17
CHÖÔNG III : TÖØ TRÖÔØNG VAØ QUAN HEÄ ÑIEÄN TÖØ TRONG
MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU
I. SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG (S.ÑÑ)CUÛA MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU
S.ññ caûm öùng trong maùy ñieän moät chieàu baèng toång s.ñ.ñ caùc thanh daãn trong moät
nhaùnh cuûa maïch ñieän daây quaán phaàn öùng. S.ñ.ñ trong 1 thanh daãn MÑ1C coù phöông, chieàu
xaùc ñònh theo qui taéc baøn tay traùi, coù trò soá ñöôïc tính theo : Eö = Btb.L.V .
Trong ñoù: Btb - caûm öùng töø phaàn öùng, tính Btb =
S, vôùi S – tieát dieän cöïc töø
phaàn öùng, tính S =( pD
2p ).L ; L- chieàu daøi taùc duïng cuûa thanh daãn
v- toác ñoä daøi roâto phaàn öùng, coù theå tính v theo:
v =D.n/ 60 vôùi D– ñöôøng kính roâto phaàn öùng, 2p- soá cöïc töø, n- toác ñoä quay roâto .
Töø ñoù, Eö = Btb.L.V = (
S). L.V ( Dö.n / 60). Goïi toång soá thanh daãn trong
daây quaán phaàn öùng laø N, coù soá maïch nhaùnh laø 2a, thì trong 1 nhaùnh maïch ñieän daây quaán
phaàn öùng coù soá thanh daãn laø N/2a, S.Ñ.Ñ trong 1 nhaùnh baèng S.Ñ.Ñ toaøn maùy(E), neân:
E = (N/2a). Eö = (N.2a). (
/D. /2p).L.( Dö.n / 60) = (
pN
60a ).
n (v)
Ñaët Ce = pN
60a – heä soá S.Ñ.Ñ (heä soá naøy chæ phuï thuoäc vaøo keát
caáu MÑ1C)
Ta coù SÑÑ trong maùy ñieän moät chieàu :E = Ce .
฀n
(v)
II. MOÂMEN ÑIEÄN TÖØ VAØ COÂNG SUAÁTÑIEÄN TÖØ
1. MOÂMEN 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 löïc ñieän töø, moâmen ñieän töø treân
truïc maùy.
Giaû thieát ôû moät cheá ñoä laøm vieäc naøo ñoù cuûa maùy ñieän moät chieàu, töø tröôøng vaø doøng
ñieän phaàn öùng ôû döôùi moät cöïc nhö hình3.1, thì theo quy taéc baøn tay traùi moâmen ñieän töø do
löïc ñieän töø taùc duïng leân caùc thanh daãn coù chieàu töø phaûi
sang traùi.
Löïc ñieän töø taùc duïng leân töøng thanh daãn baèng:
Fö = BtbL.iö
Neáu toång soá thanh daãn cuûa daây quaán baèng N(toång
soá voøng daây trong maùy), doøng ñieän trong maïch nhaùnh
a
I
iö
2
thì moâmen ñieän töø taùc duïng leân daây quaán phaàn
öùng baèng:
2
.
2
D
NL
a
I
BM ö
tb
Hình3.2. Xaùc ñònh moâmen ñieän töø
trong ñoäng cô ñieän moät chieàu
Hình3.1. Xaùc ñònh s.ñ.ñ phaàn öùng
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
18
trong ñoù:
Btb – töø caûm trung bình trong khe hôû;
Iö - doøng ñieän phaàn öùng;
a – soá ñoâi maïch nhaùnh;
L – chieàu daøi taùc duïng cuûa thanh daãn;
D – ñöôøng kính ngoaøi phaàn öùng.
Do l
B,
p
2
Dtb
neân ta coù:
MmICI
a
pN
MM
2
trong ñoù:
- töø thoâng döôùi moãi cöïc tính baèng Wb;
a2
pN
CM - heä soá phuï thuoäc vaøo keát caáu cuûa maùy ñieän.
Neáu tính baèng kG.m thì coâng thöùc tính M phaûi chia cho 9,81.
m)KG.(
281,9
1I
a
pN
M
Trong maùy phaùt ñieän, khi quay maùy theo moät chieàu nhaát ñònh trong töø tröôøng thì
trong daây daãn seõ sinh ra s.ñ.ñ. maø chieàu ñöôïc xaùc ñònh theo quy taéc baøn tay phaûi. Khi coù
taûi thì doøng ñieän sinh ra seõ cuøng chieàu vôùi s.ñ.ñ. neân moâmen ñieän töø sinh ra seõ ngöôïc
chieàu vôùi chieàu quay cuûa maùy. Vì vaäy ôû maùy phaùt ñieän, moâmen ñieän töø laø moät moâmen
haõm .
