Ch−¬ng 10 M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu
10.1 §¹i c−¬ng.
1. M¸y ph¸t ®iÖn 1 chiÒu kÝch thÝch ®éc lËp
Gåm: m¸y ph¸t 1 chiÒu kÝch thÝch b»ng nam ch©m vÜnh cöu, chÕ t¹o víi c«ng suÊt rÊt
bÐ. M¸y ph¸t ®iÖn 1 chiÒu kÝch thÝch ®iÖn tõ, nguån kÝch thÝch chñ yÕu lÊy tõ ¾c quy, c«ng
suÊt lín, ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p dÓ dμng vμ d·i réng, h×nh 6.1a.
2. M¸y ph¸t ®iÖn 1 chiÒu tù kÝch thÝch.
- MF1C kÝch thÝch song song,
h×nh 6.1b. M¹ch kÝch thÝch nèi song
song víi m¹ch phÇn øng. Dq kÝch
thÝch cã sè vßng d©y nhiÒu, tiÕt diÖn
d©y bÐ.
- MF1C kÝch thÝch nèi tiÕp, h×nh
6.1c. Dq kÝch thÝch nèi nèi tiÕp víi dq
phÇn øng. Dq kÝch thÝch cã sè vßng
d©y Ýt, tiÕt diÖn d©y lín. H×nh 6.1 Nguyªn lý kÝch thÝch cña c¸c lo¹i
- MF1C kÝch thÝch hæn hîp, h×nh
6.1d.
10.2 C¸c ®Æc tÝnh cña m¸y ph¸t ®iÖn 1 chiÒu.
M¸y ph¸t ®iÖn 1 chiÒu cã 4 ®¹i l−îng ®Æc tr−ng lμ: U, I−, It vμ n. Trong ®ã n th−êng
®−îc gi÷ kh«ng ®æi cßn l¹i 3 ®¹i l−îng x¸c ®Þnh cho ta 5 ®−êng ®Æc tÝnh.
1) §Æc tÝnh kh«ng t¶i U0 = E = f(It) khi I = 0, n = Cte;
2) §Æc tÝnh ng¾n m¹ch In = f(It) khi U = 0, n = Cte;
3) §Æc tÝnh ngoμi U = f(I) khi It = Cte; n = Cte;
4) §Æc tÝnh ®iÒu chØnh I = f (It) khi U = Cte, n = Cte;
5) §Æc tÝnh t¶i U = f(It) khi I = Cte, n = Cte;
Trong 5 ®Æc tÝnh trªn th× ®Æc tÝnh kh«ng t¶i lμ tr−êng hîp ®Æc biÖt cña ®Æc tÝnh t¶i, khi
I = 0; §Æc tÝnh ng¾n m¹ch lμ tr−êng hîp ®Æc biÖt cña ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh khi U = 0.
§Æc tÝnh kh«ng t¶i vμ ng¾n m¹ch cña c¸c lo¹i
m¸y ph¸t 1 chiÒu c¬ b¶n gièng nhau, nªn ta xÐt
chung. C¸c ®Æc tÝnh kh¸c ta xÐt riªng cho tõng lo¹i
m¸y.
a) §Æc tÝnh kh«ng t¶i
§Ó lÊy ®Æc tÝnh kh«ng t¶i ta lμm thÝ nghiÖm
kh«ng t¶i. Lóc ®ã cÇu dao nèi víi t¶i bªn ngoμi ®Ó hë,
cho m¸y quay lªn ®Õn tèc ®é n = n®m = const. T¨ng
dÇn dßng kÝch tõ It tõ 0 ®Õn Itm lóc ®ã ®iÖn ¸p ®Çu cùc
m¸y ®¹t kho¶ng U = (1,15 - 1,25)U®m. Gi¶m It cho
®Õn lóc U = 0. Víi m¸y kÝch tõ ®éc lËp ®æi chiÒu
dßng ®iÖn kÝch tõ l¹i t¨ng vμ gi¶m theo chiÒu (-) ta
®−îc toμn bé chñ tr×nh tõ trÔ BABA'B'A nh− h×nh 6.2.
