›

Giáo trình Máy điện-Khí cụ điện - Nguyễn Trọng Thắng

pdf 261 trang huongle 3670
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Máy điện-Khí cụ điện - Nguyễn Trọng Thắng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_may_dien_khi_cu_dien_nguyen_trong_thang.pdf

Nội dung text: Giáo trình Máy điện-Khí cụ điện - Nguyễn Trọng Thắng

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN 0 GVC-ThS.NGUYỄN TRỌNG THẮNG GV-ThS.TRẦN PHI LONG GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN-KHÍ CỤ ĐIỆN TP. HCM Tháng 12 / 2005
  2. Truong DH SPKT TP. HCM LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình MÁY ĐIỆN-KHÍ CỤ ĐIỆN nhằm giúp sinh viên bậc đại học hoặc cao đẳng ngành Công nghệ Điện- Điện tử, Công nghệ Điện tử –Viễn thông của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM làm tài liệu học tập cũng có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Điện Công Nghiệp, Điện Tự Động và các ngành khác liên quan đến lĩnh vực điện-điện tử. Giáo trình Máy điện- Khí cụ điện trình bày những lý thuyết cơ bản về: cấu tạo; nguyên lý làm việc; các quan hệ điện từ; các đặc tính cũng như các hiện tượng vật lý xảy ra trong: Máy điện một chiều; Máy biến áp; Máy điện không đồng bộ, Máy điện đồng bộ và các khí cụ điện thông dụng. Để giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức môn học, giáo trình trình bày nội dung một cách ngắn gọn, cơ bản. Ở mỗi chương có ví dụ minh họa, câu hỏi và bài tập để sinh viên có thể hiểu sâu hơn những vấn đề mình đã học. Các tác gỉa Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  3. Truong DH SPKT TP. HCM Trang PHẦN 1: MÁY ĐIỆN 1 CHƯƠNG I: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 2 § 1.1. Đại cương về máy điện một chiều 2 § 1.2. Các quan hệ điện từ trong máy điện một chiều 7 § 1.3. Máy phát điện một chiều 15 § 1.4. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 32 CHƯƠNG II: MÁY BIẾN ÁP 43 § 2.1. Đại cương về máy biến áp 43 § 2.2. Tổ nối dây và mạch từ của máy biến áp 54 § 2.3. Các quan hệ điện từ trong máy biến áp 67 § 2.4. Máy biến áp làm việc ở tải xác lập đối xứng 85 CHƯƠNG III: CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG CỦA MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 98 § 3.1. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều 98 § 3.2. Dây quấn máy điện xoay chiều 106 § 3.3. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều 115 CHƯƠNG IV: MÁYBan ĐIỆN quyen KHƠNG © Truong ĐỒNG DH Su BỘ pham 126 Ky thuat TP. HCM § 4.1. Đại cương về máy điện khơng đồng bộ 126 § 4.2. Quan hệ điện từ trong máy điện khơng đồng bộ 130 § 4.3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ khơng đồng bộ 158 CHƯƠNG V: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 172 § 5.1. Đại cương về máy điện đồng bộ 172 § 5.2. Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ 178 § 5.3. Máy phát điện đồng bộ 189 § 5.4. Mở máy và điều chỉnh cơng suất phản kháng của động cơ đồng bộ 204 PHẦN 2: KHÍ CỤ ĐIỆN 208 CHƯƠNG I: MẠCH TỪ VÀ SỰ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ 209 § 1.1. Khái niệm chung 209 § 1.2. Từ dẫn trong khe hở khơng khí 213 § 1.3. Nam châm điện từ một chiều 215 § 1.4. Nam châm điện từ xoay chiều 218 § 1.5. Nam châm vĩnh cửu 222 § 1.6. Lực điện động 226 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  4. Truong DH SPKT TP. HCM CHƯƠNG II: CÁC LOẠI KHÍ CỤ ĐIỆN THƠNG DỤNG 233 § 2.1. Contactor 233 § 2.2. Cầu chì bảo vệ 237 § 2.3. Aptomat 241 § 2.4. Thiết bị chống dịng điện rị 248 § 2.5. Relay dịng điện 251 § 2.6. Relay điện áp 252 § 2.7. Relay trung gian 253 § 2.8. Relay thời gian 254 § 2.9. Relay tốc độ 255 Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  5. Truong DH SPKT TP. HCM PHẦN 1 : MÁY ĐIỆN Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM 1 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  6. Truong DH SPKT TP. HCM CHƯƠNG 1 : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU § 1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng. Nĩ cĩ thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện Động cơ điện một chiều cĩ đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy được dùng nhiều trong những ngành cơng nghiệp cĩ yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ Máy phát điện một chiều dùng làm nguồn điện cho động cơ điện một chiều, làm nguồn điện một chiều kích thích từ trong máy điện đồng bộ, dùng trong cơng nghiệp mạ điện Nhược điểm của máy điện một chiều : Giá thành đắt, sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo và bảo quản cổ gĩp phức tạp I. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU: Kết cấu của máy điện một chiều cĩ thể phân thành 2 phần chính là : phần tĩnh và phần quay . 1.Phần tĩnh (stato): Đây là phần đứng yên của máy gồm các bộ phận chính sau: a.Cực từ chính: Là bộ phận sinh ra từ trường gồm cĩ lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngồi lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và tán Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM chặt . Trong máy điện nhỏ cĩ thể dùng thép khối . Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulơng. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành 1 khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ . Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này được nối nối tiếp với nhau . Hình 1-1. Cực từ chính b. Cực từ phụ: Được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ cĩ đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ bulơng. 2 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  7. Truong DH SPKT TP. HCM c. Gơng từ: Dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong máy điện vừa và nhỏ thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc . d. Các bộ phận khác: - Nắp máy : Bảo vệ máy khỏi bị những vật ngồi rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an tồn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện vừa và nhỏ, nắp máy cĩ tác dụng làm giá đỡ ổ bi . Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM - Cơ cấu chổi than : Để đưa dịng điện từ phần quay ra ngồi. Cơ cấu chổi than gồm cĩ chổi than đặt trong hộp chối than và nhờ 1 lị xo tì chặt lên cổ gĩp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than cĩ thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại. 3 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  8. Truong DH SPKT TP. HCM 2. Phần quay ( rơto ): Gồm các bộ phận sau : a. Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng ở 2 mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dịng điện xốy gây nên. Trên lá thép cĩ dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. Trong những máy cỡ trung trở nên, người ta cịn dập những lỗ thơng giĩ để khi ép lại thành lõi sắt cĩ thể tạo được những lỗ thơng giĩ dọc trục . Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt chia thành từng đoạn nhỏ. Giữa các đoạn ấy cĩ để 1 khe hở gọi là khe thơng giĩ ngang trục. Khi máy làm việc, giĩ thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt . Trong máy điện nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt cĩ đặt giá rơto. Dùng giá rơto cĩ thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rơto . b. Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra sức điện động và cĩ dịng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng cĩ bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ dùng dây cĩ tiết diện trịn. Trong máy điện vừa và lớn dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép . Để tránh khi quay bị văng ra do sức ly tâm, ở miệng rãnh cĩ dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm cĩ thể làm bằng tre, gỗ hay bakêlit . 4 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  9. Truong DH SPKT TP. HCM Hình 1-7. Mặt cắt rãnh phần ứng c. Cổ gĩp: Dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành 1 chiều . Cổ gĩp gồm nhiều phiến đồng cĩ đuơi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành 1 trụ trịn. Hai đầu trụ trịn dùng 2 vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ trịn cũng cách điện bằng mica. Đuơi vành gĩp cĩ cao hơn lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến gĩp được dễ dàng . Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 1- 8. Cổ gĩp. d. Các bộ phận khác : - Cánh quạt : Để quạt giĩ làm nguội máy. - Trục máy : Trên đĩ đặt lõi sắt phần ứng, cổ gĩp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt . 2. Các trị số định mức: Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã quy định. Chế độ đĩ được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức. - Cơng suất định mức Pđm ( KW hay W) - Điện áp định mức Uđm (V) - Dịng điện định mức Iđm (A) - Tốc độ định mức nđm ( vg/ph) - Hiệu suất định mức  đm 5 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  10. Truong DH SPKT TP. HCM CÂU HỎI 1. Tại sao lõi sắt phần ứng phải làm bằng thép kỹ thuật điện ? Tại sao vỏ máy một chiều khơng dùng gang là vật liệu rẻ tiền và dễ đúc ? 2. Ý nghĩa của trị số cơng suất định mức ghi trên nhãn máy ? Cơng suất định mức ghi trên động cơ điện là cơng suất cơ đầu trục hay cơng suất điện đưa vào động cơ điện ? 3. Các bộ phận chính của máy điện một chiều và cơng dụng của các bộ phận đĩ ? Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM 6 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  11. Truong DH SPKT TP. HCM § 1.2 CÁC QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU. I. Sức điện động cảm ứng trong dây quấn máy điện một chiều: Cho dịng điện kích thích vào dây quấn kích thích thì trong khe hở sẽ sinh ra từ thơng. Khi phần ứng quay với một tốc độ nhất định nào đĩ thì trong dây quấn sẽ cảm ứng một sức điện động. Sức điện động đĩ phụ thuộc vào từ thơng dưới mỗi cực từ, tốc độ của máy, số thanh dẫn của dây quấn và kiểu dây quấn . Vì dây quấn cĩ 2a mạch nhánh ghép song song nên sức điện động của dây quấn bằng sức điện động cảm ứng trên một mạch nhánh, nghĩa là bằng tống s.đ.đ của các thanh dẫn nối tiếp trong mạch nhánh đĩ . Sức điện động trung bình cảm ứng trong thanh dẫn cĩ chiều dài tác dụng l, chuyển động trong từ trường với tốc độ v bằng : etb = Btb.l.v ( 1-1) D. n n Tốc độ quay : v = 2p 60 60  Btb =  .l Trong đĩ : Btb : từ cảm trung bình trong khe hở D : đường kính ngồiBan phần quyen ứng © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM  : bước cực p : số đơi cực n : tốc độ quay phần ứng  : từ thơng khe hở dưới mỗi cực Thế vào biểu thức (1-1) ta cĩ : n etb = 2p ( 1-2)  60 Gọi N là tổng số thanh dẫn của dây quấn thì mỗi mạch nhánh song song cĩ N/2a thanh dẫn nối tiếp nhau và như vậy s.đ.đ của máy bằng : N p. N Eư = e n C  n ( V) ( 1-3) 2a tb60a  e  Trong đĩ :  ( Wb). n ( vg/ph). p. N Ce = : hệ số phụ thuộc vào kết cấu của máy và dây quấn 60a Chiều của Eư phụ thuộc vào chiều  và n và được xác định theo quy tắc bàn tay phải ( hình 1- 9 ). 7 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  12. Truong DH SPKT TP. HCM Hình 1-9. Xác định s.đ.đ phần ứng và mơmen điện từ trong máy phát điện một chiều Sự phân tích trên dựa trên giả thiết dây quấn bước đủ, s.đ.đ trên các thanh dẫn của phần tử đều cộng số học với nhau. Nếu là bước ngắn thì s.đ.đ của các thanh dẫn của một phần tử sẽ cộng véctơ nên s.đ.đ của cả phần tử sẽ nhỏ hơn so với phần tử bước đủ và như vậy s.đ.đ phần ứng cũng nhỏ đi một ít. Nhưng vì trong máy điện 1 chiều khơng cho phép bước ngắn lớn nên ảnh hưởng ít ( thường là khơng xét đến khi tính s.đ.đ ). II. Mơmen điện tử và cơng suất: Khi máy điện làm việc, trong dây quấn phần ứng sẽ cĩ dịng điện chạy qua. Tác dụng của từ trường lên dây dẫn cĩ dịngBan điện quyen sẽ sinh © Truong ra mơmen DH điệnSu pham từ trên Ky trục thuat máy. TP. HCM Giả thiết ở một chế độ làm việc nào đĩ của máy điện một chiều, từ trường và dịng điện phần ứng ở dưới 1 cực như hình : Theo quy tắc bàn tay trái mơmen điện từ do lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn cĩ chiều từ phải sang trái . Lực diện từ tác dụng lên từng thanh dẫn bằng : f = Btbl.iư (1- 4) 8 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  13. Truong DH SPKT TP. HCM I Nếu tổng số thanh dẫn của dây quấn bằng N, dịng điện trong mạch nhánh i = ư ư 2a thì mơmen điện từ tác dụng lên dây quấn phần ứng bằng : I D MB= ư l. N ( 1-5) tb 2a 2 Trong đĩ : Btb : từ cảm trung bình trong khe hở Iư : dịng diện phần ứng a : số đơi mạch nhánh l: chiều dài tác dụng của thanh dẫn D : đường kính ngồi phần ứng 2p  Ta cĩ : D = , Btb = l pN => M =  Iư = CM  Iư ( N.m) (1-6) 2 a   1 pN => M =  Iư ( kG.m) ( 1-7) 9,81 2 a  Trong đĩ :  : từ thơng dưới mỗi cực tính bằng Wb p. N C : hệ số phụBan thuộc quyen vào © kếtTruong cấu củaDH Sumáy pham điện Ky thuat TP. HCM M 2 .a Trong máy phát điện, khi quay máy theo một chiều nhất định trong từ trường thì trong dây dẫn sinh ra s.