Máy điện II Phần 10

Chơng 10 Máy phát điện một chiều
10.1 Đại cơng.
1. Máy phát điện 1 chiều kích thích độc lập
Gồm: máy phát 1 chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu, chế tạo với công suất rất
bé. Máy phát điện 1 chiều kích thích điện từ, nguồn kích thích chủ yếu lấy từ ắc quy, công
suất lớn, điều chỉnh điện áp dể dng v dãi rộng, hình 6.1a.
2. Máy phát điện 1 chiều tự kích thích.
- MF1C kích thích song song,
hình 6.1b. Mạch kích thích nối song
song với mạch phần ứng. Dq kích
thích có số vòng dây nhiều, tiết diện
dây bé.
- MF1C kích thích nối tiếp, hình
6.1c. Dq kích thích nối nối tiếp với dq
phần ứng. Dq kích thích có số vòng
dây ít, tiết diện dây lớn.
Hình 6.1 Nguyên lý kích thích của các loại
- MF1C kích thích hổn hợp, hình
6.1d.
10.2 Các đặc tính của máy phát điện 1 chiều.
Máy phát điện 1 chiều có 4 đại lợng đặc trng l: U, I

, I
t
v n. Trong đó n thờng
đợc giữ không đổi còn lại 3 đại lợng xác định cho ta 5 đờng đặc tính.
1) Đặc tính không tải U
0
= E = f(I
t
) khi I = 0, n = C

te
;
2) Đặc tính ngắn mạch I
n
= f(I
t
) khi U = 0, n = C
te
;
3) Đặc tính ngoi U = f(I) khi I
t
= C
te
; n = C
te
;
4) Đặc tính điều chỉnh I = f (I
t
) khi U = C
te
, n = C
te
;
5) Đặc tính tải U = f(I
t
) khi I = C
te
, n = C
te
;

Trong 5 đặc tính trên thì đặc tính không tải l trờng hợp đặc biệt của đặc tính tải, khi
I = 0; Đặc tính ngắn mạch l trờng hợp đặc biệt của đặc tính điều chỉnh khi U = 0.
Đặc tính không tải v ngắn mạch của các loại
máy phát 1 chiều cơ bản giống nhau, nên ta xét
chung. Các đặc tính khác ta xét riêng cho từng loại
máy.
a) Đặc tính không tải
Để lấy đặc tính không tải ta lm thí nghiệm
không tải. Lúc đó cầu dao nối với tải bên ngoi để hở,
cho máy quay lên đến tốc độ n = n
đm
= const. Tăng
dần dòng kích từ I
t
từ 0 đến I
tm
lúc đó điện áp đầu cực
máy đạt khoảng U = (1,15 - 1,25)U
đm
. Giảm I
t
cho
đến lúc U = 0. Với máy kích từ độc lập đổi chiều
dòng điện kích từ lại tăng v giảm theo chiều (-) ta
đợc ton bộ chủ trình từ trễ BABA'B'A nh hình 6.2.
Hình 6.2 Đặc tính không
tải của
Máy điện 2
46
Đoạn OB l s.đ.đ E

d
= (2 - 3)%U
đm
ứng với I
t
= 0 l do từ d gây nên. Đờng trung
bình của chu trình từ trễ l đặc tính không tải của máy. Đây cũng chính l đặc tính từ hóa
đã xác định ở phần tính toán từ trờng không tải.
b) Đặc tính ngắn mạch
I
n
= f(I
t
), khi U = 0, n = C
te
;
Để có đặc tính ngắn mạch tất cả các loại máy phát đều phải đợc kích từ độc lập. Nối
ngắn mạch các chổi than, quay máy lên tốc độ n = n
đm
, điều chỉnh I
t
ta đợc các giá trị I
tơng ứng. Khi ngắn mạch, E

