Bài giảng Lý thuyết máy điện - Chương 4: Máy điện một chiều - Văn Thị Kiều Nhi

Nội dung text: Bài giảng Lý thuyết máy điện - Chương 4: Máy điện một chiều - Văn Thị Kiều Nhi

1. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU I. Khái quát II. Cấu tạo III. Nguyên lý hoạt động IV. Quan hệ điện từ trong máy điện DC VI. Máy phát DC VII. Động cơ DC
2. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU I. Khái quát - Máy điện một chiều là thiết bị điện dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng một chiều hoặc ngược lại. - Động cơ một chiều (DC motor) cĩ moment khởi động lớn, dễ điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh liên tục trong phạm vi rộng - Máy phát điện một chiều (DC generator) là máy phát kích từ cho máy phát điện đồng bộ - Nhược điểm: cổ gĩp điện làm cho cấu tạo phức tạp, giá thành đắt, làm việc kém tin cậy, nguy hiểm trong mơi trường dễ cháy.
3. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU II. Cấu tạo Cực từ phụ Cực từ chính Hình a ) Stator Máy điện một chiều gồm 2 phần : phần cảm và phần ứng.
4. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU II. Cấu tạo - Phần cảm gồm: cực từ chính , cực từ phụ , vỏ máy (gơng từ), nắp máy, cơ cấu chổi than + Cực từ chính: làm bằng nam châm điện (máy cĩ cơng suất lớn) và làm bằng nam châm vĩnh cửu(máy cĩ cơng suất nhỏ). Cực từ chính tạo nên từ trường chính trong máy, cực từ gắn lên vỏ máy bằng bu lơng hoặc đinh vít , cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau. + Cực từ phụ: đặt xen kẽ giữa các cực từ chính, mắc nối tiếp với dây quấn phần ứng để hạn chế tia lửa điện và cải thiện đổi chiều. + Gơng từ ( vỏ máy ): dùng để gắn các cực từ, làm mạch từ nối liền các cực từ, do vậy vỏ máy được dẫn từ. + Cơ cấu chổi than : chổi than đặt trong hộp chổi than, giá chổi than. Dễ bị hao mịn, thay thế khi bảo trì định kỳ.
5. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU II. Cấu tạo - Phần cảm gồm: cực từ chính , cực từ phụ , vỏ máy (gơng từ), nắp máy, cơ cấu chổi than Cực từ phụ Cực từ chính Hình a ) Stator
6. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU II. Cấu tạo - Phần ứng gồm: trục, lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ gĩp. Trục Cổ gĩp điện Các rãnh để đặt dây quấn Các lá thép KTĐ Chổi than Hình b ) phần ứng Cổ gĩp (vành đổi chiều): cổ gĩp gồm các phiến gĩp làm bằng đồng, giữa các phiến gĩp cách điện với nhau bởi mica và cổ gĩp cũng được cách điện với trục rotor bằng ống phíp . Trong máy điện một chiều bộ phận chổi than và cổ gĩp dễ hư hỏng nhất
7. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU III. Nguyên lý hoạt động Máy phát điện một chiều N b E v a B c E Tải d S e = B. l. v.sin ; chiều theo quy tắc bàn tay phải
8. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU III. Nguyên lý hoạt động Máy phát điện một chiều Khi khung quay với tốc độ khơng đổi, hai thanh dẫn ab, cd lần lượt nằm dưới 2 cực từ khác tên (từ trường của hai cực nam châm khơng đổi), khung quay sẽ cảm ứng nên một sức điện động xoay chiều : e = B. l. v.sin e Sđđ trên hai đầu chổi than Dạng sĩng đập mạch t 0 Sđđ trên thanh dẫn e t 0 nhiều khung dây đặt lệch nhau một gĩc trong khơng gian để giảm bớt sự đập mạch ở cổ gĩp, chổi than và quấn tăng số vịng dây để tăng cường sức điện động
9. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU III. Nguyên lý hoạt động Động cơ điện một chiều N b I I F v a B c I E F d S F = B. l. I ; chiều theo quy tắc bàn tay trái động cơ quay
10. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Các đại lượng định mức - Cơng suất định mức: là cơng suất đầu ra của máy điện khi tải định mức + Cơng suất định mức của động cơ điện DC là cơng suất cơ đầu trục kéo tải định mức (W, KW, HP) + Cơng suất định mức của máy phát điện DC là cơng suất điện phát ra cấp cho tải định mức (W, KW, MW) - Điện áp định mức: là điện áp ở hai đầu cực của máy điện DC khi cĩ tải đm - Dịng điện định mức: là dịng điện cấp vào (động cơ) hoặc dịng điện phát ra kéo tải định mức. - Dịng điện kích từ: là dịng điện trên cuộn dây kích từ. - Dịng điện phần ứng: là dịng điện đi qua phần ứng.
11. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU IV. Quan hệ điện từ trong máy điện DC 1. Sức điện động phần ứng Eư pN E = C .  . n C = : hệ số kết cấu ư E E 60a p: số đơi cực; N : tổng số thanh dẫn ; a : số đơi mạch nhánh  : từ thơng ở cuộn dây kích từ n : tốc độ của máy điện 2. Moment điện từ M đt pN CM = : hệ số kết cấu (moment) Mđt = CM .  . Iư 2 a Iư : dịng điện phần ứng Moment điện từ của máy điện một chiều được tạo nên do sự tác động tương hỗ giữa từ trường phần cảm và từ trường dịng điện trong thanh dẫn phần ứng. Momen này tác dụng lên phần ứng. 3. Cơng suất điện từ Pđt pN 2 n pN P M . ..I . ..n.I = E . I đt đt 2 a u 60 60a u ư ư
12. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU IV. Quan hệ điện từ trong máy điện DC 4. Các loại tổn hao + Tổn hao sắt : PFe – Xuất hiện khi cĩ từ trường biến thiên, độ lớn của tổn hao sắt phụ thuộc nhiều yếu tố : tình trạng mạch từ, chất lượng lõi thép, hình dáng lõi thép. + Tổn hao cơ : Pcơ – Chủ yếu do lực ma sát gây nên. + Tổn hao đồng : PCu – Do hiện tượng Junle – Lenxơ . Phát nĩng trên dây quấn kích từ, dây quấn phần ứng, điện trở tiếp xúc giữa chổi than với cổ gĩp. PCu = PCu kt + PCu ư = Pkt + PCu ư Po = PFe + Pcơ Tổn hao khơng tải P = Pkt + PCu ư + Pcơ + PFe
13. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU V. Máy phát điện một chiều 1. Các loại kích từ Kích từ độc lập Ikt Iư = I Ukt Eư U Tải Kích từ chung Iư I Iư I Ikt E E ư U Tải ư Ikt U Tải Kích từ nối tiếp Kích từ song song I Iư Iktnt E Ikt// ư U Tải Kích từ hỗn hợp
14. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU V. Máy phát điện một chiều 2. Sơ đồ tương đương và phương trình cân bằng sức điện động phần ứng Cuộn dây kích từ tương đương điện trở Rkt Tổn hao phần ứng tương đương điện trở Rư Iư Rư U Eư = U + Rư.Iư : Sức điện động phần ứng U = R .I : Điện áp rơi trên phần ứng Eư Rư ư ư Eư và Iư cùng chiều Ví dụ: Máy phát một chiều kích từ song song I I ư Eư = U + Rư.Iư Ikt Rư U URư = Rư.Iư E U = U = R .I ư Rkt kt kt kt Iư = I + Ikt
15. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU V. Máy phát điện một chiều 3. Giản đồ năng lượng của máy phát điện một chiều 2 Tổn hao đồng trên cuộn dây kích từ Pkt = Rkt. I kt = Ukt.Ikt 2 Tổn hao đồng trên phần ứng P Cu ư = Rư. I ư Tổn hao sắt : PFe Tổn hao sắt,cơ : PFe, cơ Tổn hao cơ : Pcơ Pkt Uo(Eư) U(Uđm) Uo U(Uđm) P P P2 Pđm P P2 Pđm 1 đt 1 Pđt (điện) (điện) (cơ) (cơ) P P Pkt Cu ư PFe, cơ Cu ư PFe, cơ Kích từ độc lập Kích từ chung
16. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU V. Máy phát điện một chiều 3. Giản đồ năng lượng của máy phát điện một chiều P = Pkt + PCu ư + PFe cơ P2 = U.I Pđm = Uđm .Iđm P1 = P2 + P P  2 P2 U.I P U .I P1 P đm đm đm 1 P1 P2 = U.I     E Moment cơ cấp vào cho máy phát: P1 P1 n M1  2 n CE . 60 Moment điện từ của máy phát: P P M đt đt đt  2 n 60
17. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU V. Máy phát điện một chiều 4. Đặc tính cơ bản của máy phát điện một chiều + Đặc tính khơng tải: U0 = f (Ikt ) = Eư ; I = 0 ; n = const. Uo Uo Uo = f(It) Uo = f(It) Uod 0 Ikt 0 I Đường cong từ hĩa của MP một chiều kt In Iđm + Đặc tính ngắn mạch: In = f ( Ikt) khi U = 0 , n = const. I O Itn kt
18. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU V. Máy phát điện một chiều 4. Đặc tính cơ bản của máy phát điện một chiều + Đặc tính ngồi ( đặc tính tải ) : U = f ( I ) Ikt = const ; n = const U U U Kích từ chung U o o Uo Uđm U U = f(I) U% .100 Uđm Kích từ độc lập Uđm Uđm I I I đm I Io đm In + Đặc tính điều chỉnh: Ikt= f( I) khi U= const , n = const Ikt Iktđm Ikt = f(I) Ikt0 0 Iđm I
19. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU VI. Động cơ điện một chiều 1. Các loại kích từ Kích từ độc lập Ikt Iư = I Ukt Eư U Kích từ chung Iư I Iư I Ikt E E ư U ư Ikt U Kích từ nối tiếp Kích từ song song I Iư Iktnt E Ikt// ư U Kích từ hỗn hợp
20. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU VI. Động cơ điện một chiều 2. Sơ đồ tương đương và phương trình cân bằng sức điện động phần ứng Cuộn dây kích từ tương đương điện trở Rkt Tổn hao phần ứng tương đương điện trở Rư Iư Rư U Eư = U - Rư.Iư : Sức điện động phần ứng U = R .I : Điện áp rơi trên phần ứng Eư Rư ư ư Eư và Iư ngược chiều, Eư gọi là sức phản điện Ví dụ: Động cơ một chiều kích từ song song I I ư Eư = U - Rư.Iư Ikt Rư U URư = Rư.Iư E U = U = R .I ư Rkt kt kt kt I = Iư + Ikt Iư = I - Ikt
21. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU VI. Động cơ điện một chiều 3. Giản đồ năng lượng của động cơ điện một chiều 2 Tổn hao đồng trên cuộn dây kích từ Pkt = Rkt. I kt = Ukt.Ikt 2 Tổn hao đồng trên phần ứng P Cu ư = Rư. I ư Tổn hao sắt : PFe Tổn hao sắt,cơ : PFe, cơ Tổn hao cơ : Pcơ P P2 Pđm 1 Pđt (cơ) (điện) P Pkt Fe cơ PCu ư
22. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU VI. Động cơ điện một chiều 3. Giản đồ năng lượng của động cơ điện một chiều P = Pkt + PCu ư + PFe cơ P1 = U.I P1 = P2 + P P  2 P1 P2 P1. U.I. Pđm P1. Uđm.Iđm. P1 = U.I E Moment cơ cấp cho tải của động cơ: P2 P2 n M2  2 n CE . 60 Moment điện từ của động cơ điện: P P M đt đt đt  2 n 60
23. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU VI. Động cơ điện một chiều 4. Mở máy động cơ điện một chiều a. Mở máy trực tiếp Dịng điện mở máy Imm : dịng điện cấp vào động cơ quá trình mở máy (n=0) Iư Rư U Eư = U - Rư.Iư U Iưmm 4  6 I Eư (n = 0) E = 0 đm ư Rư Ví dụ: Động cơ một chiều kích từ song song Iư I U Iưmm Ikt Rư U Rư E ư Rkt Imm = Iưmm + Ikt ≈ Iưmm
24. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU VI. Động cơ điện một chiều 4. Mở máy động cơ điện một chiều b. Mở máy gián tiếp Giảm dịng điện mở máy bằng cách gắn điện trở phụ nối tiếp với phần ứng Rp Iư U Rư U I’ưmm RR R E ưu p ư I I mm n Imm(t) n’ Rp3 Rp2 Rp1 I’mm I’mm(t) 4 3 2 1 Rư Iư Iđm E ư U 0 t1 t2 t3 t
25. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU VI. Động cơ điện một chiều 5. Đảo chiều quay động cơ một chiều : Đảo chiều dịng điện kích từ hoặc đảo chiều cực tính nguồn điện đưa vào phần ứng. 6. Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều : U I R n Iưư.Rưư C E  R C kt + Điều chỉnh từ thơng : kt 1 n (chỉ cĩ thể tăng trong khoảng từ 0 đến  )  đm + Điều chỉnh điện áp đặt vào phần ứng n U (chỉ cĩ thể tăng trong phạm vi điện áp cho phép) + Điều chỉnh Rư Rư tăng, (U – IưRư ) giảm, n giảm
26. CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU VI. Động cơ điện một chiều 7. Thắng động cơ một chiều : - Thắng tái sinh: tốc độ của động cơ kéo rơto lớn hơn tốc độ quay của từ trường. - Thắng ngược: động cơ đang quay theo chiều thuận, đổi chiều dịng kích từ hoặc đổi hai đầu phần ứng , tốc độ rơto giảm về khơng trước khi đổi chiều ngược lại. Ngay khi tốc độ rơto về 0, ngắt nguồn điện ra khỏi mạch. - Thắng động năng: động cơ đang quay, giữ nguồn điện cấp vào cuộn dây kích từ, ngắt nguồn điện cấp vào phần ứng, nối tắt hai đầu phần ứng qua điện trở. Động cơ một chiều được thắng động năng, sau đĩ (1-2s) ngắt nguồn điện ra khỏi cuộn dây kích từ.