Bài giảng Máy điện

103 trang hapham 310

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Máy điện", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_may_dien.pdf

Nội dung text: Bài giảng Máy điện

Bài giảng máy điện Back Nội dung Next Bài giảng máy điện Phần 1: Máy điện một chiều Phần 2: Máy biến áp Back Nội dung Next
Bài giảng máy điện Phần mở đầu Máy điện Máy điện tĩnh Máy điện quay Máy biến áp Máy điện Máy điện một chiều xoay chiều động cơ Máy phát Máy điện Máy điện một chiều một chiều không đồng bộ đồng bộ động cơ Máy phát không không động cơ Máy phát đồng bộ đồng bộ đồng bộ đồng bộ Bài giảng máy điện 1. Vai trò của các loại máy điện trong nền kinh tế quốc dân: Hộ tiêu MF MBA MBA thụ 2. Khái niệm, phân loại và ph−ơng pháp nghiên cứu máy điện: a, Đại c−ơng về máy điện: - Nguyên lý làm việc của máy điện dựa trên cơ sở của định luật cảm ứng điện từ. Sự biến đổi năng l−ợng trong máy điện đ−ợc thực hiện thông qua từ tr−ờng trong nó. Để tạo đ−ợc những từ tr−ờng mạnh và tập trung, ng−ời ta dùng vật liệu sắt từ làm mạch từ. ở máy biến áp mạch từ là một lõi thép đứng yên. Còn trong các máy điện quay, mạch từ gồm hai lõi thép đồng trục: một quay, một đứng yên và cách nhau bằng một khe hở. b, Ph−ơng pháp nghiên cứu máy điện: Back Nội dung Next
Bài giảng máy điện 3. Sơ l−ợc về vật liệu chế tạo máy điện: Gồm có vật liệu tác dụng, vật liệu kết cấu và vật liệu cách điện. Vật liệu tác dụng: bao gồm vật liệu dẫn điện và dẫn từ dùng để chế tạo dây quấn và lõi sắt. Vật liệu cách điện: dùng để cách điện các bộ phận dẫn điện với các bộ phận khác của máy và cách điện các lá thép của lõi sắt. Vật liệu kết cấu: chế tạo các chi tiết máy và các bộ phận chịu lực cơ giới nh− trục, vỏ máy, khung máy. Sơ l−ợc đặc tính của vật liệu dẫn từ, dẫn điện và cách điện dùng trong chế tạo máy điện. a, Vật liệu dẫn từ: b, Vật liệu dẫn điện: c, Vật liệu cách điện: Cấp cách điện Y A E B F H C Nhiệt độ (0C) 90 105 120 130 155 180 >180 Back Nội dung Next Bài giảng máy điện Phần 1: Máy điện một chiều Ch−ơng 1 : Nguyên lý làm việc - kết cấu cơ bản Ch−ơng 2 : Dây quấn Máy điện một chiều Ch−ơng 3 : Các quan hệ điện từ trong máy Ch−ơng 4 : Từ tr−ờng trong máy điện một chiều Ch−ơng 5 : Đổi chiều Ch−ơng 6 : Máy phát điện một chiều Ch−ơng 7 : Động cơ một chiều Ch−ơng 8 : Máy điện một chiều đặc biệt Back Nội dung Next
Bài giảng máy điện Ch−ơng 1: Nguyên lý làm việc- kết cấu cơ bản 1.1: Cấu tạo của máy điện một chiều 1.2: Nguyên lý làm việc 1-3: các l−ợng định mức Back Nội dung Next Phần I: máy điện một chiều 1.1: Cấu tạo của máy điện một chiều 1. Phần tĩnh (Stato): Dây quấn cực từ chính a) Cực từ chính: Cực từ phụ (Là bộ phận để Dây quấn cực từ phụ sinh ra từ thông Cực từ chính kích thích) b) Cực từ phụ: Đặt giữa các cực từ chính, dùng để cải thiện đổi chiều. c) Gông từ (vỏ máy): d) Các bộ phận khác: Nắp máy: Bảo vệ an toàn cho ng−ời và thiết bị. Cơ cấu chổi than: Đ−a dòng điện từ phần quay ra mạch ngoài. Back Ch−ơng I Next
máy điện một chiều Back Ch−ơng I Next phần cảm động cơ điện một chiều Cực từ vỏ Bu lông Cuộn dây
phần cảm động cơ điện một chiều vỏ cực từ Bu lông cuộn dây máy điện một chiều 2. Phần ứng (Rôto): Rãnh a) Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ. +) Với các máy công suất vừa và lớn ng−ời ta dập lỗ thông gió dọc trục. +) Với các máy điện công suất lớn còn xẻ rãnh thông gió ngang trục. b) Dây quấn phần ứng : Là phần sinhLỗ ra sứcthông gió dọc trục điện động và có dòng điện chạy qua. Lõi sắt +) Dây quấn th−ờng làm bằng đồng có bọc Nêm cách điện. Để tránh khi quay dây quấn bị văng ra miệng rãnh th−ờng đ−ợc nêm chặt Cách bằng tre, gỗ phíp và đầu dây quấn th−ờng điện đ−ợc đai chặt. rãnh +) Với các MĐ công suất nhỏ dây quấn có tiết diện tròn, còn máy có công suất vừa và Dây lớn dây quấn có tiết diện hình chữ nhật. quấn Back Ch−ơng I Next
phần ứng động cơ điện một chiều Cổ góp lõi thép dây quấn trục phần ứng động cơ điện một chiều lõi thép Cổ góp cuộn dây trục
máy điện một chiều c) Vành đổi chiều (Vành góp): Dùng biến đổi dòng xoay Phiến góp chiều thành dòng một chiều. d) Các bộ phận khác: Cánh quạt: Dùng làm mát. Trục máy: gắn lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục làm bằng thép các bon tốt. Back Ch−ơng I Next máy điện một chiều 1.2: Nguyên lý làm việc bc I− Phần tĩnh : Gồm 1 hệ thống từ có 2 N n F cực N và S. A e đt + da I Phần động : Gồm khung dây abcd − cb Fđt (1phần tử dây quấn). U Rt da e - B S 1. Nguyên lý làm việc ở chế độ máy phát: Theo định luật cảm ứng điện từ: trị số sức điện động trong từng thanh dẫn ab và cd đ−ợc xác định: e = B.l.v Trong đó: B là trị số cảm ứng từ ở nơi dây dẫn quét qua l là chiều dài thanh dẫn nằm trong từ tr−ờng. v là vận tốc dài của thanh dẫn. Back Ch−ơng I Next
máy điện một chiều Sức điện động và dòng xoay chiều cảm ứng trong thanh dẫn đã đ−ợc chỉnh l−u thành sức t điện động và dòng 1 chiều nhờ hệ thống vành góp chổi than.Ta có thể biểu diễn sức t điện động và dòng điện trong thanh dẫn và ở mạch ngoài nh− hình vẽ: N Khi mạch ngoài có tải thì ta có: U − = E − -I−R− n F, Mđt Trong đó: E − là sức điện động của máy phát. I−R− là sụt áp trên khung dây abcd U− là điện áp giữa 2 đầu cực S Khi đó vòng dây sẽ chịu 1 lực tác dụng gọi là lực từ: Fđt = B.I −.l T−ơng ứng ta sẽ có mô men điện từ: Mđt = F đt.D −/2.= B.I −.l.D −/2 Từ hình vẽ ta thấy ở chế độ máy phát Mđt ng−ợc với chiều quay phần động nên nó đ−ợc gọi là M hãm. Back Ch−ơng I Next máy điện một chiều 2. Nguyên lý làm việc ở chế độ động cơ: ở chế độ động cơ Mđt cùng chiều với chiều N quay phần động gọi là mômen quay. F, Mđt Nếu điện áp đặt vào động cơ là U− thì ta có: U− = E − + I −R− n Nh− vậy: ở chế độ động cơ thì U− > E − còn ở chế độ máy S phát thì U− < E − Back Ch−ơng I Next
máy điện một chiều 1-3: các l−ợng định mức 1. Công suất định mức: Pđm - Tải của MĐ ứng với độ tăng nhiệt cho phép của máy theo điều kiện lúc thiết kế đ−ợc quy định là công suất định mức của máy. - Công suất định mức đều đ−ợc tính ở đầu ra của máy. 2. Các đại l−ợng định mức khác: - Các trị số điện áp, dòng điện, tốc độ quay, hệ số công suất ứng với Pđm đều là các trị số định mức. Back Ch−ơng I Next máy điện một chiều Ch−ơng 2: Dây quấn Máy điện một chiều 2.1 . Nhiệm vụ, cấu tạo, phân loại 2.2. Dây quấn xếp đơn 2.3. Dây quấn xếp phức tạp 2.4. Dây quấn sóng đơn giản 2.5. Dây quấn sóng phức tạp 2.6. Dây cân bằng điện thế Back Phần I Next
máy điện một chiều 2.1: Nhiệm vụ - cấu tạo - phân loại 1. Nhiệm vụ của dây quấn phần ứng: - Sinh ra đ−ợc 1 sức điện động cần thiết, hay có thể cho 1 dòng điện nhất định chạy qua mà không bị nóng quá 1 nhiệt độ nhất định để sinh ra 1 mômen cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt, cách điện tốt, làm việc chắc chắn, an toàn. Tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản. 2. Cấu tạo của dây quấn phần ứng: - Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối Đầu nối với nhau theo 1 quy luật nhất định. - Phần tử dây quấn là 1 bối dây gồm 1 hay nhiều vòng dây mà 2 đầu của nó nối vào 2 phiến góp. Cạnh tác dụng - Các phần tử nối với nhau thông qua 2 phiến góp đó và làm thành các mạch vòng kín. Back Ch−ơng 2 Next máy điện một chiều Nếu trong 1 rãnh phần ứng (rãnh thực) chỉ đặt 2 cạnh tác dụng (dây quấn 2 lớp) thì u=1 u=2 rãnh đó gọi là rãnh nguyên tố. Nếu trong 1 rãnh thực có 2u cạnh tác dụng với u = 1,2,3 thì rãnh thực đó chia thành u rãnh nguyên tố. u=3 Quan hệ giữa rãnh thực Z và rãnh nguyên tố Znt : Znt = u.Z Quan hệ giữa số phần tử của dây quấn S và số phiến góp G: S = G. → Znt = S = G 3. Phân loại: - Theo cách thực hiện dây quấn: + Dây quấn xếp đơn và xếp phức tạp. + Dây quấn sóng đơn và sóng phức tạp. + Trong 1 số tr−ờng hợp còn dùng cả dây quấn hỗn hợp: kết hợp cả dây quấn xếp và sóng. Back Ch−ơng 2 Next
máy điện một chiều Dạng xếp Dạng sóng Dây quấn có phần Dây quấn có phần tử đồng đều tử theo cấp - Theo kích th−ớc các phần tử: dây quấn có phần tử đồng đều và dây quấn theo cấp. 4. Các b−ớc dây quấn: - B−ớc dây quấn thứ nhất y1 :kho ảng cỏch cạnh tỏc dụng 1 & 2 của 1 ph ần tử. - B−ớc dây quấn thứ hai y2 : kho ảng cỏch cạnh tỏc dụng th ứ hai của ph ần tử 1 và cạnh tỏc dụng 1 của ph ần tử th ứ 2. - B−ớc dây tổng hợp y : kho ảng cỏch gi ữa 2 cạnh tỏc dụng th ứ nh ất của hai ph ần tử li ền kề. - B−ớc vành góp yG : kho ảng cỏch gi ữa 2 thanh gúp của 1 ph ần tử. Back Ch−ơng 2 Next máy điện một chiều 2.2: Dây quấn xếp đơn 1. B−ớc cực và các b−ớc dây quấn: y1 a) B−ớc cực τ: Là chiều dài phần ứng d−ới 1 cực y y2 π D. D− là đ−ờng kính phần ứng τ = − [cm ] τ là b−ớc cực 2p Z 1 2 3 p là số đôi cực τ = nt [rãnh ng. tố] 2p Z b) Các b−ớc dây quấn: B−ớc dây quấn thứ nhất y : y = nt ± ε 1 1 p2 ε Trong đó: là 1 số hoặc phân số để y1 là 1 số nguyên. Z + Nếu y = nt ta có dây quấn b−ớc đủ. 1 2p Z + Nếu y > nt ta có dây quấn b−ớc dài. 1 2p Znt + Nếu y1 < ta có dây quấn b−ớc ngắn. 2p Back Ch−ơng 2 Next
máy điện một chiều - B−ớc dây quấn tổng hợp (y) và b−ớc vành góp (yG ): Đặc điểm của dây quấn xếp đơn là 2 đầu của 1 phần tử nối vào 2 phiến góp kề nhau nên yG = y = 1. - B−ớc dây quấn thứ hai y2: Trong dây quấn xếp đơn: y 1 = y 2 + y → y2 = y 1 - y. 2. Sơ đồ khai triển: Khai triển dây quấn xếp đơn MĐMC có Znt = S = G = 16, 2p = 4. a) Tính các b−ớc dây quấn: Z ± ε 16 y1 = nt = = 4 (B−ớc đủ) y2 = y 1 - y = 4 -1 = 3. 2p 4 y = yG = 1. b)Thứ tự nối các phần tử: Căn cứ vào các b−ớc dây quấn ta có thể bố trí cách nối các phần tử để thực hiện dây quấn. Back Ch−ơng 2 Next máy điện một chiều Lớp trên 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 +y 1 Lớp d−ới 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 c) Giản đồ khai triển: - Giả sử tại thời điểm khảo sát phần tử 1 nằm trên đ−ờng trung tính hình học (đó là đ−ờng thẳng trên bề mặt phần ứng mà dọc theo nó cảm ứng từ bằng 0). - Vị trí của các cực từ trên hình vẽ phải đối xứng nhau, khoảng cách giữa chúng phải đều nhau. Chiều rộng cực từ bằng 0,7 b−ớc cực.Vị trí của chổi than trên phiến đổi chiều cũng phải đối xứng, khoảng cách giữa các chổi than phải bằng nhau. Chiều rộng chổi than lấy bằng 1 phiến đổi chiều. - Yêu cầu chổi than phải đặt ở vị trí để dòng điện trong phần tử khi bị chổi than ngắn mạch là nhỏ nhất và sức điện động lấy ra ở 2 đầu chổi than là lớn nhất. Nh− vậy chổi than phải đặt trên trung tính hình học và trục chổi than trùng với trục cực từ. Khai triển
máy điện một chiều Sơ đồ khai triển dây quấn MĐMC n Dây quấn xếp đơn có Znt = S = G = 16, 2p = 4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 N S N S 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 B - A + A1 + 1 2 B2 - A + B - Back Ch−ơng 2 Next máy điện một chiều 3.Xác định số đôi mạch nhánh: A 1 (-) Nhìn từ ngoài vào dây quấn phần ứng có thể biểu thị bằng sơ đồ sau: (+) B1 B2 A2 - Ta thấy: dây quấn phần ứng là 1 mạch điện gồm 4 mạch nhánh song song hợp lại. (Mạch nhánh song song là phần dây quấn nằm giữa 2 chổi điện có cực tính khác nhau). Nếu máy có 2p cực thì sẽ có 2p mạch nhánh song song. Kết luận: - Trong dây quấn xếp đơn giản thì số mạch nhánh song song bằng số cực từ hay số đôi mạch nhánh song song bằng số đôi cực : a = p - Nếu dây quấn xếp thoả mãn 2 điều kiện: chổi than nằm trên đ−ờng trung tính hình học và hệ thống mạch từ đối xứng thì sức điện động các nhánh bằng nhau và đạt giá trị lớn nhất. Back Ch−ơng 2 Next
máy điện một chiều 2-3: dây quấn xếp phức tạp 1. B−ớc dây quấn: Đặc điểm của dây quấn xếp phức tạp là yG = m (m = 2, 3, 4 ). Thông th−ờng chỉ dùng m = 2. Trong những máy công suất thật lớn mới dùng m > 2. VKhi m = 2 = y : G y1 - Nếu số rãnh nguyên tố và số phần tử là chẵn thì ta y y2 đ−ợc 2 dây quấn xếp đơn độc lập. - Nếu số rãnh nguyên tố và số phần tử lẻ ta đ−ợc 2 dây 1 2 3 4 5 quấn xếp đơn nh−ng không độc lập mà nối tiếp nhau thành 1 mạch kín. VNh− vậy có thể coi dây quấn xếp phức tạp gồm m dây quấn xếp đơn làm việc song song nhờ chổi than. Và chổi than phải có bề rộng ≥ m lần phiến góp mới có thể lấy điện ra. Back Ch−ơng 2 Next máy điện một chiều 2. Sơ đồ khai triển: Dây quấn xếp phức tạp có: yG = m = 2; 2p = 4; Znt = S = G = 24. Z 24 a) Các b−ớc dây quấn : y = = = 6 y 2 = y 1 - y = 6 - 2 = 4 1 2p 4 yG = y = 2 b) Thứ tự nối các phần tử: Lớp trên 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 +y 1 Khép kín Lớp d−ới 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 Lớp trên 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 +y 1 Khép kín Lớp d−ới 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 Back Ch−ơng 2 Next
máy điện một chiều Giản đồ khai triển dây quấn MĐMC Dây quấn xếp phức tạp y = m = 2; 2p = 4; Z = S = G = 24. n G nt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 N S N S 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 A1 + B - A + 1 2 B2 - A + B - CựcDây từ và quấn chổi xếp điện phức nh− tạp ở dây do quấnm dây xếp quấn đơn. xếpChỉ đơn khác cùng là bề đấu rộng chung chổi điệnchổi≥ 2 thanlần phiến do đó góp số để đôi có mạch thể lấy nhánh điện songđồng song thời ở của 2 dây dây quấn quấn: ra. a = m.p. Back Ch−ơng 2 Next máy điện một chiều 2-4: dây quấn sóng đơn y y 1. B−ớc dây quấn: 1 2 Z nt ± ε y y1 = . 2p Dây quấn sóng đơn khác với dây quấn xếp đơn ở yG. Muốn cho khi quấn xong vòng thứ nhất đầu cuối của phần tử thứ p phải kề với đầu đầu của phần tử đầu tiên thì số phiến đổi chiều mà ± → G ±1 các phần tử v−ợt qua phải là: p.y G = G 1 yG = (G là số phiến góp). p Dấu (+) ứng với dây quấn phải. Dấu (-) ứng với dây quấn trái. Z y = nt ± ε. 1 2p → y = y - y = y - y . G ±1 2 1 G 1 y = yG = p Back Ch−ơng 2 Next
máy điện một chiều 2. Sơ đồ khai triển: Khai triển dây quấn sóng đơn có Znt = S = G = 15; 2p = 4 a) B−ớc dây quấn : Znt ± ε 15 3 y1 = = - = 3 (b−ớc ngắn) . y 2 = y - y1 = 7 - 3 = 4. 2p 4 4 G ±1 15 −1 y = yG = = = 7 (dây quấn trái) p 2 b) Thứ tự nối các phần tử: Lớp trên 1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1 +y 1 +y 2 Lớp d−ới 4 11 3 10 2 9 1 8 15 7 14 6 13 5 12 Back Ch−ơng 2 Next máy điện một chiều Giản đồ khai triển dây quấn MĐMC n Dây quấn sóng đơn có Znt = S = G = 15; 2p = 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 N S N S 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 A + B - A + 1 1 2 B2 - Dây quấn sóng đơnA chỉ+ có 1 đôi Bmạch - nhánh song song: a = 1 . Quy luật nối dây của dây quấn sóng đơn là nối tiếp tất cả các phần tử d−ới ở các cực có cùng cực tính lại rồi nối với các phần tử ở d−ới các cực có cực tính khác cho đến hết. Back Ch−ơng 2 Next
máy điện một chiều 2-5: dây quấn sóng phức tạp 1. B−ớc dây quấn: T−ơng tự nh− với dây quấn sóng đơn. G ± m Riêng b−ớc vành góp: yG = p 2. Sơ đồ khai triển: m = 2; 2p = 4; Znt = S = 18. Znt ± ε 18 2 a) Tính b−ớc dây quấn : y 1 = = − = 4 (dây quấn b−ớc ngắn) 2p 4 4 G ± m 18 − 2 y = = = 8 = y; y = y - y = 8 - 4 = 4. G p 2 2 1 b) Thứ tự nối các phần tử: Khép kín Lớp trên 2 10 18 8 16 6 14 4 12 2 +y 1 +y 2 Lớp d−ới 6 14 4 12 2 10 18 8 16 Khép kín Lớp trên 1 9 17 7 15 5 13 3 11 1 +y 1 +y 2 7 15 Back Lớp d−ới 5 13 3 11 1 9 17 Next máy điện một chiều Giản đồ khai triển dây quấn MĐMC n Dây quấn sóng phức tạp có: m = 2; 2p = 4; Znt = S = 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 N S N S 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 A1 + B1 - A2 + B2 - A + B - Dây quấn sóng phức tạp gồm m dây quấn sóng đơn hợp lại do đó số đôi mạch nhánh song song của dây quấn sóng phức tạp: a = m . Back Ch−ơng 2 Next
máy điện một chiều 2.6: Dây cân bằng điện thế 1.Điều kiện để dây quấn đối xứng: - Dây quấn MĐMC t−ơng ứng nh− 1 mạch điện gồm 1 số nhánh song song ghép lại. Mỗi nhánh gồm 1 số phần tử nối tiếp nhau. - ở điều kiện bình th−ờng: sức điện động sinh ra trong các mạch nhánh song song bằng nhau, dòng điện phân bố đều trong các nhánh. - Dây quấn phải đảm bảo 1 số yêu cầu sau: + Đảm bảo về cảm ứng từ: Hệ thống mạch từ phải có cấu tạo đối xứng, từ thông ở các cực nh− nhau. + Điều kiện về dây quấn: Tất cả các dây quấn tạo thành mạch nhánh phải t−ơng đ−ơng nhau và số phần tử của các nhánh cũng phải t−ơng đ−ơng. Back Ch−ơng 2 Next máy điện một chiều 2. Dây cân bằng điện thế loại 1: - Dây cân bằng điện thế làm mất sự không đối xứng của mạch từ trong MĐ để cân bằng điện thế ở các mạch nhánh của dây quấn xếp nằm d−ới các cực từ có cùng cực tính đ−ợc gọi là dây cân bằng loại 1. B−ớc thế yt bằng số phiến đổi chiều d−ới mỗi đôi cực: G G y = = t p a 3. Dây cân bằng loại 2: - Dây cân bằng làm mất sự phân bố không đối xứng của điện áp trên vành góp gọi là dây cân bằng loại 2. S G B−ớc thế: y = = t a a Back Ch−ơng 2 Next
máy điện một chiều Ch−ơng 3: Các quan hệ điện từ trong máy 3.1: Sức điện động dây quấn phần ứng 3.2: Mô men điện từ - công suất điện từ 3.3: Cân bằng năng l−ợng - tổn hao - hiệu suất Back Phần I Next máy điện một chiều 3.1: Sức điện động dây quấn phần ứng Sức điện động trung bình cảm ứng trong 1 thanh dẫn có chiều dài l, chuyển động với vận tốc v trong từ tr−ờng bằng: etb = Btb .l.v π.D .n n τ là b−ớc cực v = − = 2pτ. 60 60 D là đ−ờng kính phần ứng. Φ − B = δ p là số đôi cực. tb τl n là tốc độ quay phần ứng(v/phút) Φδ: từ thông khe hở d−ới mỗi cực từ (Wb) Nếu gọi N là tổng số thanh dẫn của dây quấn thì mỗi mạch nhánh song song sẽ cóN thanh dẫn nối tiếp nhau. Nh− vậy sức điện Φ động của máy: 2a δ n n e = .l.2pτ. = 2p.Φ δ . tb τl 60 60 N pN Φ E = .e = .Φ δ .n Hay E− = Ce. δ.n (V) − 2a tb 60 a pN Trong đó: C = là hệ số phụ thuộc kết cấu máy và dây quấn. e 60 a Back Ch−ơng 3 Next
máy điện một chiều 3.2 . Mô men điện từ - công suất điện từ 1. Mômen điện từ: S Khi MĐ làm việc trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện chạy qua. Tác dụng của từ n tr−ờng lên dây dẫn có dòng điện chạy qua sẽ M sinh ra mômen điện từ trên trục máy. Bδ Bδtb - Lực điện từ tác dụng lên từng thanh dẫn: τ f = Btb .l.i − Gọi N là tổng số thanh dẫn của dây quấn và dòng trong mạch nhánh là: iư = I ư/2a thì mômen điện từ tác dụng lên dây quấn phần ứng là: 2pτ Φ I − D − δ M = Btb . .l.N. . Thay D− = và Btb = ta có: 2a 2 π τ.l Φ I τ δ − 2p pN Φ Φ M = . .l.N. = . δ.I − = CM. δ.I − (Nm) τ.l 2a 2π 2aπ pN Trong đó: C = là hệ số phụ thuộc kết cấu máy. M 2aπ Φ Back δ là từ thông d−ới mỗi cực từ (Wb). Next máy điện một chiều 2. Công suất điện từ: Công suất ứng với mômen điện từ (lấy vào với máy phát và đ−a ra với động cơ) gọi là công suất điện từ: P = M. ω π đt ω = 2 n là tốc độ góc phần ứng. 60 π → pN Φ 2 n pN Φ Pđt = . δ.I − . = .n. δ.I − = E − . I − 2aπ 60 60 a - Trong chế độ máy phát: M ng−ợc chiều quay với phần ứng nên đóng vai trò là mômen hãm. Máy chuyển công suất cơ (M. ω) thành công suất điện (E −I−). - Trong chế độ động cơ: M có tác dụng làm quay phần ứng → cùng chiều với chiều quay phần ứng. Máy chuyển công suất điện (E −I−) thành công suất cơ (M. ω) Back Ch−ơng 3 Next
máy điện một chiều 3.3 : Cân bằng năng l−ợng - tổn hao - hiệu suất 1. Tổn hao trong MĐMC: a) Tổn hao cơ( p cơ): b) Tổn hao sắt (pFe ): - Hai loại tổn hao trên tồn tại ngay cả khi không tải nên gọi là tổn hao không tải: p = p + p . Tổn hao này sinh ra M hãm ngay cả 0 cơ Fe p khi không tải nên gọi là M không tải: M = 0 0 ω c) Tổn hao đồng (pcu ): Gồm 2 phần: 2 - Tổn hao đồng trên mạch phần ứng: pcu.− = I − R− Với: R − = r− + rb + rf + rtx ; (r − : điện trở dây quấn phần ứng; rf : điện trở cực từ phụ; rb : điện trở dây quấn bù; rtx : điện trở tiếp xúc chổi than.) - Tổn hao đồng trên mạch kích thích: (Bao gồm tổn hao đồng của dây quấn kích thích và của điện trở điều chỉnh trong mạch kích thích): pcu.kt = Ukt Ikt Back Ch−ơng 3 Next máy điện một chiều d) Tổn hao phụ: (p f) Trong đồng và trong thép đều sinh ra tổn hao phụ. Tổn hao phụ th−ờng khó tính. Ta lấy pf = 1%P đm 2. Giản đồ năng l−ợng và hiệu suất: a) Máy phát điện: Pđt = P 1 - (p cơ + pFe ) = P 1 - p0 = E − I− P2 = Pđt - pcu = U.I − pcơ p p - Giản đồ năng l−ợng: Fe cu P1 Pđt P2 - Hiệu suất: P P −(p +p +p ) Σp η = 2 = 1 co Fe cu =1− P1 P1 P1 Back Ch−ơng 3 Next
máy điện một chiều b) Động cơ điện: Ta có công suất điện mà động cơ nhận từ l−ới: P1 = U.I = U.(I − + Ikt ) Với: I = I− + Ikt là dòng nhận từ l−ới vào. U là điện áp ở đầu cực máy. Pđt = P 1 - (pcu.− + pcu.kt ) Pđt = E −I− ω Còn lại là công suất cơ đ−a ra đầu trục: P 2 = M. = Pđt - (p cơ +pFe ) p + p - Giản đồ năng l−ợng: cu.− cu.kt pFe pcơ P1 Pđt P2 - Hiệu suất: P P −(p +p + p ) Σp η = 2 = 1 co Fe cu = 1 − P1 P1 P1 Back Ch−ơng 3 Next máy điện một chiều Ch−ơng 4 : Từ tr−ờng trong máy điện một chiều 4-1: từ tr−ờng lúc không tải -Từ Tr ường cực từ chớnh- 4-2: từ tr−ờng khi có tải Back Phần I Next
máy điện một chiều 4-1: từ tr−ờng lúc không tải Φ Φ 0 σ 1.Từ tr−ờng chính và từ tr−ờng tản: Từ thông chính là từ thông đi qua khe hở không khí giữa phần ứng và cực từ trong phạm vi 1 b−ớc cực. Từ thông của cực từ đ−ợc tính nh− sau: φ φ φ φ φ φ φ σ c = 0 + σ = 0(1+ σ/ 0 ) = 0. t Φ Với σ = 1+ σ là hệ số tản từ của cực từ chính. t Φ 0 2. Sức từ động cần thiết để sinh ra từ thông: - Do mạch từ hoàn toàn đối xứng và sức từ động ở các cực từ nh− nhau nên ta chỉ cần tính cho 1 đôi cực. Back Ch−ơng 4 Next máy điện một chiều φ - Để có từ thông chính 0 ta cần cung cấp cho dây quấn kích thích 1 sức từ động F0 nào đó. Để đơn giản cho việc tính toán ta dùng cách phân đoạn mạch từ thành 5 đoạn: khe hở không khí (δ), răng phần ứng (h r), l−ng phần ứng (l −), cực từ (hc), gông từ (lG). Khi đó sức từ động cần thiết cho 1 đôi cực sẽ tính nh− sau: Σ Σ δ F0 = I.W = H.l = 2H δ. + 2H r.h r + H−.l − + 2H c.h c + HG.l G = F δ + F r + F − + Fc + F G Trong đó: h chỉ chiều cao, l chỉ chiều dài. B Φ Trong mỗi đoạn đó c−ờng độ từ tr−ờng đ−ợc tính: H = với B = à Φ, S, à là từ thông, tiết diện, hệ số từ thẩm của các đoạn. S lG a) Sức từ động trên khe hở Fδ: Fδ = 2H δ.δ * Khi phần ứng nhẵn: δ - Do khe hở giữa cực từ và phần ứng khônghc đều: ở giữa thìh khe hở δ ữ δ c nhỏ, 2 đầu mép cực từ khe hở lớn: max = (1,5 2,5) nên phân bố từ h l hr cảm ở những điểm thẳng góc với bề mặt phần ứng cũngr − khác nhau. Back Ch−ơng 4 Next
máy điện một chiều - Phân bố từ cảm d−ới 1 cực từ biểu diễn nh− δ hình vẽ. Từ cảm ở giữa cực từ có giá trị lớn nhất còn ở 2 mép cực trị số giảm dần và ở đ−ờng trung τ tính hình học giữa 2 cực từ thì bằng 0. - Để đơn giản ta thay đ−ờng cong từ cảm thực tế bằng 1 hình chữ nhật có chiều cao là Bδ và đáy là Bδ bδ = αδ.τ sao cho diện tích hình chữ nhật bằng diện tích bao bởi đ−ờng cong thực tế. (b là cung δ τ tính toán của cực từ còn αδ là hệ số tính toán bδ cung cực). Trong MĐMC có cực từ phụ thì αδ = 0,62 ữ 0,72; ở MĐMC không có cực từ phụ thì αδ = 0,7 ữ 0,8 lc Gọi l− là chiều dài phần ứng theo dọc trục l và l là chiều dài cực từ thì ta có chiều dài tính 1 c + l− lc toán lδ = . Với l− = l 1- ng.b g Bδ 2 ng,b g là số rãnh và chiều rộng rãnh thông gió. lδ Back Ch−ơng 4 Next máy điện một chiều Φ δ Φ δ Từ cảm khe hở không khí: Bδ = = Sδ lδ .bδ Sức từ động đ−ợc tính: B Φ F = 2.H .δ = 2 δ .δ = 2 δ .δ δ1 δ à à 0 0 lδ bδ * Khi phần ứng có răng: - Khi tính toán ta phải quy đổi phần ứng t1 có răng về phần ứng nhẵn bằng cách tăng br1 khe hở không khí là δ' = K δ.δ với δ' đ−ợc gọi là trị số tính toán của khe hở. t + 10δ K là hệ số khe hở: K = 1 δ δ + δ b 1r 10 t1 là b−ớc răng; br1 là chiều rộng đỉnh răng Ta có sức từ động phần ứng khi có răng : Φ δ δ δ .δ Fδ = 2.H δ. 'Fδ = 2.H δ. K δ. = 2.F δ1. K δ = 2. à .K δ 0 lδ bδ δ' = K δ.δ Back Ch−ơng 4 Next
máy điện một chiều b) Sức từ động trên răng phần ứng: Với phần ứng có răng và rãnh khi từ thông đi qua khe hở không khí thì phân làm 2 mạch song song đi vào răng và rãnh phần ứng. Do từ dẫn của thép lớn hơn không khí nhiều nên đại bộ phận từ t thông đi vào răng. t là b−ớc đỉnh răng 1 1 Hr1 br1 t2 là b−ớc chân răng Φ H Từ thông đi qua 1 b−ớc răng t1 là t = B δ.l δ.t 1 rtb Xét 1 tiết diện đồng tâm với mặt phần ứng, x br2 cách đỉnh răng 1 khoảng x thì từ thông đi Hr2 qua tiết diện đó gồm 2 thành phần: Φ = Φ + Φ t2 t rx r′ x (1) Chia 2 vế của (1) cho Srx (tiết diện răng) ta có: Φ Φ Φ ′ t = rx + r x (1 ’) S S S Φ Φ rx rx rx t = ′ rx = Brx và Brx là trị số từ cảm tính toán và thực tế của răng Srx Srx Back Ch−ơng 4 Next máy điện một chiều *) ý nghĩa của B’rx : Coi toàn bộ từ thông đều đi qua răng phần ứng (mạch từ ch−a ’ bão hoà). Khi B tx > 1,8 Tesla thì mạch từ bắt đầu bão hoà, từ trở tăng dần, ta không thể bỏ qua từ cảm trên rãnh. Khi đó thành phần thứ 2 của biểu thức (1' ) biểu diễn nh− sau: Φ Φ r′ x = r′ x Sr′ x = = à . Br′ x .K rx 0 .H r′ x .K rx (2) Srx Sr′ x Srx - Giả thiết rằng những mặt cắt hình trụ ngang răng và rãnh ở các độ cao x đều là những mặt đẳng trị của từ tr−ờng thì khi đó có thể xem ′ = + à nh− Hrx = Hr’x Thay vào (1' ): Brx Brx 0.H r' x .K rx (3) Giá trị biểu thức này có thể tìm đ−ợc từ đ−ờng cong từ hoá B = f(H) và qua các b−ớc tính cụ thể sau: + Vẽ đ−ờng cong từ hoá của lõi sắt phần ứng Khi đã biết kích th−ớc của răng và rãnh ta có: = S ′xr = tx lδ − Krx 1 Srx brx l− kc Với: Kc là hệ số ép chặt lõi sắt; Stx , tx là tiết diện răng và b−ớc răng ở độ cao x; l −, l δ là chiều dài thực và tính toán của lõi sắt.
