Giáo trình môn học Kỹ thuật điện

thể đặt trong vỏ bảo vệ máy phát hoặc đặt trong bảng điện chính. Loại máy phát này có 2 vành trượt và chổi than để nối thiết bị kích từ đến cuộn dây kích từ. Thời gian đáp ứng giảm còn 0.1 giây để hiệu chỉnh 15% điện áp. Trên các tàu hàng thì đáp ứng điện áp nhanh rất cần thiết do có các phụ tải công suất lớn và khởi động thường xuyên như cần cẩu, tời hàng. Sơ đồ cơ bản của máy phát này được vẽ trên hình 4.8.3 (vẽ đơn giản cho một pha). Hình 4.8.3 Máy phát kích từ trực tiếp Bộ tự động điều chỉnh điện áp được vẽ ở hình 4.8.3 được gọi là loại phức hợp, vì dòng kích từ được cấp từ 2 nguồn dòng và áp. Khi không tải, kích từ máy phát được cấp qua cuộn áp sơ cấp 1 của biến áp kích từ. Khi có tải, dòng máy phát cấp qua cuộn dòng sơ cấp 2 của biến áp để duy trì điện áp không đổi. Nếu các phần tử của bộ kích từ này được thiết kế cẩn thận thì điện áp của máy phát phức hợp có thể được duy trì tốt khi đầy tải mà không cần sử dụng bộ tự động điều chỉnh điện áp AVR hoặc chỉnh tay. Tuy nhiên, các nhà sản xuất máy phát luôn chế tạo kèm theo bộ AVR và một chiết áp chỉnh tay. Điều này cho phép việc điều chỉnh điện áp máy phát tốt hơn trên toàn bộ sự thay đổi của tải và đặc biệt trong các tình huống có thao tác vận hành khác (ví dụ khi hòa các máy phát). Một sơ đồ kích từ thực tế có thêm các phần tử như các cuộn cảm và các tụ điện được minh họa ở hình 4.8.4. Mạch này không có AVR và chiết áp chỉnh tay. Một sự thay đổi của dòng tải sẽ tự động thay đổi dòng kích từ để điện áp máy phát được duy trì ở giá trị định mức. Hình 4.8.4 Mạch kích từ máy phát được sử dụng trong thực tế 4.8.3 Tự động điều chỉnh điện áp (Automatic voltage regulation – AVR) Khi dòng điện tải tăng đột ngột (xảy ra khi khởi động động cơ công suất lớn), điện áp ra máy phát sẽ thay đổi tương ứng. Điều này do sụt áp trên các cuộn dây xoay chiều của máy phát. Tương tự, khi tải giảm đột ngột (ngắt động cơ ra khỏi máy phát), sẽ gây nên quá điện áp trên thanh cái. Một máy phát không có bộ điều chỉnh hoặc một máy phát không có kích từ phức hợp sẽ không phát hiện được sự thay đổi điện áp đó. Lúc này, bộ tự động điều chỉnh điện áp rất cần thiết để nhanh chóng điều chỉnh điện áp về giá trị định mức. Về mặt lý thuyết, một máy phát phức hợp không cần thêm thiết bị điều chỉnh điện áp. Tuy nhiên, các nhà sản xuất thường chế tạo máy phát phức hợp có thiết bị điều chỉnh điện áp để cho ra kết quả điều chỉnh điện áp tốt hơn. Một bộ AVR sẽ điều chỉnh điện áp máy phát với độ chính xác (2.5% trên toàn dải thay đổi của tải. Trường hợp này được gọi là điều chỉnh điện áp ở trạng thái ổn định. Ở chế độ quá độ thì sụt áp vào khoảng 15% khi thay đổi tải đột ngột (khi khởi động một động cơ công suất lớn), điện áp lúc này sẽ được điều chỉnh về trạng thái ổn định sau 1.5 giây. Hình 4.8.5 Sự thay đổi điện áp máy phát khi có và không có AVR Bộ AVR cảm biến điện áp ra của máy phát và tác động thay đổi dòng kích từ để duy trì điện áp ở giá trị định mức. Chiết áp chỉnh bằng tay gắn trên panel máy phát được sử dụng để đặt giá trị điện áp định mức. Mạch điều khiển ở một AVR hiện đại bao gồm các biến áp, các bộ chỉnh lưu, diode zener, transistors và thyristors. Tất cả chúng được đặt trên cùng một bo mạch và gắn trên máy phát hoặc trong bảng điện chính. Các nhà sản xuất khác nhau thì có các thiết kế bộ tự động điều chỉnh điện áp khác nhau, tuy nhiên về cơ bản chúng có các phần tử sau: - Khối cảm biến điện áp: là một biến áp đo lường. - Bộ chỉnh lưu và gia công tín hiệu điện áp ra của máy phát: khối này tạo ra một tín hiệu điện áp một chiều nhỏ tỷ lệ với điện áp thực tế của máy phát. Tín hiệu này được so sánh với giá trị đặt được tạo ra bởi một mạch chuẩn gồm các diode zener và các điện trở. Tín hiệu sai lệch từ bộ so sánh này được đưa đến một bộ khuếch đại. - Bộ khuếch đại tín hiệu: khuếch đại tín hiệu sai lệch và gia công thành tín hiệu xung để điều khiển thyristor. - Khối thyristor: đóng mở cấp dòng kích từ cho mạch kích từ máy phát. Hình 4.8.6 Máy phát với AVR Thyristor là một chuyển mạch điện tử tác động nhanh được điều khiển bởi một tín hiệu gửi đến chân điều khiển G của nó. Thiết bị này chỉnh lưu và điều chỉnh dòng kích từ máy phát. Ngoài ra còn có các phần tử được thêm vào AVR để đảm bảo: i tăng tính ổn định của hệ thống; ii phân phối tải phản tác dụng khi công tác song song kVAr; iii cải thiện quá trình tự kích khi khởi động máy phát; iv bảo vệ và báo động điện áp cao hoặc thấp. Một bộ AVR hoàn chỉnh tương đối phức tạp và bao gồm một vài biến trở để chỉnh định độ nhạy, chỉnh định sai lệch và chỉnh độ ổn định (điều khiển tỷ lệ, tích phân và vi phân). Chúng được chỉnh và đặt trong quá trình chạy thử để đạt được các quá trình hoạt động tối ưu trước khi đưa máy phát vào hoạt động (sau lắp mới hoặc sau sửa chữa bảo dưỡng). Khi chạy thử AVR, theo hướng dẫn của nhà sản xuất, bao gồm việc đo các điện áp AC và DC tại những điểm xác định trong mạch. Các giá trị điện áp này được so sánh với các giá trị chuẩn phù hợp với máy phát được lắp đặt AVR. Hầu hết trên các tàu đều có trang bị bộ AVR dự trữ để có thể thay thế khi AVR đang hoạt động bị sự cố hoặc cần tháo ra để bảo dưỡng định kỳ. Việc thay thế chỉ được thực hiện sau khi dừng máy phát. Kiểm tra và chỉnh định giá trị điện áp trên các điểm thử của bộ AVR mới phải phù hợp với máy phát. Sau đó, cho các máy phát công tác song song, kiểm tra sự phân chia tải phản tác dụng giữa các máy phát. CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 4 1. Nêu cấu tạo, các thông số định mức của máy phát điện đồng bộ. 2. Trình bày nguyên lý hoạt động của máy điện đồng bộ. 3. Nêu quá trình phản ứng phần ứng trong máy điện đồng bộ ứng với các tải khác nhau. 4. Sơ đồ thay thế, các phương trình cơ bản, đồ thị vector của máy điện đồng bộ cực ẩn. 5. Sơ đồ thay thế, các phương trình cơ bản, đồ thị vector của máy điện đồng bộ cực hiện. 6. Công suất tác dụng và công suất phản tác dụng trong máy điện đồng bộ. 7. Tổn hao và hiệu suất trong máy điện đồng bộ. 8. Xây dựng đặc tính không tải, đặc tính ngoài, đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải của máy phát đồng bộ. Chương 5 MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Máy điện một chiều được phát minh và ứng dụng rất sớm, trong đó có ứng dụng trên tàu thuỷ trong một thời gian dài cho đến nay cho dù nó có cấu tạo