Bài giảng Kỹ thuật điện: Chương 5 - Máy điện 1 chiều

CHƯƠNG 5 – MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU

KỸ THUẬT ĐIỆN

1

Nguyên lý làm việc

2

Cấu tạo của máy điện 1 chiều

3

Sức điện động và mômen điện từ của máy điện 1 chiều

4

Phản ứng phần ứng

5

Tia lửa điện giữa chổi than và vành góp

6

Phân loại máy điện 1 chiều

7

Máy phát điện 1 chiều

8

Chế độ động cơ 1 chiều
1
Bộ môn TBĐ - ĐT


KỸ THUẬT ĐIỆN

CHƯƠNG 5 – MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU

Máy điện 1 chiều được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiêp,
dân dụng
- Mômen khởi động lớn

- Điều chỉnh tốc độ trong dải rộng, liên tục,
dễ dàng
* Hệ thống chổi than vành góp  tia lửa điện

2
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.1 – nguyên lý làm việc

KỸ THUẬT ĐIỆN

b
etd

* chế độ máy phát

etd  B.l.v

Độ lớn:

N

Chiều: theo qui tắc bàn tay phải

etd

a

+

d

-

b

b

c

c

a

a

c

+

b

n

a

-

b

b

S

d



d
+

-

c

+
d

a

a

c

-

n

d
+

-

+

c

d

3
Bộ môn TBĐ - ĐT

KỸ THUẬT ĐIỆN

5.2 – Cấu tạo của MĐ 1 chiều

A – Stato (phần cảm)
* Vỏ máy: là từ thép ống, tấm và là 1 phần của mạch từ

* Cực từ chính: là nam châm điện (có thể là nam châm vĩnh cửu)
- Lõi thép: làm từ thép đúc
- Dây quấn cực từ chính: là dây quấn kích từ  từ thông chính 0

* Cực từ phụ: làm giảm tia lửa điện giữa chổi than và vành góp

4
Bộ môn TBĐ - ĐT


KỸ THUẬT ĐIỆN

5.2 – Cấu tạo của MĐ 1 chiều

B – Roto (phần ứng)
* Lõi thép: ghép từ các lá thép ktđ

* Dây quấn phần ứng: được ghép từ các phần tử
(khung dây) nối tiếp nhau.
 Các phần tử chia thành các mạch nhánh song song
- Ký hiệu số mạch nhánh song song : 2a
 Sđđ của máy = sđđ của các nhánh song song
N

N
E 
e 
B lv
u 2a td 2a tb

5
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.2 – Cấu tạo của MĐ 1 chiều

KỸ THUẬT ĐIỆN

* Cổ góp: được ghép bằng các phiến đồng
* Chổi than:

Chổi than

Cổ góp

Lò xo ép
chổi than
Phiến góp

KL: Máy điện 1 chiều có cấu tạo
phức tạp hơn nhiều so với máy
điện KĐB 3 pha.
6
Bộ môn TBĐ - ĐT

5.3 – SĐĐ và mômen điện từ

KỸ THUẬT ĐIỆN

1. Sức điện động phần ứng: Eư
* Giả thiết: Máy điện có N thanh dẫn và 2a nhánh song song

N
Eu  etd .
2a
etd  B.l.v

 - từ thông trên mặt 1 cực từ
B

v


S

D 2n
.
2 60

S

D
2p

Đặt :

+

+


D 2n N
pN
 Eu 
l.
.
 Eu 
..n
Dl
2 60 2a
60a
2p

pN
ke 
60a

N

.l

 Eu  ke ..n

nmf
+



+

+










S

* KL: Sức điện động phần ứng phụ thuộc vào kết cấu của máy điện (ke), từ
thông (), và tốc độ của roto (n).
7
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.3 – SĐĐ và mômen điện từ

KỸ THUẬT ĐIỆN

2. Mômen điện từ của MĐ 1 chiều: Mđt

M dt 

Pdt

roto

pN
M dt 
..I u
2a

Pdt  Eu .I u
2n
roto 
60

pN
Đặt : k M 
2a

 M dt  kM ..I u

* KL: Mômen điện từ phụ thuộc vào kết cấu máy điện, từ thông và dòng
điện phần ứng
- Ở chế độ động cơ: Đổi chiều quay roto bằng cách đổi chiều từ thông ()
hoặc đổi chiều dòng điện (Iu).
8
Bộ môn TBĐ - ĐT

5.4 – Từ trường và phản ứng phần ứng

KỸ THUẬT ĐIỆN

1. Từ trường (TT) phần cảm (từ trường chính):
- Khi không tải:

m TT hình học

I kt  0
Iu  0

 TT trong máy chỉ do dòng kích từ sinh ra.

