Giáo trình Bổ túc cấp GCNKNCM máy trưởng hạng ba - Môn: Điện tàu thủy

Nội dung text: Giáo trình Bổ túc cấp GCNKNCM máy trưởng hạng ba - Môn: Điện tàu thủy

1. BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM GIÁO TRÌNH BỔ TÚC CẤP GCNKNCM MÁY TRƯỞNG HẠNG BA MÔN ĐIỆN TÀU THỦY Năm 2014 0
2. LỜI GIỚI THIỆU Thực hiện chương trình đổi mới nâng cao chất lượng đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa quy định tại Thông tư số 57/2014/TT-BGTVT ngày 24 tháng 10 năm 2014 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải. Để từng bước hoàn thiện giáo trình đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa, cập nhật những kiến thức và kỹ năng mới. Cục Đường thủy nội địa Việt Nam tổ chức biên soạn “Giáo trình điện tàu thủy”. Đây là tài liệu cần thiết cho cán bộ, giáo viên và học viên nghiên cứu, giảng dạy, học tập. Trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những thiếu sót, Cục Đường thủy nội địa Việt Nam mong nhận được ý kiến đóng góp của Quý bạn đọc để hoàn thiện nội dung giáo trình đáp ứng đòi hỏi của thực tiễn đối với công tác đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa. CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM 1
3. Chương 1 HỆ THỐNG KIẾN THỨC KỸ THUẬT ĐIỆN 1.1. Khái niệm cơ bản về mạch điện. 1.1.1 Khái niệm Mạch điện là một hệ thống gồm 3 phần tử cơ bản: Nguồn điện, thiết bị tiêu thụ điện và dây dẫn nối với nhau. Ngoài 3 phần tử cơ bản: nguồn, thiết bị tiêu thụ điện và dây dẫn, tùy thuộc mức độ hoàn thiện của mạch điện có thể lắp đặt thêm các thiết bị đóng cắt thiết bị bảo vệ, thiết bị kiểm tra Hình 1-1 Biểu diễn một sơ đồ mạch điện đơn giản (mạch điện chiếu sáng) E. Nguồn điện. Đ. Đèn điện (Đóng vai trò là thiết bị tiêu thụ điện hay phụ tải). K. Công tắc- Thiết bị đóng cắt mạch. C. Cầu chì- Thiết bị bảo vệ mạch. Hình 1-1: Sơ đồ mạch điện 1.1.2 Các phần tử cơ bản của mạch điện a. Nguồn điện. Tất cả các thiết bị điện được dùng để biến đổi các dạng năng lượng khác như cơ năng, hóa năng thành điện năng đều là nguồn điện. VD: Pin, ắc quy biến hóa năng thành điện năng, máy phát điện biến cơ năng thành điện năng Nguồn điện một chiều có 2 cực nối dây, cực có điện thế cao gọi là cực dương, kí hiệu là (+), cực có điện thế thấp gọi là cực âm, kí hiệu là (-). Hiệu điện thế giữa 2 cực của nguồn điện khi hở mạch là suất điện động hay còn gọi là suất điện động của nguồn, kí hiệu là (E), đơn vị đo suất điện động là vôn, viết tắt là (v), quy ước chiều suất điện động từ cực âm đến cực dương mạch trong là biểu diễn bằng vec tơ. Suất điện động đặc trưng cho khả năng sinh công của nguồn nghĩa là khả năng cho dòng điện chạy trong mạch kín. Khi E = 0 ta nói: nguồn hết điện tức là không có khả năng cung cấp dòng điện khi mạch kín. Phần dẫn điện ở trong nguồn như: Bản cực ắc quy, bản cực của pin, dây quấn phần ứng của máy phát là kim loại và đều có điện trở, đó là điện trở trong ký hiệu r, đơn vị đo là Ôm (Ω). Điện trở trong đặc trưng cho sự tổn hao về điện áp và công suất góp phần cản trở dòng điện chạy trong mạch (điều này sẽ được chứng minh khi vận dụng định luật Ôm). b. Phụ tải điện. 2
4. Tất cả các thiết bị tiêu thụ điện năng để biến thành các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, hóa năng đều gọi là phụ tải. Ví dụ: Động cơ điện tiêu thụ điện năng biến thành cơ năng, bàn là tiêu thụ điện năng biến thành nhiệt Có những phụ tải chỉ làm việc với dòng điện một chiều như ắc quy khi nạp điện, gọi là phụ tải một chiều. Các phụ tải đều có điện trở gọi là điện trở tải kí hiệu (R T). Khi hoạt động có những phụ tải sinh ra sức điện động, ví dụ động cơ điện hoặc ắc quy lúc nạp điện sức điện động có chiều ngược với chiều điện áp đặt vào phụ tải nên gọi là sức phản điện. c. Dây dẫn điện Dây dẫn điện thường làm bằng kim loại mà phổ biến là đồng và nhôm, có vỏ bọc cách điện hoặc không có vỏ bọc cách điện, phần dẫn điện của dây có thể là một sợi hoặc nhiều sợi kim loại xoắn lại với nhau. Dây dẫn có điện trở, trị số điện trở dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu chế tạo và kích thước của dây. Với cấp điện áp thấp dưới 36V gọi là điện áp an toàn (vì khi chạm phải phần dẫn điện ta không bị điện giật) người ta thường dùng vỏ máy bằng kim loại thay cho một dây dẫn, ví dụ vỏ đèn pin, vỏ ô tô, vỏ máy tàu thủy đóng vai trò một dây dẫn. Điểm nối dây dẫn với vỏ máy gọi là điểm nối ‘mát’ hay nối ‘đất’. 1.1.3. Sơ đồ mạch điện Hình vẽ diễn tả cách mắc các bộ phận trong mạch điện gọi là sơ đồ mạch điện. Để vẽ sơ đồ mạch phải dùng các kí hiệu quy ước của từng thiết bị hoặc bộ phận thiết bị. Bảng B1-1 giới thiệu một số ký hiệu quy ước thường gặp. Trong sơ đồ mạch các phần tử được nối với nhau theo một quy luật nào đó theo quy định của người vẽ. Sơ đồ mạch điện (hình 1-2) gồm: Nguồn, có 6 nguồn điện đấu nối tiếp nhau. Để có suất điện động E. , điện trở r ở trị số nhất định, phụ tải là 2 đèn Đ 1 và Đ2 được đấu nối tiếp nhau. Cầu chì, công tắc và các đoạn dây dẫn nối các thiết bị với nhau. Hình 1-2 3
5. Bảng B1-1 Một số kí hiệu quy ước thường dùng Nguồn Thiết bị Điện trở, Thiết bị điện, thiết Phụ tải Dây dẫn đóng cắt cuộn dây khác bị đo R Ắc quy, pin Dây dẫn Công tắc, Điốt bán Đèn điện Điện trở cầu dao dẫn F Đ cc Hai dây dẫn Máy phát Động cơ Cầu dao 3 nối với Biến trở Cầu chì một chiều một chiều cực nhau Wu C F Đ Động cơ Máy phát 2 dây dẫn xoay chiều Nút bấm Cuộn dây xoay chiều không nối Tụ điện 3 pha Roto thường mở điện áp 3 pha với nhau lồng sóc WI V U1 U2 Nút bấm Dây dẫn nối thường Cuộn dây Máy biến Vôn kế Còi điện mát đóng dòng điện áp 1 pha A B C A L a b c o 4
6. Chuông Tiếp điểm Cuộn kháng Máy biến Ampe kế điện thường mở có lõi thép áp 3 pha Tiếp điểm thường đóng 1.1.4 Các đại lượng cơ bản của mạch điện. a. Dòng điện - Khi nối thiết bị tiêu thụ điện với nguồn điện bằng dây dẫn tạo thành một vòng kín (đóng K) ta thấy có hiện tượng biến đổi ở tải. Nếu tải là bóng đèn thì đèn sáng, nếu tải là quạt thì quạt quay chứng tỏ đã có đại lượng nào đó đi qua bóng đèn và chuyển thành dạng năng lượng khác như quang năng (đèn sáng), cơ năng (quạt quay) Đại lượng chạy qua tải gây ra sự biến đổi năng lượng như vậy gọi là dòng điện, nghĩa là khi có dòng điện chạy qua các thiết bị dùng điện sẽ chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng, quang năng, cơ năng Hình 1-3: Biểu diễn dòng điện I - Dòng điện chỉ xuất hiện khi có sự kín mạch giữa tải nối với nguồn. - Bản chất của dòng điện trong mạch điện là dòng điện tích di chuyển có hướng trong dây dẫn và thiết bị tiêu thụ điện và có chiều từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp (chạy từ cực dương của nguồn qua tải và về cực âm của nguồn) - Dòng điện trong sơ đồ mạch ký hiệu là :I Dụng cụ để đo dòng điện là Ampe kế b. Điện áp Xét một đoạn AB có chứa tải như hình 1-2: Dòng điện chạy từ điểm A qua tải đến điểm B. Theo quy định ở phần trên thì điện thế tại điểm A (φA) cao hơn điện thế tại điểm B (φB) φA > φB Giá trị chênh lệch giữa điện thế tại điểm A (φ A) và điện thế tại điểm B (φ B) gọi là hiệu điện thế hay điện áp. Như vậy điện áp là độ chênh lệch điện thế giữa 2 điểmA và B là: UAB = φA - φB Đơn vị của điện áp là Vôn - ký hiệu V. 5
7. - Điện áp của nguồn điện: Là điện áp đo được trên hai đầu nguồn. c. Công suất của dòng điện - Khi có dòng điện chạy qua thiết bị tiêu thụ điện sinh ra các dạng năng lượng như nhiệt năng, quang năng, cơ năng chứng tỏ dòng điện đã tạo ra 1 năng lượng. Ta nói dòng điện sinh công. Trong lý thuyết kí hiệu là A. - Bằng thực nghiệm ta xác định được trị số công của dòng điện sinh ra tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện, điện áp và thời gian dòng điện chạy qua các thiết bị. - Xét 1 đoạn mạch có chứa tải. Điện áp 2 đầu đoạn mạch là U, dòng điện chạy qua tải là I. Khi đó, công sinh ra trong thời gian t (giây) là: A= U.I.t - Công suất của dòng điện (P) Năng suất sinh công (công sinh ra trong một đơn vị thời gian) gọi là công suất, kí hiệu là P. Do vậy d. Điện trở của mạch điện - Mạch điên bao gồm nguồn điện, dây dẫn và thiết bị tiêu thụ điện nối với nhau. Xét ví dụ phụ tải là 1 bóng đèn điện. Khi ta thay các bóng đèn khác nhau vào thì thấy rằng độ sáng của các bóng đèn khác nhau chứng tỏ dòng điện chạy qua các bóng đèn đó khác nhau. Do vậy có thể khẳng định trong sợi đốt của bóng đèn đại lượng cản trở dòng điện làm cho dòng điện thay đổi khi thay đổi bóng đèn. Đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện đó gọi là điện trở. Điện trở ký hiệu là R Ta có mối quan hệ sau: R= U I Với U là điện áp đặt vào điện trở (V); I là dòng điện chạy qua điện trở → điện trở R có đơn vị là Ôm, ký hiệu Ω. Ví dụ: Điện áp đặt vào điện trở U = 12V; dòng điện chay qua I = 2A thì điện trở U 12 được xác định R= 6 () I 2 1.1.5 Các tác dụng của dòng điện a. Tác dụng nhiệt Khi có dòng điện cháy qua các vật dẫn làm cho vật dẫn nóng lên (dòng điện chạy qua dây maiso của bếp điện, nồi cơm điện là những ví dụ điển hình). Đại 6
8. lượng đặc trưng cho sự nóng lên của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua là nhiệt lượng Q. Khi cho dòng điện chạy qua vật dẫn có điện trở R trong thời gian t (giây) thì nhiệt lượng sinh ra và làm cho môi trường xung quanh nóng lên được tính theo công thức: Q = U.I.t = I2.R.t Đơn vị của nhiệt lượng là Jun (J) hoặc Calo (Công thức tính nhiệt lượng chính là công thức tính công của dòng điện) Tóm lại, khi cho dòng điện chạy qua vật dẫn làm cho vật dẫn nóng lên và tản nhiệt ra môi trường xung quanh đó chính là tác dụng nhiệt của dòng điện. b. Tác dụng từ của dòng điện * Hiện tượng (hình 1.4): Cuộn dây W quấn quanh lõi thép và được nối với nguồn nhờ công tắc K. Miếng sắt mỏng (Fe) được treo bằng sợi dây mảnh ở gần cuộn dây. Hiện tượng xảy ra như sau: - K mở, không cho dòng điện chạy qua cuộn W, miếng thép đứng im. - K đóng, có dòng điện chạy vào cuộn W. Ta thấy miếng thép di chuyển lại gần cuộn dây lõi thép W. Nói khác đi là miếng thép bị hút lại gần W. Hình 1-4 Tác dụng từ của dòng điện Khi đó cuộn dây quấn trên lõi thép có tác dụng như miếng nam châm vĩnh cửu. Gọi đó là nam châm điện. Xung quanh miếng nam châm điện cũng có từ trường như nam châm vĩnh cửu. * Từ trường của dòng điện: - Từ trường của nam châm được biểu diễn thông qua các đường sức từ: Đường sức từ là những đường cong khép kín có chiều đi ra từ cực bắc và đi vào từ cực Nam. Độ mau thưa của đường sức nói lên độ mạnh hay yếu của từ trường. Đại lượng đặc trung cho độ mạnh hay yếu của từ trường là cảm ứng từ B với đơn vị Hình 1-5: Biểu diễn đường sức từ là Tesla. của nam châm vĩnh cửu Cùng 1 nam châm, nếu chỗ nào có đường sức dày thì ta nói tại đó có B lớn, 7
9. ngược lại nếu đường sức thưa thì B nhỏ. Đối với nam châm hình chữ U, bên trong lòng của nam châm các đường sức song song đều nhau, ta nói từ trường trong lòng nam châm chữ U là từ trường đều và có B như nhau. Hình 1-6: Từ trường nam châm chữ U - Từ trường của dòng điện cũng được biểu diễn bằng đường sức giống như từ trường của nam châm vĩnh cửu. Cực bắc (N) và cực nam (S) được xác định dựa vào chiều của từ trường. Chiều của từ trường được xác định theo quy tắc bàn tay phải “nắm” (hoặc theo quy tắc cái đinh ốc); Nắm bàn tay phải rồi đặt sao cho bốn ngón tay hướng theo chiều dòng điện chay qua các vòng dây thì ngõn tay cái choãi ra chỉ chiều của từ trường trong lòng ống. Hình 1-7 Xác định chiều từ trường - Khi xác định được chiều từ trường, ta sẽ biểu diễn được đường sức từ tương tự như nam châm vĩnh cửu. - Từ thông Ф đặc trưng cho độ mạnh hay yếu của từ trường biểu diễn thông qua đường sức đi qua 1 tiết diện s của vòng dây. Đơn vị của từ thông là vê –be (Wb) Tính chất nam châm mạnh → B lớn → Ф tăng và ngược lại. Do vậy, tác dụng từ của dòng điện có thể hiểu như sau: khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn thì xung quanh dây dẫn xuất hiện từ trường. Nếu dòng điện chạy qua một cuộn dây quấn trên lõi thép thì khi đó cuộn dây có tác dụng như một miếng nam châm vĩnh cửu. c. Tác dụng hóa học của dòng điện Khi nạp điện cho bình ắc quy. Ta nhận thấy dung dịch trong bình ắc quy (dung dịch điện phân) có hiện tượng sủi tăm đồng thời dung dịch đậm đặc thêm. Hiện tượng sủi tăm trong dung dịch và dung dịch đậm đặc thêm là do đã có các phản ứng hóa học khi cho dòng điện chạy qua dung dịch. Phản ứng hóa học khi cho dòng điện chạy qua dung dịch cũng có thể thấy trong trường hợp mạ điện như mạ bạc, mạ đồng, mạ vàng Tóm lại, khi cho dòng điện chạy qua dung dịch điện phân thì trong dung dịch xảy ra các phản ứng hóa học đó chính là tác dụng hóa học của dòng điện. 1.2 Một số hiện tượng điện từ cơ bản 1.2.1. Hiện tượng cảm ứng điện từ * Thí nghiệm 1: 8