phức tạp, bảo quản, sử dụng, sửa chữa khó khăn, trọng lượng và kích thước lớn. Bài 1 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Máy điện một chiều có cấu tạo được biểu diễn thông qua các thành phần chính cơ bản như trong hình 5.1.1 dưới đây. Hình 5.1.1 Cấu trúc chung máy điện một chiều 5.1.1 Stator và cực từ của máy điện một chiều Vỏ máy điện được chế tạo bằng thép đúc. Các cực từ cũng chế tạo bằng thép đúc, phần mỏm cực là phần chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện để giảm dòng Fuco, máy một chiều có các cực từ chính và cực từ phụ. Cực từ chính dùng để tạo từ trường kích từ, gồm các cuộn dây kích từ song song và cuộn dây nối tiếp. Cực từ phụ dùng để xử lý các hiện tượng trong máy điện một chiều như hiện tượng đảo chiều chẳng hạn. Các cực từ chính và cực từ phụ đặt xen kẽ nhau, từ cực từ chính này tới cực từ tiếp sau sẽ tạo thành một cặp cực N-S, chúng cách nhau 180 độ về điện. Số lượng cực chính và phụ luôn bằng nhau và là số chẵn, chẳng hạn 2/4/8/16/32 Cuộn dây kích từ chế tạo từ dây đồng tiết diện tròn hay hình chữ nhật, dây dẫn được quấn thành cuộn và lồng vào cực từ, các cuộn dây kích từ phải đấu phù hợp để tạo thành các cực từ theo thứ tự liên tiếp là N-S-N-S (xem hình 5.1.3), đồng thời đảm bảo cách điện với vỏ máy. Có hai cách nối các cuộn kích từ với nguồn điện: nối song song (kích từ song song), hoặc nối tiếp (kích từ nối tiếp) với mạch rotor. Hình 5.1.2 Stator máy điện một chiều Một số máy điện công suất nhỏ không có các cực phụ như hình 5.1.3. Hình 5.1.3 Mạch từ và phân bố cực từ máy điện một chiều (2p=4) Trên một cực từ chính có thể có: một cuộn dây kích từ song song (máy kích từ song song), hoặc kích từ nối tiếp (máy kích từ nối tiếp), hoặc cả hai cuộn kích từ (máy kích từ hỗn hợp). Trên cuộn dây cực phụ là cuộn dây dòng điện nối tiếp với mạch phần ứng. 5.1.2 Rotor (còn gọi là phần ứng) Mạch từ của rotor máy điện một chiều gồm các lá thép kỹ thuật điện dập hình vành khăn và ghép cách điện với nhau để hạn chế dòng Fuco, bên trong xuyên qua tâm là trục động cơ mặt bên ngoài xẻ rãnh đặt các cuộn dây điện từ, cuộn dây này được đặt theo quy luật, đưa ra nhiều đầu nối với các thanh “lam” của cổ góp điện, cổ góp điện thường chế tạo dưới dạng hình trụ, các lam cách điện với nhau và cách điện với trục của động cơ. - Cánh quạt làm mát được gắn với một phía trục rotor. - Trục động cơ được quay trên hai ổ đỡ hoặc vòng bi xem hình 5.1.1. - Puli nối trục máy điện với máy công tác. - Khe khí giữa rotor và stator khi chế tạo từ 5÷10mm. Hình 5.1.4 Rotor máy điện một chiều 5.1.3 Giá chổi than và các phần phụ khác Ở một nắp máy có gắn vành giá chổi than để nối với mạch điện bên ngoài, giá chổi than gồm các hộp chứa chổi than gắn trên các thanh cách điện với vành đế (xem hình 5.1.1) Các hộp than đặt đối xứng theo chu vi của cổ góp, các chổi than có dấu ‘dương‘ và ‘âm’ xen kẽ nhau và cách nhau 180 độ điện. Các chổi cùng dấu dương, hoặc âm được nối chung với nhau bằng các dây điện. Vị trí đặt các chổi than là trên vùng trung tính vật lý của động cơ. Hình 5.1.5 Kết cấu phía cổ góp máy điện một chiều Chổi than làm bằng graphít có độ cứng tuỳ theo tốc độ của động