S

N

Đặc điểm:
- Phân bố đều trong khe hở không khí

n

- đối xứng qua đường trung tính hình học mn
 Thanh dẫn đi qua trung tính hình học sẽ
không cảm ứng ra sđđ.
 Chổi than được đặt trên đường
trung tính hình học

2. Từ trường phần ứng:

- Khi

Iu  0

 TT phần ứng ngang trục.
9
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.4 – Từ trường và phản ứng phần ứng

KỸ THUẬT ĐIỆN

3. Phản ứng phần ứng:

TT vật lý

- Ở chế độ mang tải: I kt  0

II

I

Iu  0
 TT của phần ứng tác động lên TT phần cảm
 Tạo ra từ trường tổng trong MĐ 1 chiều
 Gọi là phản ứng phần ứng

+ góc I, III phản ứng trợ từ   tăng
+ góc II, IV phản ứng khử từ   giảm

III

IV

 Biến dạng từ trường, dịch chuyển đường trung tính hình học
 đường trung tính vật lý.
 giảm: Eu  ( MF )
M đt  ( ĐC )

- Khắc phục bằng cách đặt thêm dây quấn bù trên mặt cực từ stato.
10
Bộ môn TBĐ - ĐT


KỸ THUẬT ĐIỆN

5.5 – Tia lửa điện giữa chổi than và vành góp

1. Hiện tượng:
- Có tiếp xúc trượt giữa chổi than và vành góp
- Có dòng điện chạy qua tiếp xúc trượt này
 Dòng điện lớn đến giá trị nhất định sẽ xuất hiện tia lửa điện
2. Nguyên nhân:

A – Nguyên nhân cơ khí:
* Cổ góp: không tròn, không nhẵn, mòn

* Chổi than: không đủ lực ép, không đúng chủng loại, mòn
11
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.5 – Tia lửa điện giữa chổi than và vành góp

KỸ THUẬT ĐIỆN

B – Nguyên nhân điện từ:
Do quá trình đổi chiều dòng điện trong phần tử đổi chiều
* Quá trình đổi chiều:
a

N
+

n
1

1 2

Iư

n
2

1 2

Iư

1 2

n

1 2
3

Tại (2) trong phần tử a có các sđđ:
e p  eL  eM  eq
Sđđ phản kháng

Iư
Iư

di
dt
di
eM   M
dt
eq  B.l.v
eL   L

+

nmf
+

+

+











S
Sđđ tự cảm
Sđđ hỗ cảm

Sđđ quay
Dòng điện do sđđ phản kháng sinh ra bị ngắt tại thời điểm (3)  tia lửa điện.


KỸ THUẬT ĐIỆN

5.5 – Tia lửa điện giữa chổi than và vành góp

3. Biện pháp khắc phục:
- Triệt tiêu sức điện động phản kháng trong phần tử đổi chiều

 Sử dụng cực từ phụ:
+ đặt giữa 2 cực từ chính
+ nằm trong vùng đổi chiều

+ sinh ra từ thông sao cho trong phần tử
đổi chiều cảm ứng ra sđđ ephụ = ep và
ngược chiều với ep
 dây quấn phụ nối tiếp với dây quấn
phần ứng

N

Cực từ
phụ
+

+

nmf
+

+

+










S

 Dịch chổi than về phía đường trung tính vật lý , sử dụng dây quấn bù
13
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.5 – Tia lửa điện giữa chổi than và vành góp

KỸ THUẬT ĐIỆN

Iư

n

* Sử dụng cực từ phụ:

S

N

U

* Dịch chổi than về phía đường trung
tính vật lý , sử dụng dây quấn bù
n

-

+

n

Iư

14
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.6 – Phân loại máy điện 1 chiều

KỸ THUẬT ĐIỆN

Dựa trên mối quan hệ về điện giữa dây quấn kích từ và dây quấn phần ứng
1. MĐ1 chiều kích từ độc lập:
kt

Phần
ứng

2. MĐ1 chiều kích song song:
kt

U

Ukt

Phần
ứng

U

R điều chỉnh

3. MĐ1 chiều kích nối tiếp:

4. MĐ1 chiều kích hỗn hợp:
song song + nối tiếp

kt

Phần
ứng

U

độc lập + nối tiếp

15
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.7 – Máy phát điện 1 chiều

KỸ THUẬT ĐIỆN

1. Quá trình thành lập điện áp trên 2 cực máy phát 1 chiều:
* Điều kiện:

n  const
Iu  0

Tốc độ quay không đổi
Không tải
kt

1.a – Máy phát 1 chiều kích từ độc lập

Rđc

U

Ikt

+ roto quay với tốc độ n

+ Ukt

+ tăng dần Ikt  0 tăng

 Eu  ke ..n

Phần
ứng

-

Eu

 U  U0
U0

Edư

Ikt
16
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.7 – Máy phát điện 1 chiều

