GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN I - Phần I: Máy điện một chiều - Chương 4

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

136
lượt xem 59
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 4 QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU § 4.1. Sức điện động cảm ứng trong dây quấn phần ứng Cho một dòng điện kích thích vào dây quấn kích thích thì trong khe hở sinh ra 1 từ thông ??. Khi phần ứng quay với 1 tốc độ nhất định nào đó thì trong dây quấn sẽ cảm ứng 1 sức điện động. Sức điện động đó là sức điện động của một mạch nhánh song song và bằng tổng sức điện động cảm ứng của các thanh dẫn nối tiếp trong 1 mạch nhánh...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN I - Phần I: Máy điện một chiều - Chương 4

ø Chöông 4 QUAN HEÄ ÑIEÄN TÖØ TRONG MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU § 4.1. Söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong daây quaán phaàn öùng Cho moät doøng ñieän kích thích vaøo daây quaán kích thích thì trong khe hôû sinh ra 1 töø thoâng Φδ. Khi phaàn öùng quay vôùi 1 toác ñoä nhaát ñònh naøo ñoù thì trong daây quaán seõ caûm öùng 1 söùc ñieän ñoäng. Söùc ñieän ñoäng ñoù laø söùc ñieän ñoäng cuûa moät maïch nhaùnh song song vaø baèng toång söùc ñieän ñoäng caûm öùng cuûa caùc thanh daãn noái tieáp trong 1 maïch nhaùnh ñoù. Söùc ñieän ñoäng caûm öùng cuûa 1 thanh daãn: e x = Bδx .l δ .v Trong ñoù: Bδx Töø caûm nôi thanh daãn x quyeùt qua. lδ : Chieàu daøi taùc duïng cuûa thanh daãn. Bmax Btb v: Toác ñoä daøi cuûa thanh daãn. Hình 4.1 Xaùc ñònh S.ñ.ñ phaàn öùng Neáu soá thanh daãn cuûa 1 maïch nhaùnh laø N thì 2a N / 2a E ö = e1 + . . . . . + e N / 2a = ∑ e x x =1 = (Bδ1 + . . . . + Bδ N / 2 a ).l δ .v = ∑ Bδx .l δ .v N / 2a x =1 N / 2a ∑B Neáu soá thanh daãn ñuû lôùn thì baèng trò soá trung bình Btb nhaân vôùi toång soá δx x =1 thanh daãn trong 1 maïch nhaùnh : N N N N / 2a Eö = Btb l δ v = E tb neân B tb ∑ B δx = 2a 2a 2a x =1 vôùi v : toác ñoä daøi cuûa phaàn öùng. πDö πDö n 2 p.τ .n v= n = 2p = . 60 2 p 60 60 Φδ töø thoâng döôùi moãi cöïc töø trong khe hôû khoâng khí: Φδ = Bδ . l δ .τ N 2 p . τ .n pN Töø ñoù : (4-1) Eö = B tb .l δ . .Φ δ .n = 2a 60 60 a Trong ñoù: p: Soá ñoâi cöïc töø kích thích N Toång soá thanh daãn cuûa phaàn öùng n: Toác ñoä quay cuûa phaàn öùng (voøng/phuùt) a: Soá ñoâi maïch nhaùnh song song 40
Ñaët: CE = pN : Heä soá keát caáu cuûa maùy ñieän 60a Ta coù Eö = CE Φδ n (4-2) § 4.2. Moâ men vaø coâng suaát ñieän töø Khi maùy ñieän laøm vieäc, trong daây quaán phaàn öùng seõ coù doøng ñieän chaïy qua. Taùc duïng cuûa töø tröôøng leân daây daãn coù doøng ñieän seõ sinh ra moâ men ñieän töø treân truïc maùy. Theo ñòmh luaät Faraday, löïc ñieän töø taùc duïng neân thanh daãn mang doøng ñieän laø: f = Bδiölδ Trong ñoù: Bδ: Töø caûm nôi thanh daãn quyeùt qua iö : Doøng ñieän trong thanh daãn (cuõng laø doøng ñieän trong 1 maïch nhaùnh song song). lδ : Chieàu daøi taùc duïng cuûa thanh daãn Iö Vôùi iö = 2a Iö : Doøng ñieän phaàn öùng N: Toång soá thanh daãn cuûa phaàn öùng Dö : Ñöôøng kính ngoaøi cuûa phaàn öùng Thì moâ men ñieän töø cuûa maùy ñieän moät chieàu laø: D Mñt = fN ö 2 I D Mñt = Bδ ö lδN ö 2a 2 Vôùi 2pτ Φ Dö = Bδ = δ τlδ π Thay vaøo coâng thöùc tính moâ men ñieän töø ta ñöôïc: pN (Nm) Mñt = Φ δIö 2πa Trong ñoù: Φδ tính baèng weber (wb) Iö tính baèng Ampe (A) Neáu chia hai veá cuûa bieåu thöùc treân cho 9,81 thì Mñt tính baèng Kgm Ñaët: CM = pN heä soá keát caáu maùy 2πa Ta coù: Mñt = CM Φδ Iö (4-4) 41
Coâng suaát ñieän töø cuûa maùy ñieän moät chieàu Pñt = Mñtω 2πn (rad/giaây) ω= 60 Vôùi n tính baèng voøng /phuùt. Thay vaøo bieåu thöùc tính Pñt ta coù pN 2πn Pñt = Φ δIö 2πa 60 Pñt = Eö Iö (4-5) Trong ñoù: Eö tính baèng volt (V) Iö tính baèng Ampe (A) Maùy ñieän 1 chieàu coù theå laøm vieäc ôû hai cheá ñoä : – Ñoái vôùi maùy phaùt ñieän: Mñt ngöôïc vôùi chieàu quay cuûa maùy neân khi maùy cung caáp cho taûi Φδ Chieàu cuûa Eö, Iö S caøng lôùn thì coâng suaát cô cung caáp cho maùy phaûi caøng taêng vì Mñt luoân coù chieàu ngöôïc vôùi n Mñt chieàu quay cuûa phaàn öùng. Hình 4.2 Xaùc ñònh Eö vaø Mñt trong maùy Chieàu cuûa Eö, Iö phuï thuoäc vaøo chieàu cuûa phaùt ñieän moät chieàu Φδ vaø n, ñöôïc xaùc ñònh baèng qui taéc baøn tay phaûi. Chieàu cuûa Mñt xaùc ñònh baèng qui taéc baøn Φδ S tay traùi. Chieàu cuûa Iö – Ñoái vôùi ñoäng cô ñieän khi cho doøng ñieän Mñt n vaøo phaàn öùng thì döôùi taùc duïng cuûa töø tröôøng, trong daây quaán seõ sinh ra 1 Mñt keùo maùy quay, Hình 4.3 Xaùc ñònh Eö vaø Mñt trong ñoäng cô ñieän moät chieàu vì vaäy chieàu quay cuûa maùy cuøng chieàu Mñt. § 4.3 Quaù trình naêng löôïng vaø caùc phöông trình caân baèng I. Toån hao trong maùy ñieän moät chieàu. 1. Toån hao cô Δpcô : bao goàm toån hao ôû oå bi, ma saùt giöõa choåi than vaø vaønh goùp, cuûa khoâng khí vôùi caùnh quaït v.v… Toån hao naøy phuï thuoäc chuû yeáu vaøo toác ñoä quay cuûa maùy, thoâng thöôøng Δpcô = (2 ÷4)% Pñm 2. Toån hao saét ΔpFe : Do töø treã vaø doøng ñieän xoaùy trong loõi theùp gaây neân. Ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc : β ⎛f⎞ (watt/kg) Δ p Fe = k δ .P (1 / 50 ).⎜ ⎟ .B2 .G c 50 ⎠ ⎝ kδ: heä soá kinh nghieäm xeùt ñeán söï taêng theâm toån hao theùp do gia 42
coâng, laép gheùp loõi theùp, töø thoâng phaân boá khoâng ñeàu v.v . . . thöôøng choïn kδ = 3,6 p ( 1 50) : suaát toån hao cuûa theùp khi B = 1T, f = 50 Hz f : Taàn soá doøng ñieän ; B töø caûm tính toaùn (1T = 104 Gauss) GC : Troïng löôïng cuûa saét tính baèng kg β: soá muõ ñoái vôùi theùp hôïp kim thaáp β = 1,5 ; ñoái vôùi theùp hôïp kim cao thì β= 1,2 ÷ 1,3. Hai loaïi toån hao treân khi khoâng taûi ñaõ toàn taïi neân goïi laø toån hao khoâng taûi Po = pcô + pFe Noù sinh ra moâ men khoâng taûi mang tính chaát haõm P M0 = 0 ω 3. Toån hao ñoàng Δpcu : toån hao ñoàng bao goàm 2 phaàn : - Toån hao ñoàng trong maïch phaàn öùng pcuö bao goàm toån hao ñoàng trong daây quaán phaàn öùng Iö rö, cöïc töø phuï I 2 rf, toån hao tieáp xuùc giöõa choåi than vaø vaønh 2 ö goùp ptx: Δptx = 2ΔUtxIö Δpcuö = I 2 Rö ö Rö = rö + rf + rtx rö : ñieän trôû phaàn öùng rf : ñieän trôû cuûa daây quaán cöïc töø phuï rtx : ñieän trôû tieáp xuùc cuûa choåi than vôùi vaønh goùp - Toån hao ñoàng trong maïch kích töø pcut: ΔPcut = Ut.It Ut : ñieän aùp ñaët treân maïch kích thích It : doøng ñieän kích thích 4. Toån hao phuï Δpf : sinh ra trong theùp cuõng nhö ôû trong ñoàng cuûa maùy ñieän. Toån hao phuï trong theùp coù theå do töø tröôøng phaân boá khoâng ñeàu treân beà maët phaàn öùng, aûnh höôûng cuûa raêng vaø raõnh laøm xuaát hieän töø tröôøng ñaäp maïch doïc truïc. 43
ø Toån hao phuï trong ñoàng : doøng ñieän phaân boá khoâng ñeàu treân choåi than, khi ñoåi chieàu, töø tröôøng phaân boá khoâng ñeàu trong raõnh laøm cho trong daây quaán sinh ra doøng ñieän xoaùy, toån hao trong daây noái caân baèng v.v . . . Thöôøng trong maùy ñieän moät chieàu laáy Δpf = 1% Pñm neáu maùy khoâng coù daây quaán buø. = 0,5% Pñm neáu maùy coù daây quaán buø. Toång toån hao trong maùy laø : ∑p = Δpcô + ΔpFe + Δpcuö + Δpcut + Δpf Neáu goïi P1 laø coâng suaát ñöa vaøo maùy P2 laø coâng suaát ñöa ra cuûa maùy thì P1 = P2 + ∑p P2 = P1 – ∑p Hieäu suaát cuûa maùy ñöôïc tính theo % P − ∑p ⎛ ∑p⎞ P2 P2 100 = 1 100 = ⎜ 1− ⎟100 100 = η% = ⎜ P1 ⎟ P2 + ∑ p P1 P1 ⎝ ⎠ II. Quaù trình naêng löôïng trong maùy ñieän moät chieàu vaø caùc phöông trình caân I2 baèng : ö 1. Maùy phaùt ñieän: Ta haõy xeùt quaù trình bieán ñoåi naêng löôïng. Ví duï nhö cuûa maùy phaùt ñieän moät chieàu kích thích ñoäc laäp ñöôïc