Trong ñoäng cô ñieän, khi coù doøng ñieän vaøo phaàn öùng thì döôùi taùc duïng cuûa töø
tröôøng, trong daây quaán seõ sinh ra moâmen ñieän töø keùo maùy quay, vì vaäy chieàu quay cuûa
maùy truøng vôùi chieàu quay cuûa moâmen.
2. COÂNG SUAÁT ÑIEÄN TÖØ
Coâng suaát öùng vôùi moâmen ñieän töø laáy vaøo (ñoái vôùi maùy phaùt) hay ñöa ra (ñoái vôùi
ñoäng cô) goïi laø coâng suaát ñieän töø vaø baèng:
Pñt = M
trong ñoù:
M – laø moâmen ñieän töø;
60
n
2
- toác ñoä goùc phaàn öùng.
Thay vaøo coâng thöùc treân ta coù:
IEIn
a
pNn
I
a
pN
MPñt .
2
2
Töø coâng thöùc naøy ta thaáy ñöôïc quan heä giöõa coâng suaát ñieän töø vôùi moâmen ñieän töø
vaø söï trao ñoåi naêng löôïng trong maùy ñieän: Trong maùy phaùt ñieän coâng suaát ñieän töø ñaõ
chuyeån coâng suaát cô M
thaønh coâng suaát ñieän EI. Ngöôïc laïi trong ñoäng cô ñieän coâng suaát
ñieän töø ñaõ chuyeån coâng suaát ñieän EI thaønh coâng suaát cô M
.
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
19
III. QUAÙ TRÌNH BIEÁN ÑOÅI NAÊNG LÖÔÏNG
1 CAÙC TOÅN HAO TRONG MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU
Trong maùy ñieän moät chieàu, ñaïi boä phaän coâng suaát cô bieán thaønh coâng suaát ñieän (maùy
phaùt) hay coâng suaát ñieän bieán thaønh coâng suaát cô (ñoäng cô). Chæ coù moät boä phaän raát ít bieán
thaønh toån hao trong maùy döôùi hình thöùc nhieät toûa ra ngoaøi khoâng khí. Toån hao trong maùy
tuyø theo tính chaát ñöôïc phaân laøm caùc loaïi sau:
a. Toån hao pcô : Bao goàm toån hao oå bi, toån hao ma saùt choåi than vôùi vaønh goùp, toån hao do
thoâng gioù… Toån hao naøy phuï thuoäc chuû yeáu vaøo toác ñoä quay cuûa maùy vaø laøm cho oå bi, vaønh
goùp noùng leân.
b. Toån hao saét pFe : do töø treã vaø doøng ñieän xoaùy trong loõi theùp gaây neân. Toån hao naøy phuï
thuoäc vaøo vaät lieäu, chieàu daøi cuûa taám theùp, troïng löôïng loõi theùp, töø caûm vaø taàn soá f. Khi loõi
theùp ñaõ ñònh hình thì toån hao theùp tyû leä vôùi f1,2 1,6 vaø B2.
Hai loaïi toån hao treân khi khoâng taûi ñaõ toàn taïi neân goïi laø toån hao khoâng taûi:
po= pcô + pFe
Toån hao cô vaø saét sinh ra moâmen haõm vaø moâmem naøy toàn taïi khi khoâng taûi neân goïi
laø moâmem khoâng taûi Mo. Quan heä giöõa Mo vaø po nhö sau:
o
o
p
M
trong ñoù laø toác ñoä goùc cuûa roâto.
c. Toån hao ñoàng pCu : toån hao ñoàng bao goàm hai phaàn: toån hao ñoàng trong maïch phaàn öùng
pCu.ö vaø toån hao ñoàng trong maïch kích thích pCu.t.
Toån hao ñoàng trong phaàn öùng bao goàm toån hao ñoàng trong daây quaán phaàn öùng Iö2rö,
toån hao ñoàng trong daây quaán cöïc töø phuï Iö2rf, toån hao tieáp xuùc giöõa choåi than vaø vaønh goùp
ptx. Thöôøng vôùi choåi than graphit ñieän aùp giaùng treân choã tieáp xuùc cuûa hai choåi than khoáng
cheá 2Utx = 2 V neân ptx = 2Iö.