=R

.I

vì R

rất bé nên để I

=(1,25-1,5)I
đm
thì I
t
rất bé nên
mạch từ không bảo hòa do vậy quan hệ I

= f(I
t
) l đờng thẳng. Đờng 1 máy cha khử từ;
đờng 2 máy đã khử từ.
c) Tam giác đặc tính.
Trên cùng 1 trục tọa độ vẽ các đờng đặc tính không tải (1) v đặc tính ngắn mạch (2),
hình 6.4. Từ I
nm
= I
đm
chiếu sang (2) v chiếu xuống trục I
t
, ta đợc I
t
= OC. Dòng I
t
ny
gồm 2 phần: OD để sinh ra E
nm
= AD = BC, phần còn lại DC = AB để khắc phục phản ứng
phần ứng lúc ngắn mạch. Ta giác ABC có cạnh AB v BC đều tỷ lệ với I gọi l tam giác đặc

tính hình 6.4a. Với máy kích thích hổn hợp dây quấn kích thích nối tiếp đợc nối thuận, bù
thừa thì cạnh AB nằm bên phải cạnh BC, hình 6.4b.
Hình 6.4 Dựng tam giác đặc tính: a) khi phản
ứng phần
Hình 6.3 Đặc tính ngắn
1. Máy phát điện 1 chiều kích từ độc lập.
a) Đặc tính ngoi U=f(I) khi I
t
=C
te
, n=C
te
.
Theo phơng trình điện áp máy phát điện 1
chiều U = E - R

I

nên khi I tăng, R

I

tăng v phản
ứng phần ứng tăng, nên E giảm xuống, cuối cùng l U
giảm xuống.

10)%(5100
U
UU
%U

dm
dm0
dm
=

=

- Xây dựng đặc tính ngoi bằng phơng pháp vẽ:
Trên hệ trục tọa độ UOI
t
vẽ đặc tính U = f(I
t
).
Trên trục I
t
lấy I
t
= OP = C
te
, đặt tam giác đặc tính
ABC có các cạnh AB v BC tỷ lệ với I
đm
, sao cho đỉnh
A nằm trên đặc tính không tải, cạnh BC nằm trên
Hình 6.5 Đặc tính ngoi
máy phát
Máy điện 2
47
đờng PP' thì đoạn PC = U khi I = I
đm

. Dóng sang hệ trục UOI ta đợc điểm D' của đặc
tính ngoi. Từ đây ta tìm tiếp đợc
các điểm D''.. khác, hình 6.6.
Chứng minh: Khi không tải
I = 0, dòng kích từ I
t
= OP để sinh
ra E = U
0
= PP' = OD. Khi tải định
mức I = I
đm
, dòng kích từ chỉ còn lại
phần I
t0
= OQ vì nó đã mất đi phần
QP = AB để khắc phục phản ứng
phần ứng. Nh vậy s.đ.đ cảm ứng
đợc trong dq phần ứng bây giờ l
E

= QA = PB. Điện áp trên đầu cực
sẽ l U = E

- R

I

= PB - BC = PC.
Thực tế do mạch từ có bảo hòa

nên đờng đặc tính ngoi thực
nghiệm l đờng đứt nét, nằm dới.
b) Đặc tính điều chỉnh I
t
= f(I) khi U=C
te
, n = C
te
.
Đặc tính điều chỉnh cho biết hớng cần phải điều
chỉnh I
t
nh thế no để giữ cho U = C
te
. Thờng từ
không tải đến tải I
đm
để giữ U = U
đm
dòng I
t
phải tăng
từ (15-25)%, hình 6.7.
Xây dựng đặc tính điều chỉnh bằng phơng pháp
vẽ:
Vẽ đặc tính không tải, trên trục OU lấy U = U
đm

