Giáo trình điện - Chương 4: Đổi chiều dòng điện

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

Thêm vào BST

Báo xấu

124
lượt xem 53
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'giáo trình điện - chương 4: đổi chiều dòng điện', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình điện - Chương 4: Đổi chiều dòng điện

Ch−¬ng 4 §æi chiÒu dßng ®iÖn 4-1. §¹i c−¬ng Nh− ®· tr×nh bµy ë ch−¬ng 2, khi chuyÓn ®éng trong tõ tr−êng cña mét cùc tõ, mçi phÇn tö cña d©y quÊn phÇn øng thuéc vµo mét nh¸nh song song vµ dßng ®iÖn i− trong nã cã chiÒu nhÊt ®Þnh. Lóc c¸c c¹nh cña phÇn tö ®i vµo vïng trung tÝnh th× phÇn tö bÞ chæi than nèi ng¾n m¹ch, dßng ®iÖn trong phÇn tö thay ®æi ®Ó sau ®ã khi phÇn tö b−íc sang ranh giíi cña cùc kÕ tiÕp vµ chuyÓn sang nh¸nh song song kh¸c, dßng ®iÖn trong nã cã chiÒu ng−îc l¹i - i− (h×nh 4-1). Qu¸ tr×nh ®æi chiÒu cña dßng ®iÖn khi phÇn tö di ®éng trong vïng trung tÝnh vµ bÞ chæi than nèi ng¾n m¹ch ®−îc gäi lµ sù ®æi chiÒu. a b c a b c a b c i i− i i− i− i− i− i− i− i− i− i− A B i1 i2 i1 i2 i1 i2 1 2 3 1 2 3 1 2 3 2i− 2i− 2i− t = T®c t=0 o < t < T®c a) c) b) H×nh 4-1. Qu¸ tr×nh ®æi chiÒu §Ó cã kh¸i niÖm cô thÓ, h×nh 4-1 tr×nh bµy qu¸ tr×nh ®æi chiÒu dßng ®iÖn trong phÇn tö b cña d©y quÊn xÕp ®¬n. Ta thÊy khi chæi than phñ hoµn toµn lªn phiÕn gãp 1 (h×nh 4-1a) dßng ®iÖn trong phÇn tö b gi¶ sö cã chiÒu + i−. Khi chæi than hoµn toµn t¸ch khái phiÕn gãp 1 (h×nh 4-1c) th× dßng ®iÖn trong phÇn tö b cã chiÒu ng−îc l¹i (-i−). ë c¸c vÞ trÝ trung gian, chæi than tiÕp xóc víi c¶ hai phiÕn ®æi chiÒu 1 vµ 2 khiÕn cho phÇn tö bÞ nèi t¾t vµ dßng ®iÖn trong nã biÕn ®æi theo nh÷ng quy luËt nhÊt ®Þnh, phô thuéc vµo qu¸ tr×nh qu¸ ®é ®iÖn tõ x¶y ra trong vµ xung quanh phÇn tö ®æi chiÒu. Qu¸ tr×nh ®æi chiÒu cña dßng ®iÖn trong mçi phÇn tö tån t¹i trong mét thêi gian rÊt ng¾n. Kho¶ng thêi gian ®Ó dßng ®iÖn hoµn thµnh viÖc ®æi chiÒu gäi lµ chu kú ®æi chiÒu, ký hiÖu T®c. §ã lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó vµnh gãp quay ®i mét gãc t−¬ng øng víi chiÒu réng cña chæi ®iÖn, nghÜa lµ: bc T®c = (4-1) vG trong ®ã: vG - lµ tèc ®é dµi cña vµnh gãp; bc - chiÒu réng cña chæi than. πDG NÕu chóng ta ký hiÖu: DG - ®−êng kÝnh cña vµnh gãp; bG = - b−íc vµnh gãp; G G - sè phiÕn gãp; β G = b c vµ biÕt r»ng tèc ®é dµi cña vµnh gãp lµ: bG 32
