Giáo trình Máy điện 1- Chương 5: Máy điện một chiều

Chia sẻ: Bùi Tấn Lợi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

158
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

"Máy điện 1- Chương 5: Máy điện một chiều" giới thiệu tới người đọc các kiến thức đại cương về máy điện một chiều, máy phát điện một chiều kích từ độc lập, máy phát điện một chiều kích từ song song, máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp, máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Máy điện 1- Chương 5: Máy điện một chiều

133 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP MÁY ĐIỆN 1 2008
134 Chƣơng 5 MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU 5.1. ĐẠI CƢƠNG Mặc dù sử dụng phổ biến bộ biến đổi tĩnh và hệ thống điều khiển đã giảm đi máy phát điện một chiều, nhưng nó vẫn còn được sử dụng làm nguồn trong một số lãnh vực đòi hỏi phải dùng máy phát điện một chiều làm nguồn như nhà máy luyện thép, tàu phá băng, công nghiệp điện cơ và máy chải trong ngành dệt và một vài hệ thống truyền động. Sau đây ta sẽ nghiên cứu các đặc tính, sự vận hành và quá trình thành lập điện áp của các loại máy phát điện một chiều. 5.2. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Máy phát điện một chiều kích từ độc lập có dòng điện kích từ It do nguồn một chiều ngoài máy tạo ra, không phụ thuộc dòng điện phần ứng I ư như trên hình 5.1. Nguồn cung cấp cho mạch kích từ này có thể là một máy phát điện một chiều khác, bộ chỉnh lưu không điều khiển hoặc chỉnh lưu có điều khiển hoặc nguồn accqui (nguồn E). 5.2.1. Mạch điện tƣơng đƣơng và các phƣơng trình cân bằng Các phương trình của máy phát một chiều kích từ độc lập : Phương trình dòng điện : I æ  I (5.1a) Phương trình điện áp : + Mạch kích từ : U t  E t  R mt I t (5.1b) + Mạch phần ứng : E æ  U  R mæ I æ  k E Φn (5.1c) Iư I + Rmư Rt n  Tải It U Eư Nt ĐC sơ cấp  _ Et Rđc Hình 5.1 Mạch tương dương của máy phát kích từ độc lập
135 Trong đó : I = dòng điện phụ tải E t = sđđ kích thích để tạo ra dòng kích từ. R t = điện trở của dây quấn kích thích. R âc = Biến trở để điều chỉnh dòng điện kích thích. R t  R t  R âc : điện trở của mạch kích thích. R mæ = điện trở mạch phần ứng. Chú ý: Khi không có điện trở điều chỉnh dòng điện kích từ Rđc thì điện trở dây quấn kích từ là điện trở mạch kích từ. Cho rằng máy không có từ dư và được thiết kế kích từ độc lập, từ thhong cực từ có thể xác định là: N t It Φ (5.2) μ Trong đó: It = dòng điện kích từ (A) Nt = số vòng dây của quấn trên một cực từ  = từ trở của mạch từ (A-t/Wb)  = từ thông cực từ (Wb) Từ công thức (5.1c) và (5.2), ta có: k E N t I t .n Eæ  (5.3) μ Chú ý, từ trở của vật liệu sắt từ không phải là hằng số, như vậy biểu thức (5.2) là không tuyến tính. Dòng điện trong cuộn dây kích thích được xác định từ định luật Ohm: Et It  (5.4) R t  R đc Trong đó: It = dòng điện kích từ (A) Et = Sđđ nguồn kích thích (V) Rt = điện trở của dây quấn kích thích () Rđc = điện trở điều chỉnh dòng điện kích thích () Từ biểu thức (5.4) cho ta thấy khi giảm điện trở kích từ làm tăng dòng kích thích giống như tăng số vòng dây trên cực từ, sẽ tăng sđđ phần ứng. VÍ DỤ 5.1 Máy phát điện một chiều kích từ độc lập công suất 100kW cung cấp 50kW cho tải ở điện áp 125V. Nếu cắt tải và giữ nguyên tốc độ thì điện áp ra trên đầu cực máy phát là 137V. Hãy tính: a. Dòng điện tải. b. Điện trở mạch phần ứng