đ.đ mà chiều được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Khi cĩ tải thì dịng điện sinh ra sẽ cùng chiều với s.đ.đ nên mơmen điện từ sinh ra sẽ ngược chiều với chiều quay của máy. Vì vậy ở máy phát điện, mơmen điện từ là mơmen hãm ( hình 1-10). Trong động cơ điện, khi cho dịng điện vào phần ứng thì dưới tác dụng của từ trường, trong dây quấn sẽ sinh ra mơmen điện từ kéo máy quay, vì vậy chiều quay của máy trùng với chiều quay của mơmen ( hình 1-10). Cơng suất ứng với mơmen điện từ lấy vào ( máy phát ) hay đưa ra ( động cơ ) gọi là cơng suất điện từ và bằng : Pđt = M ( 1-8 ) Trong đĩ : M : momen điện từ 2 .n  = : tốc độ gĩc phần ứng 60 Thay vào cơng thức ( 1-5 ) ta được : p. N 2 n pN Pđt = M =  Iư n  Iư = Eư.Iư ( W) ( 1- 9 ) 2 a 60 60a  9 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  14. Truong DH SPKT TP. HCM Như vậy, trong máy phát điện cơng suất điện từ đã chuyển cơng suất cơ M thành cơng suất điện EưIư. Ngược lại, trong động cơ điện cơng suất điện từ đã chuyển cơng suất điện Eư Iư thành cơng suất cơ M . III. Quá trình năng lượng và các phương trình cân bằng: 1. Tổn hao trong máy điện một chiều: a. Tổn hao pcơ : Gồm tổn hao bi, tổn hao ma sát chổi than với vành gĩp, tổn hao do thơng giĩ, tổn hao này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ quay của máy và làm cho ổ bi, vành gĩp nĩng lên . b.Tổn hao sắt pFe : Do từ trễ và dịng điện xốy trong lõi thép gây nên. Tổn hao này phụ thuộc vào vật liệu, chiều dày của tấm thép, trọng lượng lõi thép, từ cảm và tần số f . Khi lõi thép đã định hình thì tổ hao thép tỉ lệ với f(1,2  1,6) và B2 . Hai loại tổn hao trên khi khơng tải đã tồn tại nên gọi là tổn hao khơng tải : P0 = pcơ + pFe ( 1-10) Tổn hao cơ và sắt sinh ra mơmen hãm và mơmen này tồn tại khi khơng tải nên gọi là mơmen khơng tải M0 . P0 M0 = ( 1-11)  với  là tốc độ gĩc của rơto. c. Tổn hao đồng pcu : Tổn hao đồng trong mạch phần ứng pCu.ư và tổn hao đồng trong mạch kích thích pCu.t 2 Tổn hao đồng trong mạch phần ứng bao gồm tổn hao đồng trong dây quấn phần ứng Iư rư ; tổn 2 hao đồng trong dây quấn cực từ phụ Iư rf ; tổn hao tiếp xúc giữa chổi than và vành gĩp ptx. Thường với chổi than graphit điện áp giáng trên chỗ tiếp xúc của hai chổi than 2 U tx = 2 V nên ptx = 2 Iư . 2 Hiện nay thường gộp tất cả các tổn hao đồng trên phần ứng lại và viết dưới dạng pư = Iư Rư với R = r + r + r bao gồm điện trở dây quấn phần ứng r , điện trở dây quấn phụ r , điện trở tiếp ư ư f tx Ban quyen © Truong DH Su phamư Ky thuat TP. HCM f xúc chổi than rtx . Tổn hao đồng trong mạch kích thích gồm tổn hao đồng của dây quấn kích thích và tổn hao đồng của điện trở điều chỉnh trong mạch kích thích. Vì vậy pCu.t = UtIt , với Ut là điện áp đặt trên mạch kích thích; It là dịng điện kích thích. d. Tổn hao phụ pf : Tổn hao phụ trong thép cĩ thể do từ trường phân bố khơng đều trên bề mặt phần ứng, các bulơng ốc vít trên phần ứng làm từ trường phân bố khơng đều trong lõi sắt, ảnh hưởng của răng, rãnh làm từ trường đập mạch sinh ra . Tổn hao trong đồng cĩ thể do quá trình đổi chiều làm dịng điện trong phần tử thay đổi, dịng điện phân bố khơng đều trên bề mặt chổi than làm tổn hao tiếp xúc lớn, từ trường phân bố khơng đều trong rãnh làm cho trong dây dẫn sinh ra dịng điện xốy, tổn hao trong dây nối cân bằng sinh ra. Trong máy điện 1 chiều pf tương đối khĩ tính, thường lấy bằng 1% cơng suất định mức . 2. Quá trình năng lượng trong máy điện một chiều và các phương trình cân bằng: a. Máy phát điện: Máy phát điện biến cơ năng thành điện năng nên máy do một động cơ sơ cấp bất kỳ kéo quay với một tốc độ nhất định . Giả thiết cơng suất kích từ do một máy khác cung cấp nên khơng tính vào cơng suất đưa từ động cơ sơ cấp vào máy phát điện. Cơng suất cơ đưa vào P1, tiêu hao đi một phần để bù vào tổn hao cơ pcơ và tổ hao sắt pFe, cịn đại bộ phận biến đổi thành cơng suất điện từ Pđt . Ta cĩ : 10 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  15. Truong DH SPKT TP. HCM P1 = Pđt +( pcơ + pFe ) = Pđt + Po (1-12) Pđt = Eư Iư (1-13) Khi cĩ dịng điện chạy trong dây dẫn thì cĩ tổn hao đồng nên cơng suất điện đưa ra P2 bằng : 2 P2 = Pđt – pcu = EưIư - Iư Rư = UIư ( 1-14) Giản đồ năng lượng : Hình 1-11. Giản đồ năng lượng của máy phát điện một chiều. Chia 2 vế của phương trình trên với Iư ta được : U = Eư - IưRư ( 1-15) Đây là phương trình cân bằng s.đ.đ của máy phát điện 1 chiều Cĩ thể viết cơng suất đưa vào, cơng suất khơng tải và cơng suất điện từ theo dạng mơmen nhân với tốc độ gĩc và như vậy cơng thức ( 1- 12) viết thành : M1 = M0  + M Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Chia 2 vế cho  ta được : M1 = M0 + M ( 1-16) Đây là phương trình cân bằng mơmen của máy phát điện 1 chiều Trong đĩ : M1 là mơmen đưa vào M là mơmen điện từ M0 là mơmen khơng tải b. Động cơ điện: Động cơ điện lấy cơng suất điện vào và truyền cơng suất cơ ra đầu trục Cơng suất điện mà động cơ nhận được từ lưới vào bằng : P1 = UI = U(Iư + It ) ( 1-17) Trong đĩ : I = Iư + It là dịng điện từ lưới điện vào ( Iư là dịng điện vào phần ứng, It là dịng điện kích thích ) . U là điện áp ở đầu cực máy Cơng suất P1, một phần cung cấp cho mạch kích thích UIt cịn phần lớn đi vào phần ứng UIư , tiêu hao một ít trên dây quấn đồng trên mạch phần ứng pCu.ư , cịn đại bộ phận là cơng suất điện từ Pđt . P1 = pCu.ư + pCu.t + Pđt ( 1-18) 11 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  16. Truong DH SPKT TP. HCM Cơng suất điện từ sau khi chuyển thành cơng suất cơ thì cịn tiêu hao một ít để bù vào tổn hao cơ pcơ và tổn hao sắt pFe ( gọi chung là tổn hao khơng tải Po ). Phần cịn lại là cơng suất đưa ra ở đầu trục P2 = M2  . Pđt = pcơ + pFe + P2 = P0 + P2 ( 1- 19) Giản đồ năng lượng như hình : Từ cơng thức ( 1-17 ) và ( 1-18 ) ta cĩ cơng suất điện trong mạch phần ứng bằng : 2 UIư = Pđt + pCu.ư = EưIư + Iư Rư (1-20) Chia 2 vế cho Iư ta được : U = Eư + IưRư ( 1-21) Đây là phương trình cân bằng s.đ.đ của động cơ điện 1 chiều Từ cơng thức (1-19) ta cĩ thể viết : Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM M = M0  + M2  ( 1-22) Chia 2 vế cho  ta được : M = M0 + M2 ( 1-23) Đây là phương trình cân bằng mơmen của động cơ điện 1 chiều Với : M2 là mơmen đưa ra đầu trục máy M0 là mơmen khơng tải IV. TÍNH CHẤT THUẬN NGHỊCH TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU: Máy điện 1 chiều cĩ thể dùng làm máy phát điện, cũng cĩ thể dùng làm động cơ điện. Trong máy phát điện, chiều của mơmen điện từ và tốc độ quay ngược nhau, cịn dịng điện và s.đ.đ cùng chiều . Trong động cơ điện thì mơmen và tốc độ quay cùng chiều cịn dịng điện và s.đ.đ ngược chiều nhau. Vì vậy chỉ cần cĩ điều kiện khách quan khác nhau thì máy sẽ cĩ tính chất làm việc khác nhau. Giả sử máy đang làm việc ở trạng thái máy phát : E ư U I ư nghĩa là Eư > U . Máy sinh ra điện từ hãm . Rư Nếu ta giảm từ thơng  hoặc tốc độ n để giảm Eư xuống một cách thích đáng thì Eư sẽ nhỏ hơn U và dịng điện Iư sẽ đổi chiều, Eư và Iư ngược chiều nhau. Do chiều của từ thơng  khơng đổi nên 12 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  17. Truong DH SPKT TP. HCM mơmen điện từ ( M = CM  Iư ) sẽ đổi dấu, nghĩa là M và n cùng chiều và mơmen điện từ đĩ đã từ mơmen hãm thành mơmen quay. Máy đã chuyển từ máy phát điện sang động cơ điện. Đây là tính chất thuận nghịch của máy điện. Tách động cơ sơ cấp ra ta sẽ được 1 động cơ điện một chiều thơng thường. VÍ DỤ Ví dụ 1: Một máy phát điện 1 chiều lúc quay khơng tải ở tốc độ n = 1000 vg/ph thì s.đ.đ phát ra bằng E0 = 222 V . Hỏi lúc khơng tải muốn phát ra s.đ.đ định mức E0.đm = 220 V thì tốc độ no.đm bằng bao nhiêu khi giữ dịng điện kích từ khơng đổi ? Giải Giữ dịng điện kích từ khơng đổi nghĩa là từ thơng  khơng đổi Theo cơng thức ( 1-3) ta cĩ : E C n n o =e = E o đm Ce n o đmn o đm Khi Eo.đm = 220 V thì : E o. đm 220 no.đm = n. = 1000. 990 vg/ph E o 222 Ví dụ 2 : Một động cơ điện 1 chiều kích thích song song, cơng suất định mức Pđm = 5,5 kW, Uđm = 110 V, Iđm = 58 A Ban( tổng quyen dịng © Truongđiện đưa DH vào Su baopham gồm Ky dịngthuat điệnTP. HCMphần ứng Iư và kích từ It, nđm = 1470 vg/ph. Điện trở phần ứng Rư = 0,15  , điện trở mạch kích từ rt = 137  , điện áp giáng trên chổi than 2 U tx = 2 V. Hỏi s.đ.đ phần ứng, dịng điện phần ứng và mơmen điện từ ? Giải Dịng điện kích từ : U 110 It = = 8,0 A rt 137 Dịng điện phần ứng : Iư = Iđm – It = 58 – 0,8 = 57,2 A Sức điện động phần ứng : Eư = U – IưRư - 2 U tx = 110 – ( 57,2 . 0,15 ) – 2 = 99,4 V Mơmen điện từ : E I E I 99,4.57,2 M = ư ư ư ư 36,9N.m  2 n 2 .1470 60 60 Nếu tính ra kG.m thì : 36,9 M = 3,76 kG.m 9,81 13 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  18. Truong DH SPKT TP. HCM CÂU HỎI 1. Sức điện động trong máy điện 1 chiều phụ thuộc vào những yếu tố nào ? 2. Phân tích giản đồ năng lượng của máy phát và động cơ điện 1 chiều , từ đĩ đưa ra các quan hệ về cơng suất, mơmen, dịng điện và s.đ.đ ? BÀI TẬP 1. Một động cơ điện 1 chiều kích thích song song cĩ các số liệu sau : Uđm = 220 V, Rư = 0,4  , Iđm = 52 A , rt = 110  và tốc độ khơng tải no = 1100 vg/ph . Hãy tìm : - Sức điện động phần ứng lúc tải định mức - Tốc độ lúc tải định mức - Cơng suất điện từ và mơmen điện từ lúc tải định mức Khi phân tích bỏ qua dịng điện khơng tải . Đáp số : Eư.đm = 200 V nđm = 1000 vg/ph Pđt = 10 kW , Mđt = 95,5 N.m 2. Một động cơ điện 1 chiều kích thích song song cĩ các số liệu sau : Pđm = 96 kW, Uđm = 440 V, Iđm = 5 A, It = 5 A, nđm = 500 vg/ph, Rư = 0,078  . Tính : -Mơmen định mức ở đầu trục M2 -Mơmen điện từ khi dịng điện định mức Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM -Tốc độ quay lúc khơng tải ký tưởng ( I = 0) Đáp số : M2 = 1833,5 N.m Mđt = 2007,7 N.m no = 523 vg/ph 3. Một máy phát điện kích thích ngồi cĩ Uđm = 220 V , nđm = 1000vg/ph . Biết rằng ở tốc độ n = 750 vg/ph thì s.đ.đ lúc khơng tải Eo = 176 V. Hỏi s.đ.đ và dịng điện phần ứng lúc tải định mức của máy là bao nhiêu, biết điện trở phần ứng Rư = 0,4  . Đáp số : Eư.đm = 234,6 V Iư.đm = 36,5 A 14 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  19. Truong DH SPKT TP. HCM § 1.3 MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU I. ĐẠI CƯƠNG: Trong nền kinh tế quốc dân, nhiều ngành sàn xuất như luyện kim, hố chất, giao thơng vận tải địi hỏi phải dùng nguồn điện một chiều, và ngày nay vẫn khơng thể thay thế được dịng điện một chiều mặc dù việc dùng dịng điện xoay chiều trong cơng nghiệp đã rất phổ biến. Thơng thường để cĩ nguồn điện một chiều cĩ thể dùng các máy phát điện một chiều quay bằng các động cơ sơ cấp như động cơ điện xoay chiều, động cơ đốt trong, tuabin Hình 1-13. Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện một chiều a. MáyBan phát quyen điện © Truongmột chiều DH kích Su pham thích độcKy thuat lập TP. HCM b.Máy phát điện một chiều kích thích song song c. Máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp d. Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp Tùy theo cách kích thích cực từ chính, máy phát điện một chiều được phân loại như sau : 1. Máy phát điện một chiều kích thích độc lập : Bao gồm máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu và máy phát kích thích điện từ. Loại đầu chỉ được chế tạo với cơng suất nhỏ. Loại thứ hai cĩ dây quấn kích thích lấy dịng điện từ ắcquy, lưới điện một chiều hoặc máy phát điện một chiều phụ và được dùng nhiều trong các trường hợp cần điều chỉnh điện áp trong phạm vi rộng, cơng suất lớn, điện áp thấp (4 24)V hoặc điện áp cao trên 600 V. 2.Máy phát điện một chiều tự kích thích : Cĩ dịng điện kích thích lấy từ bản thân máy phát điện. Tuỳ theo cách nối các dây quấn kích thích, ta cĩ : Máy phát điện một chiều kích thích song song Máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp Trong mọi trường hợp, cơng suất kích thích chiếm (0,3  5) % cơng suất định mức của máy. Theo hình (1-13) ta thấy rằng ở các máy phát kích thích song song và kích thích hỗn hợp I= Iư – It cịn ở máy phát kích thích nối tiếp I = Iư = It . 15 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  20. Truong DH SPKT TP. HCM II. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU Máy phát điện một chiều cĩ 4 đại lượng đặc trưng là U, Iư , It và n . Trừ tốc độ n được động cơ sơ cấp giữ khơng đổi, ba đại lượng cịn lại : U, Iư , It là những đại lượng biến thiên cĩ liên hệ chặt te chẽ với nhau . Với 3 đại lượng đĩ cĩ thể thành lập 3 mối quan hệ cơ bản : U = f(Iư) khi It = C ; U = te te f(It) khi Iư = C và Iư = f(It) khi U = C . Dựa vào đĩ, khi nghiên cứu máy phát điện một chiều ta cĩ các đặc tính sau đây : te 1) Đặc tính khơng tải Uo = Eo = f(It) khi I= 0, n= C . te 2) Đặc tính ngắn mạch In = f(It) khi U= 0 , n= C . te te 3) Đặc tính ngồi U = f(I) khi It = C , n= C . te te 4) Đặc tính tải U = f(It) khi Iư = C , n= C . te te 5) Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi U = C , n= C . Trong năm đặc tính trên thì đặc tính khơng tải là trường hợp đặc biệt của đặc tính tải khi Iư = 0 và đặc tính ngắn mạch là trường hợp đặc biệt của đặc tính điều chỉnh khi U=0 . Tất cả 5 đặc tính đĩ đều cĩ thể thành lập được bằng thí nghiệm trực tiếp trên máy phát điện. Tuy nhiên trong một số trường hợp, để đơn giản chỉ cần làm 2 thí nghiệm khơng tải và ngắn mạch, sau đĩ dựa vào tam giác đặc tính để suy ra 3 đặc tính cịn lại. Dưới đây ta sẽ nghiên cứu chung các đặc tính khơng tải, đặc tính ngắn mạch và cách thành lập tam giác đặc tính của các loại máy phát điện. Vì về cơ bản chúng khơng cĩ gì khác nhau. Cịn các đặc tính làm việc bao gồm đặc tính ngồi và đặc tính điều chỉnh sẽ được nghiên cứu riêng biệt đối với từng loại máy . te Đặc tính khơng tải Uo = Eo = f(It) khi I = 0, n = C . Làm thí nghiệm cho máyBan phátquyen điện © Truong làm việc DH ở Su tốc pham độ n Ky khơng thuat đổi TP. , cầuHCM dao để hở mạch khơng nối với tải bên ngồi ( I = 0 ), đo các trị số It và U tương ứng ta sẽ cĩ đặc tính khơng tải . Cần chú ý rằng, đối với máy phát điện kích thích độc lập, do cĩ thể đổi chiều dịng điện kích thích nên ta cĩ thể vẽ được tồn bộ chu trình trễ đối xứng ABA’B’A giữa hai trị số giới hạn của dịng điện kích thích Itm ứng với điện áp cỡ ( 1,15 1,25)Uđm . Hình 1-14. Đặc tính khơng tải của máy phát điện một chiều. Đối với máy phát điện tự kích thích, do cực tính ở đấu máy ( chổi than ) là cố định và khơng thể thực hiện được – It nên ta chỉ cĩ thể vẽ được chu trình phụ ABA giữa + Itm và 0 . 16 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  21. Truong DH SPKT TP. HCM Đoạn OB trên hình (1-14) là s.đ.đ ứng với từ dư trong mạch từ của máy. S.đ.đ này rất nhỏ, thường bằng 2 3% Uđm nên ta cĩ thể bỏ qua, vì vậy đặc tính khơng tải của máy phát điện một chiều là đường trung bình đi qua gốc toạ độ AOA’ biểu thị bằng đường đứt nét. Đĩ cũng chính là đường cong từ hố của máy phát điện suy ra được khi tính tốn mạch từ của máy lúc khơng tải . te Đặc tính ngắn mạch In = f(It) khi U= 0 , n= C . Iư 2 1 It Hình 1-15. Đặc tính ngắn mạch của máy phát điện một chiều Trước hết cần chú ý rằng để cĩ đặc tính ngắn mạch tất cả các loại máy phát điện một chiều đều phải được kích thích độc lập. Nếu đem nối ngắn mạch các chổi than và cho máy phát điện làm việc ở tốc độ khơng đổi rồi đo các trị số It và I tương ứng ta được đặc tính ngắn mạch. Khi ngắn mạch : Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM U = Eư - IưRư = 0 => Eư = IưRư Do Rư rất nhỏ, mặt khác phải giữ cho dịng điện I khỏi lớn quá trị số (1,25 1,5)Iđm nên Eư rất nhỏ và dịng điện kích thích It tương ứng cũng rất nhỏ . Vì It nhỏ nên mạch từ của máy khơng bão hồ te (  = C ) , Eư  It do đĩ I  It và đặc tính ngắn mạch là một đường thẳng. Nếu máy đã được khử từ dư thì đường thẳng này đi qua gốc toạ độ ( đường 1 trên hình 1-15 ). Nếu máy chưa được khử từ dư ta sẽ cĩ đường 2 . Để cĩ đặc tính ngắn mạch tiêu chuẩn ta vẽ đường thẳng song song với đường 2 qua gốc tọa độ . Tam giác đặc tính Nếu thành lập tam giác đặc tính trên hệ tọa độ chung cĩ trục hồnh It , ta vẽ các đặc tính khơng tải ( đường 1 ) và đặc tính ngắn mạch (đường 2) như hình (1-16) . Hình 1-16. Xây dựng tam giác đặc tính trong trường hợp phản ứng phần ứng khử từ 17 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  22. Truong DH SPKT TP. HCM Giả sử rằng khi ngắn mạch trong phần ứng cĩ dịng điện Iđm tương ứng với dịng điện kích thích It = OC. Dịng điện kích thích dành một phần OD để sinh ra s.đ.đ khắc phục điện áp rơi trên điện trở phần ứng IđmRư = AD = BC ; phần cịn lại DC = AB dùng để khắc phục phản ứng phần ứng lúc ngắn mạch. Tam giác ABC gọi là tam giác đặc tính cĩ cạnh BC tỉ lệ với dịng điện phần ứng I và cạnh AB trong điều kiện mạch từ khơng bão hồ tỉ lệ với phản ứng phần ứng ( nghĩa là cùng tỉ lệ với dịng điện I ) . Độ lớn của cạnh AB phụ thuộc vào loại máy và lớn nhất ở máy điện 1 chiều khơng cĩ dây quấn bù và cực từ phụ. Ở máy cĩ dây quấn bù và cực từ phụ thì phản ứng phần ứng hầu như bị triệt tiêu ( cạnh AB 0 ). Ở máy điện 1 chiều kích thích hỗn hợp, dây quấn nối tiếp cĩ tác dụng trợ từ và nếu s.t.đ của nĩ lớn hơn AB , nghĩa là ngồi phần s.t.đ triệt tiêu ảnh hưởng của phản ứng cịn s.t.đ để trợ từ thì cạnh AB sẽ nằm về phía bên phải của BC ( hình 1-17 ) . BanHình quyen 1-17. © Truong Xây dựng DH Su tam pham giác Ky đặc thuat tính TP. HCM trong trường hợp phản ứng phần ứng trợ từ 1. Đặc tính làm việc của máy phát điện một chiều kích thích độc lập te te a. Đặc tính ngồi U = f(I) khi It = C , n= C . Khi I tăng, điện áp rơi trên dây quấn phần ứng tăng. Mặt khác, do phản ứng phần ứng tăng theo I nên s.đ.đ E giảm. Kết quả là điện áp U đầu máy phát điện giảm xuống. Dạng của đặc tính ngồi của máy phát điện kích thích độc lập được trình bày trên hình (1-18) . Hình 1-18. Đặc tính ngồi của máy phát điện một chiều kích thích độc lập 18 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  23. Truong DH SPKT TP. HCM Hiệu số điện áp lúc khơng tải và lúc tải định mức với điều kiện dịng điện kích từ bằng dịng điện kích từ định mức được quy định là độ biến đổi điện áp định mức : UUo đm U đm %= 100 U đm Ở máy phát điện một chiều kích thích độc lập Uđm = 5 ÷ 15% . Như đã nĩi ở trên, đặc tính ngồi cĩ thể cĩ được bằng thí nghiệm trực tiếp hoặc bằng phương pháp gián tiếp dựa vào đặc tính khơng tải và tam giác đặc tính như trình bày trên hình (1-19). Hãy te cho đặc tính khơng tải của máy và đoạn OP = It = C , đoạn PP’ ứng với It đã cho biểu thị điện áp U = Eư lúc khơng tải Eo ( I = 0 ) và xác định điểm xuất phát D của đặc tính ngồi. Đặt tam giác ABC cĩ cạnh AB, BC theo tỉ lệ ứng với I= Iđm sao cho điểm A nằm trên đặc tính khơng tải và cạnh BC trên đường thẳng đứng PP’ thì đoạn PC sẽ là điện áp khi I = Iđm và tương ứng ta cĩ điểm D’ vẽ ở gĩc phần tư thứ hai . Để chứng minh ta thấy rằng, nếu U = PC thì Eư = U + IđmRư = PC+ CB = BP = AQ . Lúc khơng tải để cĩ Eư = AQ cần cĩ dịng điện kích thích từ It (o) = OQ ; khi cĩ tải định mức phải tăng dịng điện kích thích lên một lượng It = QP = AB để bù lại sự khử từ của phản ứng phần ứng. Tồn dịng điện kích thích lúc này đúng là : It = It (o) + It = OQ + QP = OP như đã cho trước . 1 Nếu I = Iđm thì tam giác đặc tính cĩ các cạnh bằng một nửa cạnh của tam giác ABC. Cũng 2 làm như trên ta sẽ xác định được điểm D’’. Tiếp tục theo trình tự trên, ta xác định được một số điểm khác ứng với các trị số khácBan nhau quyen của © Truongdịng điện DH I.Su Nối pham các Ky điểm thuat D, TP.D’, HCMD’’ lại ta được đặc tính te te ngồi U = f(I) khi It = C , n = C . Trên thực tế do ảnh hưởng của bão hồ, khi I tăng và U giảm, cạnh AB của tam giác đặc tính khơng cịn tỉ lệ với I nên đường đặc tính ngồi thu được bằng thí nghiệm trực tiếp hơi lệch đi theo đường đứt nét trên hình (1-19) . Hình 1-19. Xây dựng đặc tính ngồi của máy phát điện kích thích độc lập từ đặc tính khơng tải và tam giác đặc tính. 19 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  24. Truong DH SPKT TP. HCM Điểm ứng với U = 0 của đặc tính ngồi cho ta trị số của dịng điện ngắn mạch khi kích thích hồn tồn đầy đủ. Vì Rư rất bé, dịng điện ngắn mạch In = (5 ÷ 15)Iđm và rất nguy hiểm cĩ thể gây vịng lửa trên vành gĩp và ứng lực điện động rất lớn do đĩ phải trang bị máy cắt tự động cực nhanh tách máy phát điện ra khỏi lưới khi xảy ra ngắn mạch đột nhiên. Chú ý rằng biện pháp này khơng bảo vệ được khi xảy ra ngắn mạch bên trong máy te te b. Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi U = C , n= C . Đặc tính điều chỉnh cho ta biết cần điều chỉnh dịng điện kích thích thế nào để giữ cho điện áp đầu ra của máy phát khơng đổi khi thay đổi tải. Đường biểu diễn đặc tính điều chỉnh trên hình (1-20) cho thấy khi tải tăng cần phải tăng dịng điện kích thích sao cho bù được điện áp rơi trên Iư và ảnh hưởng của phản ứng phần ứng . Từ khơng tải ( U= Uđm ) tăng đến tải định mức (I = Iđm ) thường phải tăng dịng điện kích thích lên 15 ÷ 25% . Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Phương pháp dựng đặc tính điều chỉnh bằng đặc tính khơng tải và tam giác đặc tính được trình bày trên hình 1-21 . Hình 1-21.Xây dựng đặc tính điều chỉnh của máy phát điện kích thích độc lập từ đặc tính khơng tải và tam giác đặc tính 20 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  25. Truong DH SPKT TP. HCM Với trị số xác định của Uo = Uđm = MP , khi I = 0 ta được điểm M ứng với dịng điện kích thích It = OM. Nếu đặt tam giác đặc tính ABC ứng với tải định mức Iđm sao cho đỉnh A nằm trên đặc tính te khơng tải và đỉnh C nằm trên đường thẳng FC ( ứng với U = Uđm = C ) và hạ đường thẳng BN thì đoạn ON cho ta trị số dịng điện kích thích ở tải định mức. Việc chứng minh được tiến hành tương tự như trường hợp dựng đặc tính ngồi ở mục a. Để tìm những điểm khác ta kẻ những đoạn thẳng A’C’, A’’C’’ , song song với cạnh AC, nằm giữa đặc tính khơng tải và đường thẳng CF sau đĩ hạ những đường thẳng đứng cắt trục hồnh tại N’ , N’’ Các đoạn ON’, ON’’, sẽ biểu thị các dịng điện kích thích ứng với các trị số của dịng điện i xác định bằng tỉ số giữa các đoạn A’C’, A’’C’’, với cạnh huyền AC . Do ành hưởng của bão hồ, đường đặc tính điều chỉnh thu được bằng thí nghiệm trực tiếp cĩ dạng theo đường đứt nét trên hình (1-21) . 2. Đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích song song Máy phát điện một chiều kích thích song song cĩ dây quấn kích thích được nối song song với dây quấn phần ứng để cĩ thể tự sinh ra dịng điện kích thích cần thiết mà khơng cần nguồn điện bên ngồi. Ta đã biết, khi máy ngừng hoạt động, trong lõi thép cực từ, gơng từ cịn lại từ dư. Nếu để hở mạch kích thích ( It =0 ) và quay máy phát điện đến tốc độ định mức, do cĩ từ thơng dư trong dây quấn phần ứng sẽ cảm ứng được suất điện động E và trên cực máy sẽ tạo ra một điện áp U U = (2 ÷ 3)%Uđm. Nếu nối kín mạch kích thích thì trong nĩ sẽ cĩ dịng điện It = với rt là điện trở rt của mạch kích thích. Kết quảBan là quyen sinh ra© Truongs.đ.đ I tDHwt. NếuSu pham suất Kyđiện thuat động TP. này HCM sinh ra từ thơng cĩ chiều trùng với từ thơng dư thì máy sẽ đuợc tăng kích từ, điện áp đầu cực sẽ tăng và cứ tiếp tục như vậy máy sẽ tiếp tục tự kích thích được. Nếu từ thơng sinh ra ngược chiều với từ dư thì máy sẽ bị khử từ, khơng thể tự kích và tạo ra điện áp được . Để thấy rõ quá trình tạo ra điện áp của máy phát điện kích thích song song ta viết phương trình điện áp cho mạch vịng kín bao gồm dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng. Bỏ qua phản ứng phần ứng rất nhỏ sinh ra bởi dịng điện It khi chạy qua dây quấn phần ứng và giả sử rằng hệ số te tự cảm của dây quấn kích thích It = C , cĩ thể bỏ qua Rư vì nĩ rất nhỏ so với rt , ta cĩ : di r i L t E ( 1-24) t t t dt với điều kiện ban đầu t = 0 , it = 0 . Theo biểu thức trên, s.đ.đ cảm ứng sinh ra trong dây quấn phần ứng phụ thuộc vào dịng điện te kích thích it và tốc độ quay n của máy . Nếu giả thiết n = C thì E = f(It) , đây chính là đặc tính khơng tải của máy phát điện . Phương trình vi phân (1-24) cĩ thể giải trên máy tính hoặc tính bằng phương pháp gần đúng . muốn tính bằng phương pháp gần đúng thì phải biểu thị đặc tính khơng tải đã cho biết của máy bằng biểu thức giải tích cĩ dạng : 1 n E ao a1 i t a n i t (1-25) với ao 0 , chính là s.đ.đ Edư do từ thơng dư sinh ra 21 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  26. Truong DH SPKT TP. HCM Giải hệ phương trình (1-24), (1-25) ta được sự biến đổi của dịng điện it từ it = 0 đến trị số xác dit lập it = It . Khi dịng điện đĩ đạt đến trị số xác lập It thì 0 và điện áp tạo ra ở đấu máy bằng : dt rtIt = E = Uo (1-26) Từ phương trình (1-24), (1-25) ta thấy điều kiện để cĩ nghiệm (hay điều kiện để máy tự kích và tạo ra được điện áp) là : - Khi it = 0 trị số ao 0 nghĩa là máy phải cĩ từ dư vì nếu khơng phương trình (1-24) khơng cĩ lời giải nào khác it = 0, nĩi khác đi là máy khơng thể tự kích thích được . - Chiều quay của máy phát phải theo chiều nhất định để sinh ra dịng điện it > 0 vì nếu i’t 0 t dt t t Và dịng điện it tăng, kết quả là máy sẽ tự kích thích được đến điện áp ứng với giao điểm M ở dit đĩ L 0 và dịng điện kích thích cĩ trị số xác lập bằng It . t dt Nếu rt tăng thì đường U = itrt cĩ độ dốc lớn hơn ( đường 2), điện áp thành lập sẽ nhỏ hơn. Trị số rt ứng với đường 3 trùng với đoạn thẳng của đặc tính khơng tải gọi là điện trở tới hạn rt(th), khi đĩ 22 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  27. Truong DH SPKT TP. HCM điện áp đầu máy phát sẽ khơng ổn định. Nếu rt > rt(th) ta cĩ đường thẳng 4 và điện áp đầu máy bằng s.đ.đ Edư , hay máy khơng thể tự kích được . Do tính chất bão hồ của mạch từ , bằng cách tăng rt ta cĩ thể điều chỉnh được điện áp xác lập ở đầu máy đến trị số nhỏ nhất Umin = (0,65 0,75)Uđm . Trong trường hợp cần điều chỉnh trong phạm vi rộng ứng với Uđm:Umin = 5:1 ( hoặc 10:1) cần phải uốn cong đoạn đầu của đặc tính khơng tải (hình 1-23). Muốn vậy, phải làm cho mạch từ sớm bão hồ bằng cách xẻ rãnh cực từ . Hình 1-23. Uốn cong phần thẳng của đặc tính khơng tải của máy phát điện một chiều te te a. Đặc tính ngồi U = f(I) khi rt = C , n= C . Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 1-24. Đặc tính ngồi của máy phát điện một chiều kích thích song song (2) và kích thích độc lập (1) Khi tăng tải, điện áp của máy phát điện kích thích song song giảm nhiều hơn điện áp của máy phát điện kích thích độc lập vì ngồi ảnh hưởng của phản ứng phần ứng và điện áp rơi trên Rư như trong máy phát điện kích thích độc lập, trong máy phát điện kích thích song song với s.đ.đ E cịn giảm theo dịng điện kích từ It . Vì vậy mà độ thay đổi điện áp kích thích song song cũng lớn hơn, thường U đm 10 12% . Điểm đặc biệt của máy phát kích thích song song là dịng điện tải chỉ tăng đến một trị số nhất định I = Ith, sau đĩ nếu tiếp tục giảm rt của tải ở mạch ngồi thì I khơng tăng mà giảm nhanh đến trị số Io xác định bởi từ dư của máy điện và ứng với điểm P . 23 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  28. Truong DH SPKT TP. HCM Sở dĩ như vậy là do máy làm việc trong tình trạng khơng bão hồ ứng với đoạn thẳng của đường cong từ hố, dịng It giảm làm cho E, U giảm rất nhanh. Điện áp U giảm nhanh hơn It làm cho dịng điện tải I giảm đến trị số Io . Như vậy, sự cố ngắn mạch ở đầu máy phát kích thích song song khơng gây nguy hiểm như trường hợp máy phát kích thích độc lập. Cách thành lập đặc tính ngồi từ đặc tính khơng tải và tam giác đặc tính tiến hành như máy phát kích thích độc lập . Điều khác cơ bản là ở máy phát kích thích độc lập It = const, cịn ở đây It phụ thuộc vào U và đường U = rtIt là đường OP qua gốc tọa độ (hình 1-25) . Hình 1-25. Xây dựng đặc tính ngồi của máy phát điện một chiều kích thích song song bằng đặc tính khơng tải và tam giác đặc tính Tam giác đặc tính ABC ở đây sẽ tịnh tiến trong vùng giới hạn giữa đặc tính khơng tải và đường Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM OP, trong khi ở máy phát kích thích độc lập, trong vùng giới hạn giữa đặc tính khơng tải và đường thẳng đứng PP’ ( hình 1-19) . te te b. Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi U = C , n= C . Đặc tính điều chỉnh của máy phát kích thích song song giống như ở máy phát kích thích độc lập. Bởi vì, đối với bản thân máy phát việc điều chỉnh dịng điện kích thích để giữ điện áp khơng đổi khi tải thay đổi khơng phụ thuộc vào việc dịng điện kích thích được lấy từ đâu - từ một nguồn khác bên ngồi hay từ đầu cực của máy. Điều cần chú ý là ở máy phát kích thích song song khi tăng tải, điện áp sụt nhìều hơn nên mức độ tăng dịng điện kích thích phải nhiều hơn, do đĩ đặc tính điều chỉnh sẽ dốc hơn 3. Đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp: Trong máy phát kích thích nối tiếp, dây quấn kích thích được mắc nối tiếp với dây quấn phần ứng . Cũng vì vậy mà số vịng dây của dây quấn kích thích ít hơn nhiều so với số vịng dây của dây quấn kích thích của máy phát kích thích song song, nhưng tiết diện của dây lớn hơn một cách tương ứng . Máy phát kích thích nối tiếp thuộc loại tự kích thích, cần phải cĩ từ dư và phải được quay theo chiều quy định để từ thơng ban đầu trùng với từ dư, hơn nữa mạch ngồi phải khép kín qua 1 điện te trở, nĩi khác đi là máy chỉ được kích thích khi cĩ tải. Vì It = Ir = I nên khi n= C chỉ cịn 2 đại lượng 24 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  29. Truong DH SPKT TP. HCM biến đổi là U và I. Do đĩ máy phát điện này chỉ cĩ 1 đặc tính ngồi U = f(I) , cịn các đặc tính khác chỉ cĩ thể thành lập được theo sơ đồ kích thích độc lập . Đặc tính ngồi (đường cong 2) và phương pháp suy từ tam giác đặc tính được trình bày trên hình 1-26. Hình 1-26. Đặc tính ngồi của máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp Trên hình, đường cong 1 là đặc tính khơng tải, đường 3 là quan hệ IRư = f(I) . Tịnh tiến tam giác đặc tính ABC ứng với Iđm đến vị trí A’B’C’ sao cho A’ nằm trên đặc tính khơng tải thì C’ sẽ nằm trên đặc tính ngồi. Thay đổi các cạnh của tam giác đặc tính ứng với trị số dịng điện I và tiến hành tương tự như trên ta được tồn bộ đường đặc tính ngồi . Từ đặc tính ngồi ta thấyBan điện quyen áp của © Truong máy phát DH kíchSu pham thích Ky nối thuat tiếp TP.thay HCM đổi rất nhiều theo tải nên thực tế loại máy này rất ít được sử dụng . 4. Đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp Máy phát điện kích thích hỗn hợp cĩ đồng thời hai dây quấn kích thích song song và nối tiếp cho nên trong nĩ tập hợp các tính chất của 2 loại máy này. Tuỳ theo cách nối, s.đ.đ của hai dây quấn kích thích cĩ thể cùng chiều hoặc ngược chiều nhau . Trường hợp sau rất ít gặp và chỉ áp dụng với những mục đích đặc biệt (như máy phát để hàn). Khi nối thuận hai dây quấn hai dây quấn kích thích, dây quấn song song đĩng vai trị chính cịn dây quấn nối tiếp đĩng vai trị bù lại tác dụng của phản ứng phần ứng và điện áp rơi trên Rư, nhờ đĩ mà máy cĩ khả năng điều chỉnh tự động được điện áp trong 1 phạm vi tải nhất định . a. Đặc tính ngồi U = f(I) khi n= Cte Hình 1-27. Đặc tính ngồi của máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp 25 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  30. Truong DH SPKT TP. HCM Hình 1-27 trình bày đặc tính ngồi của máy phát kích thích hỗn hợp. Khi nối thuận, điện áp đầu cực được giữ hầu như khơng đổi (đường 2) . Trường hợp bù thừa điện áp sẽ tăng khi tải tăng (đường 1 ). Điều này cĩ ý nghĩa đặc biệt khi cần bù hao hụt điện áp trên đường dây tải điện để giữ cho điện áp ở hộ tiêu thụ điện khơng đổi . Nếu nối ngược 2 dây quấn kích thích, khi tải tăng, điện áp sẽ giảm nhanh hơn ở máy phát kích thích song song (đường 3 và 4) . Phương pháp dựng đặc tính ngồi từ đặc tính khơng tải và tam giác đặc tính giống trường hợp máy phát kích thích song song. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 1-28. Xây dựng đặc tính ngồi của máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp bằng đặc tính khơng tải và tam giác đặc tính Trên hình (1-28), đường cong 1 biểu thị đặc tính khơng tải, đường 2 – quan hệ U = Itrt và đường 3 - điện áp rơi trên điện trở phần ứng IưRư . Tam giác đặc tính trên hình ứng với trường hợp I đm bù thừa (xem hình 1-17). Cho A1B1C1 là tam giác đặc tính ứng với I . Tịnh tiến A1B1C1 theo 2 đường thằng 2 sao cho đỉnh C1 chiếm vị trí C’1 trên đường thẳng 2 và đỉnh A1 chiếm vị trí A’1 trên I đm đường 1 thì đoạn C’G1 = D1E1 là điện áp ứng với dịng điện tải bằng . Nếu ABC là tam giác đặc 2 tính ứng với I = Iđm thì tương tự ta cĩ C’G = DE là điện áp ứng với tải định mức . Nếu đỉnh C’ trùng với M – giao điểm của đường cong 1 và đường thẳng 2 thì Uđm = Uo . Khi cần bù điện áp rơi trên đường dây tải điện để giữ cho hộ dùng điện nhận được điện áp định mức phải tăng cường dây quấn kích thích nối tiếp sao cho điện áp đầu cực máy phát bằng đoạn D’E ứng với đặc tính ngồi cĩ dạng theo đường nét đứt . 26 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  31. Truong DH SPKT TP. HCM te te b. Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi U = C , n= C . Đặc tính điều chỉnh của máy phát kích thích hỗn hợp trình bày trên hình 1-29, trongh đĩ đường cong 1 là đặc tính điều chỉnh khi nối thuận hai dây quấn kích thích và bù bình thường, đường cong 2 – bù thừa và đuờng cong 3 – khi nối ngược . Hình 1-29. Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp III. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU LÀM VIỆC SONG SONG Những máy phát điện được ghép làm việc ở cùng một đường dây phân phối điện năng là một địi hỏi thực tế nhằm bảo đảm an tồn cung cấp điện và sử dụng kinh tế nhất các máy phát. Với một hệ thống máy phát như vậy,Ban ví dụquyen khi tải© Truong giảm, mộtDH Suhoặc pham một Ky số thuatmáy phát TP. HCMsẽ ngừng hoạt động để các máy phát cịn lại làm việc với cơng suất định mức, do đĩ hiệu suất sẽ cao. Đĩ là sự làm việc song song của các máy phát. Dưới đây ta sẽ xét các điều kiện cần thiết để ghép các máy phát làm việc song song và sự phân phối cũng như chuyển cơng suất giữa các máy phát . 1. Điều kiện làm việc song song của máy phát điện một chiều Giả sử cĩ hai máy phát điện một chiều I và II, trong đĩ máy I đã làm việc với một tải I nào đĩ. Muốn ghép máy phát II vào làm việc song song với máy phát I cần phải giữ đúng những điều kiện sau : - Điều kiện cùng cực tính, nghĩa là phải nối cực dương của máy II vào cực dương của thanh gĩp và cực âm vào cực âm của thanh gĩp . - S.đ.đ của máy phát II phải bằng điện áp U của thanh gĩp. - Nếu những máy làm việc song song thuộc loại máy phát kích thích hỗn hợp thì cần cĩ điều kiện thứ 3 : nối dây cân bằng giữa các điểm m và n như ở hình (1-30) . 27 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  32. Truong DH SPKT TP. HCM Hình 1-30. Máy phát điện một chiều làm vịêc song song : a) máy phát kích thích song song; b) máy phát kích thích hỗn hợp Điều kiện thứ nhất cần phải đảm bảo thật chặt chẽ, vì nếu khơng, sau khi đĩng cầu dao ghép sonh song hai máy phát I và II sẽ bị nối nối tiếp nhau thành mạch kín khơng qau điện trở của tải, gây nên tình trạng ngắn mạch của cà 2 máy. Nếu điều kiện thứ 2 khơng thoả mãn thì sau khi ghép vào, máy II hoặc phải nhận tải đột ngột (nếu E > U) và làm cho điện áp của lưới điện thay đổi hoặc làm việc theo chế độ động cơ (nếu E < U). Sự cần thiết của điều kiện thứ 3 cĩ thể giải thích như sau : nếu khơng cĩ dây cân bằng thì sau khi ghép song song nếu đột nhiên vì một lí do nào đĩ tốc độ của 1 Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM trong 2 máy , ví dụ của máy I tăng thì s.đ.đ E1 tăng do đĩ I1 tăng. Vì các dây quấn kích thích song song và nối tiếp của máy phát kích thích hỗn hợp thường được nối thuận nên khi I1 tăng, E1 càng tăng và cứ tiếp tục như vậy khiến cho máy I sẽ giành lấy hết tải và bị quá tải, đồng thời buộc máy II giảm dần tải và chuyển từ chế độ máy phát sang chế độ động cơ. Nếu cĩ dây cân bằng thì sẽ tránh được hiện tượng trên, vì dịng điện phần ứng của máy I tăng sẽ được phân phối cho dây quấn kích thích nối tiếp của cả 2 máy khiến cho s.đ.đ của cả 2 máy đều tăng . 2. Phân phối và chuyển tải giữa các máy phát điện: Sau khi ghép máy phát điện II làm việc song song với máy phát điện I , do E2 = U nên máy II chưa tham gia phát điện và tồn bộ tải vẫn do máy I đảm nhiệm (I1 = I , I2 = 0). Lúc đĩ đặc tính ngồi của 2 máy phát điện được trình bày như các đường 1 và 2 trên hình (1-31) . Hình 1-31. Phân phối tải giữa các máy phát điện 28 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  33. Truong DH SPKT TP. HCM Muốn máy II nhận tải phải tăng E2 > U và như vậy đặc tính ngồi của nĩ sẽ tịnh tiến lên trên (đường nét đứt 2’ ). Vì dịng điện tải tổng I bên ngồi khơng đổi nên muốn giữ cho điện áp U của mạng điện khơng đổi thì cùng với việc tăng E2 phải đồng thời giảm thích đáng E1 sao cho đặc tính ngồi của máy I tịnh tiến xuống dưới đến vị trí thích đáng (đường đứt nét 1’ ), sao cho điện áp U = te C ta cĩ I1 + I2 = I. Việc thay đổi E1 và E2 được thực hiện bằng cách thay đổi các dịng điện kích thích từ It1 và It2 của mỗi máy hoặc bằng cách thay đổi tốc độ quay của các động cơ sơ cấp kéo các máy phát đĩ. Trong thực tế vận hành, người ta thường dùng phương pháp thay đổi dịng điện kích thích để phân phối lại tải giữa các máy phát. Tuy nhiên cả 2 phương pháp trên đều khiến cho cơng suất của động cơ thay đổi vì lúc đĩ bộ điều chỉnh của chúng sẽ tác động làm thay đổi lượng nhiên liệu đưa vào các động cơ sơ cấp . Như vậy nếu muốn chuyển tải hồn tồn từ máy phát I sang máy phát II chỉ việc tiếp tục tăng E2 và giảm E1 đồng thời cho đến khi E1 = U. lúc đĩ máy phát II hồn tồn đảm nhiệm tải (I2 = I) và cĩ thể tách máy I ra khỏi lưới điện. Chú ý rằng nếu giảm It1 quá nhiều thì E1 < U và máy I sẽ làm việc ở chế độ động cơ điện tiêu thụ cơng suất điện lấy từ máy phát II. Nếu động cơ sơ cấp là động cơ nhiệt hoặc động cơ thuỷ lực thì khơng cho phép làm việc ở chế độ đĩ, vì sẽ gây hư hỏng động cơ sơ cấp. Việc điều chỉnh các dịng điện kích thích It1 và It2 phải tiến hành rất chậm và liên tục vì một sự thay đổi nhỏ của các dịng điện đĩ sẽ làm cho dịng điện I1 và I2 thay đổi rât nhiều . Từ hình (1-31) ta thấy rằng khi làm việc song song trong điều kiện lúc khơng tải s.đ.đ E bằng nhau và kích thích từ khơng đổi, thì lúc cĩ tải máy phát điện nào cĩ đặc tính ngồi cứng (độ dốc nhỏ) sẽ nhận nhiều tải (trường hợp máy I). Ngược lại, máy phát điện cĩ đặc tính ngồi mềm (độ dốc lớn) sẽ nhận ít tải (trường hợp máy II). Tình trạng làm việc như vậy khơng lợi, vì vậy để lợi dụng tốt cơng suất máy cần phải đảm bảo cho đặc tính ngồi của các máy phát điện một chiều làm việc song song biểu thị trong hệ đơn vị tương đối hồn tồn trùng nhau. Trong trường hợp đĩ tải sẽ luơn luơn tự động phân phối giữa các máy phát theo tỉ lệ cơng suất . VÍ DỤ Ví dụ 1 : cho một máyBan phátquyen điện © Truong một DH chiều Su pham kích thíchKy thuat song TP. song HCM 25 kW, 1800 vg/ph, Rư = 0,09  , điện áp giáng trên chổi than Utx = 2 V, phản ứng phần ứng lúc tải đầy (Iư = Iđm, bỏ qua It ) tương đương với dịng điện It = 0,05 A . Đường cong từ hố ứng với tốc độ định mức như sau It (A) 1 1,5 2 3 4 5 6 Uo(V) 134 180 209 237 256 268 279 Tính : a.Điện trở của mạch kích từ rt . b.Điện áp khơng tải (điện trở mạch kích từ giữ khơng đổi) . Giải a. Khi tải đầy : 2500 Iđm = Iư = = 108,7 A 230 Eư = U + IưRư = 230 + 108,7. 0,09 +2 = 241,8 V Từ đường cong từ hố suy ra : It = 3,25 A. Tuy nhiên để khắc phục phản ứng phần ứng, tên thực tế ta phải cĩ : I’t = 3,25 + 0,05 = 3,3 A U 230 Vậy : rt = ' 69,6  I t 3,3 29 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  34. Truong DH SPKT TP. HCM b. Điện áp lúc khơng tải Uo là giao điểm của đường thẳng Uo = rtIt = 69,6 It và đặc tính khơng tải. Bằng phương pháp vẽ ta suy ra giao điểm đĩ ứng với It = 3,56 A và Uo = 247,6 V. Ví dụ 2 : cho một máy phát điện kích thích độc lập cĩ các số liệu lúc tải đầy U = 220 V, It = 2,5 te A = C , Iư = 10 A, n = 1000 vg/ph. số vịng dây của dây quấn kích thích wt = 850 . Đường cong từ hố ở 750 vg/ph cĩ các trị số : It (A) 1,0 1,6 2 2,5 2,6 3 3,6 4,4 Uo(V) 78 120 150 176 180 193,5 206 225 Tính : a. Điện áp khơng tải ở n = 1000 vg/ph b. Số ampe-vịng khử từ của phản ứng phần ứng khi tải đầy . c. Điện áp đầu cực khi quá tải 25%. Giải a. Vì s.đ.đ tỉ lệ với tốc độ nên : E(1000) 1000 E(750) 750 1000 E(1000) = 176 235 V 750 b. Sức điện động của máy phát khi tải đầy ở tốc độ 1000 vg/ph : Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Eư = U + IưRư = 220 + 10. 0,4 = 224 V Ở tốc độ 750 vg/ph : 224 E(750) = 750 168 V 1000 Từ đường cĩng từ hố ta tìm được địng điện kìch từ tương ứng It = 2,35 A. Vậy số ampe-vịng khử từ bằng : 850.(2,5 - 2,35) = 127,5 A.vg c. Khi quá tải 25 % phản ứng phần ứng sẽ tăng 25% tương ứng : It = (2,5 – 2,35).1,25 = 0,1875 A Dịng điện kích thích cĩ hiệu quả bằng : It = 2,5 - 0,1875 = 2,315 A Từ đường cong từ hố suy ra E(750) = 165 V . Do đĩ : 165 E(1000) = 1000 220 V 750 Điện áp đầu cực sẽ bằng : U = E – IưRư = 220 – (10.1,25).0,4 = 215 V 30 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  35. Truong DH SPKT TP. HCM CÂU HỎI : 1. Khi lấy đặc tính khơng tải, trong quá trình tăng điện áp, cĩ nên giảm dịng đệin kích từ rồi tăng tiếp tục khơng ? Tại sao? 2. Với một điện trở nhỏ hơn điện trở tới hạn rt(th) nếu n < nđm thì trong qúa trình tự kích thích của máy phát điện kích thích song song, điện áp đầu cực của máy sẽ ra sao. Trong trường hợp như thế nào máy sẽ khơng thể tự kích được ? 3. Giải thích vì sao các đặc tính suy ra từ tam giác đặc tính hơi khác các đặc tính cĩ được từ thí nghiệm trực tiếp và cĩ dạng như các đường nét đứt trên hình vẽ ? 4. Tìm các nguyên nhân khiến máy phát điện kích thích song song khơng tự kích và tạo ra được điện áp ? 5. Nếu máy phát đệin kích thích song song khơng tự kích thích được do mất từ dư thì giải quyết như thế nào để tạo ra được điện áp . 6. Khi tải chung khơng đổi nếu tăng kích thích của máy phát điện I mà khơng giảm kích thích của máy phát điện II làm việc song song với máy phát điện I thì tải sẽ phân phối lại giữa 2 máy như thế nào ? Điện áp của lưới lúc đĩ ra sao ? BÀI TẬP 1. Cho 1 máy phát điện một chiều cĩ Pđm = 215 kW, Uđm = 115 V và n = 450 vg/ph. Điện trở của dây quấn phần ứng và cực từ phụ bằng 0,002  , 2 U tx 2 V . Các số liệu của đặc tính khơng tải và đặc tính ngằn mạch như sau : It (A) 5 10 15 20 25 30 35 Uo(V) 49 87 108 119,3 125,2 129,5 135 It (A) 0 6 Inm(A) 0 Iđm Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM a. Vẽ tam giác ngắn mạch b. Dùng kích thích ngồi sao cho máy đầy tải U = Uđm , I = Iđm , n = nđm . Nếu bỏ tải đi, tính U % ? te c. Dùng kích thích ngồi khiến cho khi khơng tải U = Uđm giữ It = C thì khi I = Iđm, U % bằng bao nhiêu ? Đáp số : b. 10 % c. 18,2 %. 2. Hai máy phát điện kích thích song song cĩ các số liệu sau : Máy Pđm (kW) Uo (V) N (vg/ph) Uđm I 20 1000 230 210 II 15 1200 240 210 Giả sử quan hệ U = f(I) là đường thẳng . Tính : a. Cơng suất của mỗi máy khi tải tổng là 20kW và điện áp lúc đĩ ? b. Tải tổng lớn nhất với điều kiện khơng máy nào bị quá tải ? Đáp số : a. P1 = P2 = 10 kW ; U = 220 V b.  P 53 kW 3. Cho hai máy phát điện một chiều làm việc song song với tải tổng P = 100 kW . Sức điện động của chúng E1 = 250 V, E2 = 248 V, dịng kích từ It1 = It2 = 21 A . Điện trở của dây quấn phần ứng Rư 1 = Rư 2 = 0,05  . Hãy xác định điện áp chung và cơng suất của mỗi máy . Đáp số :U= 237,42 P1 = 45,25 kW P2 = 54,75 kW 31 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  36. Truong DH SPKT TP. HCM § 1.4 MỞ MÁY VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I. Mở máy động cơ điện một chiều Để mở máy động cơ điện một chiều được tốt, phải thực hiện được những yêu cầu sau: + Mơmen mở máy (hay khởi động) Mk phải cĩ trị số cao nhất cĩ thể cĩ để hồn thành quá trình mở máy, nghĩa là đạt được tốc độ quy định trong thời gian ngắn nhất. + Dịng mở máy (hay khởi động ) Ik phải được hạn chế đến mức nhỏ nhất để tránh cho dây quấn khỏi bị cháy hoặc ảnh hưởng đến đổi chiều. Trong khuơn khổ những yêu cầu trên, người ta áp dụng 3 phương pháp mở máy sau đây : a. Mở máy trực tiếp (U= Uđm) b. Mở máy nhờ biến trở c. Mở máy bằng điện áp thấp (U < Uđm) Trong tất cả mọi trường hợp, khi mở máy bao giờ cũng phải đảm bảo cĩ  max nghĩa là trước khi đĩng động cơ vào nguồn điện, biến trở điều chỉnh dịng điện kích thích phải ở vị trí ứng với trị số nhỏ nhất để sau khi đĩng cầu dao động cơ được kích thích tới mức tối đa và theo biểu thức (1-6) mơmen ứng với mỗi trị số của dịng điện Iư luơn luơn lớn nhất. Hơn nữa phải đảm bảo khơng để xảy ra đứt mạch kích thích và trong trường hợp đĩ  0 , M = 0, động cơ khơng quay được, do đĩ Eư = 0 và theo biểu thức (1-21) dịng điện Iư sẽ rất lớn làm cháy vành gĩp và dây quấn . Khi mở máy, chiều quay của động cơ điện một chiều phụ thuộc vào chiều của mơmen. Để thay đổi chiều của mơmen cĩ thể dùng 2 phương pháp là : đổi chiều dịng điện trong phần ứng hoặc đổi chiều từ thơng, cụ thể là dịng điện kích thích. Việc đĩ cĩ thể thực hiện được bằng cách trao đổi cách nối các đầu dây quấn phầnBan ứng quyen hoặc © cácTruong đầu DH dây Su quấn pham kích Ky thíchthuat trước TP. HCM lúc mở máy. Vấn đề đổi chiều quay của động cơ điện lúc đang quay về nguyên tắc cũng cĩ thể thực hiện được bằng cả 2 phương pháp trên. Tuy nhiên, trên thực tế chỉ được dùng phương pháp đổi chiều dịng điện phần ứng Iư vì dây quấn kích thích cĩ nhiều vịng dây do đĩ hệ số tự cảm Lt rất lớn và việc thay đổi chiều dịng điện kích thích dẫn đến sự xuất hiện s.đ.đ tự cảm rất cao, gây ra quá điện áp đánh thủng cách điện của dây quấn kích thích . Sau đây ta xét các phương pháp mở máy động cơ điện một chiều : 1. Mở máy trực tiếp: Phương pháp này được thực hiện bằng cách đĩng thẳng động cơ điện vào nguồn. Như vậy lúc rơto chưa quay s.đ.đ Eư = 0 và dịng điện qua phần ứng bằng : U E ư U Iư = R ưR ư Vì trong thực tế Rư* = 0,02 0,1 nên với điện áp định mức U* = 1 dịng điện Iư sẽ rất lớn và bằng (5  10) Iđm cho nên phương pháp mở máy trực tiếp chỉ áp dụng được cho các động cơ điện cĩ cơng suất vài trăm ốt. Ở cỡ máy này Rư tương đối lớn do đĩ khi mở máy Iư (4  6) Iđm . Trong những trường hợp đặc biệt mới cho phép mở máy trực tiếp đối với những động cơ cĩ cơng suất vài kW . 2. Mở máy nhờ biến trở: Để tránh nguy hiểm cho động cơ vì dịng điện mở máy quá lớn, người ta dùng biến trở mở máy Rk, gồm cĩ 1 số điện trở nối tiếp khác nhau và đặt trên mạch phần ứng (hình 1-32). 32 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  37. Truong DH SPKT TP. HCM Hình 1-32. Sơ đồ mở máy động cơ điện một chiều kích thích song song bằng biến trở. Như vậy trong quá trình mở máy ta cĩ : U E i I ư với “i” là chỉ số ứng với thứ tự các bậc của điện trở . RRư ki Biến trở mở máy được tính sao cho dịng điện mở máy Ik = (1,4  1,7)Iđm đối với các động cơ lớn và Ik = (2  2,5)Iđm đối với các động cơ nhỏ. Trước lúc mở máy tiếp điểm T nằm tại vị trí O và con chạy của biến trở ở mạch kích thích ở vị trí b ( rđc = 0). Khi bắt đầu mở máy, gạt T về vị trí 1. Nhờ cung đồng M, dây quấn kích thích được đặt dưới tồn bộ điện áp và từ thơng cĩ trị số cực đại  max . Nếu mơmen do động cơ điện sinh ra lớn hơn mơmen cản (M > Mc ) rơto bắt đầu quay và s.đ.đ sẽ tăng tỉ lệ với tốc độ quay n . Do sự xuất hiện và tăng lên của E, dịng điện phần ứng I sẽ Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM ư giảm theo, M giảm khiến n tăng chậm hơn (hình 1-33). Hình 1-33. Các quan hệ I, M và n đối với thời gian khi mở máy động cơ Khi Iư giảm đến trị số (1,1  1,3)Iđm ta gạt T đến vị trí 2. Vì một bậc điện trở bị loại trừ, Iư lập tức tăng đến giới hạn trên của nĩ kéo theo M, n, E tăng. Sau đĩ I, M lại giảm theo quy luật trên. Lần lượt chuyển T đến các vị trí 3, 4, 5. Quá trình trên cứ lặp lại cho đến khi máy đạt đến tốc độ n = nđm thì Rk cũng được loại trừ hồn tồn và động cơ làm việc với tồn bộ điện áp. Sự biến thiên của M, I, n trong quá trình mở máy trình bày trên hình (1-33) cho thấy mỗi khi loại một bậc điện trở, I và M tăng với hằng số thời gian Tư 0 vì hệ số tự cảm của phần ứng rất bé. Trái lại sự giảm dần của I và M xảy ra chậm chạp vì phụ thuộc vào sự tăng s.đ.đ E hay tốc độ n, nghĩa là phụ thuộc vào hằng số thời gian Tcơ rất lớn của cả khối quay . 33 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  38. Truong DH SPKT TP. HCM Số bậc của điện trở mở máy và điện trở của mỗi bậc được thiết kế sao cho dịng điện mở máy cực đại và cực tiểu ở mỗi bậc đều như nhau để đảm bảo cho quá trình mở máy được tốt nhất . 3. Mở máy bằng điện áp thấp (Uk n = (1-27) C e  C e  mà M = CM  Iư nên ta cĩ : U R M n = ư (1-28) 2 C e  CCM e  Từ biểu thức (1-28) ta thấy rằng việc điều chỉnh tốc độ của động cơ điện một chiều cĩ thể thực hiện được bằng cách thay đổi  , Rư và U . - Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi  được áp dụng tương đối phổ biến, cĩ thể thay đổi được tốc độ liên tục và kinh tế. Trong quá trình điều chỉnh hiệu suất  = Cte vì sự điều chỉnh dựa trên việc tác dụngBan lên quyen mạch © kíchTruong thích DH cĩ Su cơng pham suất Ky rất thuat nhỏ TP.so vớiHCM cơng suất động cơ. Chú ý rằng bình thường động cơ làm việc ở chế độ định mức với kích thích tối đa ( =  max ) nên chỉ cĩ thể điểu chỉnh theo chiều hướng giảm  , tức là điều chỉnh tốc độ trong vùng trên tốc độ định mức và giới hạn điều chỉnh tốc độ bị hạn chế bởi các điều kiện cơ khí và đổi chiều của máy . - Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng để tăng Rư chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay trong vùng dưới tốc độ quay định mức và luơn kèm theo tổn hao năng lượng trên điện trở phụ, làm giảm hiệu suất của động cơ điện. Vì vậy phương pháp này chỉ áp dụng ở động cơ điện cĩ cơng suất nhỏ và trên thực tế thường dùng ở động cơ điện trong cần trục . - Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cũng chỉ cho phép điều chỉnh tốc độ quay dưới tốc độ định mức vì khơng thể nâng cao điện áp hơn điện áp định mức của động cơ điện. Phương pháp này khơng gây thêm tổn hao trong động cơ điện nhưng địi hỏi phải cĩ nguồn riêng cĩ điện áp điều chỉnh được . Sau đây ta sẽ xét đặc tính cơ và cách điều chỉnh tốc độ của từng loại động cơ điện: 1. Động cơ điện kích thích song song hoặc kích thích độc lập: te te Với những điều kiện U = C , It = C khi M (hoặc Iư) thay đổi, từ thơng  của động cơ điện hầu như khơng đổi, vì thực ra ảnh hưởng làm giảm bớt từ thơng của phản ứng ngang trục của phần ứng rất nhỏ cho nên biểu thức (1-28) cĩ thể viết dưới dạng : 34 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  39. Truong DH SPKT TP. HCM R .M n n ư (1-29) o k Và đặc tính cơ của động cơ điện kích thích song song là 1 đường thẳng như hình (1- 34). Đường đặc tính cơ đĩ ứng với trường hợp trên mạch của phần ứng khơng cĩ điện trở phụ và được gọi là đặc tính cơ tự nhiên . Hình 1- 34. Đặc tính cơ (và đặc tính tốc độ) tự nhiên của động cơ điện một chiều kích thích song song Do Rư rất nhỏ nên khi tải thay đổi từ thơng đến định mức, tốc độ giảm rất ít (khoảng 2  3% tốc độ định mức ) cho nên đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện kích thích song song rất cứng. Với đặc tính cơ như vậy, động cơ điện kích thích song song được dùng trong trường hợp tốc độ hầu như khơng đổi khi tải thay đổi (máy cắt kim loại ). a. Điều chỉnh tốc độ bằngBan quyen cách thay© Truong đổi từDH thơng Su pham  : Ky thuat TP. HCM Nếu tăng điện trở rđc trên mạch kích thích từ (hình 1-32) ứng với các trị số khác nhau của điện 3 kích thích ta cĩ các đặc tính cơ tương ứng như trên hình (1-35) . Hình 1-35. Đặc tính cơ (và đặc tính tốc độ) của động cơ điện một chiều kích thích song song với những dịng điện kích thích khác nhau Các đường đĩ cĩ no lớn hơn nođm và cĩ độ nghiêng khác nhau , giao nhau trên trục hồnh tại U điển ứng với dịng điện rất lớn I ư = theo điều kiện n = 0 của các biểu thức (1-29) hoặc (1-27). Rư Đường thấp nhất trên hình ứng với từ thơng đm . Giao điểm của đường mơmen cản của tải Mc = f(n) với các đường trên cho biết tốc độ xác lập ứng với các trị số khác nhau của từ thơng . 35 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  40. Truong DH SPKT TP. HCM Do điều kiện đổi chiều, các động cơ thơng dụng hiện nay cĩ thể điều chỉnh tốc độ quay bằng phương pháp này trong giới hạn 1 : 2 . Cũng cĩ thể sản xuất những động cơ giới hạn điều chỉnh 1 : 5 thậm chí đến 1 : 8 nhưng phải dùng những phương pháp khống chế đặc biệt. Do đĩ cấu tạo và cơng nghệ chế tạo phức tạp khiến cho giá thành của máy tăng lên . b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng: Nếu nối thêm điện trở phụ Rf vào mạch phần ứng thì biểu thức (1-29) trở thành : RRM . n n ư f (1-30) o k Hình (1- 36) trình bày các đặc tính cơ ứng với các trị số khác nhau của Rf, trong đĩ ứng với Rf = 0 là đặc tính cơ tự nhiên. Hình 1-36. Đặc tính cơ (và đặc tính tốc độ) của động cơ điện một Banchiều quyen kích ©thích Truong song DH song Su pham ở những Ky thuat điện trởTP. phụHCM khác nhau Nếu Rf càng lớn đặc tính cơ sẽ cĩ độ dốc càng cao và do đĩ càng mềm hơn, nghĩa là tốc độ sẽ thay đổi nhiều khi tải thay đổi. Cũng như trên, giao điểm của những đường đĩ với đường Mo = f(n) cho biết trị số tốc độ xác lập khi điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ Rf . c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp: Phương pháp này chỉ áp dụng được đối với động cơ điện một chiều kích thích độc lập hoặc động cơ điện kích thích song song làm việc ở chế độ kích thích độc lập. Việc cung cấp điện áp cĩ thể điều chỉnh được cho động cơ từ 1 nguồn độc lập được thực hiện trong kĩ thuật bằng cách ghép thành tổ máy phát - động cơ cĩ sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 1-37 . Hình 1-37. Sơ đồ tổ máy phát - động cơ dùng điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp ở động cơ điện một chiều kích thích độc lập. 36 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  41. Truong DH SPKT TP. HCM Khi thay đổi U ta cĩ một họ đặc tính cơ cĩ cùng 1 độ dốc (hình 1-38) : đường 1 ứng với U đm, đường 2, 3 ứng với U đm > U2 > U3 và đường 4 ứng với U4 > U đm . Hình 1-38. Đặc tính cơ (và đặc tính tốc độ) động cơ điện một chiều kích thích độc lập ở những điện áp trên phần ứng khác nhau. Nĩi chung vì khơng cho phép vượt quá điện áp định mức nên việc điều chỉnh tốc độ trên tốc độ định mức khơng được áp dụng hoặc chỉ được thực hiện trong 1 phạm vi hẹp. Đặc điểm của phương pháp này là lúc điều chỉnh tốc độ, mơmen khơng đổi vì  và I ư đều khơng đổi . Sở dĩ I ư khơng đổi là vì khi giảm U, tốc độ n giảm làm E cũng giảm, nên : U E te I ư C Rư Ngày nay, tổ máy phát- động cơ thường dùng trong các máy cắt kim loại và máy cán thép lớn để đưa tốc độ động cơ với hiệu suất cao trong giới hạn rộng 1:10 hoặc hơn nữa . Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM 2. Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp: Ở động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, dịng điện kích thích chính là dịng điện phần ứng It = I ư = I. Vì vậy trong một phạm vi khá rộng cĩ thể biểu thị :  = k  I (1-31) Trong đĩ k  là hệ số tỉ lệ, là hằng số trong vùng I (0,8  0,9)I đm thì hơi giảm xuống do ảnh hưởng bão hồ của mạch từ . Biểu thức mơmen cĩ dạng :  2 MCIC M  ư M (1-32) k  Kết hợp với biểu thức (1-28) ta cĩ : CU. R n M ư (1-33) Ce k. M Ce k  Nếu bỏ qua R ư thì : U C 2 n  hay M (1-34) M n 2 Như vậy khi mạch từ chưa bão hồ đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp cĩ dạng của đường hypecbơn bậc hai như hình 1-39 (đường 1 ). 37 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  42. Truong DH SPKT TP. HCM Hình 1-39. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp ở các trường hợp điều chỉnh tốc độ khác nhau Ta thấy rằmg ở động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp, tốc độ quay n giảm rất nhanh khi M tăng và khi mất tải (I = 0, M = 0) cĩ trị số rất lớn. Do đĩ khơng được cho loại động cơ điện này làm việc ở những điều kiện cĩ thể xảy ra mất tải như dùng đai truyền, vì khi xảy ra đứt hoặc trượt đai truyền tốc độ quay tăng lên rất cao. Thơng thường chỉ cho phép động cơ làm việc với tải tối thiểu P2 = (0,2  0,25)P đm . Trên thực tế do ảnh hưởng của bão hồ khi tải tăng, tốc độ của động cơ giảm ít hơn theo đường nét đứt (hình 1-39) . Với đặc tính cơ rất mềm như vậy, động cơ đệin kích thích nối tiếp rất ưu việt trong những nơi Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM cần điều kiện mở máy nặng nề và cần tốc độ thay đổi trong 1 vùng rộng như các đầu máy kéo tải (xe điện, đầu máy điện ) . a. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng Từ thơng của động cơ kích thích nối tiếp cĩ thể thay đổi bằng những biện pháp sau đây : mắc sun dây quấn kích thích bằng một điện trở, thay đổi số vịng dây của dây quấn kích thích, mắc sun dây quấn phần ứng, theo các sơ đồ hình (1-40) . Hình 1- 40. Các sơ đồ điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều kích thích nội tiếp a) mắc sun dây quấn kích thích; b) thay đổi số vịng dây của dây quấn kích thích; c) mắc sun phần ứng; d) thêm điện trở vào mạch phần ứng 38 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  43. Truong DH SPKT TP. HCM Hai biện pháp đầu dẫn đến cùng một kết quả. Nếu dịng điện kích thích lúc đầu là It = I thì dịng điện kích thích sau khi áp dụng các biện pháp trên sẽ giảm xuống It = kI, trong đĩ k là hệ số giảm : R k st < 1 nếu mắc sun dây quấn kích thích . RRt st trong đĩ Rst là điện trở sun . w ' k t < 1 nếu thay đổi số vịng dây của dây quấn kích thích . w t Như vậy trong cơng thức (1-33) hệ số k  được thay bằng k .k  . Rõ ràng với các phương pháp trên chỉ điều chỉnh được  đm và tốc độ sẽ thay đổi được trong vùng trên định mức và đường đặc tính sẽ nằm về phía trên của đặc tính tự nhiên (đường 2 hình 1-39) . Nếu dùng biện pháp thứ ba, mắc sun phần ứng, thì điện trở tổng của tồn mạch sẽ bé đi, dịng điện I = It và  tăng lên và tốc độ quay giảm xuống. Như vậy phương pháp này chỉ điều chỉnh được tốc độ dưới vùng định mức và đường đặc tính cơ tương ứng nằm ở phía dưới của đặc tính cơ tự nhiên (đường 3 trên hình 1-39). Vì Rt rất bé nên Rs.ư hầu như được đặt dưới tồn bộ điện áp của mạng điện cho nên tổn hao rất lớn và hiệu suất của động cơ giảm đi nhiều. Mặt khác hiệu quả của điều chỉnh tốc độ bằng cách tăng từ thơng  cịn bị hạn chế bởi sự bão hồ của mạch từ nên phương pháp này rất ít sử dụng . b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở vào mạch phần ứng: Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Sơ đồ trên hình 1-40 chỉ điều chỉnh được tốc độ dưới tốc độ định mức và kèm theo tổn hao trên điện trở phụ làm giảm hiệu suất của động cơ nên ít được ứng dụng . Đặc tính cơ ứng với trường hợp này được trình bày trên hình 1-39 ( đuờng 4 và 5 ). c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp: Phương pháp này chỉ điều chỉnh được tốc độ dưới tốc độ định mức vì khơng cho phép tăng điện áp quá định mức nhưng lại giữ được hiệu suất cao do khơng gây thêm tổn hao khi điều chỉnh. Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong giao thơng vận tải và được thực hiện bằng cách đổi nối song song thành nối tiếp hai động cơ. Như vậy khi làm việc song song, các động cơ sẽ làm việc ở 1 điện áp U = U đm . Đặc tính cơ của động cơ điện trong trường hợp này cĩ dạng của đường 6 trên 2 hình (1-39) . 3. Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp: Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp được chế tạo sao cho tác dụng của các dây quấn kích thích song song và nối tiếp hoặc bù nhau hoặc ngược nhau. Trên thực tế , người ta chỉ sử dụng loại động cơ điện kích thích hỗn hợp bù vì động cơ điện kích thích hỗn hợp ngược khơng đảm bảo được điều kiện làm việc ổn định. Động cơ điện kích thích hỗn hợp bù cĩ đặc tính cơ mang tính chất trung 39 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  44. Truong DH SPKT TP. HCM gian giữa hai loại động cơ kích thích song song và kích thích nối tiếp . Khi tải tăng từ thơng  tăng, do đĩ đặc tính cơ của động cơ điện kích thích hỗn hợp bù mềm hơn so với đặc tính cơ của động cơ điện kích thích song song. Tuy nhiên mức độ tăng của khơng mạnh như động cơ điện kích thích nối tiếp, cho nên đặc tính cơ của động cơ điện kích thích hỗn hợp bù cứng hơn so với đặc tính cơ của động cơ điện kích thích nối tiếp. Để tiện so sánh, đặc tính cơ của các loại động cơ điện nĩi trên được trình bày trên hình (1-41). Hình 1-41. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp so sánh với các loại động cơ điện một chiều khác Đường 1 : kích thích hỗn hợp bù ĐườngBan 2 quyen: kích thích© Truong hỗn DHhợp Su ngược pham Ky thuat TP. HCM Đường 3 : kích thích song song Đường 4 : kích thích nối tiếp Tốc độ của động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp được điều chỉnh như ở trường hợp động cơ kích thích song song, dù rằng về nguyên tắc cĩ thể áp dụng những phương pháp điều chỉnh tốc độ dùng cho động cơ điện kích thích nối tiếp . Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp được dùng trong những nơi cần các điều kiện mơmen mở máy lớn, gia tốc quay khi mở máy lớn, tốc độ biến đổi theo tải trong một vùng rộng như máy ép, máy bào, máy nâng tài Thời gian gần đây, động cơ kích thích hỗn hợp cịn được dùng trong giao thơng vận tải vì cĩ ưu điểm hơn so với động cơ kích thích nối tiếp ở chỗ dễ hãm bằng chế độ phát điện trả năng lượng về lưới điện . VÍ DỤ : Cho 1 máy phát điện kích thích song song cĩ P đm =27 kW, U đm = 115 V, n đm = 1150 vg/ph, It = 5 A, hiệu suất đm = 86 % . Điện trở trong mạch phần ứng Rư = 0,02  , 2 U tx = 2 V . a. Nếu đem dùng như động cơ điện (bỏ qua tác dụng phản ứng phần ứng ) với Uđm = 110 V, Pđm = 25kW,  = 0,86, tính tốc độ n ? b. Sự biến đổi của tốc độ khi tải đầy đến khơng tải . 40 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  45. Truong DH SPKT TP. HCM Giải a. Khi làm việc như máy phát điện thì : EF = U + Iư(F)Rư + 2 U tx Pđm 27000 với : Iư(F) = I t = 5 240 A U đm 115 => EF = 115 + 240.0,02 + 2 = 121,8 V Khi làm việc như động cơ điện : EĐ = U - Iư(Đ)Rư - 2 U tx Pđm 25000 110 với : Iư(Đ) = I t = 5 259,3 A U đm 0,86.110 115 => EĐ = 110 – 259,3.0,02 – 2 = 102,3 V E C  n 102,3 Vì : Đ e Đ Đ E F Ce F n F 121,8 Và giả thiết rằng :  I 4,7 Đ tĐ  F I tF 5 102,3 5 Ta cĩ : Ban n quyen 1150 © Truong. DH Su1030 pham vg/ph Ky thuat TP. HCM Đ 121,8 8,4 b. Khi động cơ làm việc khơng tải : I ưĐ 0 nên EoĐ = U = 110 V = Ce  Đ noĐ và ta cĩ thể viết : E n 110 OĐ OĐ E Đ n Đ 102,3 110 110 => n n 1030 1105 vg/ph OĐ Đ 102,3 102,3 CÂU HỎI : 1. Điều kiện làm việc ổn định của các động cơ điện . So sánh các loại động cơ điện về phương diện này ? 2.Phân loại động cơ điện một chiều ? 3. So sánh các đặc tính của động cơ điện một chiều ? 4. Hiện tượg xảy ra khi mở máy động cơ kích thích song song trong trường hợp mạch kích thích bị đứt. Cũng như vậy trong trường hợp điện trở điều chỉnh trên mặt kích thích rđc quá lớn ? 5. Nếu chổi điện đặt khơng đúng vị trí mà bị xê dịch ngược chiều quay của roto thì tốc độ của động cơ điện sẽ như thế nào ? 41 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  46. Truong DH SPKT TP. HCM BÀI TẬP 1.Cho một động cơ điện kích thích song song với các số liệu sau : Pđm =95 kW, U đm = 220 V, Iđm = 470 A, Itđm = 4,25 A, Rư = 0,025  , nđm = 500 vg/ph . Hãy tính : a. Hiệu suất của động cơ. b. Tổn hao đồng trong máy, tổn hao khơng tải và dịng điện khơng tải . c. Mơmen của động cơ . d. Trị số của dịng điện tải để hiệu suất cực đại . e. Điện trở điều chỉnh Rf cần thiết để động cơ quay với n = nđm, Iư = Iưđm và từ thơng giảm đi 40% . f. Điện trở Rf để cĩ n = nđm, Iư = 0,85 Iđm và từ thơng giảm đi 25%. Đáp số : a. 91,8 % b. P = 5,42 kW Po = 2,04 kW, Io = 13,5 A c. M = 1814 N.m d. I’ = 349 A e. Rf = 0,18  f. R’f = 0,136  Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM 2. Cho động cơ điện kích thích song song Pđm =17 kW, U đm = 220 V, nđm = 1150 vg/ph , Rư = 0,1  , Mđt = 12 kG.m. Hãy tính : a. Cơng suất điện từ Pđt và dịng Iư . b. Điện trờ điều chỉnh Rđc mắc trên mạch phần ứng để động cơ quay với tốc độ 500 vg/pt khi mơmen tải khơng đổi (bỏ qua phản ứng của phần ứng). Đáp số : a. Pđt = 14,15 kW , Iư = 66,3 A b. Rđc = 1,82  . 42 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  47. Truong DH SPKT TP. HCM CHƯƠNG II: MÁY BIẾN ÁP § 2.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY BIẾN ÁP Để dẫn điện từ các trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần phải cĩ đường dây tải điện (hình 2-1). Nếu khoảng cách giữa nơi sản xuất điện và hộ tiêu thụ, một vấn đề rất lớn đặt ra và cần được giải quyết là việc truyền tải điện năng đi xa làm sao cho kinh tế nhất. Hình 2-1. Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản. Như đã biết, cùng một cơng suất truyền tải trên đường dây, nếu điện áp được tăng cao thì dịng điện chạy trên đường dây sẽ giảm xuống, như vậy cĩ thể làm tiết diện dây nhỏ đi, do đĩ trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống. Vì thế muốn truyền tải cơng suất lớn đi xa, ít tổn hao cao, thường là 35, 110, 220 và 500 kV. Trên thực tế, các máy phát điện ít cĩ khả năng phát ra điện áp cao như vậy, thường chỉ từ 3 đến 21 kV, do đĩ phải cĩ thiết bị để tăng điện áp ở đầu đường dây lên. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường yêu cầu điện áp thấp từ 0,4 đến 6 kV, do đĩ tới đây phải cĩ thiết bị giảm điện áp xuống. Những thiết bị dùng để tăng điện áp ở đầu ra của máy phát điện, tức ở đầu đường dây dẫn điện và giảm điện áp khi tới các hộ tiêu thụ, tức là ở cuối đường dây dẫn điện gọi là các máy biến áp. Thực ra trong hệ thống điện lực, muốn truyền tải và phân phối cơng suất từ nhà máy điện đến tận các hộ tiêu thụ một cách hợpBan lí, quyen thường © Truong phải qua DH ba Su pha, pham bốn Ky lần thuat tăng TP. và HCMgiảm điện áp như vậy. Do đĩ tổng cơng suất của các máy biến áp trong hệ thống điện lực thường gấp ba, bốn lần cơng suất của trạm phát điện. Những máy biến áp dùng trong hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực hay máy biến áp cơng suất. Từ đĩ ta cũng thấy rõ, máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ khơng chuyển hĩa năng lượng. Ngồi máy biến áp điện lực ra cịn cĩ nhiều loại máy biến áp dịng trong các ngành chuyên mơn như: máy biến áp chuyên dùng cho các lị điện luyện kim; máy biến áp hàn điện; máy biến áp dùng cho các thiết bị chỉnh lưu; máy biến áp dùng cho đo lường; thí nghiệm Khuynh hướng phát triển của máy biến áp điện lực hiện nay là thiết kế chế tạo những máy biến áp cĩ dung lượng thật lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới để giảm trọng lượng và kích thước máy. Về vật liệu hiện nay đã dùng loại thép cán lạnh khơng những cĩ từ tính tốt mà tổn hao sắt lại thấp, do đĩ nâng cao được hiệu suất của máy biến áp. Khuynh hướng dùng dây nhơm thay dây đồng vừa tiết kiệm được đồng, vừa giảm được trọng lượng máy cũng đang phát triển. Ở nước ta, ngành chế tạo máy biến áp đã ra đời ngay từ ngày hịa bình lập lại. Đến nay chúng ta đã sản suất được một khối lượng khá lớn máy biến áp, với nhiều chủng loại khác nhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất ở trong nước và xuất khẩu. Hiện nay ta đã sản xuất được những máy biến áp dung lượng 63000 kVA với điện áp 110kV. I. Định nghĩa máy biến áp: Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dịng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dịng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số khơng thay đổi . 43 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  48. Truong DH SPKT TP. HCM Máy biến áp cĩ hai dây quấn gọi là máy biến áp hai dây quấn. Dây quấn nối với dịng điện để thu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp. Dây quấn nối với tải để đưa năng lượng ra gọi là dây quấn thứ cấp. Dịng điện, điện áp, cơng suất của từng dây quấn sẽ cĩ kèm theo tên gọi sơ cấp và thứ cấp tương ứng, ví dụ dịng điện sơ cấp I1, điện áp thứ cấp U2, dây quấn cĩ điện áp cao gọi là dây quấn cao áp ( viết tắt là HA). Nếu điện áp thứ cấp bé hơn điện áp sơ cấp ta cĩ máy biến áp giảm áp nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp ta cĩ máy biến áp tăng áp. Ở máy biến áp ba dây quấn, ngồi hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp cịn cĩ dây quấn thứ ba với điện áp trung bình ( viết tắt l TA ). Máy biến áp biến đổi hệ thống dịng điện xoay chiều một pha gọi là máy biến áp một pha; máy biến áp biến đổi hệ thống dịng điện xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp ba pha. Máy biến áp ngâm trong dầu gọi là máy biến áp dầu; máy biến áp khơng ngâm trong dầu gọi là máy biến áp khơ. II. Cấu tạo máy biến áp: Máy biến áp cĩ các bộ phận chính sau đây: Lõi thép, dây quấn và vỏ máy. 1. Lõi thép: Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn. Theo hình dạng lõi thép, người ta chia ra: - Máy biến áp kiểu lõi hay kiểu trụ ( hình 2-2 ): Dây quấn bao quanh trụ thép. Loại này hiện nay rất thơng dụng cho các máy biến áp một pha và ba pha cĩ dung lượng nhỏ và trung bình. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2-2. Máy biến áp kiểu lõi. a) Một pha, b) Ba pha - Máy biến áp kiểu bọc ( hình 2-3 ): Mạch từ được phân nhánh ra hai bên và bọc lấy một phần dây quấn. Loại này thường chỉ được dùng trong một vài ngành chuyên mơn đặc biệt như máy biến áp dùng trong lị điện luyện kim hay máy biến áp một pha cơng suất nhỏ dùng trong kĩ thuật vơ tuyến điện, truyền thanh Hình 2-3. Máy biến áp kiểu bọc. 44 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  49. Truong DH SPKT TP. HCM Ở các máy biến áp hiện đại, dung lượng lớn và cực lớn ( 80 – 100 MVA trên một pha), điện áp thật cao ( 220 – 400 kV ), để giảm chiều cao của trụ thép, tiện lợi cho việc vận chuyển trên đường, mạch từ của máy biến áp kiểu trụ được phân nhánh sang hai bên nên máy biến áp mang hình dáng vừa kiểu tru, vừa kiểu bọc gọi là máy biến áp kiểu trụ – bọc. Hình ( 2 – 4 ) trình bày một kiểu máy biến áp trụ – bọc ba pha ( trường hợp này cĩ dây quấn ba pha, nhưng cĩ năm trụ thép nên cịn gọi là máy biến áp ba pha năm trụ ). Hình 2-4. Máy biến áp kiểu trụ bọc. a) Một pha, b) Ba pha Lõi thép máy biến áp gồm cĩ hai phần: phần trụ kí hiệu bằng chữ T và phần gơng kí hiệu bằng chữ G ( hình 2-2 ). Trụ là phần lõi thép cĩ quấn dây quấn; gơng là phần lõi thép nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín và khơng cĩ dây quấn. Đối với các máy biến áp kiểu bọc (hình 2-3 ) và kiểu trụ bọc ( hình 2- 4 ), hai trụ thép phía ngồi cũng đều thuộc về gơng. Để giảm tổn hao do dịng điện xĩay gây nên, lõi thép được ghép từ những lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm cĩ phủ sơn cách điện trên bề mặt. Trụ và gơng cĩ thể ghép với nhau bằng phương pháp ghép nối hoặc ghép xen kẽ. Ghép nối thì trụ và gơng ghép riêng, sau đĩ dùng xà ép và bulơng vít chặt lại hình (2-5). Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Ghép xen kẽ thì tồn bộ lõi thép phải ghép đồng thời và các lớp lá thép được xếp xen kẽ với nhau lần lượt theo trình tự a, b như ở hình (2-6). Hình 2-6. Ghép xen kẽ lõi thép máy biến áp ba pha. Sau khi ghép lõi thép cũng được vít chặt bằng xà ép và bulơng. Phương pháp sau tuy phức tạp song giảm được tổn hao do dịng điện xốy gây nên và rất bền về phương diện cơ học. Vì thế hầu hết các máy biến áp hiện nay đều dùng kiểu ghép này. 45 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  50. Truong DH SPKT TP. HCM Do dây quấn thường quấn thành hình trịn, nên tiết diện ngang của trụ thép thường làm thành hình bậc thang gần trịn ( hình 2-7 ). Hình 2-7. Tiết diện của trụ thép. Gơng từ vì khơng quấn dây, do đĩ đề thuận tiện cho việc chế tạo, tiết diện ngang của gơng cĩ thể làm đơn giản: Hình vuơng, hình chữ thập hoặc hình chữ T ( hình 2-8 ). Tuy nhiên, hiện nay hầu hết các máy biến áp điện lực, người ta hay dùng tiết diện gơng hình bậc thang cĩ số bậc gần bằng số bậc cúa tiết diện trụ. HìnhBan 2-8.quyen Các © Truongdạng tiết DH diện Su pham của gơng Ky thuat từ và TP. của HCM lõi thép Vì lý do an tồn, tồn bộ lõi thép được nối đất với vỏ máy và vỏ máy phải được nối đất. Đối với tơn silic cán nguội dị hướng, để từ thơng luơn đi theo chiều cán là chiều cĩ từ dẫn lớn, lá thép được ghép từ các lá tơn cĩ cắt chéo một gĩc nhất định, thí dụ như hình (2-9). Hình 2-9. Ghép xen kẽ tơn cán nguội máy biến áp ba pha. - Cách ghép lõi thép bằng các lá tơn như trên các hình (2-6) và (2-9) được sử dụng khi chiều dày lá tơn trong khỏang từ 0,20 đến 0,35 mm. Khi chiều dày lá tơn nhỏ hơn 0,20 mm người ta dùng cơng nghệ mạch từ quấn lá tơn vơ định hình dày 0,10 mm. Việc quấn các dải tơn cĩ bề rộng khác nhau với những độ dày thích đáng vẫn cho phép thực hiện mạch từ cĩ tiết diện ngang, cĩ nhiều bậc nội tiếp trong vịng trịn. Khi cơng suất nhỏ và trung bình số bậc từ 5 đến 9; cịn đối với những cơng suất lớn số bậc từ 10 đến 13. 46 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  51. Truong DH SPKT TP. HCM 2. Dây quấn: Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng, cũng cĩ thể bằng nhơm nhưng khơng phổ biến. Theo cách sắp xếp dây quấn CA và HA, người ta chia ra hai loại dây quấn chính: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ. a. Dây quấn đồng tâm: Ở dây quấn đồng tâm tiết diện ngang là những vịng trịn đồng tâm. Dây quấn HA thường quấn phía trong gần trụ thép, cịn dây quấn CA quán phía ngồi bọc lấy dây quấn HA ( hình 2-2 ). Với cách quấn này cĩ thể giảm bớt được điều kiện cách điện của dây quấn CA ( kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách điện dây quấn CA ), bởi vì giữa dây quấn CA và trụ đã cĩ cách điện bản thân của dây quấn HA. a) b) Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2-10. Dây quấn hình trụ. a) Dây trịn nhiều lớp, b) Dây bẹt hai lớp. Những kiểu dây quấn đồng tâm chính bao gồm: Dây quấn hình trụ: Nếu tiết diện dây nhỏ thì dùng dây trịn, quấn thành nhiều lớp ( hình 2- 10b ); nếu tiết diện dây lớn thì dùng dây bẹt và thường quấn thành hai lớp ( hình 2-10a ). Dây quấn hình trụ dây trịn thường làm dây quấn CA, điện áp tới 35 kV; dây quấn hình trụ dây bẹt chủ yếu làm dây quấn HA với điện áp từ 6 kV trở xuống. Nĩi chung dây quấn hình trụ thường dùng cho các máy biến áp dung lượng 630 kVA trở xuống. Dây quấn hình xoắn: Gồm nhiều dây bẹt chập lại quấn theo đường xoắn ốc, giữa các vịng dây cĩ rãnh hở ( hình 2-11 ). Kiểu này thường dùng cho dây quấn HA của các máy biến áp dung lượng trung bình và lớn. Hình 2-11. Dây quấn hình xoắn 47 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  52. Truong DH SPKT TP. HCM Dây quấn xĩay ốc liên tục: Làm bằng dây bẹt và khác với dây quấn hình xoắn ở chỗ dây quấn này được quấn thành những bánh dây phẳng cách nhau bằng những rãnh hở ( hình 2-12 ). Bằng cách hốn vị đặc biệt trong khi quấn, các bánh dây được nối tiếp một cách liên tục mà khơng cần mối hàn giữa chúng, cũng vì thế mà được gọi là dây quấn xĩay ốc liên tục. Dây quấn này chủ yếu dùng cuộn CA, điện áp 25 kV trở lên và dung lượng lớn. Hình 2-12. Dây quấn xốy ốc liên tục. b. Dây quấn xen kẽ: Các bánh dây CA và HA lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép ( hình 2- 13). Cần chú ý rằng, để cách điện được dễ dàng, các bánh dây sát gơng thường thuộc dây quấn HA. Kiểu dây quấn này hay dùng trong các máy biến áp kiểu bọc. Vì chế tạo và cách điện khĩ khăn, kém vững chắc về cơ học nên các máy biến áp kiểu trụ hầu như khơng dùng kiểu dây quấn xen kẽ. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2-13. Dây quấn xen kẽ. 1. Dây quấn hạ áp ; 2. Dây quấn cao áp 3. Vỏ máy: Vỏ máy gồm hai bộ phận: thùng và nắp thùng. a. Thùng máy biến áp: Thùng máy làm bằng thép, thường là hình bầu dục. Lúc máy biến áp làm việc, một phần năng lượng bị tiêu hao thĩat ra dưới dạng nhiệt đốt nĩng lõi thép, dây quấn và các bộ phận khác, làm cho nhiệt độ của chúng tăng lên. Do đĩ giữa máy biến áp và mơi trường xung quanh cĩ một hiệu số nhiệt độ gọi là nhiệt độ chênh. Nếu nhiệt độ chênh đĩ vượt quá mức qui định sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và cĩ thể gây sự cố đối với máy biến áp. Để bảo đảm cho máy biến áp vận hành với tải liên tục trong thời gian qui định ( thường là 15 đến 20 năm ) và khơng bị sự cố, phải tăng cường làm lạnh bằng cách ngâm máy biến áp trong thùng dầu. Nhờ sự đối lưu trong dầu, nhiệt truyền từ các bộ phận bên trong máy biến áp sang dầu, rồi từ dầu qua vách thùng ra mơi trường xung quanh. Lớp dầu sát vách thùng nguội dần sẽ chuyển động xuống phía 48 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  53. Truong DH SPKT TP. HCM dưới và lại tiếp tục làm nguội một cách tuần hồn các bộ phận bên trong máy biến áp. Mặt khác, dầu máy biến áp cịn làm nhiệm vụ tăng cường cách điện. Tùy theo dung lượng máy biến áp mà hình dáng và kết cấu thùng dầu cĩ khác nhau. Loại thùng dầu đơn giản nhất là loại thùng dầu phẳng thường dùng cho các máy biến áp cĩ dung lượng từ 30 kVA trở xuống. Đối với các máy biến áp cỡ trung bình và lớn người ta hay dùng loại thùng dầu cĩ ống ( hình 2-14 ) . Hình 2-14. Thùng dầu kiểu ống. Ở những máy biến áp cĩ dung lượng đến 10000 kVA, người ta dùng những bộ tản nhiệt cĩ thêm quạt giĩ để tăng cường làmBan lạnh quyen ( hình © 2-15Truong ). Ơ DH các Su máy pham biến Ky áp thuat dùng TP. trong HCM các trạm thủy điện, dầu được bơm qua một hệ thống ống nước để tăng cường làm lạnh. Hình 2-15 . Bộ tản nhiệt cĩ quạt giĩ. b. Nắp thùng: Nắp thùng dùng để đậy thùng và trên đĩ đặt các chi tiết máy quan trọng như: - Các sứ ra của dây quấn HA và CA: Làm nhiệm vụ cách điện giữa đây dẫn ra với vỏ máy. Tùy theo điện áp của máy biến áp mà người ta dùng sứ cách điện thường hoặc cĩ dầu. Hình (2-16) vẽ một sứ ra 35 kV cĩ chứa dầu. Điện áp càng cao thì kích thước và trọng lượng sứ ra càng lớn. 49 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  54. Truong DH SPKT TP. HCM Hình 2-16. Sứ cách điện cĩ dầu. Bình giãn dầu: Là một thùng hình trụ bằng thép đặt trên nắp và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu ( hình 2-17 ). Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2-17. Bình giãn dầu (1) và ống bảo hiểm (2) Để bảo đảm thùng trong dầu luơn luơn đầy, phải duy trì dầu ở một mức nhất định. Dầu trong thùng máy biến áp thơng qua bình giãn dầu giãn nở tự do. Ống chỉ mức dầu bên cạnh bình giãn dầu dùng để theo dõi mức dầu bên trong. Ống bảo hiểm: làm bằng thép, thường là hình trụ nghiêng, một đầu nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thủy tinh . Nếu vì một lý do nào đĩ, áp suất trong thùng tăng lên đột ngột, đĩa thủy tinh sẽ vỡ, dầu theo đĩ thốt ra ngồi để máy biến áp khơng bị hư hỏng. Ngồi ra trên nắp cịn đặt bộ phận truyền động của bộ đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn CA. 50 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  55. Truong DH SPKT TP. HCM Hình 2-18. Máy biến áp dầu ba pha. 1. thép dẫn từ; 2. má sắt ép gơng; 3. dây quấn điện áp thấp (HA); 4. dây quấn điện áp cao (CA); 5. ống dẫn dây ra của CA; 6. ống dẫn dây ra của HA; 7. cầu dao đổi nối ở trong của các đầu phân nhánh để điều chỉnh điện áp của dây quấn CA; 8. bộ phận truyền động của cầu dao đổi nối; 9. sứ ra của CA; 10. sứ ra của HA; 11. thùng dầu kiểu ống; 12. ống nhập dầu; 13. quai để nâng ruột máy ra; 14. mặt bích để nối với bơm chân khơng; 15. ống cĩ màng bảo hiểm; 16. rơle hơi; 17. bình giãn dầu; 18. giá đỡ gĩc ở đáy thùng dầu; 19. bulơng dọc để bắt chặt má sắt ép gơng; 20. bánh xe lăn; 21. ống xả dầu. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM III. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy biến áp: Ta hãy xét nguyên lý làm việc cơ bản của máy biến áp vẽ trên hình 2-19. Đây là máy biến áp một pha hai dây quấn. Dây quấn 1 cĩ w1 vịng dây và dây quấn 2 cĩ w2 vịng dây được quấn trên lõi thép 3. Khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào dây quấn 1, trong đĩ sẽ cĩ dịng điện i1. Trong lõi thép sẽ sinh ra từ thơng mĩc vịng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng ra các sức điện động e1 và e2. Dây quấn 2 cĩ sức điện động sẽ sinh ra dịng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2. Như vậy năng lượng của dịng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2. Hình 2-19. Nguyên lý làm việc của máy biến áp. Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số sin, thì từ thơng do nĩ sinh ra cũng là một hàm số hình sin:  m sint ( 2-1) Do đĩ theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng trong các dây quấn 1 và 2 sẽ là: 51 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  56. Truong DH SPKT TP. HCM d d sin  t e w w m w cos  t 2 E sin(  t ) ( 2-2a) 1 1dt 1dt 1m 1 2 d d sin  t e w w m w cos  t 2 E sin(  t ) ( 2-2b) 2 2dt 2dt 2m 2 2 Trong đó: w1 m2 fw 1 m E1 4,44 fw1  m ( 2-3a) 2 2 w2 m2 fw 2  m E2 4,44 fw2  m ( 2-3b) 2 2 là giá trị hiệu dụng của các sức điện động dây quấn 1 và 2. Các biểu thức ( 2-2a, b ) cho thấy sức điện động cảm ứng trong dây quấn chậm pha với từ thơng sinh ra nĩ một gĩc . 2 Dựa vào các biểu thức ( 2-3a, b ), người ta định nghĩa tỷ số biến đổi của máy biến áp như sau: E w k 1 1 ( 2- 4) E2 w2 Nếu khơng kể điện áp rơi trên các dây quấn thì cĩ thể coi UEUE1 1;, 2 2 do đĩ k được xem như là tỷ số điện áp giữa dây quấn 1 và 2: Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM E U k 1 1 ( 2-5) E2 U 2 IV. Các lượng định mức: Các lượng định mức của máy biến áp qui định điều kiện kỹ thuật của máy. Các lượng này do nhà máy chế tạo qui định và thường ghi trên nhãn máy biến áp. 1. Dung lượng hay cơng suất định mức ( Sđm): Là cơng suất tịan phần ( hay biểu kiến ) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp, tính bằng kilơvơn – ampe ( kVA ) hay vơn – ampe ( VA ). 2. Điện áp dây sơ cấp định mức ( U1đm ): Là điện áp của dây quấn sơ cấp tính bằng kilơvơn ( kV ) hay vơn ( V ). Nếu dây quấn sơ cấp cĩ các đầu phân nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của từng đầu phân nhánh. 3. Điện áp dây thứ cấp định mức ( U2đm ): Là điện áp dây của dây quấn38 thứ cấp khi máy biến áp khơng tải và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định mức, tính bằng kV hay V. 4. Dịng điện dây định mức sơ cấp I1đm và thứ cấp I2đm : Là những dịng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với cơng suất và điện áp định mức, tính bằng ampe (A) hay kilơampe ( kA ). Cĩ thể tính các dịng điện như sau: Đối với máy biến áp một pha: 52 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  57. Truong DH SPKT TP. HCM S đm I 1đm ( 2- 6 ) U 1đm S đm I 2đm ( 2-7 ) U 2đm Đối với máy biến áp ba pha: S đm I 1đm ( 2-8 ) 3U 1đm S đm I 2đm ( 2- 9 ) 3U 2đm 5. Tần số định mức ( fđm ) tính bằng Hz. Thường các máy biến áp điện lực cĩ tần số cơng nghiệp là 50 Hz. Ngồi ra trên nhãn của máy biến áp cịn ghi những số liệu khác như: số pha m; sơ đồ và tổ nối dây quấn; điện áp ngắn mạch un%; chế độ làm việc ( dài hạn hay ngắn hạn ); phương pháp làm lạnh. Sau cùng nên hiểu rằng, khái niệm định mức cịn bao gồm cả nhữnhg tình trạng làm việc định mức của máy biến áp, mà cĩ thể khơng ghi trên nhãn máy như: hiệu suất định mức, độ chênh nhiệt định mức, nhiệt độ định mức của mơi trường xung quanh. V. Các loại máy biến áp chính: Theo cơng dụng , máy biến áp cĩ thể gồm những loại chính sau đây: 1. Máy biến áp điện lực dùng để truyền tải và phân phối cơng suất trong hệ thống điện lực. 2. Máy biến áp chuyênBan dùng quyen dùng © choTruong các lịDH luyện Su pham kim, Ky cho thuat các thiếtTP. HCM bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn điện, 3. Máy biến áp tự ngẫu biến đổi điện áp trong một phạm vi khơng lớn, dùng để mở máy các động cơ điện xoay chiều. 4. Máy biến áp đo lường dùng để giảm các điện áp và dịng điện lớn khi đưa vào các đồng hồ đo. 5. Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao. Máy biến áp cĩ rất nhiều, song thực chất các hiện tượng xảy ra trong chúng đều giống nhau. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, sau đây chủ yếu xét đến máy biến áp điện lực hai dây quấn một pha và ba pha. CÂU HỎI : 1. Máy biến áp là gì ? Vai trị của máy biến áp trong hệ thống điện lực ? Kết cấu của máy biến áp ra sao ? Tác dụng của từng bộ phận trong máy biến áp ? 2. Trên máy biến áp thường ghi những lượng định mức nào? Ý nghĩa của những lượng định mức. Ví dụ: Sđm biểu thị cơng suất gì, phía nào ? U2đm là điện áp ứng với tình trạng nào của máy biến áp. Hãy tính các dịng điện định mức của một máy biến áp ba pha khi biết các số liệu sau đây: Sđm = 100 kVA, U1đm/U2đm = 6000/230 V. Đáp số: I1đm = 9,62 A, I2đm = 251 A. 53 Thu vien DH SPKT TP. HCM -
  58. Truong DH SPKT TP. HCM § 2.2 TỔ NỐI DÂY VÀ MẠCH TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP Để máy biến áp ba pha cĩ thể làm việc được, các dây quấn pha sơ cấp hoặc thứ cấp phải được nối với nhau theo một qui luật nhất định. Ngồi ra, sự phối hợp kiểu nối dây quấn sơ cấp với kiểu nối dây quấn thứ cấp cũng hình thành các tổ nối dây khác nhau. Hơn nữa khi thiết kế, việc quyết định dùng tổ nối dây quấn cũng phải thích ứng với kiểu kết cấu của mạch từ để tránh những hiện tượng khơng tốt như: Sức điện động pha khơng sin, tổn hao phụ tăng, Trong chương này ta sẽ lần lượt xét các loại tổ nối dây và mạch từ, đồng thời xét các hiện tượng xảy ra khi từ hĩa lõi thép và nêu lên cách tính tốn về mạch từ của máy biến áp. I. Tổ nối dây của máy biến áp: Trước khi nghiên cứu tổ nối dây của máy biến áp, ta hãy xét kí hiệu các đầu dây và cách đấu các dây quấn pha với nhau. Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Hình 2-20. Cách qui ước các đầu đầu và đầu cuối của dây quấn ba pha. 1. Cách ký hiệu đầu dây: Các đầu tận cùng của máy biến áp, một đầu gọi là đầu đầu, đầu kia gọi là đầu cuối. Đối với dây quấn một pha cĩ thể tùy ý chọn đầu đầu và đầu cuối. Đối với dây quấn ba pha, các đầu đầu và đầu cuối phải chọn một cách thống nhất: Giả sử dây quấn pha A đã chọn đầu đầu đến đầu cuối đi theo chiều kim đồng hồ ( hình 2-20a ) thì dây quấn các pha B, C cịn lại cũng phải được chọn như vậy ( hình 2-20b và c ). Điều này rất cần thiết, bởi vì nếu một pha dây quấn ký hiệu ngược thì điện áp dây lấy ra sẽ mất tính đối xứng ( hình 2-21 ). Hình 2-21. Điện áp dây khơng đối xứng lúc ký hiệu ngược hay đấu ngược một pha. 54 Thu vien DH SPKT TP. HCM -