vG = πDGn = bG.G.n (4-2) trong ®ã n lµ tèc ®é quay cña vµnh gãp, th× chu kú ®æi chiÒu ë d©y quÊn xÕp ®¬n (h×nh 4-1) cã d¹ng: 1 Tdc = β G (4-3a) G.n ë lo¹i d©y quÊn xÕp phøc t¹p (môc 2.3) cã b−íc vµnh gãp yG = m (m ≠ 1), gi÷a ®Çu vµ cuèi cña mçi phÇn tö cã (m - 1) phiÕn gãp. Nh− vËy phÇn tö sÏ bÞ chæi than nèi ng¾n m¹ch trong kho¶ng thêi gian ®Ó vµnh gãp quay ®i mét cung bc - (m - 1)bG, do ®ã: bc − (m − 1)bG Tdc = vG a Thay bc = βG.bG, m = vµ vG ë biÓu thøc (4-2) ta sÏ thu ®−îc: p ⎛a ⎞ β G − ⎜ − 1⎟ ⎜p ⎟ ⎝ ⎠ Tdc = (4-3b) G.n a = 1 nªn biÓu thøc (4-3b) sÏ cã d¹ng nh− biÓu thøc Râ rµng ë d©y quÊn xÕp ®¬n p (4-3a). Khi m¸y ®iÖn lµm viÖc, c¸c phÇn tö liªn tiÕp tiÕn hµnh ®æi chiÒu vµ trong thùc tÕ T®c ≈ 0,001s nªn qu¸ tr×nh ®æi chiÒu diÔn ra tuÇn hoµn víi tÇn sè 1000 ÷ 3000 Hz. ViÖc ®æi chiÒu cã thuËn lîi hay kh«ng, nãi c¸ch kh¸c lµ chÊt l−îng cña sù ®æi chiÒu phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè c¬ vµ ®iÖn tõ. Sù ®æi chiÒu kÐm chÊt l−îng ®−îc biÓu hiÖn bªn ngoµi bëi sù h×nh thµnh tia löa ®iÖn trªn bÒ mÆt vµnh gãp vµ d−íi chæi than. Tiªu chuÈn Nhµ n−íc quy ®Þnh c¸c cÊp tia löa tr×nh bµy nh− ë b¶ng 4-1. B¶ng 4-1. CÊp tia löa cña m¸y ®iÖn CÊp tia löa §Æc ®iÓm T×nh tr¹ng chæi ®iÖn vµ vµnh gãp 1 Kh«ng cã tia löa Kh«ng cã vÕt trªn vµnh gãp vµ 1 §èm löa yÕu ë mét phÇn chæi than muéi than trªn c¸c chæi 1 4 1 Tia löa yÕu ë phÇn lín chæi than Cã vÕt trªn vµnh gãp nh−ng cã thÓ 1 chïi s¹ch b»ng dÇu, x¨ng. 2 Cã muéi trªn chæi. 2 Tia löa ë toµn bé chæi than chØ cho Cã vÕt trªn vµnh gãp kh«ng thÓ phÐp ®èi víi t¶i xung hoÆc qu¸ t¶i chïi s¹ch b»ng dÇu x¨ng vµ cã ng¾n h¹n. muéi than trªn c¸c chæi. 3 Tia löa m¹nh vung ra ë toµn bé VÕt ®Ëm trªn vµnh gãp kh«ng thÓ chæi than. ChØ cho phÐp lóc më chïi s¹ch b»ng x¨ng dÇu, ch¸y m¸y trùc tiÕp víi ®iÒu kiÖn sau ®ã hoÆc háng chæi ®iÖn. vµnh gãp vµ chæi than vÉn ë tr¹ng th¸i b×nh th−êng, cã thÓ tiÕp tôc lµm viÖc ®−îc. 33
4-2. Qu¸ tr×nh ®æi chiÒu 4.2.1. Ph−¬ng tr×nh dßng ®iÖn §Ó thÊy râ quy luËt biÕn ®æi cña dßng ®iÖn trong phÇn tö ®æi chiÒu vµ nguyªn nh©n chñ yÕu ph¸t sinh tia löa, tõ ®ã nªu ra biÖn ph¸p c¶i thiÖn ®æi chiÒu, ta h·y nghiªn cøu quy luËt ®æi chiÒu x¶y ra ë phÇn tö cña d©y quÊn xÕp ®¬n trªn h×nh 4-1b. BiÓu thøc cña dßng ®iÖn trong bèi d©y ®æi chiÒu cã thÓ suy ra tõ c¸c ®Þnh luËt Kirhhoff viÕt cho bèi d©y ®ã. Theo ®Þnh luËt Kirhhoff thø hai viÕt cho m¹ch vßng cña bèi ®æi chiÒu ta cã: i.rpt + i1(rd + rtx1) - i2(rd + rtx2) = Σe (4-4) trong ®ã: i - dßng ®iÖn ch¹y trong phÇn tö ®æi chiÒu (phÇn tö b trªn h×nh 4-1); i1 , i2 - dßng ®iÖn ch¹y trªn c¸c d©y nèi víi c¸c phiÕn ®æi chiÒu 1 vµ 2; rtx1 , rtx2 - lµ c¸c ®iÖn trë tiÕp xóc gi÷a chæi than víi c¸c phiÕn ®æi chiÒu 1 vµ 2; rpt, rd - lµ ®iÖn trë cña phÇn tö, ®iÖn trë cña d©y nèi Σe - tæng c¸c s.®.®. c¶m øng sinh ra trong phÇn tö ®æi chiÒu, bao gåm: 1. S.®.®. tù c¶m eL g©y ra do sù biÕn ®æi cña dßng ®iÖn i trong phÇn tö ®æi chiÒu. 2. S.®.