136 Bài giải Công suất của tải P = 50kW = 50.000W, điện áp tải U = 125V. Dòng điện tải là : P 50.000 I   400 A U 125 Khi không tải, điện áp trên đầu cực mát phát U = sđđ phần ứng Eư.=137 V. Điện trở mạch phần ứng : E æ  U 137  125 Ræ    0,03  I 400 5.2.2. Đặc tính không tải Đặc tính không tải là quan hệ của đường cong giữa sđđ cảm ứng và dòng điện kích thích E = f(It) khi máy làm việc không tải (I = 0) và tốc độ quay của máy n = const như trên hình 5.2. Nó là dạng của đường cong từ hóa. Đây là đặc tính rất quan trọng vì hầu hết các đặc tính làm việc khác phụ thuộc vào nó. Từ hình 5.2, ta lưu ý các điểm sau:  Lúc dòng điện I t = 0 vẫn có một sđđ nhỏ Edư do từ dư của lõi thép.  Trong đoạn tuyến tính từ Edư đến A. sđđ E tỷ lệ dòng điện I t .  Trong đoạn chuyển tiếp AB, sđđ E tăng chậm hơn I t .  Trong đoạn bão hòa BC, sđđ Eư tăng không đáng kể. Điểm làm việc bình thường của máy nằm trên đoạn chuyển tiếp vì nếu trên đoạn tuyến tính sđđ E ư sẽ thay đổi nhiều theo dòng điện I t nên điện áp ra của máy bị dao động; còn trên đoạn bão hòa dòng điện I t lớn làm tăng tổn hao kích thích. VÍ DỤ 5.2 Máy phát điện một chiều kích từ độc lập có điện trở của dây quấn kích từ và mạch phần ứng tương ứng là 10,4 và 0,014. Đường cong từ hóa của máy trên hình 5.2. Xác định điện trở điều chinh dòng điện kích từ để sđđ cảm khi không tải là 290V, nếu được nối vào nguồn 240V. Bài giải Từ đường cong từ hóa hình 5.2, ta tìm được dòng điện kích từ để sđđ cảm ứng khi không tải được 290V là 8,9A. Dòng điện kích từ là : Et E It   R đc  t  R đc R t  R đc It 240 R đc   10,4  16,57 Ω 8,9
137 350 C B 300 Bão hòa Sđđ E (V) A Chuyển tiếp 200 150 100 Tuyến tính 50 Edư 0 2 4 6 8 10 12 Dòng điện kích từ It (A) Hình 5.2. Đường cong đặc tính không tải của máy phát điện một chiều 5.2.3. Đặc tính ngoài U RưIư Đặc tính ngoài của máy phát điện E 1 một chiều là quan hệ giữa điện áp trên dầu cực máy và dòng điện tải U = f(I), khi tốc độ n = const và dòng điện kích Sụt áp do phản 2 từ I t = const (hình 5.3). ứng phần ứng Phương trình cân bằng điện áp của của máy phát : I U  E æ  R mæ I æ (5.5) 0 Khi dòng điện tải I tăng, nếu bỏ Hình 5.3 Đặc tính ngoài máy phát DC qua phản ứng phần ứng thì sđđ Eư và từ thông  không đổi, nên điện áp U giảm xuống (hình 5.3, đường 1) do điện áp
138 rơi trong mạch phần ứng RưIư tăng, còn khi có xét phản ứng phần ứng thì điện áp U giảm xuống (đường 2) do cả hai nguyên nhân sau:  Tác dụng của phản ứng phần ứng làm cho từ thông tổng  giảm, kéo theo sức điện động Eư giảm và,  Điện áp rơi trong mạch phần ứng RmưIư tăng. Hiệu số điện áp lúc không tải Uo và lúc có tải định mức Uđm với điều kiện dòng điện kích từ bằng dòng điện kích từ định mức được qui định là độ biến đổi điện áp định mức của máy phát một chiều : U o  U âm U âm %   100 (5.6) U âm Điện áp không tải có được bằng cách cho máy làm việc trong điều kiện định mức rồi giảm tải dần về không, và quan sát thấy điện áp không tải. VÍ DỤ 5.3 Máy phát điện một chiều kích từ độc lập có công suất định mức Pđm = 5kW, điện áp Uđm = 125V, điện trở mạch phần ứng Rư = 0,2. a. Hãy tính dòng điện định mức và điện áp lúc không tải. Suy ra độ biến đổi điện áp định mức của máy. b. Tính điện áp khi máy phát làm việc bằng nửa tải. Cho là dòng kích từ và tốc độ quay của máy không đổi. Bài giải 1. Điện áp lúc không tải và Uđm% Công suất Pđm = 5kW = 5000W, điện áp tải Uđm = 125V. Dòng điện định mức của máy là : Pâm 5.000 I âm    40 A U âm 125 Sđđ cảm ứng trong máy khi tải định mức : Eư = Uđm + Rmư Iđm = 125 + 0,2 x 40 = 133 V Độ biến đổi điện áp định mức của máy phát một chiều: U o  U âm 133 125 U âm %   100%   100%  6,4% U âm 125 Khi không tải, điện áp trên đầu cực mát phát U.= sđđ phần ứng Eư.=133 V. Điện áp khi máy phát làm việc bằng nửa tải : Khi máy phát làm việc bằng nửa tải thì dòng điện phần ứng lúc này Iư = 20A. Do dòng điện kích từ và tốc độ quay của máy không đổi, nên Eư = 133 V. Vậy điện áp trên đầu cực máy là: U = Eư - Rư Iư = 133 - 0,2. 20 = 129 V