cơ, số lượng hộp chổi than và kích thước của chổi than trên một cực phụ thuộc mật độ dòng điện chạy qua. Chổi than được ép trên mặt cổ góp bởi các lò xo, có thể điều chỉnh được lực căng để khắc phục tia lửa điện. 5.1.4 Các thông số định mức Các thông số định mức được ghi trên nhãn máy, thường thì ghi những đại lượng sau: + Công suất định mức Pđm (kW, W): công suất định mức là công suất đưa ra của máy, với động cơ thì đó là công suất cơ lấy ra trên trục động cơ; với máy phát thì đó là công suất điện lấy ra trên cực máy phát. + Điện áp định mức Uđm (V). + Dòng điện định mức Iđm (A). + Tốc độ định mức nđm (vòng/phút). Ngoài ra, còn ghi kiểu máy, phương pháp cấp kích từ, dòng điện kích từ, cấp cách điện, cấp bảo vệ, nhà sản xuất, năm sản xuất, trọng lượng máy, Bài 2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 5.2.1 Nguyên lý hoạt động của máy phát điện một chiều Để đơn giản chúng ta có thể xét nguyên lý hoạt động của một máy điện một chiều thông qua xét một khung dây như trình bày trên hình 5.2.1. Hình 5.2.1 Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều Khi khung dây quay trong từ trường đều fkt với một tốc độ quay không đổi w thì hai cạnh của khung dây thay đổi vị trí liên tục giữa hai mặt cực từ N-S, và do sự quét của cạnh dây qua từ trường nên theo quy tắc bàn tay phải dễ dàng xác định được chiều của s.đ.đ cảm ứng của một trong thanh dẫn xuất hiện một s.đ.đ e như trong hình vẽ và giá trị được xác định theo công thức 5.2.1. e=B.l.v.sinwt=Esinwt 5.2.1 Trong đó: q =wt - là góc giữa pháp tuyến mặt phẳng khung dây với trục từ trường. B - cảm ứng từ. l - chiều dài cạnh dây. v - vận tốc dài của thanh dẫn. Thực tế, dây quấn phần ứng (rotor) gồm nhiều phần tử (khung dây) mắc nối tiếp nhau thành mạch vòng kín. Hai chổi than chia dây quấn thành nhiều nhánh song song nhau. Lúc này, sức điện động phần ứng chính bằng tổng sức điện động trong các thanh dẫn thành phần. Nếu gọi N là số cạnh tác dụng (số thanh dẫn dây quấn), a là số đôi nhánh song song thì số thanh dẫn của một nhánh là N2a, và sức điện động phần ứng được xác định: Eư=N2aE=N2a.B.l.v 5.2.2 Vận tốc dài của thanh dẫn được xác định: v=pDn60 5.2.3 Từ thông dưới mỗi cực từ là: fkt=BpDl2p 5.2.4 Từ các biểu thức 5.2.2, 5.2.3, 5.2.4; ta có: Eư=N2a.2pfktpDl.l.pDn60=pN60a.fkt.n 5.2.5 ⇒Eư=Ce.fkt.n 5.2.6 Với: p - là số cặp cực. a - là số nhánh song song. N - là số cạnh tác dụng của khung dây. Ce - là hệ số phụ thuộc vào kết cấu cuộn dây phần ứng. Do hai cạnh khung dây được gắn với hai vành trượt nên khi quay cạnh khung dây nằm dưới cực N có vành trượt gắn với cạnh đó tiếp xúc chổi than sẽ có dấu là “dương” còn chổi than bên kia sẽ là “âm”. Từ đó, ta thấy khi khung dây quay thì một chổi than luôn có dấu dương, một chổi than luôn có dấu âm (dạng s.đ.đ trên hai chổi than trong hình 5.2.2). Nếu mạch ngoài gắn tải thì trong khung dây có dòng điện, chiều dòng điện trong thanh dẫn cùng chiều với chiều s.đ.đ. Hình 5.2.2 Dạng sóng điện áp trên đầu cực máy phát 5.2.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều Xét một khung dây đặt trong từ trường đều fkt. Cấp vào khung dây một nguồn điện một chiều thông qua hai chổi than như trong hình 5.2.3, cực dương đặt vào chổi số 1 và cực âm của nguồn đặt vào chổi số 2. Trong khung dây xuất hiện dòng điện, các thanh dẫn a-b, c-d mang dòng đặt trong từ trường thì sẽ chịu lực điện từ tác dụng. Lực điện từ này được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Đây là cặp ngẫu lực, tạo momen kéo khung dây quay quanh trục đối xứng của khung dây. Hình 5.2.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện trong các thanh dẫn nên momen quay đặt lên khung dây có chiều không đổi, đảm bảo cho động cơ có chiều quay không đổi. Khi khung dây quay, các thanh dẫn thay đổi vị trí so với từ trường nên trong khung dây xuất hiện s.đ.đ cảm ứng được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Chiều của s.đ.đ ngược chiều với chiều của dòng phần ứng. 5.2.3 Công suất máy điện một chiều Công suất điện từ của máy điện một chiều, Pđt=Eư.Iư 5.2.7 Thay Eư trong 5.2.5 vào, ta có: Pđt=pN60a.fkt.n.Iư 5.2.8 5.2.4 Momen điện từ máy điện 1 chiều Momen điện từ trong máy điện một chiều, Mđt=Pđtw 5.2.9 Với, w=2pn60 5.2.10 Từ 5.2.7, 5.2.8 và 5.2.9 suy ra, Mđt=pN60a.fkt.n.Iư2pn60=pN2pa.fkt.Iư 5.2.11 ⇒Mđt=CM.fkt.Iư 5.2.12 Trong đó CM - là hệ số phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn. Bài 3 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Phản ứng phần ứng (pưpư) là sự tác động ngược lại của từ trường phần ứng (rotor) đến từ trường kích từ (stator). Xét máy phát có một cặp cực 2p=2, khi máy phát một chiều chưa mang tải Iư=0 thì trong máy chỉ có từ trường do stator tạo nên, phân bố từ trường trong máy như hình 5.3.1a. Khi máy phát điện một chiều hoạt động nhận tải, dòng điện phần ứng Iư≠0, do đó sẽ xuất hiện từ trường phần ứng Fpưpư, nếu như chỉ xét từ trường do phần ứng tạo ra trong máy thì từ trường này phân bố như hình 5.3.1b. Từ trường tổng hợp trong máy lúc này gồm từ trường chính và từ trường phần ứng. Để đơn giản, ta nghiên cứu mạch từ máy chưa bão hoà và áp dụng nguyên lý xếp chồng, ta có từ trường tổng FΣ trong máy là: FΣ=Fkt-Fpưpư 5.3.1 Trên hình 5.3.1 ta nhận thấy, từ trường phần ứng sẽ làm cho phân bố đường sức từ không đều trên mặt cực từ. Ở một nửa mặt cực từ trường phần ứng trợ từ làm cường độ từ trường chính tăng lên, ở nửa còn lại thì sẽ bị khử từ làm cường độ từ trường chính giảm xuống, nếu động cơ bão hoà từ (giá trị từ trường gần với định mức) thì sự tăng từ trường ở một nửa mặt cực sẽ yếu hơn sự giảm từ trường ở nửa mặt cực kia, kết quả chung là Fkt sẽ giảm xuống ⟹s.đ.đ Eư sẽ giảm. Tuy nhiên, ý nghĩa quan trọng của pưpư lại ở chỗ nó làm thay đổi vị trí trung tính vật lý khỏi đường trung tính hình học. (a) (b) (c) Hình 5.3.1 Phân bố đường sức từ trong máy điện một chiều Theo quy tắc bàn tay phải ta dễ dàng nhận thấy nếu chiều quay của động cơ theo chiều kim đồng hồ thì vị trí trung tính hình học sẽ phải quay dịch giá chổi than sang trái (theo ngược chiều quay động cơ), trường hợp máy phát thì phải quay dịch giá chổi than sang bên phải (cùng chiều quay máy phát) hình 5.3.1c. Bài 4 MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU 5.4.1 Khái quát chung Máy phát điện một chiều là một máy điện một chiều cung cấp năng lượng điện một chiều được