®. hç c¶m eM sinh ra do ¶nh h−ëng cña sù ®æi chiÒu ®ång thêi cña c¸c phÇn tö kh¸c n»m trong cïng mét r·nh. 3. S.®.®. ®æi chiÒu e®c sinh ra khi phÇn tö ®æi chiÒu chuyÓn ®éng trong tõ tr−êng tæng hîp t¹i vïng trung tÝnh. Tõ tr−êng nµy do cùc tõ phô vµ ph¶n øng phÇn øng t¹o thµnh. C¸c s.®.®. eL vµ eM cã t¸c dông nh− nhau ®èi víi qu¸ tr×nh ®æi chiÒu vµ tæng cña chóng ®−îc gäi lµ s.®.®. ph¶n kh¸ng: epk = eL + eM. §Ó qu¸ tr×nh ®æi chiÒu tiÕn hµnh ®−îc thuËn lîi, s.®.®. ®æi chiÒu e®c ph¶i lu«n lu«n ng−îc chiÒu víi epk nãi trªn. Tuú theo quan hÖ gi÷a hai lo¹i s.®.®. ®ã, tÝnh chÊt cña qu¸ tr×nh ®ã sÏ ®−îc tr×nh bµy ë phÇn sau. Theo ®Þnh luËt Kirhhoff thø nhÊt, cã thÓ viÕt ph−¬ng tr×nh dßng ®iÖn lÇn l−ît t¹i c¸c ®iÓm nót A vµ B (h×nh 4-1b) nh− sau: iu + i − i1 = 0 ⎫ ⎬ (4-5) iu − i − i 2 = 0 ⎭ Trªn thùc tÕ rtx1, rtx2 kh«ng nh÷ng phô thuéc vµo i1, i2 vµ thêi gian mµ cßn phô thuéc vµo sù ®èt nãng cña chæi than vµ phiÕn ®æi chiÒu vµ c¶ hiÖn t−îng ®iÖn ph©n d−íi mÆt chæi n÷a. H¬n n÷a tæng c¸c s.®.®. Σe còng khã x¸c ®Þnh ®−îc chÝnh x¸c nªn d−íi ®©y ta chØ xÐt vÊn ®Ò ë møc ®é gÇn ®óng. Víi gi¶ thiÕt rpt = rd = 0, thay trÞ sè cña i1 vµ i2 theo (4-5) vµo (4-4) ta ®−îc: ∑e rtx 2 − rtx1 i= i u, + (4-6) rtx1 + rtx 2 rtx1 + rtx 2 34
Sè h¹ng thø nhÊt cña biÓu thøc (4-6) lµ thµnh phÇn c¬ b¶n cña dßng ®iÖn ®æi chiÒu icb, sè h¹ng thø hai lµ thµnh phÇn phô iph. Víi gi¶ thiÕt rpt = rd = 0 th× râ rµng (rtx1 + rtx2) lµ tæng sè ®iÖn trë cña phÇn tö ®æi chiÒu khi bÞ chæi than nèi ng¾n m¹ch. V× vËy dßng ®iÖn phô iph chÝnh lµ dßng ®iÖn ng¾n m¹ch trong phÇn tö g©y nªn bëi tæng c¸c s.®.®. Σe. Gi¶ thiÕt r»ng c¸c ®iÖn trë rtx1 vµ rtx2 tØ lÖ nghÞch víi c¸c bÒ mÆt tiÕp xóc Stx1 vµ Stx2 gi÷a chæi than víi c¸c phiÕn ®æi chiÒu 1 vµ 2. NÕu cho r»ng qu¸ tr×nh ®æi chiÒu b¾t ®Çu khi t = 0 vµ kÕt thóc khi t = T®c víi ®iÒu kiÖn bc = bG th×: Tdc − t Stx1 = (4-7) S Tdc t Stx 2 = (4-8) S Tdc trong ®ã: S lµ bÒ mÆt tiÕp xóc toµn phÇn gi÷a chèi than vµ phiÕn gãp. Gäi ®iÖn trë tiÕp xóc toµn phÇn øng víi mÆt tiÕp xóc toµn phÇn lµ rtx, ta cã: S T rtx1 = rtx = dc rtx (4-9a) Tdc − t Stx1 S T rtx 2 = rtx = dc rtx (4-9b) Stx 2 t Thay c¸c trÞ sè rtx1 vµ rtx2 võa t×m ®−îc vµo (4-6) ta cã quan hÖ gi÷a dßng ®iÖn i trong phÇn tö ®æi chiÒu vµ thêi gian t nh− sau: ⎟iu , + ∑ ⎛ ⎞ 2t e i = ⎜1 − (4-10a) ⎜T ⎟ ⎝ ⎠ rn dc 2 Tdc rn = rtx1 + rtx 2 = trong ®ã: (4-10b) rtx t (Tdc − t ) 4.2.2. X¸c ®Þnh c¸c s.®.®. trong phÇn tö ®æi chiÒu §Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn ®æi chiÒu b×nh th−êng cña m¸y, khi thiÕt kÕ cÇn ph¶i x¸c ®Þnh c¸c s.®.®. sinh ra trong phÇn tö ®æi chiÒu ®Ó giíi h¹n chóng trong mét ph¹m vi nhÊt ®Þnh. D−íi ®©y ta sÏ lÇn l−ît tÝnh c¸c s.®.®. ®ã. a. S.®.®. tù c¶m eL S.®.®. tù c¶m eL cã d¹ng: di eL = − L (4-11) dt trong ®ã: L - hÖ sè tù c¶m cña phÇn tö. di < 0 , do ®ã V× qua qu¸ tr×nh ®æi chiÒu, dßng ®iÖn biÕn ®æi tõ + i− ®Õn - i− nªn dt eL > 0 vµ lµm cho sù thay ®æi cña dßng ®iÖn trong phÇn tö chËm dÇn. Gi¸ trÞ trung b×nh cña s.®.®. tù c¶m trong chu kú ®æi chiÒu lµ: 35