máy điện một chiều B + Từ đ−ờng cong từ hoá cho các trị số của từ (2) → à cảm Brx ta tìm đ−ợc Hrx t−ơng ứng B’rx theo (3). 0.H rx.Krx Sau đó vẽ đ−ờng biểu diễn (đ−ờng 2). (1) - Ngoài ra trị số từ cảm tính toán của răng cũng có Brx Φ ′ = t = Bδ t1 lδ (4) thể xác định theo biểu thức: Brx 0 Srx brx l− kc Hrx H * Thực tế khi tính toán sức từ động răng chỉ cần tính H ở 3 điểm theo chiều cao răng: đỉnh răng, chân răng và giữa chiều cao răng. Khi đó trị số tính toán của c−ờng độ từ tr−ờng trung bình bằng: 1 H = (H + 4H + H ) (5) r 6 1r rtb 2r Gọi hr là chiều cao răng thì sức từ động răng đối với 1 đôi cực là: Fr = 2. H r. h r (6) * Để đơn giản ta chỉ cần xác định từ cảm và từ tr−ờng ở tiết diện cách chân răng 1/3 làm trị số tính toán. Khi đó ta có: F r = 2. H r1/3 . h r (7) Trong máy điện 1 chiều từ cảm ở nơi hẹp nhất của răng = 1,8 ữ 2,3 T. máy điện một chiều c) Sức từ động trên l−ng phần ứng: Từ thông sau khi đi qua khe hở không khí vào phần ứng qua răng và rãnh sẽ phân bố không đều: ở gần răng có từ cảm lớn hơn nh−ng sự khác biệt không lớn lắm nên có thể lấy từ cảm trung bình ở l−ng phần ứng để tính toán. Φ Φ Φ = − = 0 = 0 Từ cảm ở l−ng phần ứng: B− S− 2. S− 2. h − l − k c Φ Trong đó: Φ = 0 là từ thông phần ứng; − 2 = S− h − l − k c là tiết diện l−ng phần ứng. → Theo đ−ờng cong từ hoá từ B− H− Khi đó sức từ động trên l−ng phần ứng đ−ợc tính: F − = H−.l − Back Ch−ơng 4 Next
máy điện một chiều d) Sức từ động trên thân cực từ và gông từ: Tính toán sức từ động cực từ ta phải xét đến ảnh h−ởng của từ Φ Φ σ thông tản. Khi đó từ thông ở cực từ lớn hơn từ thông chính: c = 0. t σ ữ với t = 1,15 1,25 là hệ số tản từ. Thực tế do Φσ tản ra khắp cực từ nên từ thông ở các phần trên cực từ và gông từ cũng khác nhau. Nh−ng để đơn giản hoá tính toán ta Φ Φ coi nh− trên cực từ và gông từ có từ thông không đổi. ( G = 1/2 c) Φ Φ = c = c Ta có: B c và BG Sc 2SG Với Sc và SG là tiết diện cực từ và gông từ Sức từ động cực từ và gông từ: Fc = 2.H c.h c hc: chiều cao cực từ FG = HG.l G lG: chiều dài trung bình của gông từ. Back Ch−ơng 4 Next máy điện một chiều 3. Đ−ờng cong từ hoá của MĐMC: φ φ Đ−ờng biểu diễn quan hệ giữa 0 và F0 φ a b c gọi là đ−ờng cong từ hoá của MĐMC. đm Nếu kéo dài đoạn tuyến tính ta đ−ợc quan hệ φδ = f(F δ). Khi từ thông đạt giá trị định mức thì đoạn ab đặc tr−ng cho sức từ động khe hở F còn đoạn bc đặc tr−ng cho sức từ động rơi trên 0 các phần sắt của mạch từ. → ab = F δ F0 = ac = F δ + F r + F − + Fc + F G bc = F r + F − + Fc + F G ĐặtF0 ac thì k là hệ số bão hoà của mạch từ. = kà = à Fδ ab Trong các MĐ để triệt để lợi dụng vật liệu và công suất khi điện áp là định mức ta chọn điểm làm việc là điểm chớm bão hoà (điểm c: điểm mà đ−ờng cong từ hoá bắt đầu cong với kà = 1,1 →1,35). Back Ch−ơng 4 Next
máy điện một chiều 4-2: từ tr−ờng của máy điện khi có tải 1. Từ tr−ờng cực từ chính: N Từ hình vẽ phân bố từ tr−ờng của cực từ chính của máy 2 cực ta thấy từ tr−ờng chính nhận trục cực làm trục đối xứng và không thay đổi vị trí trong không gian. S 2. Từ tr−ờng phần ứng: N a) Chiều của từ tr−ờng phần ứng: * Khi chổi than đặt trên trung tính hình học: n Trung tính S N hình học - Trục sức từ động tổng của cả dây quấn sinh − − ra luôn luôn trùng với trục chổi than. S Back Ch−ơng 4 Next máy điện một chiều * Nếu dịch chổi than khỏi trung tính hình N học ứng với 1 đoạn b trên phần ứng: F D −d C b - Phân tích sức từ động phần ứng FN− thành 2 thành n F− F Trung tính A −q B phần: + Sức từ động ngang trục F−q. b + Sức từ động dọc trục: F . vật lý n −d Trung tính S b) Sự phân bố từ tr−ờng trên bề mặt phần ứng:hình học (*) * Khi chổi than ở trên đ−ờng trung tính hình học: (*) S Ta xét 1 mạch vòng đối xứng với điểm giữa của 2 chổi than thì ở 1 điểm cách gốc là x sức từ động đ−ợc tính nh− sau: F−x = A.2x (A/đôi cực) N. i A = − (A/cm): là phụ tải đ−ờng của phần ứng. π I .D − i = − là dòng trong thanh dẫn. − 2a τ τ τ Sức từ động sẽ lớn nhất khi x = . Khi đó: F − = A.2. = A. . 2 2 Back Ch−ơng 4 Next
máy điện một chiều NS - Nếu bỏ qua từ trở của lõi thép thì từ trở của mạch phần ứng chỉ còn là 2 khe hở không khí nên từ cảm của phần F Đ F ứng d−ới mặt cực từ đ−ợc biểu diễn: −x Aτ à à F− x à A.2x (*) /2 B−x = 0.H −x = 0. = 0. à A 2δ 2δ = 0. .x δ B−x * Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học 1 khoảng b nào đó: D−ới mỗi b−ớc cực trong phạm vi 2b dòng điện sinh ra sức từ động dọc trục còn trong phạm vi ( τ - 2b) dòng điện sinh ra sức từ động ngang trục: F−d = A.2b (A/đôi cực) τ F−q = A. ( - 2b) Tóm lại: từ tr−ờng phần ứng phụ thuộc vào vị trí của chổi than và mức độ của tải. Back Ch−ơng 4 Next máy điện một chiều 3. Phản ứng phần ứng: a) Khi chổi than đặt trên đ−ờng trung tính hình học: m m - Sự phân bố của từ tr−ờng do từ N S tr−ờng cực từ chính và từ tr−ờng phần ứng hợp lại nh− sau: F Đ (4) (1): Từ cảm của cực từ chính. (3) (2): Từ tr−ờng phần ứng. (1) (3): Từ tr−ờng tổng khi mạch từ ch−a bão hoà. (4): Từ tr−ờng tổng khi mạch từ bão hoà. (2) *)Tóm lại: m m Khi chổi than đặt trên trung tính hình học chỉ có phản ứng ngang trục làm méo dạng từ tr−ờng khe hở và xuất hiện đ−ờng trung tính vật lý Back Ch−ơng 4 Next
máy điện một chiều b) Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học: Phân tích sức từ động phần ứng thành 2 phần: F−q và F−d. - Thành phần ngang trục F−q có tác dụng làm méo dạng từ tr−ờng cực từ chính và khử từ 1 ít nếu mạch từ bão hoà. - Thành phần dọc trục F−d ảnh h−ởng trực tiếp đến từ tr−ờng cực từ chính. Nó có tác dụng khử từ hoặc trợ từ tuỳ theo chiều xê dịch của chổi than. (*) Do yêu cầu của đổi chiều chỉ cho phép quay chổi than theo chiều quay của phần ứng trong tr−ờng hợp máy phát còn động cơ thì ng−ợc lại. Back Ch−ơng 4 Next máy điện một chiều 4. Từ tr−ờng cực từ phụ: S N N S f f Sf Tác dụng của cực từ phụ là sinh ra 1 sức từ động triệt F Đ (1) tiêu từ tr−ờng phần ứng (2) ngang trục và tạo ra từ tr−ờng Hb-1 ng−ợc chiều với từ tr−ờng (3) phần ứng ở khu vực đổi chiều. Hb-2 (1): Sức từ động cực từ chính. (2): Sức từ động phần ứng. (3): Sức từ động cực từ phụ. Hình b-2: Sức từ động tổng. Hb-3 Hình b-3: Phân bố từ cảm. Back Ch−ơng 4 Next
máy điện một chiều - Khi chổi than đặt trên trung tính hình học thì cực từ phụ không ảnh h−ởng đến cực từ chính. Hình c1: Cực từ phụ S N không ảnh h−ởng tới từ S f N f S tr−ờng tổng. F Đ Hình c2: Cực từ phụ có tác dụng khử từ. τ Hc 1 Hình c3: Cực từ phụ có tác dụng trợ từ. Cách nối cực từ phụ: τ Đ Hc 2 F N Sf τ Nf Hc 3 S Back Ch−ơng 4 Next máy điện một chiều 5. Từ tr−ờng dây quấn bù: S - Tác dụng của dây quấn bù là S Sf N Nf sinh ra từ tr−ờng triệt tiêu phản ứng phần ứng làm cho từ tr−ờng F Đ khe hở về căn bản không bị méo (1) dạng nữa. (2) Đ−ờng (1): Sức từ động của phản ứng phần ứng ngang. (3) (4) Đ−ờng (2): Sức từ động của dây quấn bù. Đ−ờng (3): Sức từ động khi không tải. Đ−ờng (4): Phân bố từ tr−ờng tổng khi có cả dây quấn bù và cực từ phụ. Cách nối dây quấn bù: Back Ch−ơng 4 Next
máy điện một chiều Ch−ơng 5 : Đổi chiều 5.1: Nguyên nhân sinh ra tia lửa trên vành góp 5.2: Quá trình đổi chiều 5.3: Các ph−ơng pháp cải thiện đổi chiều Back Phần I Next máy điện một chiều 5.1: Nguyên nhân gây tia lửa trên vành góp 1. Nguyên nhân về cơ khí: - Vành góp không đồng tâm với trục. - Sự cân bằng bộ phận quay không tốt. - Bề mặt vành góp không phẳng do những phiến đổi chiều hoặc mi ca cách điện giữa các phiến đổi chiều nhô lên. - Lực ép chổi than không thích hợp (mạnh quá có thể làm mòn chổi và vành góp), kẹt chổi trong hộp chổi, hộp chổi than không đ−ợc giữ chặt hay đặt không đúng vị trí. 2. Nguyên nhân về điện: - Do sức điện động phản kháng không triệt tiêu hết sức điện động đổi chiều. - Do sự phân bố không đều mật độ dòng điện trên mặt tiếp xúc và θ θ quan hệ phi tuyến của điện trở tiếp xúc: rtx = f(t, ) với là thông số đặc tr−ng cho tác dụng nhiệt và hiện t−ợng điện phân d−ới chổi than. Back Ch−ơng 5 Next
máy điện một chiều 3. Các cấp tia lửa điện: Bảng các cấp tia lửa điện (*) - Ta thấy tia lửa mạnh gây hao mòn nhanh chóng chổi than và vành góp. Do đó tia lửa cấp 2 chỉ cho phép với những tải xung ngắn hạn, tia lửa cấp 3 nói chung là không cho phép. - Chỉ làm việc lâu dài với cấp tia lửa 1. Back Ch−ơng 5 Next máy điện một chiều 5.2: Quá trình đổi chiều 1.Một số khái niệm: N A S a) Quá trình đổi chiều: 1 Quá trình đổi chiều của dòng điện khi phần tử di động trong vùng trung tính hình học và bị B B chổi than nối ngắn mạch gọi là sự đổi chiều. 1 2 b) Chu kỳ đổi chiều: S A2 N i i− i− i i− i− i− i− i− i− i− i− 2i − 2i − 2i − t = 0 0 < t < Tđc t = Tđc Back Ch−ơng 5 Next
máy điện một chiều - Quá trình đổi chiều của dòng điện trong mỗi phần tử tồn tại trong 1 khoảng thời gian rất ngắn. - Khoảng thời gian để dòng điện hoàn thành việc đổi chiều gọi là chu kỳ đổi chiều (Tđc). Đó là thời gian cần thiết để vành góp quay đi 1 góc bc ứng với chiều rộng của chổi, nghĩa là Tđc = (1) vG bc là chiều rộng của chổi góp. vG là vận tốc dài của vành góp. D Gọi D là đ−ờng kính vành góp → Ta có: b = π. G G G G bG là b−ớc vành góp → π G : số phi ến gúp vG = D G. . n = bG.G.n β β bc Gọi G là hệ số trùng khớp thì: G = Thay vào (1): bG b c β 1 (Đây là chu kỳ đổi chiều Tđc = = G. (2) b G G n G.n của dây quấn xếp đơn) Back Ch−ơng 5 Next máy điện một chiều 2. Các sức điện động trong mạch vòng đổi chiều: di i2 − - Sức điện động tự cảm eL: e = −L = L L c dt c T - Sức điện động hỗ cảm eM: dc n n n = = − di n = i2 u e M ∑ e Mn ∑ M n . ⇒ e Mn .∑ M n 1 1 dt Tdc 1 Mn là hệ số hỗ cảm giữa phần tử đang xét và phần tử thứ n. in là dòng điện trong phần tử thứ n - Sức điện động đổi chiều eđc: sinh ra khi phần tử đổi chiều chuyển động trong từ tr−ờng tổng hợp tại vùng trung tính: eđc = 2.W.B đc.l đc.v −. W: số vòng của phần tử đổi chiều. Bđc: Từ cảm đổi chiều - Sức điện động phản kháng epk : epk = eL + eM Để đảm bảo đổi chiều đ−ợc tốt thì sức điện động phản kháng phải luôn luôn ng−ợc chiều với sức điện động đổi chiều. Back Ch−ơng 5 Next
máy điện một chiều 3. Ph−ơng trình đổi chiều: a b c Theo định luật Kishop 2 viết cho mạch vòng phần tử b: Σ i.r pt + i 1.(r tx1 + r d) - i2.(r tx2 + r d) = e (1) i i i i Trong đó: − − r : Điện trở của phần tử đổi chiều. 1 2 pt i i r : Điện trở dây nối. 1 2 d 1 2 rtx1,2 : Điện trở tiếp xúc của chổi than với phiến góp 1 và 2. Σe : Tổng các sức điện động sinh ra trong phần tử đổi chiều: Σ e = eM + eL + eđc = epk + eđc Theo định luật Kishop 1 viết cho các nút 1 và 2: Nút 1: i + i − - i1 = 0 (2) Nút 2: - i + i − - i2 = 0 (3) i: dòng ngắn mạch chạy trong phần tử đổi chiều. i1, i 2: dòng chạy qua dây nối với các phiến đổi chiều 1 và 2. Back Ch−ơng 5 Next máy điện một chiều Các dòng i, i 1, i 2 có thể tính từ các ph−ơng trình (1), (2) và (3) nếu các đại l−ợng khác đã biết. Σ i.r pt + i 1.(r tx1 + r d) - i2.(r tx2 + r d) = e i + i − - i1 = 0 - i + i − - i2 = 0 ≈ ≈ - ở mức độ gần đúng giả thiết rpt 0, r d 0. Ta có: i .r - i .r = Σe 1 tx1 2 tx2 r − r Σe (4) i + i - i = 0 ⇒ i = tx2 tx1 i. + − 1 + − + rtx2 rtx1 rtx2 rtx1 - i + i − - i2 = 0 if ≈ ≈ Vì giả thiết rpt 0, r d 0 nên (r tx1 + r tx2 ) là tổng trở của phần tử đổi chiều khi bị chổi than ngắn mạch và dòng if chính là dòng ngắn mạch trong phần tử gây bởi Σe Back Ch−ơng 5 Next
máy điện một chiều Giả thiết rằng rtx1 , r tx2 tỷ lệ nghịch với bề mặt tiếp xúc của chổi điện với phiến đổi chiều 1 và 2. Trong quá trình đổi chiều từ 0 đến Tđc với điều kiện bc = bG thì các bề mặt tiếp xúc đ−ợc tính nh− sau: T t = t = dc − S tx 2 S S tx1 S (*) Tdc Tdc Với S là diện tích tiếp xúc toàn phần của chổi với phiến góp. S tx1 S Ký hiệu r là điện trở tiếp xúc toàn phần tx2 tx S ứng với mặt tiếp xúc toàn phần S ta có: S T S T r = r = dc r r = r = dc r tx1 tx − tx (5) tx2 tx tx (6) S tx1 Tdc t S tx2 t   Σ Thay (5), (6) vào (4) ta có: =  − t2  + e (7) i 1 i. − 2    Tdc  rnm = Tdc Với rnm rtx . (7) : Là ph−ơng trình đổi chiều T(t − )1 dc tổng quát. Back Ch−ơng 5 Next máy điện một chiều i 4. Các loại đổi chiều: +i α − 2 i a) Đổi chiều đ−ờng thẳng: 2 t Σe = 0 và dòng điện đổi chiều là 0 i t 1  t2  α i = 1 −  i. 1   − -i−  Tdc  T Mật độ dòng điện ở 2 phía đi vào và đi ra bằng đc nhau: J = J nên không có tia lửa xuất hiện. (*) 1 2 if, rnm (1) b) Đổi chiều đ−ờng cong: Σe i = Σ ≠ ≠ (2) f mà e 0 nên if 0. 0 t rnm Dòng điện phụ này sẽ cộng với dòng cơ bản (3) làm cho dòng điện đổi chiều trở nên phi tuyến và ta có đổi chiều đ−ờng cong. (1): rnm (t) Σ Ta biểu diễn i d−ới dạng sau: ( Σe = const): (2): if(t) khi e > 0 f Σ (3): if(t) khi e < 0 Back Ch−ơng 5 Next