chuyển hoá từ năng lượng cơ của máy lai. Trong công nghiệp, nhiều ngành sản xuất vẫn đòi hỏi phải dùng nguồn điện một chiều như luyện kim, hoá chất, giao thông vận tải, Thông thường, để có nguồn một chiều có thể dùng các máy phát điện một chiều quay bằng các động cơ điện, động cơ diesel, turbine, 5.4.2 Phân loại Tuỳ theo phương pháp kích từ, máy phát điện một chiều được phân loại như sau: - Máy phát một chiều kích từ độc lập. Loại này bao gồm máy phát kích từ bằng nam châm vĩnh cữu và máy phát kích từ điện từ. Loại đầu chỉ được chế tạo với công suất nhỏ. Loại thứ hai dùng nhiều trong các trường hợp cần điều chỉnh điện áp trong phạm vi rộng, công suất lớn, điện áp thấp từ 4÷24V hoặc điện áp cao 600 V. - Máy phát một chiều tự kích từ. Đây là loại máy phát có dòng kích từ được lấy từ bản thân máy phát. Tuỳ theo cách đấu nối cuộn dây kích từ ta có các loại sau: + Máy phát một chiều kích từ song song. + Máy phát một chiều kích từ nối tiếp. + Máy phát một chiều kích từ hỗn hợp. Hình 5.4.1 Máy phát một chiều a- Máy phát một chiều kích từ độc lập; b- Máy phát một chiều kích từ song song; c- Máy phát một chiều kích từ nối tiếp; d- Máy phát một chiều kích từ hỗn hợp Trong máy phát một chiều, cần quan tâm các tham số: Eư =Ce.fkt.n Mđt=CM.fkt.IưPđt =Eư.Iư 5.4.1 Phương trình cân bằng điện áp của máy phát: do dòng phần ứng cùng chiều với chiều sức điện động, nên ta có, U=Eư-IưRa+Rc 5.4.2 5.4.3 Đặc tính của máy phát điện một chiều 5.4.3.1 Máy phát một chiều kích từ độc lập Đặc tính không tải: Là quan hệ giữa s.đ.đ không tải Eo với dòng điện kích từ trong cuộn dây kích từ khi tốc độ quay của máy phát không đổi: Eo=fIkt| n=const, Itải=0. (a) (b) Hình 5.4.2 Sơ đồ thí nghiệm xác định các đặc tính MF1C (a) và đặc tính từ hoá của lõi thép (b) Khi không tải, điện áp trên 2 cực máy phát được xác định: Uo=Eư=Ce.fkt.n=Ko.fkt=Ko.K1.Ikt 5.4.3 Do fkt=fIkt=K1.Ikt: đây là đặc tính từ hoá của lõi thép. Dạng đặc tính như hình 5.4.2b. Đặc tính không tải của máy phát một chiều có dạng giống như đường cong từ hoá của lõi thép (lấy giá trị trung bình là đường số 1). Trên đặc tính, nếu như đổi chiều dòng kích từ thì đặc tính đối xứng lại qua gốc toạ độ. Đặc tính tải: Là quan hệ giữa điện áp U với dòng điện kích từ trong cuộn dây kích từ khi tốc độ quay của máy phát không đổi: U=fIkt| n=const,Iư= Itải=const. Theo phương trình cân bằng điện áp, U=Eư-IưRa+Rc Nếu coi điện trở RΣ=Ra+Rc=const thì: U=Eư-A=Ko.K1.Ikt-A 5.4.4 Hình 5.4.3 Đặc tính không tải, đặc tính tải máy phát một chiều kích từ độc lập Đặc tính tải của máy phát thấp hơn đường đặc tính không tải một đoạn do sụt áp trên nội trở dây quấn và chổi than. Thực tế, nếu như máy không có cực phụ và cuộn khử thì từ thông của máy còn bị ảnh hưởng bởi phản ứng phần ứng. Đặc tính ngoài: là mối quan hệ giữa điện áp trên 2 cực máy phát với dòng tải khi dòng kích từ và tốc độ máy lai là không đổi, U=fItải| n=const,Ikt=const. Phương trình cân bằng điện áp, U=Eư-IưRa+Rc=Ce.fkt.n-IưRa+Rc ⇒U=B-Iư.RΣ 5.4.5 Hình 5.4.4 Đặc tính ngoài của máy phát một chiều kích từ độc lập Nếu máy có cực phụ và cuộn khử thì quan hệ là đường thẳng. Ngược lại, nếu Iư tăng thì điện áp giảm 2 lần do sụt