2 Li u , e Ltb = (4-12) Tdc b. S.®.®. hç c¶m eM Cïng mét lóc víi sù ®æi chiÒu dßng ®iÖn trong phÇn tö ®ang xÐt, sù ®æi chiÒu còng x¶y ra ë mét sè phÇn tö kh¸c. ë d©y quÊn xÕp ®¬n hai líp b−íc ®ñ, sù ®æi chiÒu x¶y ra ®ång thêi trong c¸c c¹nh t¸c dông cïng n»m trong mét r·nh. H¬n n÷a, th−êng bc > bG vµ c¸c chæi than nèi ng¾n m¹ch vµi phÇn tö liªn tiÕp nhau cã c¹nh n»m trong mét r·nh, nªn c¸c phÇn tö cïng tham gia ®æi chiÒu ®ã cã sù liªn hÖ hç c¶m rÊt m¹nh. V× vËy trong phÇn tö tham gia ®æi chiÒu ®ang xÐt, ngoµi s.®.®. tù c¶m cßn cã s.®.®. hç c¶m: di n n n n eM = Σ eM = − Σ M n (4-13) 1 1 dt trong ®ã: Mn - hÖ sè hç c¶m gi÷a phÇn tö ®ang xÐt víi phÇn tö thø n; in - dßng ®iÖn trong bèi thø n. S.®.®. hç c¶m eM còng cã t¸c dông ®èi víi qu¸ tr×nh ®æi chiÒu gièng nh− s.®.®. tù c¶m eL. TrÞ sè trung b×nh cña s.®.®. hç c¶m b»ng: 2iu , e Mtb = ΣM n (4-14) T dc c. S.®.®. ph¶n kh¸ng V× eL vµ eM cã tÝnh chÊt gièng nhau (®Òu lµm chËm qu¸ tr×nh ®æi chiÒu) nªn tæng cña chóng gäi lµ s.®.®. ph¶n kh¸ng epk. S.®.®. ph¶n kh¸ng trung b×nh b»ng: epktb = eLtb + eMtb (4-15) d. S.®.®. ®æi chiÒu e®c Gäi B®c lµ tõ c¶m tæng hîp cña tõ tr−êng cùc tõ phô vµ tõ tr−êng cña phÇn øng t¹i vïng trung tÝnh (cßn gäi lµ tõ c¶m ®æi chiÒu) th× biÓu thøc s.®.®. ®æi chiÒu do tõ c¶m nµy sinh ra b»ng: e®c = 2B®c.ws.l®c. v− (4-16) trong ®ã: l®c lµ chiÒu dµi cña thanh dÉn c¾t ®−êng søc cña tõ tr−êng ®æi chiÒu; ws - sè vßng d©y cña bèi ®æi chiÒu; v− - tèc ®é dµi cña phÇn øng. ChiÒu cña s.®.®. ®æi chiÒu phô thuéc vµo chiÒu cña tõ tr−êng ®æi chiÒu vµ chiÒu quay cña phÇn øng vµ ®−îc x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay ph¶i. V× vËy mµ e®c cã thÓ cïng chiÒu hoÆc ng−îc chiÒu víi epk. 4.2.3. C¸c lo¹i ®æi chiÒu a. §æi chiÒu ®−êng th¼ng Gi¶ sö s.®.®. ®æi chiÒu e®c c¶m øng trong phÇn tö ®æi chiÒu do t¸c dông cña c¸c tõ tr−êng tæng hîp t¹i vïng trung tÝnh triÖt tiªu ®−îc hoµn toµn s.®.®. ph¶n kh¸ng epk, nghÜa lµ Σe = 0, th× dßng ®iÖn phô trong phÇn tö ®æi chiÒu b»ng kh«ng vµ tõ ph−¬ng tr×nh (4-10a) ta cã: 36