H×nh 6.2 §Æc tÝnh kh«ng
t¶i cña
M¸y ®iÖn 2 46
§o¹n OB lμ s.®.® Ed− = (2 - 3)%U®m øng víi It = 0 lμ do tõ d− g©y nªn. §−êng trung
b×nh cña chu tr×nh tõ trÔ lμ ®Æc tÝnh kh«ng t¶i cña m¸y. §©y còng chÝnh lμ ®Æc tÝnh tõ hãa
®· x¸c ®Þnh ë phÇn tÝnh to¸n tõ tr−êng kh«ng t¶i.
b) §Æc tÝnh ng¾n m¹ch
In = f(It), khi U = 0, n = Cte;
§Ó cã ®Æc tÝnh ng¾n m¹ch tÊt c¶ c¸c lo¹i m¸y ph¸t ®Òu ph¶i ®−îc kÝch tõ ®éc lËp. Nèi
ng¾n m¹ch c¸c chæi than, quay m¸y lªn tèc ®é n = n®m, ®iÒu chØnh It ta ®−îc c¸c gi¸ trÞ I
t−¬ng øng. Khi ng¾n m¹ch, E−=R−.I− v× R− rÊt bÐ nªn ®Ó I−=(1,25-1,5)I®m th× It rÊt bÐ nªn
m¹ch tõ kh«ng b¶o hßa do vËy quan hÖ I− = f(It) lμ ®−êng th¼ng. §−êng 1 m¸y ch−a khö tõ;
®−êng 2 m¸y ®· khö tõ.
c) Tam gi¸c ®Æc tÝnh.
Trªn cïng 1 trôc täa ®é vÏ c¸c ®−êng ®Æc tÝnh kh«ng t¶i (1) vμ ®Æc tÝnh ng¾n m¹ch (2),
h×nh 6.4. Tõ Inm = I®m chiÕu sang (2) vμ chiÕu xuèng trôc It, ta ®−îc It = OC. Dßng It nμy
gåm 2 phÇn: OD ®Ó sinh ra Enm = AD = BC, phÇn cßn l¹i DC = AB ®Ó kh¾c phôc ph¶n øng
phÇn øng lóc ng¾n m¹ch. Ta gi¸c ABC cã c¹nh AB vμ BC ®Òu tû lÖ víi I gäi lμ tam gi¸c ®Æc
tÝnh h×nh 6.4a. Víi m¸y kÝch thÝch hæn hîp d©y quÊn kÝch thÝch nèi tiÕp ®−îc nèi thuËn, bï
thõa th× c¹nh AB n»m bªn ph¶i c¹nh BC, h×nh 6.4b.
H×nh 6.4 Dùng tam gi¸c ®Æc tÝnh: a) khi ph¶n
øng phÇn
H×nh 6.3 §Æc tÝnh ng¾n
1. M¸y ph¸t ®iÖn 1 chiÒu kÝch tõ ®éc lËp.
a) §Æc tÝnh ngoμi U=f(I) khi It=Cte, n=Cte.
Theo ph−¬ng tr×nh ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®iÖn 1
chiÒu U = E - R−I− nªn khi I t¨ng, R−I− t¨ng vμ ph¶n
øng phÇn øng t¨ng, nªn E gi¶m xuèng, cuèi cïng lμ U
gi¶m xuèng.
10)%(5100
U
UU
%ΔU
dm
dm0
dm −=
−
=
- X©y dùng ®Æc tÝnh ngoμi b»ng ph−¬ng ph¸p vÏ:
Trªn hÖ trôc täa ®é UOIt vÏ ®Æc tÝnh U = f(It).
Trªn trôc It lÊy It = OP = Cte, ®Æt tam gi¸c ®Æc tÝnh
ABC cã c¸c c¹nh AB vμ BC tû lÖ víi I®m , sao cho ®Ønh
A n»m trªn ®Æc tÝnh kh«ng t¶i, c¹nh BC n»m trªn
H×nh 6.5 §Æc tÝnh ngoμi
m¸y ph¸t
M¸y ®iÖn 2 47
®−êng PP' th× ®o¹n PC = U khi I = I®m. Dãng sang hÖ trôc UOI ta ®−îc ®iÓm D' cña ®Æc
tÝnh ngoμi. Tõ ®©y ta t×m tiÕp ®−îc
c¸c ®iÓm D''.. kh¸c, h×nh 6.6.