áp và phản ứng phần ứng. Khi Iư⟶Iđm thì cho dù Ikt có tăng nữa thì fkt cũng không tăng (do bão hoà từ) làm cho U giảm nhanh (đường số 2 trên đặc tính). Đặc tính điều chỉnh: là mối quan hệ giữa dòng kích từ và dòng tải khi điện áp trên 2 cực máy phát và tốc độ là không đổi, Ikt=fItải| U=const, n=const. Phương trình cân bằng điện áp, U=Eư-Iư.RΣ ⟹Eư=U+Iư.RΣ ⟹Ko.K1.Ikt=A+Iư.RΣ ⟹Ikt=AKo.K1+RΣKo.K1Iư 5.4.6 Dựa vào phương trình mô tả quan hệ Ikt=fItải cho thấy quan hệ là một đường thẳng nhưng thực tế đặc tính không phải đường thẳng do phản ứng phần ứng trong máy khi có dòng tải. Hình 5.4.5 Đặc tính điều chỉnh của máy phát một chiều kích từ độc lập 5.4.3.2 Máy phát một chiều tự kích từ Điều kiện để máy một chiều tự kích được là: - Máy phát phải có từ dư. - Chiều quay (hoặc cách nối kích từ) phải phù hợp theo chiều tăng s.đ.đ. - Tốc độ quay máy lai phải đủ lớn. - Tổng trở trong mạch kích từ nhỏ hơn tổng trở tới hạn Rkt<Rth. Hình 5.4.6 Đặc tính V-A của mạch kích từ và đặc tính không tải Chúng ta dễ dàng nhận thấy, đặc tính V-A của mạch kích từ (giá trị điện trở mạch kích từ Rkt) phải nằm thấp hơn đặc tính không tải của máy phát. Nếu đặc tính nằm trên (điện trở kích từ Rkt lớn) thì sẽ không xảy ra quá trình tự kích tức là không hình thành được giá trị điện áp trên cực máy phát. a. Đặc tính công tác của máy phát một chiều kích từ song song Đặc tính không tải: Là quan hệ giữa s.đ.đ không tải Eo với dòng điện kích từ trong cuộn dây kích từ khi tốc độ quay của máy phát không đổi: Eo=fIkt| n=const, Itải=0. Đặc tính không tải giống như của máy phát kích từ độc lập, nhưng chỉ dựng được ở góc phần tư thứ I, không thể đảo chiều kích từ. Đặc tính không tải MF kích từ song song thấp hơn của máy kích từ độc lập do dòng Iư có cả dòng kích từ nên gây sụt áp lớn. Đặc tính tải: U=fIkt| n=const,Iư= Itải=const. Hình 5.4.7 Đặc tính tải của máy phát một chiều Đặc tính ngoài: U=fItải| n=const,Ikt=const. Giống MF kích từ độc lập, khi ngắn mạch ngoài, thực tế còn lượng Edư. Dòng ngắn mạch, Inm=EdưRΣ 5.4.7 Hình 5.4.8 Đặc tính ngoài của máy phát một chiều kích từ song song Đặc tính điều chỉnh: Ikt=fItải| U=const, n=const. Đặc tính điều chỉnh của MF1C KT song song giống như đặc tính của MF KT độc lập, vì đối với máy phát, việc điều chỉnh dòng kích từ để giữ U=const khi tải thay đổi không phụ thuộc vào dòng kích từ lấy nguồn từ đâu. Nhưng đối với MF1C KT song song, khi tải tăng, sụt áp nhiều hơn nên cần tăng dòng kích từ nhiều hơn; do đó, đặc tính dốc hơn so với MF KT độc lập. Hình 5.4.9 Đặc tính điều chỉnh của máy phát một chiều kích từ song song b. Đặc tính công tác của máy phát một chiều kích từ nối tiếp Với máy phát một chiều kích từ nối tiếp thì Itải=Iư=Ikt nên đặc tính chỉ còn đặc tính ngoài U=fItải. Hình 5.4.10 Đặc tính ngoài của máy phát một chiều kích từ song song Trên đặc tính ta thấy, điện áp máy phát thay đổi rất nhiều theo tải cho nên loại máy này ít được dùng trong thực tế. c. Đặc tính công tác của máy phát một chiều kích từ hỗn hợp MF1C KT hỗn hợp có đồng thời 2 cuộn dây quấn kích từ, và tuỳ theo cách đấu cuộn dây mà sức từ động của 2 dây quấn có thể là cùng chiều hoặc ngược chiều nhau. Trường hợp 2 cuộn