10. Thanh dẫn AB được treo bằng 2 sợi dây điện mảnh và đặt trong từ trường của nam châm NS, 2 đầu AB nối với một mili vôn kế (mV) như hình 1-8 - Nếu thanh dẫn AB chưa chuyển động tưởng đối với nam châm → mV vẫn chỉ 0, tức là không có dòng điện chạy qua mV. - Cho thanh dẫn AB chuyển động cắt các đường sức từ thì kim chỉ của mV chỉ giá trị khác 0, chứng tỏ trong thanh dẫn có dòng điện chạy qua. Có thể coi thanh dẫn AB khi chuyển động trong từ Hình 1-8 Dây dẫn chuyển động cắt trường đã tạo ra 1 nguồn điện. đường sức từ Sức điện động (điện áp) trong thanh dẫn AB xuất hiện do có sự chuyển động tưởng đối giữa thanh dẫn với từ trường của nam châm gọi là sức điện động cảm ứng (E). - Bằng thực nghiệm đã xác định được trị số sức điện động cảm ứng phụ thuộc vào độ lớn cảm ứng từ (B) của nam châm, vận tốc chuyển động của thanh dẫn (v) với chiều dài tác dụng của thanh dẫn (l) là chiều dài nằm trong từ trường của nam châm. E = B.L.v - Chiều sức điện động cảm ứng trong dây dẫn AB được xác định bằng quy tắc bàn tay phải: ngửa bàn tay phải , sao cho đường sức xuyên vào lòng bàn tay, chiều choãi ra của ngón tay cái chỉ chiều chuyển động của dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến 4 đầu ngón tay chụm lại là chiều sức điện động cảm ứng trong dây dẫn. Hình 1-9 Quy tắc bàn tay phải * Thí nghiệm 2: Thí nghiệm gồm: một cuộn dây (w) nối với một mV đặt gần một nam châm NS lắp trên trục quay. - Khi không có sự chuyển động tương đối giữa nam châm và ống dây thì kim của mV chỉ 0. - Tác dụng lực làm nam châm quay thì mV có điện, chứng tỏ trong cuộn dây (w) đã sinh ra sức điện động gọi là sức Hình 1-10 Hiện tượng cảm ứng khi từ 9
11. điện động cảm ứng trường qua ống dây biến thiên - Trị số sức điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn dây ở thí nghiệm 2 tỷ lệ thuận với tốc độ quay của nam châm, số vòng quấn của cuộn dây W. Trong đó: k. Hệ số dây quấn ( phụ thuộc vào đặc điểm, kích thước dây) - Chiều sức điện động cảm ứng trong cuộn dây được xác định bằng quy tắc Lenxơ: Khi cho từ trường qua ống dây biến thiên thì trong ống dây xuất hiện sức điện động cảm ứng. Sức điện động cảm ứng sinh ra trong cuộn day có chiều sao cho chiều của từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông. 1.2.2 Hiện tượng lực điện từ a. Hiện tượng Treo một thanh dẫn (AB) trong từ trường của nam châm và được nối với nguồn E thông qua công tắc K (Hình 1- 11) - K mở → chưa có dòng điện chạy qua thanh dẫn. Ta thấy thanh dẫn không chuyển động. - K đóng → có dòng điện chạy qua thanh dẫn. Ta thấy thanh dẫn chuyển động, chứng tỏ có lực tác dụng vào Hình 1-11: Tác dụng của từ trường lên thanh dẫn, gọi đó là lực điện từ. dòng điện b. Trị số của lực điện từ Bằng thực nghiệm đã xác định được trị số và chiều của lực công thức: F = l.B.I Trong đó: l. Chiều dài tác dụng của dây dẫn I. Cường độ dòng điện trong dây dẫn B. Cảm ứng từ c. Chiều của lực điện từ 10
12. Để xác định chiều của lực điện từ tác động vào dây dẫn, ta dùng quy tắc bàn tay trái và quy tắc được phát biểu như sau: Ngửa bàn tay trái, sao cho đường sức xuyên qua lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến 4 đầu ngón tay chỉ chiều dòng điện trong dây dẫn thì chiều choãi ra ngón tay cái chỉ chiều của lực điện từ. * Lưu ý: Khi muốn đổi chiều của lực điện từ, ta chỉ đổi chiều của dòng điện Hình 1-12: Quy tắc bàn tay trái hoặc chiều của từ trường thì lực điện từ sẽ đổi chiều. Nếu đổi cả chiều của dòng điện và chiều của từ trường thì chiều của lực điện từ vẫn không đổi. 11
13. Chương 2 ĐIỆN TÀU THỦY 2.1 Ắc quy axit 2.1.1 Khái quát Ắc quy có nhiều loại khác nhau, cách phân loại chủ yếu dựa vào thành phần cấu tạo của các bản cực hoặc dựa vào tính chất của dung dịch điện phân. Ắc quy axit (ắc quy chì) là loại ắc quy có dung dịch điện phân là dung dịch axit sunfuaric (H2S04) - còn gọi là ắc quy chì vì các bản cực được chế tạo bằng chì hoặc bằng hợp chất của chì. Ắc quy nói chung và ắc quy axit nói riêng đều có 2 chế độ làm việc thuận nghịch nhau đó là chế độ nạp điện cho ắc quy và chế độ ắc quy phóng điện. Ắc quy dùng trên tàu chủ yếu là làm nguồn điện để khởi động máy động lực (máy Dieden) và làm nguồn điện chiếu sáng. 2.1.2 Cấu tạo Ắc quy Axit trên tàu phổ biến dùng loại 12V nên có 6 ngăn đơn nối tiếp với nhau Hình 2-1 : Cấu tạo bình ắc quy axit Bình ắc quy axít cấu tạo gồm 4 phần chính: a. Vỏ và nắp đậy: Vỏ bình ắc quy được đúc bằng nhựa tổng hợp êbônít, ắc quy trên tàu phổ biến là loại 6 ngăn. Ở đáy có các sống đỡ tác dụng làm cho đáy chịu lực tốt. Đồng thời là giá đỡ các tấm cực để hạn chế hiện tượng chập mạch trong của ắc quy. 12
14. Mỗi ngăn có một nắp đậy cũng đúc bằng nhựa Ebônít, nắp được gắn với vỏ bằng nhựa đường. Mỗi nắp có 3 lỗ, trong đó lỗ giữa để kiểm tra dung dịch trong ắc quy, lỗ này có 1 nút có lỗ thông hơi làm bằng nhựa có ren để lắp chặt với nắp, 2 lỗ còn lại để lắp đầu nối các chùm cực. b. Các chùm cực. Trong mỗi ngăn có 2 chùm bản cực, chùm bản cực âm và chùm bản cực dương ghép xen kẽ với nhau. Chùm bản cực âm nhiều hơn chùm bản cực dương 1 tấm cực. Một chùm cực bao gồm nhiều tấm cực cùng loại nối với nhau. Mỗi tấm cực gồm có sườn cực và chất hoạt tính. + Sườn là khung của tấm cực đúc bằng hợp kim chì An - Ti - Moon. Hình 2-2 : Chùm bản cực và tấm ngăn + Chất hoạt tính là chất biến đổi chất trên các sườn cực làm bằng bột axít chì ( trộn với một số chất phụ gia ) oxít chì làm chất hoạt tính của cực dương là loại Pb204, oxít chì làm chất hoạt tính ở cực âm là Pb0. c. Tấm cách điện. Được làm bằng vật liệu cách điện như nhựa xốp, bông thủy tinh hay clovinyl có nhiều lỗ để cho dung dịch thấm qua và đặt xen kẽ giữa 2 bản cực âm và dương. d. Dung dịch điện phân. Là dung dịch axít H2SO4 pha với nước cất theo tỷ lệ 1 axít pha với 3 nước cất. Nếu lượng axit trong dung dịch càng nhiều thỉ tỷ trọng dung dịch càng cao và ngược lại. Tỷ trọng dung dịch thường pha cao hay thấp tuỳ thuộc vào nhiệt độ môi trường và nhiệt độ từng mùa. Với nhiệt độ ở nước ta ít thay đổi theo mùa cho nên không cần thay đổi tỷ trọng theo mùa và thường pha là 1,21g/cm3 ( pha cho ắc quy mới ) lượng dung dịch đổ vào ắc quy phải ngập các tấm cực từ 10  15 mm, các ngăn của ắc quy khi đã nạp điện đầy đủ có hiệu điện thế từ 2  2,2V, nhưng các ngăn được đấu nối tiếp nhau cho nên điện áp giữa 2 đầu boọc bằng tổng điện áp của các ngăn. 2.1.3 Nguyên lý hoạt động. Ắc quy có 2 chế độ làm việc thuận ngịch nhau đó là: dùng để biến đổi năng lượng dưới dạng điện năng thành hóa năng (Khi nạp – tích điện) và ngược lại biến hóa năng thành điện năng (khi phóng- giảm điện năng) 13
15. a. Chế độ nạp điện cho ắc quy. Nguồn điện nạp cho ắc quy là nguồn điện một chiều: U nguồn ≥ U ắc quy Điện áp đặt vào một ngăn của ắc quy phải đạt từ 2,75- 2,8V, Ta xét quá trình nạp điện cho 1 ngăn đơn theo hình 2-3, khi ắc quy yếu điện và chưa được nạp điện bổ sung thì bề mặt các bản cực dương và bản cực âm gần như giống nhau về mặt bản chất (bề mặt phủ muối sunphat chì). Muốn nạp điện phải vận hành nguồn nạp có điện áp phù hợp (cao hơn điện áp của bình ắc quy khi đã nạp đủ điện một vài vôn) thì đóng cầu dao nạp nối ắc quy với nguồn nạp. Hình 2-3: Sơ đồ nạp một ngăn ắc quy - Khi nối ắc quy với nguồn nạp thì có dòng điện cung cấp cho ắc quy làm dung dịch và các bản cực của ắc quy có sự biến đổi. + Cực dương biến đổi từ PbSO4 → PbO2 + Cực âm biến đổi từ PbSO4 → Pb → Sunfat chì (PbSO4) phủ bề mặt bản cực khi đó chuyển thành Pb và oxit chì PbO2 hay nói khác đi là trở thành khác bản chất. Quá trình biến đổi của các bản cực và dung dịch điện phân khi nạp điện được tổng kết bằng phương trình hóa học: PbSO4 + PbSO4 + 2H2O = PbO2 + Pb + 2H2SO4 Như vậy quá trình nạp sẽ làm cho bản cực dương và âm biến đổi khác bản chất và điện áp tăng dần, H2SO4 được sinh ra → tỷ trọng dung dịch tăng. Khi các bản cực đã biến đổi hoàn toàn thì điện áp giữa hai cực và tỷ trọng dung dịch ổn định: + Điện áp trên mỗi ngăn đơn đạt 2 ÷ 2,15V. + Tỷ trọng dung dịch đạt 1,26 ÷ 1,28g/cm3 Khi điện áp các ngăn và tỷ trọng dung dịch ổn định thì ắc quy đã tích đủ điện gọi là ắc quy no điện. b. Chế độ phóng điện của ắc quy. Ắc quy sau khi nạp no điện đem sử dụng để cung cấp điện cho tải gọi là chế độ phóng điện của ắc quy. Phóng điện là quá trình ngược với quá trình nạp điện. PbO2 + Pb + 2H2SO4 = PbSO4 + PbSO4 + 2H2O → Khi ắc quy phóng điện, điện áp trên hai cực của ắc quy và tỷ trọng dung dịch điện phân giảm dần. 14
16. Sau khi ắc quy phóng điện, phải cho ắc quy nạp điện để khôi phục điện áp gọi là nạp điện bổ xung cho ắc quy. Hình 2-4 Sơ đồ phóng điện 2.1.4 Các thông số cơ bản của ắc quy. Phẩm chất của ắc quy được đặc trưng bởi các thông số cơ bản bao gồm dung lượng, sức điện động và điện trở. a. Dung lượng (Q) Dung lượng đặc trưng cho khả năng tích điện khi nạp và khả năng phóng điện khi phóng, do đó có quan hệ với cường độ dòng điện khi nạp hoặc phóng và thời gian nạp điện hay phóng điện. * Sự phụ thuộc đó được biểu diễn bằng biểu thức: - Khi nạp Q = In . tn Trong đó: Q: Là dung lượng In . tn: Là cường độ dòng điện và thời gian nạp điện - Khi phóng: Q = Ip.tp Khi nạp điện thì ắc quy tích điện nên dung lượng tăng, khi phóng điện thì ắc quy mất điện nên dung lượng giảm. Đơn vị đo dung lượng được tính bằng Ampe giờ (Kí hiệu: Ah). Trị số dung lượng của mỗi ngăn tỷ lệ thuận với kích thước, số lượng bản cực và tỷ trọng dung dịch điện phân. Dung lượng của các ngăn đơn đều bằng nhau và dung lượng của bình ắc quy không phụ thuộc vào số ngăn. b. Sức điện động của ắc quy (E). 15
17. Sức điện động đặc trưng cho khả năng sinh công của nguồn điện, vì vậy sđđ của ắc quy đặc trưng cho khả năng sinh công của bình ắc quy (khả năng cung cấp năng lượng điện của ắc quy). Sức điện động của mỗi ngăn đơn phụ thuộc vào chất liệu chế tạo bản cực và tỷ trọng dung dịch điện phân. Sự phụ thuộc vào dung dịch điện phân được xác định theo công thức thực nghiệm: E = 0,84 +  Trong đó:  là tỷ trọng dung dịch điện phân. Sức điện động của bình ắc quy phụ thuộc vào sức điện động của các ngăn đơn và tỷ lệ thuận với số lượng ngăn. Sđđ có đơn vị là vôn (V). - Khi Sđđ của các ngăn thay đổi thì điện áp của các ngăn cũng thay đổi bởi vì điện áp luôn luôn tỷ lệ thuận với Sđđ. c. Điện trở của ắc quy (r). Điện trở của bình ắc quy đặc trưng cho mức tổn hao điện năng do ắc quy gây nên khi nạp điện hoặc phóng điện. Điện trở chủ yếu phụ thuộc vào chất liệu chế tạo bản cực, kích thước và số lượng bản cực trong các ngăn đơn. Ngoài ra điện trở còn phụ thuộc vào tỷ trọng và nhiệt độ của dung dịch Thông thường điện trở của ắc quy rất nhỏ so với điện trở của mạch điện khi ắc quy nạp điện hoặc phóng điện. 2.1.5 Phối hợp các bình ắc quy khi phóng điện hoặc nạp điện. Theo quy cách chế tạo, mỗi bình ắc quy chỉ có trị số các thông số nhất định, nghĩa là chỉ có điện áp hoặc dung lượng định mức nhất định. Vì vậy muốn có nguồn điện là ắc quy khi dùng ắc quy phóng điện hoặc khi nạp ắc quy khả năng cung cấp điện năng của nguồn có giới hạn, cần phải biết phối hợp 2 hoặc nhiều bình để phóng điện hoặc nạp điện đồng thời cho phù hợp. Có 3 phương pháp phối hợp như sau: a. Phương pháp đấu song song. 16
18. - Điều kiện: Tốt nhất là chọn các bình có điện áp bằng nhau nghĩa là nếu dùng (n) bình để phối hợp thì các bình phải thỏa mãn điều kiện: U1 = U2 = U3 = Un - Cách phối hợp: Dùng dây dẫn nối các bình với nhau theo sơ đồ sau, A và B là 2 đầu dây nối với cầu dao phóng điện hoặc cầu dao nạp điện. Hình 2-5: Sơ đồ đấu song song. * Ứng dụng: Vì các bình có điện áp bằng nhau cho nên điện áp đo giữa 2 cực khác dấu bất kỳ đều bằng nhau chứng tỏ điện áp của nhóm ắc quy chỉ bằng điện áp của 1 bình, nghĩa là: U = U1 = U2= U3 = Un U: Điện áp của nhóm ắc quy lấy giữa 2 cực bất kỳ nào đó. Khi sử dụng ắc quy phóng điện thấy: nếu phụ tải không đổi thì khả năng cung cấp điện của nhóm ắc quy càng tăng lên, khi số ắc quy dùng phối hợp càng nhiều, chứng tỏ dung lượng của nhóm ắc quy lớn hơn dung lượng của các bình và người ta chứng minh được: Q = Q1 + Q2 + Q3 + + Qn Trong đó: Q- dung lượng của cả nhóm ắc quy. Q1, Q2, Qn dung lượng của các bình ắc quy. Từ những kết quả trên cho thấy cách phối hợp này dùng vào sản xuất trong những trường hợp sau - Nếu sử dụng để làm nguồn cung cấp điện thì: khi các phụ tải có điện áp bằng điện áp của một bình nhưng phụ tải cần hoạt động lâu dài hoặc phụ tải có công suất lớn. - Nếu sử dụng ắc quy để nạp điện thì: khi nguồn nạp có điện áp lớn hơn điện áp của một bình nhưng nhỏ hơn tổng điện áp của 2 bình. 17
19. Số lượng ắc quy phối hợp với nhau nhiều hay ít thì tùy thuộc nhu cầu của phụ tải (khi ắc quy phóng điện) và tùy thuộc công suất của máy phát hoặc máy biến áp (khi nạp điện). b. Phương pháp đấu nối tiếp. Điều kiện: Tốt nhất là các bình sử dụng để phối hợp có dung lượng bằng nhau : Cách phối hợp: Dùng dây dẫn nối các bình ắc quy với nhau theo sơ đồ hình 2-5 A và B là 2 đầu dây nối với cầu dao để nạp điện hoặc cầu dao phóng điện. Hình 2-6: Sơ đồ đấu nối tiếp Ứng dụng: Từ sơ đồ ta thấy điện áp giữa 2 đầu dây A và B có trị số bằng tổng điện áp các bình U = U1 + U2 + + Un Còn dung lượng của cả nhóm ắc quy chỉ bằng dung lượng của một bình: Q = Q1 = Q2= = Qn Vì vậy phương pháp phối hợp này được dùng trong sản xuất vào những trường hợp sau: - Nếu sử dụng ắc quy làm nguồn cung cấp điện thì dùng trong trường hợp các phụ tải có điện áp: n Upt = n.UB hay Upt = U b B 2 Trong đó UB là điện áp của một bình n = 2,3 là một số nguyên (số bình ắc quy phối hợp) Upt là điện áp ghi trên nhãn hiệu phụ tải. - Nếu sử dụng ắc quy để nạp thì dùng trong trường hợp nguồn nạp (máy phát hoặc máy biến áp) có điện áp cao hơn 1 số nguyên lần cụ thể: n Unguồn = n.UB hay Unguồn = U B B 2 n là số bình ắc quy dùng để phối hợp. c. Phương pháp đấu hỗn hợp các bình ắc quy. 18
20. Khi sử dụng ắc quy, tùy thuộc vào nhu cầu để sử dụng 2 phương pháp phối hợp trên, nhưng cũng có lúc phải kết hợp cả 2 phương pháp thành phương pháp hỗn hợp. Điều kiện: Cần phải thỏa mãn điều kiện của 2 phương pháp đã nêu ở trên. Cách phối hợp: Nối các bình ắc quy với nhau theo sơ đồ hình 2-7 Hình 2-7 Sơ đồ đấu hỗn hợp A và B là hai đầu dây nối với cầu dao nạp điện hoặc phóng điện. Ứng dụng: Khi cần nhóm ắc quy có điện áp và dung lượng lớn thì phải sử dụng phương pháp này. 2.1.6 Các phương pháp nạp điện cho ắc quy. Nạp điện cho ắc quy có 2 phương pháp, nạp ổn định điện áp và nạp ổn định dòng điện. a. Phương pháp nạp ổn định điện áp. Nạp ổn định điện áp là chế độ nạp điện cho ắc quy có điện áp của nguồn nạp không thay đổi trong suốt quá trình nạp. Để có điện áp của nguồn nạp ổn định đối với nguồn là máy phát cần phải có thiết bị tự động điều chỉnh điện áp khi máy phát hoạt động như hình 2-8. Hình 2-8 1. Máy phát điện 2. Thiết bị điều chỉnh tự động điện áp của máy phát 19
21. 3. Ắc quy - Dòng điện nạp được xác định bằng biểu thức: UF - UA R Trong đó: UF : điện áp của máy phát (UF ổn định trong suốt thời gian nạp điện). UA : điện áp trên 2 cực của ắc quy, U A tăng dần trong quá trình nạp khi ắc quy đã no điện thì UA ổn định. R : Là tổng điện trở của mạch nạp. Vì vậy nạp bằng phương pháp ổn định điện áp thì dòng điện nạp giảm dần theo thời gian nạp cho đến khi ắc quy no điện thì dòng điện nạp ổn định. * Ưu, nhược điểm của phương pháp nạp ổn định điện áp. Để đảm bảo cho ắc quy được nạp điện no thì nguồn nạp phải có điện áp chênh lệch với điện áp ắc quy tương đối lớn, cụ thể điện áp của nguồn nạp phải chọn theo điều kiện điện áp của nguồn nạp đặt vào mỗi ngăn đơn của ắc quy phải đạt từ 2,75  2,8V, vì vậy giai đoạn đầu dòng nạp tương đối lớn cho nên chỉ sau vài giờ đầu ắc quy đã tích điện khoảng 70  80% , chứng tỏ ắc quy rất chóng no điện. Nhưng nhược điểm là dòng nạp lớn thì ắc quy không đảm bảo tuổi thọ, chất lượng nạp không tốt. Cuối thời kỳ nạp thì dòng điện nạp quá thấp nên dung dịch không sủi tăm chứng tỏ ắc quy không được nạp thật no. Phương pháp này chỉ dùng những nơi nguồn nạp không điều chỉnh điện áp được trong giới hạn rộng như trên tàu không có trạm phát lớn. b. Phương pháp nạp ổn định dòng điện. Nạp ổn định dòng điện là phương pháp nạp mà trong suốt thời gian nạp dòng điện nạp cho ắc quy không thay đổi. Để đảm bảo cho dòng nạp không thay đổi, trong quá trình nạp cần phải điều chỉnh tăng dần, điện áp của nguồn nạp tương ứng với quá trình tăng điện áp của ắc quy bởi vì dòng điện nạp được xác định theo biểu thức sau: Trong đó: U: Là điện áp của nguồn nạp. 20
22. Để thực hiện được phương pháp này cần có nguồn điện áp cao để giới hạn điều chỉnh rộng và có thể thực hiện theo sơ đồ hình 2- 9. Trong đó R là biến trở dùng để điều chỉnh điện áp của nguồn đặt vào 2 cực ắc quy để điều chỉnh cho dòng nạp ổn định. Nạp bằng phương pháp này thì đảm bảo chất lượng hơn nạp ổn định điện áp nhưng nhược điểm là phải có nguồn điện áp tương đối lớn, do đó chủ yếu dùng trong các phân xưởng sủa Hình 2-9 chữa thường dùng để nạp điện cho ắc quy mới. 2.1.7 Sử dụng và chăm sóc thường xuyên đối với ắc quy axit. Sử dụng ắc quy bao gồm: - Nạp điện cho ắc quy - Ắc quy phóng điện Khi nạp điện và phóng điện cần lưu ý thực hiện đúng một số quy định sau đây: a. Nạp điện cho ắc quy. Trước khi nạp cần phải kiểm tra dung dịch điện phân trong các ngăn đơn, yêu cầu dung dịch phải ngập các bản cực từ 10 - 15mm. (Dùng thước thủy tinh để đo). Nếu dung dịch không đảm bảo mức quy định thì phải bổ sung thêm nước cất (hoặc axít) vào cho đủ quy định, trường hợp dung dịch thiếu do bị đổ phải dùng dung dịch có cùng tỷ trọng cùng với dung dịch trong các ngăn để bổ sung vào cho đủ. Phải căn cứ vào điện áp và công suất của nguồn nạp để xác định số lượng ắc quy đem nạp cho phù hợp, số lượng ắc quy dùng để nạp căn cứ vào yêu cầu sau đây: UN UA Trong đó: UN: Điện áp của nguồn nạp. UA: Điện áp của nhóm ắc quy đấu nối tiếp, hay tổng điện áp của các ngăn đơn trong nhóm ắc quy đấu nối tiếp. UN UA lấy theo điều kiện UN/ số ngăn = 2,75 – 2,8 V. 21
23. + Số nhóm ắc quy đấu song song khi nạp lựa chọn sao cho dòng nạp cho các nhóm không nhỏ quá và tổng dòng điện nạp cho các nhóm không vượt quá dòng điện định mức của nguồn nạp. + Khi nạp điện cần phải nạp cho ắc quy thật no mới ngừng nạp, nhưng cũng không kéo dài thời gian nạp quá lâu khi ắc quy đã no điện. b. Khi dùng ắc quy phóng điện cần lưu ý. Không phóng điện liên tục trong thời gian quá dài mà không đem nạp điện. Trường hợp phải dùng ắc quy phóng điện thời gian dài cần phải theo dõi điện áp của các ngăn, nếu điện áp của các ngăn đã giảm xuống 1,75- 1,8V, tỷ trọng đã giảm xuống 1,1 -1,15 thì không nên phóng nữa mà cần đem ắc quy nạp điện bổ sung, nếu không ắc quy sẽ chóng hỏng. Một số tài liệu quy định mức phóng điện như sau: + Về mùa đông mức phóng điện không vượt quá 10% dung lượng. - Trường hợp dùng ắc quy phóng điện khởi động máy thì cường độ phóng điện rất lớn cho nên: + Thời gian mỗi lần phóng điện không quá 5- 10 giây. + Không nên phóng điện liên tiếp nhiều lần. c. Chăm sóc thường xuyên Khi sử dụng ắc quy để nạp điện hay phóng điện phải thực hiện đúng những quy định về kỹ thuật để đảm bảo an toàn cho ắc quy. Ngoài sử dụng đúng quy định cần phải thường xuyên làm tốt một số nội dung sau đây: + Phải lau chùi bề mặt ắc quy sạch sẽ khô ráo (nhất là đối với ắc quy dự trữ) để hạn chế ắc quy tự phóng mất điện. + Phải theo dõi dung dịch trong các ngăn và đảm bảo luôn luôn ngập các tấm cực + Khi có ngăn đơn thiếu dung dịch do hiện tượng bay hơi tự nhiên thì phải bổ sung thêm dung dịch cho đủ. + Các ngăn đơn phải có nút đậy để chống bụi bẩn, nhưng các nút đậy phải đảm bảo thông hơi tốt. 22
24. Hình 2- 10 + Cứ sau một thời gian sử dụng phải kiểm tra khả năng tích điện của các ngăn đơn có đồng đều hay không bằng cách kiểm tra tỷ trọng dung dịch và điện áp các ngăn đơn, cách kiểm tra tỷ trọng dung dịch và điện áp dùng tỷ trọng kế và vôn kế chuyên dùng để kiểm tra. + Ắc quy trên tàu phải bắt chặt với giá đỡ hoặc phải có hòm đựng để chống va đập làm vỡ ắc quy do chấn động mạnh khi tàu hoạt động. + Ắc quy trên tàu phổ biến có 1 cực nối ra vỏ tàu (đấu mát) vì vậy khi phóng điện ắc quy nối với phụ tải có một đường dây, cho nên dây dẫn phải cách điện với vỏ tàu tốt, khi không sử dụng thì nên cắt cầu dao tiếp mát để đề phòng đường dây rò điện làm mất điện ắc quy. + Các đầu trụ cực phải được lau chùi sạch sẽ để đảm bảo các đầu dây bắt được chặt và tiếp xúc tốt để dẫn điện tốt và không đánh lửa làm hỏng trụ cực. + Trường hợp trụ cực bị mất dấu, khi sử dụng cần phải kiểm tra để đánh dấu tránh nhầm lẫn có thể gây hậu quả nghiêm trọng. + Đối với ắc quy dự trữ đã có dung dịch thì trước khi đem cất dự trữ phải nạp điện thật no, hàng tháng vẫn phải nạp điện bổ sung. Trong quá trình dự trữ phải lau chùi bề mặt sạch sẽ khô ráo, để nơi thoáng mát, khô ráo và phải đủ dung dịch. 2.1.8 Một số hư hỏng và các biện pháp phòng ngừa Sun phát hóa các bản cực - Hiện tượng: Khi nạp điện nhiệt độ tăng nhanh nhưng tỷ trọng dung dịch không tăng hoặc tăng chậm, dung dịch nhanh sôi. - Biện pháp phòng ngừa: + Không phóng điện quá cạn kiệt + Sau mỗi lần phóng phải đem nạp điện bổ xung cho no. 23
25. + Không để ắc quy thiếu dung dịch, không pha dung dịch với tỷ trọng cao quá quy định Chập bản cực - Hiện tượng: + Khi nạp dung dịch ắc quy không sủi tăm, điện áp không tăng hoặc tăng chậm và không đạt định mức. + Sau khi nạp ngăn bị chập điện áp vẫn bằng không. - Biện pháp phòng ngừa: + Phải định kỳ xúc rửa và thay dung dịch. + Không nạp, phóng với cường độ dòng điện lớn quá định mức cho phép. Ắc quy tự phóng nhanh - Hiện tượng: Ắc quy không sử dụng mà mất điện nhanh sau khi nạp - Biện pháp phòng ngừa: + Không để chập các bản cực + Lau chùi bề mặt sạch sẽ, khô ráo. + Dây tải điện phải có vỏ bọc cách điện tốt. Nứt vỏ - Hiện tượng: Dung dịch rò rỉ ra ngoài - Biện pháp phòng ngừa + Tránh va đập vào vỏ ắc quy. + Khi vận chuyển phải cẩn thận. 2.2. Máy điện trên tàu thủy 2.2.1. Máy điện một chiều a. Khái niệm Máy điện một chiều bao gồm máy phát điện và động cơ điện. Máy phát điện một chiều là máy biến đổi cơ năng thành năng lượng điện là dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều là máy biến đổi năng lượng dòng điện một chiều thành cơ năng. - Máy phát điện và động cơ điện 1 chiều có cấu tạo giống nhau nhưng khác nhau về nguyên lý biến đổi năng lượng, cho nên máy phát điện có thể sử dụng được ở chế độ động cơ, ngược lại động cơ cũng có thể sử dụng được ở chế độ máy phát đó là tính chất thuận nghịch của máy điện một chiều. - Máy điện một chiều có nhiều nhược điểm so với máy điện xoay chiều, nhất là về cấu tạo máy điện một chiều phức tạp hơn máy điện xoay chiều là có cổ góp, cổ góp vừa khó chế tạo lại hay sinh ra sự cố khi sử dụng cho nên công tác chăm sóc bảo dưỡng khá vất vả và phức tạp. 24
26. b. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động * Cấu tạo Máy phát điện một chiều và động cơ điện một chiều hoàn toàn giống nhau, nhưng trong thực tế khác với nguyên lý cơ bản là: - Phần cảm không dùng nam châm vĩnh cửu mà được thay thế bằng nam châm điện. - Phần ứng gồm có nhiều cuộn dây (phần tử) quấn trên lõi thép lắp trên trục và được nối với nhau thông qua các phiến góp. Máy phát điện một chiều trên tàu thủy thường dùng loại kích từ song song. 1- Vỏ máy 2- Phần cảm 3- Cổ góp điện 4- Chổi than 5- Rô to 6- Vòng bi 7- Trục quay 8- Nắp máy Hình 2-11: Máy phát điện một chiều Khái quát về cấu tạo có thể chia thành 2 phần chính: Phần tĩnh và phần quay, cụ thể như sau: Phần tĩnh (Stato): Bao gồm vỏ máy, lõi thép và dây quấn stato (phần cảm- cực từ), chổi than. Dây quấn được làm bằng đồng, có bọc cách điện quấn quanh lõi thép tạo thành nam châm điện (- cực từ) khi có dòng điện chạy qua. Chổi than được làm bằng than graphit đôi khi còn pha thêm đồng và đảm bảo độ dẫn điện tốt vừa có khả năng chống mài mòn. Hình 2-12: Phần tĩnh máy phát điện một chiều Chổi than được đặt cố định trong giá đỡ, gắn với phần tĩnh (lắp trên nắp đỡ trục hoặc thân máy phía cổ gop góp) chổi luôn luôn tỳ vào cổ góp nhờ lò xo nén chổi. 25
27. Chổi than được nối ra vít đấu dây bắt trên vỏ máy hoặc bắt trên hộp đấu dây bằng dây dẫn điện. Số lượng chổi than tương ứng với số cực từ của máy, vì vậy chổi than đặt tương ứng với các cực từ khác nhau sẽ có điện thế khác nhau khi máy hoạt động cho nên các chổi than được chia thành 2 nhóm: nhóm các chổi than dương và nhóm các chổi than âm. Các chổi than cùng nhóm được nối với nhau thông qua vành dẫn điện được lắp trên nắp máy và cách điện với nắp máy. Mỗi nhóm có 1 dây dẫn nối với vít đấu dây trên vỏ hoặc hộp đấu dây. Chổi than và cổ góp ngoài tác dụng dẫn điện còn có tác dụng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều trong phần ứng thành dòng điện một chiều đưa ra ngoài, khi máy hoạt động ở chế độ máy phát. Ở chế độ động cơ thì chổi than và cổ góp là bộ phận để dẫn điện từ nguồn vào dây quấn ở phần ứng. Vỏ máy, thân máy và nắp máy: Bảo vệ và cố định các chi tiết bên trong. Phần quay (rô to): Bao gồm các bộ phận: Lõi thép và dây quấn rô to, cổ góp, trục máy, puly. Phần quay hay còn được gọi là phần ứng. Trục quay đúc bằng thép chịu lực tốt. 1- Lõi thép có rãnh đặt dây quấn 2- Đầu dây nối vào cổ góp 3- Cổ góp điện 4- Vòng bi 5- Trục quay Hình 2-13: Phần quay Cổ góp gồm các phiến đồng ghép với nhau thành một hình trụ và lắp đồng tâm với trục. Các phiến đồng (phiến góp) ghép cách điện với nhau, cổ góp lắp cách điện với trục. Lõi thép gồm nhiều lá thép hình tròn , cùng kích thước, ghép thành một hình trụ và lắp đồng tâm với trục, lõi thép hình trụ có phay rãnh (mặt ngoài để) quấn dây. Dây quấn cảm ứng: trên lõi thép rô to được lắp nhiều cuộn dây đồng (gọi là các phần tử). Các phần tử đặt trong các rãnh của lõi thép và lệch pha nhau 1 góc nào đó tùy thuộc vào quy cách thiết kế, nhưng các cuộn dây được đấu nối với nhau thông qua các phiến góp trên cổ góp để tạo thành 1 số mạch nhánh đấu song song với nhau. Dây quấn có tác dụng tạo ra sức điện động và dòng điện cảm ứng khi máy hoạt động, do đó rô to còn còn có tên gọi là phần ứng. b. Nguyên lý hoạt động 26
28. * Nguyên lý tạo ra dòng điện a) b) Hình 2-14 Nguyên lý tạo ra dòng điện a: Tạo dòng điện xoay chiều b: Tạo dòng điện một chiều Hình 2.14.a, khung dây có 2 đầu được gắn với 2 vành trượt tỳ lên 2 thanh quét (chổi than). Khung dây quay trong từ trường của nam châm, theo hiện tượng cảm ứng điện từ thì trong khung dây xuất hiện sức điện động (nguồn điện). Tại thời điểm như hình vẽ thì có dòng điện đi từ chổi than (1) qua tải và về chổi than (2). Sau khi quay 1800 thì cạnh ab và cạnh cd đổi chỗ cho nhau, dòng điện từ chổi than (2) qua tải về chổi than (1). Như vậy dòng điện chạy qua tải có chiều biến thiên liên tục. Hình 2.14.b xảy ra hiện tượng gần như tương tự hình 1 nhưng do 2 đầu khung dây chỉ nối với 2 nửa vành khuyên (không giống hình a, mỗi đầu khung dây đều nối với 1 vành khuyên). Khi có hiện tượng đổi chiều dòng trong khung dây thì chổi than cũng đổi chỗ tiếp xúc với bán khuyên kia, do vậy dòng điện đi qua tải theo một chiều nhất định và 2 chổi than tương ứng với 2 đầu nguồn có 1 cực dương (chổi than dương) và 1 cực âm (chổi than âm). Nguyên lý hoạt động của máy phát điện 1 chiều tự kích: Sơ đồ nguyên lý máy phát điện một chiều kích từ song song. 1. Phần quay (rôto). 2. Chổi than. 3. Mạch kích từ (phần tĩnh). 4. Puly lắp trên trục rôto. 27
29. Hình 2-15: Sơ đồ nguyên lý máy phát điện một chiều tự kích Nguyên lý hoạt động của máy phát điện một chiều như sau: Do tính chất nhiễm từ của các cực từ trong lõi thép cực từ (ở chi tiết số 3) đã có từ trường nhưng rất nhỏ (bằng 3  5% từ trường định mức) nên được gọi là từ dư nên máy phát điện sau khi chế tạo xong, thì trong các cực từ đã có từ dư. Tác dụng lực làm quay puly (4) rôto quay. Do vậy quấn phần ứng nằm trong từ trường phần cảm (từ dư) 2 đầu chổi than có điện áp (hiện tượng cảm ứng điện tử). Do mạch kích từ được nối kín (cuộn dây (3) nối vào 2 đầu của chổi than) có dòng điện cung cấp cho mạch kích từ (3) từ trường phần mạch kích từ 3 tăng điện áp ở 2 đầu chổi than cũng tăng. Giá trị điện áp U F này tỷ lệ với dòng kích từ (dòng chạy qua cuộn dây 3) và tốc độ quay n của máy. Khi tốc độ quay của máy phát đủ quy định thì điện áp của máy phát đạt điện áp định mức (trường hợp dòng kích từ IKT đạt giá trị cho phép). UF  n và IKT c. Các thông số kĩ thuật Điện áp định mức (Uđm), đơn vị đo là vôn, ký hiệu là V Là trị số điện áp cần thiết để đảm bảo cho các phu tải hoạt động đảm bảo chất lượng và cho phép máy hoạt động trong thời gian dài. Công suất định mức (Pm), đơn vị đo là oát, ký hiệu là W Đặc trưng cho khả năng cung cấp điện của máy mà máy có thể hoạt động được trong thời gian tương đối lâu dài mà vẫn đảm bảo được an toàn Pđm = Uđm . Iđm Tốc độ quay định mức (n), đơn vị là vòng/phút Là trị số vòng quay của phần ứng trong một đơn vị thời gian (phút) theo thiết kế để đảm bảo cho máy hoạt động có chất lượng và đảm bảo an toàn. d. Các đại lượng cơ bản của máy điện một chiều. * Máy phát điện một chiều. Máy phát điện là máy để biến đổi các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng thành điện năng, vì vậy đại lượng cơ bản đặc trưng cho máy phát điện là sức điện động cảm ứng của máy và đại lượng làm ảnh hưởng đến quá trình tạo ra sức điện động cua (của) máy là mô men điện từ khi máy hoạt động - Sức điện động cảm ứng (E) Theo nguyên lý cảm ứng điện từ và nguyên lý cơ bản của máy phát điện đã xét ở trên suy ra sđđ cảm ứng phụ thuộc quy cách chế tạo máy, tốc độ quay của phần ứng và từ trường của phần cảm theo biểu thức: 28
30. E= Ce.n. (vôn) Ce (Ce)- hằng số phụ thuộc quy cách cấu tạo mà không phụ thuộc vào quá trình vận hành máy; n - Tốc độ quay của phần ứng (vòng/ phút);  - Từ thông của phần cảm sinh ra. - Điện áp của máy (U) Dựa vào mạch điện kín, khi máy phát hoạt động cung cấp điện cho phụ tải thì máy phát và phụ tải là mạch kín nên: E = U + I.r Trong đó: U- điện áp giữa hai chổi than dương và âm của máy. I.r - độ giảm điện áp trên phần ứng của máy tỷ lệ thuận với dòng điện trong dây quấn phần ứng. Từ biểu thức Sđđ suy ra: U = E – I.r Trong đó I.r tỷ lệ thuận với số lượng phụ tải dùng điện của máy. Vì vậy nếu sđđ không thay đổi thì khi phụ tải đóng vào máy càng tăng, điện áp của máy càng giảm ( thường gọi là hiện tượng sụt áp của máy phát khi tăng phụ tải). Mô men điện từ của máy phát điện (Mđđ) (Mđđ), khi máy phát điện hoạt động trong dây quấn phần ứng có dòng điện, do đó phần ứng có lực điện từ tác dụng ( theo nguyên lý lực điện từ ) cho nên có mô men điện từ tác dụng vòa phần ứng. Mđđ = CMI . Trong đó: CM (CM)- hằng số phụ thuộc quy cách chế tạo máy; I - dòng điện trong dây quấn phần ứng;  - từ thông phần cảm sinh ra. Dùng quy tắc xác định chiều của lực điện từ sẽ xác định được chiều M đđ. Mô men điện từ tác dụng vào phần ứng của máy phát đóng vai trò là mô men cản của máy. Vì vậy máy phát điện càng tăng phụ tải thì mô men cản càng tăng, mô men cản càng tằng dẫn đến tốc độ quay giảm làm giảm sđđ cảm ứng nên hiện tượng sụt áp cũng tăng lên. 29
31. Ngoài ra khi mô men điện từ tăng còn làm ảnh hưởng đến sự mài mòn ổ trục, đến máy lai v.v * Động cơ điện một chiều Mô men điện từ, mô men quay tương tự máy phát điện, mô men điện từ của động cơ: Mđđ = CMI .  Nhưng khác với máy phát, ở chế độ động cơ thì mô men điện từ là mô men quay, còn mô men cản của động cơ là do máy công cụ gây nên. Dòng điện của nguồn cung cấp cho động cơ: Khi động cơ hoạt động thì nguồn và động cơ tạo thành một mạch kín, khi phần ứng của động cơ quay, trong phần ứng cũng sinh ra Sđđ cảm ứng nhưng chiều Sđđ cảm ứng thì ngược với chiều Sđđ của nguồn cung cấp nên gọi là sức phản điện động. Dựa vào mạch kín có sức phản điện động suy ra: U = E + I.r Trong đó: U - điện áp của nguồn hay điện áp đặt vào2 cực của động cơ. E = Ce.n. n- tốc độ quay của phần ứng I.r - độ giảm điện áp do phần ứng gây nên Từ biểu thức điện áp suy ra: I = U E r Khi mô men cản trên trục động cơ thay đổi thì tốc độ quay phần ứng thay đổi dẫn đến dòng điện của nguồn cung cấp cho động cơ cũng thay đổi. Cụ thể khi mô men cản tăng thì dòng điện của nguồn cung cấp cho động cơ cũng tăng lên và ngược lại, do đó khi khởi động nếu động cơ bị kẹt hoặc trong quá trình hoạt động nếu mô men cản trên trục lớn quá quy định theo thiết kế (động cơ quá tải) thì động cơ rất dễ cháy. Tốc độ quay của động cơ : Từ biểu thức: U = E + I.r và E = Ce. n Suy ra n = U Ir Ce . Từ biểu thức suy ra: 30
32. Tốc độ quay của động cơ phụ thuộc vào điện áp của nguồn, mô men cân (cản) trên trục và phụ thuộc vào từ thông của phần cảm. e. Máy phát điện trên tàu thủy. * Đặc điểm Là máy phát loại nhỏ nên: - Số cực từ phổ biến có 4 cực, có 2 phương pháp đấu mạch kích từ: + 4 cực từ đấu nối tiếp thành một mạch kích từ. + 4 cực từ đấu thành 2 mạch kích từ. Cách đấu theo quy định của từng máy, quá trình sử dụng không tự ý thay đổi cách đấu. - Điện áp định mức thường từ 27 - 28V; - Công suất định mức từ 1,2 - 1,5 kW; - Tốc độ quay định mức 2700 - 3500 v/ph; - Vì máy có cấp điện áp thấp cho nên ở 1 số máy sử dụng phương pháp tải điện 1 dây và lợi dụng vỏ tàu (vỏ sắt) để thay thế cho một đường dây. Trường hợp này thì 1 nhóm chổi than giá đỡ không lắp cách điện với nắp máy (chổi than đấu mát). * Cấu tạo Hình 2-17 : Sơ đồ cấu tạo của máy phát điện trên tàu kiểu  -731 do Liên Xô chế tạo. Hình 2- 16: Cấu tạo máy phát điện một chiều kích từ song song kiểu  - 731 do Liên Xô chế tạo 1- Trục quay (trục phần ứng) 2- Đai ốc 3- Quạt gió làm mát 4- Vít bắt nắp máy 5- Giá bắt vít 4; 6- Cavet để hãm pu ly 31
33. 7- Nắp che quạt gió (nắp bảo 8- Vòng bi 9- Giá đỡ chổi than hiểm) 10- Cách điện giữa giá đỡ chổi 11- Vít bắt nắp máy 12- Nắp che quạt gió than với nắp máy. * Nguyên lý hoạt động: Sau khi chế tạo xong, người ta đã từ hóa cho lõi cực của máy cho nên khi máy chưa hoạt động, lõi cực đã có từ trường nhưng từ trường ban đầu này còn rất yếu gọi là từ dư. Nếu ta nối mạch kích từ song song với phần ứng và cho phần ứng quay với tốc độ định mức thì trong dây quấn phần ứng sinh ra một sức điện động cảm ứng. Nhờ có Sđđ cảm ứng ban đầu đó, thông qua cổ góp và chổi than sẽ có dòng điện 1 chiều cung cấp cho mạch kích từ làm cho từ trường của các cực từ mạnh dần lên cho đến khi dòng điện cung cấp cho mạch kích từ đạt trị số định mức thì từ trường của các cực đạt tới bão hòa từ; Khi từ trường của các cực đã bão hòa thì Sđđ cảm ứng đạt tới trị số định mức nếu tốc độ quay của phần ứng ổn định ở trị số định mức; Đồ thị biến đổi của sức điện động khi có dòng kích từ tăng dần từ 0 đến trị số trên định mức như Hình 2-17a; Ứng với Sđđ của máy khi phần ứng quay với tốc độ định mức và dòng kích từ định mức thì giữa 2 chổi than dương và âm của máy có điện áp lớn nhất gọi là điện áp không tải (U0). - Sau khi máy đạt điện áp lớn nhất (U 0) nếu đóng phụ tải vào máy và tăng dần phụ tải đến trị số vượt quá trị số cho phép thì điện áp của máy giảm theo Hình 2-17b. E U Uđm I ktđm Iktđm Ipttđm Ipt 32
34. Hình 2-17a Hình 2-17b Đặc tính không tải của máy Đặc tính ngoài của máy Trong hình 2- 17b Uo - Điện áp của máy khi không tải; Uđm - Điện áp định mức của máy; Iđm - Dòng điện của máy cung cấp cho mạch ngoài khi phụ tải đóng vào máy định mức; Ic - Dòng điện chập mạch (sau thời gian quá độ khoảng 0,1 đến 0,2 giây). g. Động cơ khởi động Động cơ điện 1 chiều dùng trên tàu sông chủ yếu là động cơ kích từ nối tiếp để làm máy khởi động động cơ diezen. Để khởi động động cơ diezen, trên trục động cơ khởi động có cơ cấu truyền lực gọi là cơ cấu ly hợp. Cơ cấu truyền lực có 3 kiểu phổ biến đó là truyền lực kiểu cần gạt, truyền lực kiểu quán tính và truyền lực kiểu rô to di động. Sau đây giới thiệu động cơ truyền lực kiểu cần gạt làm ví dụ. * Cấu tạo Hình 2-18 Động cơ CT- 172 1- Nắp trước; 2- Vành chắn bụi; 3- Lõi cực từ; 4- Vỏ động cơ; 5- Dây quấn cực từ 6,7- Nắp sau; 8 Ổ trục; 9- Bánh răng; 10- Cần gạt; 11- Ống che; 12- Vỏ công tắc tơ; 13- Vít nối dây; 14- Chổi than; 15- Vít nối dây chổi than Sơ đồ nguyên lý của động cơ kèm theo công tắc tơ. 33
35. Hình 2-19 1- Vành chắn bụi; 2- Dây quấn mạch kích từ; 3- Cọc bắt dây trên công tắc tơ; 4- Vành dẫn động của công tắc tơ; 5,6- Dây quấn của công tắc tơ; 7- Bánh đà máy diezen * Nguyên lý hoạt động Khi có dòng điện của ắc quy cung cấp cho dây quấn của công tắc tơ và động cơ thì công tắc tơ hoạt động đóng vành dẫn động (4) vào hai cọc bắt dây (3) kéo cần gạt đẩy bánh răng của động cơ cài vào bánh răng của bánh đà máy diezen. Khi công tắc tơ và vành dẫn động được đóng lại thì có dòng điện rất lớn từ nguồn khởi động qua vành dẫn động và dây quấn kích từ rồi qua dây quấn phần ứng. Khi dây quấn phần ứng và dây quấn kích từ có dòng điện thì theo nguyên lý cơ bản sẽ có mô men điện từ tác dụng vào phần ứng làm cho phần ứng quay, khi phần ứng quay thì bánh răng của động cơ sẽ truyền lực cho bánh đà và máy diezen được khởi động. Sau khi máy diezen đã khởi động được, cắt điện của công tắc tơ và động cơ khởi động thì công tắc tơ đẩy cần gạt về vị trí ban đầu nhờ vậy kéo bánh răng động cơ khởi động ra khỏi bánh đà máy diezen và động cơ khởi động ngừng hoạt động. h. Chăm sóc thường xuyên đối với máy điện một chiều. Để đảm bảo an toàn khi sử dụng, đồng thời làm tăng tuổi thọ của máy điện một chiều cần phải vận hành đúng quy trình kỹ thuật, ngoài ra còn phải làm tốt một số công việc chăm sóc thường xuyên bao gồm: - Phải kiểm tra sự bền vững của máy lắp trên bệ máy (kiểm tra bulông chân máy quai nhê để bắt với bệ). - Phải kiểm tra và bảo dưỡng các đầu nối dây của máy để đảm bảo cho các đầu nối luôn luôn được bắt chặt và tiếp xúc tốt, khi máy hoạt động các điểm nối dẫn điện tốt. Các vít nối dây trên vỏ máy hoặc trên hộp đấu dây phải đảm bảo cách điện tốt với vỏ. - Sau mỗi lần vận hành đều phải lau chùi máy sạch sẽ để máy tỏa nhiệt tốt khi làm việc. 34