Trong tính toaùn, thöôøng goäp taát caû caùc toån hao ñoàng treân phaàn öùng laïi vaø vieát döôùi
daïng pö = Iö2Rö trong ñoù Rö = rö + rf + rtx bao goàm ñieän trôû daây quaán phaàn öùng rö, ñieän trôû
daây quaán phuï rf vaø ñieän trôû tieáp xuùc choåi than ptx, maët duø rtx thöïc teá khoâng phaûi laø khoâng
ñoåi.
Toån hao ñoàng trong maïch kích thích bao goàm toån hao ñoàng cuûa daây quaán kích thích
vaø toàn hao ñoàng cuûa ñieän trôû ñieàu chænh trong maïch kích thích. Vì vaäy pCu.t = UtIt, trong ñoù
Ut laø ñieän aùp ñaët treân maïch kích thích vaø It laø doøng ñieän kích thích.
d. Toån hao phuï pf : Trong ñoàng vaø theùp ñeàu sinh ra hao toån phuï.
Toån hao phuï trong theùp coù theå do töø tröôøng phaân boá khoâng ñeàu treân beà maët phaàn
öùng, caùc buloâng oác vít treân phaàn öùng laøm töø tröôøng phaân boá khoâng ñeàu trong loõi saét, aûnh
höôûng cuûa raêng, raõnh laøm töø tröôøng ñaäp maïch… sinh ra.
Toån hao trong ñoàng coù theå do quaù trình ñoåi chieàu laøm doøng ñieän trong phaàn töû thay
ñoåi, doøng ñieän phaân boá khoâng ñeàu treân beà maët choåi than laøm toån hao tieáp xuùc lôùn, töø
tröôøng phaân boá khoâng ñeàu trong raõnh laøm cho trong daây daãn sinh ra doøng ñieän xoaùy, toån
hao trong daây noái caân baèng sinh ra. Trong maùy ñieän moät chieàu pf töông ñoái khoù tính.
Thöôøng laáy baèng 1% coâng suaát ñònh möùc.
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
20
2. QUAÙ TRÌNH NAÊNG LÖÔÏNG VAØ CAÙC PHÖÔNG TRÌNH CAÂN BAÈNG NAÊNG LÖÔÏNG
a. Maùy phaùt ñieän
Maùy phaùt ñieän bieán cô naêng thaønh ñieän naêng neân maùy do moät ñoäng cô sô caáp baát
kyø keùo quay vôùi moät toác ñoä nhaát ñònh.
Giaû thieát coâng suaát kích töø do moät maùy khaùc cung caáp neân khoâng tính vaøo coâng
suaát ñöa töø ñoäng cô sô caáp vaøo maùy phaùt ñieän.
Coâng suaát cô ñöa vaøo P1, tieâu hao ñi moät phaàn ñeå buø vaøo toån hao cô pcô vaø toån hao
saét pFe, coøn ñaïi boä phaän bieán ñoåi thaønh coâng suaát ñieän töø Pñt. Ta coù:
P1 = Pñt + (pcô + pFe) = Pñt + po
Pñt = EöIö.
Khi coù doøng ñieän chaïy trong daây daãn thì coù toån hao ñoàng, neân coâng suaát ñieän ñöa
ra P2 baèng:
P2 = Pñt – pCu = EöIö – Iö2Rö = UIö
Giaûn ñoà naêng löôïng nhö ôû hình2.4.
Chia hai veá cuûa phöông trình treân vôùi Iö ta ñöôïc:
U = Eö – IöRö
Ñoù laø phöông trình caân baèng s.ñ.ñ(phöông trình caân baèng aùp) cuûa maùy phaùt ñieän
moät chieàu.
Coù theå vieát coâng suaát cô ñöa vaøo, coâng suaát khoâng taûi vaø coâng suaát ñieän töø theo
daïng moâmen nhaân vôùi toác ñoä goùc vaø nhö vaäy coù theå vieát thaønh:
M1 = Mo + M
Chia hai veá cho ta ñöôïc:
M1 = Mo + M
trong ñoù:
M1 – moâmen ñöa vaøo;
M – moâmen ñieän töø;
Mo – moâmen khoâng taûi.
Quan heä treân goïi laø phöông trình caân baèng moâmen cuûa maùy phaùt ñieän moät chieàu.
b. Ñoäng cô ñieän
Ñoäng cô ñieän laáy coâng suaát ñieän vaøo vaø truyeàn coâng suaát cô ra ñaàu truïc.