máy điện một chiều i α Σ 2 * Giả sử epk > eđc hay e > 0 và giả +i − i2 thiết rtx = const thì dòng đổi chiều có dạng: 0 t α α Ta thấy 1 > 2 nên J1 > J 2 => đổi chiều i1 mang tính trì hoãn. Tia lửa xuất hiện ở t α -i 1 đầu ra của chổi điện khi phần tử rời khỏi − Tđc vị trí ngắn mạch. i +i Σ − α * Giả sử epk đổi chiều 1 2 1 2 t i -i 1 α v−ợt tr−ớc và có tia lửa ở đầu vào của − 1 chổi. Tđc Back Ch−ơng 5 Next máy điện một chiều 5.3. Các ph−ơng pháp cải thiện đổi chiều 1.Ph−ơng pháp dùng cực từ phụ: VBiện pháp cơ bản để cải thiện đổi chiều trong MĐMC là tạo ra từ tr−ờng đổi chiều tại vùng trung tính hình học bằng cách đặt những cực từ phụ giữa những cực từ chính. Muốn vậy sức từ động của cực từ phụ Ff phải ng−ợc chiều với sức từ động phản ứng ngang trục. Về trị số ngoài việc trung hoà phản ứng phần ứng ngang trục còn phải tạo ra 1 từ tr−ờng phụ để sinh ra eđc làm triệt tiêu epk . VMặt khác : F−q và epk tỷ lệ với i− do đó sức từ động cực từ phụ và từ tr−ờng đổi chiều cũng phải biến đổi tỷ lệ với phụ tải. Muốn vậy dây quấn cực từ phụ phải nối tiếp với dây quấn phần ứng đồng thời mạch từ cực từ phụ không bão hoà. Thông th−ờng khe hở giữa cực từ phụ với phần ứng lớn hơn so với cực từ chính (từ 1,5 ữ2 lần). Back Ch−ơng 5 Next
máy điện một chiều 2. Ph−ơng pháp xê dịch chổi than khỏi trung tính hình học: Vở máy phát: Chổi than đang đ−ợc đặt trên trung N tính hình học. Ta xét 1 phần tử dây quấn: e− e γ +i − pk e−q n α -i S − eđc *) Nhận xét: Khi MĐ làm việc ở chế độ máy phát để cải thiện đổi chiều ta phải dịch chổi điện khỏi trung tính hình học 1 góc: β = α + γ theo chiều quay phần ứng. Còn ở chế độ động cơ thì dịch chổi điện đi 1 góc β ng−ợc chiều quay phần ứng. (α: là góc giữa trung tính hình học và trung tính vật lý. γ: là góc ứng với điều kiện từ tr−ờng tổng bằng từ tr−ờng đổi chiều) Back Ch−ơng 5 Next máy điện một chiều 3. Dùng dây quấn bù: Trong các MĐ công suất lớn và tải thay đổi đột ngột ng−ời ta th−ờng dùng dây quấn bù để hỗ trợ cho các cực từ phụ. Dây quấn bù đ−ợc đặt d−ới mặt cực từ chính và sẽ triệt tiêu từ tr−ờng phần ứng d−ới phạm vi mặt cực từ chính và làm cho từ tr−ờng chính hầu nh− không thay đổi. Dây quấn bù nối tiếp với dây quấn phần ứng nên có thể bù ở bất cứ tải nào. 4. Những biện pháp khác: Chọn chổi than phù hợp, giảm sức điện động phản kháng Back Ch−ơng 5 Next
máy điện một chiều Ch−ơng 6 : Máy phát một chiều 6.1: Những khái niệm cơ bản 6.2: đặc tính cơ bản của máy phát một chiều 6.3: Máy phát một chiều kích từ song song 6.4: Máy phát một chiều kích từ nối tiếp 6.5: Máy phát một chiều kích từ hỗn hợp 6.6: Máy phát một chiều làm việc song song Back Phần I Next máy điện một chiều 6.1: Những khái niệm cơ bản 1. Phân loại: Tuỳ theo ph−ơng pháp kích thích cực từ chính MFMC đ−ợc phân thành 2 loại: U I a) Máy phát điện một chiều kích từ độc lập: I b) Máy phát 1 chiều tự kích: − U U U I Ikt I ktnt II I Iư Iư Iư Ikt Iktss Hình a Hình b Hình c + Máy phát một chiều kích thích song song: I = I− + Ikt (hình a). + Máy phát một chiều kích thích nối tiếp: I = Ikt = I − (hình b). + Máy phát một chiều kích thích hỗn hợp: I = I− + Iktss (hình c). → Trong mọi tr−ờng hợp công suất kích thích chiếm 0,3 0,5% Pđm. Back Ch−ơng 6 Next
máy điện một chiều 2. Ph−ơng trình cân bằng mô men: Ta có: P 1 = p cơ + pFe + Pđt ω P P + P P Chia 2 vế cho :1 = co Fe + dt hay: Mq = M 0 + Mđt ω ω ω Trong đó: Mq là mômen của máy phát điện. M0 là mômen cản không tải. Mđt là mômen điện từ. Nếu đặt M0 + Mđt = M CT (mômen cản tĩnh) thì ph−ơng trình cân bằng mômen sẽ là: Mq = M CT 3. Ph−ơng trình cân bằng điện áp: pcơ pFe pcu P2 = Pđt - (pcu + p f) U.I = E .I - (I 2r + ∆U I ) P − − − − dq tx − 1 P  ∆  đt P2 = −  + U tx  U E − I −  rdq   I  ∆ − = + U tx → Đặtr− rdq là điện trở mạch phần ứng U = E − -I−r− I− Back Ch−ơng 6 Next máy điện một chiều 4. Các đặc tính của máy phát 1 chiều : Có 5 dạng đặc tính: + Đặc tính không tải: U0 = E = f(I kt ) khi I = 0, n = const. + Đặc tính ngắn mạch: I n = f(I kt ) khi U = 0, n = const. + Đặc tính ngoài: U = f(I) khi Ikt = const, n = const. + Đặc tính phụ tải: U = f(I kt ) khi I− = const, n = const. + Đặc tính điều chỉnh: Ikt = f(I −) khi U = const, n = const. Back Ch−ơng 6 Next
máy điện một chiều 6.2: Những đặc tính cơ bản của máy phát một chiều 1. Đặc tính không tải: U = f(I kt ) khi I = 0, n = const. Đặc tính đ−ợc xác định bằng thực nghiệm theo sơ đồ thí nghiệm U V A B I− -Iktm Ikt A 0 Iktm Ikt B’ A' → Φ Φ Khi I = 0 U = E − = Ce. δ.n = Ce’. δ. → Đặc tính lặp lại dạng đ−ờng cong từ hoá riêng của máy điện. Back Ch−ơng 6 Next máy điện một chiều 2. Đặc tính ngắn mạch: In = f(I kt ) Khi U = 0, n = const. I n (2) (1): Máy đã đ−ợc khử từ d−. (2): Máy ch−a đ−ợc khử từ d−. (1) - Do U = 0 ta có E− = I −R− nghĩa là toàn bộ sức điện động sinh ra để bù Ikt đắp cho sụt áp trên mạch phần ứng. 0 ữ - Mặt khác: dòng ngắn mạch đ−ợc hạn chế bằng (1,25 1,5)I đm và → → R− rất nhỏ vì vậy E− nhỏ Ikt t−ơng ứng nhỏ mạch từ không → bão hoà. Do E − tỷ lệ tuyến tính với Ikt nên I cũng tỷ lệ với Ikt đặc tính có dạng đ−ờng thẳng. Back Ch−ơng 6 Next
máy điện một chiều E,I U (1) E,I I (2) Dựng tam giác đặc tính I (2) U (1) (1): đặc tính không tải I =I (2): đặc tính ngắn mạch. nm đm Inm =Iđm B A Enm A B Enm Tam giác đặc tính: 0 D C It 0 C D It Giả sử khi ngắn mạch trong phần ứng có dòng Iđm t−ơng ứng với dòng kích thích It = OC: 1 phần OD để sinh ra sức điện động khắc phục điện áp rơi trên điện trở phần ứng Iđm.R − = AD = BC; Phần còn lại DC = AB dùng để khắc phục phản ứng phần ứng lúc ngắn mạch. ∆ABC có cạnh BC tỷ lệ với dòng điện phần ứng và cạnh AB trong điều kiện mạch từ không bão hoà tỷ lệ với phản ứng phần ứng (tỷ lệ với I) gọi là tam giác đặc tính. Độ lớn của AB phụ thuộc vào loại máy, lớn nhất ở MĐMC không có cực từ phụ và dây quấn bù. ở máy có cực từ phụ và dây quấn bù phản ứng phần ứng hầu nh− bị triệt tiêu, cạnh AB ≈ 0. ở MĐMC kích từ hỗn hợp, dây quấn nối tiếp có tác dụng trợ từ và nếu sức từ động của nó lớn hơn AB, nghĩa là ngoài phần sức từ động triệt tiêu ảnh h−ởng của phản ứng phần ứng còn sức từ động để trợ từ thì cạnh AB sẽ nằm về bên phải của BC. Back Ch−ơng 6 Next máy điện một chiều 3. Đặc tính phụ tải: U = f(I kt ) khi I− = const, n = const. U (1) Rt A B Dạng đặc tính: (1): Đặc tính không tải. C (2) V (2): Đặc tính phụ tải. A1 B1 I− C Ikt A 0 1 Ikt V Đ−ờng (2) có thể xác định khi biết đ−ờng (1) và tam giác đặc tính: Giả sử đã biết tam giác đặc tính ở 1 chế độ tải nào đó. VD tải định mức là tam giác ABC. Ta đặt tam giác sao cho đỉnh A nằm trên đặc tính không tải, các cạnh AB và BC song song với trục hoành và trục tung đồng thời tỷ lệ với phụ tải, khi tam giác dịch chuyển song song với chính nó đỉnh C sẽ vẽ nên đặc tính phụ tải. Back Ch−ơng 6 Next
máy điện một chiều 4. Đặc tính ngoài: U = f(I) Khi Ikt = const, n = const. Rt ∆U = U -U với điều kiện I =I U đm 0 đm kt ktđm U gọi là độ biến đổi điện áp định mức: 0 ∆ V Uđm − Uđm U 0 U dm ∆U% = 100% = ()5 − 15 % E− I− U dm U * Có thể dựng đặc tính ngoài từ đặc A I tính không tải và tam giác đặc tính: kt I 0 I Cho OP = Ikt = const đm  → U PP' = U I = 0 = E − điểm D D P' Đặt tam giác ABC có AB và BC theo A D' B tỷ lệ ứng với I = Iđm sao cho A nằm C trên đặc tính không tải còn BC nằm trên đ−ờng thẳng đứng PP' → PC là → điện áp khi I = Iđm ta có điểm D' vẽ ở góc phần t− thứ 2. IIđm Iđm/2 0 PIkt máy điện một chiều 5. Đặc tính điều chỉnh: Ikt Ikt = f(I −) Khi U = const, n = const VĐặc tính điều chỉnh cho ta biết cần phải điều chỉnh dòng kích thích nh− thế nào để giữ cho điện áp đầu ra của máy phát I− không thay đổi khi tải thay đổi. 0 Back Ch−ơng 6 Next
máy điện một chiều 6.3: Máy phát một chiều kích từ song song 1. Điều kiện tự kích của máy: VĐể đảm bảo máy tự kích đ−ợc cần có các điều kiện sau: Φ ữ Φ - Trong máy phải tồn tại 1 l−ợng từ d− d = (2 3)% đm - Cuộn dây kích thích phải đấu đúng chiều hoặc máy quay đúng chiều để sinh ra dòng i kt > 0 - Nếu tốc độ quay bằng hằng số thì điện trở mạch kích thích phải nhỏ hơn 1 điện trở tới hạn nào đó. Hoặc nếu điện trở mạch kích thích bằng hằng số thì tốc độ quay phải lớn hơn 1 tốc độ tới hạn nào đó. r r VNếu máy phát thoả U rth kt2 kt1 U I mãn 3 điều kiện trên A thì quá trình tự kích Iư xảy ra nh− sau: U = I kt rkt Ikt I 0 kt Back Ch−ơng 6 Next máy điện một chiều Để hở mạch kích thích và quay máy phát đến n đm. Do trong Φ máy tồn tại d nên trong dây quấn sẽ cảm ứng 1 sức điện động ữ E và trên 2 cực máy sẽ có 1 điện áp U = (2 3)% U đm. → ' = U Nối kín mạch kích thích trong mạch kích thích sẽ có: I kt Φ Φ Φ Φ rkt nào đó. Dòng này sinh ra từ thông d’ và tổng ( d + d’ ) > d sẽ sinh ra dòng kích thích lớn hơn. Cứ nh− vậy máy sẽ tăng kích từ → điện áp đầu cực tăng lên và máy tiếp tục tự kích cho đến khi nó làm việc ổn định ở điểm A. Φ Φ Nếu d’ ng−ợc chiều với d thì máy sẽ không tự kích đ−ợc. 2. Đặc tính ngoài: U ∆ U = f(I) khi I kt = const, n = const Uđm Uđm (1) (1): Đặc tính ngoài của MF kích từ độc lập. (2) (2): Đặc tính ngoài của MF kích từ song song. I 0 I0 Iđm Ith Back Ch−ơng 6 Next
máy điện một chiều U 3. Đặc tính không tải: B 0 Iktm Ikt Ikt 4. Đặc tính điều chỉnh: (1) Ikt = f(I −) khi U = const, n = const (2) (1): của máy phát kích thích song song (2): của máy phát kích thích độc lập I− 0 Back Ch−ơng 6 Next máy điện một chiều 6.4: Máy phát một chiều kích từ nối tiếp VMFMC kích thích nối tiếp cũng thuộc loại tự kích. Rt IIkt VDo dòng tải I = I − = I kt nên trong máy chỉ có 2 l−ợng phụ thuộc nhau là U và I nên ta chỉ xây dựng I đặc tính ngoài: U = f(I) khi n = const. ư U - Khi I = I th mạch từ bão hoà điện áp bắt đầu giảm - Vì khi tải tăng điện áp 2 đầu cực máy phát thay đổi nhiều nên thực tế ít dùng loại máy này. Ud 0 Ith I Back Ch−ơng 6 Next
máy điện một chiều 6.5. Máy phát một chiều kích từ hỗn hợp U Máy phát một chiều kích thích hỗn hợp có 2 cuộn Iktnt dây kích thích. Tuỳ theo cách đấu dây mà ta có I sơ đồ nối thuận và nối ng−ợc. I 1. Đặc tính ngoài: U = f(I) khi n = const ư I VKhi nối thuận điện áp đ−ợc giữ ktss hầu nh− không đổi (đ−ờng (2)) U (1) VKhi bù thừa (đ−ờng 1) điện áp U0 (2) sẽ tăng khi tải tăng. Điều này có (3) ý nghĩa quan trọng trong việc (4) truyền tải điện năng đi xa. 0 I VNếu nối ng−ợc 2 dây quấn kích thích (đ−ờng (4)) khi tải tăng áp sẽ giảm nhanh hơn so với ở máy phát kích thích song song (đ−ờng (3)) Back Ch−ơng 6 Next máy điện một chiều 2. Đặc tính điều chỉnh: U I Đ−ờng (1) : Khi nối ktnt I (3) thuận 2 dây quấn kích kt I thích và bù bình th−ờng. (1) Iư (2) : Khi bù thừa. (2) Iktss (3) : Khi nối ng−ợc 2 I dây quấn kích thích. 0 Back Ch−ơng 6 Next
máy điện một chiều 6.6: Máy phát một chiều làm việc song song 1. Điều kiện ghép các máy phát làm việc song song: Cùng cực tính: Sức điện động của máy phát II phải bằng điện áp U của thanh góp. Nếu ghép các máy phát kích thích hỗn hợp làm việc song song thì cần có điều kiện thứ 3: Nối dây cân bằng giữa các điểm m và n nh− hình b. V A A A A I m n F F F F1 2 1 2 Hình a Hình b Back Ch−ơng 6 Next máy điện một chiều 2. Phân phối và chuyển tải giữa các máy phát điện: U Ghép máy phát II làm việc (1) song song với máy phát I. (2') E =U II (1') (2) Do E 2=U nên máy II ch−a tham gia phát điện và toàn bộ tải vẫn do máy I I = I I I II đảm nhận. Lúc này đặc tính ngoài II I = I I+I II của 2 máy là đ−ờng (1) và (2). VViệc thay đổi E I và EII bằng cách biến đổi dòng kích từ I ktI và IktII hoặc bằng cách thay đổi tốc độ quay của các động cơ sơ cấp. Back Ch−ơng 6 Next
máy điện một chiều Ch−ơng 7 : Động cơ một chiều 7.1: Những khái niệm cơ bản 7.2: Mở máy động cơ điện một chiều 7.3: Động cơ điện một chiều kích thích song song hoặc độc lập 7.4: Động cơ một chiều kích thích nối tiếp 7.5: Động cơ một chiều kích thích hỗn hợp Back Phần I Next máy điện một chiều 7.1: Những khái niệm cơ bản 1. Phân loại: U U U I Iktnt II I U I Iư I I− ư Iư Ikt I Ukt kt Iktss Hình a Hình b Hình c Hình d + Động cơ một chiều kích thích độc lập: I − = I (hình a). + Động cơ một chiều kích thích song song: I = I − + I kt (hình b). + Động cơ một chiều kích thích nối tiếp: I − = I = I kt (hình c). + Động cơ một chiều kích thích hỗn hợp: I = I − + I kt (hình d). Back Ch−ơng 7 Next