⎛ ⎞ 2t i = ⎜1 − ⎟i u (4-17) i ⎜T ⎟ ⎝ ⎠ dc α2 §−êng biÓu diÔn cña dßng ®iÖn i theo i2 = i− - i thêi gian t lµ mét ®−êng th¼ng (h×nh 4-2) vµ i− ®æi chiÒu mang tªn lµ ®æi chiÒu ®−êng i t th¼ng. 0 Khi ®æi chiÒu ®−êng th¼ng, mËt ®é dßng ®iÖn ë bÒ mÆt tiÕp xóc phÝa ®i ra vµ -i− i1 = i− + i t phÝa ®i vµo cña chæi than b»ng: α1 Tdc i J1 = 1 = i1 T®c S tx1 (Tdc − t ) S T i2 J2 = = dc i2 (4-18) H×nh 4-2. §æi chiÒu ®−êng th¼ng S tx 2 S.t Tõ h×nh 4-2 ta thÊy: i i1 = tgα 1 vµ 2 = tgα 2 . Tdc − t t V× α1 = α2 nªn tgα1 = tgα2 do ®ã trong suèt qu¸ tr×nh ®æi chiÒu J1 = J2 = Cte vµ qu¸ tr×nh ®æi chiÒu ®−îc tiÕn hµnh thuËn lîi (kh«ng ph¸t sinh tia löa). b. §æi chiÒu ®−êng cong Trªn thùc tÕ c¸c s.®.®. epk vµ e®c trong phÇn tö ®æi chiÒu kh«ng hoµn toµn triÖt tiªu ∑e . nhau, nghÜa lµ Σe ≠ 0 vµ trong bèi ®æi chiÒu sÏ xuÊt hiÖn dßng ®iÖn phô iph = rn Dßng ®iÖn phô iph céng víi dßng ®iÖn c¬ b¶n icb lµm cho quan hÖ i = f(t) kh«ng cßn ®−êng th¼ng n÷a vµ ta cã ®æi chiÒu ®−êng cong. Gi¶ sö ®iÖn trë tiÕp xóc toµn phÇn rtx kh«ng ®æi, tõ biÓu thøc (4-10b) ta thÊy r»ng trong qu¸ tr×nh ®æi chiÒu (tõ t = 0 ®Õn t = T®c) sù biÕn ®æi cña rn thay ®æi cã d¹ng nh− ®−êng cong 1 trªn h×nh 4-3. NÕu epk > e®c nghÜa lµ Σe > 0 vµ coi Σe = Cte r, iph th× dßng ®iÖn phô iph biÕn thiªn theo ®−êng cong 2 rn trªn h×nh 4-3 vµ dßng ®iÖn ®æi chiÒu i = icb + iph 1 thay ®æi theo d¹ng ®−êng cong trªn h×nh 4-4. Tr−êng hîp nµy ®æi chiÒu mang tÝnh chÊt tr× ho·n, iph (∑e>0) 2 nghÜa lµ dßng ®iÖn ®æi chiÒu i thay ®æi chËm h¼n so víi khi ®æi chiÒu ®−êng th¼ng. Së dÜ cã sù tr× t 3 ho·n ®ã lµ do t¸c dông cña s.®.® ph¶n kh¸ng epk iph (∑e α2 , do ®ã J1 > J2. H×nh 4-3 Nh− vËy, trong tr−êng hîp ®æi chiÒu tr× ho·n tia Dßng ®iÖn phô khi ®æi chiÒu löa th−êng xuÊt hiÖn ë ®Çu ra cña chæi than khi phÇn tö ra khái t×nh tr¹ng bÞ chæi than nèi ng¾n m¹ch. Sù xuÊt hiÖn tia löa nµy cã thÓ gi¶i thÝch nh− sau: do hiÖn t−îng ®iÖn ho¸ vµ nhiÖt ë bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a chæi than vµ 37
phiÕn ®æi chiÒu, nªn lóc qu¸ tr×nh ®æi chiÒu kÕt thóc, ®iÖn trë tiÕp xóc rtx1 trong biÓu thøc (4-9a) kh«ng ph¶i lµ v« cïng lín mµ cã mét trÞ sè nhÊt ®Þnh, kÕt qu¶ lµ lóc t = T®c dßng ®iÖn phô iph ≠ 0 vµ trong tõ tr−êng cña phÇn tö ®æi chiÒu tÝch luü mét n¨ng l−îng ®¸ng kÓ 1 Li ph . Khi phÇn tö ®æi chiÒu ra khái t×nh tr¹ng bÞ chæi than nèi ng¾n m¹ch, sù 2 2 xuÊt hiÖn tia löa chÝnh lµ hËu qu¶ cña viÖc gi¶i phãng n¨ng l−îng ®iÖn tõ ®ã mét c¸ch ®ét ngét, t−¬ng tù nh− khi dïng cÇu dao c¾t m¹ch ®iÖn cã r vµ L. i i α2 α2 i2 i− i− i2 i t t 0i 0 i1 - i− - i− t t i1 α1 α1 T®c T®c H×nh 4-4 H×nh 4-5 §æi chiÒu cã tÝnh chÊt tr× ho·n §æi chiÒu cã tÝnh chÊt v−ît tr−íc NÕu epk < e®c, hay Σe < 0 th× dßng ®iÖn iph ®æi dÊu so víi khi Σe > 0 vµ cã d¹ng nh− ®−êng cong 3 ë h×nh 4-3. §−êng biÓu diÔn dßng ®iÖn ®æi chiÒu i t−¬ng øng ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 