Chøng minh: Khi kh«ng t¶i
I = 0, dßng kÝch tõ It = OP ®Ó sinh
ra E = U0 = PP' = OD. Khi t¶i ®Þnh
møc I = I®m , dßng kÝch tõ chØ cßn l¹i
phÇn It0 = OQ v× nã ®· mÊt ®i phÇn
QP = AB ®Ó kh¾c phôc ph¶n øng
phÇn øng. Nh− vËy s.®.® c¶m øng
®−îc trong dq phÇn øng b©y giê lμ
E− = QA = PB. §iÖn ¸p trªn ®Çu cùc
sÏ lμ U = E− - R−I− = PB - BC = PC.
Thùc tÕ do m¹ch tõ cã bo hßa
nªn ®−êng ®Æc tÝnh ngoμi thùc
nghiÖm lμ ®−êng ®øt nÐt, n»m d−íi.
b) §Æc tÝnh ®iÒu chØnh It = f(I) khi U=Cte, n = Cte.
§Æc tÝnh ®iÒu chØnh cho biÕt h−íng cÇn ph¶i ®iÒu
chØnh It nh− thÕ nμo ®Ó gi÷ cho U = Cte. Th−êng tõ
kh«ng t¶i ®Õn t¶i I®m ®Ó gi÷ U = U®m dßng It ph¶i t¨ng
tõ (15-25)%, h×nh 6.7.
X©y dùng ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh b»ng ph−¬ng ph¸p
vÏ:
VÏ ®Æc tÝnh kh«ng t¶i, trªn trôc OU lÊy U = U®m
= OF. KÎ ®−êng FD song song víi trôc hoμnh, c¾t ®Æc
tÝnh kh«ng t¶i t¹i ®iÓm M. Tõ M h¹ vu«ng gãc víi
trôc hoμnh x¸c ®Þnh ®−îc ®iÓm M' øng víi dßng kÝch
tõ It0 khi kh«ng t¶i I = 0. Trªn ®−êng FD ta ®Æt tam gÝac
®Æc tÝnh øng víi I = I®m, sao cho ®Ønh A n»m trªn ®Æc
kh«ng t¶i, ®Ønh C n»m trªn ®−êng FD vμ BC// OU. Tõ
®iÓm C ta x¸c ®Þnh ®−îc ®iÓm N, th× ON = It®m, øng víi
I®m.
H×nh 6.6 §Æc tÝnh ngoμi x©y dùng theo ph−¬ng
H×nh 6.7 §Æc tÝnh ®iÒu
Cø lμm nh− vËy ta x©y dùng ®−îc ®Æc tÝnh ®iÒu
chØnh, h×nh 6.8.
§−êng ®Æc tÝnh ®iÒu chØnh thùc nghiÖm lμ ®−êng
®øt nÐt do cã ¶nh h−ëng cña b¶o hßa.
2. M¸y ph¸t ®iÖn 1 chiÒu kÝch tõ song song.
a) §iÒu kiÖn tù kÝch thÝch.
Tõ ®−êng ®Æc tÝnh kh«ng t¶i ta thÊy, khi m¸y ®iÖn 1
chiÒu ngõng ho¹t ®éng, trong lái thÐp cùc tõ chÝnh,
g«ng tõ vÉn cßn mét l−îng tõ th«ng d−. Khi quay m¸y
®Õn tèc ®é ®Þnh møc n = n®m, ban ®Çu It = 0, lóc nμy ®Çu cùc cña m¸y ph¸t vÉn cã mét ®iÖn
¸p do
φ
d− c¶m øng nªn, U = Ed− = (2-3)%U®m. NÕu m¹ch kÝch tõ ®−îc nèi kÝn trong nã sÏ
H×nh 6.8 Dùng tam gi¸c
M¸y ®iÖn 2 48
cã dßng ®iÖn kÝch tõ It0 ch¹y qua. Dßng It0 sinh ra tõ th«ng
kÝch tõ ®Çu tiªn
φ
d−. NÕu
φ
t0 cïng chiÒu víi
φ
d− th× ®iÖn ¸p
®Çu cùc cña m¸y ph¸t sÏ t¨ng tr−ëng, qu¸ trÝnh thμnh lËp
®iÖn ¸p sÏ ®−îc thiÕt lËp. NÕu
φ
t0 ng−îc chiÒu víi
φ
d− chóng
sÏ triÖt tiªu nhau vμ m¸y kh«ng tù kÝch ®−îc.
§iÖn ¸p x¸c lËp ®Çu cùc m¸y ph¸t lμ giao ®iÓm cña
®−êng ®Æc tÝnh tõ hãa cña m¹ch tõ vμ ®−êng ®Æc tÝnh Vol-
Ampe cña m¹ch kÝch thÝch, h×nh 6.9. Tõ ®ã ta cã tg
α
= U/It
= Rt. NÕu Rt qu¸ lín th× ®iÖn ¸p sÏ x¸c lËp t¹i ®iÓm øng víi
Ed−.
VËy ®iÒu kiÖn ®Ó m¸y tù kÝch lμ: H×nh6.9 qu¸ tr×nh
- M¸y ph¶i cã tõ d−
- ChiÒu quay cña m¸y ph¶i phï hîp ®Ó
φ
t0 cïng chiÒu víi
φ
d−
- Rt ®ñ nhá ®Ó U ®¹t gi¸ trÞ yªu cÇu.
b) §Æc tÝnh ngoμi U=f(I) khi Rt=Cte, n=Cte.
D¹ng cña ®Æc tÝnh ngoμi nh− h×nh 6.10, ®−êng 1 cña
m¸y ph¸t kÝch thÝch song song, ®−êng 2 cña m¸y kÝch thÝch
®éc lËp. Ta thÊy ®−êng 1 dèc h¬n ®−êng 2 ®ã lμ v×, víi m¸y
ph¸t kÝch thÝch song song, khi t¶i t¨ng (I t¨ng), ngoμi 2
nguyªn nh©n lμ cho ®iÖn ¸p ®Çu cùc gi¶m xuèng lμ:
- Sôt ¸p trªn R−I t¨ng
- Ph¶n øng phÇn øng t¨ng lμm E gi¶m
Nã cßn nguyªn nh©n thø 3 lμ khi U gi¶m th× It = U/Rt
sÏ gi¶m, dÉn tíi
φ
t gi¶m vμ E gi¶m nhiÒu.
Tõ ®−êng ®Æc tÝnh ta thÊy khi t¶i
t¨ng ®Õn mét gi¸ trÞ tíi h¹n Ith øng
víi ®iÓm K th× sau ®ã ®iÖn ¸p tôt
nhanh vÒ zÐro, víi dßng ®iÖn ng¾n
m¹ch x¸c lËp I0 øng víi Ed−. §iÓm K
lμ ®iÓm øng víi ®iÓm chím b¶o hßa
trªn ®−êng ®Æc tÝnh kh«ng t¶i, sau ®ã
lμ phÇn tuyÕn tÝnh nªn ®iÖn ¸p sÏ
gi¶m nhanh.
§Æc tÝnh ngoμi cña m¸y ph¸t kÝch
thÝch song song x©y dùng theo
ph−¬ng ph¸p vÏ nh− trªn h×nh 6.11.
V× ë m¸y ph¸t kÝch thÝch song song It
phô thuéc vμo U nªn ®−êng U = RtIt
lμ ®−êng 0P ®i qua gèc täa ®é.
H×nh 6.10 §Æc tÝnh
H×nh 6.11 §Æc tÝnh ngoμi x©y dùng theo ph−¬ng
b) §Æc tÝnh ®iÒu chØnh It = f(I) khi U=Cte, n = Cte.
V× viÖc ®iÒu chØnh dßng ®iÖn It kh«ng phô thuéc nguån kÝch tõ lÊy tõ ®©u nªn ®−êng
®Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña m¸y ph¸t kÝch thÝch song song còng gièng nh− m¸y ph¸t kÝch thÝch
nèi tiÕp, tuy nhiªn do ®iÖn ¸p cña MF kÝch thÝch song song thay ®æi nhiÒu h¬n nªn It ph¶i
®iÒu chØnh nhiÒu h¬n.
