nghiên cứu xây dựng các đặc tính làm việc của máy điện dc và ac bằng phần mềm lv sim ems

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÁC ĐẶC TÍNH
LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN DC VÀ AC
BẰNG PHẦN MỀM LV SIM - EMS
S

K

C

0

0

3
2

9
5

5
1

9
2

MÃ SỐ: SV2009 - 77

S KC 0 0 2 5 2 6

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
~~~~~~~o0o~~~~~~~

ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MÁY
ĐIỆN DC VÀ AC BẰNG PHẦN MỀM LV SIM – EMS

Mã Số: SV2009 – 77

THUỘC NHÓM NGÀNH
NGƢỜI CHỦ TRÌ
NGƢỜI THAM GIA
ĐƠN VỊ

: KHOA HỌC KỸ THUẬT
: Nguyễn Thị Thanh Thúy
: Nguyễn Hữu Phước
: Khoa Điện – Điện Tử

TP. HỒ CHÍ MINH – 06/2010

TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ SINH VIÊN
********
Tên đề tài: Nghiên cứu xây dựng các đặc tính làm việc của máy điện DC và AC bằng
phần mềm LV Sim – EMS.
Mã số: SV2009 – 77
Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thị Thanh Thúy Tel.: 0944274209
E-mail:
Cơ quan chủ trì đề tài: Phòng quản lý khoa học và đào tạo sau đại học.
Cơ quan và cá nhân phối hợp thực hiện: Nguyễn Hữu Phước.
Thời gian thực hiện: 12 tháng
1. Mục tiêu: Nghiên cứu xây dựng các đặc tính làm việc của máy điện DC và AC
bằng phần mềm LV Sim – EMS.
2. Nội dung chính:
 Tổng quan về LV Sim
 Nghiên cứu các dạng đặc tính của máy điện
 Mô phỏng trên LV Sim
3. Kết quả chính đạt được (khoa học, ứng dụng, đào tạo, kinh tế – xã hội, v.v…)
- Báo cáo kết quả nghiên cứu.
- Sản phẩm của đề tài có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành
Điện, Điện tử.
4. Điểm mới
- Mô phỏng các đặc tính làm việc của các loại máy điện bằng phần mềm LV
SIM.
5. Địa chỉ ứng dụng
- Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM.


MỤC LỤC

********
Đề mục
Trang
A.
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................... i
I.
Lý do chọn đề tài ............................................................................... i
II.
Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................... i
III. Nội dung nghiên cứu .......................................................................... i
IV. Phương pháp nghiên cứu .................................................................. i
B.
NỘI DUNG ....................................................................................... 1
Chƣơng 1: Tổng quan về LV Sim ...................................................................... 1
1.1
LV Sim .............................................................................................. 1
1.2
Hệ thống đào tạo Lab - Volt ............................................................. 11
Chƣơng 2: Các dạng đặc tính của máy điện ................................................... 14
2.1
Máy biến áp ..................................................................................... 14
2.2
Động cơ một chiều DC ..................................................................... 18
2.3
Động cơ đồng bộ AC ........................................................................ 27
2.4
Động cơ không đồng bộ AC ............................................................. 31
Chƣơng 3: Mô phỏng máy điện trên LV Sim .................................................. 34
3.1
Máy biến áp ...................................................................................... 34

3.2
Động cơ một chiều DC .................................................................... 48
3.3
Động cơ đồng bộ AC ........................................................................ 63
3.4
Động cơ không đồng bộ AC ............................................................. 70
C.
KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ ............................................................ 76


A. PHẦN MỞ ĐẦU
I. Lý do nghiên cứu đề tài
Trong cuộc sống ngày càng hiện đại, nhu cầu con người ngày càng cao, đòi
hỏi khoa học kỹ thuật phải đáp ứng đầy đủ cho con người như việc ăn mặc, đi
lại, vui chơi giải trí. Trong đó học tập và làm việc đòi hỏi phải có những máy
móc, phần mềm tiên tiến phục vụ cho việc giảng dạy và thực hành cho học
sinh sinh viên trong các trường đại học cũng như trung học phổ thông. Nhưng
ở nước ta những phần mềm này vẫn chưa được áp dụng rộng rãi do đó các học
viên vẫn chưa tiếp cận được với các công nghệ mới.
Để giúp cho sinh viên hiểu được các đặc tính làm việc của các động cơ AC,
DC, hệ thống đào tạo Lab – Volt đã phát minh ra phần mềm LV Sim – EMS.
Đây là một trong những phần mềm tiên tiến để sinh viên có thể mô phỏng để
nắm vững được các kiên thức đã học. Nó là phần mềm giao tiếp trên máy tính,
mô phỏng chính xác hệ thống cơ điện Lab-Volt cũng như các hệ thống khác nó
kích hoạt mạch điện được mô phỏng.
II. Mục tiêu nghiên cứu
Xây dựng các đặc tính làm việc của máy điện AC và DC bằng phần mềm LV
Sim – EMS
III. Nội dung nghiên cứu
1. Tổng quan về LV Sim

2. Nghiên cứu các dạng đặc tính của máy điện
3. Mô phỏng trên LV Sim
IV. Phƣơng pháp nghiên cứu
Người nghiên cứu đã sử dụng phương pháp:
1. Nghiên cứu lý thuyết.
 Tìm hiểu về các đặc tính làm việc của máy điện.
i.
Phải nắm rõ các loại máy điện về: cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các
đường đặc tính.
ii.
Ứng dụng của các loại máy điện
2. Phƣơng pháp thực nghiệm.
Từ những kiến thức về lý thuyết và cách sử dụng phần mềm LV Sim để đưa vào
để thực nghiệm, xem xét kết quả từ đó rút ra những thiếu sót và tìm cách sữa chữa
nó.
Kiểm tra kết quả thực tế phải có sự hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn.
Xây dựng mô hình học tập cho học sinh, sinh viên ở các trường trung cấp và
trung học phổ thông.


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

B. PHẦN NỘI DUNG

Chƣơng I: Tổng quan về LV Sim
1.1. Lv Sim
1.1.1. Giới thiệu phần mềm LVSIM - EMS
LVSIM – EMS là phần mềm chạy trên nền Window, sử dụng để mô phỏng hệ
thống máy điện của Lab – Volt (EMS).

Hình 1.1. Màn hình đặt các module thí nghiệm
Trong phần mềm này, các module sử dụng trong mô phỏng hoàn toàn giống
với các module vật lý dùng trong thí nghiệm. Nhờ đó, sinh viên có thể làm các thí
nghiệm ảo để kiểm tra các kết quả thí nghiệm trước khi tiến hành các thí nghiệm
thực trên mô hình vật lý. Các module trong phần mềm được đặt trên một màn hình
dạng panel ảo và có thể kết nối lại với nhau bằng dây dẫn theo một sơ đồ thí
nghiệm để tiến hành mô phỏng các kết quả, hình 1.1.
Trên màn hình thí nghiệm có các thanh công cụ để lựa chọn thiết bò thí
nghiệm, thiết bò đo, và thay đổi màu dây kết nối, hình 1.2

a,
SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

1


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

b,

c,

Hình 1.2. (a). Chọn thiết bò thí nghiệm
(b). Chọn các chế độ hiển thò kết quả thí nghiệm
(c). Chọn màu dây kết nối
1.1.2. Các module thí nghiệm thiết bị
Để lấy các module thí nghiệm, vào cửa số Equipment trên thanh
công cụ, hình 1.3.
-

Data Acquisition Interface (D.A.I): Bộ thu thập dữ liệu.
Power Supply: Module nguồn.
Load: Module tải.
Transformer: Module máy biến áp.
Machine: Module máy điện
Synchronizing Module: Module đồng bộ.
Blank Module: Module trống.

SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

2


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

Hình 1.3. Cửa sổ lấy thiết bò thí nghiệm
Tại cửa sổ Equipment, cần lấy thiết bò nào thì nhấp chuột trái vào các mục
tương ứng sau đó đặt các thiết bò vừa lấy vào panel.
- Data Acquisition Interface (D.A.I): Bộ thu thập giữ liệu

Hình 1.4. Bộ thu thập dữ liệu
E1, E2, E3: Đo điện áp (mắc song song với điện áp cần đo, đỏ dương và đen
âm).
I1, I2, I3: Đo dòng điện (mắc nối tiếp với tải cần đo).
T: Đo moment.
N: Đo tốc độ
SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

3


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

-

Power Supply: Module nguồn

Hình 1.5. Module nguồn
1 – 2 – 3 – N : Nguồn AC 3 pha 220/380V không thay đổi điện áp.
4 – 5 – 6 – N : Nguồn AC 3 pha 0 - 220/380V thay đổi được điện áp.
7 – N : Nguồn DC thay đổi được điện áp từ 0 – 220V.
8 – N : Nguồn DC 220V không thay đổi được điện áp.
- Load: Các module tải

Hình 1.6. Module tải
SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

4


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

-

Transformer: Module máy biến áp

Hình 1.7. Module máy biến áp
Module máy biến áp 1 pha : + 1 – 2 : Cuộn dây sơ cấp (U1 = 220V)
+ 3 – 4 và 5 – 6 : Các cuộn dây thứ cấp.
Module máy biến áp 3 pha : + 1 – 2, 6 – 7, 11 – 12 : Cuộn dây sơ cấp
+ 3 – 5, 8 – 10, 13 – 15 : Cuộn dây thứ cấp.
- Prime Mover / Dynamometer: Module động cơ sơ cấp / thiết bò đo moment

Hình 1.8. Module động cơ sơ cấp / thiết bò do moment
SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

5


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

Output T - N: Tín hiệu moment - tốc độ đưa ra bộ D.A.I.
Input 1 - 2: Nguồn DC đưa vào khi ở chế độ Prime Mover.
Mode P / D: chế độ động cơ sơ cấp / chế độ thiết bò đo moment.
- DC Motor / Generator: Module động cơ / máy phát DC

Hình 1.9. Module động cơ / máy phát DC
1 – 2: Cuộn dây phần ứng
Series 3 – 4: Cuộn dây kích từ nối tiếp
Shunt 5 – 6: Cuộn dây kích từ song song
Rheostat 7 – 8: Biến trở điều chỉnh dòng điện kích từ
- Synchronous Motor / Generator: Module động cơ / máy phát đồng bộ AC
-

Hình 1.10. Module động cơ / máy phát đồng bộ

SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

6


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

1 – 4, 2 – 5, 3 – 6: Ba cuộn dây stator (tương ứng AX – BY – CZ).
DC 7 – 8: Cuộn dây kích từ.
Exciter: Biến trở điều chỉnh dòng kích từ.
- Squirrel – Cage Induction Motor: Module động cơ cảm ứng

Hình 1.11. Module động cơ cảm ứng
1 – 4, 2 – 5, 3 – 6: Ba cuộn dây stator (tương ứng AX – BY – CZ).
- Universal Motor: Module động cơ vạn năng
-

Hình 1.12. Module động cơ vạn năng
SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

7


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

1 – 2: Cuộn dây phần ứng.
Series 3 – 4: Cuộn dây kích từ nối tiếp
Compensating 5 – 6: Cuộn dây bù.

- Capacitor – Start Motor: Module động cơ một pha khởi động bằng tụ

Hình 1.13. Module động cơ 1 pha khỡi động tụ
1 – 2: Cuộn chạy (pha chính); 3 – 4: Cuộn đề (pha phụ).
4 – 5: Tụ khởi động; 6 – 7: Công tắc ngắt tụ
- Synchronizing Module: Module hòa đòng bộ

SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

8


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

Hình 1.14. Module hòa đồng bộ
1 – 2 – 3: Nối vào lưới điện.
4 – 5 – 6: Nối vào máy phát điện cần hòa.
- Blank Module: Module trống

Hình 1.15. Module hòa đồng bộ
Các module này được sử dụng để lấp vào các chỗ trống trên panel thí nghiệm.
- Metering: Thiết bò đo

Hình 1.16. Màn hình thiết bò đo
SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

9

GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

-

Dây nối

Hình 1.17. Dây nối
E1, E2, E3: Đồng hồ hiển thò điện áp
I1, I2, I3: Đồng hồ hiển thò dòng điện
PQS1, PQS2, PQS3: Đồng hồ hiển thò công suất
T: Đồng hồ hiển thò moment
N: Đồng hồ hiển thò tốc độ
1.2. Hệ thống đào tạo Lab – Volt
Trải qua bốn thập kỉ, Lab - Volt đã đưa ra sự đào tạo kỹ thuật căn bản và ứng
dụng tiên tiến nhất của điện và điện tử, nguồn năng lượng thủy năng, kiểm sốt cơng
nghiệp, kiểm sốt q trình, trang bị máy móc , cơ điện tử và kỹ thuật viễn thơng.
Ngày nay, hiệu quả của Lab-Volt đã được ứng dụng trong đào tạo và giáo dục,
đã được biết đến như nhà sản xuất Bắc Mỹ hàng đầu trong hệ thống đào tạo kỹ thuật.
Chìa khóa để đi đến thành cơng đó là phải đốn trước được những ứng dụng của
cơng nghệ mới và phát triển hệ thống đào tạo cho phép chun mơn hóa trong cơng
nghiệp và giáo dục.
Bên cạnh đó, Lab - Volt còn thiết kế và tạo ra những chương trình giảng dạy,
trang thiết bị, diễn đàn quản lý, trang bị phòng thí nghiệm và những chuẩn đào tạo
phù hợp và cần thiết cho sinh viên. Hệ thống đào tạo Lab-Volt được cân nhắc kĩ để
đưa ra kiến thức lý thuyết vững chắc song song với sự thay đổi khác nhau về ứng
dụng. Bằng thiết kế, chất lượng đầu tiên của Lab – Volt là hệ thống đào tạo tiêu
chuẩn cơng nghiệp, module hóa và khơng hạn chế để sinh viên có thể sử dụng
chương trình ở nhiều thời điểm khác nhau. Hệ thống đào tạo Lab-Volt mang đến học
thuyết kĩ thuật cho cuộc sống, dạy những cơng nghệ mới nhất kèm theo việc xử lý sự

cố, cách phán xét và các kỹ năng lập luận.
Lab-Volt duy trì một khối giáo viên, các nhà thiết kế hệ thống hướng dẫn và
các kỹ sư có trách nhiệm trợ giúp các giảng viên, các giám đốc đào tạo, các nhà điều
hành trong nội dung các chương trình thiết kế, chọn lựa hay phân loại thiết bị, phần
mềm và cung cấp chương trình đào tạo giáo viên chun nghiệp.
SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

10


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

Trong thiết kế thiết bị phòng thí nghiệm, Lab-Volt đảm bảo tính tương thích
với các yêu cầu nguồn năng lượng thế giới đang được thịnh hành ở Bắc Mỹ, Châu
Phi, Châu Á, Châu Âu,Trung Đông, Nam Mỹ và Nam Á cũng như tại các trường
trung học hay các trường cao đẳng cộng đồng ở Mỹ, trung tâm điều khiển giao thông
hàng không tại Ả Rập Sao Đi, hoặc hiệp hội kỹ thuật ở Philipin, các hệ thống đào tạo
Lab-Volt cung cấp kỹ thuật giảng dạy và các công cụ quản lý lớp học được xây dựng
trên trên cơ sở máy tính phân phối, quản lý và điều khiển quá trình đào tạo.