Coâng suaát ñieän maø ñoäng cô ñieän nhaän ñöôïc töø löôùi vaøo, baèng:
P1 = UI = U(Iö + It) ( Ñoäng cô ñieän kích thích song song)
trong ñoù:
I = Iö + It – doøng ñieän töø löôùi ñieän vaøo (Iö laø doøng ñieän vaøo phaàn öùng, It laø doøng
ñieän kích thích).
U – ñieän aùp ôû ñaàu cöïc maùy.
Coâng suaát P1, moät phaàn cung caáp cho maïch kích thích UIt coøn phaàn lôùn ñi vaøo phaàn
öùng UIö, tieâu hao moät ít treân daây quaán ñoàng trong maïch phaàn öùng pCu.ö, coøn ñaïi boä phaän laø
coâng suaát ñieän töø Pñt. Ta coù:
Pt = pCu.ö + pCu.t + Pñt
Hình3.3. Giaûn ñoà naêng löôïng cuûa maùy phaùt ñieän moät chieàu
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
21
Coâng suaát ñieän töø sau khi chuyeån thaønh coâng suaát cô thì coøn tieâu hao moät ít ñeå buø
vaøo toån hao cô pcô vaø toån hao saét pFe (goïi chung laø toån hao khoâng taûi hay coâng suaát khoâng
taûi po). Cuoái cuøng phaàn coøn laïi laø coâng suaát ñöa ra ôû ñaàu truïc P2 = M2. Ta coù:
Pñt = pcô + pFe + P2 = po + P2
Giaûn ñoà naêng löôïng nhö ôû hình 2.5.
Töø caùc coâng thöùc treân, ta coù coâng suaát ñieän trong maïch phaàn öùng baèng:
UIö = Pñt + pCu.ö = EöIö + Iö2Rö
Chia hai veá cho Iö ta ñöôïc phöông trình:
U = Eö + IöRö
Ñoù laø phöông trình caân baèng s.ñ.ñ. cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu.
Cuõng töø coâng thöùc caân baèng coâng suaát, ta coù theå vieát:
M = Mo + M2
Chia hai veá cho ta ñöôïc:
M = Mo + M2
trong ñoù:
M2 – moâmen ñöa ra ñaàu truïc maùy.
Mo – moâmen khoâng taûi.
Quan heä naøy goïi laø phöông trình caân baèng moâmen cuûa ñoäng cô ñieän moät
chieàu.(caàn chuù yù kyù hieäu Eö & Iö treân ñaây laø S.Ñ.Ñ & doøng ñieän cuûa daây quaán phaàn öùng)
IV. TÍNH CHAÁT THUAÄN NGHÒCH TRONG MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU
Moät MÑ1C coù theå laøm vieäc ôû cheá ñoä maùy phaùt ñieän hoaëc ñoäng cô ñieän. Trong maùy
phaùt ñieän, chieàu cuûa moâmen ñieän töø vaø toác ñoä quay ngöôïc nhau, coøn doøng ñieän vaø s.ñ.ñ.
cuøng chieàu; trong ñoäng cô ñieän thì moâmen vaø toác ñoä quay cuøng chieàu, coøn doøng ñieän vaø
s.ñ.ñ. ngöôïc chieàu nhau.
Giaû söû maùy ñang laøm vieäc ôû traïng thaùi maùy phaùt. Ta coù doøng ñieän ñöa ra
ö
ö
öR
U
E
I
nghóa laø Eö > U. Maùy sinh ra moâmen ñieän töø haõm. Neáu ta giaûm töø thoâng
hoaëc toác ñoä n ñeå giaûm Eö xuoáng moät caùch thích ñaùng thì Eö seõ nhoû hôn U vaø doøng ñieän Iö
seõ ñoåi chieàu, Eö vaø Iö ngöôïc chieàu nhau. Do chieàu cuûa töø thoâng khoâng ñoåi neân moâmen
ñieän töø (M = CMIö) seõ ñoåi daáu nghóa laø M vaø n ñaõ thaønh cuøng chieàu vaø moâmen ñieän töø
ñoù ñaõ chuyeån töø moâmen haõm thaønh moâmem quay. Maùy ñaõ chuyeån töø cheá ñoä maùy phaùt ñieän
sang cheá ñoä ñoäng cô ñieän. Taùch ñoäng cô sô caáp ra ta seõ ñöôïc moät ñoäng cô ñieän moät chieàu
thoâng thöôøng.
Hình3.4. Giaûn ñoà naêng löôïng ñoäng cô ñieän moät
chieàu
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM