Bài giảng môn Máy điện 2

66 trang hapham 2520

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng môn Máy điện 2", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_mon_may_dien_2.pdf

Nội dung text: Bài giảng môn Máy điện 2

Máy điện 2
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Giôùi thieäu moân hoïc : MAÙY ÑIEÄN 2 1. Teân moân hoïc : Maùy ñieän 2 2. Maõ soá moân hoïc : DD03 3. Soá ñôn vò hoïc trình : 4(4,0) 4. Moân hoïc tieân quyeát : Maùy ñieän 1, Ñieän Kyõ Thuaät, Vaät lieäu ñieän, Vaät lyù ñaïi cöông 5. Moân hoïc song haønh : 6. Taøi lieäu tham khaûo : - Giaùo trình Maùy ñieän – Vuï THCN&DN - Maùy ñieän 1 – Traàn KHaùnh Haø, NXB KHKT - Ñieän kyõ thuaät – Nguyeãn Kim Ñính, Ñaïi hoïc quoác gia – NXB KHKT 7. Noäi dung toùm taét : - Trang bò nhöõng kieán thöùc chung veà nguyeân lyù, caáu taïo, ñaëc tính vaø öùng duïng cuûa caùc loïai maùy ñieän : maùy ñieän ñoàng boä, maùy ñieän moät chieàu. - Tính toùan cô baûn vaø öùng duïng caùc loïai maùy ñieän trong ngaønh coâng noâng nghieäp, daân duïng, giao thoâng vaän taûi, phuïc vuï cho coâng taùc vaän haønh, baûo trì, söûa chöõa sau naøy. Trang 1
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 MUÏC LUÏC Trang CHÖÔNG 1 : MAÙY ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ 3 1.1 Ñònh nghóa vaø coâng duïng 3 1.2 Caáu taïo maùy ñieän ñoàng boä 3 pha 3 1.3 Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy phaùt ñoàng boä 6 1.4 Phaûn öùng phaán öùng cuûa maùy ñieän ñoàng boä 7 1.5 Moâ hình tính toaùn cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä 8 1.6 Coâng suaát ñieän töø cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä 9 1.7 Ñaëc tuyeán cuûa maùy phaùt ñoàng boä 11 1.8 Söï laøm vieäc song song cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä 13 1.9 Ñoäng cô ñoàng boä 14 1.9.1 Khaùi nieäm chung 14 1.9.2 Caáu taïo 14 1.9.3 Nguyeân lyù laøm vieäc 15 1.9.4 Sô ñoà thay theá vaø ñoà thò vevtô cuûa ñoäng cô ñoàng boä 15 1.9.5 Ñieàu chænh heä soá coâng suaát cos ϕ cuûa ñoäng cô ñoàng boä 15 1.9.6. Maùy buø ñoàng boä 17 1.9.7 . Môû maùy ñoäng cô ñoàng boä 19 Baøi taäp chöông 1 21 CHÖÔNG 2 : MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU 23 2.1. Caáu taïo maùy ñieän moät chieàu 23 2.2. Caùc thoâng soá ñònh möùc 26 2.3. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy phaùt vaø ñoäng cô moät chieàu 26 2.4. Söùc ñieän ñoäng phaàn öùng, coâng suaát vaø momen ñieän töø cuûa maùy ñieän moät chieàu 28 2.5. Phaûn öùng phaàn öùng cuûa maùy ñieän moät chieàu 29 2.6. Nguyeân nhaân tia löûa ñieän treân coå goùp vaø bieän phaùp khaéc phuïc 30 2.7. Maùy phaùt ñieän moät chieàu 31 2.7.1. Maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp 31 2.7.2. Maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø song song 33 2.7.3. Maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø hoãn hôïp 34 2.7.4 Coâng suaát, toån hao vaø hieäu suaát cuûa maùy phaùt ñieän moät chieàu 35 2.8. Ñoäng cô ñieän moät chieàu 36 2.8.1. Ñaïi cöông 36 2.8.2. Momen cuûa ñoäng cô moät chieàu 36 2.8.3. Môû maùy ñoäng cô ñieän moät chieàu 37 2.8.4. Ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô moät chieàu 38 2.8.5. Ñoäng cô moät chieàu song song kích töø song song (ñoäng cô shunt 39 2.8.6 Ñoäng cô moät chieàu kích töø noái tieáp 42 2.8.7 Ñoäng cô moät chieàu kích töø hoãn hôïp 45 Baøi taäp chöông 2 48 PHUÏ LUÏC : DAÂY QUAÁN MAÙY ÑIEÄN 47 Trang 2
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 CHÖÔNG 1 MAÙY ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ 1.1. ÑÒNH NGHÓA VAØ COÂNG DUÏNG Maùy ñieän ñoàng boä laø nhöõng maùy ñieän xoay chieàu coù toác ñoä rotor n baèng toác ñoä quay cuûa töø tröôøng stator n 1. Maùy ñieän ñoàng boä ñöôïc söû duïng roäng raõi trong coâng nghieäp. Phaïm vi söû duïng chính laø bieán ñoåi cô naêng thaønh ñieän naêng. Maùy phaùt ñieän ñoàng boä laø nguoàn naêng löôïng chính cuûa caùc löôùi ñieän quoác gia, trong ñoù ñoäng cô sô caáp laø caùc tuabin hôi, tuabin khí hoaëc nöôùc. Ôû caùc löôùi ñieän coâng suaát nhoû hoaëc maùy phaùt döï phoøng, maùy phaùt ñieän ñoàng boä ñöôïc keùo bôûi ñoäng cô diesel hoaëc caùc tuabin khí. Ñoäng cô ñoàng boä ñöôïc söû duïng khi truyeàn ñoäng coâng suaát lôùn, coù theå ñaït ñeán vaøi chuïc MW. Trong coâng nghieäp luyeän kim, khai thaùc moû, thieát bò laïnh, ñoäng cô ñoàng boä ñöôïc söû duïng ñeå truyeàn ñoäng caùc maùy bôm, khí neùn, quaït gioù noùi chung vôùi yeâu caàu toác ñoä khoâng ñoåi. Moät cheá ñoä quan troïng khaùc cuûa ñoäng cô ñoàng boä laø cheá ñoä maùy buø ñoàng boä, khi ñoù noù laø ñoäng cô ñoàng boä khoâng taûi ñeå cung caáp hoaëc tieâu thuï coâng suaát phaûn khaùng, nhaèm muïc ñích caûi thieän heä soá coâng suaát cuûa löôùi ñieän vaø oån ñònh ñieän aùp. 1.2. CAÁU TAÏO MAÙY ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ 3 PHA Maùy ñieän ñoàng boä goàm hai boä phaän chính laø stator vaø rotor 1.2.1 Stator Töông töï nhö cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä, stator goàm coù loõi theùp vaø daây quaán. Daây quaán stator goïi laø daây quaán phaàn öùng. Loõi theùp laøm baèng vaät lieäu saét töø toát, nghóa laø coù töø trôû nhoû vaø ñieän trôû suaát lôùn. Loaïi vaän toác chaäm coù chieàu daøi doïc truïc ngaén; coøn loaïi vaän toác nhanh chieàu daøi doïc truïc lôùn gaáp ñöôøng kính nhieàu laàn. Ngoaøi ra, trong stator coøn coù heä thoáng laøm maùt (nöôùc, khí hydro). 1.2.2 Rotor Rotor maùy ñieän ñoàng boä coù caùc cöïc töø vaø daây quaán kích töø duøng ñeå taïo ra töø tröôøng cho maùy (ñoái vôùi maùy nhoû rotor laø nam chaâm vónh cöõu). Coù hai daïng rotor : rotor cöïc loài vaø rotor cöïc aån 1. Rotor cöïc loài Daïng cuûa maët cöïc ñöôïc thieát keá sao cho khe hôû khoâng khí khoâng ñeàu, muïc ñích ñeå töø caûm trong khe hôû khoâng khí coù phaân boá hình sin vaø do ñoù söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong daây quaán cuõng coù hình sin. Loaïi rotor cöïc loài ñöôïc duøng trong maùy phaùt keùo bôûi tuabin coù vaän toác chaäm (tuabin thuûy ñieän). Trang 3
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Ñöôøng kính D cuûa rotor cöïc loài coù theå lôùn tôùi 15m trong khi chieàu daøi l laïi nhoû, vôùi tyû leä l/D = 0,15 ÷0,2. Rotor cuûa maùy ñieän ñoàng boä cöïc loài coâng suaát nhoû vaø trung bình coù loõi theùp ñöôïc cheá taïo baèng theùp ñuùc vaø gia coâng thaønh khoái laêng truï hoaëc khoái truï (baùnh xe) treân maët coù ñaët caùc cöïc töø. Ôû caùc maùy lôùn, loõi theùp ñöôïc hình thaønh bôûi caùc taám theùp daøy 1 ÷6mm ñöôïc daäp hoaëc ñuùc ñònh hình saün ñeå gheùp thaønh caùc khoái laêng truï. Hình 3.1 − Cöïc töø cuûa rotor cuûa maùy ñoàng boä cöïc loài Daây quaán kích töø ñöôïc cheá taïo töø daây ñoàng traàn, tieát dieän chöõ nhaät quaán uoán theo chieàu moûng thaønh töøng cuoän daây. Caùch ñieän giöõa caùc voøng daây laø caùc lôùp mica hoaëc amiaêng. Daây quaán caûn (tröôøng hôïp maùy phaùt ñoàng boä) hoaëc daây quaán môû maùy (tröôøng hôïp ñoäng cô ñoàng boä) ñöôïc ñaët treân caùc ñaàu cöïc. Caùc daây quaán naøy gioáng nhö daây quaán kieåu loàng soùc cuûa maùy ñieän khoâng ñoàng boä, nghóa laø laøm baèng caùc thanh ñoàng ñaët vaøo raõnh caùc ñaàu cöïc vaø ñöôïc noái bôûi hai voøng ngaén maïch. Truïc cuûa maùy cöïc loài coù theå ñaët naèm ngang nhö ôû Hình 3.2 − Daây quaán caûn (daây caùc ñoäng cô ñoàng boä, maùy buø ñoàng boä, maùy phaùt ñieän quaán môû maùy) cuûa maùy ñieän diesel hoaëc maùy phaùt tuabin nöôùc coâng suaát nhoû vaø toác ñoàng boä ñoä quay töông ñoái lôùn (khoaûng treân 200 voøng/phuùt). ÔÛ tröôøng hôïp caùc maùy phaùt tuabin nöôùc coâng suaát lôùn, toác ñoä chaäm, truïc maùy ñöôïc ñaët thaúng ñöùng theo hai kieåu : kieåu treo vaø kieåu duø. 2. Rotor cöïc aån Rotor cuûa maùy ñieän ñoàng boä cöïc aån laøm baèng theùp hôïp kim chaát löôïng cao, ñöôïc reøn thaønh khoái hình truï, sau ñoù gia coâng vaø phay raõnh ñeå ñaët daây quaán kích töø. Phaàn khoâng phay hình thaønh maët cöïc töø Maùy ñieän ñoàng boä cöïc aån thöôøng cheá taïo vôùi soá Hình 3.3 – Rotor cöïc töø aån Trang 4
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 cöïc 2p = 2, toác ñoä quay cuûa rotor laø 3000 voøng/phuùt, vaø ñeå haïn cheá löïc ly taâm, ñöôøng kính D cuûa rotor khoâng ñöôïc vöôït quaù 1,1 ÷1,5m. Ñeå taêng coâng suaát cuûa maùy, chæ coù theå taêng chieàu daøi l cuûa rotor. Chieàu daøi toái ña cuûa rotor vaøo khoaûng 6,5m. 1.2.3. Heä kích töø cuûa maùy ñoàng boä Heä kích töø cuûa maùy ñieän ñoàng boä phaûi baûo ñaûm : U kt - Ñieàu chænh doøng kích töø i kt = ñeå duy trì ñieän aùp maùy phaùt U trong ñieàu kieän rkt laøm vieäc bình thöôøng (baèng caùch ñieàu chænh ñieän aùp kích thích U kt ) - Cöôõng böùc kích töø ñeå giöõ ñoàng boä maùy phaùt vôùi löôùi ñieän khi ñieän aùp löôùi haï thaáp do xaûy ra ngaén maïch ôû xa. - Trieät tieâu töø tröôøng kích thích, nghóa laø giaûm nhanh doøng I kt ñeán 0 (khi söï coá ngaén maïch noäi boä daây quaán stator) Coù ba loaïi heä kích töø maùy ñoàng boä : a) Maùy phaùt ñieän moät chieàu : Maùy phaùt ñieän moät chieàu coù theå ñöôïc gaén ôû ñaàu truïc maùy phaùt ñoàng boä nhö treân hình veõ (goïi laø boä kích töø ñaàu truïc) hoaëc coù theå keùo bôûi moät ñoäng cô rieâng bieät. Doøng kích töø ñöôïc ñöa ñeán daây quaán kích töø qua heä thoáng choåi than_vaønh tröôït (coå goùp). Phieán goùp Maùy Vaønh tröôït moät chieàu Truïc maùy phaùt Ñeán kích töø maùy phaùt Hình 3.4 − Maùy phaùt moät chieàu ñoàng truïc vôùi maùy phaùt ñoàng boä ñeå cung caáp doøng kích töø (boä kích töø ñaàu truïc) b) Boä kích töø khoâng choåi than (Brushless Excitation) iDC Stator maùy phaùt kích töø ñoàng truïc Stator maùy phaùt chính S1 S2 nñb S3 Diode quay Rotor maùy phaùt kích töø ñoàng truïc Rotor maùy phaùt chính Hình 3.5 −−− Boä kích töø khoâng choåi than Trang 5
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Moät boä kích töø phuï duøng nam chaâm vónh cöõu seõ cung caáp doøng kích töø moät chieàu cho boä kích töø chính. Boä kích töø chính laø moät maùy phaùt xoay chieàu ba pha maø phaàn öùng (daây quaán ba pha) ñöôïc ñaët treân rotor cuûa maùy phaùt ñoàng boä. Ñieän aùp xoay chieàu ba pha cuûa boä kích töø chính ñöôïc chænh löu thaønh moät chieàu nhôø moät boä chænh löu quay cuõng ñaët treân rotor cuûa maùy phaùt ñoàng boä. c) Boä kích töø duøng chænh löu (töï kích) Ñieän aùp ba pha cuûa maùy phaùt ñoàng boä (ban ñaàu ñöôïc sinh ra do töø dö) ñöôïc chænh löu thaønh DC, xong ñöa ñeán daây quaán kích töø thoâng qua heä thoáng choåi than-vaønh tröôït. MF uAC UDC nñb Töï ñoäng ñieàu chænh kích töø (AVR : Automatic Voltage Regulator) Hình 3.6 – Boä kích töø duøng chænh löu (töï kích) 1.3 NGUYEÂN LYÙ LAØM VIEÄC CUÛA MAÙY PHAÙT ÑOÀNG BOÄ Khi cho doøng ñieän kích töø (doøng ñieän khoâng ñoåi) vaøo daây quaán kích töø seõ taïo neân töø tröôøng rotor. Khi quay rotor baèng ñoäng cô sô caáp, töø tröôøng cuûa rotor seõ caét daây quaán phaàn öùng stator vaø caûm öùng söùc ñieän ñoäng xoay chieàu hình sin, coù trò hieäu duïng : E0 = 4,44.f.W 1.k dq .Φ0 (V) (3.1) E0 : söùc ñieän ñoäng pha W1 : soá voøng daây 1 pha daây quaán phaàn öùng kdq :heä soá daây quaán Φ0 : töø thoâng cöïc töø rotor Neáu rotor coù p ñoâi cöïc, khi rotor quay n voøng/phuùt, thì taàn soá söùc ñieän ñoäng sinh ra trong caùc cuoän daây ax, by, cz laø : Hình 3.7 – Nguyeân lyù laøm vieäc p.n f = ( Hz ) (3.2) cuûa maùy phaùt ñoàng boä 60 Daây quaán 3 pha stator coù truïc leäch nhau trong khoâng gian 1 goùc 120 ° ñieän cho neân söùc ñieän ñoäng caùc pha leäch nhau 1 goùc 120 °. Khi daây quaán stator noái vôùi taûi, trong caùc daây quaán seõ coù doøng ñieän 3 pha gioáng nhö ôû maùy ñieän khoâng ñoàng boä, doøng ñieän 3 pha Trang 6
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 60 f trong daây quaán seõ taïo neân töø tröôøng quay vôùi toác ñoä ñoàng boä n = ñuùng baèng toác ñoä 1 p n cuûa rotor. 1.4 PHAÛN ÖÙNG PHAÀN ÖÙNG CUÛA MAÙY ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ Khi maùy ñieän laøm vieäc coù taûi, doøng ñieän trong daây quaán stator seõ sinh ra töø tröôøng cuûa daây quaán stator coøn goïi laø töø tröôøng phaàn öùng. Tuøy theo tính chaát cuûa taûi maø truïc töø tröôøng phaàn öùng vôùi töø tröôøng cöïc töø seõ hôïp thaønh 1 goùc nhaát ñònh. Taùc duïng cuûa töø tröôøng phaàn öùng leân töø tröôøng cöïc töø goïi laø phaûn öùng phaàn öùng. 1.4.1 Taûi trôû _ phaûn öùng ngang truïc Khi truïc cuûa hai cöïc keà nhau ñoái dieän vôùi caïnh cuoän daây, söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong cuoän daây ñaït cöïc ñaïi. Khi taûi thuaàn trôû, goùc leäch pha giöõa E vaø I laø Ψ = 0; E vaø I cuøng pha neân doøng öùng cuõng ñaït cöïc ñaïi luùc ñoù, vaø sinh ra töø tröôøng phaàn öùng F ö vuoâng goùc vôùi töø tröôøng cöïc töø F t. Töø tröôøng phaàn öùng theo höôùng ngang truïc, laøm meùo töø tröôøng cöïc töø, ta goïi laø phaûn öùng ngang truïc. 1.4.2 Taûi thuaàn caûm _ phaûn öùng doïc khöû töø Doøng öùng chaäm pha 90 ° so vôùi söùc ñieän ñoäng neân seõ ñaït cöïc ñaïi sau khi rotor ñaõ quay theâm 90 ° ñieän. Doøng ñieän I sinh ra töø tröôøng phaàn öùng F ö ngöôïc chieàu vôùi F t ta goïi laø phaûn öùng phaàn öùng doïc truïc khöû töø, coù taùc duïng laøm giaûm töø thoâng toång. 1.4.3 Taûi thuaàn dung _ phaûn öùng doïc trôï töø Doøng öùng nhanh pha hôn söùc ñieän ñoäng 1 goùc 90 ° neân noù ñaït cöïc ñaïi tröôùc ñoù, trong khi rotor phaûi quay theâm 1 goùc 90 ° nöõa môùi ñeán vò trí cöïc ñaïi cuûa söùc ñieän ñoäng. Do ñoù doøng öùng seõ sinh ra töø tröôøng phaàn öùng F ö cuøng chieàu vôùi F t, ta goïi laø phaûn öùng doïc truïc trôï töø, coù taùc duïng laøm taêng töø tröôøng toång. 1.4.5 Taûi baát kyø Ta phaân tích doøng ñieän I laøm 2 thaønh phaàn : - Thaønh phaàn doïc truïc : I d = I.sin Ψ (3.3) - Thaønh phaàn ngang truïc : I q = I. cos Ψ (3.4) Doøng ñieän I sinh ra töø tröôøng phaàn öùng vöøa coù tính ngang truïc vaø vöøa coù tính doïc truïc, khöû töø hoaëc trôï töø tuøy theo tính chaát cuûa taûi. a) b) c) Hình 3.8 – Töø tröôøng phaûn öùng phaàn öùng vôùi :a) Taûi trôû; b) Taûi caûm; c) Taûi dung Trang 7
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 1.5 MOÂ HÌNH TÍNH TOAÙN CUÛA MAÙY PHAÙT ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ 1.5.1 Phöông trình ñieän aùp cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc loài Khi maùy phaùt laøm vieäc, töø thoâng chính Φ0 sinh ra söùc ñieän ñoäng E 0 ôû daây quaán stator. Khi coù taûi seõ coù doøng ñieän I vaø ñieän aùp U treân taûi. ÔÛ maùy cöïc loài, vì khe hôû doïc truïc vaø ngang truïc khaùc nhau do ñoù ta phaûi phaân tích aûnh höôûng cuûa phaûn öùng phaàn öùng theo höôùng doïc truïc vaø ngang truïc. • Töø tröôøng phaàn öùng ngang truïc taïo neân söùc ñieän ñoäng ngang truïc : • • E öq = j I q x öq , xöq : ñieän khaùng phaûn öùng phaàn öùng ngang truïc (3.5) • Töø tröôøng phaàn öùng doïc truïc taïo neân söùc ñieän ñoäng doïc truïc : • • E öd = j I d x öd , xöd : ñieän khaùng phaûn öùng phaàn öùng doïc truïc (3.6) • Töø thoâng taûn cuûa daây quaán stator ñaëc tröng bôûi ñieän khaùng taûn x t khoâng phuï thuoäc höôùng doïc truïc hay ngang truïc : • • • • Et = j I x t = j I d x t + j I q x t (3.7) • Ñieän aùp rôi treân ñieän trôû daây quaán stator : I.r ö • Phöông trình ñieän aùp cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc loài : • • • • • • U = E0 − rI ö − E öq − E öd − Et •  • •   • •   • •  = E0 −  Id r + Iq r  −  Ij d x + Ij q x  −  Ij d x + Ij q x   ö ö   öd öq   t t  • • • = E0 − Id ()rö + jx öd + jx t − I q ()rö + jx öq + jx t (3.8) Goïi xöd + x t = x d : ñieän khaùng ñoàng boä doïc truïc (3.9) xöq + x t = x q : ñieän khaùng ñoàng boä ngang truïc (3.10) • • • • Vaäy : U = E0 − Id ()rö + jxd − Iq ()rö + jxq (3.11) vì r ö << x d vaø x q, neáu boû qua ñieän trôû daây quaán phaàn öùng thì coâng thöùc (3.11) • coù theå vieát laïi thaønh : j x .I E 0 d d • • ϕ : goùc hôïp bôûi I vaø U • •  • •  j x .I U = E0 −  Ij d x + Ij q x  (3.12) q q •  d q  Ψ: goùc hôïp bôûi I vaø • • U θ E 0 • θ : goùc hôïp bôûi U vaø • ϕ • • I E 0 I q Ψ • I d Hình 3.9 – Ñoà thò vec tô cuûa maùy phaùt ñoàng boä cöïc loài Trang 8
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 1.5.2 Phöông trình ñieän aùp cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc aån Ñoái vôùi maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc aån thì : x d = x q = x ñb : ñieän khaùng ñoàng boä Phöông trình ñieän aùp cuûa maùy phaùt ñoàng boä cöïc aån : • • • U = E 0 − I ()rö + jx ñb (3.13) • • I Rö Xñb I • • E 0 U Taûi (a) • E 0 • E 0 θ • j.I.x ñb U j.I.x • θ ϕ Ψ ñb Ψ j.I.r ö I • ϕ I • j.I.r U ö (b) (c) Hình 3.10 – Ñoà thò vectô cuûa maùy phaùt ñoàng boä cöïc aån : (a) Sô ñoà maïch ñieän töông ñöông; (b) Taûi coù tính caûm; (b) Taûi coù tính dung 1.6 COÂNG SUAÁT ÑIEÄN TÖØ CUÛA MAÙY PHAÙT ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ 1.6.1 Coâng suaát taùc duïng Coâng suaát taùc duïng cuûa maùy phaùt ñieän cung caáp cho taûi : P = 3 U.I cos ϕ (3.14) U, I : ñieän aùp pha vaø doøng pha Ta coù : ϕ = Ψ - θ Do ñoù : P = 3 U.I cos ϕ = 3.U.I.cos( Ψ - θ) (3.15) = 3.U.I.cos Ψ.cos θ + 3.U.I.sin Ψ.sin θ vôùi I.cos Ψ = I q; I.sin Ψ = I d vaäy P = 3.U.I q. cos θ + 3.U.I d.sin θ (3.16) Theo ñoà thò vectô ñieän aùp maùy ñieän ñoàng boä cöïc loài : U sin θ E0 −U cos θ I q = vaø I d = (3.17) xq xd thay (3.17) vaøo (3.16) vaø bieán ñoåi ta ñöôïc coâng suaát ñieän töø cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc loài : Trang 9
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 2   E0 θ 3U  1 1  Pñt = 3 U sin +  −  sin 2θ (3.18) xd 2  xq xd  .3U.E Thaønh phaàn 0 sin θ do doøng kích töø taïo neân vaø tæ leä vôùi sin θ : ñoù laø thaønh phaàn xd coâng suaát chuû yeáu cuûa maùy phaùt . 2   3U  1 1  Thaønh phaàn  −  sin 2θ : khoâng phuï thuoäc vaøo doøng ñieän kích töø vaø chæ 2  xq xd  xuaát hieän khi x q ≠ x d. Ñoái vôùi maùy cöïc aån x d = x q = x ñb suy ra thaønh phaàn naøy baèng 0. Vaäy coâng suaát cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc aån : E0 θ Pñt = 3 U sin (3.19) xñb P2 θ treã Maùy -90 ° Phaùt 90 ° Ñoäng θ cô θ sôùm Hình 3.11 − Ñaëc tuyeán coâng suaát-goùc cuûa maùy phaùt 1.6.2. Coâng suaát phaûn khaùng Coâng suaát phaûn khaùng cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä : Q = 3 U.I.sin ϕ = 3.U.I.sin( Ψ - θ) (3.20) = 3.U.I.sin Ψ.cos θ - 3.U.I.cos Ψ.sin θ (3.21) vôùi I.cos Ψ = I q; I.sin Ψ = I d vaäy : Q = 3.U.I d. cos θ + 3.U.I q.sin θ (3.22) U sin θ E0 −U cos θ thay I q = vaø I d = vaøo (3.22) ta ñöôïc coâng suaát phaûn khaùng xq xd cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc loài : 2   2   E0 θ 3U  1 1  3U  1 1  Q = 3 U cos +  −  cos 2θ −  +  (3.23) xd 2  xq xd  2  xq xd  Suy ra coâng suaát phaûn khaùng cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc aån (x d = x q = x ñb ) : E 3U 2 Q = 3 U 0 cos θ − (3.24) xñb xñb Trang 10
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Ta thaáy khi θ coù trò soá döông hoaëc aâm thì trò soá Q vaãn khoâng ñoåi, neân ñaëc tính goùc coâng suaát phaûn khaùng cuûa maùy phaùt vaø ñoäng cô ñieän ñoàng boä gioáng nhau. Q θ -90 ° -60 ° -30 ° 30 ° 60 ° 90 ° Ñoäng cô Maùy phaùt Hình 3.12 −−− Ñaëc tính goùc coâng suaát phaûn khaùng cuûa maùy phaùt ñoàng boä Ta thaáy : khi -θ’ θ’ : maùy tieâu thuï coâng suaát phaûn khaùng. 1.7. ÑAËC TUYEÁN CUÛA MAÙY PHAÙT ÑOÀNG BOÄ 1.7.1 Ñaëc tuyeán khoâng taûi Ñoù laø ñoà thò cuûa söùc ñieän ñoäng pha E 0 theo doøng kích töø I k khi hôû maïch taûi (I = 0) vaø vaän toác rotor khoâng ñoåi, noù coù daïng cuûa ñöôøng cong Φm(I k) töùc laø ñöôøng cong töø hoùa B_H cuûa maïch töø. 1.7.2 Ñaëc tuyeán ngoaøi Laø ñoà thò quan heä ñieän aùp U treân cöïc maùy phaùt vaø doøng taûi I khi tính chaát cuûa taûi khoâng ñoåi, taàn soá khoâng ñoåi (töùc laø n khoâng ñoåi) vaø doøng ñieän kích töø khoâng ñoåi. cos ϕt = const; n = const; Ik = const Khi taûi coù tính chaát caûm, phaûn öùng phaàn öùng doïc truïc khöû töø laøm töø thoâng toång giaûm do ñoù ñaëc tính ngoaøi doác hôn taûi trôû. Ñeå giöõ cho ñieän aùp U baèng ñònh möùc, phaûi thay ñoåi E 0 baèng caùch thay ñoåi (ñieàu chænh) doøng kích töø sao cho I = I ñm coù U = U ñm . Ñoä bieán thieân ñieän aùp ñaàu cöïc maùy phaùt khi laøm vieäc ñònh möùc so vôùi khi khoâng taûi xaùc ñònh nhö sau : U −U E −U ∆U% = 0 ñm = 0 ñm .100 % (3.25) U ñm U ñm 1.7.3 Ñaëc tuyeán ñieàu chænh Laø ñoà thò cho bieát phaûi ñieàu chænh doøng kích töø I k theo doøng taûi I t nhö theá naøo ñeå giöõ ñöôïc ñieän aùp U khoâng ñoåi vaø baèng ñònh möùc khi n vaø cos ϕt khoâng ñoåi. Trang 11
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Ep Ut cos ϕ sôùm Ep cos ϕ = 1 cos ϕ tr eã Ed Ik Iö 0 0 Iñm (a) (b) Ik cos ϕ treã η cos ϕ = 1 ηmax Ik0 cos ϕ sôùm 0 I Iö 0 Iö ñm (c) (d) Hình 3.13 Caùc ñaëc tuyeán khoâng taûi cuûa maùy phaùt ñoàng boä : (a) ñaëc tuyeán khoâng taûi; (b) ñaëc tuyeán ngoaøi; (c) ñaëc tuyeán ñieàu chænh; (d) ñaëc tuyeán hieäu suaát 1.7.4 Ñaëc tuyeán hieäu suaát Coâng suaát cô do maùy nhaän töø ñoäng cô sô caáp : P1 = M. ω (3.26) Caùc toån hao trong maùy phaùt ñoàng boä : - Toån hao cô P mq (do ma saùt, quaït gioù) khoâng phuï thuoäc taûi vì vaän toác khoâng ñoåi. - Toån hao saét töø p Fe do doøng xoaùy vaø töø treã trong maïch töø ; phuï thuoäc vaøo töø caûm cöïc ñaïi B m. 2 - Toån hao ñoàng trong daây quaán phaàn öùng : PCu = 3 I ö R ö (3.27) 2 - Toån hao ñoàng trong daây quaán kích töø : Pkt = U k . I k = I k . R k (3.28) Ik : doøng kích töø ; Rk : ñieän trôû kích töø - Toån hao phuï P p do doøng xoaùy trong daây daãn phaàn öùng vaø do toån hao loõi vì töø tröôøng phaàn öùng bò xoaén daïng. Toång toån hao laø : Pth = pmq + pCu + pkt + pp = P 1 – P 2 (3.29) P P Vaø hieäu suaát laø : η = 2 100 % = 2 100 % (3.30) P1 P2 + Pth Hieäu suaát cöïc ñaïi xaûy ra khi doøng taûi I ö coù giaù trò sao cho toång toån hao khoâng phuï thuoäc taûi (P mq + P Fe + P k) baèng toång toån hao phuï thuoäc taûi P Cu . Trang 12
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 VÍ DUÏ : Moät maùy phaùt ñoàng boä 3 pha 2000KVA, 2300V coù ñieän trôû phaàn öùng (ño ñöôïc giöõa 2 ñaàu ra cuûa maùy phaùt baèng ñieän moät chieàu) baèng 0,068 Ω. Maïch kích töø tieâu thuï 35A töø nguoàn moät chieàu 220V. Toån hao ma saùt vaø quaït gioù laø 22,8KW; toån hao loõi theùp vaø toån hao phuï laø 41,2KW. Tính hieäu suaát ñaày taûi cuûa maùy phaùt ôû heä soá coâng suaát baèng 0,8 treã. Giaû söû maùy ñaáu Y vaø ñieän trôû xoay chieàu baèng 1,25 ñieän trôû moät chieàu. Giaûi 3 Sñm 2000 .10 Doøng ñònh möùc : I ñm = = = 503 A 3U ñm .3 2300 ,0 068 Ñieän trôû phaàn öùng moãi pha : R = 1,25. = ,0 0425 Ω ö 2 Toån hao ma saùt vaø quaït gioù : Pmq = 22,8 KW Toån hao loõi theùp vaø toån hao phuï : PFe + Pp = 41,2 KW 2 2 Toån hao ñoàng öùng : PCu = 3 I ö R ö = 3 . 0,0425. (503) = 32,3 KW Toån hao kích töø : Pk = 220 . 35 = 7700W = 7,7KW Toång toån hao : Pth = 104 KW P S cos ϕ 2000 8,0. Hieäu suaát: η = 2 100 % = ñm 100 % = 100 % = 93 9, % P2 + Pth Sñm cos ϕ + Pth 2000 8,0. + 104 1.8 SÖÏ LAØM VIEÄC SONG SONG CUÛA MAÙY PHAÙT ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ Cheá ñoä laøm vieäc chính cuûa maùy phaùt ñoàng boä laø laøm vieäc song song trong moät heä thoáng ñieän lôùn. Coâng suaát cuûa löôùi ñieän raát lôùn so vôùi coâng suaát moãi maùy rieâng leû, do ñoù ñieän aùp cuõng nhö taàn soá cuûa löôùi coù theå xem nhö khoâng ñoåi. Tröôùc khi ñöa moät maùy vaøo laøm vieäc, noù phaûi ñöôïc hoøa ñoàng boä (Hình 3.14). a Uc Ec I k Ia θ + Ea Eb Ib Uk Ua - b I θ c Ec c Eb θ Ea Maùy phaùt Maùy caét U ñoàng boä b Heä thoáng lôùn (a) (b) Hình 3.14 . – Hoøa ñoàng boä maùy phaùt vaøo heä thoáng lôùn:(a) Sô ñoà; (b) Caùc ñieàu kieän hoøa ñoàng boä Tröôùc khi ñoùng maùy caét, phaûi kieåm tra caùc ñieàu kieän sau : Trang 13
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 1. Taàn soá cuûa maùy phaùt phaûi baèng taàn soá heä thoáng, nghóa laø maùy phaùt phaûi ñöôïc quay baèng vaän toác ñoàng boä (goùc θ khoâng ñoåi) 2. Söùc ñieän ñoäng cuûa maùy phaùt phaûi baèng ñieän aùp cuûa heä thoáng : maùy phaûi ñöôïc ñieàu chænh kích töø sao cho E p = U p 3. Thöù töï pha cuûa caùc söùc ñieän ñoäng E a, E b, E c cuûa maùy phaûi gioáng vôùi thöù töï pha Ua, U b, U c cuûa heä thoáng. 4. Goùc leäch pha θ cuûa E vaø U phaûi baèng khoâng. Khi thoûa caùc ñieàu kieän treân vaø ñieän aùp 2 ñaàu maùy caét baèng 0, ta ñoùng maùy caét ñeå hoøa ñoàng boä. Sau khi hoøa ñoàng boä, caàn chuù yù : - Cho duø ta coù thay ñoåi doøng kích töø I k, ñieän aùp cuûa maùy phaùt vaãn nhö cuõ vì ñoù laø ñieän aùp chung cuûa caû heä thoáng. Vieäc thay ñoåi doøng kích töø I k chæ laøm thay ñoåi coâng suaát phaûn khaùng maø maùy nhaän töø heä thoáng. - Muoán maùy phaùt coâng suaát taùc duïng cho heä thoáng, phaûi taêng coâng suaát vaøo ñoäng cô keùo maùy phaùt : taêng löu löôïng nöôùc trong maùy thuûy ñieän hoaëc taêng löu löôïng hôi trong maùy nhieät ñieän. Nhöng vaän toác vaãn ñöôïc giöõ khoâng ñoåi vì luùc vaän toác laø vaän toác ñoàng boä phuï thuoäc vaøo taàn soá f, nhöng taàn soá f cuûa heä thoáng khoâng ñoåi. 1.9 ÑOÄNG CÔ ÑOÀNG BOÄ 1.9.1 Khaùi nieäm chung Maùy phaùt ñoàng boä coù theå laøm vieäc nhö moät ñoäng cô ñoàng boä. Neáu thaùo ñoäng cô sô caáp ra khoûi maùy phaùt vaø cung caáp cho daây quaán stator moät heä thoáng ñieän 3 pha taàn soá khoâng ñoåi; ñoàng thôøi cung caáp doøng moät chieàu cho daây quaán kích töø, ñoäng cô seõ quay vôùi vaän toác khoâng ñoåi vaø taïo ra momen keùo taûi ñaáu vaøo truïc cuûa noù. Moät öu ñieåm cuûa ñoäng cô ñoàng boä laø heä soá coâng suaát cao vaø ñieàu chænh ñöôïc baèng caùch ñieàu chænh doøng kích töø, ñieàu naøy cho pheùp naâng cao heä soá coâng suaát cuûa löôùi khi phaàn lôùn taûi laø ñoäng cô khoâng ñoàng boä (coù heä soá coâng suaát treã vaø khoâng ñieàu chænh ñöôïc) Neáu cho quay khoâng taûi vaø taêng doøng kích töø khaù lôùn thì doøng vaøo ñoäng cô seõ sôùm pha gaàn 90 ° so vôùi ñieän aùp, ñoäng cô laøm vieäc nhö moät tuï ñieän vaø ñaây laø cheá ñoä buø ñoàng boä. Ñoäng cô ñoàng boä khoâng töï môû maùy ñöôïc neân phaûi coù bieän phaùp ñeå mang ñoäng cô ñeán gaàn vaän toác ñoàng boä ñeå ñoàng boä hoùa tröôùc khi keùo taûi. Bieän phaùp thöôøng gaëp nhaát laø duøng cuoän ñeäm. 1.9.2 Caáu taïo Töông töï maùy phaùt ñoàng boä - Stator : töông töï maùy phaùt ñoàng boä, coù soá cöïc baèng vôùi soá cöïc rotor. Trang 14
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 - Rotor : thöôøng coù daïng cöïc loài vaø coù moät ñieåm khaùc so vôùi maùy phaùt laø noù coøn coù theâm cuoän ñeäm ñaët trong maët caùc cöïc töø vaø gioáng daïng rotor loàng soùc trong ñoäng cô khoâng ñoàng boä. Cuoän ñeäm duøng ñeå môû maùy (hay coøn goïi laø daây quaán môû maùy) ( hình 3.2 ) 1.9.3 Nguyeân lyù laøm vieäc θ Vì daây quaán stator cuûa ñoäng cô ñoàng boä Truïc rotor Truïc töø tröôøng quay stator cuõng gioáng nhö ñoäng cô khoâng ñoàng boä neân khi cung caáp cho stator moät heä thoáng doøng N n1 ñieän 3 pha caân baèng, ta ñöôïc moät töø tröôøng quay coù 2p cöïc vaø quay vôùi vaän toác ñoàng boä S 60 f n n = (voøng/phuùt) 1 1 p N Khi cho doøng moät chieàu vaøo daây quaán S rotor, rotor bieán thaønh moät nam chaâm ñieän. Neáu rotor ñang ñöùng yeân thì cöïc S cuûa rotor bò cöïc N cuûa stator keùo theo vaø noù coù Hình 3.15 −−− Söï taïo ra momen quay khuynh höôùng quay theo chieàu quay cuûa töø trong ñoäng cô ñoàng boä tröôøng stator. Nhöng do quaùn tính vaø do cöïc N cuûa stator queùt quaù nhanh, keát quaû laø rotor khoâng quay ñöôïc. Tuy nhieân neáu ta coù bieän phaùp ñeå cho rotor quay tröôùc vôùi vaän toác ñoàng boä thì caùc cöïc rotor seõ bò khoaù chaët vaøo caùc cöïc stator traùi daáu. Luùc khoâng taûi, truïc cuûa chuùng truøng nhau ( θ = 0). Luùc coù taûi, truïc cuûa rotor ñi chaäm sau truïc töø tröôøng stator moät goùc θ, neáu taûi caøng naëng thì θ caøng lôùn, nhöng caû hai cuøng quay vôùi vaän toác ñoàng boä. 1.9.4 Sô ñoà thay theá vaø ñoà thò vevtô cuûa ñoäng cô ñoàng boä cöïc töø aån • • • • Phöông trình ñieän aùp : U = E o + I ö Rö + Ij ö xñb (3.31) • • • Khi boû qua ñieän trôû phaàn öùng R ö ta coù : U = E o + Ij ö xñb (3.32) • • jXñb I ö R ö U θ ϕ • • • • E0 E0 j I öXñb U I ö ψ Hình 3.16 − Maïch töông ñöông vaø ñoà thò vectô cuûa ñoäng cô ñoàng boä cöïc aån (Boû qua ñieän trôû phaàn öùng) 1.9.5 Ñieàu chænh heä soá coâng suaát cos ϕϕϕ cuûa ñoäng cô ñoàng boä Hình treân (hình 3.16) öùng vôùi tröôøng hôïp thieáu kích töø, doøng I chaäm pha hôn ñieän aùp U. Trang 15
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Trong coâng nghieäp, ngöôøi ta cho ñoäng cô ñoàng boä laøm vieäc ôû cheá ñoä quaù kích töø, doøng ñieän I vöôït tröôùc ñieän aùp pha U do ñoù, ñoäng cô vöøa taïo ra cô naêng, vöøa phaùt ra coâng suaát phaûn khaùng nhaèm naâng cao heä soá coâng suaát cos ϕ cuûa löôùi ñieän. Ñoù laø öu ñieåm raát lôùn cuûa ñoäng cô ñoàng boä. Töø maïch töông ñöông cuûa maùy phaùt ñoàng boä, ta coù coâng suaát ñieän ñöa vaøo ñoäng cô: P1 = 3 U.I ö. cos ϕ Sau khi tröø ñi toån hao ñoàng trong daây quaán stator : 2 pCuö = 3 I ö .R ö Coøn laïi coâng suaát cô toång : 2 PcΣ = P 1 - 3 I ö .R ö = 3 E 0. I ö. cos ψ • • ψ : goùc hôïp bôûi E0 vaø I ö Neáu taûi treân truïc ñoäng cô khoâng ñoåi, töùc laø coâng suaát ra P 2 khoâng ñoåi. Neáu xem hieäu suaát ñoäng cô khoâng ñoåi, U vaø f khoâng ñoåi suy ra P 1 khoâng ñoåi ⇒ I ö. cos ϕ khoâng ñoåi. • • • Vaäy hình chieáu cuûa I ö leân U (goïi laø thaønh phaàn taùc duïng cuûa I ö ) khoâng ñoåi, nghóa • • laø quyõ tích ñieåm ngoïn cuûa I ö khi E 0 thay ñoåi laø moät ñöôøng thaúng ⊥ vôùi I ö E 0 θ Neáu boû qua R ö, töông töï coâng thöùc P trong maùy phaùt cöïc aån : P1 = 3U sin xñb Neáu P 1 khoâng ñoåi ⇒ E 0. sin θ khoâng ñoåi • • • • Vaäy ñaàu cuoái cuûa caùc vectô I ö vaø E0 chaïy treân 2 ñöôøng ∆ ⊥U vaø ∆’ // U . Iö cos ϕ = const • U ϕ θ • E0 sin θ = const • ψ E0 j I öXñb I ö ∆’ ∆ Hình 3.17 − Vaän haønh cuûa ñoäng cô ñoàng boä khi taûi khoâng ñoåi vaø söï thay ñoåi cuûa Iö vaø E 0 khi ñieåu chænh doøng kích töø ñeå thay ñoåi heä soá coâng suaát cuûa ñoäng cô VÍ DUÏ : Moät ñoäng cô ñoàng boä 3 pha ñaáu Y, 75Hp, 440V, 900 v/p coù ñieän trôû phaàn öùng R ö = 0,15 Ω/pha vaø ñieän khaùng ñoàng boä 2 Ω/pha. Khi ñoäng cô mang taûi ñònh möùc vaø coù cos ϕ = 0,8 sôùm, haõy tính : a) Söùc ñieän ñoäng caûm öùng E 0 b) Goùc coâng suaát θ Trang 16
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 c) Coâng suaát cô toång. Giaû söû hieäu suaát ñoäng cô baèng 90% Giaûi P 75 × 746 Coâng suaát vaøo : P = 2 = = 62167 W 1 η 9,0 P1 62167 Doøng daây : I d = I ö = = = 102 A 3U d .cos ϕ 3 × 440 × 8,0 440 Ñieän aùp pha : U = = 254 V 3 Ta coù theå tìm E 0 baèng 2 caùch : - Giaûi baèng soá phöùc : • Choïn U = 254 ∠0° (V) cos ϕ = 0,8 sôùm ⇒ ϕ = -36,87 ° = ΨU - ΨI ⇒ ΨI = 36,87 ° • suy ra I = 102 ∠36 ,87° (A) • • • Ta coù : E o = U− I ö ()()R ö + j x ñb = 254 ∠0° − 102∠36,87° 0,15 + j2 = 254 − (−110 ,16 + j172 ,38) = 364 ,16 − j172 ,38 = 402 ,89∠ − 25 ,33° (V) - Giaûi baèng ñoà thò vectô : Döïa vaøo ñoà thò vectô, giaûi baèng phöông phaùp hình hoïc, ta coù : D H 2 2 2 2 • E0 = OC = OH + HC = ()()OD − HD + DK + KB Iö • 2 2 ϕ α U = ()()U cos ϕ − I R + U sin ϕ + I x O K ö ö ö ñb θ = ()()254 8,0. − 0,15.102 2 + 245 6,0. +102 2. 2 = 403 V Iö X ñb • B ta coù : E0 C Rö Iö OH OD − CB U cos ϕ − I R 254 8,0. − 0,15.102 cos α = = = ö ö = = ,0 466 OC OC E0 403 ⇒ α = 62,2 ° = ϕ + θ (vôùi cos ϕ = 0,8 ⇒ ϕ = 36,87 °) ⇒ θ = 25,33 ° 2 2 Coâng suaát cô toång : P cΣ = P 1 - 3 I ö .R ö = 62167 – 3 . 102 . 0,15 = 57485 W 1.9.6. Maùy buø ñoàng boä Khi ñoäng cô quay khoâng taûi, noù cuõng tieâu thuï moät ít coâng suaát ñeå buø vaøo caùc toån hao. Coâng suaát naøy raát nhoû neân thaønh phaàn (Iö cos ϕ) treân hình 3.17 raát nhoû. Neáu ñoäng cô • • laøm vieäc thöøa kích töø vôùi I ö khaù lôùn thì hình 3.oâ5 y I ö sôùm gaàn 90 ° so vôùi U , nghóa laø Trang 17
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 ñoäng cô gaàn gioáng nhö tuï ñieän vaø ñöôïc duøng ñeå naâng cao heä soá coâng suaát cuûa löôùi ñieän . Trong caùc nhaø maùy söû duïng nhieàu ñoäng cô khoâng ñoàng boä, chuùng seõ tieâu thuï coâng suaát phaûn khaùng. Khi ñaáu song song moät ñoäng cô ñoàng boä laøm vieäc khoâng taûi vaø quaù kích töø, noù seõ phaùt ra coâng suaát phaûn khaùng vaø ñem laïi caùc ñieàu lôïi nhö sau : - Ñieän aùp khoâng bò suït nhieàu - Taêng ñöôïc khaû naêng cung caáp cuûa maùy bieán aùp vaø ñöôøng daây - Giaûm ñöôïc giaù ñieän. Ñoäng cô ñoàng boä laøm vieäc nhö treân goïi laø maùy buø ñoàng boä. Sô ñoà treân hình 3.18. Nguoàn ° Nhaø maùy ba pha ° coù cos ϕ vaøo ° treã cos ϕ ñöôïc naâng cao Maùy buø ° Kích töø ñoàng boä moät chieàu ° Hình 3.18 − Naâng cao heä soá coâng suaát baèng maùy buø ñoàng boä VÍ DUÏ: Moät nhaø maùy coù coâng suaát bieåu kieán 1600KVA vaø heä soá coâng suaát 0,6 treã. 1) Tính coâng suaát tieâu thuï cuûa nhaø maùy 2) Tính coâng suaát bieåu kieán cuûa moät maùy buø ñoàng boä ñaáu song song vôùi taûi ñeå naâng heä soá coâng suaát leân baèng 0,85 treã. Giaûi 1) Coâng suaát tieâu thuï cuûa nhaø maùy : ta coù : cos ϕ = 0,6 treã ⇒ sin ϕ = 0,8; P = S cos ϕ = 1600 × 0,6 = 960KW 2) Coâng suaát phaûn khaùng do nhaø maùy tieâu thuï khi chöa coù maùy buø : Q = S sin ϕ = 1600 × 0,8 = 1280 Kvar Coâng suaát phaûn khaùng môùi tieâu thuï bôûi (taûi + maùy buø) laø : Q1 = P tg ϕ1 vôùi cos ϕ1 = 0,85 treã ⇒ ϕ1 = 31,79 ° ⇒ tg ϕ1 =0,62 ⇒ Q 1 = 960 × 0,62 = 595 Kvar = Q + Q b’ ⇒ Q b’= 595 – 1280 = -685 Vaäy coâng suaát bieåu kieán cuûa maùy buø ñoàng boä laø 685Kvar. Trang 18
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 1.9.7 . Môû maùy ñoäng cô ñoàng boä Ñoäng cô ñoàng boä khoâng töï môû maùy ñöôïc. Töø tröôøng quay stator queùt qua caùc cöïc töø rotor vôùi vaän toác ñoàng boä vaø vì löïc taùc ñoäng luaân phieân keùo ñaåy neân do quaùn tính cuûa rotor vaø do taûi cô, momen trung bình baèng khoâng. Vì vaäy rotor phaûi ñöôïc quay ñeán baèng hoaëc gaàn baèng vaän toác ñoàng boä tröôùc khi ñoäng cô coù theå laøm vieäc. Trong vaøi tröôøng hôïp, ngöôùi ta duøng moät ñoäng cô moät chieàu gaén vaøo truïc rotor ñeå keùo rotor ñeán vaän toác ñoàng boä. Trong ñoäng cô nhoû, ngöôøi ta duøng momen töø trôû. Tuy nhieân, vôùi caùc ñoäng cô lôùn, ngöôøi ta duøng cuoän ñeäm (hình 3.2). Khi ñöa ñieän ba pha vaøo stator, töø tröôøng quay seõ sinh ra doøng caûm öùng trong cuoän ñeäm vaø keùo rotor quay theo töø tröôøng stator, gioáng nhö trong ñoäng cô khoâng ñoàng boä rotor loàng soùc. Khi rotor ñaõ quay gaàn baèng vaän toác ñoàng boä, ngöôøi ta cho doøng kích töø I k chaïy vaøo cöïc töø rotor vaø rotor seõ ñöôïc keùo vaøo tình traïng ñoàng boä. Nhö vaäy, rotor phaûi coù moät gia toác töùc thôøi khaù nhanh ñeå “ñuoåi kòp” töø tröôøng stator vaø vì ñoäng cô thöôøng ñöôïc môû maùy khoâng taûi vaø non taûi. Coù theå xaûy ra hieän töôïng sau : ngay khi ñoùng kích töø, caùc cöïc töø cuøng teân cuûa rotor vaø stator ñoái dieän nhau. Luùc ñoù, töø thoâng trong khe hôû khoâng khí bò giaûm khieán doøng daây ñoät ngoät taêng leân. Muoán traùnh hieän töôïng naøy, ngöôøi ta môû maùy vôùi ñieän aùp thaáp, ñoùng kích töø roài sau ñoù môùi taêng ñieän aùp leân bình thöôøng. Khi ñoäng cô quay ñeàu, cuoän ñeäm khoâng mang doøng ñieän. Tuy nhieân, neáu vì lyù do naøo ñoù maø taûi cô dao ñoäng thì truïc rotor cuõng seõ dao ñoäng so vôùi truïc töø tröôøng quay stator. Theo ñònh luaät Lenz, doøng caûm öùng sinh ra trong cuoän ñeäm seõ coù taùc duïng choáng laïi söï dao ñoäng ñoù, töùc laø coù khuynh höôùng laøm taét daàn dao ñoäng cuûa rotor. Trang 19
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 TOÙM TAÉT CHÖÔNG 1 : MAÙY ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ Ñaïi löôïng Bieåu thöùc 60 f Toác ñoä rotor = Toác ñoä ñoàng boä n= n = 1 p Söùc ñieän ñoäng pha stator E0=4,44 fW 110 k dq Φ Phöông trình ñieän aùp stator maùy phaùt cöïc • • • • U = E0 − Id ()r + jx − Iq ()r + jx töø loài ö d ö q Phöông trình ñieän aùp stator maùy phaùt cöïc • • • U = E0 − I ()r + jx töø aån ö ñb Ñoà thò vectô maùy phaùt cöïc töø aån • E 0 θ • U j.I.x ϕ Ψ ñb j.I.r ö • I Coâng suaát ñieän töø 2   E0 θ 3U  1 1  Pñt = 3 U sin +  −  sin 2θ xd 2  xq xd  Ñieàu chænh coâng suaát taùc duïng Ñieàu chænh coâng suaát ñoäng cô sô caáp Ñieàu chænh coâng suaát phaûn khaùng Ñieàu chænh doøng kích töø Ñaëc tính ngoaøi maùy phaùt ñoàng boä : Ut cos ϕ sôùm Ik = const; n = const ; cos ϕt = const Ep cos ϕ = 1 cos ϕ treã 0 I Iö ñm Môû maùy ñoäng cô ñoàng boä Duøng ñoäng cô phuï hoaëc loàng soùc môû maùy Ñieàu chænh cos ϕ ñoäng cô ñoàng boä ñeå caûi Ñieàu chænh doøng kích töø thieän maïng ñieän Maùy buø ñoàng boä Ñieàu chænh doøng kích töø ñeå ñieàu chænh ñieän aùp vaø cos ϕ löôùi ñieän CAÂU HOÛI OÂN TAÄP CHÖÔNG MAÙY ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ 1) Caáu taïo vaø nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä. 2) Moâ hình tính toaùn, ñoà thò vectô cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä 3) Phaûn öùng phaàn öùng cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä 4) Ñaëc tính ngoaøi vaø ñaëc tính ñieàu chænh cuûa maùy phaùt ñoàng boä 5) Söï laøm vieäc song song cuûa caùc maùy phaùt ñoàng boä 6) Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñoàng boä 7) Moâ hình tính toaùn, ñoà thò vectô cuûa ñoäng cô ñoàng boä cöïc töø aån. 8) Ñieàu chænh cos ϕ cuûa ñoäng cô ñoàng boä Trang 20
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 9) Môû maùy ñoäng cô ñoàng boä. BAØI TAÄP CHÖÔNG 1 1. Moät maùy phaùt ñoàng boä ba pha10KVA, 230V, ñaáu Y coù ñieän khaùng ñoàng boä 1,2 Ω/pha vaø ñieän trôû phaàn öùng 0,5 Ω/pha. Tính phaàn traêm thay ñoåi ñieän aùp khi maùy phaùt 8KW cho taûi vôùi HSCS=0,8 treã. 2. Moät maùy phaùt ñoàng boä 500KVA, 500V, 6 cöïc, ba pha, ñaáu Y coù toång trôû ñoàng boä baèng 0,1 + j1,5 Ω/pha. Vaän toác rotor laø 1000 v/p. a) Tìm taàn soá nguoàn ñieän phaùt ra. b) Tính söùc ñieän ñoäng pha luùc ñaày taûi, cos ϕ = 0,8 treã c) Tính goùc coâng suaát luùc ñaày taûi. 0 ÑS : f = 50Hz; E 0 = 388,3; θ = 5,12 3. Moät maùy phaùt ñoàng boä 30KVA, ba pha, 230V, ñaáu Y coù ñieän trôû phaàn öùng khoâng ñaùng keå, x ñb = 1 Ω /pha. Tính phaàn traêm thay ñoåi ñieän aùp luùc : a) Ñaày taûi vôùi HSCS = 0,8 sôùm. b) Nöûa taûi vôùi HSCS = 1. c) 25% taûi vôùi HSCS = 0,8 treã. 4. Moät maùy phaùt ñoàng boä 3 pha, noái Y, 220V cung caáp cho moät taûi 3 pha coù Zp =5 ∠ 30 °Ω ( ) / pha ñaáu ∆. Ñieän khaùng ñoàng boä moãi pha maùy phaùt laø 5 Ω vaø boû qua ñieän trôû phaàn öùng. Tính : a) Ñoä suït aùp phaàn traêm. b) Goùc coâng suaát c) Coâng suaát bieåu kieán do maùy phaùt cung caáp cho taûi treân. 5. Moät ñoäng cô ñoàng boä 400V, ba pha, ñaáu Y tieâu thuï 60KW vôùi HSCS = 1. Ñieän khaùng ñoàng boä baèng 1 Ω/pha; coøn ñieän trôû phaàn öùng khoâng ñaùng keå. Haõy tính : a) Söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong moãi pha b) Goùc coâng suaát. 6. Moät ñoäng cô ñoàng boä 2300V, ba pha, ñaáu Y ñang laøm vieäc ôû cheá ñoä quaù kích töø vôùi goùc coâng suaát baèng 21 °. Toång trôû ñoàng boä laø 0,1 + j2 Ω/pha; doøng daây laø 350A. Haõy tính HSCS cuûa ñoäng cô. 7. Moät taûi tieâu thuï 100KVA vôùi HSCS = 0,8 treã. Ngöôøi ta muoán naâng HSCS leân = 1 baèng caùch duøng moät ñoäng cô ñoàng boä laøm vieäc ôû cheá ñoä khoâng taûi vaø quaù kích töø. Tính coâng suaát bieåu kieán cuûa ñoäng cô bieát raèng toån hao khoâng taûi cuûa noù laø 10KW. 8. Toån hao quay (cô + töø) cuûa moät ñoäng cô ñoàng boä 1000HP laø 18KW. Ñoäng cô nhaän ñieän töø nguoàn ba pha 2300V vôùi HSCS = 0,8 treã. Tìm söùc ñieän ñoäng caûm öùng luùc ñaày taûi, bieát raèng X ñb = 1,9 Ω/pha, R ö = 0. 9. Moät nhaø maùy tieâu thuï coâng suaát ñieän P 1 = 700KW vôùi HSCS = 0,7 treã. Nhaø maùy coù theâm moät taûi cô vôùi coâng suaát cô 100KW. Ñeå keùo laïi vaø keát hôïp naâng cao HSCS, ngöôøi Trang 21
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 ta choïn moät ñoäng cô ñoàng boä coù hieäu suaát baèng 0,88. Xaùc ñònh coâng suaát bieåu kieán S ñm cuûa ñoäng cô ñoàng boä ñeå naâng HSCS nhaø maùy ñaït 0,8 treã. 10. Moät ñoäng cô ñoàng boä 3 pha cöïc töø aån, 400V, noái Y, coù hieäu suaát 92% khi cung caáp cho taûi 18HP. Toång trôû ñoàng boä moãi pha laø 0,5+j1,5 Ω/pha. Neáu ñoäng cô vaän haønh ôû heä soá coâng suaát 0,9 treã. Xaùc ñònh goùc coâng suaát. 11. Moät ñoäng cô ñoàng boä 3 pha cöïc töø aån, 400V, noái Y, coù Xñb = 1 Ω / pha vaø boû qua ñieän trôû phaàn öùng. Doøng kích töø ñöôïc ñieàu chænh sao cho ñieän aùp caûm öùng laø 270V/pha, khi ñoäng cô tieâu thuï 40KW töø nguoàn. Tính : a) Heä soá coâng suaát ñoäng cô. b) Coâng suaát phaûn khaùng maø ñoäng cô cung caáp cho nguoàn. Trang 22
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 CHÖÔNG 2 MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU Trong coâng nghieäp hieän ñaïi, maùy ñieän moät chieàu vaãn ñöôïc coi laø moät loaïi maùy quan troïng, noù coù theå duøng laøm ñoäng cô ñieän, maùy phaùt ñieän hay duøng trong nhöõng ñieàu kieän laøm vieäc khaùc. Ñoäng cô ñieän moät chieàu coù ñaëc tính ñieàu chænh toác ñoä raát toát. Vì vaäy maùy ñöôïc duøng nhieàu trong nhöõng ngaønh coâng nghieäp coù yeâu caàu cao veà ñieàu chænh toác ñoä nhö caùn theùp, haàm moû, giao thoâng vaän taûi Maùy phaùt ñieän moät chieàu duøng laøm nguoàn cho caùc ñoäng cô ñieän moät chieàu , laøm nguoàn kích töø trong maùy ñieän ñoàng boä , cung caáp nguoàn ñieän moät chieàu ñieän aùp thaáp cho coâng nghieäp ñieän hoùa hoïc nhö tinh luyeän ñoàng, nhoâm, maï ñieän So vôùi maùy ñieän xoay chieàu, maùy ñieän moät chieàu coù nhöõng nhöôïc ñieåm nhö : giaù thaønh ñaét hôn, cheá taïo vaø baûo quaûn coå goùp phöùc taïp. Tuy nhieân, do nhöõng öu ñieåm vöøa keå treân, maùy ñieän moät chieàu vaãn coøn giöõ moät taàm quan troïng nhaát ñònh trong saûn xuaát coâng nghieäp. 2.1. CAÁU TAÏO MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU Cöïc töø chính Daây quaán cöïc töø chính Daây quaán phaàn öùng Cöïc töø phuï Daây quaán cöïc töø chính Rotor Goâng Hình 4.1 – Maët caét ngang truïc maùy ñieän moät chieàu 2.1.1. Phaàn tónh (Stator) Ñoùng vai troø laø phaàn caûm, bao goàm caùc boä phaän chính. a) Cöïc töø chính : ñaây laø boä phaän sinh ra töø tröôøng chính trong maùy, bao goàm : Trang 23
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 - Loõi cöïc töø : hình daïng nhö hình 4.2, coù theå laøm baèng theùp khoái, vì daãn töø moät chieàu. Tuy nhieân, ñeå giaûm kích thöôùc, ngaøy nay noù ñöôïc laøm töø theùp kyõ thuaät ñieän caùn laïnh khoâng ñaúng höôùng. - Daây quaán cöïc töø chính : coøn goïi laø daây quaán kích töø, ñöôïc laøm baèng daây daãn troøn coù boïc caùch ñieän hoaëc daây daãn tieát dieän hình chöõ nhaät ñöôïc quaán ñònh hình roài loàng vaøo thaân cöïc töø. Caùc Hình 4.2 – Cöïc töø stator daây quaán kích töø ñaët treân caùc cöïc töø chính thöôøng ñöôïc noái noái tieáp vôùi nhau. b) Cöïc töø phuï : ñaây laø boä phaän duøng ñeå caûi thieän ñoåi chieàu. - Loõi cöïc töø coù theå laøm baèng theùp ñuùc. - Daây quaán cöïc töø phuï ñöôïc loàng vaøo cöïc phuï vaø noái noái tieáp vôùi daây quaán phaàn öùng qua choåi than. Caùc cöïc töø phuï ñöôïc boá trí xen keõ giöõa caùc cöïc töø chính. c) Goâng töø : laøm maïch daãn töø, noái lieàn caùc cöïc töø chính vaø phuï, ñoàng thôøi laøm voõ maùy. Maùy nhoû vaø vöøa, goâng töø laøm baèng theùp taám, maùy lôùn laøm baèng theùp ñuùc. 2.1.2 . Phaàn quay (Rotor) Ñoùng vai troø laø phaàn öùng, bao goàm caùc boä phaän : a) Loõi theùp phaàn öùng : Ñaây laø boä phaän daãn töø xoay chieàu, neân ñöôïc laøm töø caùc laù theùp kyõ thuaät ñieän daøy 0,35 ÷ 0,5 mm gheùp laïi. Treân loõi theùp coù daäp raõnh ñeå boá trí daây quaán phaàn öùng. Maùy nhoû vaø vöøa coù loã thoâng gioù höôùng truïc, maùy lôùn coøn coù keânh thoâng gioù höôùng kính. Hình 4.3 – Laù theùp rotor b) Daây quaán phaàn öùng : Ñaây laø boä phaän tham gia tröïc tieáp quaù trình bieán ñoåi naêng löôïng ñieän töø, noù ñöôïc phaân boá trong caùc raõnh cuûa loõi theùp phaàn öùng. ÔÛ mieäng caùc raõnh , coù duøng neâm ñeå cheøn chaët daây quaán , traùnh bò vaêng ra do löïc ly taâm khi roâto quay . Daây quaán roâto ñöôïc ñaët trong caùc raõnh cuûa loõi theùp roâto thaønh 2 lôùp : lôùp treân vaø lôùp döôùi. Daây quaán phaàn öùng goàm nhieàu phaàn töû, moãi phaàn töû coù nhieàu voøng daây, hai ñaàu noái vôùi hai phieán goùp cuûa coå goùp , hai caïnh taùc duïng cuûa moät phaàn töû ñaët trong hai raõnh döôùi hai cöïc khaùc teân. Vì trong moãi raõnh coù 2 lôùp neân neáu caïnh taùc duïng naøy cuûa phaàn töû ñaët ôû lôùp treân cuûa moät raõnh thì caïnh taùc duïng kia ñöôïc xeáp ôû lôùp döôùi cuûa moät raõnh khaùc. Ví duï hình 4.4a vaø b veõ 4 phaàn töû daây quaán xeáp thaønh 2 lôùp, moãi phaàn töû chæ coù 1 voøng daây. Caùc phaàn töû ñöôïc noái thaønh voøng kín taïo thaønh caùc maïch nhaùnh song song (hình 4.4c). Trang 24
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 c) b) a) Hình 4. 4 2.1.3. Coå goùp vaø choåi than Coå goùp hay vaønh goùp duøng ñeå ñoåi chieàu doøng ñieän xoay chieàu thaønh moät chieàu. Coå goùp goàm nhieàu phieán ñoàng coù ñuoâi nhaïn gheùp caùch ñieän vôùi nhau baèng lôùp mica vaø hôïp thaønh moät hình truï troøn. Hai ñaàu truï troøn duøng hai vaønh oáp chöõ V eùp chaët laïi. Giöõa vaønh oáp vaø truï troøn cuõng caùch ñieän baèng mica. Ñuoâi coå goùp coù cao hôn moät ít ñeå haøn caùc ñaàu daây cuûa caùc phaàn töû daây quaán phaàn öùng vaøo phieán goùp ñöôïc deã daøng . Coå goùp ñöôïc Hình 4.5 – Coå goùp vaø phieán goùp baét chaët ôû ñaàu truïc roâto Ñeå ñöa doøng ñieän töø coå goùp ra ngoaøi, ngöôøi ta duøng cô caáu choåi than. Cô caáu goàm choåi than laøm baèng than graphit, ñaët trong hoäp choåi than vaø nhôø moät loø xo tì chaët leân coå goùp. Hoäp choåi than ñöôïc ñaët coá ñònh vaø caùch ñieän treân giaù choåi than. Giaù choåi than ñöôïc gaén treân naép maùy. Hình 4.6 – Rotor cuûa maùy ñieän moät chieàu Trang 25
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 2.2. CAÙC THOÂNG SOÁ ÑÒNH MÖÙC Ñoái vôùi maùy ñieän moät chieàu, caùc thoâng soá ñònh möùc bao goàm : - Coâng suaát ñònh möùc P ñm (W hoaëc KW) - Ñieän aùp ñònh möùc U ñm (V) - Doøng ñònh möùc I ñm (A) - Toác ñoä ñònh möùc n ñm (voøng/phuùt) Ngoaøi ra, coøn coù caùc thoâng soá khaùc nhö : kieåu maùy, phöông phaùp kích töø vaø doøng kích töø 2.3. NGUYEÂN LYÙ LAØM VIEÄC CUÛA MAÙY PHAÙT VAØ ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU 2.3.1. Nguyeân lyù laøm vieäc vaø phöông trình ñieän aùp cuûa maùy phaùt ñieän moät chieàu Khi ñoäng cô sô caáp quay phaàn öùng, caùc thanh daãn cuûa daây quaán phaàn öùng caét töø tröôøng cöïc töø , caûm öùng caùc söùc ñieän ñoäng . Chieàu söùc ñieän ñoäng ñöôïc xaùc ñònh theo quy taéc baøn tay phaûi. Ví duï, treân hình 4.7, neáu töø tröôøng cöïc töø höôùng töø treân xuoáng döôùi vaø roâto quay ngöôïc chieàu kim ñoàng hoà, thì ôû thanh daãn phía treân söùc ñieän ñoäng coù chieàu töø b ñeán a, ôû thanh daãn phía döôùi , söùc ñieän ñoäng höôùng töø d ñeán c. Söùc ñieän ñoäng cuûa phaàn töû baèng 2 laàn söùc ñieän ñoäng cuûa thanh daãn. Neáu noái 2 choåi ñieän A vaø B vôùi taûi, treân taûi seõ coù doøng ñieän höôùng theo chieàu töø A Hình 4.7 – Nguyeân lyù laøm vieäc ñeán B, nghóa laø ñieän aùp U treân 2 cöïc cuûa maùy phaùt coù cuûa maùy phaùt ñieän moät chieàu cöïc döông laø A vaø cöïc aâm laø B. Khi roâto quay ñöôïc nöûa voøng thì vò trí cuûa phaàn töû thay ñoåi, thanh ab ôû cöïc S, thanh cd ôû cöïc N, söùc ñieän ñoäng trong thanh daãn ñoåi chieàu. Nhöng nhôø caùc choåi ñieän ñöùng yeân, choåi A vaãn noái vôùi phieán goùp phía treân, choåi B vaãn noái vôùi phieán goùp phía döôùi, neân chieàu doøng ñieän qua taûi vaãn khoâng ñoåi. Ta coù maùy phaùt ñieän moät chieàu vôùi cöïc döông laø choåi A, cöïc aâm laø choåi B. Neáu maùy chæ coù moät phaàn töû thì ñieän aùp ñaàu cöïc seõ nhö hình 4.8a. Ñeå ñieän aùp lôùn vaø ít nhaáp nhoâ nhö hình 4.8b daây quaán phaàn öùng caàn coù nhieàu phaàn töû vaø nhieàu phieán goùp. ÔÛ cheá ñoä maùy phaùt, doøng trong daây quaán phaàn öùng goïi laø doøng öùng, kyù hieäu I ö, cuøng chieàu vôùi söùc ñieän ñoäng phaàn öùng E ö. Do vaäy, phöông trình ñieän aùp cuûa maùy phaùt ñieän moät chieàu ñöôïc vieát nhö sau : U = E ö – I öRö (4.1) Trang 26
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Trong ñoù : Rö laø ñieän trôû daây quaán phaàn öùng → IöRö laø ñieän aùp rôi treân daây quaán phaàn öùng U : ñieän aùp ñaàu cöïc maùy phaùt. a) b) Hình 4.8 – Söùc ñieän ñoäng cuûa maùy phaùt ñieän moät chieàu 2.3.2. Nguyeân lyù laøm vieäc vaø phöông trình ñieän aùp cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu Khi ñaët moät ñieän aùp moät chieàu U vaøo 2 choåi ñieän A vaø B, trong daây quaán phaàn öùng coù doøng I ö. Caùc thanh daãn ab, cd mang doøng I ö naèm trong töø tröôøng cöïc töø, seõ chòu löïc ñieän töø F ñt taùc duïng. Chieàu löïc ñieän töø cho bôûi quy taéc baøn tay traùi, ví duï nhö hình 7 . Löïc ñieän töø sinh ra chính laø momen laøm quay rotor Khi roâto quay ñöôïc nöûa voøng, vò trí caùc thanh daãn ab vaø cd ñoåi choã cho nhau , nhöng nhôø coù phieán goùp ñoåi chieàu doøng I ö , neân chieàu löïc ñieän töø taùc duïng leân thanh daãn khoâng ñoåi (hình 8), ñaûm baûo ñoäng cô coù chieàu quay khoâng ñoåi . a) b) Hình 4.9 – Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu Khi roâto quay, caùc thanh daãn caét töø tröôøng cöïc töø, caûm öùng söùc ñieän ñoäng E ö coù chieàu xaùc ñònh bôûi quy taéc baøn tay phaûi (hình 7). ÔÛ ñoäng cô, E ö ngöôïc chieàu I ö, neân E ö coøn ñöôïc goïi laø söùc phaûn ñieän (spñ), vaø do ñoù, phöông trình ñieän aùp cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu ñöôïc vieát nhö sau : U = E ö + I öRö (4.2) Trang 27
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 2.4. SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG PHAÀN ÖÙNG, COÂNG SUAÁT ÑIEÄN TÖØ VAØ MOMEN ÑIEÄN TÖØ CUÛA MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU 2.4.1. Söùc ñieän ñoäng phaàn öùng Khi rotor quay, caùc thanh daãn cuûa daây quaán phaàn öùng caét ngang töø tröôøng cöïc töø, trong moãi thanh daãn caûm öùng söùc ñieän ñoäng laø : e = B tb .l.v (4.3) trong ñoù : Btb – maät ñoä töø thoâng (hay töø caûm) trung bình döôùi moãi cöïc töø v – toác ñoä daøi cuûa thanh daãn l – chieàu daøi hieäu duïng thanh daãn Neáu soá thanh daãn cuûa daây quaán laø N, soá nhaùnh (song song) laø 2a, vôùi a laø soá ñoâi N maïch nhaùnh, soá thanh daãn cuûa moät nhaùnh laø , söùc ñieän ñoäng phaàn öùng laø : 2a N N E= e = . Blv . . ö 2a 2 a tb π.D . n Toác ñoä daøi v ñöôïc xaùc ñònh theo toác ñoä quay n (v/p) baèng coâng thöùc : v = , 60 vôùi D laø ñöôøng kính roâto (m) Nπ. D . n Thay vaøo : E= . B . l (4.4) ö 2a 60 tb πDl Maët khaùc, töø thoâng Φ döôùi moãi cöïc töø laø : Φ = B tb . , vôùi p laø soá ñoâi cöïc töø 2 p 2 pΦ Suy ra : B = . Cuoái cuøng ta coù : tb π Dl N πDn 2 pΦ pN Eö = . . .l = nΦ 2a 60 πDl 60 a Hoaëc : Eö = k EnΦΦΦ (4.5) pN vôùi : k = laø haèng soá phuï thuoäc vaøo keát caáu daây quaán phaàn öùng E 60 a Keát luaän : söùc ñieän ñoäng phaàn öùng E ö tæ leä vôùi toác ñoä quay n cuûa roâto vaø tæ leä vôùi töø thoâng φ ñöôùi moãi cöïc töø. Muoán thay ñoåi trò soá söùc ñieän ñoäng, ta coù theå ñieàu chænh toác ñoä quay n, hoaëc ñieàu chænh töø thoâng φ baèng caùch ñieàu chænh doøng kích töø I k. Coøn muoán ñoåi chieàu söùc ñieän ñoäng, ta ñoåi chieàu quay , hoaëc ñoåi chieàu doøng kích töø. 2.4.2. Coâng suaát ñieän töø vaø momen ñieän töø : pN Coâng suaát ñieän töø : PEI=. = nI Φ (4.6) ñt ö ö60 a ö Trang 28
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 P Momen ñieän töø : M = ñt (4.7) ñt ω 2πn vôùi ω = laø taàn soá goùc quay cuûa roâto , töø ñoù ta coù : 60 pN .n. Φ I. ö Pñt 60 a pN .n. Φ I. ö 60 pN Mñt = = = × = Iö.Φ 2πn 2πn 60 a 2πn 2πa 60 60 ⇔ Mñt = k M I ö ΦΦΦ (4.8) pN vôùi : k = laø haèng soá phuï thuoäc vaøo keát caáu daây quaán phaàn öùng M 2π a Keát luaän : Momen ñieän töø M ñt tæ leä vôùi doøng ñieän phaàn öùng I ö vaø tæ leä vôùi töø thoâng φ döôùi moãi cöïc töø. Muoán thay ñoåi trò soá M ñt , ta phaûi thay ñoåi doøng I ö, hoaëc thay ñoåi töø thoâng φ baèng caùch ñieàu chænh doøng kích töø I k . Coøn muoán ñoåi chieàu momen ñieän töø, ta phaûi ñoåi chieàu doøng I ö, hoaëc doøng kích töø. 2.5. PHAÛN ÖÙNG PHAÀN ÖÙNG CUÛA MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU Khi maùy ñieän moät chieàu laøm vieäc khoâng taûi, töø tröôøng trong maùy chæ do doøng kích töø I kt gaây ra, goïi laø töø tröôøng cöïc töø (hình 4.10a). Töø tröôøng naøy phaân boá ñoái xöùng, ôû ñöôøng trung tính hình hoïc mn, caûm öùng töø B = 0, thanh daãn chuyeån ñoäng qua ñoù khoâng caûm öùng söùc ñieän ñoäng. Khi maùy ñieän coù taûi, doøng I ö trong daây quaán phaàn öùng seõ sinh ra töø tröôøng phaàn öùng (hình 4.10b). Töø tröôøng naøy coù höôùng vuoâng goùc töø tröôøng cöïc töø. Taùc duïng cuûa töø tröôøng phaàn öùng leân töø tröôøng cöïc töø goïi laø phaûn öùng phaàn öùng. Töø tröôøng trong maùy laø töø tröôøng toång hôïp cuûa töø tröôøng cöïc töø vaø töø tröôøng phaàn öùng (hình 4.10c). Do phaûn öùng phaàn öùng, ôû moûm cöïc maø töø tröôøng phaàn öùng cuøng chieàu vôùi töø tröôøng cöïc töø, thì töø tröôøng ñöôïc taêng cöôøng ( moûm cöïc soá 1 vaø soá 3 ); ôû moûm cöïc maø töø tröôøng phaàn öùng ngöôïc chieàu vôùi töø tröôøng cöïc töø, thì töø tröôøng bò yeáu ñi (moûm cöïc soá 2 vaø soá 4). n’ m 1 2 n 1 2 4 3 4 3 m’ a) b) c) Hình 4.10 – Phaûn öùng phaàn öùng cuûa maùy ñieän moät chieàu Trang 29
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Haäu quaû cuûa phaûn öùng phaàn öùng laø : • Töø tröôøng trong maùy bò bieán daïng Ñieåm coù töø caûm B = 0 dòch chuyeån töø trung tính hình hoïc mn ñeán vò trí môùi m’n’ , goïi laø trung tính vaät lyù . Goùc leäch β thöôøng nhoû vaø leäch theo chieàu quay roâto , neáu laø maùy phaùt , ngöôïc chieàu quay roâto , neáu laø ñoäng cô . ÔÛ trung tính hình hoïc , töø caûm B ≠ 0 , thanh daãn chuyeån ñoäng qua ñoù seõ caûm öùng söùc ñieän ñoäng, gaây aûnh höôûng xaáu ñeán vieäc ñoåi chieàu doøng ñieän trong maùy. • Ñieän aùp ñaàu cöïc maùy phaùt giaûm – Toác ñoä ñoäng cô thay ñoåi Khi taûi lôùn, doøng öùng I ö lôùn, töø tröôøng phaàn öùng lôùn, moûm cöïc töø ñöôïc taêng cöôøng bò baõo hoøa, töø caûm B ôû ñoù taêng leân ñöôïc raát ít, trong khi ô moûm cöïc kia, töø tröôøng laïi bò giaûm ñi nhieàu. Keát quaû laø töø thoâng Φ cuûa maùy bò giaûm xuoáng, Φ giaûm keùo theo söùc ñieän ñoäng phaàn öùng E ö giaûm laøm cho ñieän aùp U ôû ñaàu cöïc maùy phaùt giaûm. Coøn ôû cheá ñoä ñoäng cô, φ giaûm laøm cho momen quay giaûm vaø toác ñoä ñoäng cô thay ñoåi. Ñeå khaéc phuïc haäu quaû treân , ngöôøi ta duøng cöïc töø phuï vaø daây quaán buø. Töø tröôøng cuûa cöïc töø phuï vaø daây quaán buø ngöôïc vôùi töø tröôøng phaàn öùng. Ñeå kòp thôøi khaéc phuïc töø tröôøng phaàn öùng khi taûi thay ñoåi, daây quaán cöïc töø phuï vaø daây quaán buø ñöôïc ñaáu noái tieáp vôùi maïch phaàn öùng. 2.6. NGUYEÂN NHAÂN TIA LÖÛA ÑIEÄN TREÂN COÅ GOÙP VAØ BIEÄN PHAÙP KHAÉC PHUÏC Khi maùy ñieän moät chieàu laøm vieäc, quaù trình ñoåi chieàu thöôøng gaây ra tia löûa ñieän giöõa choåi than vaø coå goùp. Tia löûa lôùn coù theå gaây neân vaønh löûa xung quanh coå goùp, phaù hoûng choåi than vaø coå goùp, gaây toån hao naêng löôïng vaø laøm nhieãu caùc thieát bò ñieän töû khaùc. 4.6.1. Nguyeân nhaân Söï phaùt sinh tia löûa ñieän do caùc nguyeân nhaân sau : 1. Nguyeân nhaân cô khí : - Vaønh goùp khoâng ñoàng taâm vôùi truïc - Söï caân baèng quay khoâng toát, gaây dao ñoäng höôùng kính. - Coå goùp khoâng troøn, löïc eùp choåi than khoâng ñuû. 2. Nguyeân nhaân veà ñieän : Khi rotor quay, lieân tieáp coù phaàn töû chuyeån ñoåi töø maïch nhaùnh naøy sang maïch nhaùnh khaùc, trong phaàn töû ñoåi chieàu aáy, seõ xuaát hieän caùc söùc ñieän ñoäng sau : a. Söùc ñieän ñoäng töï caûm e L do söï bieán thieân doøng ñieän trong phaàn töû ñoåi chieàu. b. Söùc ñieän ñoäng hoã caûm e m do söï bieán thieân doøng ñieän trong caùcphaàn töû ñoåi chieàu khaùc laân caän. Trang 30
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 c. Söùc ñieän ñoäng e q do töø tröôøng phaàn öùng gaây ra. Khi ñi qua choåi than, caùc phaàn töû naøy bò noái taét, maø toång caùc söùc ñieän ñoäng ∑e ≠ 0 do ñoù phaùt sinh tia löûa ñieän. 2.6.2. Bieän phaùp khaéc phuïc - Loaïi tröø nguyeân nhaân cô khí. - Duøng daây quaán buø vaø cöïc töø phuï ñeå trieät tieâu töø tröôøng phaàn öùng döôùi beà maët cöïc töø laøm cho töø tröôøng khe hôû phaân boá ñeàu, thuaän lôïi cho quaù trình ñoåi chieàu. - Ñoái vôùi caùc maùy coâng suaát nhoû, khoâng boá trí cöïc töø phuï vaø daây quaán buø, thì ta coù theå dôøi choåi than ñeán vò trí trung tính vaät lyù. 2.7. MAÙY PHAÙT ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU Döïa vaøo phöông phaùp cung caáp doøng kích töø , ngöôøi ta chia maùy ñieän moät chieàu ra caùc loaïi nhö sau • Maùy ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp : doøng kích töø cuûa maùy laáy töø nguoàn ñieän khaùc khoâng lieân heä vôùi phaàn öùng cuûa maùy. • Maùy ñieän moät chieàu kích töø song song : daây quaán kích töø noái song song vôùi daây quaán phaàn öùng. • Maùy ñieän moät chieàu kích töø noái tieáp : daây quaán kích töø maéc noái tieáp vôùi daây quaán phaàn öùng. • Maùy ñieän moät chieàu kích töø hoãn hôïp : goàm 2 daây quaán kích töø , daây quaán kích töø song song vaø daây quaán kích töø noái tieáp. 2.7.1. Maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp 1/. Maïch töông ñöông vaø caùc phöông trình Rk Ik Iö Rö + + It E Uk Rs ö Ut R t _ _ Hình 4.1 1 – Maïch ñieän töông ñöông cuûa maùy phaùt kích töø ñoäc laäp Caùc phöông trình : Iö = I t Ut = E ö – I ö .Rö = I t . R t Uk = I k (R k + R s) =I k . R f Eö = k E . n.Φ Trang 31
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Trong ñoù : Ut : ñieän aùp ñaàu cöïc maùy phaùt cuõng laø ñieän aùp treân taûi. Uk : ñieän aùp nguoàn kích töø ñeå taïo ra doøng kích töø Ik Rs : ñieän trôû cuoän kích töø Rk : bieán trôû ñieàu chænh kích töø Rf = R s + R k : ñieän trôû maïch kích töø Rö : ñieän trôû daây quaán phaàn öùng Rt : ñieän trôû taûi. 2/. Ñaëc tuyeán khoâng taûi : Eö = f (I k) Eö C Laø ñöôøng cong E ö = f (I k) khi khoâng taûi I t= 0 B A vaø toác ñoä khoâng ñoåi. Theo hình 4.12, noù coù daïng baõo hoaø ñöôøng cong töø hoaù. Luùc I k = 0, vaãn coù moät sññ raát chuyeån tieáp nhoû E d do töø dö cuûa loõi theùp. Trong ñoaïn E dA, E ö tæ leä vôùi I k (ñoaïn tuyeán tính), trong ñoaïn chuyeån tuyeán tính tieáp AB, E ö taêng chaäm hôn I k, vaø trong ñoaïn baõo Ed hoøa BC, E ö taêng khoâng ñaùng keå do loõi theùp bò baõo Ikt hoaø, töø thoâng khoâng taêng ñöôïc nöõa. Hình 4.12 – Ñaëc tuyeán khoâng taûi 3/. Ñaëc tuyeán ngoaøi : Ut = f (I t) Khi doøng taûi It taêng, doøng öùng Iö taêng, ñieän aùp U Ut giaûm xuoáng do 2 nguyeân nhaân : - Taùc duïng cuûa töø tröôøng phaàn öùng laøm Φ giaûm, keùo theo söùc ñieän ñoäng Eö giaûm. - Ñieän aùp rôi trong maïch phaàn öùng Iö.R ö taêng. Ñaëc tuyeán ngoaøi U= f(I) ñöôïc cho treân hình 4.13, khi toác ñoä vaø doøng kích töø khoâng ñoåi. Phaàn traêm thay ñoåi ñieän aùp: I Uo −U ñm Eö −U ñm ∆U% = ×100 % = ×100 % (4.10) Hình 4.13 – Ñaëc tuyeán ngoaøi U ñm U ñm 4/. Ñaëc tuyeán ñieàu chænh : Ik = f(I t) Ik Ñeå giöõ cho ñieän aùp ñaàu cöïc maùy phaùt khoâng ñoåi khi doøng taûi thay ñoåi, baét buoäc phaûi ñieàu chænh Ik . Hình 4.13 laø ñöôøng ñaëc tính ñieàu chænh khi giöõ ñieän aùp U khoâng ñoåi vaø toác ñoä n khoâng ñoåi. * Maùy phaùt moät chieàu kích töø ñoäc laäp coù öu ñieåm veà ñieàu chænh ñieän aùp, song nhöôïc ñieåm laø caàn phaûi coù nguoàn kích töø rieâng bieät. Hình 4,14 – Ñaëc tuyeán ñieàu chænh Trang 32
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 2.7.2. Maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø song song 1/. Ñieàu kieän töï kích Luùc ñaàu maùy khoâng coù doøng kích töø, töø thoâng trong maùy do töø dö cuûa cöïc töø taïo ra, baèng khoaûng 2 deán 3% töø thoâng ñònh möùc. Khi quay phaàn öùng, trong daây quaán phaàn öùng seõ coù sññ caûm öùng do töø thoâng dö sinh ra. Sññ naøy kheùp maïch qua daây quaán kích töø (ñieän trôû maïch kích töø ôû vò trí beù nhaát), sinh ra doøng kích töø laøm taêng töø tröôøng cho maùy töø ñoù taêng sññ phaàn öùng. Quaù trình tieáp tuïc cho ñeán khi ñaït ñieän aùp oån ñònh, quaù trình naøy goïi laø hieän töôïng töï kích. Nhö vaäy, ñieàu kieän maùy phaùt ñieän kích töø song song coù theå töï kích ñöôïc laø : - Phaûi coù töø dö. Neáu khoâng coøn töø dö, ta phaûi moài ñeå taïo töø dö. - Chieàu cuûa töø tröôøng dö phaûi cuøng chieàu vôùi töø tröôøng daây quaán kích töø. Neáu chieàu 2 töø tröôøng ngöôïc nhau, ta phaûi ñoåi cöïc tính daây quaán kích töø hoaëc ñoåi chieàu quay phaàn öùng. - Ñieän trôû ñieàu chænh kích töø khi khôûi ñoäng phaûi ôû vò trí nhoû nhaát. - Vaän toác quay phaûi lôùn. I Rö 2/. Maïch ñieän töông ñöông vaø caùc ö + phöông trình Ik It Caùc phöông trình : Rk E Uk = Ut Rt Ut = U k ⇔ Ik (R k + R s) = I t.Rt ö Rs U = E ö – I ö R ö _ Iö = I k + I t Hình 4,15 – Maïch ñieän töông ñöông maùy phaùt moät chieàu kích töø song song 3/. Ñaëc tuyeán ngoaøi U t = f (I t) Khi doøng taûi I t taêng, doøng öùng I ö taêng, ñieän aùp U t ñaàu cöïc maùy phaùt kích töø song song giaûm nhieàu hôn so vôùi ñieän aùp U t ñaàu cöïc maùy phaùt kích töø ñoäc laäp, vì ngoaøi aûnh höôûng cuûa phaûn öùng phaàn öùng vaø ñieän aùp rôi treân R ö nhö trong maùy phaùt kích töø ñoäc laäp, trong maùy phaùt kích töø song song, khi U kt =U t giaûm laøm doøng kích töø I kt giaûm, töø thoâng vaø sññ E ö caøng giaûm nhieàu so vôùi kích töø ñoäc laäp. Treân hình 4.16 veõ ñöôøng ñaëc tính ngoaøi U t = f(I t) cuûa maùy phaùt kích töø song song, ñöôøng 2, ta thaáy doác hôn so vôùi ñöôøng 1, laø ñöôøng ñaëc tính ngoaøi cuûa maùy phaùt kích töø ñoäc laäp. Töø ñöôøng ñaëc tính ta thaáy : khi doøng taûi taêng ñeán moät giaù trò tôùi haïn Ith (töông öùng ñieåm K) thì sau ñoù ñieän aùp giaûm nhanh veà zero. Khi ngaén maïch, U t = 0, doøng kích töø I kt = 0 , sññ trong maùy chæ do töø dö sinh ra vì theá doøng ngaén maïch I n nhoû so vôùi doøng ñònh möùc Hình 4.16 – Ñaëc tuyeán ngoaøi Trang 33
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 4/. Ñaëc tuyeán ñieàu chænh Ik = f (I t) Ñaëc tính ñieàu chænh I k = f(I t), khi U vaø n khoâng ñoåi, cuûa maùy phaùt kích töø song song gioáng nhö ñaëc tính ñieàu chænh cuûa maùy phaùt kích töø ñoäc laäp, bôûi vì ñoái vôùi baûn thaân maùy phaùt, vieäc ñieàu chænh doøng kích töø ñeå giöõ ñieän aùp khoâng ñoåi khi taûi thay ñoåi khoâng phuï thuoäc vaøo vieäc doøng kích töø ñöôïc laáy töø ñaâu, töø moät nguoàn khaùc beân ngoaøi hay töø ñaàu cöïc maùy phaùt, maø ñieàu caàn löu yù laø ôû maùy phaùt kích töø song, khi Iö taêng, ñieän aùp suït nhieàu, do ñoù möùc ñoä taêng doøng kích töø phaûi nhieàu hôn , töø ñoù ñaëc tính ñieàu chænh seõ doác hôn. 2.7.3. Maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø hoãn hôïp Maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø hoãn hôïp coù 2 daây quaán kích töø : song song Rss vaø noái tieáp R nt . Tuøy theo caùch noái daây quaán noái tieáp maø töø tröôøng kích töø cuûa hai daây quaán coù theå cuøng chieàu (noái thuaän) hay ngöôïc chieàu (noái ngöôïc). Ngoaøi ra, tuøy theo doøng chaïy qua cuoän kích töø noái tieáp laø doøng taûi hay doøng öùng, ta seõ coù maùy phaùt hoãn hôïp reõ ngaén hoaëc reõ daøi. 1/. Maïch ñieän töông ñöông vaø caùc phöông trình : Iö Rö In Rn Iö Rö Rn Ik + In Ik + I I Rk Rk Eö Uk Ut Rt Eö Uk = U t Rt Rs Rs _ _ a) b) Hình 4.17 – Maùy phaùt moät chieàu kích töø hoãn hôïp : a) Reõ ngaén; b) Reõ daøi a) Reõ ngaén : Iö = I k + I n ; In = I t Eö = I ö.R ö + I n.R n +U t Uk = I k.(R k + R s) = I n.R n + U t b) Reõ daøi : Iö = I k + I t ; I n = I ö Eö = I ö.R ö + I n.R n +U t = I ö .(Rö +Rn) + Ut Uk = U t = I k.(R k + R s) = I k .Rf 2/. Ñaëc tuyeán ngoaøi Ñoù laø ñöôøng cong U t = f(I t); khi n = haèng soá vaø R f = haèng soá. Do cuoän kích töø coù theå noái thuaän hoaëc noái ngöôïc maø ta coù caùc daïng ñaëc tuyeán khaùc nhau treân hình 4.18. Trang 34
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 1: noái thuaän, buø thöøa 2: noái thuaän, buø ñuû 3: Kích töø song song 4: noái ngöôïc Hình 4.18 – Ñaëc tuyeán ngoaøi cuûa maùy phaùt kích töø hoãn hôïp - Tröôøng hôïp noái thuaän : khi doøng taûi taêng, doøng qua cuoän noái tieáp cuõng taêng laøm cho töø thoâng cuûa cuoän noái tieáp taêng, laøm töø thoâng cuûa maùy cuõng taêng leân, söùc ñieän ñoäng cuûa maùy taêng leân, laøm cho ñieän aùp ñaàu cöïc maùy phaùt ñöôïc giöõ khoâng ñoåi (buø ñuû). Ñaây laø öu ñieåm cuûa maùy phaùt kích töø hoãn hôïp. Tuy nhieân neáu töø thoâng noái tieáp taêng quaù möùc thì ñieän aùp maùy phaùt laïi taêng khi taûi taêng (buø thöøa), ñieàu naøy phuø hôïp khi truyeàn taûi ñieän naêng ñi xa. - Tröôøng hôïp noái ngöôïc : khi doøng taûi taêng, töø thoâng cuûa maùy caøng giaûm nhanh, ñieän aùp maùy phaùt giaûm nhieàu, ñöôøng ñaëc tuyeán raát doác, ñieàu naøy phuø hôïp vôùi yeâu caàu cuûa maùy haøn ñieän moät chieàu. 2.7.4 Coâng suaát, toån hao vaø hieäu suaát cuûa maùy phaùt ñieän moät chieàu Xeùt maùy phaùt hoãn hôïp reõ daøi Hình 4.17b laøm ví duï. Luoàng coâng suaát cuõng töông töï nhö trong maùy phaùt ñoàng boä. Coâng suaát cô P 1 = M. ω do maùy phaùt nhaän töø ñoäng cô sô caáp. Caùc toån hao cuûa maùy phaùt : - Toån hao cô do ma saùt quaït gioù : pmq - Toån hao töø do töø treã vaø doøng xoaùy trong maïch töø : pFe , phuï thuoäc vaøo vaän toác n vaø töø caûm cöïc ñaïi B m trong loõi theùp. 2 - Toån hao ñoàng trong daây quaán phaàn öùng : pñö = I ö . R ö 2 - Toån hao maïch kích töø song song : p f = I k. R f (R f = R s + R k) 2 - Toån hao kích töø noái tieáp : pn = I n . R n Toång toån hao : Pth = pmq + pFe + pö + pf + pn = P1 – P 2 Hieäu suaát : P P η = 2 ×100 % = 2 ×100 % P1 P2 + Pth Trang 35
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 VÍ DUÏ 2.1 : Moät maùy phaùt kích töø hoãn hôïp reõ daøi treân hình 4.17b coù : R n+R ö=0,3 Ω; Rf=R k+R s=40 Ω. Khi maùy mang taûi ñònh möùc caùc duïng cuï ño cho caùc soá chæ U t=200V vaø It=75A. Tính : a) Söùc ñieän ñoäng cuûa maùy phaùt b) Coâng suaát do ñoäng cô sô caáp cung caáp c) Hieäu suaát cuûa maùy phaùt. Cho bieát toån hao cô + töø = 600W GIAÛI U t 200 a) I k = = = 5A ; I ö = I t + I k = 75 + 5 = 80 A R f 40 Eö = I ö ( Rö + Rn ) + U t = 80 .0,3 + 200 = 224 V b) Coâng suaát ra : P2 = U t I. t = 200 .75 = 15000 W Toång toån hao : Pth = pmp + pFe + pñ ö + pn + p f pmp + pFe = 600 W 2 2 pñ ö + pn = I ö ( Rö + Rn ) = 80 .0,3 = 1920 W 2 2 p f = I k R. f = 5 .40 = 1000 W Suy ra : Pth = 3520 W Coâng suaát cô vaøo : P1 = P2 + Pth = 18520 W P 15000 c) Hieäu suaát : η = 2 ×100 % = ×100 % = 81 % P1 18520 2.8. ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU 2.8.1 ÑAÏI CÖÔNG Ñoäng cô ñieän moät chieàu ñöôïc duøng trong giao thoâng, caùc cô caáu truyeàn ñoäng töï ñoäng, nhöõng nôi caàn ñieàu chænh toác ñoä chính xaùc, lieân tuïc trong daõi roäng. Phaân loaïi ñoäng cô moät chieàu töông töï nhö maùy phaùt ñieän moät chieàu : kích töø ñoäc laäp, song song, noái tieáp vaø hoãn hôïp. Söùc ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu theo coâng thöùc (4.5): pN E = .n Φ = k .n. Φ (4.11) ö 60 a E Ñoái vôùi ñoäng cô, doøng ñieän I ö ngöôïc chieàu vôùi söùc ñieän ñoäng, neân E ö coøn goïi laø söùc phaûn ñieän. 2.8.2. MOMEN CUÛA ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU Trang 36
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Momen ñieän töø cuûa ñoäng cô moät chieàu theo coâng thöùc (4.8): N.p M = I .Φ = k I. .Φ (4.12) ñt 2.π.a ö M ö Coâng thöùc (4.12) cho thaáy momen ñoäng cô tyû leä thuaän vôùi töø thoâng caûm Φ vaø doøng öùng I ö. Momen ñieän töø M ñt chöa phaûi laø momen coù ích treân truïc ñoäng cô. Goïi : pmq = toån hao ma saùt, quaït gioù pFe = toån hao loõi theùp (töø treã + doøng xoaùy) P0 = p mq + p Fe = toån hao khoâng taûi hay toån hao quay Momen toån hao laø : P P M = 0 = 0 (4.13) 0 ω 2.π.n Do ñoù, momen coù ích (momen ra) treân truïc ñoäng cô chæ coøn : M 2 = M ñt − M 0 (4.14) 2.8.3. MÔÛ MAÙY ÑOÄNG CÔ ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU Phöông trình ñieän aùp maïch phaàn öùng : U = Eö + Iö R. ö (4.15) töø ñoù, ruùt ra : U − Eö Iö = (4.16) Rö Khi môû maùy, toác ñoä n = 0 , söùc phaûn ñieän Eö = k E.n. Φ = 0 , doøng ñieän phaàn öùng luùc môû maùy laø : U Iöm = (4.17) Rö vì ñieän trôû R ö raát nhoû neân doøng ñieän phaàn öùng luùc môû maùy raát lôùn (khoaûng 20 ñeán 30 laàn Iñm ), coù theå laøm hoûng choåi than hoaëc coå goùp. Doøng öùng lôùn keùo theo doøng môû maùy lôùn laøm aûnh höôûng tôùi löôùi ñieän. Phöông phaùp môû maùy tröïc tieáp chæ söû duïng cho ñoäng cô coù coâng suaát nhoû vì caùc ñoäng cô naøy coù R ö töông ñoái lôùn. Ñeå giaûm doøng môû maùy, ta duøng caùc bieän phaùp sau : 1/. Duøng bieán trôû môû maùy R m Maéc bieán trôû môû maùy noái tieáp vôùi maïch phaàn öùng. Doøng phaàn öùng luùc môû maùy laø : U Iöm = (4.18) Rö + Rm Trang 37
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Ban ñaàu, ñeå bieán trôû Rm ôû giaù trò lôùn nhaát, trong quaù trình môû maùy, toác ñoä taêng leân, söùc ñieän ñoäng E ö taêng vaø giaûm bieán trôû Rm daàn veà khoâng, maùy laøm vieäc ñuùng ñieän aùp ñònh möùc. 2/. Giaûm ñieän aùp ñaët vaøo phaàn öùng Phöông phaùp naøy ñöôïc söû duïng khi coù nguoàn moät chieàu coù theå ñieàu chænh ñöôïc ñieän aùp, ví duï trong heä thoáng maùy phaùt – ñoäng cô, hoaëc nguoàn moät chieàu chænh löu coù ñieàu khieån. Chuù y ù : ñeå momen môû maùy lôùn, luùc môû maùy phaûi coù töø thoâng lôùn nhaát, vì vaäy caùc thoâng soá maïch kích töø phaûi ñieàu chænh sao cho doøng ñieän kích töø luùc môû maùy lôùn nhaát. 2.8.4. ÑIEÀU CHÆNH TOÁC ÑOÄ ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU Töø phöông trình (4.15) ruùt ra : Eö = U − I ö R. ö = kE .n. Φ Ta coù phöông trình toác ñoä ñoäng cô : U− I. R n = ö ö (4.19) kE .Φ Nhìn vaøo phöông trình (4.19), ta thaáy n phuï thuoäc vaøo ñieän aùp nguoàn U, doøng öùng I ö vaø töø thoâng caûm φ. Ngoaøi ra, neáu coù theâm ñieän trôû trong maïch phaàn öùng thì n seõ phuï thuoäc ñieän trôû ñoù. Moät caùch toång quaùt, muoán ñieàu chænh toác ñoä, ta duøng caùc phöông phaùp sau : 1/. Theâm ñieän trôû vaøo maïch phaàn öùng Khi theâm ñieän trôû vaøo maïch phaàn öùng toác ñoä seõ giaûm. Vì doøng phaàn öùng lôùn neân toån hao coâng suaát treân ñieän trôû naøy cuõng lôùn. Phöông phaùp naøy chæ söû duïng cho ñoäng cô coâng suaát nhoû. 2/. Thay ñoåi ñieän aùp U Duøng nguoàn moät chieàu ñieàu chænh ñöôïc ñieän aùp cung caáp ñieän cho ñoäng cô. Phöông phaùp naøy ñöôïc söû duïng nhieàu. 3/. Thay ñoåi töø thoâng Thay ñoåi töø thoâng baèng caùch thay ñoåi doøng kích töø. Khi ñieàu chænh toác ñoä, ta keát hôïp caùc phöông phaùp treân.Ví duï phöông phaùp thay ñoåi töø thoâng keát hôïp thay ñoåi ñieän aùp thì phaïm vi ñieàu chænh raát roäng, ñaây laø öu ñieåm lôùn cuûa ñoäng cô moät chieàu. Trang 38
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 2.8.5. ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU SONG SONG KÍCH TÖØ SONG SONG (ÑOÄNG CÔ SHUNT) 1/. Maïch ñieän töông ñöông vaø caùc I Iö Rö phöông trình + Ik n I = Ik + Iö (4.20) Rk U Eö Taûi U U I = = (4.21) R k R + R R s k s f - Eö = U − I ö R. ö = kE .Φ n. (4.22) Hình 4. 15 – Maïch ñieän töông ñöông ñoäng cô moät chieàu kích töø song song VÍ DUÏ 2.2 : Moät ñoäng cô moät chieàu kích töø song song coù ñieän trôû phaàn öùng 0,02 Ω; ñieän trôû maïch kích töø 62,5 Ω; tieâu thuï 200A töø nguoàn 250V vaø quay vôùi vaän toác 1500v/p. (a) Tính söùc phaûn ñieän cuûa ñoäng cô. (b) Tính vaän toác môùi khi ñoäng cô tieâu thuï 100A (doøng kích töø khoâng ñoåi). GIAÛI Töø hình 4.15 U 250 (a) Ik = = = 4 ;A Iö = I − Ik = 200 − 4 = 196 A R f 62 ,5 Eö = U − Iö R. ö = 250 −196 .0,02 = 243 ,6V E 243 ,6 E = k .Φ n. ⇒ k .φ = ö = = 0,1624 ö E E n 1500 248 ,08 (b) I = 100 − 4 = 96 ; E = 250 − 96 .0,02 = 248 ,08 V ; n = = 1528 /v p ö ö 0,1624 2/. Ñaëc tuyeán vaän toác theo doøng kích töø Ñoù laø ñöôøng cong n = f(I k), khi Iö = haèng soá vaø U = haèng soá. Theo coâng thöùc (4.19), n tæ leä nghòch vôùi Φ maø khi maïch töø chöa baõo hoøa, töø thoâng Φ tæ leä vôùi Ik, maø, do ñoù n=f(I k) coù daïng hyperbol treân hình 4.16. n n n1 n0 ∆n nñm I k I0 Iñm Iö Hình 4.16 – Ñaëc tuyeán vaän toác Hình 4.17 – Ñaëc tuyeán vaän toác theo doøng kích töø Trang 39
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 3/. Ñaëc tuyeán vaän toác Ñoù laø ñöôøng cong n = f(I ö), khi Ik = haèng soá, U = haèng soá. Vì I k khoâng ñoåi neân φ cuõng khoâng ñoåi, theo coâng thöùc (4.19), ñaëc tuyeán laø ñöôøng th ẳng nghieâng xuoáng (hình 4.17) - Neáu momen ra M 2=0 vaø neáu toån hao khoâng taûi M 0=0 thì I ö = 0 vaø ñoäng cô quay vôùi toác ñoä khoâng taûi lyù töôûng : U n1 = kE .Φ - Treân thöïc teá, ngay luùc khoâng taûi, ñoäng cô vaãn phaûi laáy doøng khoâng taûi I0 ñeå buø vaøo toån hao khoâng taûi P0, vaø quay vôùi toác ñoä khoâng taûi n0 < n1 U− Rö. I ö 0 n0 = kE .Φ - Khi ñoäng cô keùo taûi ñònh möùc, noù laáy doøng ñònh möùc vaø quay vôùi toác ñoä ñònh möùc: U − Rö I. öñm nñm = kE .Φ Phaàn traêm thay ñoåi vaän toác : n − n n − n R .I ∆n% = 0 ñm .100 % ≈ 1 ñm .100 % = ö ñm .100 % (4.23) nñm n1 U Vaäy ∆n% gaàn baèng phaàn traêm suït aùp qua ñieän trôû phaàn öùng vaø thöôøng khoâng vöôït quaù 10%, ñoäng cô shunt coù vaän toác thay ñoåi raát ít theo taûi . 4/. Ñaëc tuyeán momen Ñoù laø ñöôøng cong M = f(I ö), khi I k = haèng soá. Theo coâng thöùc (4.12): M = kM I. ö .Φ ; M tæ leä vôùi I ö neân ñaëc tuyeán laø ñöôøng thaúng qua O. Muoán coù momen ra M 2, ta phaûi tröø ñi momen toån hao M 0. M n n1 n0 M nñm M0 M2 O M M M I0 Iñm Iö 0 ñm Hình 4.18 – Ñaëc tuyeán momen Hình 4.19 – Ñaëc tuyeán momen-vaän toác Trang 40
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 5/. Ñaëc tuyeán momen – vaän toác (Ñaëc tuyeán cô) Ñoù laø ñöôøng cong n = f(M), khi I k = haèng soá, U = haèng soá. U − I ö R. ö U Rö Ta coù : n = = − I ö kE .n. Φ kE .n. Φ kE .n. Φ M Töø (4.12) suy ra : I ö = , thay vaøo pt treân ta ñöôïc : kM .Φ U Rö n = − 2 M (4.24) kE .n. Φ kE kM .n. Φ Vaäy ñaëc tuyeán laø moät ñöôøng thaúng ñi xuoáng (hình 4.19) Nhaän xeùt : ñoäng cô moät chieàu kích töø song song coù ñaëc tính cô cöùng, toác ñoä ñoäng cô ít thay ñoåi theo taûi, chuùng ñöôïc duøng nhieàu trong caùc maùy caét goït kim loaïi, caùc maùy coâng cuï v.v Khi coù yeâu caàu cao veà ñieàu chænh toác ñoä, ta duøng ñoäng cô moät chieàu kích töø ñoäc laäp. 5/. Coâng suaát trong ñoäng cô Shunt Töø hình 4.15, ta coù löu ñoà coâng suaát : - Coâng suaát ñieän vaøo ñoäng cô : P1 = U I. (4.25) 2 - Toån hao maïch kích töø : pk = U k I. k = I k R. f (4.26) 2 - Toån hao ñoàng phaàn öùng : pñö = Iö R. ö (4.27) - Coøn laïi coâng suaát taïo ra cô naêng goïi laø coâng suaát ñieän töø : Pñt = Eö I. ö (4.28) - Sau khi tröø ñi toån hao khoâng taûi (toån hao quay): P0 = p mq + p Fe , coøn laïi coâng suaát coù ích P2 (coâng suaát ra) : P2 = P ñt – P 0 = P ñt – p mq – p Fe = M 2.ω (4.29) VÍ DUÏ 2.3 : Moät ñoäng cô moät chieàu kích töø song song coù ñieän trôû phaàn öùng Rö=0,5 Ω; ñieän trôû maïch kích töø song song Rf=125 Ω; tieâu thuï doøng toång 21A töø nguoàn 125V. Toån hao khoâng taûi P 0 = 200W. Ñoäng cô quay 1800 v/p. Tính : (a) Coâng suaát ñieän töø (b) Coâng suaát ra (c) Momen ra (d) Coâng suaát ñieän töø vaø momen khi n=1650 v/p do taûi taêng leân (doøng kích töø khoâng ñoåi) GIAÛI Xem maïch hình 4.15 U 125 (a) I k = = = 1A ; Iö = I – I k = 20 A R f 125 Trang 41
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Eö = U – I.R ö = 125 – 20 . 0,5 = 115V Pñt = E ö.I ö = 115. 20 = 2300 W (b) P2 = P ñt – P 0 = 2300 – 200 = 2100 W 2π n. 2π.1800 (c) ω = = = 188 ,4rad s/ 60 60 P 2100 M = 2 = = 11 ,1N m. 2 ω 188 ,4 E 115 (d) Töø caâu (1) ta tính ñöôïc k Φ = ö = = 0,064 vì doøng kích töø khoâng ñoåi do E n 1800 ñoù k Eφ khoâng ñoåi. Suy ra söùc ñieän ñoäng môùi : E’ ö = k E.Φ.n’ = 0,064. 1650 = 105,6 V U − Eö 125 −105 ,6 Doøng öùng môùi : 'I ö = = = 38 ,8 A Rö 0,5 Coâng suaát ñieän töø môùi : P’ ñt = I’ ö.E’ ö = 105,6. 38,8 = 4097 W 'P 4097 Momen ñieän töø môi : M' = ñt = = 23 ,7 N m. ñt ω' 2.π.1650 60 2.8.6 ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU KÍCH TÖØ NOÁI TIEÁP 1/. Maïch ñieän töông ñöông vaø caùc phöông trình Ñoäng cô kích töø noái tieáp coù cuoän kích I Rn Iö Rö töø vaø cuoän daây phaàn öùng ñaáu noái tieáp. Vì + doøng kích töø baèng doøng öùng neân cuoän kích n töø coù ít voøng daây, tieát dieän daây lôùn, ñieän U Eö Taûi trôû nhoû. Maïch töông ñöông ñöôïc cho ôû hình 4.20, vôùi R laø ñieän trôû cuoän kích töø n - noái tieáp. Hình 4.20 – Maïch ñieän töông ñöông Caùc phöông trình : ñoäng cô moät chieàu kích töø noái tieáp I = I n = I ö (4.30) Eö = U – I ö (R ö +R n) = k E.n. Φ (4.31) * Löu yù : khi maïch töø chöa baõo hoøa , töø thoâng φ tæ leä thuaän vôùi doøng kích töø I n, cuõng coù nghóa tæ leä thuaän vôùi Iö. Do ñoù : I Φ ö1 = 1 (4.32) I ö2 Φ 2 vôùi I ö1 , Φ1 vaø I ö2 , Φ2 laø doøng vaø töø thoâng öùng vôùi moãi tröôøng hôïp khaùc nhau. Trang 42
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 VÍ DUÏ 2.4 : Moät ñoäng cô kích töø noái tieáp ñang quay 900 v/p vaø laáy 30A töø nguoàn 250V. Khi taûi cô giảm, doøng suït xuoáng coøn 20A. Tính vaän toác môùi, bieát ñieän trôû phaàn öùng laø 0,15 Ω; ñieän trôû cuoän kích töø noái tieáp laø 0,12 Ω. Xeùt ôû hai tröôøng hôïp : (a) Maïch töø cuûa ñoäng cô chöa baõo hoøa. (b) Do baõo hoøa töø, töø thoâng giaûm 1,2 laàn khi doøng qua cuoän kích töø noái tieáp giaûm töø 30A xuoáng 20A. GIAÛI Aùp duïng coâng thöùc (4.31) cho moãi tröôøng hôïp, ta ñöôïc : Eö1 = U – I ö1 (R ö +R n) = 250 – 30.(0,15 + 0,12) = 241,9 V Eö2 = U – I ö2 (R ö +R n) = 250 – 20.(0,15 + 0,12) =244,6 V (a) Do maïch töø chöa baõo hoøa neân aùp duïng (4.32), ta coù : Eö1 kE n. 1 .Φ1 n1 I. ö 1 I ö1 Eö2 30 244 ,6 = = ⇒ n2 = n1 . . = 900 . . = 1365 v/p Eö2 kE n. 2 .Φ 2 n2 I. ö 2 I ö 2 Eö1 20 241 ,9 Φ1 Eö2 244 ,6 (b) n2 = n1 . . = 900 1,. 2. = 1092 v/p Φ 2 Eö1 241 ,9 2/. Ñaëc tuyeán vaän toác n M n0 M M2 M M0 M2 nñm I0 Iñm Imax Iö O I0 Iñm Iö Hình 4.21 – Ñaëc tuyeán vaän toác Hình 4. 22 – Ñaëc tuyeán momen ñoäng cô kích töø noái tieáp ñoäng cô kích töø noái tieáp Ñoù laø ñöôøng cong n = f(I ö) khi U=haèng soá Töø coâng thöùc (4.31), ta ñöôïc : U − I ( R + R ) U I ( R + R ) n = ö ö n = − ö ö n (4.33) kE .Φ kE .Φ kE .Φ a) Khi I ö nhoû, maïch töø chöa baõo hoøa thì Φ = k Φ.I ö (do Φ tæ leä vôùi I ö), suy ra : U ( R + R ) n = − ö n (4.34) kE k. Φ I. ö kE k. Φ nghóa laø ñaëc tuyeán coù daïng hyperbol nhö hình 4.21. Khi I ö lôùn, Φ taêng chaäm hôn I ö, do ñoù ñaëc tuyeán seõ cao hôn hyperbol naøy. Trang 43
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 b) Khi I ö nhoû, Φ nhoû, ñoäng cô seõ quay raát nhanh. Ñaëc bieät, luùc khoâng taûi, doøng öùng Iö = I 0 raát nhoû khieán vaän toác quaù lôùn, raát nguy hieåm. Vì vaäy, khoâng cho pheùp ñoäng cô kích töø noái tieáp môû maùy ôû tình traïng khoâng taûi hoaëc non taûi. 3/. Ñaëc tuyeán momen Ñoù laø ñöôøng cong M = f(I ö), khi U = haèng soá. Theo coâng thöùc (4.12) : M = k M.Φ.I ö 2 Khi I ö nhoû, Φ = k Φ.I ö, suy ra : M = k M.k Φ.I ö neân ñaëc tuyeán coù daïng parabol nhö hình 4.22. Khi Iö lôùn, Φ taêng chaäm hôn, do ñoù ñaëc tuyeán seõ thaáp hôn parabol naøy. 4/. Ñaëc tuyeán momen – vaän toác (Ñaëc tuyeán cô) Ñoù laø ñöôøng cong n = f(M) , khi U = haèng soá. 2 Khi I ö nhoû, Φ = kΦ.I ö, do ñoù M = k M.Φ.I ö = k M.k Φ.I ö , suy ra : M n I ö = , thay vaøo coâng thöùc tính vaän kM k. Φ toác (4.34), ta ñöôïc : n0 U k ( R + R ) n = . M − ö n (4.35) kE . kΦ M kE k. Φ nñm U k ( R + R ) ñaët A = M vaø B = ö n , ta ñöôïc : M M M M kE . kΦ kE k. Φ 0 ñm m A Hình 4.2 3 – Ñaëc tuyeán vaän toác n = − B (4.36) ñoäng cô kích töø noái tieáp M Töø bieåu thöùc (4.36), ta thaáy ñöôøng ñaëc tính cô coù daïng hyperbol (Hình 4.23), momen môû maùy M m raát lôùn. Nhaän xeùt : Ñoäng cô moät chieàu kích töø noái tieáp coù ñaëc tính cô meàm, khi maïch töø chöa baõo hoøa, momen quay ñoäng cô tyû leä vôùi bình phöông doøng ñieän vaø toác ñoä giaûm theo taûi. Ñoäng cô kích töø noái tieáp phuø hôïp trong cheá ñoä taûi naëng neà, ñöôïc söû duïng nhieàu trong giao thoâng vaän taûi hay caùc thieát bò caàu truïc. 5/. Coâng suaát trong ñoäng cô kích töø noái tieáp Nhìn hình 4.20 ta coù : Coâng suaát ñieän tieâu thuï : P1 = U. I = U. I ö 2 Toån hao kích töø noái tieáp : pn = I ö . R n 2 Toån hao ñoàng phaàn öùng : p ñö = I ö . R ö Coâng suaát ñieän töø : Pñt = E ö.I ö Trang 44
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Toån hao khoâng taûi : p0 = p Fe + p mq Coâng suaát ra : P2 = P ñt – p 0 2.8.7 ÑOÄNG CÔ MOÄT CHIEÀU KÍCH TÖØ HOÃN HÔÏP 1/. Maïch töông ñöông vaø caùc phöông trình Gioáng nhö maùy phaùt hoãn hôïp, moãi cöïc töø mang hai daây quaán kích töø : song song R s vaø noái tieáp R n I Rn Iö Rö I Rn Iö Rö + + Ik Ik n n Rk Rk U Eö Taûi U Eö Taûi Rs Rs - - (a) (b) Hình 4.24 – Maïch ñieän töông ñöông ñoäng cô moät chieàu kích töø hoãn hôïp (a) Reõ ngaén ; (b) Reõ daøi Caùc phöông trình laøm vieäc laø : a) Reõ ngaén (hình 4.24.a) I = I n = I ö + I k E = U – I n.Rn – I ö.R ö Uk = U – I n.R n b) Reõ daøi (hình 4.24.b) I = I ö + I k ; In = I ö E = U – I n.(R n + R ö) Uk = U Trong ñoù, söùc ñieän ñoäng E ö trong caû 2 tröôøng hôïp laø : Eö = kE.n. Φ = k E.n.( Φs ± Φn) • daáu + öùng vôùi hoãn hôïp coäng (töø tröôøng hai daây quaán cuøng chieàu) • daáu – öùng vôùi hoãn hôïp tröø (töø tröôøng hai daây quaán ngöôïc chieàu) 2/. Ñaëc tuyeán momen – vaän toác (ñaëc tính cô) Ñoù laø ñöôøng cong n = f(M) , hình 4.25 cho thaáy caùc daïng ñaëc tính cô khaùc nhau phuï thuoäc vaøo caùch ñaáu daây quaán kích töø noái thuaän hay noái ngöôïc (hoãn hôïp coäng hay tröø). Vôùi ñoäng cô ñöôïc noái thuaän (hoãn hôïp coäng), khi taûi taêng, I ö taêng thì n giaûm nhieàu hôn ñoäng cô kích töø song song, nhöng ít hôn ñoäng cô noái tieáp. Vì vaäy, ñöôøng 3 naèm giöõa ñöôøng 1 vaø 2. Trang 45
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 n n0 4 1: kích töø song song 1 2 : kích töø noái tieáp 3 : kích töø hoãn hôïp coäng 4 : kích töø hoãn hôïp tröø 3 2 M Hình 4.2 5 – Ñaëc tuyeán cô cuûa caùc loaïi ñoäng cô moät chieàu Caùc ñoäng cô laøm vieäc naëng neà, daây quaán kích töø noái tieáp laø daây quaán kích töø chính, coøn daây quaán kích töø song song laø daây quaán kích töø phuï vaø ñöôïc noái thuaän (hoãn hôïp coäng). Öu ñieåm cuûa ñoäng cô naøy laø luùc khoâng taûi (Iö nhoû, vaø Φ nhoû), vaän toác vaãn khoâng lôùn nhôø coù töø thoâng cuûa cuoäng song song. Ñoäng cô kích töø hoãn hôïp coù daây quaán kích töø noái tieáp laø kích töø phuï vaø ñöôïc noái ngöôïc (hoãn hôïp tröø), coù ñaëc tính cô raát cöùng (ñöôøng 4 – hình 4.25), nghóa laø toác ñoä quay haàu nhö khoâng thay ñoåi khi momen thay ñoåi, vì khi taûi taêng, doøng I ö taêng, daây quaán kích töø song song laøm toác ñoä giaûm moät ít, nhöng vì coù daây quaán kích töø noái tieáp noái ngöôïc laøm töø thoâng maùy giaûm, do ñoù toác ñoä maùy laïi taêng leân. 3/. Coâng suaát trong ñoäng cô kích töø hoãn hôïp Xeùt ñoäng cô hoãn hôïp reõ daøi hình 4.24.b, ta coù : Coâng suaát ñieän ñoäng cô nhaän töø nguoàn : P1 = U. I 2 Toån hao kích töø song song: pk = U k.I k = I k . R f 2 I Rn Iö Rö Toån hao kích töø noái tieáp : pn = I n . R n + 2 Ik Toån hao ñoàng phaàn öùng : pñö = I ö . R ö n Rk U Eö Taûi Coâng suaát ñieän töø : Pñt = E ö. I ö Rs Toån hao khoâng taûi : p0 = p Fe + p mq - Hình 4.24.b Coâng suaát ra : P2 = P ñt – p 0 Hieäu suaát : η = P 2 / P 1 VÍ DUÏ 2.5 : Moät ñoäng cô hoãn hôïp reõ daøi 75Hp, 220V quay 1200 v/p luùc ñaày taûi. Ñieän trôû maïch kích töø song song R f = 73,3 Ω; ñieän trôû maïch öùng R n + R ö = 0,08 Ω. Hieäu suaát ñaày taûi baèng 86%. Tính toån hao khoâng taûi. GIAÛI Coâng suaát ra : P2 = 75. 746 = 55950 W Coâng suaát vaøo : P 1 = P 2/η = 55950 / 0,86 = 65100 W P 65100 I = 1 = = 296 A U 220 Trang 46
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 U k 220 I k = = = 3 A R f 73 ,3 Iö = I – I k = 296 – 3 = 293 A 2 Toån hao kích töø song song : pk = 3 . 73,3 = 660 W 2 Toån hao kích töø noái tieáp vaø toån hao ñoàng öùng : p n + p ñö = 293 . 0,08 = 6867 W Toång toån hao : Pth = P 1 – P 2 = 65100 – 55950 = 9150 W Toån hao khoâng taûi : P 0 = P th – (p ñö + p n + p k) = 9150 – 6867 – 660 = 1623 W TOÙM TAÉT CHÖÔNG 2 : MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU Maùy ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp Maùy ñieän moät chieàu kích töø song song Maùy ñieän moät chieàu kích töø noái tieáp Maùy ñieän moät chieàu kích töø hoãn hôïp pN Söùc ñieän ñoäng maùy ñieän moät chieàu Eö = nΦ = k E n.Φ 60 a pN M= I Φ= kI Φ Moâmen ñieän töø maùy ñieän moät chieàu ñt2π a öM ö Caùc bieän phaùp môû maùy ñoäng cô DC : 1. Maéc theâm R m vaøo maïch phaàn öùng U 2. Giaûm ñieän aùp U Iöm = Rö Ñieàu chænh toác ñoä ñoäng cô DC : 1. Maéc theâm Rp vaøo maïch phaàn öùng U− R I 2. Thay ñoåi ñieän aùp U n = ö ö kEΦ 3. Thay ñoåi doøng kích töø Trang 47
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 BAØI TAÄP CHÖÔNG 2 Baøi 1 : Moät maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp cung caáp 50KW cho taûi ôû ñieän aùp 125V . Neáu caét taûi vaø giöõ nguyeân toác ñoä thì ñieän aùp laø 137V . Haõy tính ñieän trôû phaàn öùng. ÑS : R ö = 0,03 Ω Baøi 2 : Moät maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø ñoäc laäp 5KW ; 125V coù R ö = 0,2 Ω . (a) Tính ñieän aùp ñaày taûi vaø ñieän aùp khoâng taûi. Suy ra phaàn traêm thay ñoåi ñieän aùp. (b) Tính ñieän aùp taûi neáu maùy phaùt nöûa taûi. ÑS : (a) U = 125V ; U o = 133V ; ∆U% = 6,4% (b) U = 129,13V Baøi 3 : Moät maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø song song , ñieän aùp ñònh möùc Uñm =115V, cung caáp doøng ñieän I = 98,3A cho taûi . Ñieän trôû daây quaán phaàn öùng Rö=0,0735 Ω, ñieän trôû daây quaán kích töø song song R s = 19 Ω. Toån hao cô, saét töø vaø phuï baèng 4% coâng suaát ñieän. Xaùc ñònh sññ E ö vaø hieäu suaát η cuûa maùy ôû cheá ñoä taûi noùi treân. Tính doøng ngaén maïch khi ngaén maïch hai ñaàu cöïc maùy phaùt. Bieát töø thoâng dö baèng 3% töø thoâng cuûa maùy ôû cheá ñoä taûi noùi treân, vaø toác ñoä maùy khoâng ñoåi . ÑS : E ö = 122,67V ; η = 0,853 ; I ön = 50,07A Baøi 4 : Moät maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø hoãn hôïp reõ daøi coù coâng suaát ñònh möùc Pñm =20KW, ñieän aùp ñònh möùc U ñm = 230V. Ñieän trôû maïch kích töø song song R s=71,87 Ω, ñieän trôû daây quaán phaàn öùng R ö=0,098 Ω, ñieän trôû daây quaán kích töø noái tieáp R n = 0,04 Ω. Toån hao cô, saét töø vaø phuï baèng 4% coâng suaát ñònh möùc. Xaùc ñònh sññ E ö vaø hieäu suaát. ÑS : E ö = 242,44V Baøi 5 : Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø noái tieáp coù ñieän aùp ñònh möùc Uñm =110V , doøng ñònh möùc I ñm = 26,6A , ñieän trôû daây quaán phaàn öùng vaø kích töø noái tieáp (R ö + R n) = 0,282 Ω . Tính doøng môû maùy tröïc tieáp. Tính ñieän trôû môû maùy ñeå doøng môû maùy baèng 2 laàn doøng ñònh möùc. ÑS : I môû = 390,07A ; R môû = 1,786 Ω Baøi 6 : Moät maùy phaùt ñieän moät chieàu kích töø hoãn hôïp reõ daøi 150KW; 600V . Sññ luùc ñaày taûi laø 645,6V khi maùy phaùt doøng ñònh möùc döôùi ñieän aùp 600V. Cho bieát doøng kích töø I k = 6A vaø ñieän trôû cuoän kích töø noái tieáp R nt = 0,08 Ω. (a)Tính ñieän trôû phaàn öùng vaø ñieän trôû maïch kích töø song song. (b) Tính phaàn traêm thay ñoåi ñieän aùp neáu sññ luùc khoâng taûi laø 660V (c) Taïi sao sññ luùc ñaày taûi khoâng baèng sññ luùc khoâng taûi ? ÑS : (a) R ö = 0,1 Ω ; R s = 103,33 Ω (b) ∆U% = 10% (c) Khi ñaày taûi , töø thoâng toång hôïp φ khaùc vôùi luùc khoâng taûi, vì vaäy sññ E ö = k Enφ luùc ñaày vaø khoâng taûi cuõng phaûi khaùc nhau Baøi 7 : Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø song song coù coâng suaát ñònh möùc Pñm =12KW, ñieän aùp ñònh möùc U ñm = 220V, toác ñoä ñònh möùc n ñm = 685 v/p, doøng ñònh möùc I ñm =64A, doøng kích töø ñònh möùc : I kñm = 2A, ñieän trôû phaàn öùng R ö=0,281 Ω. Ñoäng cô keùo taûi coù momen caûn khoâng ñoåi. Ñeå giaûm toác ñoä ñoäng cô, ngöôøi ta duøng 2 phöông phaùp sau : (a) Theâm ñieän trôû phuï R P = 0,7 Ω vaøo maïch phaàn öùng. Tính toác ñoä vaø hieäu suaát cuûa ñoäng cô ôû tình traïng naøy . Trang 48
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 (b) Giaûm ñieän aùp ñaët vaøo ñoäng cô. Tính toác ñoä vaø hieäu suaát luùc U=176,6V. Coù nhaän xeùt gì veà hieäu suaát trong 2 phöông phaùp treân. Boû qua toån hao khoâng taûi, vaø trong 2 tröôøng hôïp treân giöõ töø thoâng khoâng ñoåi. ÑS : (a) n (a) = 538 v/p ; η(a) = 0,67 (b) n (b) = 538 v/p ; η(b) = 0,83 Baøi 8 : Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø song song 250V coù ñieän trôû phaàn öùng Rö = 0,32 Ω , ñieän trôû maïch kích töø song song R s = 125 Ω . Luùc khoâng taûi ñoäng cô laáy 12A töø nguoàn 250V vaø quay 1500 v/p . Tính toác ñoä ñaày taûi neáu doøng daây baèng 82A , doøng kích töø trong caû 2 tröôøng hôïp laø nhö nhau. ÑS : n = 1364 v/p Baøi 9 : Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø song song 250V coù ñieän trôû phaàn öùng Rö = 0,32 Ω; ñieän trôû maïch kích töø song song R s = 125 Ω. Luùc ñaày taûi ñoäng cô tieâu thuï doøng daây 82A döôùi ñieän aùp 250V vaø quay 1364 v/p. Tính coâng suaát ñaàu ra, momen ñaàu ra vaø hieäu suaát ñoäng cô. Bieát toån hao cô, saét töø vaø phuï 2KW. ÑS : P 2 = 15952W ; M 2 = 111,68Nm ; η = 0,7781 Baøi 10 : Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø song song 100HP ; 500V ; 1200 v/p coù ñieän trôû maïch kích töø song song 60 Ω , ñieän trôû phaàn öùng 0,1 Ω , hieäu suaát ñaày taûi 90% . Luùc ñaày taûi , haõy tính doøng vaøo, coâng suaát ñieän töø, toån hao ∆Pcstf (toån hao cô, saét töø vaø phuï), momen ñaàu ra (1HP=746W) . ÑS : I = 165,78A ; P dt = 76246,74W ; ∆Pcstf = 1646,51W ; M 2 = 593,65Nm Baøi 11 : Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø noái tieáp coù ñieän trôû phaàn öùng Rö=0,125 Ω, ñieän trôû cuoän kích töø noái tieáp R n = 0,08 Ω, ñieän trôû cöïc phuï R p = 0,05 Ω. Doøng ñaày taûi 82A. Toác ñoä ñaày taûi 600 v/p. Ñieän aùp ñònh möùc 600V. Tính toác ñoä khi doøng tieâu thuï laø (a) 95A (b) 40A. Tính momen ñieän töø khi doøng tieâu thuï nhö treân. Tính bieán trôû môû maùy R môû ñeå haïn cheá doøng môû maùy nhöng ñoàng thôøi sao cho momen môû maùy baèng 200% momen ñònh möùc. Cho bieát maïch töø chöa baõo hoøa. ÑS : n 1 = 514 v/p ; n 2 =1261 v/p ; M (1) = 1001,13Nm ; M (2) = 177,57Nm ; R môû = 4,83 Ω Baøi 12 : Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø hoãn hôïp coäng, reõ daøi laáy 27A töø nguoàn 240V vaø quay 1750 v/p. Bieát ñieän trôû cuoän kích töø noái tieáp 0,05 Ω , ñieän trôû phaàn öùng 0,4 Ω; toån hao kích töø song song 460W; toån hao cô phuï vaø saét töø 540W (doøng öùng khoâng taûi I ö0 ≈0). Tính hieäu suaát, phaàn traêm thay ñoåi toác ñoä. Bieát raèng luùc ñaày taûi, maïch töø chöa baõo hoøa vaø töø thoâng kích töø song song baèng 2,5 laàn töø thoâng kích töø noái tieáp. ÑS : η = 0,8019 ; ∆n% = 46,91% Baøi 13 : Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø song song 10HP; 240V; 2500 v/p ñang keùo taûi ñònh möùc. Ñieän trôû phaàn öùng 0,38 Ω , ñieän trôû maïch kích töø song song 192 Ω, toån hao cô phuï vaø saét töø 300W . Tính doøng daây, hieäu suaát, toác ñoä khoâng taûi vaø phaàn traêm thay ñoåi toác ñoä, giaû thieát doøng öùng khoâng taûi baèng 0 vaø töø thoâng φ ñöôïc giöõ khoâng ñoåi (1HP = 746W). ÑS : I = 35,43A ; η = 0,8773 ; n o = 2643 v/p ; ∆n% = 5,72% Trang 49
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Baøi 14 : Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø song song 20HP; 220V; 540 v/p coù ñieän trôû phaàn öùng 0,24 Ω; ñieän trôû maïch kích töø song song 157 Ω. Doøng daây ñònh möùc 85A. Neáu bieán trôû môû maùy R môû = 1,7 Ω thì doøng daây luùc môû maùy laø bao nhieâu? Tính bieán trôû môû maùy R môû sao cho doøng öùng ban ñaàu khoâng vöôït quaù 150% doøng daây ñònh möùc. ÑS : I môû = 114,8A ; R môû ≥ 1,49 Ω Baøi 15 : Cho moät ñoäng cô moät chieàu kích töø song song 4Hp, 230V coù ñieän trôû phaàn öùng 0,35 Ω vaø ñieän trôû maïch kích töø song song 288 Ω. Khi laøm vieäc ñònh möùc, doøng phaàn öùng laø 16 A vaø quay 1040 voøng/phuùt. Tính : a) Söùc ñieän ñoäng phaàn öùng vaø hieäu suaát ñoäng cô. b) Trò soá ñieän trôû caàn thieát maéc theâm vaøo maïch phaàn öùng sao cho doøng ñieän vaøo ñoäng cô laø 30,8 A vaø toác ñoä laø 600 voøng/phuùt. Baøi 16 : Moät ñoäng cô ñieän moät chieàu kích töø song song 10HP; 240V; 2500 v/p ñang keùo taûi ñònh möùc. Ñieän trôû phaàn öùng 0,38 Ω , ñieän trôû maïch kích töø song song 192 Ω, toån hao khoâng taûi laø 300W (khoâng ñoåi) . Tính : a) Doøng vaøo ñoäng cô b) Hieäu suaát c) Toác ñoä khoâng taûi vaø phaàn traêm thay ñoåi toác ñoä, giaû thieát töø thoâng Φ ñöôïc giöõ khoâng ñoåi. Baøi 17 : Moät ñoäng cô kích töø hoãn hôïp reõ daøi tieâu thuï 125A töø nguoàn 240V vaø coù toác ñoä 1850 voøng/phuùt. Bieát ñieän trôû cuoän kích töø song song laø 60 Ω; ñieän trôû cuoän kích töø noái tieáp laø 0,03 Ω; toån hao quay laø 120W. Giaû söû quan heä giöõa söùc ñieän ñoäng vaø toác ñoä laø Eö = 1,11 ω. Tính : a) Coâng suaát ra b) Hieäu suaát c) Momen caûn cuûa taûi d) Ñieän trôû phaàn öùng Baøi 18 : Moät ñoäng cô moät chieàu kích töø song song 200V tieâu thuï doøng 4A khi khoâng taûi ôû toác ñoä 700 voøng/phuùt. Ñieän trôû kích töø vaø phaàn öùng laø 100 Ω vaø 0,6 Ω. Khi mang taûi ñoäng cô tieâu thuï 8KW. Vôùi taûi naøy, xaùc ñònh : a) Toác ñoä b) Momen ñieän töø. Trang 50
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 PHAÀN PHUÏ LUÏC DAÂY QUAÁN MAÙY ÑIEÄN 1. NHÖÕNG VAÁN ÑEÀ CHUNG Daây quaán maùy ñieän coù theå chia laøm 2 phaàn: daây quaán phaàn caûm vaø daây quaán phaàn öùng. Daây quaán maùy ñieän phaûi thoûa maõn caùc yeâu caàu sau: - Taïo ra trong khe hôû khoâng khí töø tröôøng phaân boá hình sin . - Taïo ra moät söùc ñieän ñoäng nhaát ñònh , ñeå coù moät doøng ñieän caàn thieát chaïy qua daây quaán vaø taïo ra moment caàn thieát maø khoâng laøm daây quaán phaùt noùng khoâng quaù nhieät ñoä cho pheùp. - Coù ñoä beàn cô , ñoä beàn ñieän , ñoä beàn nhieät. - Tieát kieäm kim loaïi maøu. - Coù caáu taïo ñôn giaûn , deã cheá taïo , chi phí söûa chöõa , baûo döôõng thaáp. 2. DAÂY QUAÁN MAÙY ÑIEÄN XOAY CHIEÀU BA PHA 2.1 . ÑAÏI CÖÔNG Daây quaán maùy ñieän xoay chieàu coù theå cheá taïo vôùi soá pha m=1;2;3 , trong ñoù chuû yeáu laø daây quaán 3 pha. Thoâng thöôøng thì soá raõnh cuûa 1 pha döôùi moät cöïc töø q laø soá nguyeân , nhöng trong moät soá ít tröôøng hôïp coù theå q laø phaân soá. Daây quaán maùy ñieän xoay chieàu coù theå ùñaët moät hoaëc hai caïnh taùc duïng trong moät raõnh vaø ñöôïc goïi laø daây quaán moät lôùp vaø daây quaán hai lôùp. Khi xem xeùt veà hình daïng boái daây , daây quaán maùy ñieän xoay chieàu coù hai loaïi laø daây quaán ñoàng taâm vaø daây quaán ñoàng khuoân (kieåu xeáp). Trong ñoù daây quaán ñoàng taâm coù khuyeát ñieåm laø gia coâng khuoân quaán daây raát khoù vaø coù öu ñieåm laø loàng boä daây quaán vaøo loõi theùp deã daøng , thích hôïp vôùi ñoäng cô coù coâng suaát nhoû (kích thöôùc beù). Ngöôïc laïi daây quaán ñoàng khuoân gia coâng khuoân quaán daây raát deã nhöng loàng boä daây quaán vaøo loõi theùp thì khoù khaên hôn , thích hôïp vôùi ñoäng cô coù coâng suaát lôùn hôn (kích thöôùc lôùn). Trong thöïc teá coù raát nhieàu loaïi daây quaán maùy ñieän xoay chieàu , nhöng vì thôøi löôïng coù giôùi haïn neân trong chöông naøy chuùng ta chæ ñeà caäp ñeán caùc loaïi daây quaán thoâng duïng trong thöïc teá. Vaø neâu leân phöông phaùp phaân tích sô ñoà daây quaán maùy ñieän xoay chieàu. Caùc loaïi daây quaán maùy ñieän xoay chieàu coøn laïi hoïc sinh seõ ñöôïc hoïc trong moân hoïc Söûa chöõa maùy ñieän. Trang 51
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 2.2 CAÙC COÂNG THÖÙC CÔ BAÛN Z : Toång soá raõnh cuûa stator. Zr : Toång soá raõnh cuûa rotor. 2P : Soá cöïc töø . P : Soá ñoâi cöïc . m : Soá pha. T : Böôùc cöïc töø. y : Böôùc boái daây ( böôùc daây quaán ). β :Heä soá ruùt ngaén böôùc boái daây. : Goùc leäch hình hoïc giöõa 2 raõnh lieân tieáp. α hh : Goùc leäch ñieän giöõa 2 raõnh lieân tieáp. α ñ q : Soá raõnh phaân boá cho moãi pha döôùi moãi cöc töø. Z Böôùc cöïc töø laø beà roäng cuûa moät cöïc töø : T = . 2 p Khoaûng caùch giöõa 2 caïnh taùc duïng cuûa moät boái daây (hay coøn goïi laø moät phaàn töû) ñöôïc goïi laø böôùc daây quaán y (hay coøn goïi laø böôùc boái daây , böôùc quaán daây). Khi ñoù: y = β.T Neáu β > 1 goïi laø böôùc daøi. Neáu β = 1goïi laø böôùc ñuû. Neáu β < 1 goïi laø böôùc ngaén. Soá raõnh phaân boá cho moãi pha döôùi moãi cöc tö: T q = m Goùc leäch hình hoïc giöõa 2 raõnh lieân tieáp: 360 0 = α hh Z Goùc leäch ñieän giöõa 2 raõnh lieân tieáp : .p 360 0 180 0 = = α ñ Z T Neáu bieåu thò söùc ñieän ñoäng cuûa moãi raõnh laø moät veùc-tô thì seõ coù p (soá ñoâi cöïc) hình Z sao söùc ñieän ñoäng truøng nhau. Trong hình sao söùc ñieän ñoäng coù veùc-tô, vaø caùc veùc-tô p leäch nhau moät goùc αñ Trang 52
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Baây giôø chuùng ta bieåu dieãn hình sao söùc ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô 3 pha coù Z=24; 2p=4. Do (p=2) neân daây quaán seõ coù 2 hình sao söùc ñieän ñoäng truøng nhau. Trong hình sao söùc ñieän .2 360 0 ñoäng coù Z/p =24/2 = 12 veùc-tô. Caùc veùc-tô seõ leäch nhau moät goùc = = 30 0 α ñ 24 2.2 DAÂY QUAÁN ÑOÀNG TAÂM Daây quaán ñoàng taâm 2 maët phaúng thöôøng ñöôïc söû duïng cho caùc ñoäng cô coù coâng suaát töø 3Kw trôû xuoáng. Chuùng ta phaân tích daây quaán ñoàng taâm hai maët phaúng cuûa ñoäng cô 3 pha coù Z=24 ; 2p=4 nhö sau: Böôùc cöïc töø : Z 24 T = = = 6 . 2 p 4 Soá raõnh phaân boá cho moãi pha döôùi moãi cöïc töø : T 12 q = = = 2 m 3 Goùc leäch ñieän giöõa 2 raõnh lieân tieáp : 180 0 180 0 = = = 30 0 α ñ T 6 Trang 53
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 2.3 . DAÂY QUAÁN ÑOÀNG KHUOÂN 2.3.1. DAÂY QUAÁN ÑOÀNG KHUOÂN MOÄT LÔÙP (XEÁP ÑÔN) Daây quaán ñoàng khuoân moät lôùp thöôøng söû duïng cho caùc ñoäng cô coù coâng suaát töø 7w trôû xuoáng. Chuùng ta phaân tích daây quaán ñoàng khuoân moät lôùp cuûa ñoäng cô 3 pha coù Z=24 ; 2p=4 nhö sau: Trang 54
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 2.3.2. DAÂY QUAÁN ÑOÀNG KHUOÂN HAI LÔÙP (XEÁP KEÙP) Daây quaán ñoàng khuoân hai lôùp thöôøng söû duïng cho caùc ñoäng cô coù coâng suaát trung bình vaø lôùn. Chuùng ta phaân tích daây quaán ñoàng khuoân hai lôùp cuûa ñoäng cô 3 pha coù Z=24 ; 2p=4 nhö sau: Trang 55
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 3. DAÂY QUAÁN MAÙY ÑIEÄN XOAY CHIEÀU MOÄT PHA Caùc ñoäng cô ñieän xoay chieàu nhoû duøng trong daân duïng hoaëc trong caùc heä thoáng töï ñoäng thöôøng söû duïng daây quaán moät pha hoaëc hai pha. Ñoäng cô moät pha khôûi ñoäng baèng daây quaán phuï (daây quaán phuï ñöôïc caét ra sau khi khôûi ñoäng) thöôøng coù boä daây chính chieám 2/3 soá raõnh , coøn boä daây phuï chieám 1/3 soá raõnh. Ñoäng cô moät pha khôûi ñoäng baèng tuï thöôøng tröïc (daây quaán phuï khoâng caét ra sau khi khôûi ñoäng) thöôøng coù boä daây chính chieám 1/2 soá raõnh vaø boä daây phuï chieám 1/2 soá raõnh. Trang 56
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Ñeå boä daây chính vaø boä daây phuï coù theå trieät tieâu soùng haøi baäc cao , laøm giaûm tieáng oàn cho ñoäng cô , trong thöïc teá daây quaán ñoäng cô moät pha thöôøng ñöôïc cheá taïo laø daây quaán “sin” . Daây quaán “sin” coù hình daïng gioáng daây quaán ñoàng taâm, nhöng soá voøng daây cuûa caùc boái daây trong nhoùm boái daây coù soá voøng khoâng baèng nhau vaø ñöôïc boá trí theo moät quy luaät ñaõ choïn. Quy luaät boá trí daây quaán “sin” phaûi taïo ra ñöôøng cong söùc töø ñoäng gaàn gioáng hình sin. Nhö vaäy daây quaán ñöôïc phaân boá daïng hình thang coù ñaùy treân baèng 1/3T , Soá raõnh döôùi moät cöïc töø phaûi chia chaün cho 3 vaø Z/6p phaûi laø soá nguyeân. π 2/ π π 2/ π Trang 57
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 4. DAÂY QUAÁN PHAÀN ÖÙNG MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU 4.1. ÑAÏI CÖÔNG VEÀ DAÂY QUAÁN PHAÀN ÖÙNG MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU Daây quaán phaàn öùng maùy ñieän moät chieàu ñöôïc hình thaønh do ñaáu noái tieáp caùc phaàn töû (boái daây) treân caùc phieán ñoåi chieàu (phieán goùp) theo kieåu xeáp hay kieåu soùng vaø laøm thaønh maïch voøng kín. Do khoâng theå cheá taïo roâ-to coù soá raõnh lôùn , neân ngöôøi ta phaûi ñaët 2.u caïnh taùc duïng trong moät raõnh thöïc (u= 1; 2 ; 3; ). Khi ñoù moät raõnh thöïc seõ chöùa u raõnh nguyeân toá , vôùi moät raõnh nguyeân toá goàm moät caïnh taùc duïng treân vaø moät caïnh taùc duïng döôùi. Znt = u . Z Moãi phaàn töû luoân coù hai ñaàu daây , hai ñaàu daây laïi noái vôùi hai phieán goùp. Ñoàng thôøi moät phieán goùp noái hai ñaàu daây cuûa hai phaàn töû vôùi nhau neân soá phaàn töû (S) seõ baèng soá phieán goùp (G). Maët khaùc moät raõnh nguyeân toá laïi chöùa hai caïnh taùc duïng cuûa hai phaàn töû, vì theá ta luoân coù : Znt = S = G Böôùc daây quaán thöù nhaát Y 1 : laø khoaûng caùch giöõa hai caïnh taùc duïng cuûa moät phaàn töû vaø ñöôïc ño baèng soá raõnh nguyeân toá. Z Y = nt ± ξ laø soá nguyeân 1 2 p Khi ξ = 0 ta coù daây quaán böôùc ñuû. Khi ξ > 0 ta coù daây quaán böôùc daøi. Khi ξ < 0 ta coù daây quaán böôùc ngaén. Böôùc daây quaán thöù hai Y 2 : laø khoaûng caùch giöõa caïnh taùc duïng hai cuûa phaàn töû thöù nhaát vaø caïnh taùc duïng nhaát cuûa phaàn töû thö hai, ñöôïc ño baèng soá raõnh nguyeân toá. Böôùc daây quaán toång hôïp Y : laø khoaûng caùch giöõa hai caïnh taùc duïng töông öùng cuûa hai phaàn töû lieân tieáp nhau , ñöôïc ño baèng soá raõnh nguyeân toá. Trang 58
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Böôùc treân vaønh goùp Y G : laø khoaûng caùch giöõa hai phieán goùp noái vôùi hai caïnh taùc duïng cuûa cuøng moät phaàn töû , ñöôïc ño baèng soá raõnh nguyeân toá. 4.2 . DAÂY QUAÁN XEÁP ÑÔN Khi caét beà maët phaàn öùng theo truïc, roài traûi ra thaønh maët phaúng, ta seõ thu ñöôïc hình veõ khai trieån cuûa day quaán. Töø hình veõ khai trieån, chuùng ta coù theå phaân tích caùch ñaáu daây cuûa caùc phaàn töû (caùc boái daây) trong boä daây quaán phaàn öùng cuûa maùy ñieän moät chieàu. Ñeå hieåu roõ hôn, chuùng ta xeùt thí duï: Daây quaán phaàn öùng maùy ñieän moät chieàu kieåu xeáp ñôn coù Z nt = S = G = 16; 2p = 4. Böôùc daây quaán thöù nhaát: Z 16 Y = nt − ξ = − 0 = 4 1 2 p 4 Ñeå ñôõ toán daây ñoàng, ngöôøi ta thöôøng duøng daây quaán böôùc ngaén. Trong daây quaán xeáp ñôn, ngöôøi ta phaûi noái hai ñaàu daây cuûa moät phaàn töû vaøo hai phieán goùp keà nhau. Vì theá trong daây quaán xeáp ñôn ta luoân coù: Trang 59
Baøi giaûng moân hoïc : Maùy Ñieän 2 Y = YG = 1 Böôùc daây quaán thöù hai: Y2 = Y1 −Y = 4 −1 = 3 Ñaëc ñieåm cuûa daây quaán xeáp ñôn laø hai phaàn töû noái tieáp vôùi nhau ñeàu xeáp leân nhau. Caùc phaàn töû cöù noái tieáp vôùi nhau cho ñeán khi maïch daây quaán ñöôïc kheùp kín. Chuùng ta coù theå dieãn taû baèng sô ñoà sau: Töø sô ñoà treân, chuùng ta seõ veõ ñöôïc sô ñoà khai trieån nhö sau: Chieàu quay phaàn öùng N S N S 12345678910123456 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314 15 + - Daây quaán xeáp ñôn Znt=16; 2p=4 4.3. DAÂY QUAÁN XEÁP PHÖÙC TAÏP Daây quaán xeáp phöùc taïp khaùc daây quaán xeáp ñôn laø böôùc treân vaønh goùp YG = m, vôùi m=2;3; Trong thöïc teá , ñoái vôùi caùc maùy coù coâng suaát nhoû vaø trung bình thì m=2, caùc maùy coù coâng suaát lôùn thì môùi duøng m>2. Khi m=2, chuùng ta seõ coù hai maïch quaán xeáp xeáp ñôn xen keõ vôùi nhau vaø taïo thaønh daây quaán xeáp phöùc. Ñeå hieåu roõ hôn chuùng ta phaân tích daây quaán phaàn öùng maùy ñieän moät chieàu kieåu xeáp phöùc taïp coù Znt = S = G = 24 ; YG = m = 2 ; 2p=4. Böôùc daây quaán thöù nhaát: Z 24 Y = nt − ξ = − 0 = 6 1 2 p 4 Trang 60