Các hệ thống của Lab-Volt được dùng để đào tạo các kỹ thuật viên, họ làm
việc thành công trong các công ty đa quốc gia hàng đầu như là General Telephone
&Electronics, Lockheed Aviation, United States Steel, Western Electric and Motors,
IBEW và nhiều công ty khác. Thêm vào đó các kỹ thuật viên được đào tạo bởi LabVolt đã giữ nhiều vị trí tại các trường cao đẳng, các trường đại học, các bộ giáo dục
đào tạo và các khu quân sự hàng đầu trên thế giới.
Hệ thống FACET®, Lab-Volt Simulation Systems®, Lab-Volt Automation™, and Tech-World® của Lab-Volt là một trong số hầu hết các hệ thống được
tích hợp công nghệ giáo dục rộng lớn ngày nay. Các học viên trên 30.000 trường
học, các khu công nghiệp, các khu quân sự trên 50 quốc gia sử dụng hệ thống LabSVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

11


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

Volt để học các kỹ năng cần thiết để gìn giữ sự phát triển công nghệ vượt bậc của
thế giới.

Chƣơng II: Các dạng đặc tính của máy điện
2.1. Máy biến áp
2.1.1. Chế độ không tải của máy biến áp:
Chế độ không tải của MBA là chế độ mà thứ cấp hở mạch (I2=0), còn sơ cấp
được cung cấp một điện áp U1.
Thí nghiệm không tải là để xác định hệ số biến áp k, tổn hao sắt từ trong lõi
thép PFe và các thông số của MBA ở chế độ không tải.
Khi không tải (hình 2.1) dòng điện thứ cấp I2=0.
Ta có phương trình là:
(2.1)
Hoặc:
(2.2)
Trong đó:
là tổng trở không tải của MBA

Hình 2.1: Sơ đồ thay thế MBA khi không tải và sơ đồ nối dây thí nghiệm khi không tải

Sơ đồ đấu dây thí nghiệm không tải (hình 2.1). Đặt điện áp U1=U1đm vào dây
quấn sơ cấp, thứ cấp hở mạch, các dụng cụ đo cho ta số liệu sau: Po là công suất tổn
hao không tải, I0 là dòng điện không tải, còn U1đm và U20 là điện áp sơ cấp và thứ cấp.
Từ đó ta tính được:
a) Hệ số biến áp k:

b) Dòng điện không tải phần trăm:

c) Tổn hao trong lõi thép:
d) Tổng trở không tải:
+ Điện trở không tải:

Do rm >> r1 nên gần đúng lấy bằng:
SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

r m = r0 – r 1
12


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

+ Tổng trở không tải:

+ Điện Kháng không tải:
Điện kháng từ hóa Xm>>X1 nên lấy gần đúng bằng: Xm=X0
e) Hệ số công suất không tải:

2.1.2. Chế độ ngắn mạch máy biến áp:
Chế độ ngắn mạch MBA là chế độ mà phía thứ cấp bị nối tắt, bên sơ cấp được
đặt vào một điện áp. Trong vận hành, nhiều nguyên nhân làm máy biến áp bị ngắn
mạch như hai dây dẫn phía thứ cấp chập vào nhau, rơi xuống đất hoặc nối với nhau
bằng tổng trở rất nhỏ. Đó là tình trạng sự cố.
Thí nghiệm ngắn mạch là để xác định điện áp ngắn mạch phần trăm Un% tổn
hao đồng định mức Pđm, hệ số công suất cosφn, điện trở ngắn mạch rn và điện kháng

ngắn mạch Xn của mạch điện thay thế MBA.