quay vôùi toác ñoä n = Cte. Khi kích thích ñoäc laäp thì toån hao trong maïch kích thích khoâng tính vaøo coâng suaát P1 ñöa töø ñoäng cô sô caáp vaøo maùy phaùt ñieän. Khi bieán ñoåi naêng löôïng 1 phaàn P1 tieâu phí vaøo caùc toån hao pcô , pFe, pf vaø phaàn coøn laïi bieán thaønh naêng löôïng ñieän töø, do ñoù: Pñt = Eö.Iö = P1 – (Δpcô + ΔpFe+ Δpf ) Coâng suaát coù ích P2 = U.Iö do maùy phaùt ñieän ñöa vaøo löôùi nhoû hôn Pñt moät trò soá baèng toån hao ñoàng trong maùy : P2 = Pñt – Δpcuö = Eö.Iö – .Rö = U.Iö Chia 2 veá treân cho Iö ta coù : U = Eö – Iö.Rö Ñoù laø phöông trình caân baèng söùc ñieän ñoäng cuûa maùy phaùt ñieän 44
ø Giaûn ñoà naêng löôïng cuûa maùy phaùt ñieän moät chieàu P1 Ta coù theå vieát coâng thöùc : P1 = Pñt + Po pt pcô Pñt hay P2 M1ω = Mñtω + Moω pFe+ pf pcu Chia 2 veá cho ω Hình 4.4 Giaûn ñoà naêng löôïng cuûa maùy phaùt ñieän moät chieàu M1 = Mñt + Mo Ñoù laø phöông trình caân baèng moâ men cuûa maùy phat ñieän moät chieàu vôùi M1: Moâmen cô ñöa vaøo truïc maùy phaùt ñieän; Mñt: moâmen ñieän töø phaùt ra cuûa maùy phaùt. 2. Ñoäng cô ñieän : Xeùt moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích thích song song laøm vieäc ôû n = Cte. Coâng suaát ñieän maø ñoäng cô nhaän töø löôùi vaøo: P1 = U(Iö + It) Moät phaàn coâng suaát ñoù buø vaøo toån hao ñoàng treân maïch kích töø : pt = U.It vaø toån hao treân maïch phaàn öùng pcuö coøn ñaïi boä phaän chuyeån thaønh Pñt P1 = Pñt + Δpcuö + Δpcut Pñt = P1 - Δpcuö - Δpcut (1) ⇒ P2 = ΔPñt - Δpcô - ΔpFe - Δpf 2 Töø (1) ta coù: Eö.Iö = U(Iö + It) – U.It – I 2 .Rö = U.Iö – I ö .Rö ö neân U.Iö = Eö.Iö + I 2 .Rö ö U = Eö + Iö.Rö Ñoù laø phöông trình caân baèng s.ñ.ñ cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu. Giaûn ñoà naêng löôïng cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu ñöôïc trình baøy treân hình 4.5. Phöông trình caân baèng moâmen xuaát phaùt töø P2 = Pñt – Po M2ω = Mñtω – Moω M2 = Mñt – Mo Ñoù laø phöông trình caân baèng moâ men cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu M2: Moâmen ñöa ra ñaàu truïc Hình 4.5 Giaûn ñoà naêng löôïng cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu Mo: Moâmen khoâng taûi Mñt: Moâmen ñieän töø 45
ø § 4.4 Thí duï 1. Moät maùy phaùt ñieän moät chieàu luùc quay khoâng taûi ôû toác ñoä n0 = 1000 V/ph thì s.ñ.ñ phaùt ra E0 = 222 V .Hoûi luùc khoâng taûi muoán phaùt ra s.ñ.ñ ñònh möùc E0.ñm = 220 V thì toác ñoä n0ñm phaûi baèng bao nhieâu khi giöõ doøng ñieän kích töø khoâng ñoåi ? Giaûi Giöõ doøng ñieän kích töø khoâng ñoåi nghóa laø töø thoâng khoâng ñoåi . Theo coâng thöùc tính s.ñ.ñ (4-2) ta coù : E0 C Φn n = E δ0 = 0 E0ñm CE Φ δn0ñm n0ñm Do ñoù khi E0ñm = 220 V, toác ñoä töông öùng seõ laø : E0ñm 220 n0ñm = n0 = 1000 = 990V / ph E0 222 2. Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích thích song song coâng suaát ñònh möùc Pñm = 5,5 kW, Uñm = 110 V, Iñm = 58 A (toång doøng ñieän ñöa vaøo bao goàm doøng ñieän phaàn öùng Iö vaø kích töø It ), nñm = 1470 V/ph. Ñieän trôû phaàn öùng Rö = 0,15Ω , ñieän trôû maïch kích töø rt = 137Ω , ñieän aùp rôi treân choåi than 2 ΔU tx = 2 V .Hoûi s.ñ.ñ phaàn öùng ,moâmen ñieän töø cuûa ñoäng cô. Giaûi Doøng ñieän kích töø : U 110 It = = 0 .8 A = rt 137 Doøng ñieän phaàn öùng : It = Iñm − It = 58 − 0,8 = 57 ,2A EÖ = U − IöRö − 2ΔUtx = 110 − (57,2x0,15 ) − 2 = 99,4V S.ñ.ñ phaàn öùng : 99 , 4 x 57 , 2 EöIö EöIö Moâmen ñieän töø : = 36 ,9Nm M= = = 2π x1470 2πn ω 60 60 Neáu tính ra kGm thì : M = 36,9 = 3,76kG.m 9,81 46
ø Caâu hoûi 1. S.ñ.ñ trong maùy ñieän phuï thuoäc vaøo nhöõng yeáu toá gì ? 2. Töï phaân tích giaûn ñoà naêng löôïng cuûa maùy phaùt vaø ñoäng cô ñieän moät chieàu, töø ñoù daãn ra caùc quan heä veà coâng suaát, moâ men, doøng ñieän vaø s.ñ.ñ. Baøi taäp 1. Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø song song coù soá lieäu sau: Uñm = 220 V, Rö = 0.4 Ω, doøng ñieän ñònh möùc cuûa ñoäng cô Iñm = 52 A, ñieän trôû maïch kích töø rt = 110 Ω vaø toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng n0 = 1100 V/ph. Tìm : - S.ñ.ñ phaàn öùng luùc taûi ñònh möùc . - Toác ñoä luùc taûi ñònh möùc - Coâng suaát ñieän töø vaø moâ men ñieän töø luùc taûi ñònh möùc, bieát Iñm = Iöñm + Itñm Ñaùp soá: Eöñm = 200V; nñm = 1000 vg/ph Pñt = 10Kw; Mñt = 95,5 Nm 2. Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø song song coù soá lieäu sau: Pñm = 96 Kw, Uñm = 440 V, Rö = 0.078 Ω, Iñm = 255 A, doøng ñieän maïch kích töø It = 5 A, nñm = 500 V/ph. Tìm: - Moâ men ñònh möùc ôû ñaàu truïc M2 - Moâ men ñieän töø khi taûi ñònh möùc - Toác ñoä quay luùc khoâng taûi lyù töôûng (Iö = 0), bieát Iñm = Iöñm + Itñm Ñaùp soá: M2 = 1833,5 Nm Mñt = 2007,7 Nm n0 = 523 vg/ph 3. Moät maùy phaùt ñieän moät chieàu kích thích ñoäc laäp coù : Uñm = 220 V, nñm = 1000V/ ph.Bieát raèng ôû toác ñoä n = 750 V/ph thì s.ñ.ñ luùc khoâng taûi E0 = 176 V.Hoûi s.ñ.ñ vaø doøng ñieän phaàn öùng luùc taûi ñònh möùc cuûa maùy laø bao nhieâu, bieát raèng ñieän trôû phaàn öùng Rö = 0,4 Ω. Ñaùp soá: Eöñm = 234,6 V Iöñm = 36,5 A 47