Giáo trình điện - Chương 1: Đại cương về máy điện 1 chiều

Chia sẻ: Nguyenvan Do | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

53
lượt xem 129
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo dành cho giáo viên, sinh viên, kỹ thuật viện về điện - GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình điện - Chương 1: Đại cương về máy điện 1 chiều

PhÇn thø nhÊt M¸y ®iÖn mét chiÒu Ch−¬ng 1 ®¹i c−¬ng vÒ m¸y ®iÖn mét chiÒu Ngµy nay, mÆc dï dßng ®iÖn xoay chiÒu ®−îc sö dông rÊt réng r·i, song m¸y ®iÖn mét chiÒu vÉn ®−îc coi lµ mét lo¹i m¸y quan träng. Nã cã thÓ dïng lµm ®éng c¬ ®iÖn, m¸y ph¸t ®iÖn hay dïng trong nh÷ng ®iÒu kiÖn lµm viÖc kh¸c. §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã m« men më m¸y lín, cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é b»ng ph¼ng, ph¹m vi ®iÒu chØnh réng nªn chóng ®−îc dïng nhiÒu trong c¸c m¸y c«ng nghiÖp cã yªu cÇu cao vÒ ®iÒu chØnh tèc ®é nh− c¸n thÐp, hÇm má, giao th«ng vËn t¶i... M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu dïng lµm nguån ®iÖn cho c¸c ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu, lµm nguån ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch tõ trong m¸y ®iÖn ®ång bé. Ngoµi ra trong c«ng nghiÖp ®iÖn ho¸ häc nh− tinh luyÖn ®ång, nh«m, m¹ ®iÖn... còng cÇn dïng nguån ®iÖn mét chiÒu ®iÖn ¸p thÊp. M¸y ®iÖn mét chiÒu còng cã nh÷ng nh−îc ®iÓm cña nã so víi m¸y ®iÖn xoay chiÒu nh− gi¸ thµnh ®¾t h¬n, sö dông nhiÒu kim lo¹i mµu h¬n, chÕ t¹o vµ b¶o qu¶n cæ gãp phøc t¹p,... nh−ng do nh÷ng −u ®iÓm cña nã nªn m¸y ®iÖn mét chiÒu vÉn cßn cã mét tÇm quan träng nhÊt ®Þnh trong s¶n xuÊt. 1-1. Nguyªn lý lµm viÖc cña m¸y ®iÖn mét chiÒu M¸y ®iÖn mét chiÒu cã thÓ lµm viÖc ë chÕ ®é m¸y ph¸t ®iÖn hoÆc chÕ ®é ®éng c¬ ®iÖn dùa vµo nguyªn lý c¶m øng ®iÖn tõ. 1.1.1. ChÕ ®é m¸y ph¸t ®iÖn S¬ ®å nguyªn lý lµm viÖc cña m¸y ®iÖn mét chiÒu nh− h×nh 1-1. M¸y gåm cã mét khung d©y abcd hai ®Çu nèi víi hai phiÕn gãp (hai nöa vßng ®ång). Hai chæi ®iÖn (chæi than) A vµ B ®Æt cè ®Þnh vµ lu«n t× s¸t vµo phiÕn gãp. Khung d©y vµ phiÕn gãp ®−îc quay quanh trôc cña nã víi mét tèc ®é kh«ng ®æi trong tõ tr−êng cña hai cùc nam ch©m N - S. Khi khung d©y quay, c¸c thanh dÉn ab vµ cd sÏ c¾t c¸c ®−êng søc tõ tr−êng. Theo ®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ, trong c¸c thanh dÉn xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng (s.