= OF. Kẻ đờng FD song song với trục honh, cắt đặc
tính không tải tại điểm M. Từ M hạ vuông góc với

trục honh xác định đợc điểm M' ứng với dòng kích
từ I
t0
khi không tải I = 0. Trên đờng FD ta đặt tam gíac
đặc tính ứng với I = I
đm
, sao cho đỉnh A nằm trên đặc
không tải, đỉnh C nằm trên đờng FD v BC// OU. Từ
điểm C ta xác định đợc điểm N, thì ON = I
tđm
, ứng với
I
đm
.
Hình 6.6 Đặc tính ngoi xây dựng theo phơng
Hình 6.7 Đặc tính điều
Cứ lm nh vậy ta xây dựng đợc đặc tính điều
chỉnh, hình 6.8.
Đờng đặc tính điều chỉnh thực nghiệm l đờng
đứt nét do có ảnh hởng của bảo hòa.
2. Máy phát điện 1 chiều kích từ song song.
a) Điều kiện tự kích thích.
Từ đờng đặc tính không tải ta thấy, khi máy điện 1
chiều ngừng hoạt động, trong lỏi thép cực từ chính,
gông từ vẫn còn một lợng từ thông d. Khi quay máy
đến tốc độ định mức n = n
đm
, ban đầu I
t
= 0, lúc ny đầu cực của máy phát vẫn có một điện

áp do

d
cảm ứng nên, U = E
d
= (2-3)%U
đm
. Nếu mạch kích từ đợc nối kín trong nó sẽ
Hình 6.8 Dựng tam giác
Máy điện 2
48
có dòng điện kích từ I
t0
chạy qua. Dòng I
t0
sinh ra từ thông
kích từ đầu tiên

d.
Nếu

t0
cùng chiều với

d
thì điện áp
đầu cực của máy phát sẽ tăng trởng, quá trính thnh lập
điện áp sẽ đợc thiết lập. Nếu

t0

ngợc chiều với

d
chúng
sẽ triệt tiêu nhau v máy không tự kích đợc.
Điện áp xác lập đầu cực máy phát l giao điểm của
đờng đặc tính từ hóa của mạch từ v đờng đặc tính Vol-
Ampe của mạch kích thích, hình 6.9. Từ đó ta có tg

= U/I
t

= R
t
. Nếu R
t
quá lớn thì điện áp sẽ xác lập tại điểm ứng với
E
d
.
Vậy điều kiện để máy tự kích l:
Hình6.9 quá trình
- Máy phải có từ d
- Chiều quay của máy phải phù hợp để

t0
cùng chiều với

d
- R

t
đủ nhỏ để U đạt giá trị yêu cầu.
b) Đặc tính ngoi U=f(I) khi R
t
=C
te
, n=C
te
.
Dạng của đặc tính ngoi nh hình 6.10, đờng 1 của
máy phát kích thích song song, đờng 2 của máy kích thích
độc lập. Ta thấy đờng 1 dốc hơn đờng 2 đó l vì, với máy
phát kích thích song song, khi tải tăng (I tăng), ngoi 2
nguyên nhân l cho điện áp đầu cực giảm xuống l:
- Sụt áp trên R

I tăng
- Phản ứng phần ứng tăng lm E giảm
Nó còn nguyên nhân thứ 3 l khi U giảm thì I
t
= U/R
t

sẽ giảm, dẫn tới

t
giảm v E giảm nhiều.
Từ đờng đặc tính ta thấy khi tải
tăng đến một giá trị tới hạn I
th

ứng
với điểm K thì sau đó điện áp tụt
nhanh về zéro, với dòng điện ngắn
mạch xác lập I
0
ứng với E
d
. Điểm K
l điểm ứng với điểm chớm bảo hòa
trên đờng đặc tính không tải, sau đó
l phần tuyến tính nên điện áp sẽ
giảm nhanh.
Đặc tính ngoi của máy phát kích
thích song song xây dựng theo
phơng pháp vẽ nh trên hình 6.11.
Vì ở máy phát kích thích song song I
t

phụ thuộc vo U nên đờng U = R
t
I
t

l đờng 0P đi qua gốc tọa độ.
Hình 6.10 Đặc tính
Hình 6.11 Đặc tính ngoi xây dựng theo phơng
b) Đặc tính điều chỉnh I
t
= f(I) khi U=C
te