36. - Khi sử dụng phải theo dõi cơ cấu truyền lực giữa máy điezen với máy phát hoặc giữa động cơ khởi động với bánh đà để kịp thời khắc phục những sai sót nếu có, để đảm bảo vận hành an toàn. - Phải chăm sóc lau chùi cổ góp hoặc bảo dưỡng chổi than để đảm bảo cho chổi than và cổ góp tiếp xúc tốt, cần lưu ý đây là bộ phận hay gây sự cố nhất đối với máy điện một chiều mà chủ yếu là do tiếp xúc không tốt nên sinh ra tia lửa mạnh khi vận hành hoặc làm cho máy không đảm bảo chất lượng phát điện (đối với máy phát) và không đảm bảo chất lượng khởi động hoặc quay các máy phụ khác (đối với động cơ) nên khi lau chùi hay đánh bóng cổ góp phải thận trọng để tránh gây xây xát hoặc làm chập các phiến góp. - Nếu các ổ đỡ của máy có lỗ dầu hoặc có vú bơm mỡ thì phải nhỏ dầu và bơm mỡ định kỳ để bôi trơn cho ổ đỡ, lượng dầu nhỏ vào hay mỡ bơm vào ổ đỡ phải đúng loại, chịu nhiệt tốt, lượng cho vào ổ đỡ phải đúng quy định. - Không để nước, dầu rơi bắn vào máy, đặc biệt là các cuộn dây, cổ góp nhất thiết không được để nước và dầu bắn vào. Nếu các thiết bị phụ như tiết chế (đối với máy phát) và công tắc tơ (đối với động cơ) thì ngoài chăm sóc máy phát, động cơ phải quan tâm chăm sóc hoặc điều chỉnh các thiết bị phụ chuẩn xác để tăng độ tin cậy và khả năng an toàn cho máy phát hoặc động cơ khi sử dụng. i. Một số hư hỏng thường gặp của máy phát điện một chiều - phương pháp phòng ngừa khăc phục. Hư hỏng của máy phát điện một chiều cũng như các máy điện khác có thể có rất nhiều và mức độ hư hỏng có thể khác nhau, ở đây chỉ để cập đến một số hư hỏng nhỏ hay xảy ra trong quá trình sử dụng để thợ vận hành biết phòng ngừa hoặc xử lý đảm bảo cho quá trình vận hành máy được an toàn. * Một số hư hỏng thường gặp đối với phần cảm. Dây quấn bị ẩm ướt sinh ra hiện tượng rò điện ra vỏ máy làm cho máy không hoạt động bình thường. + Đối với máy phát điện, máy quay đủ tốc độ nhưng điện áp vẫn không đạt yêu cầu, kèm theo mạch kích từ có thể nóng; + Đối với động cơ có thể không khởi động được khi khởi động; Mạch kích từ không đảm bảo dòng điện để máy hoạt động bình thường (máy phát không đủ điện áp, động cơ khó khởi động) do các điểm nối của mạch kích từ tiếp xúc không tốt. 35
37. Mạch kích từ bị chập 1 số vòng dây do dòng điện cung cấp cho mạch lớn quá quy định khi máy hoạt động làm cho 1 số vòng dây bị cháy cách điện (Có khi cháy toàn bộ lớp bọc cách điện). Nếu mạch kích từ bị chập thì khi vận hành có những hiện tượng sau. + Máy phát điện không phát đủ điện áp khi số vòng quay đạt định mức kèm theo mạch kích từ nóng; + Động cơ khó khởi động hoặc không khởi động được; Khi tháo máy để sửa chữa, sau khi sửa chữa đấu sau mạch kích từ (đấu nhầm vị trí của 2 đầu mạch kích từ). + Máy phát điện đấu nhầm 2 đầu dây mạch kích từ với phần ứng thì khi vận hành, điện áp của máy giảm dần rồi mất hẳn do hiện tượng khử từ gây nên; + Động cơ điện đấu nhầm đầu dây mạch kích từ thì động cơ sẽ quay ngược chiều quy định; Máy mất từ dư (đối với động cơ thì hư hỏng này không quan trọng ) nhưng đối với máy phát nếu mất từ dư thì khi vận hành máy không tự kích được. Nguyên nhân mất từ dư: + Thường gặp đối với máy đưa vào vận hành lần đầu hoặc để lâu không vận hành; + Máy đang vận hành: nếu đang vận hành mà bị mất dòng kích từ đột ngột cũng có thể dẫn đến máy bị khử từ làm mất từ dư; Phòng ngừa và phương pháp khắc phục + Tuyệt đối không được để nước dầu bắn vào các cuộn dây (đối với máy phát đang sử dụng) máy dự trữ phải cất giữ nơi khô ráo thoáng mát, đối với máy đang sử dụng phải có thiết bị che chắn, chống ướt. Trường hợp các cuộn dây ẩm ướt phải sấy khô để khôi phục cách điện của các cuộn dây với vỏ máy; + Trong quá trình sử dụng thỉnh thoảng cần phải kiểm tra để kịp thời bảo dưỡng và bắt chặt các điểm nối dây, đảm bảo cho các điểm nối dẫn điện tốt; + Không vận hành máy ở điện áp hoặc dòng điện lớn quá trị số cho phép, không vận hành khi nhiệt độ máy cao quá mức quy định. Nếu các cuộn dây bị cháy cách điện thì phải đưa máy về xưởng sửa chữa khôi phục lại cách điện (tẩm sấy lại) hoặc phải quấn lại; + Trường hợp tháo máy để sửa chữa, nếu phải tháo đầu dây mạch kích từ nên đánh dấu trước khi tháo để khi lắp lại không nhầm lẫn; 36
38. + Trường hợp nối lại bị nhầm lẫn thì phải đấu nối lại. Đối với máy phát sau khi nối lại phải dùng nguồn điện một chiều có điện áp 20- 50% điện áp định mức của mạch kích từ để mồi từ cho máy; + Máy đang sử dụng không cắt mạch kích từ đột ngột, nếu máy phát bị mất từ dư do nguyên nhân sử dụng hay do nguyên nhân bảo quản phải mồi từ lại; * Một số hư hỏng thường gặp ở phần ứng Hư hỏng - Cổ góp bẩn do có dầu làm cho bụi bẩn bám nhiều nên dẫn điện không tốt. Khi vận hành thì máy phát không phát đủ điện áp. Động cơ khó khởi động hoặc không khởi động được. - Cổ góp bị xước rỗ, bị rám dẫn đến dẫn điện kém nhưng giữa cổ góp và chổi than sinh ra tia lửa điện. - Các phiến góp bị chập do bụi than, đồng do quá trình máy hoạt động sinh ra bám vào rãnh giữa các phiến góp. + Máy phát hoạt động điện áp không đạt yêu cầu và rô to nóng. + Động cơ làm việc có hiện tượng quay không ổn định (hiện tượng giật). - Dây quấn phần ứng bị cháy, cổ góp bị rám đen do máy vận hành quá tải trong thời gian dài hoặc do vận hành điện áp quá cao. Phòng ngừa và phương pháp khắc phục các hư hỏng trên - Không để dầu mỡ bắn vào cổ góp bằng cách không cho mỡ vào ổ trục nhiều quá, phải cho mỡ đúng loại, giữa ổ đỡ và cổ góp phải có phớt chắn dầu , nếu cổ góp có mỡ phải dùng rẻ mềm tẩm xăng lau sạch và thổi khô. Khi tháo phần ứng ra khỏi máy và lắp vào phải cẩn thận, nên dùng giấy cát tông bọc cổ góp để bảo vệ. - Trường hợp rỗ xước, rám nhẹ thì có thể tháo hoặc không cần tháo rôto ra khỏi máy mà chỉ cần giấy ráp mịn số “000” đánh bóng, sau khi đánh bóng phải thổi sạch bụi cát, đồng. - Các phiến góp bị chập thì phải dùng khí nén thổi sạch, hoặc phải tỉa rãnh phiến góp (dùng que mỏng cạo rãnh). - Không vận hành quá tải, nếu đã bị cháy dây quấn, cổ góp rám đen thì phải đưa máy về xưởng sửa chữa. k. Các hư hỏng khác. - Ngoài hư hỏng ở 2 phần chính máy điện 1 chiều còn có các hư hỏng khác: 37
39. + Chổi than mòn quá phải thay mới đúng loại nếu chổi đã mòn quá 1/3 chiều cao, chổi than bề mặt sứt mẻ phải rà lại bề mặt cho tiếp xúc với cổ góp ít nhất là 75% diện tích mặt chổi. + Áp lực lò xo lớn quá hoặc nhỏ quá phải điều chỉnh cho đạt từ 150- 450g/cm2. + Ổ đỡ mòn quá gây xoáy cốt phải thay ổ đỡ. + Rơ dọc trục phải siết lại bulông giằng hoặc thêm căn đệm vào nắp chặn đầu trục. Đối với động cơ khởi động ngoài những hư hỏng trên còn có thể hư hỏng ở cơ cấu truyền lực như rãnh xoắn của trục quá bẩn hoặc nhiều mỡ két lại gây kẹt bánh răng v v 2.2.2. Máy phát điện xoay chiều 3 pha. Máy phát điện xoay chiều là chiều máy dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng theo nguyên lý cảm ứng điện từ, nhưng khác với máy phát điện 1 chiều là dòng điện của máy phát xoay chiều có trị số và chiều biến đổi tuần hoàn theo hình sin. Máy phát điện xoay chiều có nhiều ưu điểm hơn máy phát 1 chiều như: Cấu tạo đơn giản nên tiện cho công tác chăm sóc, bảo quản Máy phát xoay chiều phần ứng phổ biến bố trí ở phần tĩnh nên lấy điện không phải qua chổi than và cổ góp đây là một ưu điểm rất cơ bản. Vì có nhiều ưu điểm như trên cho nên máy phát điện xoay chiều đóng vai trò là nguồn cung cấp điện năng chính trong sản xuất và phục vụ đời sống, vì vậy trên tàu máy phát xoay chiều đã đang ngày càng được dùng rộng rãi thay thế cho máy điện một chiều. a. Cấu tạo Máy phát điện xoay chiều 3 pha gồm 2 phần - Phần tĩnh (Stato, phần ứng) - Phần quay (Rôto) 1- Vỏ máy phát 2- Bạc lót 3- Stato 4- Giá đỡ 5- Bộ chỉnh lưu 6- Bộ điều chỉnh điện 7- Vòng tiếp điểm 8- Rôto 38
40. Hình 2-20: Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 3 pha * Phần tĩnh (Stato, phần ứng) Hình 2-21: Biểu diễn cấu tạo máy phát điện 3 pha cắt ngang trục 1. Vỏ máy 2. Lõi thép phần ứng 3. Dây quấn phần ứng (dây quấn ba pha) 4. Dây quấn phần cảm 5. Lõi thép phần cảm 6. Chổi than 7. Vành trượt Phần tĩnh bao gồm các chi tiết cố định cùng vỏ máy như nắp máy, lõi thép và dây quấn phần ứng. - Vỏ máy: để bảo vệ các chi tiết bên trong và cố định phần ứng, bệ đỡ, nắp máy. - Phần ứng: Dây quấn (3) lồng vào các rãnh của lõi thép (2). Nguồn điện cung cấp cho tải khi vận hành được lấy từ dây quấn (3). Dây quấn (3) gồm 3 cuộn dây (3 mạch dây, 3 cuộn dây pha) đặt lệch nhau 1200 điện. Mỗi cuộn dây có hai đầu dây (1 đầu đầu và 1 đầu cuối). Các cuộn dây pha có ký hiệu AX, BY, CZ. Các đầu A, B, C là các đầu đầu và X, Y, Z là các đầu cuối của các cuộn dây. Dây điện nối từ các điểm đầu A, B, C tới phụ tải gọi là các dây pha. Khi sử dụng, thường 3 cuộn dây pha đấu với nhau theo sơ đồ hình Y (các đầu cuối nối với nhau thành dây trung tính). * Phần quay (Rô to) - Phần quay gồm có: Trục quay, nam châm điện (dây quấn trên lõi thép), vành trượt và chổi than dùng để nối dây quấn nam châm với nguồn cung cấp điện. - Nam châm điện trong phần quay tạo ra từ trường để cảm ứng ra điện áp trên phần ứng nên nam châm điện còn được gọi là phần cảm. Để nam châm điện tạo ra từ trường cần phải cung cấp nguồn điện một chiều cho nam châm. Nguồn cung cấp cho phần cảm gọi là nguồn kích từ, dòng điện chạy trong dây quấn của nam châm gọi là dòng kích từ (IKT). - Nguồn kích từ cho máy phát 3 pha có nhiều loại: có thể dùng nguồn một chiều hoặc cũng có thể nguồn xoay chiều có chỉnh lưu. b. Nguyên lý hoạt động Ba cuộn dây pha được nối theo sơ đồ hình sao (Y) w: Dây quấn kích từ được nối với nguồn điện một chiều thông qua 2 vành trượt và 2 chổi than. 39
41. Hình 2-22: Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện 3 pha. Khi cấp nguồn điện một chiều (U KT - nguồn kích từ) cho cuộn dây của phần cảm → có IKT tạo ra từ trường phần cảm sẽ quét qua dây quấn phần ứng, trong dây quấn phần ứng sẽ cảm ứng các điện áp (sức điện động ) xoay chiều trên 3 cuộn dây pha. Các điện áp này có cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau 1200. Có thể biểu diễn các điện áp này như sau: uA = Um.sin.ωt 0 uB = Um.sin (ωt - 120 ) 0 uC = Um.sin (ωt + 120 ) - Nếu các cuộn dây pha AX, BY, CZ được nối kín mạch với phụ tải thì có dòng điện chạy trong các pha, 3 dòng điện này cũng có cùng biên độ, cùng tần số lệch pha nhau 1200, gọi là dòng điện 3 pha. Hình 2- 23: Đồ thị hình sin của điện áp 3 pha Thực tế, máy phát điện xoay chiều ít khi dùng nguồn một chiều độc lập từ bên ngoài mà nguồn cung cấp U KT thường lấy ngay từ điện áp pha nên trong máy có thêm bộ phận chỉnh lưu từ xoay chiều tạo thành nguồn một chiều để cung cấp cho mạch kích từ của máy phát nên còn gọi là máy phát điện xoay chiều tự kích. Các bộ chỉnh lưu của máy phát điện hiện nay thường sử dụng đi ốt hoặc thyristo. c. Đấu dây máy phát điện 3 pha. - Đấu dây máy phát 3 pha là tiến hành nối các pha của phần ứng với nhau để 3 pha có được sơ đồ triển khai là hình sao hay tam giác. 40
42. - Máy phát điện 3 pha chủ yếu sử dụng phương pháp đấu dây hình sao (Y) có dây trung tính. 1- Nắp máy; 2-Vành trượt; 3- Chổi than; 4- Dây dẫn nối với nguồn kích từ 5- Hộp đấu dây; 6- Cầu dao 3 pha; 7- Cầu chì Hình 2-24: Sơ đồ đấu dây d. Các đại lượng cơ bản (thông số kỹ thuật của máy phát điện ba pha) Thông số kỹ thuật của máy phát điện thường được ghi trên nhãn máy gọi là các đại lượng định mức bao gồm: - Điện áp dây và điện áp pha (Ud, UP) - Công suất (P) - Tần số (f) * Điện áp Điện áp dây (Ud) là điện áp đo giữa hai đầu dây pha. Điện áp pha (UP) là điện áp đo giữa điểm đầu và điểm cuối của 1 pha. Trường hợp nối Y, quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha: Ud= 3 Up Quan hệ giữa dòng điện dây và dòng điện pha trong cách nối hình sao: Id = Ip * Công suất - Công suất tác dụng (P) Trị số công suất có đơn vị đo là oát, kí hiệu là W 2 P3F = 3 Ud.Id.cos φ = 3.Up. Ip.cosφ = 3.Rp. I p Trong đó: Rp : điện trở pha; cosφ là hệ số công suất. Trị số cosφ phụ thuộc vào tính chất tải nối với máy phát. Công suất phản kháng (Q) đơn vị là Var 2 Q = 3 Ud.Id.sin φ = 3.Up. Ip.sinφ = 3.Xp. I p Trong đó : Xp điện kháng pha Công suất biểu kiến (S) (công suất toàn phần) Đơn vị đo ký hiệu là VA (có bội số là KVA) 41