KỸ THUẬT ĐIỆN

1.b – Máy phát 1 chiều kích từ song song
Điều kiện:
* Phải có từ dư dư  Edu  ke . du .n

kt

Edu  Ikt  
* Từ thông  phải cùng chiều với dư

U  I kt .Rkt

Nếu đường U  I kt .Rkt

Rkt  Rdâykt  Rchôithan
Eư

tiếp tuyến với U  f ( I kt )

U  I kt .Rkt

U  f ( I kt )

 Đường tới hạn

* Rkt  Rth

U

R điều chỉnh

 tăng  U tăng

Mạch kích từ:

Phần
ứng

th
Edư



Ikt
17
Bộ môn TBĐ - ĐT

5.7 – Máy phát điện 1 chiều

KỸ THUẬT ĐIỆN

2. Đặc tính ngoài của máy phát 1 chiều:
Là quan hệ giữa điện áp trên 2 cực máy phát với dòng điện tải.
I kt  const
Điều kiện: n  const
Phương trình điện:

Eu  ke ..n

Ru  Rdâyu  Rtx  Pphu  ( Rbù  Rkt )

kt

U  Eu  I u .Ru
2.a – Máy phát 1 chiều kích từ độc lập

Ikt

Phần
ứng

I  Iu

Eu

I  Iư   Iư.Rư   U

U0

U
Ztải

+ Ukt -

Khi tăng tải :
Phản ứng phần ứng tăng:

Rđc

I

Iư

KTĐL

   Eư   U 

I
18
Bộ môn TBĐ - ĐT


KỸ THUẬT ĐIỆN

5.7 – Máy phát điện 1 chiều

2.b – Máy phát 1 chiều kích từ song song
Ikt

I u  I  I kt

kt

Do Ikt << I  bỏ qua Ikt

I

Iư
Phần
ứng

U

Ztải

Iu  I
R điều chỉnh

Khi tăng tải : I  Iư   Iư.Rư  làm
cho phản ứng phần ứng tăng
 U   Ikt      Eư 

Eu
U0

KTĐL

KTSS
I
19
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.8 – Động cơ điện 1 chiều

KỸ THUẬT ĐIỆN

1. Phương trình điện của động cơ:

+

U  Eu  I u .Ru

Rư

Iư
U

Eư
2. Mở máy động cơ 1 chiều:
Điều kiện:

Mmm  MC

-

Imm  Icho phép  (23) Iđm

Động cơ 1 chiều không mở máy trực tiếp  cần phải có biện pháp mở máy

Mở máy động cơ 1 chiều bằng
điện trở Rmm.

+

-

Rư

Rmm
21
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.8 – Động cơ điện 1 chiều

KỸ THUẬT ĐIỆN

n  f M 

3. Đặc tính cơ:

U  Eu  I u .Ru

(1)

Eu  ke ..n

(2)

M  k M ..I u

(3)

Lấy (2) thay vào (1)

Ru
U
n

.I u
ke  ke 
Từ (3)  Iư thay vào pt trên:

n

Ru
U

.M
2
ke  ke k m 
22
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.8 – Động cơ điện 1 chiều

KỸ THUẬT ĐIỆN

a. Động cơ 1 chiều kích từ độc lập:

  const
Đặt

U
n0 
ke .

kt
Rđc

Là tốc độ không tải lý tưởng

U

Ikt
+ Ukt

 n  n0  A.M

Phần
ứng

-

n
n0

KTĐL

M
23
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.8 – Động cơ điện 1 chiều

KỸ THUẬT ĐIỆN

b. Động cơ 1 chiều kích từ nối tiếp:

M  kM ..I u

kt

I u  I kt  

Phần
ứng

U

2
 M   2  M  k2 .

   k1. M
Ru

U
2
n

.
k
.

2
2
ke k1. M ke km 

Ru
U
n

A. M B

2

n
KTNT

M
24
Bộ môn TBĐ - ĐT


5.8 – Động cơ điện 1 chiều

KỸ THUẬT ĐIỆN

4. Điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều:
+ Điều chỉnh điện áp U
+ Điều chỉnh từ thông  (Ikt)
+ Thêm điện trở vào roto

Ru  R p
U
n

.M
2
ke  ke k m 

kt
Rđc

Phần
ứng

U

Ikt
+ Ukt

-

n

n0

Tự nhiên
Thêm điện trở Rp
M
25
Bộ môn TBĐ - ĐT