M¸y ®iÖn 2 49
3. M¸y ph¸t ®iÖn 1 chiÒu kÝch thÝch hæn hîp.
M¸y ph¸t ®iÖn 1 chiÒu kÝch thÝch hæn hîp cã 2
d©y quÊn kÝch thÝch lμ song song vμ nèi tiÕp. Tuú
theo c¸ch nèi d©y quÊn nèi tiÕp mμ tõ tr−êng kÝch
thÝch cña 2 d©y quÊn cã thÓ cïng chiÒu (nèi thuËn)
hoÆc ng−îc chiÒu (nèi ng−îc). Nèi ng−îc chØ dïng
cho m¸y ph¸t hμn ®iÖn 1 chiÒu.
a) §Æc tÝnh ngoμi U = f(I) khi n = Cte
Cuén d©y kÝch tõ nèi tiÕp cã thÓ nèi thuËn
hoÆc nèi ng−îc, nªn d¹ng c¸c ®Æc tÝnh ngoμi nh−
h×nh 6.12. §−êng 1, nèi thuËn, bï thõa; ®−êng 2,
nèi thuËn, bï ®ñ; ®−êng 3, kÝch thÝch
song song; ®−êng 4, nèi ng−îc
H×nh 6.12 §Æc tÝnh ngoμi MF-
Ph−¬ng ph¸p dùng ®Æc tÝnh ngoμi tõ
®Æc tÝnh kh«ng t¶i vμ tam gi¸c ®Æc tÝnh
t−¬ng tù nh− m¸y ph¸t kÝch thÝch song
song. Trªn h×nh 6.13, ®−êng (1) lμ ®Æc
tÝnh kh«ng t¶i, ®−êng (2) lμ lμ quan hÖ
U = rtIt, ®−êng (3) lμ ®iÖn ¸p r¬i trªn
R−I−. Giao ®iÓm cña ®−êng (1) vμ (2) lμ
®iÓm M øng víi I− = 0 dãng sang trôc
tung ta ®−îc U0, ®iÖn ¸p lóc kh«ng t¶i.
Tam gi¸c ABC øng víi I®m vμ tr−êng
hîp bï thõa. Cho ABC tÞnh tiÕn theo
®−êng th¼ng 2, sao cho A' n¨m trªn ®−êng (1), C' n»m
trªn ®−êng (2) th× G0C' = U®m, dãng sang bªn tr¸i c¾t
®−êng I®m cho ta ®iÓm D lμ ®iÓm cña ®Æc tÝnh ngoμi øng
víi I®m. Lμm t−¬ng tù víi tam gi¸c A1B
H×nh 6.13 §Æc tÝnh ngoμi theo ph−¬ng
H×nh 6.14 §Æc tÝnh
®iÒu chØnh m¸y P§1C kÝch
B1C1 øng víi I®m/2 ta
®−îc ®iÓm D1 Nèi c¸c ®iÓm U0, D1, D ta ®−îc ®Æc tÝnh
ngoμi. Khi cÇn bï ®iÖn ¸p trªn ®−êng d©y t¶i ta t¨ng dßng
kÝch tõ nèi tiÕp vμ ®Æc tÝnh ngoμi lμ ®−êng ®øt nÐt (øng
víi ®iÓm D')
b) §Æc tÝnh ®iÒu chØnh It = f(I) khi U=Cte, n = Cte.
§Æc tÝnh ®iÒu chØnh cña m¸y kÝch tõ hæn hîp nh− h×nh
6.14 víi ®−êng 1, nèi thuËn, bï ®ñ; ®−êng 2, nèi thuËn, bï
thõa; ®−êng 3, nèi ng−îc
10.3 M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu lμm viÖc song song.
1. §iÒu kiÖn ghÐp song song c¸c m¸y ph¸t.
Gi¶ sö m¸y ph¸t 1 ®ang ph¸t ®iÖn lªn thanh c¸i, ta cÇn ghÐp m¸y ph¸t 2 vμo lμm viÖc
song song víi m¸y 1, h×nh 6.15. §Ó viÖc ghÐp ®−îc thuËn lîi th× ph¶i ®¶m b¶o c¸c ®iÒu
kiÖn sau:
1. Cùc tÝnh cña m¸y ph¸t ph¶i nèi ®óng cùc tÝnh cña thanh c¸i
2. S.®.® cña m¸y ph¸t b»ng ®iÖn ¸p cña thanh c¸i (E2 = U)
3. Víi m¸y kÝch tõ hæn hîp cÇn ph¶i cã d©y c©n b»ng ®iÖn thÕ
M¸y ®iÖn 2 50