máy điện một chiều 2. Ph−ơng trình cân bằng áp: VCông suất điện đ−a vào đầu động cơ kích thích song song là: P1 = U.(I − + I kt ) Pđt = P 1- (p cu .kt + p cu.−) → 2 → E−I− = U.(I − + I kt ) - (U.I kt + I − .R −) E− = U - I−.R − 3. Ph−ơng trình cân bằng mômen: P P + P P Pđt = p Fe + p cơ + P 2 dt = co Fe + 2 ω ω ω M = M + M đt 0 2 pcu.− + p cu.kt pFe pcơ Đặt: M 0 + M 2 = M CT (Mômen cản tĩnh) → M = M đt CT P1 Pđt P2 Trong đó: M0: mômen cản không tải. M2: mômen phụ tải. Back Ch−ơng 7 Next máy điện một chiều 7.2. Mở máy động cơ một chiều 1. Yêu cầu khi mở máy: VMô men mở máy phải có trị số cao nhất có thể có để hoàn thành quá trình mở maý nghĩa là đạt đ−ợc tốc độ quy định trong 1 thời gian ngắn nhất. VDòng mở máy phải đ−ợc hạn chế đến mức nhỏ nhất để tránh cho dây quấn khỏi bị cháy hoặc ảnh h−ởng xấu đến đổi chiều. 2. Các ph−ơng pháp mở máy: Φ - Khi mở máy trong mọi tr−ờng hợp đều phải đảm bảo có max nghĩa là tr−ớc khi đóng động cơ vào nguồn điện, biến trở điều chỉnh dòng kích thích phải đặt ở vị trí sao cho điện trở kích thích nhỏ nhất để mômen đạt giá trị lớn nhất ứng với mọi giá trị của dòng phần ứng. Back Ch−ơng 7 Next
máy điện một chiều a. Mở máy trực tiếp: → → → U Tại thời điểm đầu: n = 0 E− = 0 U = I −.R − I− = → ữ R− Imm = I − = (5 10)I đm. Vì dòng mở máy lớn nên ph−ơng pháp này ít đ−ợc sử dụng. Chủ yếu dùng cho động cơ công suất vài trăm oát (vì R− t−ơng đối lớn nên ≤ ữ Imm (4 6)I đm). rmm b. Mở máy nhờ biến trở: 2 3 4 1 - Khi mở máy nhờ biến trở dòng đ−ợc tính: 5 U − E I = i 0 T M − + R − Rmmi ĐC U Rmmi là điện trở mở máy thứ i. I - Biến trở mở máy đ−ợc tính sao cho: kt ữ Imm = (1,4 1,7)I đm đối với các động cơ công suất lớn ữ Imm = (2 2,5)I đm với động cơ công suất nhỏ. Back Ch−ơng 7 Next máy điện một chiều Quá trình mở máy đ−ợc biểu diễn nh− hình vẽ: n 1 2 3 4 5 I1 n c) Mở máy bằng điện áp thấp I2 (U mm < U đm): I− M1 Phải dùng 1 nguồn độc lập M có thể điều chỉnh điện áp M2 đ−ợc để cung cấp cho phần M ứng động cơ. Một nguồn khác c 0 M U = U đm để cung cấp cho mạch kích thích. Th−ờng dùng mở máy cho những động cơ công suất lớn để kết hợp cả việc điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp. Back Ch−ơng 7 Next
máy điện một chiều 7.3. Động cơ điện một chiều kích thích song song hoặc độc lập 1. Đặc tính cơ: E U − I .R Từ ph−ơng trình: E = C .Φ .n → n = = − − e δ Φ Φ C e δ C e δ U M.R Thay M = C .Φ .I ta có: n = − − (1) M δ − Φ Φ2 C e δ Ce .C M . δ Với điều kiện: U = const, I kt = const khi M n Φ n (hoặc I −) thay đổi thì từ thông δ cũng hầu nh− 0 không đổi. M.R (1) ↔ n = n − − 0 k U 2 0 M M(I ) Với n = và k = C .C Φ. δ đm − 0 Φ e M C e δ Động cơ này đ−ợc dùng trong tr−ờng hợp tốc độ hầu nh− không đổi khi tải thay đổi (máy cắt kim loại ) Back Ch−ơng 7 Next máy điện một chiều 2. Điều kiện ổn định của động cơ: Xét đặc tính M = f(n) của động cơ điện và Mc = f(n) của tải nh− hình vẽ: ω M M = + d M Ta có: M M c j M 2 dt Mc GD P với: j = P Mc 4g là quán tính phần quay. ∆n ∆n 0 0 nlv n nlv n Tr−ờng hợp a: P là điểm làm Hình a Hình b việc của hệ thống có M = M c dM dM dM dM c dM hay = 0 dn dn dn dn dn ∆ → Tr−ờngNếu vì hợp lý do b: nàoNếu đó tốc tốc độ độ tăng tăng: đột nnhiên = n lv sẽ+ khiếnn thì cho Mc động> M cơ điệnĐộng có → cơM bị > ghìm,M c làm tốc tốc độ độ giảm tiếp dầntục vềtăng điểm mãi P hoặc n sự = giảmn lv . Ng−ợc tốc độ lại: sẽ nếu dẫn tốcđến → → độhậu giảm quả làM tốcc c dn dn dn dn Back Ch−ơng 7 Next
máy điện một chiều U M.R 3. Điều chỉnh tốc độ: n = − − Φ Φ2 n C e δ Ce .C M . δ n02 a. Ph−ơng pháp thay đổi từ thông: n01 Φ Bằng cách thay đổi trị số của biến trở trong n0đm 2 mạch kích thích. Các đ−ờng này có n > n Φ Φ 0 0đm đm 1 và giao nhau tại 1 điểm trên trục hoành ứng 0 U n M với (n = 0, I − = ) R n0 − Rf = 0 b. Thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng: R ( + ) f1 = − M. R− Rf R n n 0 f2 k R c) Ph−ơng pháp thay đổi điện áp: n 0 f3 M n03 Việc cung cấp điện áp cho động n01 U>U đm cơ đ−ợc thực hiện bằng 1 nguồn độc n 02 U=U đm lập bằng cách ghép thành tổ hợp U<U máy phát - động cơ. đm 0 M Back Ch−ơng 7 Next máy điện một chiều 4. Đặc tính làm việc: U I .R n = − − − a) Đặc tính tốc độ: n = f(I −) giống đặc tính cơ: Φ Φ C e δ C e . δ b) Đặc tính mômen: M = f(I −) khi U = U đm = const M → Φ M = C M. δ.I − → Φ Do I kt = const khi U = const δ = const → M = f(I −) là đ−ờng thẳng. I c) Đặc tính hiệu suất: η = f(I ) 0 − − η Khi U = U đm = const. η η max max đ−ợc tính với dòng điện tải I − = 0,75I đm. Khi đó tổn hao không đổi trong động cơ (p cơ + p Fe ) bằng tổn hao biến đổi trong mạch 2 phần ứng (phụ thuộc r và tỷ lệ I ) I− dq − 0 0,75I đm Back Ch−ơng 7 Next
máy điện một chiều 7.4: Động cơ một chiều kích thích nối tiếp 1. Đặc tính cơ của động cơ 1 chiều kích thích nối tiếp: → Φ Vì I = I − = I kt trong phạm vi rộng có thể biểu thị δ = K Φ.I (1) Trong đó: K Φ = const khi I 0,8I đm do ảnh h−ởng bão hoà của mạch từ. Φ Φ M = C M. δ.I −. Thay δ ở ph−ơng trình (1) vào ta có: Φ2 = δ Φ2 = M.KΦ Φ = M. KΦ M CM ⇒ δ ⇒ δ KΦ C M C M U M.R U C R ⇒ = − − = M − − n 2 (2) C Φδ C .C .Φ e e M δ C e . M. KΦ C e K. Φ U C2 Nếu bỏ qua R − thì n tỉ lệ với hay M = . M n2 Khi mạch từ ch−a bão hoà đặc tính cơ có dạng hypecbol bậc 2. Back Ch−ơng 7 Next máy điện một chiều n Khi n giảm thì M tăng và ng−ợc lại. Trong tr−ờng hợp mất tải (I = 0, M = 0) thì n có trị số rất lớn vì thế loại động cơ này không cho phép làm việc trong điều kiện có thể mất tải (đai truyền ). 0 M VĐộng cơ một chiều kích thích nối tiếp với đặc tính cơ rất mềm đ−ợc ứng dụng trong những nơi cần điều kiện mở máy nặng nề và cần thay đổi tốc độ trong 1 vùng rộng (cầu trục, xe điện ) 2. Điều chỉnh tốc độ: a) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông: Việc thay đổi từ thông trong động cơ kích từ nối tiếp có thể thực hiện theo 3 ph−ơng pháp: Back Ch−ơng 7 Next
máy điện một chiều Mắc điện trở sun vào dây quấn kích thích. (Hình a) Thay đổi số vòng dây của dây quấn kích thích. (Hình b) Mắc điện trở sun vào mạch phần ứng. (Hình c) Hai biện pháp đầu U U U cho cùng 1 kết quả: Rkt W nếu dòng kích thích kt Rkt R W' ban đầu là Ikt thì S kt I dòng sau khi điều − I− I− chỉnh là I' kt = k.I kt (a) (b) RS− Với k là hệ số giảm. ĐC ĐC (c) R W ' + Tr−ờng hợp a: k = S < 1 + Tr−ờng hợp b: = kt < + k 1 R kt R S Wkt Φ Φ Vì Ikt giảm nên các ph−ơng pháp này chỉ điều chỉnh đ−ợc < đm và tốc độ sẽ thay đổi trong vùng trên định mức và đ−ờng đặc tính sẽ nằm về phía trên của đặc tính tự nhiên (đ−ờng 2). Back Ch−ơng 7 Next máy điện một chiều n + Tr−ờng hợp c: Mắc sun vào mạch phần ứng → tổng trở của mạch sẽ bé đi làm Φ → cho dòng điện I kt tăng lên và tăng n giảm. (2) Ph−ơng pháp này chỉ điều chỉnh tốc độ d−ới (1) vùng định mức và đ−ờng đặc tính cơ t−ơng (3) ứng nằm d−ới đ−ờng đặc tính cơ tự nhiên (5) (4) (đ−ờng 3). 0 M Nh−ợc điểm : điện trở kích thích nhỏ nên toàn bộ điện áp l−ới hầu nh− đặt trên điện trở sun vì vậy tổn hao lớn và hiệu suất của động cơ thấp. Hiệu quả của việc điều chỉnh tốc độ bằng cách tăng từ thông Φ bị hạn chế bởi sự bão hoà mạch từ nên ph−ơng pháp này ít dùng. Back Ch−ơng 7 Next
máy điện một chiều b) Điều chỉnh bằng cách thêm điện trở vào mạch phần ứng: Chỉ điều chỉnh tốc độ d−ới tốc độ định mức và U kèm theo tổn hao trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ nên ít dùng. Đặc tính cơ của Rđc tr−ờng hợp này là đ−ờng (4). I c) Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp: − VPh−ơng pháp này chỉ điều chỉnh đ−ợc n < n đm vì không cho phép tăng điện áp quá định mức nh−ng lại có hiệu suất cao do không có tổn hao khi hiệu chỉnh. Ph−ơng pháp này đ−ợc áp dụng rộng rãi trong giao thông vận tải và thực hiện bằng cách đổi nối song song thành nối tiếp 2 động cơ. Khi làm việc song song các động cơ sẽ làm việc ở U = Uđm sau khi → đổi nối thành nối tiếp làm việc với điện áp U = U đm/2. Đặc tính cơ có dạng (5). Back Ch−ơng 7 Next máy điện một chiều 4. Đặc tính làm việc: a) Đặc tính tốc độ: n = f(I −) khi U = U đm = const U − I .R U n = − − = Φ Φ (bỏ qua R −) C e δ C.e δ Có dạng hypecbol giống đặc tính cơ. b) Đặc tính mômen: M = f(I −) khi U = U đm = const Φ M = C M. .I − Φ ∼ → ∼ 2 → M, η I− M I− Dạng đặc tính η η mômen là đ−ờng Parabol max c) Đặc tính hiệu suất: M Giống của động cơ kích thích song song. I− 0 0,75I đm Back Ch−ơng 7 Next
máy điện một chiều 7.5: động cơ một chiều kích thích hỗn hợp Thực tế chỉ dùng loại đấu thuận 2 dây quấn kích thích vì khi đấu ng−ợc không đảm bảo điều kiện ổn định trong quá trình làm việc. 1. Đặc tính cơ: Do I = I − = I kt nên ph−ơng trình đặc tính cơ có dạng: U −( I + I ) R. n = − kt − n Φ (2) C e δ (1): Đặc tính cơ của động cơ hỗn hợp bù. (3) (2): Đặc tính cơ của động cơ hỗn hợp ng−ợc. (1) (3): Đặc tính cơ của động cơ kích thích song song . (4) (4): Đặc tính cơ của động cơ kích thích nối tiếp. 0 M 2. Điều chỉnh tốc độ : Th−ờng đ−ợc điều chỉnh nh− ở động cơ kích thích song song. Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi r kt . Thay đổi điện trở phụ trong mạch phần ứng. Thay đổi điện áp. Back Ch−ơng 7 Next máy điện một chiều 3. Đặc tính làm việc a) Đặc tính tốc độ: n = f(I −) khi U = U đm = const Giống đặc tính cơ. b) Đặc tính mômen: M = f(I −) Khi I tăng → Φ tăng nh−ng mức độ tăng chậm hơn so với động cơ kích từ nối tiếp → đặc tính mômen có tính chất trung gian giữa 2 đặc tính mômen của động cơ kích từ nối tiếp và kích từ song song. V Dạng đặc tính mômen và tốc độ trong hệ M* M*, n * đơn vị t−ơng đối: (3) (2) (1) (1) là của ĐC kích từ song song. (2) là của ĐC kích từ hỗn hợp. (3) là của ĐC kích từ nối tiếp. 1 (1) * (2) n c) Đặc tính hiệu suất: (3) 4. Ưu nh−ợc điểm: I * 0 1 − Back Ch−ơng 7 Next
máy điện một chiều Ch−ơng 8 : máy điện một chiều đặc biệt 8.1: Khuyếch đại máy điện 8.2: Máy phát hàn một chiều 8.3: Máy phát một cực 8.4: Máy phát đo tốc độ 8.5: Động cơ thừa hành Back Phần I Next máy điện một chiều 8.1: Khuyếch đại máy điện (máy điện khuyếch đại từ tr−ờng ngang) Máy khuyếch đại điện từ là 1 máy điện quay dùng để khuyếch đại tín hiệu điện thu đ−ợc từ các phần tử trong mạch đo l−ờng để đ−a vào mạch khống chế. - Máy điện khuyếch đại từ tr−ờng ngang có 2 bậc khuyếch đại: U = Pra = Ur .I r = Với: K = r là hệ số khuyếch đại điện áp. K K u K. i u U v Pvao U vI. v = Ir K i là hệ số khuyếch đại dòng điện. I v - Có thể chế tạo những máy điện khuyếch đại điện từ có hệ số khuyếch đại K = 10.000 ữ 100.000. Chất l−ợng của máy còn đ−ợc đánh giá bởi khả năng tác dụng nhanh của nó, xác định bằng hằng số thời gian điện từ T của máy (T = 0,05 ữ 0,3s) K Để xét cả 2 yếu tố trên ng−ời ta dùng hệ số chất l−ợng: K = KĐ cl T Back Ch−ơng 8 Next
máy điện một chiều I 1. Cấu tạo: 3 CB R Φ B 1 2 E2 1 1 Φ CTT E3 2 C I Φ Rt Gồm các cuộn dây: 2 1 Φ 2 - OB là cuộn điều khiển. 2 OĐ CP - CB là cuộn bù. I1 - Điện trở RB nối với cuộn bù để điều chỉnh Φ U OB 1 mức độ bù (Chống bù thừa nhiều quá để 1 tránh cho máy bị tự kích thích). - Cuộn cực từ phụ CP để cải thiện đổi chiều cho cặp chổi than 2-2. - ở mạch ngang có cuộn trợ từ CTT để hạ thấp dòng điện I 2 do đó cải thiện đổi chiều cho cặp chổi 1-1. - ở phần ứng có 2 cặp chổi than: 1-1 ở mạch ngang. 2-2 ở mạch dọc. - Để tránh hiện t−ợng dao động dùng cuộn ổn định OĐ nối qua tụ C. Back Ch−ơng 8 Next máy điện một chiều 2. Nguyên lý làm việc: - Nếu ta đ−a vào cuộn điều khiển OB điện áp U 1 thì trong nó có dòng Φ I1. Dòng I 1 sinh ra 1. Khi phần ứng quay sẽ cảm ứng trong mạch ngang 1 sức điện động E 2 có giá trị nhỏ nh−ng vì mạch ngang nối tắt nên trong mạch ngang xuất hiện dòng I 2 có giá trị t−ơng đối lớn. I 2 Φ Φ sinh ra 2. 2 cảm ứng trong mạch dọc 1 sức điện động E 3. Khi mạch ngoài có tải thì xuất hiện I 3. - Hệ số khuyếch đại của máy điện khuyếch đại có 2 bậc công suất: → Bậc 1: khuyếch đại công suất từ P 1 = U 1.I 1 đến P 2 = E 2.I 2 K1. → Bậc 2: khuyếch đại công suất từ P 2 = E 2.I 2 đến P 3 = U 3.I 3 K2. Khi đó: = P3 = P3 P2 = K . K1K2 P1 P2 P1 Back Ch−ơng 8 Next
máy điện một chiều 3. Đặc tính ngoài của máy điện khuyếch đại: U3 = f(I 3) khi f 1 = const và n = const. Khi có tải ở mạch dọc có dòng I 3. Dòng này sinh ra từ thông dọc trục Φ khử từ ng−ợc chiều 1. Cuộn bù CB làm nhiệm vụ bù lại sức từ động U do phản ứng phần ứng dọc trục gây nên. 3 (2) = FCB U Hệ số bù: K bù 0 (1) Fd (3) Với F CB : do cuộn bù sinh ra. Fd: phản ứng phần ứng dọc trục khử từ. 0 I3 → → - Khi F CB = F d Kb = 1 đặc tính có dạng đ−ờng (1). → - Khi F CB > F d Kb > 1: bù thừa - đ−ờng (2 ) → - Khi F CB < F d Kb < 1: bù thiếu - đ−ờng (3). Vứng dụng: Back Ch−ơng 8 Next máy điện một chiều 8.2: Máy phát hàn một chiều Máy phát hàn phải có đặc tính ngoài U = f(I) có độ dốc cao nh− hình vẽ. Máy phát hàn đ−ợc sản xuất với: U U = 35V (U = 80) và I = 500A 0 R Thực tế đã chế tạo đ−ợc loại máy t1 phát đặc biệt có sơ đồ nh− sau: Rt2 Rt3 I → 0 Khi I − tăng từ thông của các cực lớn + - Φ d giảm nhiều còn từ thông của các Rt cực bé Φ không thay đổi (do lõi thép ' n I " → Φ Φ Nd I Nn bão hoà) từ thông tổng ( d + n) I− C giảm rất nhanh khiến cho U AB hạ thấp F rất nhiều nên đặc tính ngoài rất dốc. 2 A B Chú ý: Khi I − tăng U BC cung cấp cho F1 các dây quấn kích thích vẫn giữ không S Φ n Sd đổi vì n không đổi. Back Ch−ơng 8 Next
máy điện một chiều 8.3: Máy phát một cực VMáy phát 1 cực là loại máy đặc biệt không vành góp cho phép đạt đ−ợc dòng điện lớn (đến 50000A) ở điện áp thấp (1 → 50V). Cấu tạo nh− hình vẽ: S δ VHai cực từ hình trụ lồng vào 1 δ nhau. Thanh dẫn đặt trên hình 2 trụ trong (Rôto) (hay có thể dùng chính bản thân rôto thay C cho thanh dẫn) hai đầu nối chặt C2 N 1 với 2 vành C 1 và C2. VKhi rôto quay trong các thanh dẫn sẽ sinh ra sức điện động và dòng điện lấy ra từ các chổi tỳ lên 2 vành C 1 và C2. Vì dòng điện rất lớn, để tránh tổn hao ng−ời ta dùng chổi than bằng kim loại lỏng (thuỷ ngân Natri ) để dẫn dòng ra ngoài. VMáy phát 1 cực đ−ợc dùng cho điện phân, cấp điện cho các nam châm điện của thiết bị tăng tốc Ch−ơng 8 Next máy điện một chiều 8.4: Máy phát đo tốc độ VLà máy phát điện dùng để biến đổi chuyển động quay thành tín hiệu điện (điện áp). Yêu cầu đối với loại máy này là phải có quan hệ U = f(n) là đ−ờng thẳng và độ chính xác 0,2 ữ 0,5 %. Φ Φ - Khi không tải ta có: U − = E − = C e. .n = K e.n (vì = const). U − → U − - Khi có tải : I − = U− = E − - .R − Rt R t U U = E -I .R → E = U .(1 + − ) − − − − − − R E K n. t ⇒ − = e R =∝ U − U t R R − R U− 1 + − 1 + − t1 R R t t R NếuĐể giảm bỏ qua quán tác tínhdụng của của phần phản quay ứng t2 phầnvà sự ứng đập và mạch sụt áp của do tiếp từ thôngxúc giữa và n chổiđiện thanáp vì vành sự tồn góp tại thì của đặc răng tính trênđầu n ramặt là phần tuyến ứng tính. ta (hdùng a). rôto rỗng. Hình a Hình b Back Ch−ơng 8 Next
máy điện một chiều 8.5: Động cơ thừa hành VNhiệm vụ: biến đổi tín hiệu điện (điện áp điều khiển) nhận đ−ợc thành di chuyển cơ học của trục tác động lên các bộ phận điều khiển hoặc điều chỉnh khác. VYêu cầu: tác động nhanh, chính xác, mômen và tốc độ quay phải phụ thuộc vào điện áp điều khiển theo quan hệ đ−ờng thẳng. VCấu tạo: t−ơng tự nh− 1 động cơ kích từ độc lập. Nó có thể đ−ợc điều khiển trên phần ứng hoặc trên cực từ: + Khi điều khiển trên phần ứng điện áp kích thích đặt th−ờng trực trên dây quấn kích thích, động cơ ở trạng thái chuẩn bị thừa hành. + Khi điều khiển cực từ: điện áp điều khiển đ−ợc đ−a vào dây quấn Khi có U đặt lên dây quấn phần ứng lập tức động cơ hoạt động. kích thích.đk Nh− vậy công suất điều khiển sẽ nhỏ nh−ng quan hệ Với ph−ơng pháp điều khiển này: M = f(U ) và n = f(U ) là những n = f(U ) không là đ−ờng thẳng. đk đk đ−ờng thẳng.đk VĐể động cơ thừa hành tác động nhanh ng−ời ta chế tạo phần ứng có quán tính nhỏ d−ới dạng rôto rỗng hoặc dẹt hình đĩa có mạch in. Back Ch−ơng 8 Next máy biến áp Phần II: Máy biến áp Ch−ơng 1: Nguyên lý làm việc - kết cấu cơ bản Ch−ơng 2: Tổ nối dây - mạch từ của máy biến áp Ch−ơng 3: Các quan hệ điện từ trong máy Ch−ơng 4: Máy biến áp làm việc với tải không đối xứng Ch−ơng 5: Quá trình quá độ trong máy biến áp Ch−ơng 6: Máy biến áp đặc biệt Back Nội dung Next
máy biến áp Ch−ơng 1: Nguyên lý làm việc Và kết cấu cơ bản 1.1: Nguyên lý làm việc 1.2: Phân loại máy biến áp 1.3: Cấu tạo máy biến áp Back Phần II Next máy biến áp 1.1: Nguyên lý làm việc φ 1. Định nghĩa: i1 i 2. Nguyên lý làm việc: 2 W W1 2 u1 u2 Zt CuộnHai cuộn dây dây(1)(2) cócùng số đ−ợc vòng quấnW 12, làđặt trên cuộn vào lõi dâyl−ới sắt (3) thứcó điện cấp. áp u 1 gọi là cuộn dây sơ cấp. Zt là phụ tải của biến áp Đặt điện áp hình sin u 1 vào dây quấn sơ cấp thì từ thông do nó sinh Φ Φ ω ra cũng là hình sin: = m.sin t. Theo định luật cảm ứng điện từ sức điện động cảm ứng trong dây quấn (1) và (2) sẽ là: dΦ Φ ω d m .sin t ω Φ ω e1 = - W1. = - W1. = - W1. . m.cos t dt dt π π ω Φ ω   = W 1. . m.sin ( t - ) = 2.E .sinωt −  (1) 2 1  2  ω Φ π Φ W1 m = 2 f1.W1. m Φ Với: E 1 = = 4,44.W1.f. m (2) Back 2 2 Next
máy biến áp Φ π = − d   T−ơng tự: e2 W2 = 2.E .sinωt −  (3) dt 2  2  W ω Φ Với: E = 2 m = 4,44.W .f. Φ (4) 2 2 2 m E 4,44.W .f.Φ W VTỷ số máy biến áp K: K = 1 = 1 m = 1 Φ E2 4,44.W2 .f. m W2 - Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp thì ta có: ≈ ≈ → E U U1 E1 và U2 E2 K = 1 ≈ 1 E2 U 2 → = U1 = I2 - Trong máy biến áp lý t−ởng: P 1 = P 2 U1.I 1 = U 2.I 2 ⇒ K U 2 I1 Back Ch−ơng 1 Next máy biến áp 1.2: Phân loại máy biến áp 1. Phân theo công dụng: Máy biến áp điện lực: Dùng để truyền tải và phân phối điện năng trong hệ thống điện lực. Máy biến áp tự ngẫu: Biến đổi điện áp trong 1 phạm vi không lớn dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều. Máy biến áp chuyên dùng: Là những loại máy biến áp chỉ dùng trong những lĩnh vực nhất định: máy biến áp hàn, máy biến áp chỉnh l−u, máy biến áp cao tần Máy biến áp đo l−ờng: Dùng để giảm áp và dòng điện lớn đ−a vào dụng cụ đo. Máy biến áp thí nghiệm: Dùng để thí nghiệm điện áp cao. Back Ch−ơng 1 Next
máy biến áp 2. Phân loại theo ph−ơng pháp làm mát: Máy biến áp kiểu lõi: Có dây quấn bao quanh lõi thép. Máy biến áp kiểu vỏ (bọc): Có 1 phần mạch từ bao quanh 1 phần dây quấn. Máy biến áp dầu: Làm mát bằng dầu. Máy biến áp khô: Làm mát bằng không khí. 3. Phân loại theo số pha và số trụ: Máy biến áp 1 pha, 3 pha, nhiều pha. Máy biến áp 3 pha 3 trụ, 3 pha 5 trụ. Máy biến áp 2 dây quấn, 3 dây quấn, nhiều dây quấn. Back Ch−ơng 1 Next máy biến áp 1.3: Cấu tạo máy biến áp Máy biến áp trung thế Back Ch−ơng 1 Next
Sứ cao áp Nắp máy Sứ hạ áp cánh tản nhiệt Vỏ máy Mác máy Cấu tạo MBA lực 3 pha Back Ch−ơng 1 Next Back Ch−ơng 1 Next
máy biến áp 1. Lõi thép: G G - Để giảm tổn hao do T T T T T dòng điện xoáy mạch từ G G của máy biến áp đ−ợc Máy biến áp kiểu lõi 1 pha và 3 pha ghép từ những lá thép G G KTĐ dày 0,35 ữ 0,5 mm có sơn cách điện với G T G G TTT G nhau. G G Máy biến áp kiểu bọc 1 pha và 3 pha VĐể hình thành khung từ của máy biến áp ta có 2 kiểu ghép nh− sau: Ghép nối (rời) Ghép xen kẽ L−ợt 1 L−ợt 2 Back Ch−ơng 1 Next máy biến áp Tiết diện trụ sắt th−ờng là hình bậc thang Số bậc đa giác n: D n ≤ 100mm → n = 4 → Dn ≥ (100 ≥ 500) mm n = 5 ; 6 ≥ → Dn 1000 mm n = 9 ;10 Tiết diện của gông có thể là hình vuông, hình chữ thập, hình chữ T 2. Dây quấn: Là bộ phận để truyền tải năng l−ợng từ đầu vào đến đầu ra của máy biến áp. Dây quấn máy biến áp th−ờng làm bằng đồng, cũng có thể làm bằng nhôm. Back Ch−ơng 1 Next
máy biến áp Theo cách bố trí dây HA quấn cao áp (CA) và hạ HA áp (HA) ta chia thành CA dây quấn đồng tâm (a) và dây quấn xen kẽ (b). CA (b) (a) Trong thực tế ng−ời ta th−ờng dùng dây quấn đồng tâm, bao gồm các kiểu sau: Dây quấn hình trụ: Tiết diện dây tròn nhỏ th−ờng làm dây quấn CA và quấn nhiều lớp. Nếu tiết diện dây lớn dùng dây dẫn bẹt quấn 2 lớp (th−ờng quấn ghép 2 hoặc nhiều sợi) chủ yếu dùng làm dây quấn HA ( ≤ 6KV). Back Ch−ơng 1 Next máy biến áp • Dây quấn hình xoắn (dây quấn ghép): Kiểu này th−ờng dùng Ghép đơn cho máy biến áp trung bình và lớn. Nếu tiết diện lớn để dễ gia công có thể ghép kép dây quấn bẹt. Ghép kép Dây quấn xoắn ốc liên tục: Dây Ngoài quấn vào quấn này chủ yếu dùng làm cuộn CA điện áp ≥ 35 KV và dung l−ợng lớn. Trong quấn ra 3. Vỏ máy: Gồm thùng và nắp thùng. Back Ch−ơng 1 Next
máy biến áp Ch−ơng 2: Tổ nối dây và mạch từ Máy biến áp 2.1. Tổ nối dây máy biến áp 2.2. Mạch từ của máy biến áp Back Phần II Next máy biến áp 2.1. Tổ nối dây máy biến áp 1. Cách ký hiệu đầu dây: Tên dây quấn Đầu đầu Đầu cuối - Cao áp – CA 1 pha A X 3 pha A, B, C X, Y, Z - Hạ áp – HA 1 pha a x 3 pha a, b, c x, y, z - Trung áp 1 pha Am Xm 3 pha A m, B m, C m Xm, Y m, Z m - Dây trung tính: Phía cao áp: O; Hạ áp: o; Trung áp: O m 2. Các kiểu đấu dây quấn: Các kiểu đấu dây của máy biến áp phụ thuộc vào cấp điện áp, mức độ ảnh h−ởng của phụ tải không đối xứng và loại phụ tải. Back Ch−ơng 2 Next
máy biến áp a) Nối sao (Y , Y 0): A B C Trong dây quấn nối Y: U d = 3 U f, I d = I f. (Y) Dây quấn nối Y dùng cho dây quấn CA vì khi đó → X Y Z Uf < Ud 3lần có lợi về mặt cách điện. Dây quấn nối Y0 dùng trong tr−ờng hợp phụ tải hỗn A B C O hợp dùng cả Ud và Uf, chủ yếu dùng cho dây quấn CA. Trong 1 số ít tr−ờng hợp dùng cả cho HA. (Y 0) ∆ b) Nối tam giác ( ): X Y Z ∆ Trong dây quấn nối : I d = 3 I f, Ud = Uf. A B C Th−ờng dùng cho dây quấn HA của máy biến áp trung gian. Việc nối ∆ có lợi hơn ở phía HA vì → dòng điện If < I d 3 lần có thể giảm tiết diện (∆) → dây thuận tiện cho việc chế tạo. X Y Z Back Ch−ơng 2 Next máy biến áp c) Nối Zích zắc (Z): A B C Mỗi pha dây quấn đ−ợc chia làm 2 phần đặt trên 2 trụ khác nhau, nối nối tiếp nhau và đấu ng−ợc nhau. Tr−ờng hợp này đấu phức tạp và tốn dây X' Y' Z' đồng → chỉ dùng trong những tr−ờng hợp đặc X Y Z biệt: máy biến áp chỉnh l−u, máy biến áp đo l−ờng 3. Tổ nối dây của máy biến áp: A' B' C' VTổ nối dây biểu thị góc lệch pha giữa các sức điện động dây quấn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp. VGóc lệch pha này (tổ nối dây) phụ thuộc vào: - Chiều quấn dây. - Cách ký hiệu các đầu dây - Kiểu đấu dây ở sơ cấp và thứ cấp. Back Ch−ơng 2 Next
máy biến áp Để xác định tổ nối dây của máy biến áp 11 12 1 ta dùng ph−ơng pháp kim đồng hồ: 10 2 9 3 a) Xác định tổ nối dây của máy biến áp 1 pha: 8 4 7 6 5 A A A A a X X EA a x EA Ea X x x a E X x a a α = 0 o → I/I-12 α = 180 o → I/I-6 Back Ch−ơng 2 Next máy biến áp b) Xác định tổ nối dây của máy biến áp 3 pha: * Máy biến áp 3 pha nối Y/Y: B A B C EAB Y X C Z X Y Z A a b c EAB Eab b Y/Y - 12 Eab y c x x y z z Nếu hoán vị thứ tự các pha thứ cấp hoặc đổi chiều quấn dây hay đổi ký hiệu đầu dây của a dây quấn thứ cấp ta có các tổ nối dây chẵn: 2, 4, 6, 8, 10, 12. Back Ch−ơng 2 Next
máy biến áp * Máy biến áp 3 pha nối Y/ ∆: Giả thiết dây quấn sơ cấp nối hình Y, dây quấn thứ cấp nối ∆. A B C B EAB Y 11 EAB X C X Y Z Z E a b c ab A z c b x α = 30 o→ Y/ ∆ - 11 x y z Eab y a Nếu ta đổi thứ tự các pha thứ cấp hoặc đổi chiều quấn dây hay đổi ký hiệu đầu dây của dây quấn thứ cấp ta có các tổ nối dây lẻ: 1, 3, 5, 7, 9, 11. Back Ch−ơng 2 Next máy biến áp * Máy biến áp 3 pha nối Y/Z: Giả thiết dây quấn sơ cấp nối hình Y, dây quấn thứ cấp nối Z. B Cách xác định: A B C Vẽ véc tơ xa ’ ng−ợc E Y ≡ AB X C pha với XA. a ’ z’. X Y Z Z Đặt tiếp z’c trùng a b c Y/Z-11 pha với ZC. A b a' ≡z' c Vẽ t−ơng tự ta đ−ợc: x' y' z' ≡ yb ’ và x’a; x y z c' y' y x z zc ’ và y’b. Eab b' ≡x' a' b' c ' a Back Ch−ơng 2 Next
Bài tập: xác định các tổ nối dây trong các sơ đồ sau: A B C A B C A B C X Y Z X Y Z X Y Z b c a c b a a b c x y z x y z x y z A B C A B C A B C X Y Z X Y Z X Y Z c a b b a c c a b x y z x y z x y z máy biến áp 2.2. Mạch từ của máy biến áp 1. Các dạng mạch từ: a) Với máy biến áp 1 pha: có 2 loại kết cấu mạch từ: kiểu lõi và kiểu bọc. b) Với máy biến áp 3 pha: Máy biến áp có hệ thống mạch từ riêng: Tổ máy biến áp 3 pha Máy biến áp có hệ thống mạch từ chung: Máy biến áp 3 pha 3 trụ A a B b C c A B C x y z a b c X Y Z (*) Back Ch−ơng 2 Next
máy biến áp 2. Các hiện t−ợng xảy ra khi từ hoá lõi thép: Ta xét khi máy biến áp làm việc không tải. Nghĩa là khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp hình sin còn dây quấn thứ cấp hở mạch. a) Máy biến áp 1 pha: i0 i ω 2 Khi có điện áp hình sin u = U m.sin t đặt vào u u dây quấn sơ cấp sẽ sinh ra dòng không tải i 0 1 2 Φ chạy trong nó. i 0 sinh ra từ thông chạy trong lõi thép. Nếu bỏ qua điện áp rơi trên điện trở dΦ dây quấn thì ta có: u = - e = W. . dt Nghĩa là từ thông sinh ra cũng biến thiên hình sin theo thời gian: Φ Φ ω π = m.sin( t - ). 2 * Nếu không kể đến tổn hao trong lõi thép thì dòng i 0 là dòng phản Φ kháng để từ hoá lõi thép i 0= i 0X . Do đó quan hệ = f(i 0) chính là quan hệ từ hoá B = f(H). Back Ch−ơng 2 Next máy biến áp Φ * Nếu kể đến tổn hao trong lõi thép thì quan hệ (i 0) là quan Φ hệ từ trễ B(H). Khi đó i 0 có dạng nhọn đầu nh−ng v−ợt tr−ớc một góc α nào đó. α đ−ợc gọi là góc tổn hao từ trễ, phụ thuộc vào tổn hao từ trễ trong lõi thép. B ( Φ) Φ,i Dòng không tải gồm hai 0 thành phần: i0 + I 0x là thành phần phản kháng để từ hoá lõi thép Φ α Φ tạo nên và cùng chiều 0 Φ với . H(i 0) 0 t + I 0r gây nên tổn hao sắt từ trong lõi thép: U α → ≈ 1 Thực tế nhỏ I0x I0 I0 I = I2 + I2 0 0x r0 α I0r Φ m I0x Back Ch−ơng 2 Next
máy biến áp b) Máy biến áp 3 pha: Khi không tải nếu xét từng pha riêng lẻ thì dòng bậc 3 trong các pha: ω i03A = I 03m . sin3 t ω 0 ω i03B = I 03m . sin3( t – 120 ) = I 03m sin3 t ω 0 ω i03C = I 03m . sin3( t – 240 ) = I 03m sin3 t. Trùng pha nhau về thời gian, song dạng sóng phụ thuộc vào kết cấu mạch từ và cách đấu dây quấn. * Tr−ờng hợp máy biến áp nối Y/Y: Vì dây quấn sơ cấp nối Y nên thành phần dòng bậc 3 không tồn tại → i0 sẽ có dạng hình sin và từ thông do nó sinh ra có dạng vạt đầ u: Φ Φ Φ Φ = 1 + 3 + 5. - Đối với tổ máy biến áp 3 pha : Φ Vì mạch từ của cả 3 pha riêng rẽ nên 3 của cả 3 pha sẽ dễ dàng Φ khép mạch nh− 1. Trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp ngoài sức điện Φ Φ 0 Φ động e 1 do 1 sinh ra và chậm sau 11 góc 90 còn có e 3 do 3 tạo Φ 0 ra và chậm sau 3, 90 . Back Ch−ơng 2 Next máy biến áp Φ Sức điện động tổng trong Φ 1 Φ pha: e = e 1+ e 3 có dạng nhọn đầu gây 3 nguy hiểm cho cách điện của dây quấn và h− hỏng thiết bị đo l−ờng. Vì vậy thực tế không dùng kiểu đấu Y/Y cho tổ máy biến áp 3 pha. e e1 e - Đối với máy biến áp 3 pha 3 trụ: 3 Φ Vì 3 đập mạch với tần số 3f qua vách thùng, gây nên tổn hao phụ làm hiệu suất máy biến áp giảm. → Ph−ơng pháp đấu Y/Y cũng chỉ áp dụng cho các máy biến áp 3 pha 3 trụ với dung l−ợng ≤ 5600KVA. ∆ ∆ * Máy biến áp 3 pha nối /Y: Dây quấn sơ cấp nối nên dòng i 03 sẽ khép kín trong tam giác đó, dòng từ hoá sẽ có dạng nhọn đầu → Φ và e1, e 2 đều là hình sin nên không có những bất lợi nh− tr−ờng hợp trên. Back Ch−ơng 2 Next
máy biến áp ∆ Φ * Máy biến áp 3 pha nối Y/ : 3Y Tóm lại: Khi máy biến áp làm việc không tải các cách đấu Y/ ∆ hay ∆/Y đều tránh đ−ợc tác hại Φ E& 23 của từ thông và sức điện động điều hoà bậc 3. 0 3 3. Tính toán mạch từ: VMục đích: xác định dòng điện cần thiết để từ hoá Φ ( 3∆) lõi thép và tổn hao trong mạch từ. VTa phân tích dòng từ hoá thành 2 thành phần: &I23 + Thành phần tác dụng i 0r . + Thành phần phản kháng i 0x . a) Thành phần dòng điện tác dụng i 0r : Phụ thuộc vào tổn hao sắt. Tổn hao này có thể tính gần đúng: 3,1 2 2  f  pFe = P 10/50 [B t .G t + B g .G g]  (W)  50  → = p Fe i r0 (A) mU1 Back Ch−ơng 2 Next máy biến áp Với: + p 10/50 là suất tổn hao trong thép khi c−ờng độ từ cảm là 10 kiloGaux (hay 1T) và f = 50 Hz. + B t và Bg là c−ờng độ từ cảm trong trụ và gông. + G t và Gg là trọng l−ợng trụ và gông tính theo kích th−ớc hình học của lõi thép (Kg). + m là số pha của máy biến áp. b) Thành phần dòng điện phản kháng: Có thể tính theo 2 ph−ơng pháp: F Bt + I = với F = H .l + 2 H .l + n ' . . δ là sức từ động trung 0x 2.W t t g g k à bình. 3 0 T n' = là số khe hở tính toán giữa trụ và gông k 3 q G. + q G. + n.q .S = Q0 = t.t t g.t g δ + I 0x mU1 mU1 q t.t q, g.t là suất từ hoá trong trụ và gông. Back Ch−ơng 2 Next
máy biến áp Ch−ơng 3: Các quan hệ điện từ trong máy 3.1: Các ph−ơng trình cơ bản 3.2: Mạch điện thay thế của máy biến áp 3.3: Đồ thị véc tơ của máy biến áp 3.4: Xác định tham số của máy biến áp 3.5: Độ thay đổi điện áp - đặc tính ngoài của máy biến áp 3.6: Cân bằng năng l−ợng trong máy biến áp 3.7: Ghép máy biến áp làm việc song song Back Phần II Next máy biến áp 3.1: Các ph−ơng trình cơ bản 1. Ph−ơng trình cân bằng sức điện động: i i2 - Phần lớn Φ đ−ợc khép kín qua mạch từ 1 u2 W W e2 và móc vòng với cả 2 dây quấn , sinh ra u1 e1 1 2 trong 2 dây quấn các sức điện động dψ dΦ = − 1 = − φ chính: e1 W1 (3.1) dt dt Trong đó: ψ = W .Φ ψ Φ 1 1 d 2 d ψ Φ e = − = − W (3.2) 2 = W 2. 2 dt 2 dt - Một phần từ thông không khép kín qua mạch từ mà khép mạch Φ Φ qua không khí hoặc dầu máy biến áp là từ thông tản σ1 và σ2 ψ Φ d σ1 d σ1 ψ = W .Φ eδ = − = − W . (3.3) Với σ1 1 σ1 1 dt 1 dt ψ = Φ ψ Φ σ2 W2 . σ2 d σ2 d σ2 eσ = − = − W . (3.4) 2 dt 2 dt Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp Do các từ tr−ờng tản chỉ khép kín qua môi tr−ờng phi từ tính có độ từ thẩm à = const. Khi đó có thể xem nh− từ thông tản tỷ lệ với dòng điện sinh ra nó thông qua hệ số điện cảm tản L σ1 và Lσ2. ψσ ψσ Vì vậy ta có 1 = L σ1.i 1 và2 = L σ2.i 2 → di1 di2 eσ1 = - Lσ1. (3.5) và eσ2 = - Lσ2. (3.6) dt dt - áp dụng luật Kishop 2 cho mạch vòng sơ cấp và thứ cấp ta có: → Phía sơ cấp: u1 + e 1 + e σ1 = i 1.r 1 u1 = - e1 - eσ1 + i 1.r 1 → Phía thứ cấp: e2 + e σ2 = u 2 + i 2.r 2 u2 = e 2 + e σ2 – i2.r 2 = − − + Biểu diễn d−ới dạng phức: U & 1 E& 1 E& σ 1 &I 1 r 1 (3.7) = + − U& 2 E& 2 E& σ2 &I2 r 2 (3.8) ω - Với giả thiết u 1 là hình sin thì i1 = I 1m sin t.Thay vào biểu thức (3.5) ω π I(d 1m sin )t ω ω ω ω eσ1 = - Lσ1. = - Lσ1.I 1m . .cos t = L σ1.I 1m . .sin( t - ) dt π 2 L I. .ω = 2 .E σ . sin( ωt - ) = σ1 1m 1 (3.9) Với Eσ1 2 2 Back Ch−ơng 3 Next máy biến áp ω π T−ơng tự: e σ2 = 2 .E σ2. sin( t - ) (3.10) ω 2 Lσ2I. 2m . Với E σ2 = 2 = − Biểu diễn d−ới dạng phức: E& σ1 jI&1 x 1 (3.11) = − E& σ2 jI& 2 x 2 (3.12) ω ω Với x 1 = L σ1. và x2 = L σ2. là điện kháng tản của dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Thay vào (3.7) và (3.8) ta đ−ợc: = − − + = − + + U& 1 E& 1 jI&1 x 1 &I1 r 1 E& 1 &I1 (jx1 r1 ) = − + U& 1 E& 1 &I1Z1 (3.13) = − − = − + U& 2 E& 2 jI&2 x 2 &I2 r 2 E& 2 &I2 (jx2 r2 ) = − (3.14) U& 2 E& 2 &I2 Z2 Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp 2.Ph−ơng trình cân bằng sức từ động: Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp thì ta có: Φ U1 = E 1 = 4,44W 1f m. Nh−ng U 1 = U đm = const dù máy biến áp Φ Φ không tải hay có tải nên m = const và E1 = const. Để m = const thì Φ sức từ động khi không tải sinh ra m phải bằng tổng sức từ động sơ Φ Φ cấp và thứ cấp khi có tải để tổng sức từ động đó cũng sinh ra = m. Ta có ph−ơng trình cân bằng sức từ động của máy biến áp: i W + i W = i W → + = i2 1 1 2 2 0 1 &I1W1 &I2W2 &Ii10W1 → + W2 =  W  u &I1 &I2 &I0 → = + − 2  e 2 &I1 &I0 &I2 u e W1 W2 2 W1  1  1  W1  → &I = &I + (− &I)' 1 0 2 φ VKhi MBA có tải dòng I 1 gồm 2 thành phần: Thành phần I 0 dùng để sinh ra từ thông trong máy biến áp còn thành phần (-I’2) làm nhiệm vụ bù lại tác dụng của tải trong mạch thứ cấp. Back Ch−ơng 3 Next máy biến áp 3.2: Mạch điện thay thế của máy biến áp 1. Quy đổi máy biến áp: ' ' a) Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi E 2 , U 2 : ' ' ' E1 = W1 E2 = W1 = Ta có: W 2 = W 1 và E1 = E 2 Mặt khác: hay k E2 W2 E2 W2 → ' E2 = k.E 2 Với k là hệ số quy đổi của máy biến áp. ' T−ơng tự: U 2 = k.U 2 ' b) Dòng điện thứ cấp quy đổi I2 : E 1 E .I = E ' I ' → ' = 2 = 2 2 2 2 I2 ' I2 I2 E2 k c) Điện trở, điện kháng và tổng trở thứ cấp quy đổi: 2  I  I2 r = I2' r ' ⇒ r ' =  2  r = k 2 r 2 2 2 2 2  '  2 2  I 2  x ' = k 2 x ' = 2 ' = 2 2 2 Z2 k Z2 Zt k Zt Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp d) Hệ ph−ơng trình cơ bản sau quy đổi: ’ ’ = − + r1 x1 r 2 x 2 U& 1 E& 1 &I1Z1 − ' ' ' '' &I &I2 U& = E& − &I Z 1 xm 2 2 2 2 − ' ' ' U I U& 2 Z t &I = &I + (− &I) & 1 & 0 1 0 2 = ' rm E& 1 E& 2 2. Mạch điện thay thế: 3. Mạch điện thay thế đơn giản của máy biến áp: Thực tế th−ờng Z >> Z vàZ' nên ta coi Z = ∞ →&I ≈ 0 → &I = − &I' m 1 2 m r 0 x 1 2 = + ' n n rn r1 r2 ' = + &I = − I' x n x1 x2 U 1 &2 & 1 − ' ' = + U& 2 Z Z n rn jx n t Zn là tổng trở ngắn mạch của máy biến áp Back Ch−ơng 3 Next máy biến áp 3.3: Đồ thị véc tơ của máy biến áp Khi phụ tải đối xứng điện áp đặt vào dây j I&1 x 1 U quấn sơ cấp U = const và f = const. Dựa vào & 1 1 I r hệ ph−ơng trình của máy biến áp khi có tải: &1 1 U& = −E& + &IZ − E 1 1 1 1 & 1 &I ' = ' − ' ' 1 − ' U& 2 E& 2 &IZ2 2 &I 2 = + − ' &I1 &I 0 ( &I)2 ϕ = ' 1 E& 1 E& 2 Φ &I 0 1.Khi tải có tính chất cảm (RL): ψ 2 ' ' Vì tải có tính chất cảm nên &I 2 chậm sau E& 2 ϕ 1 góc x' + x' 2 ψ = artg t 2 2 ' + ' &I ' rt r2 2 ' ' U ' Từ đồ thị véc tơ → U& 2 = ( U & , &I ) 2 2 − ' ' = ' j& I2 x 2 E& 1 E& 2 Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp 2. Khi tải có tính dung (RC): j& I x I& r ' 1 1 1 1 Vì tải có tính dung nên &I 2 v−ợt ' tr−ớc E& 1 góc U& 1 2 ' + ' − E& ψ = xt x2 1 2 artg ' + ' &I1 rt r2 ϕ ' 1 − I → ' ' & 2 Từ đồ thị véc tơ U& 2 > E& 2 ϕ ϕ &I 0 Φ và 1 2 RC: 1 < 2 Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp 3.4: Xác định tham số của máy biến áp 1. Ph−ơng pháp xác định tham số bằng thực nghiệm: a) Thí nghiệm không tải: Sơ đồ thí nghiệm không tải của máy biến áp 1 pha: I P Ta có: 0 0 A W U U10 U20 Z = 1 0 U V V I0 ⇒ x = Z2 − r2 1 P 0 0 0 r = 0 0 2 I0 = W1 ≈ U1 ϕ = P0 Tỷ số máy biến áp: K cos 0 W2 U 20 U1I 0 Back Ch−ơng 3 Next máy biến áp Sơ đồ thí nghiệm không tải của máy biến áp 3 pha: Với máy biến áp 3 pha đấu Y/Y: I 0 P0 = U f0 = U 0d Z 0 A W I I.3 f0 0d VV V P V r = 0 A 0 2 I.3 0d V V = 2 − 2 A W ⇒ x0 Z0 r0 Với máy biến áp 3 pha đấu ∆/Y: U U.3 Z = f0 = 0d 0 I I f0 0d = 2 − 2 ⇒ x0 Z0 r0 = P0 = P0 r0 I.3 2 I2 f0 0d P ϕ 0 U 1f Hệ số công suất cos 0 = Tỷ số máy biến áp: k = U.3 0d I. 0d U 2f Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp Bằng thí nghiệm không tải ta xác định đ−ợc các tham số của giản đồ thay thế khi máy biến áp không tải: r1 x1 Khi máy biến áp không tải thì&I 2 = 0 do đó các I & 0 xm tham số không tải: Z 0 = Z 1 + Z m − E& U& 1 1 r0 = r 1 + r m rm x0 = x 1 + x m Thông th−ờng ở các máy biến áp điện lực: U& 1 j I& 0 x 1 r1 << r m và x1 << x m nên có thể coi tổng trở, − &I0 r 1 điện trở, điện kháng không tải bằng các tham E& 1 ≈ ≈ ≈ số từ hoá t−ơng ứng: Z 0 Zm, x 0 xm, r 0 rm. ϕ - Khi không tải ta có hệ ph−ơng trình: &I 0 = − + Φ U& 1 E& 1 &I0 Z1 ' = ' = U& 20 E& 2 E1 = &I1 &I0 ϕ ϕ = ' Hệ số cos lúc không tải rất nhỏ: cos 0 < 0,1 E& 1 E& 2 Next máy biến áp b) Thí nghiệm ngắn mạch: I n Pn Với máy biến áp 1 pha: A W U U 1n = n V Zn U1 In = 2 − 2 ⇒ xn Z n rn = Pn rn 2 I n = U nd Với máy biến áp 3 pha nối Y/Y: Zn I.3 nd = 2 − 2 ⇒ xn Zn rn = Pn rn 2 I.3 nd = U.3 nd Với máy biến áp 3 pha nối ∆/Y: Zn I nd = 2 − 2 ⇒ xn Zn rn = Pn rn 2 Ind Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp Mặt khác: Khi ngắn mạch điện áp đặt vào rất bé nên từ thông Φ → chính m rất bé, nghĩa là dòng từ hoá bé có thể bỏ qua thành → = − ' phần từ hoá &I1 &I2 U& = −E& + &IZ U& ' = 0 = E& ' − &I''Z 1 1n 1 1 2n 2n 2 2 r x → ' = = '' n n E& 2n E& 1n &I2Z2 → = − '' + = + ' U& 1 &IZ2 2 &IZ1 1 &I1 (Z1 Z)2 &I n = I& [( r + r' ) + j( x + x' )]= &IZ 1 1 2 1 2 1 n U& 1 Giản đồ thay thế của máy biến áp khi ngắn mạch: = + = + ' = + ' Z n rn jx n ; r n r 1 r 2 ; x n x1 x2 làtổng trở, điện trở, điện kháng ngắn mạch của máy biến áp. ≈ Vì i0 0 nên công suất lúc ngắn mạch là công suất dùng để bù vào tổn hao đồng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp. = + = 2 + 2' ' Pn pcu1 pcu2 I1nr1 I2nr2 = 2 + ' = 2 I1n r( 1 r2 ) I1nrn Back Ch−ơng 3 Next máy biến áp &Ij dm x1 B = I dm x n U& n &I dm Z n I Z đm n &I dmr 1 = U& nx &Ij dm x n ' ' &Ij dm x 2 ϕ &I dm r2 n A &I &I dm 0 = dm U& nr &I dm rn Iđmrn Điện áp ngắn mạch có thể xem nh− 1 đại l−ợng đặc tr−ng cho điện trở và điện kháng tản của máy biến áp: U nr = I 1.r n và Unx = I 1.x n = U n = I dm Z n u n % .100 .100 U dm U dm Các thành phần điện áp ngắn mạch là: U I x = U nr = I dm rn = nx = dm n u nr % .100 .100 u nx % .100 .100 U dm U dm U dm U dm Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp 3.5: Độ thay đổi điện áp - đặc tính ngoài của máy biến áp 1. Độ thay đổi điện áp: Hiệu số số học giữa các trị số của điện áp thứ cấp lúc không tải U 20 và lúc có tải U 2 trong điều kiện U 1đm không đổi gọi là độ thay đổi điện áp ∆U của máy biến áp. Trong hệ đơn vị t−ơng đối: − ' − ' − ' ∆ = U 20 U 2 = U 20 U 2 = U1dm U 2 = − ' U∗ ' 1 U 2∗ (3.23) U 20 U 20 U1dm ' ' = U 2 Trong đó: U 2∗ U1dm VĐộ thay đổi điện áp ∆U có thể đ−ợc xác định dựa vào biểu đồ véc tơ đơn giản vẽ trong hệ đơn vị t−ơng đối. I Giả sử MBA làm việc ở 1 tải nào đó có hệ số tải β = 2 và ϕ I 2 dm hệ số cos 2 Back Ch−ơng 3 Next máy biến áp A n Tam giác điện kháng ABC có: m I' . r I ' .r I ' CB = 2 n = 2dm n . 