Phƣơng trình và mạch điện thay thế MBA khi ngắn mạch:
Khi MBA ngắn mạch U2 = 0, mạch điện thay thế MBA vẽ trên hình 2.2. Dòng điện
sơ cấp là cấp dòng điện ngắn mạch In.
Phương trình điện áp của máy biến áp ngắn mạch:

Tiến hành thí nghiệm nhƣ sau:
Dây quấn thứ cấp nối ngắn mạch, dây quấn sơ cấp nối với nguồn qua bộ điều
chỉnh điện áp. Ta điều chỉnh điện áp vào dây quấn sơ cấp bằng Un sao cho dòng điện
trong các dây quấn bằng định mức. Điện áp Un gọi là điện áp ngắn mạch. Lúc đó các
dụng cụ đo cho ta các số liệu sau; Un là điện áp ngắn mạch; Pn là tổn hao ngắn mạch;
I1đm và I2đm là dòng điện sơ cấp và thứ cấp định mức.

Hình 2.2: Mạch điện thay thế MBA khi ngắn mạch và sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch

a) Tổn hao ngắn mạch:
Lúc thí nghiệm ngắn mạch, điện áp ngắn mạch Un nhỏ hơn từ thông Φ nhỏ, có
thể bỏ qua tổn hao sắt từ. Công suất đo được trong thí nghiệm ngắn mạch Pn chính là
tổn hao trên điện trở hai dây quấn khi MBA làm việc ở chế độ định mức.
Ta có:
b) Tổng trở, điện trở và điện kháng ngắn mạch:
SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

13


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

+ Tổng trở ngắn mạch:

+ Điện trở ngắn mạch:

Trong MBA thường r1 = r’2 và x1 = x’2 Vậy điện trở và điện kháng tản của dây
quấn sơ cấp:
c) Hệ số công suất ngắn mạch:

d) Điện áp ngắn mạch:
Điện áp ngắn mạch phần trăm:

+ Điện áp ngắn mạch tác dụng phần trăm:

+ Điện áp ngắn mạch phản kháng phần trăm:

2.1.3. Chế độ có tải máy biến áp:
Chế độ có tải MBA là chế độ mà dây quấn sơ cấp nối với nguồn điện áp định
mức, dây quấn thứ cấp nối với tải. Để đáng giá mức độ tải của máy, ta so sánh nó
với tải định mức và định nghĩa hệ số tải β:

Khi β =1 : máy có tải định mức; β < 1: máy non tải; β > 1: máy quá tải.
Độ biến thiên điện áp thứ cấp MBA và đặt tính ngoài.
a) Độ biến thiên điện áp thứ cấp
Khi máy biến áp mang tải, sự thay tải dẫn đến điện áp thứ cấp U2 thay đổi.
độ biến thiên điện áp thứ cấp máy biến áp ΔU2 là hiệu số học giữa trị số điện áp
thứ cấp lúc không tải U2đm (điều kiện U1 = U1đm ) và lúc có tải U2.
ΔU = U2đm – U2

SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

14


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

Hình 2.3: xác định ΔU máy biến áp

Độ biến điện áp thứ cấp phần trăm tính như sau:
(2.3)
Nhân tử và mẫu với hệ số K, ta có:

Xác định ΔU2% bằng phương pháp giải tích.
Đồ thị véctơ của máy biến áp ứng với mạch điện thay thế đơn giản. Trên thục tế
góc lệch pha giữa 1đm và (- ’2) rất nhỏ, để tính ΔU2 từ A và C hạ đường thẳng
vuông góc xuống OB, cắt OB kéo dài tại P và K, có thể coi gần đúng:
U1đm = OA OP
U1đm – U’2 BP = BK + KP
Tính:
(2.4a)
(2.4b)
Lấy (1.13a) và (1.13b) thay vào (1.12), ta có:

SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

15


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

(2.5)

Hình 2.4: vẽ quan hệ ΔU2% = f(β)

cosφt = const

Từ công thức (2.5) cho thấy độ biến thiên điện áp thứ cấp ΔU2 phụ thuộc vào
hệ số tải β và hệ số công suất cosφ2. Giả thiết hệ số công suất cosφt không đổi thì
ΔU2 % = f(β). Trên hình 2.4 vẽ quan hệ ΔU2% = f(β) với các cosφ2 khác.
2.2. Động cơ một chiều DC
2.2.1. Máy phát một chiều
2.2.1.1. MÁY PHÁT KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
Dòng điện kích từ It do nguồn một chiều ngoài máy tạo ra, không phụ thuộc dòng
điện phần ứng Iư. Trên hình 2.5 là mạch điện tương đương của máy phát điện một
chiều độc lập.
Các phương trình của máy phát một chiều kích từ độc lập:
Phương trình điện áp:
+ Mạch kích từ:
U t = R mt I t
+ Mạch phần ứng:
E ư = U + RưI ư
Iư = I
R mt = R t + R đc;
R ư: điện trơ mạch phần ứng.
a. Đặc tính không tải :
E = f( It ) khi I=0 và n = const

SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

16


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

Lưu ý các điểm sau:
• Lúc It = 0 vẫn có một sđđ nhỏ E dư do từ dư của
lõi thép.
• Trong đoạn EdưA.sđđ E tỷ lê It
Trong đoạn chuyển tiếp AB, sđđ E tăng chậm hơn
It
• Trong đoạn bão hòa BC, sđđ E tăng không
đáng kể.
Điểm làm việc bình thường của máy nằm trên đoạn chuyển tiếp vì nếu trên
đoạn tuyến tính sđđ E sẽ thay đổi nhiều theo dòng điện It nên điện áp ra của máy bị
dao động; còn trên đoạn bão hòa dòng điện I t lớn làm tăng tổn hao.
b. Đặc tính ngoài : U =f(I), khi n = const và It = const.

• Tác dụng phản ứng phần ứng làm từ thông Φ giảm, kéo theo sđđ Eư giảm.
• Điện áp rơi trong mạch phần ứng RưIư tăng.
Độ biến đổi điện áp định mức của máy phát: (It= Itđm)
U dm % 

U 0  U dm
100  (5  15)%
U dm

(2.6)

c. Đặc tính điều chỉnh : It =f(I) khi U va Ω= Cte

Để giữ điện áp máy phát không đổi khi tải tăng, phải tăng dòng điện kích từ It
2.2.1.2. Máy phát điện một chiều kích từ song
a. Mạch điện tương đương và các phương trình cân bằng
Iư = Its + I
; U = Eư – RưIư
; Ut = RmtIts = RI
b. Điều kiện tự kích
Quay máy phát với Ω khi Itải= 0 và Its= 0. Nhờ có Φdư máy sẽ có sđđ Edư trên đầu
cực của máy. Khi mạch kích từ được nối với đầu cực máy phát, sẽ có hai trường hợp
SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

17


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

xảy ra:
1. Sđđ Edư tạo ra Its, Its tạo ra Φt cùng chiều Φdư. Từ thông cực từ Φ = Φt + Φdư tăng
dần lên, sđđ E tăng theo và máy tự kích được.
2. Nếu Φt ngược chiều, sẽ triệt tiêu Φdư, máy không tự kích được.
Giả sử máy tự kích được và Itải = 0, lúc đó E và Its nghiệm của hệ:
E = f(Its) va E = RmtIts
Đường E = f(Its) phụ thuộc Ω ; đường E = RmtIts phụ thuộc vào Rmt và tạo với
trục Its một góc α = arctgR. Chúng cắt nhau tại M.
Giả thiết giữ Ω = Cte, nếu Rmt tăng, đường thẳng tiếp xúc với đặc tính không tải
ứng với điện trở tới hạn Rth, lúc đó điện áp không ổn định. Nếu tiếp tục tăng Rmt máy
sẽ làm việc với Edư.

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 Rmt phải đủ bé (Rmt < Rth).
c. Đặc tính ngoài : U = f(I), khi n = const, Rmt = const.
Khi tải I tăng, điện áp U của máy phát kích từ song song giảm nhiều hơn máy
phát kích từ độc lập vì
+ Ảnh hưởng của phản ứng phần ứng
+ Điện áp rơi trên Rư như trong máy phát kích từ độc lập
+ Khi U giảm khiến Its và E giảm theo nên U giảm nhiều hơn so với kích từ
độc lập.Ta vẽ chung hai đặc tính để so sánh. Ta thấy ΔUđm của máy phát kích từ song
song cũng lớn hơn máy phát kích từ độc lập: ΔUđm= (10-20) %
Điểm đặc biệt của máy phát kích từ song song là dòng điện tải chỉ tăng đến
một trị số nhất định I = I th sau đó nếu tiếp tục tăng tải thì dòng điện I không tăng
mà giảm nhanh đến trị số I o 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 Its giảm sẽ làm cho E và U giảm rất nhanh. Điện áp U giảm nhanh
hơn dòng Its 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.

SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

18


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

d. Đặc tính điều chỉnh
Để điều chỉnh điện áp, ta phải điều chỉnh dòng điện kích từ, đường đặc tính
điều chỉnh của máy phát kích từ song song Its = f(I), khi điện áp U và tốc độ n không

đổi
2.2.1.3. Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp.
a. Mạch điện tương đương phương trình cân bằng
Phương trình cân bằng:
Iư = Its + I; Itn = I; Eư = Iư Rư + I Rtn + U
Ut = Rmt Its = Itn Rtn + U
Dòng Itn tạo ra Φn, nếu Φ = Φs + Φn: máy phát kích từ hỗn hợp nối thuận, còn
Φ = Φs + Φn: máy phát kích từ hỗn hợp nối ngược. Sđđ trong biểu thức là:
Eư = CE n Φ = CE n (Φs Φn)

b. Đặc tính ngoài: U = f(I), khi n = const, Rmt = const.
Gọi U0 là điện áp lúc không tải và Uđm là điện áp đầy tải.
Ta có: U = Eư - Rư Iư – Rtn I và Eư = kM (Φs Φn) Ω
SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

19


GVHD: Ths. BÙI VĂN HỒNG

Khi dòng tải I tăng, điện áp U thay đổi phụ thuộc vào độ lớn của Φn so với Φs
tức là phụ thuộc vào số vòng dây Wn của cuộn kích từ nối tiếp. Đặc tính ngoài của
máy phát kích từ hỗn hợp với:
+ Kích từ hỗn hợp nối thuận: đường (3) bù thiếu; đường (2) bù đủ; đường (1)
bù thừa.
+ Kích từ hỗn hợp nối ngược: đường (4), do nối ngược nên từ thông tổng giảm
nhiều khi tải tăng nên U giảm rất nhanh.

c. Đặc tính điều chỉnh

Để giữ U đầu cực máy phát điện không đổi, ta
phải điều chỉnh dòng điện kích từ, đường đặc
tính điều chỉnh của máy phát kích từ hỗn hợp
te
Its = f(I) , khi U và n=C được trình bày trên
hình 2.14. Trong đó là đường 1 là khi nối thuận
bù thừa, đường 2 nối thuận bù bình thường và
đường 3 nối ngược

2.2.2. Động cơ điện một chiều
2.2.2.1 Động cơ điện một chiều kích từ song song
a. Mạch điện tương đương và các phương trnh cđn bằng
Mạch điện tương đương được trình bày trên hình 2.18; với các ký hiệu tương
SVTH: NGUYỄN THI THANH THUY
NGUYỄN HỮU PHƯỚC

20