43. S = 3 Ud.Id = 3. Up. Ip * Tần số dòng điện (f) Dòng điện xoay chiều là dòng điện biến đổi tuần hoàn cho nên có sự dao động lặp đi lặp lại. Dặc trưng cho sự dao động nhanh hay chậm của dòng điện gọi là tần số, đơn bị đo là hec ( Hz). Tần số dòng xoay chiều trong công nghiệp của nước ta là 50Hz, hiện nay một số nước phát triển đã sử dụng dòng xoay chiều tần 60Hz. Ngoài các đại lượng cơ bản, ở những máy có công suất lớn còn ghi các đại lượng định mức như: Tốc độ quay định mức (vòng/phút) Hệ số công suất (cosφ) e. Vận hành và chăm sóc máy phát điện xoay chiều. * Vận hành. Công tác chuẩn bị: Trước khi vận hành ngoài công việc chuẩn bị máy lai, đối với máy phát cần phải kiểm tra 1 số nội dung sau: - Kiểm tra cơ cấu truyền lực giữa máy lai và máy phát phải đảm bảo chắc chắn an toàn. - Kiểm tra các đầu dây phải bắt chặt, dẫn điện tốt. - Đối với máy phát điện áp 380/220V, công suất trung bình lớn, trước khi vận hành phải cắt phụ tải và đặt biến trở điều chỉnh điện áp đúng vị trí điện áp bằng 0 để dễ khởi động máy lai. Khi vận hành cần lưu ý: - Phải cho máy quay đủ tốc độ quy định và điều chỉnh dòng kích từ đúng định mức để đảm bảo điện áp và tần số dòng điện đạt yêu cầu. - Kiểm tra điện áp 3 pha phải cân bằng không được chênh lệch nhau quá mức quy định. - Phải kiểm tra điện áp 3 pha phải cân bằng không được chênh lệch nhau quá mức quy định. - Phải kiểm tra dòng điện của máy cung cấp cho phụ tải không vượt quá trị số định mức theo thiết kế. - Phải theo dõi nhiệt độ máy không nóng quá định mức (750C). - Máy phát tự kích (có bộ chỉnh lưu) cần phải theo dõi tình hình làm việc của bộ chỉnh lưu không được nóng quá. Trước khi dừng máy phải cắt phụ tải. 42
44. Trước khi dừng, trường hợp máy có công suất lớn cần giảm tải từ từ về 0 sau đó điều chỉnh giảm dần điện áp về không rồi mới dừng máy. Sau khi máy dừng phải lau chùi máy sạch sẽ, cần kiểm tra khắc phục những hỏng hóc (nếu có) để lần sau vận hành tốt. * Chăm sóc Đối với máy phát xoay chiều thì công tác chăm sóc đơn giản hơn máy điện một chiều vì bộ phận lấy điện không dùng cổ góp trừ trường hợp máy kích từ độc lập (Dùng máy phát 1 chiều kích từ) thì công việc chăm sóc máy phát kích từ như chăm sóc máy phát 1 chiều. Ngoài ra phải lau chùi giá đỡ chổi than và vành trượt của rô to máy phát xoay chiều để đảm bảo phần kích từ tốt khi máy vận hành. g. Hư hỏng thường gặp của máy phát điện xoay chiều và phương pháp phòng ngừa khắc phục. * Máy quay đủ tốc độ và không tải nhưng không phát điện. Nguyên nhân: Mạch kích từ hoặc thiết bị khống chế, điều chỉnh dòng kích từ hở mạch. Phòng ngừa và cách khắc phục: - Trước khi vận hành máy cần kiểm tra máy phát kích từ (nếu máy phát xoay chiều kích từ độc lập). Kiểm tra dây nối biến trở điều chỉnh mạch kích từ với mạch kích từ của máy hoặc dây nối bộ chỉnh lưu và chổi than (máy phát tự kích), kiểm tra tình trạng tiếp xúc của chổi than với vành trượt của máy phát xoay chiều. - Nếu các điểm tiếp xúc không đảm bảo phải khắc phục. * Tốc độ máy ổn định nhưng điện áp dao động. Nguyên nhân: - Dòng kích từ của máy không ổn định do các điểm nối dây mạch kích từ bắt lỏng nên tiếp xúc không ổn định. - Chổi than và vành trượt tiếp xúc không đều có thể do chổi than hoặc vành trượt hư hỏng. - Cầu dao hoặc dây nối của phụ tải tiếp xúc không ổn định, phụ tải chập mạch không ổn định vv Phòng ngừa và khắc phục: Trước khi vận hành cần kiểm tra và khắc phục các điểm nối dây phải tiếp xúc tốt, kiểm tra và bảo dưỡng vành trượt, chổi than để đảm bảo, tiếp xúc tốt. 43
45. Nếu dây nối phụ tải bắt chưa chặt, phải bắt cho chặt, nếu đường dây chập thì phải khắc phục ngay. * Máy phát đấu hình sao mà có 1 pha mất điện. Nguyên nhân: Có 1 pha bị đứt. Khắc phục: Cần tìm chỗ đứt để nối lại. * Máy không phát đủ điện áp định mức. Nguyên nhân: - Dòng kích từ không đạt yêu cầu do nhiều nguyên nhân. - Máy quay không đủ tốc độ. Khắc phục: Kiểm tra máy phát kích từ (nếu máy phát kích từ độc lập). Kiểm tra tiếp xúc của chổi than và vành trượt. Khắc phục máy phát kích từ (nếu máy phát kích từ có sự cố). Khắc phục tình trạng tiếp xúc giữa chổi than với vành trượt hoặc đường dây nối từ máy phát kích từ đến chổi than hoặc từ bộ chỉnh lưu đến chổi than nếu đường dây có sự cố. * Máy phát nóng quá - Nguyên nhân: Máy quá tải, vận hành điện áp cao quá, các pha bị chập các vòng dây v.v - Khắc phục: Căn cứ vào các nguyên nhân khả nghi, tiến hành kiểm tra để xác định. + Nếu máy quá tải thì phải cắt bớt phụ tải của máy. + Các cuộn dây pha bị chập thì đưa máy về xưởng sửa chữa. + Điện áp của máy cao quá thì phải giảm bớt tốc độ quay hoặc giảm bớt dòng kích từ của máy v.v 2.3. Mạch điện trên tàu thủy. Khái niệm chung: Ở các phần trước đã giới thiệu những khái niệm chung về mạch điện, máy điện và những thiết bị điện được dùng phổ biến trên tàu. Phần này sẽ giới thiệu một số mạch điện có tính phổ biến trên tàu sông: - Mạch điện nạp cho ắc quy. - Mạch điện khởi động máy diezen. 44
46. - Mạch điện tín hiệu. - Mạch điện chiếu sáng. 2.3.1 Mạch nạp ắc quy Trên tàu thủy, ắc quy được sử dụng rất rộng rãi, dùng để khởi động máy diezen, làm nguồn điện dự trữ khi máy phát điện có sự cố hoặc không hoạt động. Vì vậy ắc quy phải đảm bảo luôn được tích điện đầy đủ, do đó sau mỗi lần phóng điện cần phải nạp điện bổ xung cho ắc quy. Để đáp ứng yêu cầu nạp điện bổ xung cho ắc quy sau mỗi lần phóng điện, trên tàu thủy được lắp mạch nạp ắc quy. Để đảm bảo an toàn cho các thiết bị trong mạch nạp và cải thiện điều kiện làm việc cho thợ vận hành máy, trong mạch nạp có lắp thiết bị tự động khống chế bảo vệ mạch nạp gọi là bộ tiết chế. Bộ tiết chế gồm một số rơ le điện từ (tiết chế hệ tiếp điểm) sau: - Rơ le khống chế điện áp - Rơ le khống chế dòng điện - Rơ le chống ắc quy phóng điện ngược Sơ đồ mạch nạp Hình 2-25 Sơ đồ mạch nạp có nguồn là máy điện một chiều 1- Nguồn nạp (máy phát điện một chiều). 2- Thiết bị tự động khống chế và bảo vệ (tiết chế). 3- Đồng hồ đo dòng điện nạp ắc quy (Ampe 4- Cầu chì bảo vệ mạch. kế). 5- Cầu dao đóng cắt mạch điện 6- Ắc quy. Muốn hiểu được toàn bộ nguyên lý hoạt động của bộ tiết chế, trước hết ta xét riêng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng rơ le điện từ bên trong. a. Rơ le khống chế điện áp. Hình 2-26: sơ đồ cấu tạo của rơ le khống chế điện áp kiểu điện từ lắp theo máy phát điện một chiều. 45
47. 1- Đế sắt; 2- Tấm phíp cách điện; 3- Khung thép dẫn từ; 4- Cuộn dây quấn trên lõi thép và đấu song song với máy phát điện; 5- Thanh lò xo lá; 6- Thanh thép có lắp một lá bạch kim (má động); 7- Thanh dẫn lắp má bạch kim tĩnh, 2 má bạch kim tạo thành một tiếp điểm thường đóng; F- Máy phát điện một chiều để nạp điện cho ắc quy * Nguyên lý hoạt động Khi máy phát điện hoạt động thì dòng kích từ của máy phải luôn luôn được duy trì để duy trì sự cung cấp điện của máy, đồng thời dòng điện cung cấp cho dây quấn của rơ le cũng luôn được duy trì để khống chế điện áp của máy bằng cách thay đổi trị số dòng kích từ của máy khi tốc độ quay của động cơ chính thay đổi trong quá trình thay đổi tốc độ giới hạn an toàn. Vì vậy điều kiện để rơ le khống chế đúng trị số là: - Khi tốc độ máy phát còn trong giới hạn an toàn ( U f Uđm) thì điện áp vào cuộn dây (4) của rơ le có U4 = UF cuộn dây sinh từ trường và hút thanh thép từ (6) một lực (FL lực lò xo tác dụng vào thanh thép (6) có chiều ngược với lực F h). Lực Fh do người sử dụng điều chỉnh cho phù hợp. - Khi máy tăng tốc độ quay quá mức thì UF > Uđm tương ứng Fh > FL do đó: - Nếu máy có tốc độ quay trong giới hạn định mức thì UF Uđm lúc này Fh < - FL nên tiếp điểm của rơ le đóng, dòng kích từ của máy từ + Đ qua tiếp điểm, khung thép về kích từ cho máy và về -Đ ( trường hợp này điện trở R ngắn mạch vì mắc song song với tiếp điểm). Vì vậy dòng kích từ của máy được tăng lên để điện áp của máy tiếp tục tăng. Dòng điện cung cấp cho dây quấn rơ le thì luôn luôn duy trì theo đường: +D qua cuộn dây rồi về -Đ. 46
48. Khi máy tăng tốc độ quay vượt quá quy định thì U F > Uđm ( không an toàn cho máy và phụ tải của máy). Lúc này F h > FL nên tiếp điểm của rơ le được mở ra, điện trở (R) được nối tiếp với mạch kích từ do đó dòng kích từ của máy giảm để giảm điện áp về giới hạn an toàn. Khi điện áp giảm về mức an toàn thì F h < FL , tiếp điểm của rơ le lại đóng và ngắt mạch điện trở (R) nên khi tiếp điểm đóng thì làm cho điện áp của máy lại tăng và tiếp điểm của rơ le lại mở. Vì vậy nếu máy hoạt động tốc độ cao thì tiếp điểm của rơ le hoạt động đóng mở liên tục với tần số 50 - 53 lần/ giây. Do tiếp điểm đóng mở liên tục khi máy hoạt động tốc độ cao nên điện áp của máy sẽ giao động như đồ thị t: Thời gian máy hoạt động. Đường cong UFt : Sự giao động của điện áp khi rơ le hoạt động. Đường nét đứt là điện áp trung bình của máy khi rơ le điện hoạt động. Hình 2-27 * Muốn điều chỉnh trị số điện áp trung bình của máy thì ta điều chỉnh trị số điện áp mở tiếp điểm của rơ le (điện áp khống chế rơle) bằng cách điều chỉnh sức căng của lò xo (điều chỉnh FL) nguyên tắc điều chỉnh Utb  Ukhống chế  UL. Ngoài ra có thể điều chỉnh khe hở 1, nguyên tắc điều chỉnh Utb  1. b. Rơ le khống chế dòng điện * Vì dòng điện và điện áp của máy có mối liên hệ tỷ lệ thuận với nhau I  U, vì vậy để khống chế dòng điện thì phải khống chế điện áp, cấu tạo của rơ le khống chế dòng điện về cơ bản cũng giống rơ le khống chế điện áp, chỉ khác là cuộn dây rơ le khống chế dòng điện đấu nối tiếp giữa máy phát với phụ tải của máy để hoạt động của tiếp điểm phụ thuộc vào sự thay đổi dòng điện của máy cung cấp cho phụ tải. Cấo tạo của rơ le khống chế dòng điện như hình 2-28, cuộn dây đấu nối tiếp với phụ tải cần có điện trở nhỏ (càng nhỏ càng tốt) nên số liệu dây quấn rơ le dòng điện khác số liệu dây quấn rơ le điện áp (dây có kích thước lớn hơn và số vòng quấn ít hơn dây quấn rơ le điện áp). 47
49. Và khi tiếp điểm đóng hoặc mở thì U F thay đổi để thay đổi dòng điện của máy cung cấp cho phụ tải. Hình 2-28 Hinh 2-29 Dòng điện của máy cung cấp cho phụ tải khi rơ le đã hoạt động khống chế cũng dao động tương tự như điện áp (vì I  U F) nên đồ thị như hình 2-29. Để máy phát có thể hoạt động hết công suất và không bị quá tải khi máy tăng tốc độ quá định mức hoặc công suất phụ tải đóng vào máy quá trị số định mức, phải điều chỉnh FL, hoặc khe hở giữa thanh thép từ của tiếp điểm với cuộn dây đúng quy định sao cho Itb= Iđm. c. Rơ le chống ắc quy phóng điện ngược (rơ le dòng điện ngược) Như đã biết: ắc quy có chế độ phóng điện vì vậy trong mạch nạp cần phải đề phòng ắc quy phóng điện ngược về máy phát khi máy phát dừng hoặc tốc độ quay giảm xuống dưới mức quy định phải nhanh chóng cắt ắc quy. Để đảm bảo ắc quy không phóng điện ngược về máy phát, trong mạch nạp được lắp Rơle chống ắc quy phóng điện ngược cấu tạo và cách mắc rơ le như hình 2-30 Hình 2-30 * Rơ le dòng điện ngược khác rơ le khống chế điện áp và rơ le khống chế dòng điện là: 48
50. Tiếp điểm của rơle khi dây quấn chưa có điện hoặc cung cấp cho các cuộn dây chưa đạt mức quy định thì tiếp điểm mở. Dây quấn có 2 cuộn: 1 cuộn điện áp (cuộn đấu song song với máy phát) và cuộn dòng điện (cuộn đấu nối tiếp với máy phát và phụ tải, hai cuộn dây có số liệu kích thước dây, số vòng khác nhau) và khi máy phát cung cấp điện thì từ trường của 2 cuộn cùng chiều với nhau, khi ắc quy cung cấp điện thì từ trường hai cuộn ngược chiều nhau để khử từ nên khi nối 2 cuộn dây phải đúng quy định. Rơ le dòng điện ngược không có tác dụng điều chỉnh cho nên không có điện trở điều chỉnh. * Nguyên lý hoạt động: Rơ le dòng điện ngược thực chất là một cầu dao tự động đóng cắt mạch bằng lực điện từ. Tự động đóng để nối máy phát với ắc quy khi máy vận hành đã đủ điều kiện nạp điện cho ắc quy (UF > UAq). Tự động cắt khi UF UAq. Nguyên lý tự động cắt như sau: Khi vận hành máy phát thì cuộn dòng điện và cuộn điện áp luôn luôn được cung cấp điện để sinh từ trường khống chế thanh thép có lắp má tiếp điểm. Dòng điện được duy trì như sau: Từ + Đ qua cuộn dây W 1 (cuộn dòng điện) vào cuộn W 2 (cuộn điện áp) rồi về - Đ của máy. - Để rơ le đóng tiếp điểm đúng thời điểm U F > UAq cần phải điều chỉnh lò xo khống chế thanh thép từ sao cho UF UAq thì Fh - FL và khi UF > UAq thì Fh > - FL. Vì vậy: Khi tốc độ quay của máy phát cò thấp hoặc vì 1 nguyên nhân nào đó mà UF UAq thì rơ le chưa đóng tiếp điểm nên ắc quy không phóng điện ngược. Khi tốc độ quay của máy phát đạt tốc độ quay định mức và điện áp đạt trị số U F > UA một vài vôn thì rơ le đóng tiếp điểm, U F > UA cho nên ắc quy được nạp điện dòng nạp ắc quy được duy trì theo đường đi như sau: Từ + Đ đi vào cuộn dây W 1 ra khung thép đưa lên tiếp điểm đến cực dương của ắc quy, qua ắc quy rồi vể cực âm - Đ. - Trong quá trình nạp ắc quy, nếu máy giảm tốc độ hoặc vì một nguyên nhân nào đó mà điện áp U F giảm (UF UAq) thì rơ le mở tiếp điện, cắt ắc quy với máy phát. 49
51. - Trường hợp đặc biệt: Nếu U F UAq nhưng do hiện tượng từ trễ, tiếp điểm rơ le chưa mở kịp thời thì ắc quy phóng điện ngược về máy phát. Lúc này các cuộn dây W1, W2 đều do ắc quy cung cấp điện cho nên cuộn dây W 1 thì dòng điện đổi chiều so với máy phát cung cấp còn cuộn W2 thì dòng điện có chiều không thay đổi cho nên từ trường của 2 cuộn dây ngược chiều nhau sinh ra hiện tượng khử từ làm cho Fh có thể giảm nhanh và có thể giảm đến không (F h = 0) thì lò xo kéo thanh thép từ mở tiếp điểm không cho ắc quy phóng ngược về máy phát. Lưu ý: Nếu vì một lý do nào đó mà tiếp điểm của rơ le không mở được khi ắc quy phóng ngược phải nhanh chóng cắt cầu nao nạp điện. Khi sử dụng rơ le trong mạch nạp phải căn cứ vào điện áp của nhóm ắc quy đưa vào nạp để điều chỉnh lò xo để tiếp điểm đóng đúng yêu cầu (tại thời điểm rơ le đóng tiếp điểm U F phải lớn hơn UAq từ 1-2V). d. Mạch nạp dùng tiết chế 3 rơ le kiểu PP - 12A ` Hình 2-31: Sơ đồ nguyên lý tiết chế kiểu PP- 12A 1- Rơ le dòng điện ngược. 2- Rơ le dòng điện. 3- Rơ le điện áp. 4. Điện trở cân bằng (trị số điện trở không đáng kể), cũng có khi được thay bằng 1 cuộn dây quấn đồng tâm với cuộn dây (6). 50
52. Hình 2- 32: Sơ đồ đấu dây của mạch nạp máy phát điện một chiều với tiết chế 3 rơ le kiểu PP- 12A. 1- Máy phát có 2 cực từ, 2- Tiết chế PP- 12A * Nguyên lý hoạt động của mạch Khi máy phát chưa hoạt động hoặc tốc độ quay của máy còn thấp thì tiếp điểm (3) mở, tiếp điểm (7) và (10) đóng, vì vậy nếu vận hành máy nhưng điện áp UF còn thấp thì chỉ có dòng điện cung cấp cho mạch kích từ để duy trì phát điện của máy, đồng thời dây quấn rơ le cũng được cung cấp điện để khống chế hoạt động của các tiếp điểm 3, 7, 10 nhưng trường hợp này thì dòng kích từ duy trì qua các tiếp điểm 7, 10 nên các điện trở 13 và 14 đều ở trạng thái ngắn mạch do đó dòng kích từ của máy tăng để tăng điện áp của máy. Khi máy hoạt động đủ tốc độ (điện áp đạt mức quy định để nạp ắc quy) thì tiếp điểm 3 đóng để nạp ắc quy. Quá trình nạp ắc quy thì tiết chế sẽ tự động khống chế giữ cho điện áp và dòng điện của máy không vượt quá giới hạn an toàn để bảo vệ máy và phụ tải của máy. Để chống ắc quy phóng điện ngược khi máy phát giảm điện áp xuống thấp hơn trị số quy định thì tiết chế tự động mở tiếp điểm (3). Như vậy hoạt động của tiết chế là phối hợp hoạt động của 3 rơ le: rơ le điện áp, rơ le dòng điện và rơ le dòng điện ngược. e. Mạch nạp dùng tiết chế 3 rơ le Cấu tạo mạch 51
53. Hình2-33: Sơ đồ cấu tạo mạch nạp dùng tiết chế 3 rơle MF: Máy phát điện; TC: Tiết chế; R1: Điện trở mắc song song với các tiếp điểm; R2: Điện trở bảo vệ; K1, K2: Tiếp điểm thường đóng; K3 Tiếp điểm thường mở 1- Rơ le khống chế điện áp; Rơ le khống chế dòng điện; Rơ le chống ắc quy phóng điện ngược Nguyên lý hoạt động Khi vận hành máy phát điện, giữa hai chổi than của máy phát có điện áp, do đó: - Nếu tốc độ quay của máy phát còn thấp thì điện áp của máy thấp, các tiếp điểm K1 và K2 đóng, K3 vẫn mở nên trong mạch chỉ có dòng điện cung cấp cho các cuộn dây của tiết chế và mạch kích từ của máy (các cuộn dây của tiết chế và máy kích từ của máy được cung cấp điện liên tục khi máy phát hoạt động). Dòng điện cung cấp cho mạch kích từ của máy phát được duy trì theo sơ đồ sau: (+) MF Khung sắt rơle K 1 K2 Mạch kích từ của máy phát (-) MF - Nếu tốc độ quay của máy phát đạt tốc độ quay định mức thì: UMF E = Ce.n.I kt nên điện áp giữa hai chổi than của máy đạt điện áp định mức (UMF U A) thì tiếp điểm K 1, K2 và K3 đóng. Nếu điện áp U MF > UAq thì có dòng điện của máy phát nạp co ắc quy (IA 0) dòng điện nạp (IA) được duy trì theo đường sau: (+)MF WI1 WI2 K3 Cầu dao nạp ắc quy Mát (-)MF 52
54. - Nếu tốc độ quay của máy phát vượt quá tốc độ quay định mức thì U MP > Uđm thì tiếp điểm K1 mở, dòng điện cung cấp cho mạch kích từ của máy phát được duy trì theo đường: (+)MF R1 WK (-)MF Dòng điện cung cấp cho mạch kích từ chạy qua điện trở R 1 làm cho IKT giảm, do đó điện áp của máy giảm về định mức. Nếu máy duy trì tốc quay lớn, thì tiếp điểm K1 đóng mở liên tục với tần số 25 - 30 lần/giây (tiếp điểm rung) - Trong quá trình nạp điện cho ắc quy, nếu tổ ắc quy đấu dung lượng lớn, dòng qua cuộn dây WI1 lớn quá mức, thì tiếp điểm K 2 mở, dòng điện cung cấp cho mạch kích từ chạy qua điện trở R1 làm cho IKT giảm, do đó điện áp của máy giảm để giảm dòng nạp ắc quy về định mức. Nếu dòng nạp duy trì lớn thì tiếp điểm K 2 đóng mở liên tục để khống chế cho máy phát không bị quá tải. - Khi tốc độ quay của máy phát giảm hoặc do có sự cố làm cho điện áp của máy giảm xuống thấp hơn điện áp ắcquy, nếu không cắt cầu sao nạp thì ắcquy sẽ phóng điện về máy phát và các cuộn dây của tiết chế theo đường sau: (+) Aq K3 WI2 WI1 (+)MP (-)MP (-)Aq Dòng điện qua cuộn WI2 đổi chiều làm cho từ trường đổi chiều, lúc này 2 cuộn dây WI2 và WU2 khử từ nhau làm mất lực hút thanh thép động của tiếp điểm rơle dòng điện ngược, lò xo tác động làm cho tiếp điểm K 3 mở, cắt ắc quy ra khỏi máy phát, máy phát được bảo vệ an toàn. Lưu ý: - Điện áp mở tiếp điểm K1, điện áp đóng tiếp điểm K3, dòng điện mở tiếp điểm K2 gọi là triij số khống chế của tiết chế. Trị số khống chế của tiết chế phụ thuộc quy cách chế tạo các cuộn dây và phụ thuộc vào điện áp định mức, cường độ dòng điện định mức của máy phát. Tuy nhiên có thể điều chỉnh tăng, giảm được theo yêu cầu sử dụng. - Phương pháp điều chỉnh trị số khống chế của tiết chế thực hiện bằng cách điều chỉnh sức căng của lò xo (F L) của các rơle. Khi điều chỉnh tăng trị số khống chế phải điều chỉnh từ từ và phải theo dõi nhiệt độ của tiết chế và của máy phát để không điều chỉnh tăng trị số không chế lớn quá sẽ cháy tiết chế và máy phát điện. g. Mạch nạp có tiết chế 4 rơle kiểu 24M * Tiết chế PPT 24M đi kèm với máy phát F-731 của Liên xô chế tạo máy phát có 4 cực từ nhưng đấu thành 2 mạch song song. 53
55. Sơ đồ như hình 2-44 Tiết chế PPT 24M có đặc điểm cần lưu ý là: - Mạch tiếp điểm của rơ le dòng điện đấu song song với cuộn dây chính của rơ le điện áp () cho nên khi tiếp điểm của rơ le dòng điện đóng thì dòng điện qua cuộn dây của rơ le điện áp giảm, khi tiếp điểm rơ le dòng điện mở thì dòng điện đi qua cuộn dây () tăng lên cho nên khi dòng điện của máy tăng quá mức, tiếp điểm rơ le dòng điện mở sẽ dẫn đến tiếp điểm rơ le điện áp mở để giảm dòng kích từ của máy giảm dòng điện của máy nạp cho ắc quy. Hình 2-34 1- Rơ le chống ắc quy phóng ngược; 2- Rơ le khống chế dòng điện 3- Hai rơ le khống chế điện áp. - Các cuộn dây Y và K là những cuộn dây có tác dụng cải thiện đặc tính điều chỉnh điện áp và điều chỉnh dòng điện (tăng độ nhạy điều chỉnh) - Giữa tiết chế và ắc quy có bộ lọc để tăng thêm tính chất ổn định của dòng nạp ắc quy (lắp trong hộp tiết chế). 54
56. Hình 2-35 Sơ đồ đấu dây của mạch có tiết chế PPT- 24M 1- Máy phát -731 có 2 mạch kích từ 2- Tiết chế PPT24M có 4 rơ le h. Mạch nạp có tiết chế 5 rơle * Nguyên lý cấu tạo mạch Hình 2- 36 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo mạch có tiết chế 5 rơ le (I) Rơ le dòng điện ngược (II) Rơ le dòng điện (III) Rơ le điện áp Các cuộn dây B, K tương tự các cuộn dây Y, K ở mạch PPT 24M cuộn dây Y trong mạch là cuộn dây điện trở. Tiết chế PPT - 32 có 2 rơ le dòng điện và 2 rơ le điện áp. * Nguyên lý hoạt động Cũng tương tự như các tiết chế khác, tiết chế PPT- 32 có tác dụng tự động khống chế điện áp và dòng điện của máy và tự động đóng cắt máy phát với ắc quy khi cần thiết trong quá trình vận hành máy phát cụ thể: 55
57. Khi vận hành máy phát thì các cuộn dây điện áp của tiết chế và mạch kích từ có điện (những mạch này luôn luôn được duy trì khi máy phát hoạt động). Thế nhưng vì điện áp của máy thấp nên tiếp điểm của rơ le điện áp vẫn đóng, mặt khác điện áp thấp nên chưa có dòng nạp ắc quy do đó tiếp điểm rơ le dòng điện cũng đóng. Tiếp điểm của rơ le điện áp và rơ le dòng điện đóng thì các điện trở và cuộn dây điện trở (Y) mắc song song với các tiếp điểm đều bị ngắn mạch cho nên dòng kích từ của máy được tăng lên để tăng điện áp của máy. Khi điện áp của máy đạt trị số quy định (đủ điều kiện nạp ắc quy) thì rơ le dòng điện ngược đóng tiếp điểm nối ắc quy với máy phát nên ắc quy được nạp điện. Trong quá trình máy hoạt động, nếu tốc độ máy thay đổi thì rơ le điện áp hoạt động để điều chỉnh điện áp, nếu tốc độ tăng làm cho điện áp của máy tăng quá trị số định mức thì rơ le điện áp mở tiếp điểm để khống chế không cho điện áp tăng. Nếu dòng điện nạp ắc quy tăng quá mức thì rơ le dòng điện mở tiếp điểm để khống chế không cho dòng điện tăng quá giới hạn cho phép. Nếu vì một nguyên nhân nào đó hay vì máy tốc độ giảm xuống thấp làm cho điện áp của máy giảm xuống dưới mức quy định thì rơ le dòng điện ngược tự động ngắt tiếp điểm để cắt ắc quy với máy phát, đề phòng ắc quy phóng điện ngược về máy phát. Cũng có khi điện áp của máy giảm xuống thấp hơn điện áp ắc quy nhưng tiếp điểm rơ le dòng điện ngược chưa kịp mở (do hiện tượng từ trễ của lõi thép) trường hợp này thì ắc quy phóng điện ngược về máy phát làm cho hai cuộn dây của rơ le dòng điện ngược khử từ nhau để lực hút của từ trường tác dụng vào thanh thép của tiếp điểm giảm nhanh xuống “0” thì lò xo kéo tiếp điểm mở để cắt ắc quy ra khỏi máy để chống ắc quy phóng điện ngược. Sơ đồ đấu dây của mạch như hình vẽ. Hình 2-37 Sơ đồ đấu dây của mạch 1- Máy phát điện; 2- Tiết chế PPT- 32; 3- Cầu dao nạp; 4- Nhóm ắc quy đấu 24V 56
58. i. Vận hành- chăm sóc mạch nạp * Vận hành mạch nạp Hoạt động của mạch nạp ắc quy bao giờ cũng đồng thời với hoạt động của mạch chính (máy diezen) vì vậy vận hành mạch nạp có thể chia thành các bước sau: Công tác chuẩn bị: Trước khi vận hành máy chính ngoài công việc kiểm tra chuẩn bị máy chính, cần kiểm tra mạch nạp để khi máy chính hoạt động thì mạch nạp cũng hoạt động tốt. Nội dung kiểm tra mạch nạp trước khi vận hành bao gồm những nội dung sau: - Kiểm tra cơ cấu truyền giữa máy diezen và máy phát có đảm bảo an toàn không, kiểm tra máy có vấn đề gì cần khắc phục thì phải khắc phục trước khi khởi động máy chính. - Kiểm tra dây nối trên trụ cực ắc quy, yêu cầu phải đảm bảo bắt chặt và dẫn điện tốt và làm công tác chuẩn bị nạp điện cho ắc quy. Vận hành và theo dõi khi mạch hoạt động: - Hoạt động của máy phát điện để nạp ắc quy phụ thuộc vào hoạt động của động cơ chính trên tàu vì vậy nếu máy chính quay đủ tốc độ quy định (tùy thuộc từng máy cụ thể) thì tiết chế đóng mạch nạp. Vì vậy nếu giữa tiết chế và ắc quy có cầu dao thì phải đóng cầu dao để nạp. - Sau khi đóng cầu dao phải kiểm tra ắc quy đã được nạp điện hay chưa (nhìn số đo của ampe kế) và điều chỉnh tốc độ máy để có dòng nạp cho ắc quy vừa phải. Dòng nạp 7- 10% trị số dung lượng là thích hợp nhất. - Trong quá trình nạp phải theo dõi tình hình tích điện của ắc quy có đảm bảo hay không. - Khi ắc quy đã có dấu hiệu no (điện áp các ngăn đơn không tăng nữa, dung dịch đã lăn tăn sủi bọt thì chỉ nạp thêm một vài giờ nữa, nếu máy chính vẫn hoạt động thì phải cắt cầu dao nạp. - Sau khi ngừng nạp thì tiến hành lau chùi máy sạch sẽ và kiểm tra khắc phục những hư hỏng (nếu có) để máy hoạt động những lần tiếp theo tốt. * Chăm sóc mạch nạp 57
59. Chăm sóc mạch nạp bao gồm chăm sóc máy phát điện, tiết chế, ắc quy và hệ thống đường dây tải điện để máy hoạt động tốt. Công việc chăm sóc thường xuyên bao gồm: - Phải lau chùi máy và các thiết bị đảm bảo luôn luôn sạch sẽ. - Phải chăm sóc, bảo dưỡng các điểm nối dây trong mạch, nhất là dây nối trên trụ cực ắc quy phải đảm bảo bắt chặt và dẫn điện tốt. - Khi vận hành phải thực hiện đúng những quy định như đã nêu ở phần trên. - Cần kiểm tra định kỳ máy phát và tiết chế để kịp thời khắc phục những hư hỏng. k. Sự cố thường gặp của mạch nạp Sự cố mạch nạp ắc quy bao gồm sự cố của máy phát điện, của tiết chế, ắc quy hoặc sự cố của đường dây. Hiện tượng và mức độ sự cố cũng rất phong phú và đa dạng. Để giúp người sử dụng cách phát điện và biện pháp xử lý, ở đây chỉ trình bày những sự cố có tính chất phổ biến của mạch trong quá trình vận hành mà khả năng thợ máy có thể giải quyết được để đảm bảo an toàn trong ca trực của mình, sau đây là một số sự cố thường gặp: * Sự cố của máy phát điện. - Máy phát nóng khi nạp điện. - Máy phát không phát đủ điện áp không nạp ắc quy được. - Máy phát mất hẳn điện áp. - Chổi than và cổ góp đánh lửa mạnh vv * Một số sự cố của tiết chế. Qua cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tiết chế, ta có thể suy ra tiết chế hệ tiếp điểm thường có những sự cố chung là: Các tiếp điểm đóng cắt nhiều khi đóng cắt sinh ra tia lửa và tác động về cơ học (va chạm) nên tiếp điểm hay bị mòn, bị cháy rỗ hoặc bị bám muội đen dẫn đến tiếp xúc kém làm tăng điện trở tiếp xúc của tiếp điểm, làm cho mạch nạp không đảm bảo các thông số theo yêu cầu. Cách nhận biết mà không cần phải mở nắp bảo vệ của tiết chế. Các tiếp điểm tiếp xúc kém thì có 2 khả năng: có thể mất dòng nạp ắc quy hoặc dòng nạp ắc quy nhỏ quá khi máy quay ở tốc độ quy định và ắc quy mới đưa vào nạp vì: + Tiếp điểm thường đóng của rơ le điện áp hay rơ le dòng điện hoặc cả hai tiếp xúc kém hay không tiếp xúc thì điện áp của máy không đạt yêu cầu, trường 58
60. hợp này nếu rơ le dòng điện ngược vẫn đóng được tiếp điểm thì có dòng nạp, nhưng dòng nạp không đạt yêu cầu và có thể không ổn định. + Nếu tiếp điểm rơ le dòng điện không đóng được (do điều chỉnh điện áp đóng cáo) thì không có dòng nạp ắc quy. + Tiếp điểm rơ le điện áp và rơ le dòng điện đều tiếp xúc tốt mà tiếp điểm rơ le dòng điện ngược tiếp xúc kém thì dòng điện nạp thấp và cũng có thể không ổn định vì điện trở mạch nạp lớn và không ổn định do đánh lửa ở tiếp điểm không đều mặc dầu điện áp của máy đạt yêu cầu khi máy quay đủ tốc độ. Tiết chế bị nóng hoặc bị cháy các cuộn dây điện áp (cuộn dòng điện cũng có thể có sự cố này nhưng ít gặp hơn ở cuộn điện áp). - Nguyên nhân nóng hoặc cháy cuộn điện áp chủ yếu là do điều chỉnh trị số khống chế của rơ le điện áp cao quá, kèm theo máy hoạt động tốc độ cao nên điện áp đặt vào các cuộn điện áp vượt quá giới hạn chịu đựng làm cuộn dây nóng và có thể cháy (kể cả khi máy phát chưa có phụ tải). Phòng ngừa và hướng khắc phục: + Phải căn cứ vào quy cách chế tạo của cuộn điện áp và điện áp định mức của máy phát mà điều chỉnh trị số khống chế của rơ le đúng quy định (thường là điều chỉnh lực căng lò xo khống chế tiếp điểm). Rơ le dòng điện ngược không đóng mạch nạp khi máy đã phát đủ điện áp nên mất dòng nạp ắc quy. - Nguyên nhân: Có 2 nguyên nhân chính: + Do điều chỉnh lực căng của lò xo khống chế căng quá mức. + Dây tiếp mát của tiết chế (nếu mạch nạp lắp theo sơ đồ 1 dây) do quá trình ô xy hóa và chấn động nhiều nhưng quá trình sử dụng không kiểm tra nên đầu dây tiếp mát tiếp xúc kém hoặc bị rơ lỏng làm cho dòng điện cung cấp cho cuộn điện áp giảm hoặc mất điện. - Gặp trường hợp này phải kiểm tra lại đầu dây tiếp mát của tiết chế, nếu đầu dây tiếp mát không có vấn đề gì thì phải căn chỉnh giảm bớt lực căng của lò xo khống chế tiếp điểm. Sau khi xử lý cả hai nguyên nhân khả nghi trên vẫn không được thì có khả năng cuộn dây của rơ le chạm mát hay chập mạch hoặc dính. Trường hợp này phải đưa quấn lại cuộn dây đúng như cuộn dây cũ. Trong khi chưa quấn lại được cuộn dây thì có thể tạm thời nạp điện theo sơ đồ hình 2-51 Dòng nạp ắc quy quá thấp khi máy quay đủ tốc độ: 59
61. Dòng điện nạp nhỏ có thể do các tiếp điểm tiếp xúc kém như đã nêu ở trên ngoài ra còn có thể do trị số khống chế của rơ le dòng điện hoặc rơ le điện áp thấp cần phải điều chỉnh tăng lực căng lò xo khống chế của rơ le điện áp và rơ le dòng điện cho phù hợp. Dòng điện nạp ắc quy không ổn định khi tốc độ máy ổn định: - Nguyên nhân ở tiết chế: điện trở điều chỉnh mạch kích từ bị cháy đứt. - Nguyên nhân do máy phát: chổi than và cổ góp tiếp xúc không tốt, không đều Cần kiểm tra lại điện trở điều chỉnh của tiết chế và tiếp xúc của chổi than, cổ góp của máy phát để xác định và khắc phục. * Sự cố đường dây nạp - Đường dây nạp đứt (thường là đứt cầu chì hoặc cầu dao không tiếp xúc) sẽ mất dòng nạp ắc quy. - Các điểm nối dây bắt không chặt làm cho dòng nạp nhỏ hoặc không ổn định (kể cả đường dây nạp và đường dây kích từ của máy). - Mạch nạp theo sơ đồ 1 dây có 1 điểm bị chạm mát hoặc mạch nạp theo sơ đồ 2 dây có 2 điểm của 2 dây tải điện chạm mát. Những sự cố này có mấy hiện tượng: mất dòng nạp, dòng nạp nhỏ, dòng nạp không ổn định, cần kiểm tra đường dây để khắc phục (kể cẩ đường dây nối tiết chế với mạch kích từ). * Sự cố của ắc quy. - Ắc quy nạp điện kém do bị sunfat hóa ở đầu trụ cực, sunfat hóa bản cực. - Mất dòng nạp có thể do 1 chùm cực trong 1 ngăn nào đó của ắc quy bị đứt, cầu nối gãy. - Ắc quy nóng có thể do các ngăn đơn bị chập vv 2.3.2 Mạch điện khởi động máy diezen. a. Mạch điện khởi động kiểu cần gạt Trên sơ đồ: rơ le gài khớp có 2 cuộn dây, cuộn dòng có số vòng dây ít nhưng tiết diện dây lớn, cuộn áp có số vòng dây nhiều nhưng tiết diện dây nhỏ, cuộn dòng ở rơ le gài khớp có tác dụng làm sụt điện áp ban đầu khi đi vào động cơ để động cơ quay với tốc độ thấp. 60
62. Hình 2- 38: Mạch khởi động kiểu cần gạt 1: Động cơ khởi động, 2 : Rơ le gài khớp, 3 : Rơ le trung gian N: Nút nhấn khởi động, K1: Tiếp điểm của rơ le trung gian. K2: Tiếp điểm cuả rơ le gài khớp. Nguyên lý hoạt động. Thực chất đây là hệ thống khởi động kiểu cưỡng bức, nhấn nút N dòng điện đi từ cực dương ắc quy qua cuộn hút của rơ le trung gian, dòng điện này sinh ra lực từ hóa làm đóng tiếp điểm K 1. Khi K1 đóng, dòng điện đi từ cực dương ắc quy qua tiếp điểm K1 qua rơ le gài khớp, lúc này trong rơ le gài khớp có hai dòng điện: dòng điện đi qua cuộn dòng qua cực dương động cơ sau đó về cực âm ắc quy, lúc này động cơ quay với tốc độ thấp do điện áp đặt vào động cơ không đủ định mức (bị rơi điện áp trên cuộn dòng của rơ le gài khớp). Dòng điện thứ hai đi qua cuộn áp của rơ le, dòng điện này sinh ra lực từ hóa hút lõi thép động của rơle gài khớp và cần gạt đẩy bánh răng ăn khớp với động cơ. Do có tốc độ quay chậm của động cơ nên bánh răng không bị kẹt, khi bánh răng của động cơ khởi động vừa ăn khớp vào bánh đà của động cơ diezen thì cũng là lúc tiếp điểm K2 được đóng lại, lúc này dòng điện đi trực tiếp từ cực dương ắc quy qua K 1 qua K2 qua cực dương động cơ về cực âm ắc quy. Động cơ được cấp đủ điện áp định mức nên có mô men khởi động rất lớn đủ để khởi động động cơ diezen. Khi động cơ nổ ta buông tay khỏi nút nhấn, rơ le trung gian mất điện, tiếp điểm K 1 mở, rơ le gài khớp mất điện, động cơ mất điện, dưới tác dụng của lò xo đàn hồi bánh răng của động cơ khởi động được thu về vị trí ban đầu. b. Mạch khởi động kiểu quán tính. Trong hệ thống này không dùng rơ le gài khớp mà quá trình gài khớp được thực hiện bởi lực văng li tâm của bánh răng động cơ khởi động trong rãnh xoắn. 61
63. Hình 2- 39: Mạch khởi động kiểu quán tính 1: Động cơ điện một chiều kích từ nối N: Nút nhấn khởi động. tiếp. 2: Rơ le trung gian. K: Tiếp điểm của rơ le trung gian. 3: Rãnh xoắn. U: Phần ứng của động cơ. 4: Khớp gài. W: Cuộn dây kích từ nối tiếp. Nguyên lý hoạt động. Nhấn nút N dòng điện đi từ cực dương ắc quy qua cuộn hút của rơ le trung gian, dòng điện này sinh ra lực từ hóa trong lõi thép của rơ le hút lõi thép động làm đóng tiếp điểm K. Dòng điện đi trực tiếp từ cực dương ắc quy qua tiếp điểm K, qua cực dương động cơ về cực âm ắc quy, động cơ điện được khởi động quay. Do tác động của lực quán tính nên khớp số 4 vừa chuyển động xoay vừa chuyển động tịnh tiến trong rãnh xoáy số 3, khớp số 4 gài vào bánh đà động cơ diezen làm quay động cơ, lúc này động cơ điện là chủ động nên khớp vẫn gắn vào bánh đà động cơ, cho đến khi động cơ diezen nổ, bánh đà của động cơ diezen là chủ động ta buông tay khỏi nút nhấn N tiếp điểm K mở động cơ mất điện. Do quán tính nên bánh răng của động cơ điện chuyển động quay và tịnh tiến theo chiều ngược lại và trở về trạng thái ban đầu. c. Mạch khởi động kiểu Rôto di động 62
64. Hình 2- 40: Mạch khởi động kiểu rô to di động Số 1 : Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp. Số 2: Lò xo đàn hồi. Số 3 : Cực từ stato, cuộn kích từ song song. Số 4 : Rơ le trung gian. N, S : Cặp cực từ của stato. K : Tiếp điểm của rơ le trung gian. W : Cuộn hút của rơ le trung gian. N : Nút nhấn. WP : Cuộn phu. KP : Tiếp điểm phụ (Trong thực tế tiếp điểm này bố trí ở Rơle, khi đó Rơle đóng hai nấc). Mạch thống khởi động kiểu này có cấu tạo phức tạp, mạch từ của rôto được đặt lệch so với trục từ của stato. Động cơ khởi động ở hệ thống này là động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp. Mạch khởi động này cũng là loại động cơ khởi động hai cấp tốc độ, nhấn nút N dòng điện đi từ cực dương ắc quy qua cuộn W, dòng điện này sinh ra lực từ hoá làm rơle hút đóng tiếp điểm K, lúc này dòng điện đi từ cực dương ắc quy qua tiếp điểm K qua cuộn kích từ song song số 3, dòng điện này làm cho lõi thép từ của stato như một nam châm điện và nó trong trạng thái hở mạch từ nên từ trường của nó rất mạnh. Do rôto đặt lệch trục từ nên bị hút về phía trước để kín mạch từ stato. Song song với quá trình chuyển động của rôto thì dòng điện đi qua cuộn dây W P làm cho động cơ quay chậm ( do điện áp đưa vào động cơ không đạt định mức ). Như vậy rôto vừa chuyển động quay tròn đều vừa chuyển động tịnh tiến nên quá trình gài khớp được thực hiện dễ dàng. Khi khớp vừa được gài thì tiếp điểm K P đóng lại, dòng điện đi từ cực dương ắc quy qua tiếp điểm K, qua tiếp điểm K P khởi động động cơ với mô men lớn đủ để quay động cơ Diesel. Khi động cơ Diesel nổ ta nhả tay khỏi nút nhấn N. Lúc này rơ le trung gian mất điện, tiếp điểm K mở, động cơ mất điện. Do tác dụng của lực lò xo số 2 rôto của động cơ khởi động được thu về phía sau và rời khỏi khớp. Mạch khởi động kiểu này rất phức tạp nên ít được d. Mạch khởi động quán tính của máy 4 NVD- 21 63
65. * Sơ đồ nguyên lý cấu tạo Hình 2- 41: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo Mạch điện có đặc điểm: Công tắc tơ khởi động có 2 tiếp điểm chính K1, K2 đóng 2 nấc (K1 đóng trước, K2 đóng sau khi khởi động), tiếp điểm phụ (K3) lắp trong động cơ đóng trước tiếp điểm K2 nhưng đóng sau tiếp điểm K1. * Hoạt động Khi nhấn nút (N) thì các cuộn dây W, W1 và động cơ có điện (nhưng động cơ được đấu nối tiếp với điện trở R) nên dòng điện còn rất nhỏ. Cuộn dây W có điện làm cho K1 đóng. Khi K1 đóng thì động cơ quay chậm để bánh răng di động vào ăn khớp. Quá trình bánh răng di động để vào khớp sẽ tác động làm cho tiếp điểm K3 đóng. Khi K3 đóng thì cuộn dây W2 có điện phối hợp với cuộn W1 làm cho K2 đóng. Khi K2 đóng thì động cơ được nối tiếp với ắc quy (điện trở R bị ngắn mạch) cho nên động cơ quay để khởi động máy. Khi khởi động xong, thôi ấn nút khởi động thì dây quấn W mất điện làm cho K1 mở ra cắt toàn bộ mạch điện khởi động để bánh răng ra khớp. e. Vận hành, chăm sóc mạch điện khởi động * Vận hành Động cơ khởi động làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại với cường độ dòng điện rất lớn vì vậy phải thực hiện đúng quy trình để đảm bảo độ tin cậy và an toàn khi khởi động. Có thể thực hiện theo quy trình sau đây: Chuẩn bị trước khi khởi động: - Phải chuẩn bị tốt máy diezen trước khi khởi động. - Kiểm tra và chuẩn bị mạch điện khởi động phải đảm bảo các yêu cầu khi khởi động. 64
66. Khởi động và theo dõi động cơ hoạt động: - Vận hành các thiết bị hỗ trợ khởi động của máy diezen (nếu có) như bơm dầu bôi trơn, sấy máy - Ấn nút khởi động máy để khởi động. Khi ấn nút khởi động phải để ý theo dõi tình hình hoạt động của mạch và động cơ, theo dõi máy diezen để kịp thời ngừng khởi động ngay nếu xét thấy không an toàn. - Nếu động cơ diezen đã tự làm việc được thì nhanh chóng thôi ấn nút khởi động để ngừng khởi động. Khi khởi động máy cần lưu ý một số điểm sau đây: + Nếu máy diezen khó khởi động hoặc không khởi động được sau 10 - 15 giây cũng phải ngừng khởi động, sau khi ngừng để cho động cơ nghỉ một lúc rồi mới khởi động tiếp, nếu khởi động 3 lần liên tiếp không được thì phải tìm nguyên nhân xử lý rồi mới khởi động tiếp, nếu không càng về sau càng khó đảm bảo an toàn và độ tin cậy (sẽ không khởi động được). + Khi khởi động nếu máy diezen hoặc động cơ bị kẹt phải ngừng khởi động ngay. + Khi máy diezen đã hoạt động thôi ấn nút bấm khởi động mà bánh răng không ra khớp do nút khởi động dính thì phải cắt ngay cầu dao an toàn, cắt cầu dao an toàn vẫn không được phải tắt máy ngay để không hỏng động cơ khởi động. * Chăm sóc mạch điện khởi động. Phải lau chùi động cơ sạch sẽ để tỏa nhiệt tốt. Không để dầu mỡ, nước bắn vào dây quấn hoặc cổ góp và chổi than. Phải kiểm tra, lau chùi sạch sẽ và tra mỡ bôi trơn cho bộ phận ly hợp (rãnh xoắn hoặc bạc lót) để bộ ly hợp hoạt động an toàn. Ắc quy khởi động phải luôn được nạp đủ điện. Phải kiểm tra các điểm nối dây, nhất là các điểm nối trên ắc quy và điểm nối chính ở công tắc tơ, động cơ để đảm bảo dẫn điện tốt và không đánh lửa khi khởi động. g. Sự cố thông thường của mạch khởi động, phương pháp kiểm tra khắc phục. Hư hỏng của mạch khởi động rất phong phú và đa dạng. Tùy thuộc vào số lượng thiết bị và mức độ phức tạp hay đơn giản của các thiết bị và các kiểu động cơ khởi động, dưới dây chỉ nêu một số hư hỏng có tính chất đặc trưng chung nhất để vận dụng vào từng mạch khởi động cụ thể trong thực tế nếu gặp. * Khi khởi động động cơ mất điện nên động cơ không quay do đó bánh đà không quay. - Chuẩn đoán nguyên nhân: + Ắc quy yếu điện hoặc ắc quy không yếu điện nhưng dây nối ở ắc quy bị sun phát hóa, do đó rơ le không đóng được tiếp điểm. 65