139 Máy phát điện một chiều có dây quấn bù Hình 5.4 trình bày hình máy phát điện một chiều kích từ độc lập có đặt cực từ phụ và dây quấn bù. Máy đang cung cấp nguồn cho tải trong điều kiện định mức. Áp dụng định luật Kirchhoff về áp cho mạch phần ứng, ta có: E æ  U  R mæ I æ (5.7) R mæ  R æ  R f  R b (5.8) Trong đó: U = điện áp của máy khi có tải (V) Eư = Sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng (V) Rư = điện trở của dây quấn phần ứng () Rf = điện trở dây quấn cực từ phụ () Rb = điện trở dây quấn bù () K Iư + I Rmư Rt n  Tải It U Eư Nt ĐC sơ cấp P+B  Rđc _ Ut Hình 5.4 Mạch tương dương của máy phát kích từ độc lập có cực từ phụ và dây quấn bù Do trong máy có dây quấn bù, nên phản ứng phần ứng bị triệt tiêu và sđđ Eư là sđđ sinh ra không đổi từ lúc không tải cho đến đầy tải. Như vậy, trong trường hợp đặc biệt của máy phát điện một chiều kích từ độc lập có dây quấn bù, điện áp khi không tải U0 = Eư. Máy phát điện một chiều không có dây quấn bù Nếu máy phát điện một chiều như trên hình 5.4 được thiết kế không có dây quấn bù nhưng có cực từ phụ, ta có phương trình cân bằng điện áp: E æ  U  I æ (R æ  R f ) (5.9) Công thức (5.9) không tính đến phản ứng phần ứng và sự bão hòa từ. Ảnh hưởng của phản ứng phần ứng đến sđđ như trình bày trên hình 5.5. Trên hình 5.5, lúc máy không tải, dòng điện kích từ thực It (Ft) sinh ra sđđ là Eưo. Khi máy có dòng điện tải I, sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng là E ư = U + IưRư. Nếu Eư < Eưo,
140 tức là từ thông trong máy giảm do phản ứng phần ứng, mặc dù dòng điện kích từ It vẫn không đổi. Vì vậy ta cho rằng, sđđ Eư cảm ứng trong máy là do dòng điện kích thích hiệu dụng It.hd (Ft,hd) sinh ra. Do vậy, phản ứng phần ứng được E  coi như làm khử một phần dòng điện khích thích. Sự khác nhau giữa dòng Eư0= U0 điện kích thích thực và dòng điện E ư0 kích thích hiệu dụng là do phản ứng Eư U + Iư.Rmư phần ứng và có dòng điện kích từ tương ứng It.pư. (Ft,pư) Do đó ta có : It.pư It.hd = It - It.pư (5.10a) It(A) Ft.hd = Ft - Ft.pư (5.10b) 0 It.hd It Trong đó It.pư (Ft,pư) là dòng điện Hình 5.5 Ảnh hưởng phản ứng phần ứng kích từ tương ứng với phản ứng phần ứng. 5.2.4. Đặc tính điều chỉnh It Đó là quan hệ giữa dòng điện kích từ và dòng điện tải It =f(I) khi giữ điện áp và tốc It0 độ máy phát không đổi, được trình bày trên hình 5.6. Để giữ cho điện áp máy phát không đổi khi tải tăng, phải tăng dòng điện kích từ I It, như vậy dòng điện kích từ tăng là để bù lại phản ứng phần ứng và điện áp rơi trên dây quấn phần ứng. Hình 5.6 Đặc tính điều chỉnh VÍ DỤ 5.4 Một máy phát điện một chiều kích từ song song có Pđm = 12kW, điện áp Uđm = 240V, nđm = 1000vòng/ph, Rư = 0,24. Dây quấn kích từ có điện trở Rt =160 và số vòng của dây quấn kích thích Nt = 1200vòng/cực từ, dòng kích từ là 6,7A (đặc tính không tải của máy hình 5.3, ứng với tốc độ 1000vòng/ph). Máy đang vận hành thành máy phát kích từ độc lập với dòng điện kích từ định mức. 1. Bỏ qua phản ứng phần ứng, xác định điện áp trên đầu cực máy phát khi dòng điện định mức ?. 2. Phản ứng phần ứng khi tải định mức tương đương dòng kích từ là 0,6A: a. Xác định điện áp trên đầu cực máy phát ? b. Xác định dòng điện kích từ, cho rằng điện áp trên đầu cực máy phát khi tải định mức là 240V.
141 Bài giải 1. Xét khi bỏ qua phản ứng phần ứng lúc dòng điện định mức ? Dòng điện định mức của máy là : Pâm 12000 I âm    50 A U âm 240 Từ đặc tính không tải của máy hình 5.3, khi It = 6,7A, ta có Eư = 250V Điện áp trên đầu cực máy phát khi dòng điện định mức: U = Eư - Rư Iđm = 250 - 0,24 x 50 = 238 V 2. Xét khi có phản ứng phần ứng: Dòng điện kích từ hiệu dụng : It.hd = It – It.pư = 6,7 - 0,6 = 6,2 A Từ hình đặc tính không tải trên 5.3 với dòng điện kích từ 1,84 A, ta có Sđđ Eư = 240V. Điện áp trên đầu cực máy phát khi tải dòng điện tải định mức : Uđm = Eư - Rư Iđm = 240 - 0,24 x 50 = 228 V Sđđ cảm ứng trong máy khi tải định mức và điện áp U = 240V : Eư = Uđm + Rư Iđm = 240 + 0,24.50 = 252 V Từ đặc tính không tải trên hình 5.3, với Sđđ Eư = 252V, ta có dòng điện kích từ hiệu dụng là: It.hd = 6,9 A, Dòng điện kích từ thực tế là : It = It.hd + It.pư = 6,9 + 0, 6 = 7,5 A VÍ DỤ 5.5 Một máy phát điện một chiều kích từ độc lập có Pđm = 300kW, điện áp Uđm = 240V, nđm = 900vòng/ph, Rư = 0,00243, Rf = 0,0008 không có dây quấn bù. Dây quấn kích từ song song có điện trở Rt =18,1 và số vòng của dây quấn kích thích Nt = 1020vòng/cực từ, được nối vào nguồn 120V qua điện trở điều chỉnh. Mạch điện tương đương và đường cong từ hóa của máy trình bày trên hình 5.7. Stđ phản ứng phần ứng khử từ tương đương 12,1% stđ của dây quấn kích từ song song khi máy làm việc trong điều kiện định mức. Hãy xác định: 1. Điện áp trên đầu cực máy phát khi không tải. 2. Độ thay đổi điện áp định mức. 3. Điện trở điều chỉnh nối vào mạch kích từ để cho điện áp trên đầu cực máy phát khi tải định mức là 240V.
142 Bài giải 1. Điện áp không tải Dòng điện định mức của máy là : Pâm 300000 I âm    1250 A U âm 240 280 255 240 Sđđ E ư(V) 160 K Iư + I Rmư Rt 120 n  Tải It U Eư 80 Rđc P _ 40 Ut =120V Edư 0 1 2 3 4 5 6 Stđ Ft (At/cực từ x 1000) Hình 5.7. Đường cong từ hóa và sơ đồ mạch điện của VD 5.5 Điện áp trên đầu cực máy phát khi dòng điện định mức: Eư = U + Rmư Iđm = 240 + 0,0,00323 x 1250 = 243,9 V Với Rmư = Rư + Rf = 0,00243 + 0,0008 = 0,00323 Từ đặc tính hình 5.7, khi Eư = 243,9V, ta có Ft = 5100A-t/cực từ
143 Ft.hd = Ft - Ft.pư = Ft (1- 0,121) 5100  Ft   5802 A-t/cực từ 1  0,121 Từ đặc tính của máy trên hình 5.7, khi Ft = 5802A-t/cực từ, ta có Eư = 255V. Như vậy điện áp không tải: U0 = Eư0 = 255V 2. Độ biến đổi điện áp định mức: Ta có: U o  U âm 255  240 ΔU âm %  100  100  6,25% U âm 240 3. Điện trở điều chỉnh dòng kích từ: Ft 5802 Ft  N t I t  I t    5,69 A N t 1020 Ut U It   R đc  t  R đc R t  R đc It 120 R đc   18,1  3,0 Ω 5,69 5.3. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG 5.3.1. Mạch điện tƣơng đƣơng và các phƣơng trình Hình 5.9, trình bày mạch điện tương đương của máy phát điện một chiều kích từ song song. Ta thấy điện áp kích thích U t được lấy từ mạch phần ứng, như vậy U t  U . Các phương trình cân bằng của máy phát kích thích song song: Phương trình dòng diện : Iæ  It  I (5.11a) Mạch phần ứng : U  E æ  R mæ I æ (5.11b) Mạch kích thích : U t  R mt I t  (R t  R đc )I t (5.11c) 5.3.2. Quá trình thành lập điện áp và Điều kiện tự kích Giả thiết trên hình 5.8a, công tắc ở mạch kích từ mở, máy phát quay với tốc độ định mức ở tình trạng không tải (I = 0) và không được kich từ (It = 0). Nhờ có từ dư  dæ máy phát sẽ có sđđ cảm ứng E dæ là 7V trên đầu cực của máy, như trình bày ở đường cong từ hóa trên hình 5.8b. Khi công tắc ở mạch kích từ được đóng lại, dây quấn kích từ được nối với đầu cực của máy phát sẽ có dòng điện It = 0,6A chạy qua dây quấn do sđđ Edư = 7V sinh ra, sẽ có hai trường hợp xảy ra: 1. Nếu Edư = 7V tạo ra dòng kích thích It = 0,6A, dòng điện nầy tạo ra từ thông  t cùng chiều với  dæ . Lúc đó từ thông cực từ    t   dæ tăng lên, sđđ Eư tăng lên 13V như trên đường cong từ hóa. Điện áp 13V tạo nên dòng kích
144 từ 1,1A trong dây quấn kích từ và cho điện áp 19V và cứ thế tăng lên, điện áp tăng thì từ thông tăng cho đến điểm giao nhau của đường cong từ hóa và đường thẳng điện trở cảm gọi là điểm làm việc M, như vậy máy có thể tự kích được. Sự thành lập điện áp bị giới hạn bởi sự bão hòa từ và điện trở của mạch kích từ. 2. Nếu Edư = 7V tạo ra dòng kích thích It = 0,6A, mà dòng điện nầy tạo ra từ thông  t ngược chiều và triệt tiêu  dæ , tức là từ thông cực từ    t   dæ giảm và sđđ Eư của máy sẽ giảm dần về không và máy không tự kích được. K + Rmư n + Rt Cực đầu Eư KTs ra ĐC sơ cấp  P+B It _ (a) Sđđ phần ứng Eư E=f(It) M (Đườngcong Điểm làm việc từ hóa) U=RmtIt (Đường thẳng điện trở) 19 13 Edư 7 Dòng điện kích từ It 0 0,6 1,6 1,1 (b) Hình 5.8 Quá trình thành lập điện áp máy phát kích từ song song
145 Giả sử máy đã tự kích được và chưa mang tải, bỏ qua điện áp rơi trên mạch phần ứng vì dòng điện kích từ nhỏ, lúc đó E và It chính là nghiệm của hệ sau (hình 5.9): E = f(It) (5.12a) U = E = RmtIt = (Rt+ Rđc) It (5.12b) Đường E = f(It) là đặc tính không tải của máy phụ thuộc tốc độ n; còn đường E = RtIt là đường thẳng điện trở phụ thuộc vào điện trở mạch kích từ Rmt và tạo với trục ngang It một góc α  arctgRmt . Hai đường này cắt nhau tại điểm làm việc M (hình 5.9a). Nếu giả thiết giữ tốc độ quay của máy không đổi, và tăng Rđc tức là Rmt tăng, sẽ có một đường thẳng điện trở tiếp xúc với đặc tính không tải ứng với điện trở kích thích tới hạn R t.th, lúc đó điện áp không ổn định. Nếu tiếp tục tăng điện trở mạch kích thích, máy sẽ làm việc với sđđ Edư. Rt3 Rt.th Rt1 Eư M Rđc + E ĐC Rmư E=f(It) sơ cấp n + Rt U U=RmtIt Eư KTs  Edư P+B It _ It 0 It (b) (a) Hình 5.9 Điều kiện tự kích và Mạch tương đương của máy phát kích từ song song Tóm lại điều kiện tự kích là : 1. Phải có từ dư trong hệ thống mạch từ (máy). 2. Từ thông do sđđ Edư tạo ra cùng chiều từ dư. 3. Biến trở mạch kích từ phải đủ bé (Rmt < Rt.th). VÍ DỤ 5.6 Một máy phát điện một chiều kích từ song song như hình VD 5.6. Máy đang vận hành ở chế độ máy phát và không tải. 1. Xác định trị số điện áp cực đại trên đầu cực máy ?. 2. Xác định điện trở điều chỉnh Rđc dòng kích từ khi điện áp trên đầu cực máy phát lúc không tải bằng điện áp máy phát lúc tải định mức ? 3. Xác định trị số điện trở tới hạn Rth của mạch kích thích ?
146 Bài giải 1. Xác định điện áp trên đầu cực máy phát khi dòng kích từ định mức : E(V) 111V Rt.th 100 111V It Iư + 85 M Rđc 0,1. Rt 80 U Rt=80 + Eư _ U=RtIt KTs Edư It(A) (a) 0 0,5 1,0 1,4 Hình VD 5.6 (b) Điện áp cực đại máy sẽ phát khi điện trở điều chỉnh bé nhất, Rđc = 0. Trên hình VD 5.6b, vẽ đường điện trở mạch kích thích lúc Rt = dây quấn kích từ = 80. Điện áp cực đại máy phát là : Eư = U = 111 V 2. Xác định trị số điện trở điều chỉnh: Điện áp trên đầu cực máy phát khi không tải: U = Eư - Rmư Iđm  Eư = 100 V Điện trở của mạch kích từ : U 100 R mt    100 Ω = Rt + Rđc It 1 Điện trở điều chỉnh ở mạch kích từ : Rđc = Rmt - Rt = 100 - 80 = 20  3. Xác định trị số điện trở tới hạn Rt.th Từ gốc tọa độ đặc tính không tải của hình V 5.5b, ta vẽ đường thẳng tiếp tuyến phát xuất từ gốc tọa độ tiếp xúc với đoạn tuyến tính. Từ dòng kích từ 0,5 A, tìm được điện áp 85 V trên đường thẳng này. Vậy trị số điện trở tới hạn là : U 85 R t.th    170 Ω I t 0,5 Điện trở điều chỉnh ở mạch kích từ : Rđc = Rt.th - Rt = 170 - 80 = 90 
147 Ảnh hƣởng của tốc độ đến sự thành lập điện áp E(V) Đường cong từ M hóa tốc độ cao Đường thẳng điện trở Đường cong từ hóa tốc độ thấp Edư It(A) 0 0,5 1,0 1,4 Hình 5.10 Ảnh hưởng tốc độ đến sự thành lập điện áp Điện trở tới hạn của mạch kích thích liên quan mật thiết đến tốc độ quay của máy. Cùng một điện trở mạch kích từ, máy làm việc ở tốc độ thấp không thể thành lập được điện áp bằng điện áp khi làm việc ở tốc độ cao. Do đó, điện trở tới hạn của mạch kích thích khác nhau ở những tốc độ khác nhau. Điều đó được trình bày trên hình 5.10. Ta thấy đường thẳng điện trở đã trình bày giao với đường cong từ hóa tốc độ cao với điện áp cao (điểm M), và giao với đường cong từ hóa tốc độ thấp ở điện áp nhỏ gần bằng sđđ cảm ứng do từ dư. VÍ DỤ 5.7 Đường cong từ hóa của một máy phát điện một chiều kích từ song song 125V, 50kW, 1750 vòng/phút được trình bày trên hình VD 5.7. Điện áp không tải khi Rđc = 0 là 156V. Hãy xác định (a) trị số điện trở dây quấn kích thích Rt; (b) điện trở điều chỉnh dòng kích từ sẽ cung cấp cho máy khi điện áp không tải 140V; (c) sđđ phần ứng nếu trị số điện trở tới hạn Rth của mạch kích thích là 14,23; (d) điện trở điều chỉnh dòng kích từ để có điện trở tới hạn; (e) sđđ phần ứng khi tốc độ còn 80% định mức và trị số điện trở tới hạn Rđc = 0; (f) điện trở điều chỉnh dòng kích từ để có sđđ phần ứng 140V ở tốc độ 1750 vòng/phút nếu kích từ song song chuyển về kích từ độc lập nối vào nguồn một chiều 120V. Bài giải a. Xác định điện trở dây quấn kích từ: Đường cong từ hóa trên hình VD 5.7, dòng điện kích thích để có sđđ phần ứng 156V là 4,7A. Như vậy: E æ 156 Rt    33,19 Ω It 4,7
148 160 Đường thẳng 1750vg/ph điện trở Rth 140 Tốc độ giảm 80% 120 Sđđ E ư(V) 80 Đường thẳng điện trở, Rđc=0 60 40 20 Edư 0 1 2 3 4 5 6 Dòng điện kích thích It (A) Hình VD 5.7. Đường cong từ hóa và đường thẳng điện trở VD 5.7 b. Xác định điện trở điều chỉnh dòng kích từ: Từ đường cong từ hóa trên hình VD 5.7, dòng điện kích thích để có sđđ phần ứng 140V là 3,2A. Như vậy: Eæ E It   R đc  æ  R t R t  R đc It 140 R đc   33,19  10,56 Ω 3,2
149 c. Sđđ phần ứng của máy phát: R mt  R t  R đc  33,19  14,23  47,42 Ω Điện áp làm việc xác định từ giao điểm của đặc tính từ hóa và đường thẳng điện trở mới trên hình VD 5.7. Như vậy, sử dụng hai điểm điện áp tùy ý (0 và 100V), tương ứng dòng điện kích thích: Eæ 0 It    0A R t  R đc 47 ,42 Eæ 100 It    2,10 A R t  R đc 47 ,42 Vẽ đường thẳng qua hai điểm (0A,0V) và (2,1A,100V) sẽ cắt đường cong từ hóa tại điểm 130V. d. Điện trở điều chỉnh dòng kích từ để có Rth của máy phát: Đường thẳng điện trở tới hạn là đường tiếp tuyến với đường cong từ hóa ở đoạn tuyến tính trên hình VD 5.7 và để xác định điện trở tới hạn, ta xác định một điểm nào đó trên tung độ tương ứng sẽ có dòng điện kích từ. Như vậy: Eư = 140V; It = 2,35A E æ 140 R th  R mt    59,6 Ω It 2,35 R đc  R th  R t  59,6  33,19  26,41 Ω e. Sđđ phần ứng khi điện trở điều chỉnh Rđc =0 và tốc độ giảm còn 80%: Đường thẳng điện trở như trường hợp câu (a). Ta phải vẽ được đường cong từ hóa mới với tốc độ giảm còn 80%. Ta biết rằng sđđ cảm ứng tỉ lệ với tốc độ quay và dòng điện kích từ, nhưng It ở đây không đổi, còn lại tỉ lệ với tốc độ quay. Như vậy cứ một điểm sđđ ứng với 1750 vòng/phút, ta tính được một điểm với tốc độ giảm còn 80%. Như vậy: Eư ở tốc độ 80% = 0,8 x Eư ở tốc độ định mức Do đó: Dòng kích từ Sđđ cảm ứng Eư (v) (A) Tốc độ nđm 80% tốc độ nđm 4,50 155 124 3,95 150 120 3,20 140 112 2,70 130 104 Dựa vào bảng số liệu ta vẽ đường đặc tính mới trên hình VD 5.7. Giao nhau của của đường cong từ hóa và đường thẳng điện trở khi tốc độ còn 80% là điểm có sđđ 116V.
150 f. Điện trở điều chỉnh Rđc khi chuyển về kích từ độc lập : Từ đường cong từ hóa tốc độ 1750vg/ph, sđđ 140V thì dòng It = 3,2A. Eæ E It   R đc  æ  R t R t  R đc It 120 R đc   33,19  4,31 Ω 3,2 Các tham số khác ảnh hƣởng đến sự thành lập điện áp Ngoài các tham số như điện trở mạch kích từ quá lớn hoặc tốc độ thấp ảnh hưởng đến sự thành lập điện áp máy phát còn có các tham số cũng ảnh hưởng đến sự thành lập điện áp máy phát như dây quấn kích từ song song nối ngược cực tính, rotor quay ngược, và từ dư ngược. Các ảnh hưởng bất lợi này được mường tượng để nghiên cứu được trình bày trên hình 5.11, và dùng qui tắc bàn tay phải để xác định chiều đường sức từ sinh ra trong cuộn dây. Để cho việc nghiện cứu đơn giản, ta chỉ sử dùng một cực từ. Trong mỗi trường hợp: dư = từ thông do từ dư t = từ thông do dòng kích từ Hình 5.11a, trình bày khi máy làm việc bình thường: động cơ sơ cấp quay rotor theo chiều kim đồng hồ, cả từ dư và từ thông do cuộn kích từ sinh ra cùng chiều. Như ta đã biết ở phần trước, điện áp sẽ được thành lập bình thường. Hình 5.11b, trình bày dây quấn kích từ nối ngược: động cơ sơ cấp quay rotor theo chiều kim đồng hồ, từ thông do cuộn kích từ t sinh ra ngược chiều từ dư dư và từ thông tổng trong cực từ sẽ giảm dần làm mất từ dư. Cũng đã trình bày ở phần trước, điện áp không được thành lập. Hình 5.11c, trình bày rotor quay ngược lại: động cơ sơ cấp quay rotor ngược chiều kim đồng hồ, sđđ phần ừng có chiều ngược lại. Do đó dòng kích từ ngược nên từ thông do cuộn kích từ t sinh ra ngược chiều từ dư dư và từ thông tổng trong cực từ sẽ giảm dần làm mất từ dư. Do đó sđđ sinh ra cũng giảm dần và máy không thành lập được điện áp. Hình 5.11d, trình bày từ dư có chiều ngược lại: động cơ sơ cấp quay rotor ngược chiều kim đồng hồ, sđđ phần ừng có chiều ngược lại. Do đó dòng kích từ cũng ngược nên từ thông do cuộn kích từ t sinh ra cùng chiều từ dư dư và từ thông tổng trong cực từ sẽ tăng dần, sđđ sinh ra cũng tăng dần và máy thành lập được điện áp. Nhưng điện áp làm việc bây giờ có cực tính ngược với điện áp ban đầu. Để đổi chiều cực tính của máy phát hay tạo từ dư ta thực hiện bằng cách sử dụng nguồn một chiều bên ngoài từ hóa lại lõi thép cực từ. Ở đây có thể nói thêm một điều kiện nữa cho việc thành lập điện áp máy phát kích từ song là máy phải quay theo một chiều nhất định. Trong điều kiện để thành lập điện áp không đề cập đến là do máy phát phải quay theo chiều nhất định.
151 F1 A1 + dư Bình thƣờng n Cực Sự thành lập điện áp t từ đúng Cực tính _ A2 F1 (a) F1 A1 + dư Kích từ nối ngƣợc n Cực Điện áp thành lập t từ giảm dần về không _ A2 F1 (b) _ F1 A1 dư Rotor quay ngƣợc Cực Điện áp thành lập n từ t giảm dần về không + A2 F1 (c) _ F1 A1 dư Từ dƣ ngƣợc lại n Cực Điện áp thành lập t từ ngược cực tính A2 + F1 (d) Hình 5.11 Ảnh hưởng các hệ số khác đến sự thành lập điện áp
152 5.3.3. Đặc tính ngoài Đó là đường cong quan hệ giữa điện áp trên đầu cực máy với dòng điện phụ tải U = f(I), khi n = const, Rt = const. Khi dòng điện tải I tăng, điện áp U giảm, khiến It và Eư giảm theo nên điện áp U giảm nhiều hơn so với kích từ độc lập. Trên hình 5.12, ta vẽ đặc tính ngoài kích từ song song chung với kích từ độc lập để tiện so sánh. U Uđm Uđm 1 2 Po I Hình 5.12 Đặc tính ngoài của máy phát một chiều 1. Kích từ độc lập; 2. Kích từ song song. Id Iđm Ith ư Điểm đặc biệt của máy phát kích từ song song là dòng điện tải chỉ tăng đến một trị số nhất định I = Ith sau đó nếu tiếp tục tăng tải thì dòng điện I không tăng mà giảm nhanh đến trị số Io xác định bởi từ dư trong máy, điểm P. Sở dĩ như vậy là do máy làm việc trong tình trạng không bão hòa ứng với đoạn thẳng của đặc tính từ hóa, dòng điện It giảm sẽ làm cho E và U giảm rất nhanh. Điện áp U giảm nhanh hơn dòng It đưa lại kết quả là dòng tải I giảm đến Io. Như vậy sự cố máy phát kích từ song song không gây nguy hiểm như máy phát kích từ độc lập. 5.3.4. Đặc tính điều chỉnh Để điều chỉnh điện áp ra trên đầu cực máy phát, ta phải điều chỉnh dòng điện kích It từ, đường đặc tính điều chỉnh của máy phát kích từ song song It = f(I), khi điện áp U và It0 tốc độ quay n không đổi được vẽ trên hình 5.13. Khi tăng tải điện áp trên trên đầu cực máy phát giảm do phản ứng phần ứng và I điện áp rơi trên dây quấn phần ứng, muốn điện áp ra không đổi ta phải tăng dòng điện kích từ. Hình 5.13 Đặc tính điều chỉnh 5.4. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP Hình 5.14 là mạch điện dương đương của máy phát điện kích từ nối tiếp. Dòng điện kích từ cũng chính là tải I, do đó khi tải thay đổi, U thay đổi rất nhiều, trong thực tế gần như không sử dụng máy phát kích từ nối tiếp.