®.®) c¶m øng, trÞ sè tøc thêi cña s.®.®. c¶m øng ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: e = B.l.v (1-1) trong ®ã: B - tõ c¶m ë n¬i thanh dÉn quÐt qua; l - chiÒu dµi thanh dÉn n»m trong tõ tr−êng; v - vËn tèc quÐt cña thanh dÉn. ChiÒu cña s.®.®. c¶m øng ®−îc x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay ph¶i. Theo vÞ trÝ cña khung d©y trªn h×nh 1-1 vµ gi¶ thiÕt chiÒu quay cña khung d©y ng−îc chiÒu kim ®ång hå th× thanh dÉn ab ®ang n»m d−íi cùc b¾c N, s.®.®. c¶m øng e sÏ cã chiÒu tõ b ®Õn a, 5
cßn thanh dÉn cd ®ang n»m d−íi cùc nam S, chiÒu cña s.®.®. c¶m øng trong nã sÏ tõ d ®Õn c. NÕu m¹ch ngoµi n khÐp kÝn qua t¶i th× s.®.®. trong khung c d©y sÏ sinh ra trong m¹ch ngoµi mét e d dßng ®iÖn ch¹y tõ chæi than A ®Õn chæi than B. Do khung d©y quay nªn b B c¸c thanh dÉn ab vµ cd lÇn l−ît thay e - ®æi vÞ trÝ n»m d−íi c¸c cùc tõ, do ®ã a s.®.®. c¶m øng trong c¸c thanh dÉn lµ A s.®.®. xoay chiÒu. NÕu tõ c¶m trong + khe hë kh«ng khÝ (n¬i thanh dÉn quÐt qua) ph©n bè h×nh sin th× theo c«ng thøc (1-1) s.®.®. trong khung d©y R còng lµ h×nh sin. H×nh 1-1. Nguyªn lý lµm viÖc V× chæi ®iÖn A lu«n t× lªn phiÕn cña m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu gãp nèi víi thanh dÉn n»m d−íi vïng cùc b¾c N, cßn chæi ®iÖn B lu«n t× lªn phiÕn gãp nèi víi thanh dÉn n»m d−íi e, i vïng cùc nam S nªn dßng ®iÖn ë 2 m¹ch ngoµi chØ ch¹y theo mét chiÒu tõ chæi A (cùc d−¬ng) ®Õn chæi B (cùc ©m). Nh− vËy, s.®.®. xoay chiÒu t c¶m øng trong khung d©y vµ dßng 1 ®iÖn t−¬ng øng ®· ®−îc chØnh l−u thµnh s.®.®. vµ dßng ®iÖn mét chiÒu ë H×nh 1-2. S.®.®. vµ dßng ®iÖn trong m¹ch ngoµi nhê hÖ thèng vµnh gãp vµ khung d©y (1) vµ ë m¹ch ngoµi (2). chæi than (h×nh 1-2). NÕu m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu cã mét khung d©y nh− ë h×nh 1-1 th× ®iÖn ¸p gi÷a hai chæi ®iÖn A, B cã d¹ng nh− ®−êng 2 ë h×nh 1-2, gäi lµ ®iÖn ¸p ®Ëp m¹ch. Trªn thùc tÕ, ®Ó cã s.®.®. lín gi÷a c¸c chæi than vµ ®Ó e gi¶m sù ®Ëp m¹ch cña s.®.®. ®ã, ng−êi ta dïng nhiÒu khung d©y ®Æt lÖch nhau mét gãc trong kh«ng gian lµm thµnh d©y quÊn phÇn øng. Còng t chÝnh v× vËy nªn kh«ng ph¶i chØ cã hai phiÕn gãp mµ cã nhiÒu phiÕn gãp H×nh 1-3. S.®.®. ë m¹ch ngoµi khi ghÐp l¹i víi nhau thµnh mét cæ gãp cã 2 khung d©y ®Æt lÖch nhau 900 ®iÖn. C¸c phiÕn gãp c¸ch ®iÖn víi nhau b»ng mica máng. §iÖn ¸p gi÷a hai chæi ®iÖn lµ tæng c¸c s.®.®. trªn c¸c thanh dÉn nèi tiÕp trong mét m¹ch nh¸nh, nªn nã cã trÞ sè lín vµ gi¶m bít sù ®Ëp m¹ch. D¹ng ®iÖn ¸p gi÷a hai chæi ®iÖn trong tr−êng hîp m¸y cã hai khung d©y ®Æt lÖch nhau trong kh«ng gian mét gãc 900 nh− ë h×nh 1-3 (®−êng nÐt liÒn). 6
1.1.2. ChÕ ®é ®éng c¬ ®iÖn Ng−îc l¹i víi m¸y ph¸t, nÕu ta nèi hai chæi ®iÖn A vµ B vµo nguån ®iÖn mét chiÒu, dßng mét chiÒu ch¹y trong c¸c thanh dÉn n»m trong tõ tr−êng cña nam ch©m N - S, d−íi t¸c dông cña tõ tr−êng nam ch©m lªn c¸c thanh dÉn cã dßng ®iÖn sÏ sinh ra lùc ®iÖn tõ cã ®é lín: F = Btb.l.i (1-2) trong ®ã: Btb- c¶m øng tõ trung b×nh trong khe hë; l - chiÒu dµi cña thanh dÉn; i - dßng ®iÖn ch¹y trong thanh dÉn. ChiÒu cña lùc ®iÖn tõ ®−îc x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay tr¸i. NÕu chæi ®iÖn A nèi vµo cùc (+) vµ chæi B nèi vµo cùc (-) cña nguån ®iÖn th× thanh dÉn nµo n»m d−íi vïng cùc S, dßng ®iÖn trong nã sÏ ch¹y tõ trong ra ngoµi (tõ c ®Õn d trªn h×nh 1-1), cßn thanh dÉn nµo n»m d−íi vïng cùc N, dßng ®iÖn sÏ ch¹y tõ ngoµi vµo trong (tõ a ®Õn b). Do ®ã lùc ®iÖn tõ t¸c dông lªn c¸c thanh dÉn ë mçi vïng cùc cã chiÒu kh«ng ®æi, m« men do lùc ®iÖn tõ sinh ra cã chiÒu kh«ng ®æi lµm cho khung d©y quay theo mét chiÒu nhÊt ®Þnh. §ã lµ nguyªn lý lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu. 1-2. kÕt cÊu cña m¸y ®iÖn mét chiÒu KÕt cÊu chñ yÕu cña m¸y ®iÖn mét chiÒu nh− ë h×nh 1-4 vµ cã thÓ chia thµnh hai phÇn chÝnh: phÇn tÜnh (stato) vµ phÇn quay (r«to). 5 6 78 9 10 11 8 4 6 3 7 2 12 1 13 9 a) b) H×nh 1-4. MÆt c¾t däc (a) vµ mÆt c¾t ngang(b) cña m¸y ®iÖn mét chiÒu 1. trôc; 2. æ bi; 3. n¾p; 4. c¸nh qu¹t; 5. vá; 6. lâi thÐp cùc tõ chÝnh; 7. lâi s¾t phÇn øng; 8. d©y quÊn cùc tõ chÝnh; 9. d©y quÊn phÇn øng; 10. chæi than; 11. cæ gãp; 12. d©y quÊn cùc tõ phô; 13. lâi s¾t cùc tõ phô. 7
1.2.1. PhÇn tÜnh (stato) PhÇn tÜnh cßn ®−îc gäi lµ phÇn c¶m, gåm cùc tõ chÝnh, cùc tõ phô, g«ng tõ, n¾p m¸y vµ c¬ cÊu chæi ®iÖn. a. Cùc tõ chÝnh Cùc tõ chÝnh lµ bé phËn sinh ra tõ tr−êng, gåm cã lâi s¾t cùc tõ vµ d©y quÊn kÝch tõ lång ngoµi lâi s¾t cùc tõ. Lâi thÐp cùc tõ lµm b»ng c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn hay thÐp c¸c bon dµy 0,5 ®Õn 1mm ®−îc Ðp l¹i vµ t¸n chÆt. Trong m¸y ®iÖn nhá cã thÓ dïng thÐp khèi. Cùc tõ ®−îc g¾n chÆt vµo vá m¸y b»ng bu l«ng (h×nh 1-5). D©y quÊn kÝch tõ ®−îc lµm b»ng ®ång bäc c¸ch ®iÖn, ®−îc quÊn thµnh tõng cuén, mçi cuén d©y ®Òu ®−îc bäc c¸ch ®iÖn kü thµnh mét khèi vµ tÈm s¬n c¸ch ®iÖn tr−íc khi ®Æt trªn c¸c cùc tõ. C¸c cuén d©y kÝch tõ ®Æt trªn c¸c cùc tõ chÝnh ®−îc nèi nèi tiÕp nhau sao cho khi cã dßng ®iÖn ch¹y qua chóng th× h×nh thµnh c¸c cùc tõ tr¸i dÊu xen kÏ. 1 2 3 4 a) b) H×nh 1-5. Cùc tõ chÝnh trong m¸y ®iÖn mét chiÒu: a) Bèn cùc; b) S¸u cùc 1. Cuén d©y kÝch tõ; 2. G«ng tõ; 3. Lâi thÐp cùc tõ; 4. Bu l«ng b. Cùc tõ phô Cùc tõ phô ®−îc ®Æt gi÷a c¸c cùc tõ chÝnh (h×nh 1-4) vµ dïng ®Ó c¶i thiÖn ®æi chiÒu. Lâi thÐp th−êng lµm b»ng thÐp khèi, trªn th©n cùc tõ cã ®Æt d©y quÊn mµ cÊu t¹o gièng nh− d©y quÊn cùc tõ chÝnh. Cùc tõ phô ®−îc g¾n vµo vá m¸y nhê nh÷ng bul«ng. c. G«ng tõ G«ng tõ lµm m¹ch tõ nèi liÒn c¸c cùc tõ, ®ång thêi lµm vá m¸y. Trong m¸y ®iÖn c«ng suÊt lín g«ng tõ lµm b»ng thÐp ®óc. Trong m¸y ®iÖn c«ng suÊt nhá vµ võa th−êng dïng thÐp tÊm cuèn l¹i vµ hµn. Cã khi trong m¸y ®iÖn nhá dïng gang lµm vá m¸y. d. C¬ cÊu chæi than C¬ cÊu chæi than (h×nh 1-6) gåm cã chæi H×nh 1-6. C¬ cÊu chæi than: 1. chæi than ®Æt trong hép chæi than vµ nhê mét lß than; 2. hép chæi than; 3. lß xo; 4. gi¸ xo t× chÆt lªn cæ gãp. Hép chæi than ®−îc cè ®ì; 5. d©y dÉn ®iÖn; 6. cß mæ 8
®Þnh trªn gi¸ chæi than vµ c¸ch ®iÖn víi gi¸. Gi¸ chæi than cã thÓ quay ®−îc ®Ó ®iÒu chØnh vÞ trÝ chæi than cho ®óng chç. Sau khi ®iÒu chØnh xong th× dïng vÝt cè ®Þnh chÆt l¹i. Chæi than lµm b»ng than hay graphit, ®«i khi ®−îc trén thªm bét ®ång ®Ó t¨ng ®é dÉn ®iÖn. Chæi than cã nhiÖm vô ®−a dßng ®iÖn tõ phÇn øng ra ngoµi hoÆc ng−îc l¹i. e. N¾p m¸y N¾p m¸y ®Ó b¶o vÖ m¸y khái bÞ nh÷ng vËt ngoµi r¬i vµo lµm h− háng d©y quÊn vµ ®¶m b¶o an toµn cho ng−êi khái ch¹m ph¶i ®iÖn. Trong c¸c m¸y ®iÖn c«ng suÊt nhá vµ võa, n¾p m¸y cßn cã t¸c dông lµm gi¸ ®ì æ bi. Trong tr−êng hîp nµy n¾p m¸y th−êng lµm b»ng gang. 1.2.2. PhÇn quay (r«to) PhÇn quay cßn gäi lµ phÇn øng, gåm c¸c bé phËn sau: a. Lâi thÐp phÇn øng Lâi thÐp r«to dïng ®Ó dÉn tõ, th−êng lµm b»ng c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn (thÐp hîp kim silic) dµy 0,5mm, bÒ mÆt cã phñ s¬n c¸ch ®iÖn råi ghÐp l¹i ®Ó gi¶m tæn hao do dßng ®iÖn xo¸y g©y nªn. Trªn l¸ thÐp cã dËp h×nh d¹ng r·nh ®Ó sau khi ghÐp l¹i th× ®Æt d©y quÊn vµo. Trong nh÷ng m¸y cì trung b×nh trë lªn, ng−êi ta cßn dËp nh÷ng lç th«ng giã ®Ó khi Ðp l¹i thµnh lâi s¾t cã thÓ t¹o ®−îc nh÷ng lç H×nh 1-7. L¸ thÐp phÇn øng th«ng giã däc trôc (h×nh 1-7). Trong m¸y ®iÖn h¬i lín th× lâi s¾t ®−îc chia nªm thµnh tõng ®o¹n nhá, gi÷a c¸c ®o¹n Êy cã ®Ó mét khe hë gäi lµ khe th«ng giã ngang trôc. Khi m¸y C¸ch ®iÖn lµm viÖc, giã thæi qua c¸c khe lµm nguéi d©y quÊn r·nh vµ lâi s¾t. Trong nh÷ng m¸y ®iÖn nhá, lâi s¾t phÇn øng ®−îc Ðp trùc tiÕp vµo trôc. Trong m¸y ®iÖn lín, gi÷a trôc vµ lâi s¾t cã ®Æt gi¸ r«to. Dïng gi¸ r«to cã thÓ tiÕt kiÖm thÐp kü thuËt ®iÖn vµ gi¶m D©y dÉn nhÑ träng l−îng r«to. b. D©y quÊn phÇn øng H×nh 1-8. MÆt c¾t r·nh phÇn øng D©y quÊn phÇn øng lµ phÇn sinh ra s.®.®. c¶m øng vµ cã dßng ®iÖn ch¹y qua. D©y quÊn phÇn øng lµm b»ng ®ång cã bäc c¸ch ®iÖn, tiÕt diÖn h×nh trßn (trong m¸y c«ng suÊt bÐ) hay h×nh ch÷ nhËt (trong m¸y c«ng suÊt lín), ®−îc ®Æt trong c¸c r·nh cña lâi thÐp theo mét s¬ ®å cô thÓ vµ ®−îc c¸ch ®iÖn cÈn thËn víi r·nh. §Ó tr¸nh khi quay bÞ vung ra do lùc ly t©m, ë miÖng r·nh cã dïng nªm ®Ó ®Ì chÆt hoÆc ph¶i ®ai chÆt d©y quÊn. Nªm cã thÓ b»ng tre, gç hay bakªlÝt (h×nh 1-8). c. Cæ gãp Cæ gãp (cßn gäi lµ vµnh gãp hay vµnh ®æi chiÒu) dïng ®Ó chØnh l−u dßng ®iÖn xoay chiÒu trong d©y quÊn phÇn øng thµnh dßng ®iÖn mét chiÒu ®−a ra ngoµi. KÕt cÊu cña cæ gãp nh− h×nh 1-9, gåm cã nhiÒu phiÕn ®ång cã ®u«i Ðn (h×nh 1-9a vµ b) ghÐp l¹i thµnh h×nh trô trßn (h×nh 1-9c), gi÷a c¸c phiÕn ®ång ®−îc c¸ch ®iÖn víi nhau b»ng c¸c tÊm mi ca dµy 0,4 ®Õn 1,2mm. Hai ®Çu trô trßn dïng hai vµnh èp h×nh ch÷ V Ðp chÆt l¹i. Gi÷a vµnh èp vµ phiÕn gãp còng ®−îc c¸ch ®iÖn b»ng c¸c tÊm mi ca. 9
§u«i vµnh gãp nh« cao lªn mét Ýt ®Ó hµn c¸c ®Çu d©y cña c¸c phÇn tö d©y quÊn vµo c¸c phiÕn gãp ®−îc dÔ dµng. 4 1 5 2 3 2 4 6 7 a) c) b) H×nh 1-9. PhiÕn ®æi chiÒu (a), (b) vµ cæ gãp (c) 1. phiÕn gãp; 2, 3. èp h×nh ch÷ V; 4. c¸ch ®iÖn b»ng mi ca; 5. r·nh nèi d©y; 6. vµnh ®Öm c¸ch ®iÖn; 7. bul«ng xiÕt. d. C¸c bé phËn kh¸c C¸c bé phËn kh¸c gåm cã: C¸nh qu¹t dïng ®Ó qu¹t giã lµm m¸t m¸y. M¸y ®iÖn mét chiÒu th−êng chÕ t¹o theo kiÓu b¶o vÖ, ë hai ®Çu n¾p m¸y cã lç th«ng giã. C¸nh qu¹t l¾p trªn trôc m¸y. Khi m¸y quay, c¸nh qu¹t hót giã tõ ngoµi vµo m¸y. Giã ®i qua vµnh gãp, cùc tõ, lâi s¾t vµ d©y quÊn råi qua qu¹t giã ra ngoµi lµm nguéi m¸y. Trôc m¸y lµm b»ng thÐp c¸c bon tèt. Trªn trôc m¸y l¾p lâi s¾t phÇn øng, vµnh H×nh 1-10. R«to cña m¸y ®iÖn mét chiÒu gãp, c¸nh qu¹t. PhÇn øng (r«to) cña m¸y ®iÖn mét chiÒu nh− ë h×nh 1-10. 1-3. C¸c ®¹i l−îng ®Þnh møc ChÕ ®é lµm viÖc ®Þnh møc cña m¸y ®iÖn lµ chÕ ®é lµm viÖc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn mµ x−ëng chÕ t¹o ®· quy ®Þnh. ChÕ ®é ®ã ®−îc ®Æc tr−ng bëi nh÷ng ®¹i l−îng ghi trªn nh·n m¸y vµ gäi lµ nh÷ng l−îng ®Þnh møc. Trªn nh·n m¸y th−êng ghi nh÷ng ®¹i l−îng sau: C«ng suÊt ®Þnh møc P®m (W hay kW); §iÖn ¸p ®Þnh møc U®m (V); 10
Dßng ®iÖn ®Þnh møc I®m (A); Tèc ®é ®Þnh møc n®m (vg/ph). Ngoµi ra cßn ghi kiÓu m¸y, ph−¬ng ph¸p kÝch tõ, dßng ®iÖn kÝch tõ vµ c¸c sè liÖu vÒ ®iÒu kiÖn sö dông v.v... CÇn chó ý lµ c«ng suÊt ®Þnh møc ë ®©y lµ chØ c«ng suÊt ®−a ra cña m¸y ®iÖn. §èi víi m¸y ph¸t ®iÖn, ®ã lµ c«ng suÊt ®iÖn ®−a ra ë ®Çu cùc cña m¸y. §èi víi ®éng c¬ ®iÖn th× ®ã lµ c«ng suÊt c¬ ®−a ra ë ®Çu trôc. C©u hái 1. KÕt cÊu cña m¸y ®iÖn mét chiÒu gåm nh÷ng bé phËn chÝnh nµo, c«ng dông cña c¸c bé phËn ®ã? 2. T¹i sao lâi s¾t phÇn øng cña m¸y ®iÖn mét chiÒu ph¶i lµm b»ng thÐp kü thuËt ®iÖn, cùc tõ th× cã thÓ dïng thÐp kü thuËt ®iÖn hay thÐp l¸ th−êng ghÐp l¹i, cßn g«ng tõ l¹i dïng thÐp ®óc hoÆc thÐp tÊm uèn l¹i råi hµn? T¹i sao vá cña m¸y ®iÖn mét chiÒu kh«ng dïng gang lµ lo¹i vËt liÖu rÎ tiÒn vµ dÔ ®óc? 3. Cho biÕt ý nghÜa cña trÞ sè c«ng suÊt ®Þnh møc ghi trªn nh·n m¸y? C«ng suÊt ®Þnh møc cña ®éng c¬ ®iÖn ghi trªn nh·n m¸y lµ c«ng suÊt c¬ ®−a ra ®Çu trôc hay c«ng suÊt ®iÖn ®−a vµo ®éng c¬? 11