đấu ngược nhau rất ít gặp trong thực tế, và chỉ áp dụng cho những mục đích đặc biệt, chẳng hạn như máy phát để hàn. Khi đấu thuận 2 cuộn dây kích từ thì cuộn song song đóng vai trò chính còn cuộn nối tiếp đóng vai trò bù lại phản ứng phần ứng và điện áp rơi trên RΣ=Ra+Rc. Đặc tính không tải: Là đặc tính không tải của máy phát kích từ song song. Đặc tính tải: U=fIkt| n=const,Iư= Itải=const. Hình 5.4.11 Đặc tính tải của máy phát một chiều kích từ hỗn hợp Đặc tính ngoài: U=fItải| n=const,Ikt=const. Với máy kích từ hỗn hợp, khi nối thuận, điện áp trên 2 đầu cực gần như không đổi (đường số 2). Trường hợp bù thừa điện áp sẽ tăng mạnh khi tải tăng. Nếu nối ngược 2 cuộn dây, khi tải tăng, điện áp giảm mạnh, độ giảm nhanh hơn máy phát kích từ song song (đường 3 và 4). Hình 5.4.12 Đặc tính ngoài của máy phát một chiều kích từ hỗn hợp Đặc tính điều chỉnh: Ikt=fItải| U=const, n=const. Đường 1 là đặc tính điều chỉnh khi nối thuận hai cuộn dây quấn kích từ và bù bình thường, đường 2 bù thừa và đường 3 là trường hợp nối ngược. Hình 5.4.13 Đặc tính điều chỉnh của máy phát một chiều kích từ hỗn hợp Bài 5 ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 5.5.1 Phân loại Dựa vào phương pháp cấp kích từ, động cơ điện một chiều cũng được phân loại giống như máy phát một chiều, gồm có: - Động cơ một chiều kích từ độc lập. - Động cơ một chiều kích từ song song. - Động cơ một chiều kích từ nối tiếp. - Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp. 5.5.2 Đặc tính cơ động cơ một chiều Phương trình cân bằng điện áp động cơ điện một chiều, U=Eư+Iư.RΣ ⟹Eư=U-Iư.RΣ hay, Ce.fkt.n=U-Iư.RΣ ⟹n=UCe.fkt-RΣCe.fktIư 5.5.1 Đường cong u=fIư là đặc tính cơ điện của động cơ một chiều. Do, Mđt=CM.fkt.Iư ⟹Iư=MđtCM.fkt Phương trình đặc tính cơ: n=UCe.fkt-RΣCM.Ce.fkt2.Mđt 5.5.2 5.5.2.1 Đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ độc lập (song song) Với động cơ kích từ độc lập (song song) thì fkt=K1.Ikt=const, cho nên có thể viết, n=no-B.Mđt 5.5.3 Với, no=UCe.fkt gọi là tốc độ không tải lý tưởng B=RΣCM.Ce.fkt2 gọi là độ nghiêng đặc tính Đặc tính là một đường thẳng trong vùng 0Iđm thì do phản ứng phần ứng làm cho đặc tính mang tính phi tuyến. Hình 5.5.1 Đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ độc lập 5.5.2.2 Đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ nối tiếp Với động cơ kích từ nối tiếp, Ikt=Iư Suy ra, Mđt=CM.fkt.Iư=CM.K1.Ikt.Iư=CM.K1.Iư2 Hay Iư=CM'.Mđt Hình 5.5.2 Đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ nối tiếp Từ phương trình đặc tính cơ tổng quát 5.5.1, ta có n=UCe.K1.Iư-RΣCe.K1.IưIư=UCe.K1.Iư-RΣCe.K1 Thay Iư vào, ta có: n=UCe.K1.CM'.Mđt-RΣCe.K1=UCM"Mđt-RΣCe.K1 ⟹n=AMđt-B 5.5.4 5.5.2.3 Đặc tính cơ động cơ một chiều kích từ hỗn hợp Phương trình đặc tính cơ động cơ một chiều: n=UCe.fkt-RΣCM.Ce.fkt2.Mđt Với động cơ kích từ hỗn hợp, có thể xảy ra các khả năng sau: a. fkt nt≡fkt // và fkt nt≫fkt // Trường hợp này, động cơ mang nặng tính của máy kích từ nối tiếp, đặc tính mềm, thay đổi theo tải rất nhiều. Tải càng tăng lớn thì tốc độ giảm nhiều. b. fkt nt≡fkt // và fkt nt≪fkt // c. fkt nt><fkt // Hình 5.5.3 Đặc tính cơ động cơ một chiều 1- Động cơ kích từ song song;