, n = C
te
.
Vì việc điều chỉnh dòng điện I
t
không phụ thuộc nguồn kích từ lấy từ đâu nên đờng
đặc tính điều chỉnh của máy phát kích thích song song cũng giống nh máy phát kích thích
nối tiếp, tuy nhiên do điện áp của MF kích thích song song thay đổi nhiều hơn nên I
t
phải
điều chỉnh nhiều hơn.
Máy điện 2
49
3. Máy phát điện 1 chiều kích thích hổn hợp.
Máy phát điện 1 chiều kích thích hổn hợp có 2
dây quấn kích thích l song song v nối tiếp. Tuỳ
theo cách nối dây quấn nối tiếp m từ trờng kích
thích của 2 dây quấn có thể cùng chiều (nối thuận)
hoặc ngợc chiều (nối ngợc). Nối ngợc chỉ dùng
cho máy phát hn điện 1 chiều.
a) Đặc tính ngoi U = f(I) khi n = C
te
Cuộn dây kích từ nối tiếp có thể nối thuận
hoặc nối ngợc, nên dạng các đặc tính ngoi nh
hình 6.12. Đờng 1, nối thuận, bù thừa; đờng 2,
nối thuận, bù đủ; đờng 3, kích thích
song song; đờng 4, nối ngợc
Hình 6.12 Đặc tính ngoi MF-
Phơng pháp dựng đặc tính ngoi từ
đặc tính không tải v tam giác đặc tính

tơng tự nh máy phát kích thích song
song. Trên hình 6.13, đờng (1) l đặc
tính không tải, đờng (2) l l quan hệ
U = r
t
I
t
, đờng (3) l điện áp rơi trên
R

I

. Giao điểm của đờng (1) v (2) l
điểm M ứng với I

= 0 dóng sang trục
tung ta đợc U
0
, điện áp lúc không tải.
Tam giác ABC ứng với I
đm
v trờng
hợp bù thừa. Cho ABC tịnh tiến theo
đờng thẳng 2, sao cho A' năm trên đờng (1), C' nằm
trên đờng (2) thì G
0
C' = U
đm
, dóng sang bên trái cắt
đờng I

đm
cho ta điểm D l điểm của đặc tính ngoi ứng
với I
đm
. Lm tơng tự với tam giác A
1
B
Hình 6.13 Đặc tính ngoi theo phơng
Hình 6.14 Đặc tính
điều chỉnh máy PĐ1C kích
B
1
C
1
ứng với I
đm
/2 ta
đợc điểm D
1
Nối các điểm U
0
, D
1
, D ta đợc đặc tính
ngoi. Khi cần bù điện áp trên đờng dây tải ta tăng dòng
kích từ nối tiếp v đặc tính ngoi l đờng đứt nét (ứng
với điểm D')
b) Đặc tính điều chỉnh I
t
= f(I) khi U=C

te
, n = C
te
.
Đặc tính điều chỉnh của máy kích từ hổn hợp nh hình
6.14 với đờng 1, nối thuận, bù đủ; đờng 2, nối thuận, bù
thừa; đờng 3, nối ngợc
10.3 Máy phát điện một chiều lm việc song song.
1. Điều kiện ghép song song các máy phát.
Giả sử máy phát 1 đang phát điện lên thanh cái, ta cần ghép máy phát 2 vo lm việc
song song với máy 1, hình 6.15. Để việc ghép đợc thuận lợi thì phải đảm bảo các điều
kiện sau:
1. Cực tính của máy phát phải nối đúng cực tính của thanh cái
2. S.đ.đ của máy phát bằng điện áp của thanh cái (E
2
= U)
3. Với máy kích từ hổn hợp cần phải có dây cân bằng điện thế
Máy điện 2
50