u r ir dt d s d r = i dt i r dt dt dt dwtt d s si d r ir = Lss is di s Lsr d (is .ir ) Lrs ir dir 1 1 wdt Lss i s2 Lrs i s i r Lrs i r2 2 2 Mdt wdt với i = hằng số
Nếu hệ là tuyến tính thì đối năng lượng bằng năng lượng i ss2 dLss dLss i s2 dLrs Mdt . is i . 2 d d 2 d Trường hợp nếu kể đến điện trở rôto ta chỉ việc thay thế d s us i s .rs dt d r ur ir .rr dt Nếu các điện cảm toàn phần biến thiên theo θ theo quan hệ đã biết ta sẽ có biểu thức d s d i ss ( ).i s (t ) Lsr ( ).ir (t ) dt dt di dL d di dL d = Lss . s i s . ss . Lsr r ir . ss dt d dt dt dt dt d di dL d di dL d r Lsr . r is . sr . Lsr r i r . ss dt dt d dt dt dt dt di s di dLsr d di r us i s Rs Li s . . is . s ir . . i rs . dt dt dt dt dt Sau khi biến đổi ta cũng nhận được biểu thức năng lượng từ trường có dạng 1 dwtt it . L . i 2 Trong đó : it là ma trận chuyển vị của i Trường hợp khe hở đều – máy cực ẩn Momen điện từ > công thức 2.117 I s .I r .M M dt sin co s r t 4 Trang 51 (sgk) Nhìn chung biểu thức này là tổng của các hàm điều hoà : Mtb = 0 ; Trừ các trường hợp riêng sau : ωcơ = ± (cos(±ωr)) Tự đánh giá xem 4 TH trên : ứng với TH nào của máy điện đã nghiên cứu Ứng dụng cho điên một pha
Thì giá trị của momen trung bình: I s .I r .M M dt sin 2 st sin 4 I s .I r .M M tb sin 4 Người ta cũng thấy nếu mạch điện không đồng bộ một pha ở trạng thái roto đứng yên Mdt = 0 Chương 6: Khởi động và hãm máy Một moden quay khi làm việc với tốc độ thì quan hệ giữa momen và M và công suất p 60 P P M = = = 9,55. 2 .n n vong / phut Pk M =9,55. n vong / phut Đối với chuyển động quay còn có momen quán tính: J = m.r 2 kg.m 2 m : khối lượng của chuyển động r : bán kính quán tính, thường được tra trong bảng số kỹ thuật, thuộc kích thước và hình dáng của chuyển động quay. Trường hợp đặc biệt vật chuyển động là tròn xoay và đồng đều thì r được tính theo đường kính quay (d) d2 r 2 = 8 Khi vật chuyển động phải thoả mãn pt cân bằng momen nghĩa là;
Mdt = Mc + M quántính (momen động) d Mqtính = J d t d Mj = Mdt – Mc = J d t M j.t Nếu Mj là hằng số thì J J. J .n tk = MJ 9,55.M J = Trong nhiều trường hợp ta có khái niệm: hằng số quán tính là tỷ số giữa động năng lúc roto ở tốc độ định mức ωdm chia cho công suất biểu kiến định mức . Trong một số thiết bị MF và Đ có cơ số khác nhau, có các hằng số quán tính khác nhau như cho trong tài liệu. Phần 2: Máy điện tổng quát Khái niệm chung: Việc nghiên cứu máy điện tổng quát nhằm xây dựng được các mô hình toán tổng quát cho các loại moden khác nhau và ở các chế độ h khác nhau. Có rất nhiều cách đi đến dạng tổng quát, nhưng để đơn giản khi xét đến các máy điện quay, người ta thường mô tả chúng dưới dạng mặt cắt dọc ngang.
Ban đầu thường giả thiết phần cực lồi đặt ở phía stato. Mặt khác các qt điện từ nói chung ở MĐ đx được lặp lại ở các đối cực từ khác nhau. Vì vậy khi nghiên cứu máy điện người ta chỉ nghiên cứu ở một đôi cực từ. Các dq ở cả hai phía thường được đặt ở các rãnh lõi thép hoặc tập trung ở cực từ và được phân chia thành 3 loại sau: a) Dq tập trung, quận dây, bối dây b) Dây quấn nhiều pha c) Dây quấn được nối với nhau qua các phiến góp Thí dụ: Khi xem xet dây quấn lồng sóc, có nhiều trường hợp coi là dây quấn nhiều pha, cũng có nhiều trường hợp coi là dây quấn tập trung. Khi nghiên cứu quá trình biến đổi điện cơ và thành lập mô hình toán học cho máy điện, người ta quan tâm nhất đến vùng khe hở không khí stato và roto. 2.2 Mô tả chung moden quay: Môden một chiều có dây quấn phần cảm đặt ở stato Q D
Uq Ud Φ i Ứng dụng chỉ xuất hiện khi chổi than không nằm ở trung tính hình học.Mô tả trên chỉ khác với thực tế là: giữa dây quấn ngang trục phần ứng và dọc trục phẩn cảm ở mô tả không có hỗ cảm; chúng không có hỗ cảm với nhau, nhưng chúng lại có hỗ cảm quay với nhau.Vì vậy ở các moden quay thường có kn về sdd BA và ……… Máy điện xoay chiều – máy điện đồng bộ thì các day quấn thường được mô tả bằng dây quấn dọc trục và ngang trục ở phần tĩnh còn ở phần quay ban đầu thường được mô tả bằng dây quấn 3 pha
2.3 Xét trường hợp các dây quấn của máy biến áp: Mặc dù Máy biến áp không có phần chuyển động và biến đổi năng lượng không giống với Máy điện quay nhưng các pt cân bằng điện ở Máy biến áp có thể dùng để nghiên cứu cho Máy điện quay. Xét trường hợp: 2 dây quấn có hỗ cảm nhau (A và B) A B Φa Φb Φ
ua 2.4 Sức điện động biến áp và sức điện động quay: Ta đã biết theo luật cảm ứng điện từ thì sức điện động cảm ứng xuất hiện trong vật dẫn khi xảy ra một trong 2 điều kiện sau: Khi có từ thông móc vòng biến thiên d4 e = dt Có chuyển động tương đối giữa từ trường và vật dẫn ở MĐ nếu môtả dây quấn gồm 2 loại: dọc trục và ngang trục thì chỉ có dây quấn cùng trục mới có sức điện động biến áp. Còn sức điện động cảm ứng ở phần quay chỉ xuất hiện khi cảm ứng của từ trường khác trục Sức điện động biến áp sẽ xuất hiện ở các dây cuốn cùng trục Sđđ quay chỉ cảm ứng giữa dq phần ứng của một trục với dq trục khác Bài Tập 1 Tính thời gian kđộng ĐKĐB Biết MJ = (740 – 2n) ; n là vòng/phút J = 100 kg/m2 J J .n J .n Ta có tk = = 9,55.M tk = MJ J 9,55. 740 2n Giả thiết tại n = 370 là điểm làm việc ổn định n 0 37 2x37 ….. 10x37 MJ 740 0
Bài tập 2: Viết công thức tính momen trung bình của Máy điện có 2 kích từ. Hãy xác định giá trị momen trung bình cực đại khi biết biên độ hỗ cảm M = 1 Henry, Is = 0,75Ir. Hỏi đó là trường hợp nào. 2.5 Một số phương pháp phân tích Máy điện: Quá độ và xác lập Chế độ xác lập là chế độ mà ở đó sự biến thiên của dòng và áp đã xác lập và giống biến thiên của nguồn. Khi có sự biến động nào đó (R,L,G,E,M) thì các đại lượng khác (i , u)cũng thay đổi theo nhưng ở hệ chúng ta nc có quán tính, ..có những ptử điện cảm và điện dung nên các TS dòng áp thường không đột biến được, phải cần khoảng (t) nhất định để chuyển từ chế độ xác lập cũ sang xác lập mới. Ở chế độ quá độ thì biến đổi dòng áp không còn giống nguồn với MĐTQ, người ta tìm cách để xây dựng hệ phương trình liên thông thoả mãn cả quá trình xác lập và quá trình quá độ. Các phương trình cân bằng: Bao gồm các phương trình viết theo định luật k1 và k2 cũng như các phương trình cân bằng momen. Ở Máy điện tổng quát, người ta thường phân tích một mạch điện phức tạp thành nhiều mạch điện mà ở đó chỉ có 1 vòng, chỉ có phương trình cân bằng, áp viết theo k2. Trong phương trình đó các tp u và e sẽ bao gồm: a) Nguồn (u/e) b) Điện áp trên điện trở c) Số điện động tự cảm d) Số điện động hỗ cảm biến áp ( hằng số hỗ cảm) e) Số điện động hỗ cảm quay ( , hệ số hỗ cảm quay) Momen:
a. Các loại momen cơ; nguồn , tải d b. Momen động J d1 c. Các loại khác Sau khi đã tìm được momen, tốc độ, dòng điện, điện áp thì ta tìm được c.s cơ, NL cơ, CS điện, NL điện và cũng suy ra CS dự trữ khác. Các dạng bài toán và phương pháp giải: Như đã biết muốn giải 1 bài toán MĐ, thực chất là phải tìm được các đại lượng về momen, tốc độ, dòng điện và điện áp.Thông thường dòng và áp có quan hệ riêng với nhau, nghĩa là biết đại lượng này đại lượng khác cho nên nếu có n dây quấn thì bài toán chỉ cần tìm n ẩn (hoặc i ; hoặc u) n dây quấn n ẩn (i/u) tốc độ n: (M hoặc đã biết, hoặc n) (n +1) ẩn số : n pt theo k2 1 pt cân bằng momen Bảng 5.1. Phân loại các bài toán Máy điện thường gặp (75) Với n chưa biết: Dạng bài toán phức tạp khi giải thường tính đến khả năng dao động ổn định hay không. Hệ pt là vi phân phi tuyến phải giải bằng phương pháp gần đúng, nhưng là hàm của (t). Tốc độ biến đổi hay gặp nhất là biến động nhỏ và dao động nhỏ. 2.6 Mô hình tổng quát của MĐ 1 chiều Thông thường 1 Máy điện 1 chiều tối đa được mô tả bằng các dây quấn như trên hình vẽ.
dọc trục Wt U Wud Wb Wcp Wuq Nó gồm các dây quấn ;kích từ; dây quấn cực phụ; dây quấn bù;… ở phần tĩnh và dây quấn phần ứng ở phần động. Các dây quấn này theo cấu tạo của máy đã hình thành dạng đặt ở 2 trục vuông góc. Vì vậy để đơn giản người ta thường dùng 1 mô hình tổng quát gồm các dây quấn đặt trên 2 trục vuông góc thường được kẻ lại ở trục dọc có : dây quấn kích từ nt song song dây quấn phần ứng Wưd Ngang trục cũng gồm: Dây quấn kích từ Wg Dây quấn cực phụ Wcp Dây quấn bù Wb Dây quấn phần ứng ngang trục Wưq Máy cs nhỏ : không làm Wcp ; Wb chỉ cần dịch chổi than khỏi trung tính hình học để khử phản ứng phụ M cs lớn : Wcp để cải thiện đổi chiều. Wb để bù hình sin Vì vậy, khi viết các pt cb điện áp cho Máy điện, người ta thấy ở dây quấn kích từ sẽ có các thành phần điện áp là tự cảm và hỗ cảm biến áp; R; nguồn.