4-5 vµ sù ®æi chiÒu mang tÝnh chÊt v−ît tr−íc. Khi ®æi chiÒu v−ît tr−íc α1 < α2, do ®ã J1 < J2 vµ cã hiÖn t−îng phãng tia löa ë ®Çu vµo cña chæi than t−¬ng tù nh− khi ®ãng cÇu dao khÐp m¹ch ®iÖn. Trªn thùc tÕ hiÖn t−îng phãng tia löa nµy rÊt yÕu. ë giai ®o¹n cuèi cña qu¸ tr×nh ®æi chiÒu v−ît tr−íc i1 vµ J1 rÊt nhá nªn phÇn tö ®æi chiÒu ra khái t×nh tr¹ng bÞ chæi than nèi ng¾n m¹ch mét c¸ch nhÑ nhµng vµ thuËn lîi. 4-3. Nguyªn nh©n ph¸t sinh ra tia löa vµ c¸c biÖn ph¸p c¶i thiÖn ®æi chiÒu 4.3.1. Nguyªn nh©n ph¸t sinh tia löa Tia löa sinh ra d−íi chæi than cã thÓ do nh÷ng nguyªn nh©n c¬ hoÆc nguyªn nh©n ®iÖn tõ. Nh÷ng nguyªn nh©n vÒ c¬ cã thÓ lµ: vµnh gãp kh«ng ®ång t©m víi trôc, sù c©n b»ng bé phËn quay kh«ng tèt, bÒ mÆt vµnh gãp kh«ng ph¼ng, lùc Ðp trªn chæi than kh«ng thÝch hîp, chæi than bÞ kÑt trong hép, hép chæi than kh«ng ®−îc gi÷ chÆt hay ®Æt kh«ng ®óng vÞ trÝ v.v... Nguyªn nh©n ®iÖn tõ lµ do s.®.®. ®æi chiÒu kh«ng triÖt tiªu ®−îc s.®.®. ph¶n kh¸ng trong phÇn tö ®æi chiÒu. Ngoµi ra cßn ph¶i kÓ ®Õn sù ph©n bè kh«ng ®Òu cña mËt ®é dßng ®iÖn trªn bÒ mÆt tiÕp xóc vµ quan hÖ phi tuyÕn cña ®iÖn trë tiÕp xóc Rtx = f(t, θ )trong ®ã θ lµ th«ng sè ®Æc tr−ng cho t¸c dông nhiÖt vµ hiÖn t−îng ®iÖn ph©n d−íi chæi than. 38
Khi sù ®æi chiÒu bÞ rèi lo¹n phÝa sau chæi than phãng ra tia löa m·nh liÖt. Chïm tia löa nµy khi t¾t ®Ó l¹i mét vïng ion ho¸, ®©y chÝnh lµ ®iÒu kiÖn tèt ®Ó chïm tia löa sau ®ã sinh ra cµng m¹nh h¬n nÕu nguyªn nh©n g©y ra rèi lo¹n ch−a bÞ lo¹i trõ. ë møc ®é ¸c liÖt, c¸c chïm löa cµng dµi ra vµ nèi tõ chæi nµy sang chæi kh¸c t¹o thµnh vßng löa trªn mÆt vµnh gãp. Vßng löa xuÊt hiÖn khi dßng ®iÖn trong phÇn øng t¨ng lªn qu¸ ®Þnh møc (qu¸ t¶i, ng¾n m¹ch). §Ó chèng l¹i vßng löa ph¶i dïng d©y quÊn bï vµ trang bÞ m¸y c¾t cùc nhanh kÞp thêi c¾t m¹ch ngay sau khi x¶y ra sù cè (0,05 ÷ 0,1s). CÇn chó ý r»ng qu¸ tr×nh ®æi chiÒu diÔn ra tuÇn hoµn vµ sinh ra dao ®éng ®iÖn tõ víi cp + cp - tÇn sè kho¶ng 1000 ÷ 3000 Hz. NÕu m¸y ®−îc sö dông vµo lÜnh vùc v« tuyÕn ®iÖn, sù ®¸nh löa d−íi chæi than víi tÇn sè Êy sÏ g©y nhiÔu trong hÖ thèng v« tuyÕn. §Ó chèng sù nhiÔu lo¹n Êy ng−êi ta chia nh÷ng cuén d©y H×nh 4-6. Chèng nhiÔu v« tuyÕn ®iÖn nèi tiÕp víi phÇn øng, trong ®ã cã c¸c cuén d©y cùc tõ phô thµnh hai phÇn vµ nèi ®èi xøng víi phÇn øng nh− ë h×nh 4-6. Ngoµi ra gi÷a c¸c chæi than vµ th©n m¸y cßn nèi nh÷ng tô ®Ó t¹o ®−êng tho¸t cho c¸c dao ®éng tÇn sè cao t¹i c¸c ®Çu ra cña m¸y. 4.3.2. C¸c ph−¬ng ph¸p c¶i thiÖn ®æi chiÒu §Ó t¹o ®iÒu kiÖn tèt cho sù ®æi chiÒu, tr−íc hÕt ph¶i gi÷ ®óng nh÷ng quy ®Þnh vÒ tr¹ng th¸i cña vµnh gãp vµ c¬ cÊu gi÷ chæi than ®Ó lo¹i trõ nh÷ng nguyªn nh©n vÒ c¬ sinh ra tia löa. Sau ®©y lµ nh÷ng biÖn ph¸p c¶i thiÖn ®æi chiÒu dùa vµo khuynh h−íng gi¶m dßng ®iÖn phô ch¹y trong phÇn tö ®æi chiÒu. a. §Æt cùc tõ phô BiÖn ph¸p c¬ b¶n ®Ó c¶i thiÖn ®æi chiÒu trong c¸c m¸y ®iÖn mét chiÒu hiÖn ®¹i lµ t¹o ra tõ tr−êng ngoµi, cßn gäi lµ tõ tr−êng ®æi chiÒu t¹i vïng trung tÝnh , b»ng c¸ch ®Æt nh÷ng cùc tõ phô gi÷a nh÷ng cùc tõ chÝnh (h×nh 3-7). S.t.®. cña cùc tõ phô Ft ph¶i cã chiÒu ng−îc víi s.t.®. ngang trôc F−q cña ph¶n øng phÇn øng vµ ph¶i cã ®é lín sao cho võa trung hoµ ®−îc ¶nh h−ëng cña F−q, võa t¹o ra ®−îc tõ tr−êng phô ®Ó sinh ra s.®.®. ®æi chiÒu e®c triÖt tiªu ®−îc s.®.®. ph¶n kh¸ng epk. §Ó ®¹t ®−îc môc ®Ých trªn, ng−êi ta bè trÝ c¸c cùc tõ phô nh− sau: cùc tõ phô ë m¸y ph¸t ®iÖn ph¶i cã cïng cùc tÝnh víi cùc tõ chÝnh mµ c¸c c¹nh cña phÇn tö d©y quÊn phÇn øng t¹i cùc tõ phô s¾p quay tíi (h×nh 3-7). ë ®éng c¬ ®iÖn cùc tÝnh sÏ ng−îc l¹i. Nh− ®· biÕt, s.®.®. ph¶n kh¸ng epk = (eL + eM) ≡ I− vµ s.®.®. ®æi chiÒu e®c ≡ B®c (theo biÓu thøc 4-16) nªn ®Ó cùc tõ phô ph¸t huy t¸c dông th× ®iÒu kiÖn c¬ b¶n lµ B®c ≡ I− . Muèn vËy d©y quÊn cùc tõ phô ph¶i ®−îc nèi nèi tiÕp víi d©y quÊn phÇn øng vµ dßng ®iÖn t¶i I− chØ ®−îc thay ®æi trong ph¹m vi khiÕn cho m¹ch tõ cña cùc tõ phô kh«ng b·o hoµ. Trªn thùc tÕ kh«ng thÓ ®¹t ®−îc ®iÒu kiÖn B®c ≡ I− ë nhiÒu t¶i kh¸c nhau, do ®ã kh«ng thÓ ®¹t ®−îc mét vïng ®æi chiÒu ®−êng th¼ng. V× vËy ë nh÷ng m¸y ®iÖn lµm viÖc ë chÕ ®é th−êng bÞ qu¸ t¶i kh«ng nÆng l¾m, ng−êi ta th−êng chÕ t¹o cuén d©y cùc tõ phô thÝch hîp sao cho khi m¸y lµm viÖc ë chÕ ®é ®Þnh møc th× sù ®æi chiÒu h¬i v−ît tr−íc (nh−ng ch−a ph¸t sinh tia löa), khi qu¸ t¶i - ®æi chiÒu ®−êng th¼ng vµ khi qu¸ t¶i nÆng - ®æi chiÒu h¬i tr× ho·n. CÊu t¹o cña cùc tõ phô ph¶i lµm sao t¹o ra ®−îc tõ tr−êng ®æi chiÒu trong kh¾p khu vùc ®æi chiÒu vµ sinh ra s.®.®. ®æi chiÒu t−¬ng øng víi s.®.®. ph¶n kh¸ng. Th−êng khe 39
hë d−íi cùc tõ phô b»ng 1,5 ÷ 2 lÇn khe hë d−íi cùc tõ chÝnh, bÒ réng cña cùc tõ phô vµo kho¶ng 0,4 ÷ 0,8 bÒ réng cña khu vùc ®æi chiÒu. Còng cÇn nãi thªm lµ cùc tõ phô chØ ®Æt ë nh÷ng m¸y cã P > 0,3 kW. Sè cùc tõ phô th−êng b»ng sè cùc tõ chÝnh, tuy nhiªn trong c¸c m¸y P < 2 ÷ 2,5 kW cã thÓ chØ ®Æt mét nöa sè cùc tõ phô lµ ®ñ. ë m¸y cã cùc tõ phô th× chæi than ®−îc ®Æt cè ®Þnh trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc. b. Xª dÞch chæi than khái ®−êng trung tÝnh h×nh häc ë nh÷ng m¸y ®iÖn nhá, ®Ó thay thÕ cho t¸c dông cña cùc tõ phô, ta cã thÓ lîi dông tõ tr−êng tæng cña m¸y ®Ó t¹o ra tõ tr−êng ®æi chiÒu b»ng c¸ch xª dÞch chæi than khái ®−êng trung tÝnh h×nh häc (h×nh 4-7). Tõ h×nh 4-7 cã thÓ thÊy r»ng, ë tr−êng hîp m¸y ph¸t ®iÖn, muèn tõ tr−êng ë khu vùc ®æi chiÒu cã cùc tÝnh cña cùc tõ chÝnh mµ sau khi ®æi chiÒu c¸c c¹nh bèi d©y sÏ ®i tíi nh− ë tr−êng hîp cùc tõ phô th× ph¶i xª dÞch chæi than thuËn theo chiÒu quay cña m¸y mét gãc: β = α +γ trong ®ã: N α - gãc gi÷a c¸c ®−êng trung tÝnh h×nh Trung tÝnh häc vµ vËt lý; vËt lý γ - gãc cã trÞ sè øng víi ®iÒu kiÖn tõ F § tr−êng tæng b»ng tõ tr−êng ®æi chiÒu. Trung tÝnh h×nh häc α §èi víi ®éng c¬ ®iÖn ph¶i xª dÞch chæi γ β than ng−îc chiÒu quay cña m¸y. + V× s.®.®. ph¶n kh¸ng epk ≡ I− nªn khi t¶i thay ®æi, muèn e®c thay ®æi theo th× ph¶i xª S dÞch l¹i chæi than ®Ó thay ®æi gãc γ , ®iÒu mµ trong thùc tÕ kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc. Do ®ã ph−¬ng ph¸p xª dÞch chæi than chØ c¶i H×nh 4-7 thiÖn ®−îc ®æi chiÒu ë mét t¶i nhÊt ®Þnh. Xª dÞch chæi than khái ®−êng trung tÝnh h×nh häc ®Ó c¶i thiÖn ®æi chiÒu c. Dïng d©y quÊn bï §èi víi c¸c m¸y ®iÖn cã c«ng suÊt lín h¬n 150 kW vµ lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn t¶i thay ®æi ®ét ngét, ®Ó ng¨n ngõa hiÖn t−îng vßng löa vµ hç trî thªm cho cùc tõ phô, ng−êi ta dïng d©y quÊn bï. T¸c dông cña d©y quÊn bï lµ triÖt tiªu tõ tr−êng cña phÇn øng trong ph¹m vi d−íi mÆt cùc tõ chÝnh. KÕt qu¶ lµ tõ tr−êng cùc tõ chÝnh hÇu nh− kh«ng bÞ biÕn d¹ng. V× tõ tr−êng phÇn øng phô thuéc theo dßng ®iÖn t¶i I− nªn ®Ó cã thÓ bï ®−îc tõ tr−êng ®ã ë t¶i bÊt kú, d©y quÊn bï ®−îc m¾c nèi tiÕp víi d©y quÊn phÇn øng. Khi cã d©y quÊn bï th× s.t.®. cña cùc tõ phô ®−îc gi¶m nhá, m¹ch tõ cña nã Ýt b·o hoµ h¬n vµ hiÖu qu¶ c¶i thiÖn ®æi chiÒu sÏ t¨ng lªn. d. Nh÷ng biÖn ph¸p kh¸c §Ó gi¶m nhá dßng ®iÖn phô iph vµ do ®ã c¶i thiÖn ®æi chiÒu, tõ biÓu thøc 4-6 ta thÊy cßn cã kh¶ n¨ng t¨ng ®iÖn trë tiÕp xóc, hoÆc khi thiÕt kÕ khèng chÕ sao cho s.®.®. ph¶n kh¸ng epk ≤ 7 ÷ 10V. Nh−ng nh÷ng biÖn ph¸p ®ã khiÕn cho cÊu t¹o cña m¸y phøc t¹p vµ c«ng nghÖ chÕ t¹o khã kh¨n cho nªn kh«ng ®−îc th«ng dông vµ ta còng kh«ng ®Ò cËp ®Õn. 40
C©u hái 1. C¸c s.®.®. xuÊt hiÖn trong phÇn tö ®æi chiÒu? T¸c dông cña c¸c s.®.®. ®ã ®èi víi qu¸ tr×nh ®æi chiÒu cña dßng ®iÖn? 2. Nguyªn nh©n ph¸t sinh tia löa d−íi bÒ mÆt chæi than? 3. So s¸nh c¸c ph−¬ng ph¸p c¶i thiÖn ®æi chiÒu, hiÖu qu¶ vµ øng dông cña tõng ph−¬ng ph¸p ®ã? 4. VÏ c¸ch nèi d©y cña c¸c d©y quÊn bï vµ d©y quÊn cùc tõ phô. Bµi tËp 6. TÝnh sè vßng d©y cña cùc tõ phô cña m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu ®Ó cã thÓ ®æi chiÒu ®−êng th¼ng. Cho N = 834, I− = 50 A, a = p = 1, ws = 3, D = 24,5 cm, n = 1460 vg/ph, λ = 8,5.106 H/m, lδ = l®c = 8 cm, δp = 3 mm, kδp = 1,3. §¸p sè: wp = 118 vg 41