Máy điện - Phần 1 Máy điện một chiều - Chương 1 pot

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN CS KỸ THUẬT ĐIỆN

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2006






TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN CS KỸ THUẬT ĐIỆN

BIÊN SOẠN
: ĐẶNG VĂN THÀNH- PHẠM THỊ NGA

Biên soạn theo chương trình công nghệ nghành Điện
hệ Cao đẳng Kỹ thuật














THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2006

1
PHẦN I - MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Máy điện một chiều(MĐ1C) hiện ngày càng chiếm vò trí quan trọng trong sản xuất
và đời sống. Nó dùng làm động cơ điện, máy phát điện hoặc tổ hợp máy, thiết bò điện một
chiều chuyên dụng.
Công suất lớn nhất của máy điện một chiều hiện nay vào khoảng 1000kW,

điện áp vào khoảng vài trăm cho đến 1000V. Hướng phát triển hiện nay là cải tiến
tính năng của vật liệu, nâng cao chỉ tiêu kinh tế của máy, chế tạo những máy công
suất lớn hơn, sử dụng lưới điện 1 chiều truyền tải điện áp cao.


CHƯƠNG1.KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ MÁY ĐIỆN MỘT
CHIỀU

Mục tiêu đạt được:
 Sinh viên nhận biết và hiểu được kết cấu chung các loại máy điện một chiều
 Hiểu nguyên tắc hoạt động , mạch điện tương úng và phương trình cân bằng áp của
máy phát và động cơ điện một chiều
 Hiểu ý nghóa các thông số đònh mức trong máy điện một chiều và các thông số ghi
trên nhãn máy
 ng dụng giải các bài tập liên quan

I.KẾT CẤU CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Kết cấu chủ yếu của máy điện một chiều như có thể phân thành hai phần chính là
phần tónh và phần quay.
1. PHẦN TĨNH( STATO)
Phần tónh gồm các bộ phận chính như sau:
a. Cực từ chính
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm
các lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi
sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ
thuật điện hay thép cácbon dày 0,5 đến 1mm ép lại và
tán chặt. Trong máy điện nhỏ có thể dùng thép khối.
Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông (hình
1-1). Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc
cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ

thuật một 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 tiếp với nhau.
b. Cực từ phụ
Dọc theo chu vi cuả stato, cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính để hạn chế
ảnh hưởng xấu của phản ứng phần ứng khi máy làm việc nhằm cải thiện việc đổi chiều,
giảm tia lửa trên vành góp. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên
thân cực từ phụ có đặt dây quấn có cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính.

Hình 1
-
1
.

Cực từ chính

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

2
Cực từ phụ được gắn vào vỏ nhờ những bulông. Kích thước cực từ phụ thường nhỏ
hơn nhiều so với cực từ chính.
c. Gông từ
Gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong
máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn
thường dùng thép đúc. Trong máy điện nhỏ có thể dùng gang làm vỏ máy.
d. Các bộ phận khác
Các bộ phận khác gồm có:
- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi bò những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn
hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có

tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang.
- Cơ cấu chổi than : Để đưa dòng điện từ phần quay ra
ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi
than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được
cố đònh trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than
có thể quay được để điều chỉnh vò trí chổi than cho đúng chỗ.
Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố đònh chặt lại.

2. PHẦN QUAY( RÔTO)
Phần quay gồm những bộ phận sau:
a. Lõi sắt phần ứng (rôto)
Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ. Thông thường những
tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0,5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi
ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng
rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào.
Trong những máy cỡ trung trở lên, người ta thường
dập những lỗ thông gió để khi ép lại lõi sắt có thể tạo được
những lỗ thông gió dọc trục (hình1-2).
Trong những máy điện lớn thì lõi sắt thường chia
thành từng đoạn nhỏ. Giữa các đoạn ấy có để một khe hở
gọi là khe thông gió ngang trục. Khi máy làm việc, gió 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 có
đặt giá rôto. Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng
rôto.
b. Dây quấn phần ứng
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ. và có dòng điện chạy qua. Dây quấn
phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ (công suất
dưới vài kilôoat) thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn thường

dùng dây tiết diện chữ nhật. Để tránh khi quay bò văng ra do sức ly tâm, ở miệng rãnh có
dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay
bakêlit (hình 1-3).

c. Cổ góp



Hình 1-2. Lá thép phần ứng


Hình1-3. Mặt cắt rãnh phần ứng
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

3
Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện
xoay chiều thành một chiều.
Kết cấu của cổ góp gồm có nhiều phiến đồng cách điện với nhau bằng lớp mica
dầy 0,4 đến 1,2 mm và hợp thành một hình trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp
hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica .Đuôi vành
góp có cao hơn lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp
được dễ dàng.
d. Các bộ phận khác
Các bộ phận khác gồm có:
- Cánh quạt : dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường chế tạo
theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục máy. Khi
máy quay, cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây
quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy.

-Trục máy : Trên có đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy
thường làm bằng thép cácbon tốt.

II. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, PHƯƠNG TRÌNH CẦN BẰNG ÁP CỦA
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
1. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU (MPĐ1C)
MPĐ1C như hình vẽ 1.4. Khi cho thanh dẫn có chiều dài cạnh tác dụng là l
quay trong từ trường (cực từ N-S) theo chiều như hình vẽ (tốc độ n,v).

Khi thanh dẫn quay , vò trí thanh dẫn thay
đổi, rtên thanh dẫn xuất hiện sức điện
động(s.đ.đ) có phương chiều xác đònh theo qui
tắc bàn tay phải. Nhưng do vò trí chổi than không
thay đổi, nên s.đ.đ lấy ra ở hai đầu chổi than có
cực tính không đổi, ta có máy phát điện một
chiều. Khi nối mạch ngoài (hai đầu chổi than với
tải Z) thì điện áp và dòng điện trên đó không
thay đổi chiều.
Nếu máy có một phần tử ( có hai cạnh tác
dụng tương ứng hai thanh dẫn nối với hai phiến
góp có hai chổi than tỳ vào), có điện trở là Rư,
s.đ.đ tổng là , điện áp hai đầu máy phát là U, dòng điện đi qua mạch ngoài(chính là
dòng chạy qua dây quấn của phần tử đó) là Iư, thì mạch điện tương ứng đó của MPĐ1C
cho ta quan hệ :
U = – IưRư.
Với máy nhiều phần tử, = E (với là sđđ của một nhánh, E là sđđ của toàn
máy, Iư, Rư là dòng điện và điện trở tổng của phần ứng).
Phương trình này gọi là phương trình cân bằng áp của MPĐ1C.
S.Đ.Đ tức thời, sđđ trung bình của máy có 1 phần tử và nhiều phần tử như trên hình
và đồ thò dưới đây(hình vẽ 1.5):

Hình1.4.Nguyên lý mpđ 1chiều
n

phiến góp

chổi than
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

4









2. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
Cấu tạo các bộ phận ĐCĐ1C tương tự như máy phát. khi có từ trường có trò số từ
cảm B, dòng điện qua dây quấn phần ứng là Iư, thì sẽ xuất hiện lực điện từ tác động lên
dây quấn phần ứng ( tương tự tác động lên các thanh dẫn trên, lực tác động có phương
chiều xác đònh theo qui tắc bàn tay trái) làm dây quấn chuyển động và kéo rôto quay theo
trục với tốc độ n.
Khi rô to quay,trong dây quấn rô to lúc này cũng xuất hiện sđđ cảm ứng . Tuy
nhiên, chiều của và Iư ngược nhau (xác đònh theo theo luật cảm ứng điện từ). Lập mạch
điện thay thế ĐCĐ1C ta có quan hệ:
U = + RưIư . Đây chính là phương trình cân bằng áp của ĐCĐ1C

III. CÁC TRỊ SỐ ĐỊNH MỨC
Chế độ làm việc đònh mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện
mà xưởng chế tạo đã quy đònh . Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên
nhãn máy và gọi là những lượng đònh mức. Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng
sau:
Công suất đònh mức P
đm
(kW hay W)
-Với máy phát điện: P
đm

= U
đm

I
đm

( công suất điện đầu ra máy phát điện)
- Với động cơ điện : P
đm

= U
đm

I
đm

đm
= M

cơ

đm


(công suất cơ trên trục động cơ)
với : M
cơ

- môment cơ trên trục động cơ khi tải đònh mức.

đm
 =
60
n
.
2
đm

(rad/s) - tốc độ góc tương ứng của động cơ điện
Điện áp đònh mức U
đm
(V)
Dòng điện đònh mức I
đm
(A)
Tốc độ đònh mức n
đm
(vg/ph)
Hiệu suất đònh mức

đm

Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu
về điều kiện sử dụng …
Cần chú ý là công suất đònh mức ở đây là chỉ công suất đưa ra của máy điện. Đối
với máy phát điện, đó là công suất điện đưa ra ở đầu cực của máy. Đối với động cơ điện,
thì đó là công suất cơ đưa ra ở đầu trục.

a.
S.đ.đ của máy có 1 phần tư

û



b.

S.đ.đ của máy có
2 phần tử

Hình 1.5(a,b)
e
e

t


e
e

t

t

t



e
e

t

t

Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

5

CÂU HỎI :
1. Nêu kết cấu chung của động cơ và máy phát điện một chiều? Chức năng từng chi
tiết ? công nghệ chế tạo nó?
2. Nguyên tắc hoạt động của máy điện 1 chiều và phương trình cân bằng áp của nó ?
Giải thích ?
3. Nêu và giải thích các trò số đònh mức của máy điện một chiều?