2 = U .β P ' nr * a U1dm U1dm I2dm U1* =1 b ' ' ' C B = I2.xn = I2dm .xn I2 = β AB . ' U nx *. U‘ U U I 2* ‘ 1dm 1dm 2dm 0 I 2* Từ A hạ đ−ờng vuông góc với OC và cắt OC tại P. 2 ' = − 2 − ≈ − n − Đặt AP = n; CP = m. Khi đó: U2* 1 n m 1 m (3.24) Thay vào (3.23): 2 2 2 ∆ ' n n U* = 1 -U *2 = 1 - 1 + + m = + m (3.25) 2 2 Theo đồ thị véc tơ: β ϕ β ϕ m = CP = Ca + aP = Unr* . .cos 2 + Unx*. .sin 2 β ϕ β ϕ n = Ab – bP = U nx* . .cos 2 -Unr*. .sin 2 Thay vào (3.25) : β2 ∆U = ()()U .cosϕ − U .sinϕ 2 + β.U .cosϕ + U .sinϕ * 2 nx* 2 nr* 2 nr* 2 nx* 2 Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp Thông th−ờng số hạng thứ nhất của biêủ thức rất nhỏ có thể bỏ ∆ = β ( ϕ + ϕ ) qua và ta có: U* .U nr*.cos 2 U nx*.sin 2 (3.26) ∆ =β ( ϕ + ϕ ) Nếu tính theo %: U * % .U nr* %. cos 2 U nx* %. sin 2 (3.27) ∆ VTrong biểu thức tính trên U*, Unr , Unx đã đ−ợc xác định do cấu tạo của MBA nh− vậy ∆U chỉ phụ thuộc vào hệ số tải và tính chất của tải. ∆ β ϕ Đó là mối quan hệ: U = f( ) khi cos 2 = const ∆ ϕ β U = f(cos 2) khi = const Đồ thị biểu diễn mối quan hệ đó đ−ợc vẽ nh− sau: ∆U% ∆U% 4 4 ϕ Cos 2=0,7 ϕ 2 2>0 2 Cos ϕ =1 2 00,4 0,8 0 1 0 1 Cos ϕ β ϕ 2 2 0 ϕ 2 -2 2 0 Giá trị nhỏ ở máy biến áp có Uđm ≤ 3,5 KV I2 Giá trị lớn ở máy biến áp cóX1 UXđm2 X>3 500 KV 0 AA ϕ ữ Th−ờng I2 = I 2đm, cos 2 = 0,8, Un% = (5,5 15)% A ∆ ữ Thì Uđm% = (5, 8)%U đm Z Y1 1 A Z Y2 2 2 A A Z Y3 2 4 X1 3 A A X3 3 6 X A7 A3 X 2 2 A5 X3 A4 A X1 A6 7 A5 X Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp 3.6: Giản đồ năng l−ợng trong máy biến áp 1. Các loại tổn hao và giản đồ năng l−ợng: p cu1 pFe1 VCông suất tác dụng: pcu2 ϕ P1 = U 1I1cos 1. 2 2 P I P1 Pđt 2 pcu1 = r 1. 1 ;p Fe1 = r m. I0 ' ' ψ Pđt = P 1 - pcu1 - pFe1 = E 2 I 2 cos 2. 2' ' p = I r qcu1 q cu2 2 2 Fe1 q ϕ cu2 P2 = Pđt - pcu2 = U 2I2cos 2. VCông suất phản kháng: Q1 ϕ Qđt Q Q1 = U 1I1sin 1. 2 I2 2 qFe = xm.0 ; q 1 = x 1. I1 ' ' p ±jq Q = Q - q - q = EI sin ψ cu1 cu1 pFe ±jqFe1 đt 1 1 Fe 2 2 2 pcu2 ±jq cu2 2' ' q2= I2 x2 ϕ P ± j Q → Q2 = Qđt - q2 = U 2I2sin 2. 1 1 P ± jQ Pđt ± jQđt 2 2 Giản đồ năng l−ợng tổng hợp: Back Ch−ơng 3 Next máy biến áp 2. Hiệu suất máy biến áp: P P − ∑ p  ∑ p  η% = 2 100% = 1 100% = 1 − 100%   η P1 P1  P1   p + p  = 1 − cu Fe 100% η  +  max  P2 + p cu p Fe  ϕ Khi máyLúc biến vận hànháp làm máy việc biến ở tải áp với hiệu I2 suấtvà cos có 2 ta có ϕ côngsuấtđầura:thể tính gián tiếp bằng P2 = cách U 2I2 xáccos định2. các β ≈ đặttổn I2 hao/I 2đm ứng= với. Do tải U đó2 cănU20 cứvà theoSđm = tổn U 20 hao.I 2đm → P = β.S . cos ϕ . không2 tải P0đmvà tổn hao2 ngắn mạch Pn ghi Mặt khác U = const → từ thông trong lõi thép thay 0 β trong thuyết1 minh máy. P0 đổi rất ít theo tải nên tổn hao sắt xem nh− không  + β2  Pn đổi : p = P . Tổn hao đồng: P0 Pn Vậy:Fe η%0 = 1 − 2 100%   I  2  = 2 β=S .2cosϕ 2+ P =+ ββ2 P  pcu n I.r 2 dmn I.r 2dm . 2  0 p. nn  I2dm  Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp 3.7: Ghép các máy biến áp làm việc song song 1. ý nghĩa: A X a x 2. Sơ đồ ghép: 3. Điều kiện để vận hành song song máy biến áp: VCác máy biến áp có cùng tổ nối dây. VCó cùng tỷ số biến đổi K. VCó điện áp ngắn mạch nh− nhau. U U a) Điều kiện cùng tổ nối dây: 1 2 &I cbII Xét 2 máy biến áp vận hành song song: Máy I và máy II. ∆E& Nếu chúng có cùng tổ nối dây thì điện áp &I thứ cấp của chúng sẽ trùng pha nhau. Nếu cbI tổ nối dây khác nhau thì giữa các điện áp E& 2II ∆E& E& thứ cấp có sự lệch pha. I2 Back Ch−ơng 3 Next máy biến áp b) Điều kiện có cùng tỷ số biến đổi K: → ≠ Giả sử K khác nhau E2I E2II . Ngay khi không tải trong dây quấn thứ cấp của các máy biến áp sẽ có dòng cân bằng do sự chênh lệch ∆ E& điện áp: E = E 2I -E2II (hình a). I2 &I cbI Z nI &I cbI U& 2 &I cbII Z nII &IcbII ' ' &I I2 &I2II E& 2II = U& 2 &I tI &I tII Hình a I Hình b & cbI &I cbII Khi có tải: dòng cân bằng sẽ cộng vào dòng điện tải làm cho hệ số tải của các máy biến áp khác nhau → ảnh h−ởng xấu đến việc lợi dụng công suất các máy (hình b). Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp c) Điều kiện có cùng trị số điện áp ngắn mạch: ' 1 1 ZnI − I Z = = & 2 I 1 1 1 − ' + ∑ &I1 &I 2 Z Z Z (3.28) nI nII ni Z − &I ' Điện áp rơi trên mạch điện: nII 2 II − U& ' ∆ = − ' = U& 1 2 U& U& 1 U& 2 &I.Z = = − ' ∆U& &I &I1 &I2 là dòng tổng của các MBA Dòng điện tải của mỗi máy biến áp: U& 1 ∆U &I.Z &I ϕ ' = = = nI ϕ Máy I: I&2I (3.29) nII ZnI ZnI 1 Z .∑ ' nI − U& Máy II: ∆ Zni 2 ' = U = &I.Z = I& &I2II − ' &I I2 ZnII ZnII 1 (3.30) ZnII.∑ − ' Z &I2II ϕ ≈ ϕ ni Thực tế nI nII nên khi tính toán có thể thay thế các số phức bằng mô đun của chúng. Back Ch−ơng 3 Next máy biến áp I Từ (3.32) ta có: I' = 2I U I nI .∑ dmi IdmI Uni U U Nhân 2 vế với dmI = dmI S dmI U dmI I. dmI I' U.I S Ta đ−ợc: 2I = dmI = IdmI Idmi Sdmi U nI U. dmI .∑ UnI.∑ Uni Uni β = S ⇒ I S dmi Trong đó: S = U .I là tổng công U nI .∑ đmI U ni suất truyền tải của các máy biến áp Tính t−ơng tự : S β = → β β 1 1 II I : II = : S dmi U U U nII .∑ nI nII U ni Back Ch−ơng 3 Next
máy biến áp Ch−ơng 4: Máy biến áp làm việc với tải không đối xứng 4.1: Nguyên nhân - sự biến đổi dòng điện không đối xứng 4.2: hiện t−ợng mất đối xứng các điện áp pha khi tải không đối xứng Back Phần II Next máy biến áp 4.1: Nguyên nhân - sự biến đổi dòng điện không đối xứng 1. Nguyên nhân: - Máy biến áp làm việc không đối xứng khi tải phân phối không đều cho 3 pha. ∆ - Khi máy biến áp có tổ nối dây Y0/Y 0 , Y 0/ , Y/Y 0: + Y 0/Y 0: dòng thứ tự không tồn tại ở trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp nên mạch điện thay thế không khác gì thành phần thứ tự thuận. ∆ + Y 0/ : Thứ cấp của mạch thay thế bị nối tắt vì dòng thứ tự không không chạy ra mạch ngoài. + Y/Y 0: Phía nối Y không có dây trung tính nên it0 = 0, phía đó đ−ợc xem nh− hở mạch. Back Ch−ơng 4 Next
máy biến áp 3I& a0 3I &I a0 o 3I& & a0 3I& A0 O A0 o O a &I A0 &I I &I &I a0 a & A0 a0 A0 &I A A a A b0 b &I B0 &I b0 &I &I &I B0 B b B0 b0 b B B &I c0 &I C0 &I c0 &I C0 &I c0 &I C0 c C c C c C Z1 Z2 Z1 Z2 Z1 Z2 &I A0 &I a0 &I A0 &I a0 &I A0 &I a0 − − − U& A0 Z U& a0 U& A0 Z U& a0 U& A0 Z U& a0 m0 &I m0 m0 &I m0 m &I m0 Zn Zn = − − &I A0 &Ia0 &I A0 &I a0 − U& A0 − U& A0 U& a0 Zm0+Z2 U& a0 Back Ch−ơng 4 Next máy biến áp 4.2: hiện t−ợng mất đối xứng các điện áp pha khi tải không đối xứng 1. Khi có dòng điện thứ tự không: a) Nối Y/Y0: Khi tải không đối xứng: + + = + + = &I A &I B I& C 0 &I a &I b &I c &I d Riêng dòng thứ tự không phía thứ cấp không cân bằng: &Id Φ &I = I& = &I = sẽ sinh ra t0 vàE& m0 t−ơngđốilớn. a0 b0 c0 3 = − − + U& A E& A E& m0 &I A Z1 = − − + U& B E& B E& m0 I& B Z1 = − − + U& C E& C E& m0 &I C Z1 + + = &I A &I B I& C 0 + + = E& A E& B E& C 0 + + = − = ⇒ U& A U& B U& C 3E& m0 3I& m0 Z m0 Back Phần II Next
máy biến áp Vì dây quấn sơ cấp nối Y nên ta có: = 1 ()− + = ' + U& = U& − U& U& A U& AB U& CA &I m0 Z. m0 U& A &Ia0 .Z m0 AB A B 3 = − 1 ' U& BC U& B U& C U& = ()U& − U& + &I Z. = U& + I& Z. B 3 BC AB m0 m0 B b0 m0 U& = U& − U& 1 CA C A U& = ()U& − U& + &I Z. = U& ' + &I .Z C 3 CA BC m0 m0 C c0 m0 - Do có thành phần thứ tự không làm điểm trung tính của điện áp sơ cấp bị lệch đi 1 khoảng bằng &I a0 Z. m0 A - T−ơng tự điểm trung tính của điện áp thứ cấp cũngbịlệchđi 1 khoảng&I Z. lớnhơn &I Z. ' a0 0t a0 m0 U& A U& A &I a0 Z m0 - Sự xê dịch điểm trung tính làm cho điện U& ' ' C U& B áp pha không đối xứng gây bất lợi cho tải U& C U& làm việc với điện áp pha → ng−ời ta quy CBB định dòng trong dây trung tính: I d < 0,25I đm Back Ch−ơng 4 Next máy biến áp ∆ b) Nối Y0/Y 0, Y 0/ : Vì dòng điện thứ tự không tồn tại cả ở sơ cấp và thứ cấp và cân = − bằng nhau: &I A0 &I a0 ; nên không sinh ra từ thông thứ tự không Φ và sức điện động E& → điểm trung tính sẽ bị lệch 1 t0 1 0t khoảng &I Z. ≈ &I .Z . Sự xê dịch này không đáng kể vì Z nhỏ a0 n 3 d n n 2. Khi không có dòng thứ tự không:Y/Y, Y/ ∆, ∆/Y, ∆/∆: Chú ý: Khi tải không cân bằng, điện áp ∆U ở các pha không bằng nhau nh−ng vì Zn nhỏ nên sự không cân bằng giữa điện áp pha và điện áp dây đó không nghiêm trọng. Thực tế: Nếu tải không đối xứng với mức thứ tự thuận và ng−ợc khác nhau < 5% → điện áp đ−ợc coi nh− đối xứng. Back Ch−ơng 4 Next
máy biến áp Ch−ơng 5: Quá trình quá độ trong máy biến áp 5.1: Quá dòng điện trong máy biến áp 5.2: Quá điện áp trong máy biến áp Back Phần II Next máy biến áp 5.1: Quá dòng điện trong máy biến áp 1. Đóng máy biến áp vào l−ới khi không tải: ữ φ Khi không tải Iω0 = (5ψ 10)I đm nh−ngd trong quá trình quáψ độ khi đóng U1m sin( t + ) = i 0r1 + W 1 (5.1) : góc pha máy biến áp không tải vào l−ới dòngdt I0 tăng gấp nhiều lần. Xét khi đầu của điện áp u 1 đóng máy biến áp vào nguồn hình sin ta có:W φ Để đơn giản ta giả thiết Φ tỷ lệ với i : i = 1 0 0 L U r dφ 1 → 1m sin( ωt + ψ) = 1 Φ + (5.2) L W1 1 dt Trong quá trình quá độ của Φ, nghiệm của ph−ơng trình (2) là: Φ Φ Φ Φ Φ ω ψ π Φ ω ψ = ' + "với: ’= msin( t + - ) = - mcos( t + ) là thành r − 1 t 2 phần xác lập; Φ”= C. e L 1 là thành phần tự do. Hằng số tích phân C xác định theo điều kiện đầu: khi t = 0 lõi thép ± Φ Φ Φ ψ ± Φ Φ ψ ± Φ có từ d− ( d): = - mcos + C= d → C = m(cos d). Φ = L1U1m Với: m W r2 + ()ωL 2 Back 1 1 1 Next
máy biến áp r − 1 t Φ Φ ω ψ Φ ψ ± Φ L1 Ta có: = - mcos( t + ) + ( mcos d) e (5.3) - Điều kiện thuận lợi nhất đóng máy biến áp không tải vào l−ới là lúc ψ π Φ = (điện áp có trị số cực đại) và d = 0. 2 π Khi đó: Φ = - Φ cos( ωt + ) = Φ sin ωt nghĩa là không xảy ra m 2 m quá trình quá độ mà trạng thái xác lập đ−ợc thành lập ngay. - Bất lợi nhất là khi đóng mạch lúc ψ = 0 Φ Φ Φ (điện áp bằng 0) và Φ = + Φ : r max d d − 1 t Φ Φ ω Φ Φ L1 = - mcos t + ( m + d) e (5.4) Φ" = Φ' + Φ" Φ d t - Từ thông sẽ đạt cực đại ở thời gian nửa -Φ Φ chu kỳ sau khi đóng mạch ( ωt ≈ π) m ' r r π − 1 t − 1 . ω ω L1 L1 ≈ Vì r1 << L1 nên e = e 1. Φ Φ Φ ≈ Φ Thay vào (5.4): max = 2 m + d 2 m→ mạch từ rất bão hoà. Back Ch−ơng 5 Next máy biến áp 2. Khi ngắn mạch đột nhiên: Xét quá trình quá độ từ khi bắt đầu xảy ra ngắn mạch đến khi thành lập chế độ ngắn mạch xác lập: in r x ω ψ din n n U1m sin( t + n) = inrn + Ln (5.5) u1 dt ψ Với n là góc pha lúc xảy ra ngắn mạch. rn - Giải ph−ơng trình với điều kiện đầu: t = 0; i n = 0 ta có: − t ' + '' ω ψ ψ Ln in = i n i n = -2 Incos( t + n) + 2 Incos n e (5.6) ' U in : là thành phần dòng ngắn mạch xác lập. = 1m I n '' : là thành phần dòng ngắn mạch tự do. 2 + ()ω 2 in 2. rn L n - Ngắn mạch bất lợi nhất khi ψ = 0 với r << ωL ta có: n r n n − n t i = -2 I cos ωt + 2 I e Ln n n n π Dòng này đạt trị số lớn nhất (hoặc trịπ số xung) sau thời gian t = − r. n ω xn ixung = 2 I n(1 + e ) = 2 Inkxg ữ Dung l−ợng máy biến áp càng lớn thì kxg càng lớn: kxg = 1,2 1,8. Back Next
máy biến áp 5.2. Quá điện áp trong máy biến áp Khi làm việc trong l−ới điện máy biến áp th−ờng chịu những điện áp xung kích có trị số lớn gấp nhiều lần trị số định mức. Nguyên nhân: do thao tác đóng cắt các đ−ờng dây, các máy điện hoặc do ngắn mạch chạm đất kèm theo hồ quang hoặc do sét đánh trên đ−ờng dây và sóng sét truyền đến máy biến áp. Quá điện áp do sét đánh trên đ−ờng dây còn gọi là quá điện áp do khí quyển có tác dụng nguy hiểm với máy biến áp hơn cả vì trị số rất lớn đến hàng triệu vôn Để bảo vệ các thiết bị ng−ời ta đặt những bộ chống sét để trút điện tích của sóng điện áp xung kích xuống đất, sau đó các thiết bị trong trạm máy biến áp chỉ còn chịu tác dụng của điện áp có trị số ữ bằng (4 5)U l. Back Ch−ơng 5 Next máy biến áp Do quá điện áp, cách điện của dây quấn máy biến áp có thể bị xuyên thủng. Vì vậy ở đầu và cuối các cuộn dây đ−ợc tăng c−ờng cách điện bằng cách quấn thêm nhiều lớp giấy cách điện. Điểm trung tính của dây quấn của máy biến áp có U > 35kV cũng th−ờng đ−ợc nối đất. Để giảm hoặc triệt tiêu quá trình dao động điện từ xảy ra khi quá điện áp ng−ời ta chế tạo những điện dung màn chắn Cmc có dạng là những vành hoặc vòng kim loại, khuyết 1 đoạn (để tránh trở thành vòng ngắn mạch) nối với dây quấn và có bọc cách điện. Vành điện dung đ−ợc đặt giữa cuộn dây đầu tiên và gông từ, còn các vòng điện dung thì ôm lấy các cuộn dây đầu tiên. Back Ch−ơng 5 Next