Bài giảng máy điện I - Phần 1 Máy điện một chiều - Chương 5 ppt

CHƯƠNG 5 : ĐỔI CHIỀU
5.1: NGUYÊN NHÂN SINH RA TIA LỬA
TRÊN VÀNH GÓP
 5.2: QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU
 5.3: CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN
ĐỔI CHIỀU
Next
Phần I
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
5.1: NGUYÊN NHÂN GÂY TIA LỬA TRÊN VÀNH GÓP
Next
Chương 5
Back
1. Nguyên nhân về cơ khí:
- Vành góp không đồng tâm với trục.
- Sự cân bằng bộ phận quay không tốt.
- Bề mặt vành góp không phẳng do những phiến đổi chiều hoặc mi
ca cách điện giữa các phiến đổi chiều nhô lên.
- Lực ép chổi than không thích hợp (mạnh quá có thể làm mòn chổi
và vành góp), kẹt chổi trong hộp chổi, hộp chổi than không được
giữ chặt hay đặt không đúng vị trí.
2. Nguyên nhân về điện:
- Do sức điện động phản kháng không triệt tiêu hết sức điện động
đổi chiều.
- Do sự phân bố không đều mật độ dòng điện trên mặt tiếp xúc và
quan hệ phi tuyến của điện trở tiếp xúc: r
tx
= f(t,) với  là thông số
đặc trưng cho tác dụng nhiệt và hiện tượng điện phân dưới chổi
than.

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
3. Các cấp tia lửa điện:
Bảng các cấp tia lửa điện (*)
- Ta thấy tia lửa mạnh gây hao mòn nhanh chóng chổi than và vành
góp. Do đó tia lửa cấp 2 chỉ cho phép với những tải xung ngắn hạn,
tia lửa cấp 3 nói chung là không cho phép.
- Chỉ làm việc lâu dài với cấp tia lửa 1.
Next
Chương 5
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.Một số khái niệm:
 5.2: QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU
a) Quá trình đổi chiều:
Next
Chương 5
Back
b) Chu kỳ đổi chiều:
2i
ư
2i
ư
2i
ư
t = 0 0 < t < Tđc t = Tđc
Quá trình đổi chiều của dòng điện khi phần
tử di động trong vùng trung tính hình học và bị
chổi than nối ngắn mạch gọi là sự đổi chiều.
i
ư

i
ư
i
ư
i
ư
i
ư
i
ư
i
ư
i
ư
i i
ư
i
ư
i
S
N
A
2
B
1
A
1
S
B
2

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
N
- Quá trình đổi chiều của dòng điện trong mỗi phần tử tồn tại
trong 1 khoảng thời gian rất ngắn.
Next
Chương 5
Back
- Khoảng thời gian để dòng điện hoàn thành việc đổi chiều gọi là chu
kỳ đổi chiều (T
đc
). Đó là thời gian cần thiết để vành góp quay đi 1 góc
ứng với chiều rộng của chổi, nghĩa là T
đc
= (1)
G
c
v
b
b
c
là chiều rộng của chổi góp.
v
G
là vận tốc dài của vành góp.
Gọi D
G
là đường kính vành góp  Ta có: b
G
= .
b

G
là bước vành góp
 v
G
= D
G
. . n = b
G
.G.n
G
D
G
Gọi 
G
là hệ số trùng khớp thì: 
G
=
Thay vào (1):
T
đc
= = 
G
. (2)
G
c
b
b
nGb
b
G

c

n
G
1
.
(Đây là chu kỳ đổi chiều
của dây quấn xếp đơn)
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
2. Các sức điện động trong mạch vòng đổi chiều:
- Sức điện động tự cảm
e
L
:
dc

ccL
T
i2
L
dt
di
Le 
- Sức điện động hỗ cảm e
M
:


n
1

n
dc
u
Mn
n
n
1
n
n
1
MnM
M.
T
i2
e
dt
di
.Mee
M
n
là hệ số hỗ cảm giữa phần tử đang xét và phần tử thứ n.
i
n
là dòng điện trong phần tử thứ n
Next
Chương 5
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
- Sức điện động đổi chiều e
đc

: sinh ra khi phần tử đổi chiều
chuyển động trong từ trường tổng hợp tại vùng trung tính:
e
đc
= 2.W.B
đc
.l
đc
.v
ư
.
W: số vòng của phần tử đổi chiều.
B
đc
: Từ cảm đổi chiều
- Sức điện động phản kháng e
pk
: e
pk
= e
L
+ e
M
Để đảm bảo đổi chiều được tốt thì sức điện động phản kháng
phải luôn luôn ngược chiều với sức điện động đổi chiều.
3. Phương trình đổi chiều:
Theo định luật Kishop 2 viết cho mạch vòng phần tử b:
i.r
pt
+ i

1
.(r
tx1
+ r
d
) - i
2
.(r
tx2
+ r
d
) = e (1)
Trong đó:
r
pt
: Điện trở của phần tử đổi chiều.
r
d
: Điện trở dây nối.
r
tx1,2
: Điện trở tiếp xúc của chổi than với phiến góp 1 và 2.
e : Tổng các sức điện động sinh ra trong phần tử đổi chiều:
e = e
M
+ e
L
+ e
đc
= e

pk
+ e
đc
Theo định luật Kishop 1 viết cho các nút 1 và 2:
Nút 1: i + i
ư
- i
1
= 0 (2)
Nút 2: - i + i
ư
- i
2
= 0 (3)
i: dòng ngắn mạch chạy trong phần tử đổi chiều.
i
1
, i
2
: dòng chạy qua dây nối với các phiến đổi chiều 1 và 2.
Next
Chương 5
Back
i i
ư
i
ư
i
1 2
i

1
i
2
a b c
1 2
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Các dòng i, i
1
, i
2
có thể tính từ các phương trình (1), (2) và (3)
nếu các đại lượng khác đã biết.
i.r
pt
+ i
1
.(r
tx1
+ r
d
) - i
2
.(r
tx2
+ r
d
) = e
i + i
ư
- i

1
= 0
- i + i
ư
- i
2
= 0
- Ở mức độ gần đúng giả thiết r
pt
 0, r
d
 0. Ta có:
i
1
.r
tx1
- i
2
.r
tx2
= e
i + i
ư
- i
1
= 0
- i + i
ư
- i
2

= 0
1tx2tx

1tx2tx
1tx2tx
rr
e
i.
rr
rr
i






Vì giả thiết r
pt
 0, r
d
 0 nên (r
tx1
+ r
tx2
) là tổng trở của phần tử
đổi chiều khi bị chổi than ngắn mạch và dòng i
f
chính là dòng ngắn
mạch trong phần tử gây bởi e

Next
Chương 5
Back
(4)
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
i
f
Giả thiết rằng r
tx1
, r
tx2
tỷ lệ nghịch với bề mặt tiếp xúc của chổi
điện với phiến đổi chiều 1 và 2. Trong quá trình đổi chiều từ 0 đến
T
đc
với điều kiện b
c
= b
G
thì các bề mặt tiếp xúc được tính như sau:
S
T
t
S
dc
tx

2
S
T

tT
S
dc
dc
1tx


Với S là diện tích tiếp xúc toàn phần của
chổi với phiến góp.
tx
dc
dc
tx
1tx
1tx
r
tT
T
r
S
S
r


tx
dc
tx
2tx
2tx
r

t
T
r
S
S
r 
Thay (5), (6) vào (4) ta có:
(5)
nm

dc
r
e
i.
T
t2
1i











)1T(t
T

.rr
dc
2
dc
txnm


(6)
(7)
Với
Next
Chương 5
Back
Ký hiệu r
tx
là điện trở tiếp xúc toàn phần
ứng với mặt tiếp xúc toàn phần S ta có:
(*)
(7): Là phương trình đổi chiều
tổng quát.
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
S
S
tx2
S
tx1
4. Các loại đổi chiều:
a) Đổi chiều đường thẳng:
e = 0 và dòng điện đổi chiều là


dc
i.
T
t2
1i









Mật độ dòng điện ở 2 phía đi vào và đi ra bằng
nhau: J
1
= J
2
nên không có tia lửa xuất hiện. (*)
b) Đổi chiều đường cong:
i
f
, r
nm
0
(1)
(2)
(3)
t

mà e  0 nên i
f
 0.
Dòng điện phụ này sẽ cộng với dòng cơ bản
làm cho dòng điện đổi chiều trở nên phi
tuyến và ta có đổi chiều đường cong.
nm
f
r
e
i


(1): r
nm
(t)
(2): i
f
(t) khi e > 0
(3): i
f
(t) khi e < 0
Ta biểu diễn i
f
dưới dạng sau: (e = const):
Next
Chương 5
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
T

đc

1
t
i
1
t
-i
ư
0
i
2

2
+i
ư
i
* Giả sử e
pk
> e
đc
hay e > 0 và giả
thiết r
tx
= const thì dòng đổi chiều
có dạng:
* Giả sử e
pk
< e
đc

hay e < 0 thì i
f
đổi
dấu theo đường (3). Khi đó dòng đổi
chiều có dạng:
Ta thấy 
1
< 
2
nên J
1
< J
2
=> đổi chiều
vượt trước và có tia lửa ở đầu vào của
chổi.
Next
Chương 5
Back
Ta thấy 
1
> 
2
nên J
1
> J
2
=> đổi chiều
mang tính trì hoãn. Tia lửa xuất hiện ở
đầu ra của chổi điện khi phần tử rời khỏi

vị trí ngắn mạch.
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
+i
ư

2
i
2
0
-i
ư
t
i
1
T
đc

1
t
i
-i
ư
T
đc

1
t
i
1
i

2

2
+i
ư
0
t
i
1.Phương pháp dùng cực từ phụ:
 5.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN ĐỔI CHIỀU
Biện pháp cơ bản để cải thiện đổi chiều trong MĐMC là tạo ra từ
trường đổi chiều tại vùng trung tính hình học bằng cách đặt những
cực từ phụ giữa những cực từ chính. Muốn vậy sức từ động của cực
từ phụ F
f
phải ngược chiều với sức từ động phản ứng ngang trục. Về
trị số ngoài việc trung hoà phản ứng phần ứng ngang trục còn phải
tạo ra 1 từ trường phụ để sinh ra e
đc
làm triệt tiêu e
pk
.
Mặt khác : F
ưq
và e
pk
tỷ lệ với i
ư
do đó sức từ động cực từ phụ và
từ trường đổi chiều cũng phải biến đổi tỷ lệ với phụ tải. Muốn vậy

dây quấn cực từ phụ phải nối tiếp với dây quấn phần ứng đồng thời
mạch từ cực từ phụ không bão hoà. Thông thường khe hở giữa cực
từ phụ với phần ứng lớn hơn so với cực từ chính (từ 1,5

2 lần).
Next
Chương 5
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
2. Phương pháp xê dịch chổi than khỏi trung tính hình học:
ë máy phát: Chổi than đang được đặt trên trung
tính hình học. Ta xét 1 phần tử dây quấn:
-i
ư e
đc
e
pk+i
ư
e
ưq
e
ư
Next
Chương 5
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
N
n
S



*) Nhận xét: Khi MĐ làm việc ở chế độ máy phát để cải thiện đổi
chiều ta phải dịch chổi điện khỏi trung tính hình học 1 góc:  =  + 
theo chiều quay phần ứng. Còn ở chế độ động cơ thì dịch chổi điện đi
1 góc  ngược chiều quay phần ứng.
(

: là góc giữa trung tính hình học và trung tính vật lý.

: là góc ứng với điều kiện từ trường tổng bằng từ trường đổi chiều)
4. Những biện pháp khác:
Chọn chổi than phù hợp, giảm sức điện động phản kháng
Next
Chương 5
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
3. Dùng dây quấn bù:
Trong các MĐ công suất lớn và tải thay đổi đột ngột người ta
thường dùng dây quấn bù để hỗ trợ cho các cực từ phụ. Dây quấn
bù được đặt dưới mặt cực từ chính và sẽ triệt tiêu từ trường phần
ứng dưới phạm vi mặt cực từ chính và làm cho từ trường chính
hầu như không thay đổi. Dây quấn bù nối tiếp với dây quấn phần
ứng nên có thể bù ở bất cứ tải nào.