BÀI TẬP:
Bài tập 1:

Máy phát điện một chiều có P
đm
= 85 kW; U
đm
= 230 V; tốc độ n
đm
= 1470 vg/ph;
hiệu suất
đm
 = 0,895. Tính dòng điện, tổng tổn hao công suất của động cơ sơ cấp ở chế độ
đònh mức.

Gợi ý:
Quan hệ giữa các đại lượng điện trong máy phát điện 1 chiều như sau:
Công suất đònh mức ghi trên nhãn máy phát điện một chiều là công suất điện.
Công suất điện của máy phát điện một chiều:
P
đm
= U
đm
. I
đm
(W)
Hiệu suất đònh mức:

đm
 % =
cơ
đm
P

P
.100%
P
cơ
: công suất động cơ sơ cấp (P
1
).
Từ đó, ta có bài giải như sau:

Bài giải:
Dòng điện đònh mức của máy phát:
Từ P
đm
= U
đm
. I
đm
.
Suy ra I
đm
=
đm
đm
U
P
=
230
10.85
3
= 369,6 (A).

Công suất cơ của động cơ sơ cấp là:
P
cơ
=
đm
đm
P

=
895,0
10.85
3
= 95 (kW).
Tổng tổn hao công suất động cơ sơ cấp:


P = P
cơ
- P
đm
= 95 – 85 = 10 (kW).



Bài tập 2:
Một động cơ điện một chiều kích từ độc lập P
đm
= 12 kW, điện áp đònh mức U
đm
=

220 V, n
đm
= 685 vg/ph, dòng điện phần ứng I
ư
= 63 A. Khi điện áp đặt vào động cơ giảm U
= 180 V. Tính:
a/ Công suất tiêu thụ của động cơ.
b/ Công suất có ích của động cơ khi tốc độ động cơ giảm n = 550 vg/ph với U = 180 V.
c/ Hiệu suất của động cơ khi điện áp đặt vào động cơ giảm.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

6
Biết: M
cơ
=
đm
đm
P

(Nm);
đm


=
60
n
.
2

đm

(rad/s).
Gợi ý:
Quan hệ giữa các đại lượng điện trong động cơ như sau:
P
đm
: công suất cơ trên đầu trục động cơ được ghi trên nhãn máy động cơ.
Công suất điện động cơ tiêu thụ ở chế độ đònh mức:
P
1
= U
đm
. I
đm
(W).
Công thức quan hệ giữa công suất cơ và mômen cơ:
M
cơ
=
đm
đm
P

(Nm).
Tốc độ góc ở trục động cơ là:

đm


=
60
n
.
2
đm

(rad/s).
Sơ đồ mạch điện tương đương:
E
ư
R
ư
R
KT
I
I
KT
U
DC
n

Trước hết tính mômen ở chế độ đònh mức, suy ra công suất có ích khi tốc độ giảm.
Hiệu suất đònh mức:

đm
 % =
1
đm
P

P
.100%
P
1
: công suất điện cấp cho động cơ.

Bài giải:
a/ øCông suất điện động cơ tiêu thụ:
P
1
= U

. I
đm
= 180.63 = 11340 (W).
b/ Mômen có ích ở chế độ đònh mức:
M
cơ
=
đm
đm
P

=
đm
đm
n.2
P
.60


=
685
.
2
10.12
.60
3

= 167,3 (Nm).
Công suất cơ có ích khi n = 550 vg/ph:
P
2
= M
cơ
.

= 167,3.
60
n
.
2

= 167,3.
60
550.2

= 9635,8 (W).
c/ Hiệu suất của động cơ khi n = 550 vg/ph là:

đm

 % =
1
2
P
P
.100% =
11340
8,9635
.100% = 0,85 .
***

Bài tập tự giải:
Bài 1:
Máy phát điện một chiều có P
đm
= 95 kW, U
đm
= 115 V, tốc độ n
đm
= 2820 vg/ph,
đm
 = 0,792. Ở chế độ đònh mức, hãy tính:
1. Công suất cơ của động cơ sơ cấp kéo máy phát.
2. Dòng điện cung cấp cho tải.
Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

7
3. Mômen cơ của động cơ sơ cấp kéo máy phát.

ĐS: a/ 120 kW. b/ I = 826 A. c/ 406 Nm.

Bài 2:
Động cơ điện một chiều điện áp đònh mức U
đm
= 220 V, dòng điện đònh mức I
đm
=
50,2 A, hiệu suất đònh mức
đm
 = 0,905. Ở chế độ đònh mức, hãy tính công suất động cơ
tiêu thụ, công suất đònh mức và tổn hao công suất trong động cơ.
ĐS: P
đ
= 11044 A; P
đm
= 9994 W;
P

= 1050 W.




Truong DH SPKT TP. HCM
Thu vien DH SPKT TP. HCM -
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM