Giáo trình Máy điện 1 - Chương 4: Nguyên lý máy điện một chiều - Đại học Bách khoa

Nội dung text: Giáo trình Máy điện 1 - Chương 4: Nguyên lý máy điện một chiều - Đại học Bách khoa

1. 94 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP MÁY ĐIỆN 1 2008
2. 95 PHẦN THỨ NĂM MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Chƣơng 4 NGUYÊN LÝ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 4.1. ĐẠI CƢƠNG Máy điện một chiều được dùng trong những điều kiện làm việc khác nhau và có hai loại: máy phát điện một chiều và động cơ điện một chiều. Trong nền sản xuất hiện nay máy điện một chiều không được coi là máy quan trọng. Động cơ điện một chiều là loại linh hoạt nhất của các loại máy điện quay. Tốc độ của nó có thể thay đổi trơn trong phạm vi rất rộng từ không đến định mức hoặc cao hơn, và giới hạn của tốc độ cao bị hạn chế bởi lực ly tâm. Động cơ điện một chiều có thể tăng mômen đến định mức ở tất cả các tốc độ và mômen khởi động ban đầu của động cơ điện một chiều cao gấp nhiều lần động cơ điện xoay chiều cùng công suất và tốc độ. Động cơ điện một chiều được sử dụng rộng rãi trong truyền động công nghiệp có yêu cầu điều chỉnh tốc độ cao như ngành dầu khí, cán thép, giao thông vận tải, robot, dụng cụ cầm tay, Trước đây máy phát điện một chiều làm nguồn điện cho các nhà máy công nghiệp lớn nhỏ, nhưng ngày nay do kỹ thuật điện tử phát triễn, nguồn một chiều được thay thế bằng các bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng trong hệ thống truyền Hình 4.1 Máy điện một chiều động và các ứng dụng khác. 4.2. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Máy điện một chiều có thể là máy phát hoặc động cơ điện và có cấu tạo giống nhau (hình 4.1 hay hinh 4.2). Những phần chính của máy điện một chiều gồm phần cảm (phần tĩnh, stator) và phần ứng (phần quay, rotor).
3. 96 8. Ổ bi; 1. Lõi thép cực từ chính; 2. Dây quấn cực chính;từ 3.Mõm cực từ 4. Lõi; thép cực từ phụ; 4. Lõi thép phần ứng; 10. Quạt gió; Hình 11 - 2 Cấu tạo của điệnmáy một chiều 4. Dây quấn phần ứng; 12. Cổ góp; 13. Chổi than. . 4. Dây quấn cực phụ;từ 6. Thân máy; 7. Gông từ;
4. 97 4.2.1. Phần cảm (stator) Phần cảm hay còn gọi là stator gồm có các bộ phận chính như sau: (a) (b) Hình 4.3 Cực từ chính 1. Cực từ chính Cực từ chính (hình 11-3a) là bộ phận sinh ra từ trường, gồm có lõi thép và dây quấn kích từ (hình 11-3b) lồng ngoài lõi thép cực từ, dòng điện chạy trong dây quấn kích từ sao cho các cực từ tạo ra có cực tính liên tiếp luân phiên nhau. Cực từ chính làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại, tán chặc và gắn vào vỏ máy nhờ các bulông. 2. Cực từ phụ Cực từ phụ được đặc giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép cực từ phụ thường làm bằng thép khối, trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn và cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ các bulông (hình 4.2). 3. Gông từ Gông từ dùng làm mạch từ, nối liền giữa các cực từ đồng thời dùng làm vỏ máy. Trong máy điện nhỏ thường làm bằng thép tấm uốn rồi hàn lại, trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. 4. Các bộ phận khác Các bộ phận khác gồm có nắp máy và cơ cấu chổi than (hình 4.4). Cơ cấu chổi than để đưa điện từ phần quay ra ngoài gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ có lò xo ép chổi nên chổi than Hình 4.4 Giá đở chổi than 1. Chổi; 2. Hộp ; 3. Lò xo; 4. Cực tì chặt lên cổ góp. bắt chổi; 5 dây ; 6. Tay ép 4.2.2. Phần quay (Rotor, phần ứng) Phần ứng (hình 4.15b) của máy điện một chiều còn gọi là rotor, gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp và trục máy
5. 98 1. Lõi thép phần ứng : Lõi thép phần ứng dùng để dẫn từ (hình 4.5a). Nó là hình trụ thường được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm, hai mặt có phủ sơn cách điện mỏng rồi ghép lại. Các lá thép được dập các lỗ để gắn rôtor với trục và lỗ thông gió. Mặt ngoài lõi thép được dập các rãnh để đặt dây quấn phần ứng (hình 4.5b). (a) (b) Hình 4.5 Phần ứng máy điện một chiều 2. Cổ góp (vành góp) Hình 4.6 Phiến đổi chiều và cổ góp
6. 99 Cổ góp (vành góp hay còn gọi là vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều (hình 4.6). Cổ góp gồm nhiều phiến đồng hình đuôi nhạn được ghép thành một khối hình trụ, cách điện với nhau và cách điện với trục máy. Các bộ phận khác như trục máy, quạt làm mát máy 4.3. DÂY QUẤN PHẦN ỨNG Dây quấn phần ứng là phần đầu nối sinh ra sđđ và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường Cạnh tác dụng làm bằng dây đồng có bọc cách N S điện, gồm nhiều phần tử mắc nối tiếp với nhau, đặt trong các rãnh (a) (b) của phần ứng tạo thành một hoặc 1 2 3 4 nhiều vòng kín. Phần tử của dây quấn là một bối dây gồm một hoặc Hình 4.7 Dây quấn phần ứng máy điện một chiều nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai a) Phần tử dây quấn; b) Bố trí phần tử dây quấn phiến đổi chiều theo sơ đồ nối dây (hình 4.7a), hai cạnh tác dụng của phần tử đặt trong hai rãnh dưới hai cực từ khác tên như trên hình 4.7b. Trong một rãnh đặt hai lớp dây quấn. Một phần tử có hai cạnh tác dụng, nên một cạnh đặt ở lớp trên còn cạnh kia đặt ở lớp dưới. Lớp trên là lớp gần mặt phần ứng. Yêu cầu của dây quấn phần ứng máy điện một chiều Sinh ra được một sđđ cần thiết. Cho qua dòng điện nhất định mà không nóng quá nhiệt độ cho phép. Sinh ra được mômen theo yêu cầu Đảm bảo đổi chiều tốt Hết sức tiết kiệm nguyên vật liệu Dây quấn phải có độ bền về điện, cơ, nhiệt, hóa để tuổi thọ của máy 15-20 năm Rãnh nguyên tố Znt Để giảm bớt số rãnh so với số phần tử, có thể chế tạo bối dây gộp u = 1, 2, 3, , phần tử lại với nhau, như vậy khi đặt bối dây vào rãnh tạo thành dây quấn hai lớp trong rãnh có u =1 u =2 u =3 2u cạnh tác dụng. Mỗi rãnh hình (a) (b) (c) thành u rãnh nguyên tố, vậy có thể nói rãnh nguyên tố là rãnh chỉ có hai cạnh tác dụng. Trên hình 4.8 trình Hình 4.8 Rãnh nguyên tố trong rãnh thực bày số rãnh nguyên tố trong rãnh thực, trong đó hình4.8a có một rãnh nguyên tố trong một rãnh thực, hình4.8b có hai rãnh nguyên tố trong một rãnh thực và hình4.8c có ba rãnh nguyên tố trong một rãnh thực.
7. 100 Gọi: u = rãnh nguyên tố trong rãnh thực Z = rãnh thực S = số phần tử G = số phiến góp Ta có quan hệ như sau: Znt = uZ = S = G (4.1) Dây quấn máy điện một chiều được phân ra thành các loại là dây quấn xếp gồm dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp; dây quấn sóng gồm dây quấn sóng đơn và dây quấn sóng phức tạp; và dây quấn hổn hợp là hỗn hợp của dây quấn xếp và dây quấn sóng. 4.3.1. Các thông số đặc trƣng của dây quấn máy điện một chiều 1. Bƣớc cực: Bước cực là khoảng cách giữa hai cực từ kế tiếp nhau tính bằng số rãnh nguyên tố: Z  nt (4.2) 2p với Znt = số rãnh nguyên tố 2p = số cực từ 2. Bƣớc dây quấn y: Bước dây quấn y là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của một phần tử tính bằng số rãnh nguyên tố. Trên hình 4.9a, với y là bước của dây quấn xếp và hình 4.9b là bước của dây quấn sóng. y yư yư y yG yG = 1 Hình 4.9b Dây quấn sóng Hình 4.9a Dây quấn xếp Tính chọn y sao cho sđđ của phần tử là lớn nhất. Mà ta biết sđđ phần tử bằng tổng sđđ của hai cạnh tác dụng. Sđđ của cạnh tác dụng lớn nhất khi thanh dẫn ở Bmax, vì e = Blv. Vì vậy ta phải lấy y = , nhưng y phải là số nguyên, nên: Z y nt ε (4.3) 2p Khi  = 0, y =  : ta có dây quấn bước đủ; +  , y >  : ta có dây quấn bước dài; -  , y <  : ta có dây quấn bước ngắn.
8. 101 3. Bƣớc trên phần ứng yƣ: Bước trên phần ứng yư là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng tương ứng (đầu hoặc cuối) của hai phần tử nối tiếp nhau tính bằng số rãnh nguyên tố. 4. Bƣớc trên vành góp yG: là khoảng cách giữa hai phiến góp nối với hai đầu của một phần tử tính bằng số phiến góp. 5. Góc độ điện giữa hai phần tử cạnh nhau: gọi là góc độ điện giữa hai rãnh cạnh nhau, ta có: p360 o (4.4) Znt 4.3.2. Dây Quấn Xếp Đơn Dây quấn xếp có bước trên vành góp: yG m (m 1, 2, 3) (4.5) Khi m = 1 ta có dây quấn xếp đơn, khi m 2 ta có dây quấn xếp phức tạp. Chỉ dùng dây quấn xếp phức tạp trong các máy có công suất lớn. Ở đây, trong giáo trình này ta chỉ xét dây quấn xếp đơn và dây quấn sóng đơn. Trước hết ta xét dây quấn xếp đơn. Để làm quen với dây quấn máy điện một chiều, ta vẽ sơ đồ khai triển dây quấn với Znt = 16, 2p = 4, dây quấn xếp phải. 1. Tính toán các bƣớc dây quấn Các bước dây quấn tính được là: Z 16  nt 4 : bước cực. 2p 4 Z 16 y nt ε 4 , dây quấn bước đủ. 2p 4 yư = yG = 1: dây là đặc điểm của dây quấn xếp đơn. 2. Biểu đồ nối dây Căn cứ vào bước dây quấn, ta bố trí nối các phần tử thực hiện dây quấn. Ta bắt đầu từ phần tử thứ nhất có cạnh tác dụng thứ nhất đặt ở lớp trên trong rãnh thứ nhất, còn cạnh tác dụng thứ hai đặt ở lớp dưới trong rãnh thứ 1 + y = và tiếp tục như vậy cho phần tử tiếp theo đến khi kín mạch, ta có: Lớp trên: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 kín Lớp dưới: 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 3. Sơ đồ khai triển Sơ đồ khai triển dây quấn là hình vẽ của dây quấn, khi cắt bề mặt phần ứng theo chiều dọc trục rồi trải ra thành mặt phẳng. Ta thấy từ sơ đồ khai triển hình 4.10 : Cạnh tác dụng nằm ở lớp trên nét liền, nằm ở lớp dưới nét đứt. Vẽ cực từ bằng khoảng 0,75. Vẽ bề rộng chổi than bằng bề rộng phiến góp.
9. 102 Chổi than phải đặt ở vị trí sao cho sđđ lấy ra là lớn nhất, vì thế nó phải đặt trên trục cực từ, khi đó chổi than ngắn mạch phần tử có cạnh tác dụng qua vùng trung tính hình học, e = 0. Chổi than nằm dưới các cực từ cùng cực tính sẽ cùng dấu và ta nối chúng lại với nhau.     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 N S N S 5 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 A B1 A2 1 B2 Hình 4.10 Sơ đồ khai triển dây quấn xếp đơn 4. Số đôi mạch nhánh song song Để thấy rõ số đôi mạch nhánh song song, ta vẽ lại sơ đồ dây quấn đơn giản nhìn từ phía cổ góp như hình 4.4. Ta thấy có 4 cực từ thì có 4 nhánh song song. Tổng quát : 2a = 2p trong đó : a là số đôi mạch nhánh song song. Góc lệch pha giữa hai rãnh nguyên tố liên tiếp nhau: o o p.360 2.360 o 45 Hình 4.11 Sơ đồ ký hiệu Znt 16 dây quấn nhìn từ cổ góp 4.3.3. Dây Quấn Sóng Đơn Đặc điểm của dây quấn sóng đơn là hai đầu của một phần tử nối với hai phiến đổi chiều cách rất xa nhau và hai phần tử mắc nối tiép nhau cũng cách xa nhau. 1. Bƣớc dây quấn sóng đơn Để có bước dây quấn sóng đơn, ta nhận xét như sau:  Hai phần tử dây quấn muốn mắc nối tiếp nhau thì sđđ của chúng phải cùng chiều, như vậy hai phần tử mắc nối tiếp nhau phải nằm dưới các cực từ cùng cực tính, nghĩa là chúng cách nhau khoảng 2.
10. 103  Máy có 2p cực từ thì có p cực từ cùng cực tính, nên khi quấn p phần tử thì chúng đi hết một vòng quanh bề mặt phần ứng và trở về bên trái hoặc bên phải phần tử xuất phát để quấn vòng mới và quá trình cứ thế tiếp tục cho đến hết các phần tử. Như vậy : . Khi đặt một phần tử thì ta qua được yG phiến đổi chiều. . Một vòng trên bề mặt phần ứng với p phần tử ta qua được p.yG phiến đổi chiều. Vậy ta có : G 1 p.y G 1 y (4.6) G G p Dấu ‘’ + ’’ : dây quấn sóng phải. Dấu ‘’ - ’’ : dây quấn sóng trái (thường dùng). Ta khảo sát dây quấn sóng với các số liệu sau : Znt = 15, 2p = 4, sóng trái. Các bước dây quấn được tính như sau: Z 15 3 y nt ε 3: chọn bước ngắn 2p 4 4 G 1 15 1 y y 7 : bước trên phần ứng, dây quấn sóng trái G æ p 2 Z 15  nt 3,75 : bươc cực. 2p 4 2. Thứ tự nối các phần tử Ta bắt đầu bằng phần tử thứ nhất. Phần tử này có một cạnh tác dụng nằm ở rãnh thứ 1, cạnh tác dụng thứ hai nằm ở lớp dưới của rãnh 1+y = 1 + 3 = 4. Một đầu của phần tử này nối với phiến đổi chiều thứ 1 còn đầu kia nối với phiến đổi chiều 1 + yG = 1 + 7 = 8, tiếp tục qui luật này cho các phần tử tiếp còn lại, ta có : Lớp trên : 1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1 kín Lớp dưới : 4 11 3 10 2 9 1 8 15 7 14 6 13 5 12 3. Sơ đồ khai triển dây quấn: (hình 4.12) Chiều quay phần ứng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 N S N S 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 A1 B1 A2 B2 Hình 4.12 Sơ đồ khai triễn dây quấn sóng đơn
11. 104 Từ thứ tự nối các phần tử dây quấn ta vẽ được sơ khai triễn dây quấn sóng đơn như trên hình 4.12. Cách vẽ các vị trí cực từ và chổi than giống như ở dây quấn xếp. Về lý thuyết chỉ cần hai chổi than cũng đủ vỉ chỉ có một mạch nhánh song song, nhưng thường vẫn đặt số chổi than bằng số cực từ. Làm như vậy là để phân bố dòng điện trên nhiều chổi than, kich thước chổi ngắn và giảm được chiều dài của vành góp, nhưng chủ yếu là để đảm bảo tính đối xứng của hai mạch nhánh song song. 4. Số đôi mạch nhánh song song Để thấy rõ số đôi mạch nhánh song song của dây quấn sóng đơn giản, ta nhìn từ phía cổ góp dây quấn sóng, ta thấy máy có 4 cực từ nhưng có 2 nhánh song song. Tổng quát, dây quấn sóng đơn chỉ có một đôi mạch nhánh song song: a = 1 Góc lệch pha giữa hai rãnh nguyên tố liên tiếp nhau: p.360 o 2.360 o 45 o Znt 16 4.4. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 4.4.1. Nguyên lý làm việc của máy phát một chiều Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều như hình 4.13. Máy gồm có một khung dây abcd có đầu nối với hai phiến góp. Khung dây và phiến góp quay quanh trục của nó với tốc độ không đổi trong từ trường của hai cực nam châm N-S. Các chổi điện A, B đặt cố định và luôn luôn tỳ sát vào phiến góp. Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng (khung dây abcd) máy phát trong từ trường đều của phần cảm (nam châm S-N), các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường phần cảm, theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây sẽ cảm ứng sđđ xoay chiều mà trị số tức thời của nó được xác định theo biểu thức : e = Blv (4.7) Trong đó: B(T) = từ cảm nơi thanh dẫn quét qua. l (m) = chiều dài dây dẫn nằm trong từ trường. V(m/s)= tốc độ dài của thanh dẫn. e,i e,i t t (a) (b) (c) Hình 4.13 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy phát một chiều a).Mô tả nguyên lý máy phát; b) Sđđ máy phát có một phần tử; c) Sđđ máy phát có nhiều phần tử.
12. 105 Và tần số f (Hz) của sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng là: n p f (4.8) 60 Trong đó: n (vòng/phút) = tốc độ vòng của máy. p = số đôi cực từ. Chiều của sđđ được xác định theo qui tắc bàn tay phải. Vậy theo hình 4.13a, sđđ của thanh dẫn ab nằm dưới cực từ N có chiều đi từ b đến a, còn của thanh dẫn cd nằm dưới cực S có chiều đi từ d đến c. Nếu nối hai chổi A và B với tải thì sđđ trong khung dây sẽ sinh ra trong mạch ngoài một dòng điện chạy từ chổi than A đến chổi than B. Khi phần ứng quay được nữa vòng, vị trí của phần tử thay đổi, thanh dẫn ab ở cực S, thanh dẫn cd ở cực N, sđđ trong thanh dẫn đổi chiều. Nhờ chổi điện đứng yên, chổi A vẫn tiếp xúc với phiến góp trên, chổi B tiếp xúc với phiến góp dưới, nên chiều dòng điện ở mạch ngoài không đổi. Nhờ cổ góp và chổi than, điện áp trên chổi và dòng điện qua tải là điện áp và dòng điện một chiều. Nếu máy chỉ có một phần tử, điện áp đầu cực máy phát như hình 4.13b. Để điện áp ra lớn và ít đập mạch như hình 4.13c, dây quấn phần ứng phải có nhiều phần tử và nhiều phiến đổi chiều. 4.4.2. Nguyên lý làm việc của động cơ một chiều Trên hình 4.14 khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trong dây quấn phần ứng có dòng điện. Các thanh dẫn ab và cd mang dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng tương hổ lên nhau tạo nên momen tác dụng lên rotor, làm rotor quay. Chiều lực tác dụng được xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 4.14a). (a) (b) Hình 4.14 Mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Khi phần ứng quay được nữa vòng, vị trí thanh dẫn ab, cd đổi chỗ nhau, nhờ có phiến góp đổi chiều dòng điện, nên dòng điện một chiều biến đổi thành dòng điện xoay chiều đưa vào dây quấn phần ứng, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, do đó lực tác dụng lên rotor cũng theo một chiều nhất định, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi (hình 4.14b).
13. 106 4.5. CÁC TRỊ SỐ ĐỊNH MỨC CỦA MĐMC Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà nhà chế tạo qui định. Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy gọi là những đại lượng định mức. 1. Công suất định mức Pđm(kW hay W). 2. Điện áp định mức Uđm (V). 3. Dòng điện định mức Iđm (A). 4. Tốc độ định mức nđm (vòng/ph). Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích thích, dòng điện kích từ Chú ý: Công suất định mức chỉ công suất đưa ra của máy điện. Đối với máy phát điện đó là công suất đưa ra ở đầu cực máy phát, còn đối với động cơ đó là công suất trên đầu trục động cơ. 4.6. SĐĐ PHẦN ỨNG VÀ MÔMEN ĐIỆN TỪ 4.6.1. Sức điện động phần ứng Khi cho dòng điện kích thích vào dây quấn kích thì trong khe hở sẽ sinh ra từ thông. Khi quay rotor quay với một tốc độ nhất định nào đó, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường phần cảm, trong mỗi thanh dẫn có chiều dài tác dụng l, cảm ứng sđđ trung bình là: etb Btblv (4.9)  trong đó : B là từ cảm trung bình trong khe hở; tb l Dn n v 2p là tốc độ dài thanh dẫn. 60 60 Với: D = đường kính ngoài phần ứng; p = số đôi cực từ của máy; n = tốc độ vòng  = từ thông khe hở dưới mỗi cực từ.  = bước cực từ S n M Eư iư Eư iư B tb B U  (a) (b) Hình 4.15 Xác định sđđ phần ứng và moment điện từ trong máy điện một chiều a) Từ trường cực từ; b) Sơ đồ ký hiệu dây quấn;
14. 107 Thế vào (4.3), ta có sđđ trung bình trong một thanh dẫn: n e 2p tb 60 Từ phía cổ góp nhìn vào phần ứng ta thấy dây quấn có thể biểu thị bằng sơ đồ ký hiệu như hình 4.15b. Từ đó ta thấy dây quấn gồm nhiều phần tử nối tiếp nhau tạo thành mạch vòng kín. Các chổi điện chia dây quấn thành nhiều (ở đây là 2) nhánh song song. Khi phần ứng quay, vị trí phần tử thay đổi nhưng nhìn từ ngoài vào vẫn là nhiều mạch nhánh song song. Sđđ phần ứng bằng tổng các sđđ thanh dẫn trong một nhánh. Nếu gọi số thanh dẫn của dây quấn phần ứng là N, số đôi mạch nhánh song song là a (2a số nhánh song song), số thanh dẫn của một nhánh song song N/2a. Vậy sđđ của dây quấn phần ứng là sđđ của một nhánh song song bằng: N pN E e n k n k  (4.10) æ 2a tb 60a E M 2 n trong đó:  là tốc độ góc của phần ứng; 60 pN pN k , và k hệ số phụ thuộc vào kết cấu của máy. E 60a M 2 a Chiều của sđđ Eư được xác định theo qui tắc bàn tay phải như trên hình 4.15a. Từ công thức (4.4) ta thấy, để thay đổi sđđ phần ứng thì có thể thay đổi tốc độ hoặc thay đổi từ thông  tức là thay đổi dòng điện kích từ và muốn đổi chiều sđđ thì hoặc đổi chiều quay, hoặc đổi chiều dòng điện kích từ. VÍ DỤ 4.1 Một máy điện một chiều có 6 cực từ, 50kW đang làm việc ở tốc độ 1000vòng/phút sinh ra sđđ phần ứng 136,8V. Nếu từ thông cực từ không đổi và tốc độ giảm còn 75% giá trị ban đầu, xác định sđđ cảm ứng và vếu tốc độ giảm còn 75% giá trị ban đầu còn từ thông cực từ tăng gấp đôi, xác định sđđ cảm ứng và tần số điện áp trong dây quấn phần ứng. Bài giải Từ công thức (4.4), ta có: Eæ1 n1 n1 Eæ2 Eæ1 Eæ2 n2 n2 Sđđ khi tốc độ giảm 75%: 0,75n  E 136,8 102,6V æ2 n  Sđđ khi tốc độ giảm 75% và từ thông tăng gấp đôi: 0,75n 2 E 136,8 205,2V æ2 n  Tần số sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng: p n 3 1050 0,8 f 42Hz 60 60
15. 108 VÍ DỤ 4.2 Máy điện một chiều có 4 cực từ, phần ứng có bán kính 12,5cm, chiều dài tác dụng của lõi thép l = 25cm. Cung cực từ bằng 75% bước cực. Dây quấn phần ứng có 33 phần tử , mỗi phần tử có 7 vòng. Từ thông của mỗi cực từ là 0,75T. A. Nếu phần ứng là dây quấn xếp đơn: 1. Xác định hệ số kM ? 2. Xác định sđđ trong dây quấn phần ứng khi phần ứng quay với tốc độ 1000vòng/phút ? B. Nếu phần ứng là dây quấn sóng đơn : Tính giống phần A, dòng trong phần tử bằng dòng trong dây quấn xếp. Bài giải A. Phần ứng là dây quấn xếp đơn: a. Tính hệ số kết cấu máy kM: Đặc điểm của dây quấn xếp đơn : 2a = 2p. Số thanh dẫn của máy : N = 2 x Số vòng x Số phần tử . =2.7.33 = 462 pN 2 462 k 73,53 M 2 a 2 2 b. Sđđ phần ứng: Diện tích cực từ 2 R 2 0,25 S l 0,75 0,125 0,75 36,8 10 3 m2 p 2p 2 2 Từ thông dưới mỗi cực từ : -3  Sp B 36,8.10 .0,75 = 0,0276 Wb Sđđ phần ứng : 2 1000 E k   73,53 0,0276 212,5 V æ M 60 B. Nếu phần ứng là dây quấn sóng đơn : a. Tính hệ số kết cấu máy kM: Đặc điểm của dây quấn sóng đơn : a = 1. Số thanh dẫn của máy : N = 2 x Số vòng x Số phần tử . =2.7.33 = 462 pN 2 462 k 147,06 M 2 a 2 1 Vận tốc góc của rotor : 2 n 2 1000  104,67 rad /s 60 60 b. Tính Sđđ phần ứng: 2 1000 E k   147,06 0,0276 425V æ M 60
16. 109 4.6.2. Moment điện từ và công suất điện từ của máy điện một chiều Khi máy điện làm việc trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện chạy qua. Tác dụng của từ trường lên dây dẫn có dòng điện sẽ sinh ra mômen điện từ trên trục máy. Để tính mômen điện từ, trước hết ta tính lực điện từ tác dụng lên từng thanh dẫn : f Btbli æ Nếu tổng số thanh dẫn của dây quấn phần ứng là N và dòng điện chạy trong I mạch nhánh là i æ thì moment điện từ tác dụng lên dây quấn phần ứng: æ 2a I D M B æ l N tb 2a 2 trong đó: Iư = dòng điện phần ứng; a = số đôi mạch nhánh song song. D = Đường kính ngoài phần ứng; l = chiều dài tác dụng của thanh dẫn. 2p  Do: D và B , nên ta có: tb l pN M I k I (Nm) (4.11) 2 a æ M æ Từ công thức (4.4) ta thấy, muốn thay đổi moment điện từ, ta phải thay đổi dòng điện phần ứng Iư hoặc thay đổi dòng điện kích từ It. Trong máy phát điện một chiều moment điện từ là moment hãm vì vậy ngược chiều quay máy phát điện, còn trong động cơ điện một chiều, moment điện từ là moment quay nên cùng chiều quay với động cơ. Công suất ứng với moment điện từ lấy vào đối với máy phát và đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện từ và bằng: Pât M (4.12) trong đó: M là moment điện từ. Thay (4.5) vào công thức (4.6), ta có: pN 2 n pN P M I nI E I (4.13) ât 2 a æ 60 60a æ æ æ Từ công thức (4.7), ta thấy được quan hệ giữa công suất điện từ với moment điện từ và sự trao đổi năng lượng trong máy điện. Trong máy phát điện công suất điện từ đã chuyển công suất cơ M thành công suất điện EưIư. Còn trong động cơ điện, công suất điện từ đã chuyển công suất điện EưIư thành công suất cơ M. VÍ DỤ 4.3 Máy điện một chiều có 4 cực từ, phần ứng có bán kính 12,5cm, chiều dài tác dụng của lõi thép l = 25cm. Cung cực từ bằng 75% bước cực. Dây quấn phần ứng có 33 phần tử , mỗi phần tử có 8 vòng. Từ thông của mỗi cực từ là 0,75T.
17. 110 A. Nếu phần ứng là dây quấn xếp đơn: 1. Xác định hệ số kE và kM? 2. Xác định sđđ trong dây quấn phần ứng khi phần ứng quay với tốc độ 1200vòng/phút ? 3. Xác định dòng điện trong thanh dẫn và moment điện từ khi phần ứng có dòng điện 400A ? 4. Xác định công suất điện từ ? B. Nếu phần ứng là dây quấn sóng đơn : Tính giống phần A, dòng trong phần tử bằng dòng trong dây quấn xếp. Bài giải A. Phần ứng là dây quấn xếp đơn: a. Tính hệ số kết cấu máy kE: Đặc điểm của dây quấn xếp đơn: 2a = 2p. Số thanh dẫn của máy: N = 2 x Số vòng x Số phần tử =2.8.33 = 528 pN 2 528 pN 2 528 k 8,8 và k 84,034 E 60a 60 2 M 2 a 2 2 b. Diện tích cực từ 2 R 2 0,25 S l 0,75 0,125 0,75 36,8 10 3 m2 p 2p 2 2 Từ thông dưới mỗi cực từ : -3  Sp B 36,8.10 .0,75 = 0,0276 Wb Sđđ phần ứng : Eæ kE n 8,8 0,0276 1000 242,88 V c. Dòng điện chạy trong một mạch nhánh song song I 400 i æ 100 A æ 2a 2 2 Moment điện từ : M = kM Iư = 84,034.0,0276.400 = 927,74 N.m Công suất điện từ : Pđt = Eư Iư = 242,88.400 = 97.1520 W = 97,152 kW B. Nếu phần ứng là dây quấn sóng đơn : a. Tính hệ số kết cấu máy kE và kM: Đặc điểm của dây quấn sóng đơn: a = 1. Số thanh dẫn của máy: N = 2 x Số vòng x Số phần tử . =2.7.33 = 462 pN 2 528 pN 2 528 k 17,6 và k 168,067 E 60a 60 1 M 2 a 2 1 Tính Sđđ phần ứng : Eæ kE n 17,6 0,0276 1000 485,76 V b. Dòng trong phần tử dây quấn sóng bằng dòng trong dây quấn xếp. iư = 100 A Dòng trong dây quấn xếp phần ứng : Iư = 2a. iư = 2.100 = 200 A. Moment điện từ : M = kM Iư = 168,067.0,0276.200 = 927,74 N.m Công suất điện từ : Pđt = Eư Iư = 485,76.200 = 97.153 W = 97,152 kW
18. 111 4.7. PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Ta đã phân máy điện một chiều thành máy phát điện một chiều và động cơ điện một chiều. Song tùy theo cách kích thích của cực từ chính, ta còn phân máy điện một chiều thành các loại như sau: 1. Máy điện một chiều kích thích độc lập (hình 4.16a): Mạch phần ứng không liên hệ trực tiếp về điện với mạch kích thích. Nếu máy có công suất nhỏ thì cực từ chính thường dùng nam châm vĩnh cửu, còn máy có công suất lớn cần có nguồn kích thích riêng để có thể điều chỉnh điện áp hoặc tốc độ trong phạm vi rộng. (Rđc = điện trở điều chỉnh dòng kích từ) U U U U I I I I _ + _ + _ _ + + Iư Iư Iư Iư U Rđc Rđc t It It Rđc It (a) (b) (c) (d) Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý máy điện một chiều: a) Kích thích độc lập; b) Kích thích song song; c) Kích thích nối tiếp; d) Kích thích hỗn hợp. (mũi tên nét dứt chỉ dòng điện ở chế độ động cơ) 2. Máy điện một chiều kích thích song song (hình 4.16b): Mạch kích thích nối song song với mạch phần ứng. 3. Máy điện một chiều kích thích nối tiếp (hình 4.16c): Mạch kích thích mắc nối tiếp với mạch phần ứng. 4. Máy điện một chiều kích thích hỗn hợp (hình 4.16d): Vừa kích thích song song vừa kích thích nối tiếp. 4.8. PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Khi máy điện một chiều làm việc không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng điện kích từ gây ra gọi là từ trường cực từ t. Trên hình 4.17a vẽ từ trường cực từ. Từ trường cực từ phân bố đối xứng. Ở đường trung tính hình học mn, cường độ từ cảm B = 0, thanh dẫn chuyển động qua đó không cảm ứng sđđ. Khi máy điện có tải, dòng điện Iư chạy trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường phần ứng ư như trên hình 4.17b. Từ trường phần ứng hướng vuông góc với từ trường cực từ khi chổi than trên đường trung tính hình học. Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng, từ trường trong máy (khe hở) sẽ là tổng hợp của từ trường cực từ và từ trường phần ứng (hình 4.17c).
19. 112 N N (a)S (b) (c)S Hình 4.17 Từ trường của máy điện một chiều Trên hình 4.18a vẽ từ trường tổng hợp trong máy và hình 4.18b vẽ từ trường tổng hợp phân bố trên bề mặt phần ứng khi cắt phần ứng theo chiều dọc trục rồi trãi ra trên mặt phẳng và chổi than trên đường trung tính hình học. Trên hình 4.18b vẽ đường 1 là sự phân bố của từ trường cực từ, đường 2 là sự phân bố của từ trường phần ứng tương ứng với sự phân bố stđ phần ứng Fưx do dòng điện phần ứng sinh ra. Đường 3 là tổng hợp của đường 1 và 2 khi mạch từ không bão hoà, còn đường 4 là mạch từ bão hoà (nét đứt). Chế độ máy phát U S N Mỏm cực Mỏm cực ra vào F x x Fưx A/2 0 m 3 m’ 4 1 2 Khớp nối n ĐC sơ cấp n’ (a) (b) Hình 4.18 Từ trường phần ứng khi chổi than trên đường trung tính hình học 1. Sự phân bố từ trường cực từ. 2. Từ trường phần ứng. 3. Từ trường tổng của 1+2. 4. Từ trường tổng của 1+2 khi mạch từ bảo hòa.
20. 113 Kết luận về phản ứng phần ứng như sau : 1. Tác dụng của phản ứng phần ứng khi chổi than trên đường trung tính hình học là chỉ có phản ứng ngang trục và làm méo dạng từ trường khe hở. Đối với máy phát thì ở mõm ra của cực máy được trợ từ, còn ở mõm vào khử từ, động cơ thì ngược lại. 2. Nếu mạch từ không bão hòa thì từ trường tổng là không đổi, vì tác dụng khử từ bằng tác dụng trợ từ. Nếu mạch từ bão hòa thì do tác dụng trợ từ ít hơn tác dụng khử từ nên từ trường tổng dưới một cực từ bị giảm đi một ít, nghĩa là phản ứng phần ứng ngang trục có khử từ một ít. 3. Từ cảm ở đường trung tính hình học khác không, do đó mà trên bề mặt phần ứng từ cảm bằng không - gọi là đường trung tính vật lý, đã lệch khỏi đường trung tính hình học một góc thuận chiều quay máy phát và ngược chiều quay động cơ. 4.9. ĐỔI CHIỀU Như ta đã biết ở phần dây quấn, khi chuyển động trong từ trường của một cực từ, mỗi phần tử dây quấn thuộc vào một nhánh song song và có dòng điện iư, nó có chiều nhât định. Lúc các cạnh của phần tử đi vào vùng trung tính thì bị chổi than nối ngắn mạch, dòng điện trong phần tử thay đổi để sau đó khi phần tử bước sang ranh giới của cực từ kế tiếp và chuyển sang nhánh song song khác, dòng điện trong phần tử đó có chieuf ngược lại (-iư). Như vậy đổi chiều là quá trình đổi chiều của dòng điện khi phần tử chuyển động trong vùng trung tính và bị chổi than ngắn mạch.  iư iư i iư iư iư iư iư iư N a b a b a b i1 i2 i1 i2 i1 i2 1 2 1 2 1 2 2iư 2iư 2iư i iư iư t = 0 0< t < Tđc t =Tđc (c) (a) (b) a b Hình 4.19 Qúa trinh đổi chiều của dòng điện trong phần tử i1 i2 1 2 Để thấy cụ thể hơn về khái niệm đổi chiều, hình 2iư 4.9 trình bày quá trình đổi chiều dòng điện trong phần tử dây quấn xếp đơn. Ta thấy chổi than phủ hoàn toàn lên phiến 1 (hình 4.19a) dòng điện trong Hình 4.20. Phần tử chuyển động trong vùng trung tính phần tử có chiều là + iư. Khi chổi than hoàn toàn tách khỏi 1 (hình 4.19c) thì dòng điện trong phần tử có chiều ngược lại –iư. Ở vị trí trung gian, chổi than tiếp xúc với các phiến đổi chiều 1 và 2, phần tử bị nối tắc và dòng điện trong nó biến đổi theo những qui luật
21. 114 nhất định, phụ thuộc vào quá trình quá độ điện từ xảy ra trong và xung quanh phần tử mà ta sẽ xét ở phần sau đây. 4.9.1. Qúa Trình Đổi Chiều 1. Chu kỳ đổi chiều Chu kỳ đổi chiều là khoảng thời gian để dòng điện hoàn thành việc đổi chiều, ký hiệu Tđc. Quaîng âæåìng pháön tæí bë ngàõn maûch T âc Täúc âäü daìi vaình goïp Chu kỳ đổi chiều của dây quấn xếp đơn: là khoảng thời gian vành góp quay đi một góc tương ứng với bề rộng của chổi, nghĩa là: bc Tâc (4.14) vG Trong đó : bc = bề rộng của chổi than; vG = tốc độ dài của vành góp. Ta gọi DG là đường kính cổ góp. Bước trên cổ góp là: D b G G G với G = số phiến góp. bc G hệ số che phủ chổi than. bG Thường G 2 4 đối với dây quấn xếp xếp đơn; còn G 4 7 xếp phức tạp. Tốc độ dài của vành góp: vG DGn bGG.n . Với n là tốc độ quay của vành góp thì chu kỳ của dây quấn xếp đơn là: bc bc G Tâc (4.15) vG bGGn Gn 2. Phƣơng trình đổi chiều Giả thiết xét qui luật đổi chiều xảy ra ở dây quấn xếp đơn và bề rộng chổi than bằng bề rộng phiến góp. Theo định luật Kirchhoff -2, viết phương trình cân bằng điện áp (hình 4.20) cho phần tử đổi chiều. irpt i1(rd rt x1 ) i2 (rd rt x2 ) e (4.16) trong đó : i : dòng điện ngắn mạch chạy trong phần tử đổi chiều. i1,i2 = dòng điện chạy qua dây nối và phiến góp 1,2. rpt = điện trở của phần tử đổi chiều. rd = điện trở của dây nối. rt x1, rt x2 = điện trở tiếp xúc giữa chổi than và phiến góp tương ứng. e = tổng sđđ sinh ra trong phần tử đổi chiều, gồm : eL : sđđ tự cảm gây ra do sự biến đổi dòng điện trong bản thân phần tử đổi chiều.
22. 115 eM : sđđ hổ cảm gây ra do ảnh hưởng đổi chiều đồng thời của các phần tử khác trong cùng một rãnh. eđc : sđđ đổi chiều sinh ra khi phần tử đổi chiều chuyển động trong vùng trung tính là nơi mà từ cảm tổng khi có tải khác không. Và epk = eL + eM gọi là sđđ phản kháng vì có tác dụng như nhau. Theo định luật Kirchhoff 1, tại nút a và b trên hình 4.20, ta có : iư + i - i1 = 0 iư - i - i2 = 0 (4.17) giả thiết rd = rpt = 0, giải hệ phương trình (13.5 và 13.6), ta được : rtx2 rtx1 e i i æ i t if (4.18) rtx1 rtx2 rtx1 rtx2  Số hạng thứ nhất là thành phần cơ bản của dòng điện đổi chiều it.  Số hạng thứ hai là thành phần phụ if = e/(rtx1+ rtx2) như vậy if là dòng điện ngắn mạch của phần tử do e sinh ra. Tính điện trở tiếp xúc rtx1 và rtx2 : Ta thấy điện trở tiếp xúc phụ thuộc vào các yếu tố sau :  Dòng điện i1, i2.  Thời gian đổi chiều; nhiệt độ của chổi than và phiến góp.  Trạng thái bề mặt cổ góp.  Tình trạng tiếp xúc và loại chổi Ở đây, giả thiết :+ điện trở tiếp xúc tỉ lệ nghịch với bề mặt tiếp xúc và tính. + bc = bG + qúa trình đổi chiều bắt đầu từ t = 0 đến t = Tđc, ta có : Tâc t t Stx1 S ; Stx2 S (4.19) Tâc Tâc trong đó : Stx1,Stx2 là diện tích tiếp xúc của chổi than với phiến đổi chiều tương ứng ở thời điểm t. S là diện tích tiếp xúc toàn phần của chổi và phiến. Gọi Rtx là điện trở tiếp xúc toàn phần của chổi và phiến ứng với S, ta có: S Tđc R tx1 R tx R tx (4.20a) Stx1 Tđc t S Tđc R tx2 R tx R tx (4.20b) Stx2 t Thay vào trên, ta có phương trình đổi chiều : 2t e i (1 )i æ (4.21) Tđc rn 2 Tđc với R n R tx R tx1 R tx2 (4.22) t(Tđc t) 4.9.2. Các Dạng Đổi Chiều 1. Đổi chiều đƣờng thẳng Giả thiết sđđ đổi chiều bù được sđđ phản kháng thì e = 0, ta có : 2t i (1 )i æ (4.23) Tâc
23. 116 Như vậy, dòng điện đổi chiều i thay đổi tuyến tính theo thời gian t nên gọi là đổi chiều đường thẳng (hình 4.21). Mật độ dòng điện ở bề mặt tiếp xúc phía ra của chổi: i1 Tâc i1 Tâc 2i æ J1 tg 1 (4.24a) Stx1 S Tâc t S S i 1 i2 iư iư i Tđc t Tđc t 0 0 i 1 -i -i ư ư t Tđc- t 1 (a) (b) Hình 4.21 Đổi chiều đường thẳng. a) Với giả thiết r = r = 0; b) Khi r 0 r 0 d pt d pt Mật độ dòng điện ở bề mặt tiếp xúc phía vào của chổi : i2 Tâc i2 Tâc 2i æ J2 tg 2 (4.24b) Stx2 S t S S Ta thấy mật độ dòng điện ở phía ra bằng phía vào (J1 = J2), chổi than chạy trên cổ góp giống như trên vành trượt liền, không có tia lửa điện. Đổi chiều trong trường hợp này là thuận lợi. 2. Đổi chiều đƣờng cong Thực tế thì e 0, nên có dòng điện if và dòng điện đổi chiều : i it if (4.25) Vậy dòng điện i = f(t) bây giờ không còn là đường thẳng nữa, nên ta có đổi chiều đường cong. Giả thiết, tổng sđđ e= const 0 và if Rn R t x const Rn Ta vẽ rn = f(t) trên hình (13.4). 2 Tâc R n R t x (4.26) Tđc if, e>0 (Tâc t)t t 0 a. Đổi chiều trì hoãn : e > 0. i , e 0 thì dòng điện : f e i  (4.27) f R n Hình 4.22 Đường cong Rn =f(t) và Dòng điện đổi chiều : dòng điện if =f(t)
24. 117 i = it + if (4.28) Từ hình 13.5a, ta thấy tại Tđc/2 dòng điện i > 0, nên đổi chiều được gọi là đổi chiều trì hoãn (chậm sau). Dòng điện ở mép ra chổi than, từ 13.5a, ta có : i1 iæ i iæ it if (4.29) Mật độ dòng điện ở mép ra chổi than : i1 i æ i t if J1 Stx1 Stx1 Stx1 T i i i âc æ t f S Tâc t Stx1 Tâc i1t if . , dòng i1t trên đường đổi chiều đường thẳng. S Tâc t Stx1 2i æ if 2i æ J1 > (4.30) S Stx1 S 2 i2 2 i2 iư iư Tđc/2 i T t T t Tđc/2 đc đc 0 it 0 i -iư -iư i1 1 i1 t t 1 (a) Tđc- t Tđc- t (b) Hình 4.23 Đổi chiều đường cong. a) Đổi chiều trì hoãn; b) Đổi chiều vượt trước Như vậy mật độ dòng điện mép ra của chổi than khi đổi chiều trì hoãn lơn hơn khi đổi chiều đường thẳng, nên việc đổi chiều không được tốt. b. Đổi chiều vượt trước : e < 0. Khi e < 0 thì dòng điện : e if (4.31) R n Dòng điện đổi chiều : i = it - if (4.32) Từ hình 13.5b, ta thấy tại Tđc/2 dòng điện i < 0, nên đổi chiều được gọi là đổi chiều vượt trước. Dòng điện ở mép ra chổi than, từ (13.5a) : i1 iæ i iæ it if (4.33) Mật độ dòng điện ở mép ra chổi than :
25. 118 i1 i æ i t if J1 Stx1 Stx1 Stx1 2i æ if 2i æ J1 0,5kW. Vị trí đặt cực từ phụ : Giữa hai cực từ chính, trên đường trung tính hình học. Lý do đặt cực từ phụ : do phản ứng phần ứng nên trên đường trung tính hình học từ trường khác không và từ trường đó lại cùng chiều với từ trường dưới cực từ
26. 119 đứng trước đường trung tính hình học theo chiều quay của máy phát. Để cải thiện đổi chiều, thường yêu cầu ở khu vực đổi chiếu có từ trường ngược với từ trường phần ứng, vì vậy cần phải có cực từ phụ. S N N Chế độ máy phát F 1 3 2 5 4 Phần tử dây quấn đảo chiều Hình 4.25 Cách bố trí cực từ phụ và cách đấu dây Hình 4.26 Cải thiện đổi chiều dùng cực từ phụ 1. Stđ cực từ chính; 2. Stđ cực từ phụ; 3. Stđ phần ứng; 4.Stđ tổng 1+2+3; 5.Đường cong từ cảm tổng. Tác dụng cực từ phụ: sinh ra được stđ triệt tiêu được từ trường phần ứng ngang trục, đồng thời tạo ra một từ trường ngược chiều với từ trường phần ứng tại khu vực đổi chiều để cho sđđ đổi chiều bằng sđđ phản kháng. Cực tính cực từ phụ: phải cùng cực tính với cực từ chính mà phần ứng sẽ quay đến theo chiều quay của máy phát (hình 4.25). Cách nối dây quấn cực từ phụ: để triệt tiêu từ trường phần ứng ngang trục, nên từ trường cực từ phụ phải tỉ lệ với dòng điện tải, vì vậy dây quấn cực từ phụ phải mắc nối tiếp với dây quấn phần ứng và mạch từ không bão hòa. c. Dùng dây quấn bù Lý do đặt dây quấn bù: Ảnh hưởng của phản ứng phần ứng làm méo từ trường khe Hình 4.27 Phần tử chuyển động hở, do đó điện áp phân bố trên các phiến đổi qua vị trí có từ cảm lớn nhất
27. 120 chiều không đồng đều nhau, tại vị trí có từ cảm lớn nhất, sđđ cảm ứng giữa hai phiến cũng lớn nhất, như trình bày trên hình 4.27. Điện áp này có khả năng gây ra sự phóng điện giữa các phiến góp do không khí bị ion hóa và có bụi than rơi ra từ chổi than. Trong điều kiện nhất định có thể phát triển thành vòng lửa trên cổ góp. Tác dụng của dây quấn bù : Sinh ra từ trường triệt tiêu được từ trường phần ứng làm cho từ trường khe hở cơ bản không bị méo nữa. Vị trí đặt dây quấn bù : Đặt trên mặt cực từ chính (hình 4.28). Hình 4.29 Cải thiện đổi chiều dùng dây quấn bù. 1.Stđ phần ứng; 2. Stđ dây quấn bù; 3. Stđ tổng 1+2; Hình 4.28 Bố trí dây quấn bù 4. Từ cảm khe hở khi có cực từ phụ và dây quấn bù. Cách nối dây quấn bù: từ trường phần ứng do dòng tải gây ra. Nên dây quấn bù phải mắc nối tiếp với dây quấn phần ứng và có chiều sao cho stđ của hai dây quấn ngược chiều nhau để stđ triệt tiêu nhau (hình 13.29). Từ hình 13.29 ta thấy: + Về cơ bản khi có dây quấn bù thì bù được trong phạm vi mặt cực từ. + Giữa hai mõm cực từ không bù được, nên stđ còn (phần gạch chéo). + Trong các máy dùng dây quấn bù thì bao giờ cũng có cực từ phụ, nên cực từ phụ bù phần giữa hai mõm cực từ. + Từ trường tổng gần với từ trường cực từ, điều đó đảm bảo đổi chiều tốt. 4.10. QUÁ TRÌNH NĂNG LƢỢNG - CÁC PHƢƠNG TRÌNH CÂN BẰNG 4.10.1. Tổn hao trong máy điện một chiều Khi máy điện một chiều làm việc thì dòng năng lượng qua máy bị mất mát bởi các tổn hao trong máy như sau: 1. Tổn hao cơ pCơ : gồm tổn hao ở ổ bi, tổn hao ma sát chổi than với vành góp, tổn hao thông gió làm cho ổ bi, vành góp nóng lên.
28. 121 2. Tổn hao sắt pFe : tổn hao do dòng điện xoáy và từ trễ trong lõi thép gây nên. Tổn hao nầy phụ thuộc vào vật liệu, chiều dày của tấm thép, trọng lượng lõi thép, từ cảm và tần số. 3. Tổn hao phụ pf : gồm tổn hao do dòng xoáy trong đồng, từ trường phân bố không đều, ảnh hưởng răng rãnh và đổi chiều làm dòng điện thay đổi, Các tổn hao phụ này không tính mà lấy khoảng 1% công suất ra của máy. Các tổn hao trên gọi là tổn hao không tải Po hay còn gọi là tổn hao quay Pq: Pq = pcơ + pFe + pf = Po (4.36) Tổn hao quay sinh ra mômen hãm và mômen này tồn tại khi không tải nên gọi là mômen không tải M0. Ta có quan hệ: P M q (4.37) 0  4. Tổn hao trong mạch phần ứng PCu: Tổn hao đồng trong mạch phần ứng gồm: 2 Pư = Iư Rư = tổn hao đồng trong dây quấn phần ứng; 2 Pf = Iư Rf = Tổn hao đồng trong dây quấn cực từ phụ. 2 Pb = Iư Rb = Tổn hao đồng trong dây quấn bù. Pt x = tổn hao tiếp xúc giữa chổi than và vành góp, được đặc trưng bằng điện trở tiếp xúc Rtx: 2 Ut x = 2V nên Pt x = 2Iư = R txIæ : dùng chổi than graphit điện 2 Ut x = 0,5V nên Pt x = 0,5Iư = R txIæ : dùng chổi than metal-graphit Và ta có tổn hao điện trên mạch phần ứng: 2 Pmư = Iư Rmư. (4.38) Trong đó: Rmư = Rư + Rf + Rb là điện trở mạch phần ứng Rư = điện trở dây quấn phần ứng. Rf = điện trở dây quấn cực từ phụ. Rb = điện trở dây quấn bù. Chú ý: Ở đây điện trở tiếp xúc không nằm trong điện trở mạch phần ứng vì vậy bài toán nào cho điện trở tiếp xúc thì tính còn không cho xem như bỏ qua. Nếu có thường cho loại chổi than, lúc đó ta biết được điện áp rơi trên chổi và tổn hao tiếp xúc giữa chổi than và vành góp. 5. Tổn hao trong mạch kích thích Pt : Tổn hao trong mạch kích thích gồm có: Tổn hao đồng trong dây quấn kích thích. Tổn hao trên biến trở điều chỉnh trong mạch kích từ, như vậy: 2 Pt = UtIt = RmtIt Trong đó: Ut là điện áp đặt lên mạch kích thích; It là dòng điện kích thích;
29. 122 Rmt là điện trở mạch kích từ. (nếu không có điện trở điều chỉnh dòng kích từ Rđc thì Rt là điện trở mạch kích từ) Như vậy tổng tổn hao trong máy điện một chiều khi vận hành ở chế độ máy phát hoặc động cơ là: P = Pư + Pf + Pb + Pt x + Pt + Pq (4.39) 4.10.2. Hiệu suất của máy điện một chiều Hiệu suất của máy điện một chiều  là tỉ số giữa công suất ra P2 và công suất vào P1: P P  2 2 (4.40) P1 P2 Pmæ Ptx Pt Pq 4.10.3. Quá trình năng lƣợng và các phƣơng trình cân bằng a) Máy phát điện: Máy phát điện một chiều nhận công suất cơ từ đầu trục và biến thành công suất điện trên đầu cực. Giả thiết máy phát có nguồn kích thích do một máy phát khác cung cấp và được kéo bởi một động cơ sơ cấp với tốc độ quay không đổi (hình 4. 30a). Rmư Iư Pt Pq 2 Pmư = Rmư Iư Rt + Pt + U Eư KTs P1=M1 Pđt=M=EưIư P2=UIư I _ t _ Ut (b) (a) Hình 4.30 Giản đồ năng lượng của máy phát điện một chiều Gọi P1 là công suất cơ đưa vào máy. Công suất này bù vào tổn hao không tải Pq (hay còn gọi là tổn hao quay P0). Công suất còn lại biến thành công suất điện từ Pđt và ta có phương trình cân bằng công suất: P1 Pât (pcå pFe pf ) Pât Pq (4.41) Trong đó, Pq = pcơ + pFe + pf = Po Và ta đã có công suất điện từ như sau: Pât EæIæ Công suất điện từ trừ đi tổn hao trong mạch phần ứng, còn lại là công suất điện đưa ra trên đầu cực máy phát: 2 P2 Pât Pmæ EæIæ IæR mæ UI æ (4.42) Giản đồ năng lượng của máy phát điện một chiều được trình bày trên hình 4.30b. Chia hai vế của (4.42) cho Iư, ta có phương trình cân bằng điện áp máy phát điện một chiều: U Eæ R mæ Iæ (4.43)
30. 123 Viết lại công suất cơ đưa vào, công suất không tải và công suất điện từ theo dạng mômen nhân với tốc độ góc, và ta có: M1 = M0 + M Chia hai vế cho , ta có phương trình cân bằng mômen của máy phát: M1 = M0 + M (4.44) trong đó: M1 = Mômen đưa vào. M0 = Mômen không tải M = Mômen điện từ. VÍ DỤ 4.4 Một máy phát điện một chiều kích từ độc lập 25kW và tốc độ 2500 vòng/phút có các thông số như sau: Rư = 0,1053, Rf = 0,0306, Rb = 0,0141 và Rt = 96,3 . Xác định sđđ phần ứng, công suất điện từ và mômen điện từ. Bài giải Dòng điện mạch phần ứng: P 25000 I 100 A æ U 250 Điện trở mạch phần ứng: Rmư = Rư + Rf + Rb = 0,1053 + 0,0306 + 0,0141 = 0,150  Sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng của động cơ: Eæ U Rmæ Iæ 250 0,150 100 265V Công suất điện từ: Pât EæIæ 265 100 26500 W Mômen điện từ: P P P (kW) M ât ât 9550 ât Ω 2πn / 60 n 26,5 9550 101,23 Nm 2500 b) Động cơ điện: Động cơ điện một chiều nhận công suất điện từ lưới và sinh ra trên đầu trục trên đầu trục là công suất cơ. Công suất điện mà động cơ điện lấy từ lưới bằng: P1 = UI =U(Iư + It) Trong đó, I = Iư + It là dòng điện từ lưới đưa vào máy gồm: Iư là dòng điện chạy vào phần ứng và It là dòng điện vào kích thích (máy kích từ song song). Công suất P1, một phần cung cấp cho mạch kích thích Pt =UIt, còn phần lớn đi vào phần ứng UIư, tiêu hao điện một phần trên mạch phần ứng Pmư còn đại bộ phận là công suất điện từ Pđt, ta có: P1 = Pmư + Pt + Pđt
31. 124 Công suất điện từ sau khi chuyển thành công suất cơ, một phần bị mất mát để bù vào pcơ, pFe và pf (gọi chung là Po), còn lại là công suất cơ trên đầu trục: Pđt = pCơ + pFe + pf + P2 = Pq + P2 (4.45) Từ các công thức trên, ta có công suất điện mạch phần ứng: 2 UIư = Pđt + Pmư = EưIư + RmưIư Chia hai vế cho Iư ta được phương trình cân bằng điện áp động cơ điện một chiều: U = Eư+ RmưIư. (4.46) Trên hình 4.31, trình bày mạch điện tương đương (hình 4.31a) và giản đồ năng lượng (hình 4.3b) của động cơ điện một chiều kích từ song song. Rư Pm.ư I Iư Pq = pcơ + pFe + pf + It R + đc KTs U P1=UI Pđt=M=EưIư P2=M2 Eư _ Rt _ Pt (a) (b) Hình 4.31 Giản đồ năng lượng động cơ kích từ song song Cũng từ công thức (4.45), ta viết: M = M0 + M2 (4.47) Chia hai vế cho , ta có phương trình cân bằng mômen của động cơ điện một chiều: M = M0 + M2 (4.48) trong đó : M = Mômen điện từ. M0 = Mômen không tải. M2 = Mômen trên đầu trục. VÍ DỤ 4.5 Một động điện một chiều kích từ song song 30kW, 240V đang làm việc trong điều kiện định mức ở tốc độ 2500 vòng/phút có dòng điện nhận từ lưới điện 140A. Điện trở mạch phần ứng 0,0873 và mạch kích từ 95,3 . Xác định (a) công suất điện từ, (b) mômen điện từ, (c) mômen định mức trên trục và tổn hao trong mạch phần ứng. Bài giải Từ hình 4.31a, ta có dòng điện đi vào mạch kích thích: U 240 It 2,52A R t 95,3 Và dòng điện mạch phần ứng: Iư = I – It = 140 – 2,52 = 137,48 A
32. 125 Sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng của động cơ: Eæ U Rmæ Iæ 240 0,0873 137,48 228V Công suất điện từ: Pât EæIæ 228 137,48 31.345 W Mômen điện từ: P (kW) 31,345 M 9550 ât 9550 119,74 Nm n 2500 Mômen định mức trên trục: P (kW) 30 M 9550 âm 9550 114,6 Nm 2đm n 2500 Tổn hao trong mạch phần ứng: 2 2 Pm.ư = RmưI ư = 0,0873. 137,48 = 1.650W VÍ DỤ 4.6 Một động điện một chiều kích từ song song 150hp, 240V, 650 vòng/phút. Máy đang làm việc non tải với công suất 124 hp và dòng điện nhận từ lưới 420A. Chổi than của máy là graphit và có thông số động cơ như sau: Rư = 0,008723, Rb + Rt = 0,0083 và Rt = 32 . Xác định (a) tổng tổn hao điện trong máy, (b) tổn hao quay và (c) hiệu suất. Bài giải a. Tổng tổn hao điện trong máy: Mạch điện tương đương trình bày trên hình 4.15 Dòng điện mạch kích thích: U 240 It 7,50 A R t 32 Dòng điện mạch phần ứng: Iư = I – It = 420 – 7,50 = 412,5 A Tổn hao trong mạch kích thích: 2 2 Pt = It Rt = 7,5 . 32 = 1800 W Tổn hao trong mạch phần ứng 2 2 Pmư = Iư Rmư = 412,5 . (0,008723 + 0,0083) = 2130,36 W Chổi than làm bằng graphit, nên tổn hao là: Ptx = Utx. Iư = 2,0. 412,5 = 825 W Như vậy, tổng tổn hao điện trong máy là: Pt + Pmư + Ptx = 1800 + 2130,36 + 825 = 4755,4 W b. Tổn hao quay trong máy: Sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng của động cơ: E U R I U æ mæ æ tx 240 (0,00872 0,0083) 412,5 2 232,835V
33. 126 Công suất điện từ: Pât EæIæ 232,835 412,5 96.044 W Công suất trên đầu trục hay công suất ra: P2 hp 746 124 746 92504 W Tổn hao quay: Pq Pât P2 96044 92504 3540 W I Rt Rmư It Iư + Nguồn + 240V DC Eư Tải t B+P Hình VD 4.6 c. Hiệu suất động cơ: P P 92504  2 2 0,918  91,8% P1 U I 240 420 Cách khác: P 92504  ra 100 100 91,8% Pra P 92504 3540 4755,4    
34. 127 CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Cho biết sự khác nhau về nguyên lý và cấu tạo của máy phát đồng điện bộ và máy phát điện một chiều? 2. Sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng máy điện một chiều phụ thuộc váo các yếu tố nào? 3. Dây quấn máy điện một chiều khác với dây quấn máy điện xoay chiều như thế nào? Nguyên tắc chuyển từ dây quấn máy điện xoay chiều sang dây quấn máy điện một chiều. 4. Sự khác nhau của dây quấn xếp đơn và dây quấn sóng đơn? 5. Nếu một máy bốn cực dây quấn xếp đơn đổi thành máy dây quấn sóng đơn mà số thanh dẫn và những điều kiện khác không đổi thì điện áp và dòng điện sau khi đổi sẽ như thế nào? Công suất định mức của máy có thay đổi không? 6. So sánh các phương pháp dùng để cải thiện đổi chiều, nói rõ hiệu quả và ứng dụng của từng phương pháp. 7. Tự phân tích giản đồ măng lượng của máy phát điện và động cơ điện một chiều, từ đó dẫn ra các quan hệ về công suất, mômen, dòng điện và sđđ. 8. Tính chất của từ trường phần ứng? 9. Khi nào phản ứng phần ứng ngang trục có tính khử từ. Tại sao? Cho biết các biện pháp khắc phục. 10. Tác dụng của từ trường cực từ phụ như thế nào? 11. Tác dụng của từ trường dây quấn bù như thế nào?    
35. 128 BÀI TẬP Bài số 4.1. Một máy phát điện một chiều có 8 cực từ, 200kW đang vận hành với tốc độ 850vòng/phút thì sinh ra sđđ 200V. Xác định (a) tần số sđđ cảm ứng; điện áp và tần số (b) nếu tốc độ tăng 20% và từ từ thông cực từ giảm 5%. Đáp số: 56,7Hz; 228V; 68Hz. Bài số 4.2. Một máy phát điện một chiều có 2 cực từ, 50kW, 3500vòng/phút, 120V đang vận hành không tải với tốc độ và từ thông trong khe hở định mức. Xác định điện áp và tần số nếu tốc độ tăng 15% và từ từ thông giảm 6,2%. Đáp số: 129,44V; 58,33Hz Eư(V) 350 300 250 200 150 100 50 0 2 4 6 8 10 12 it(A) Hình BT. 4 Đường cong từ hóa của vật liệu sắt từ làm máy điện Bài số 4.3. Một máy phát điện một chiều kích từ độc lập có điện trở của dây quấn kích từ và điện trở điều chỉnh dòng điện kích từ tương ứng là 10,26Ω và 14,23Ω .
36. 129 Mạch kích từ được nối với nguồn một chiều 120V và đường cong từ hóa như trình bày trên hình BT.4. Xác định (a) sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng khi làm việc bình thường và (b) khi điện trở điều chỉnh giảm còn 4,2Ω. Đáp số: (a) 205V; (b) 280V Bài số 4.4. Một máy phát điện một chiều kích từ độc lập có điện trở của dây quấn kích từ và điện trở của phần ứng tương ứng là 20,17Ω và 0,0014Ω . Mạch kích từ được mắc nối tiếp với điện trở điều chỉnh dòng điện kích từ là 40Ω và được nối vào nguồn một chiều 240V. Cho rằng đường cong từ hóa của máy được trình bày trên hình BT.4. Xác định sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng khi làm việc với điện trở điều chỉnh giảm về 0,00Ω và tìm giá trị của điện trở điều chỉnh khi điện áp trên đầu cực máy 225V khi không tải. Đáp số: 365V; 36,9Ω. Bài số 4.5. Một máy phát điện một chiều kích từ độc lập 1000kW, đang làm việc với tải ở tốc độ 514vòng/phút có điện áp 700V và khi không tải có sđđ là 725V. Xác định dòng điện phần ứng khi điện trở mạch phần ứng 0,014Ω và tốc độ quay khi không tải để sinh ra sđđ bằng điện áp lúc có tải. Đáp số: 1785,7A; 496vòng/phút. Bài số 4.6. Một động cơ điện một chiều kích từ song song vận hành trong điều kiện định mức ở tốc độ 2500vòng/phút có công suất 5hp, điện áp 120V và dòng điện 40A. Điện trở mạch kích từ và của phần ứng tương ứng là 63,8Ω và Rư = 0,252Ω. Tính tổn hao quay, hiệu suất của động cơ, công suất điện từ và mômen điện từ. Đáp số: 478,1W; 77,7%; 4208W; 16N.m Bài số 4.7. Một động cơ điện một chiều kích từ song song làm việc trong điều kiện định mức ở tốc độ 1150vòng/phút có công suất 5hp và điện áp 240V. Xác định độ giảm từ thông khe hở tính theo % so với từ thông khi làm việc định mức để tốc độ tăng đến 1800 vòng/phút. Cho rằng tải trên trục được điều chỉnh bằng dòng điện định mức. Đáp số: 36,1% Bài số 4.8. Một động cơ điện một chiều kích từ song song làm việc trong điều kiện định mức ở tốc độ 650vòng/phút có công suất 37kW, điện áp 240V và dòng điện 173A. Điện trở mạch kích từ và phần ứng tương ứng là 81,63Ω và 0,0705Ω. Nếu giảm tải còn 70% giá trị dòng điện phần ứng, xác định sđđ cảm ứng, tốc độ và dòng điện. Đáp số: 231V; 660vòng/phút; 122A. Bài số 4.9. Một động cơ điện một chiều kích từ song song vận hành trong điều kiện định mức ở tốc độ 2500vòng/phút có công suất 5hp, điện áp 120V và dòng điện 40A. Điện trở mạch kích từ và của phần ứng tương ứng là 63,8Ω và Rư =
37. 130 0,252Ω. Nếu giảm từ thông cực từ còn 85% giá trị định mức, xác định tốc độ mới khi điều chỉnh để dòng điện phần ứng là 28,6A. Bỏ qua phản ứng phần ứng. Đáp số: 3005,1vòng/phút Bài số 4.10. Một động cơ điện một chiều kích từ song song vận hành trong điều kiện định mức ở tốc độ 1150vòng/phút có công suất 15hp, điện áp 240V và dòng điện 55A. Điện trở mạch kích từ và của phần ứng tương ứng là 109,1Ω và Rư = 0,364Ω. Tính tổn hao quay. Xác định tốc độ không tải, cho rằng tổng tổn hao khi máy không tải là 970,6W. Đáp số: 467W; 1247vòng/phút Bài số 4.11. Một máy phát điện một chiều kích từ độc lập 50kW, đang làm việc ở tải định mức có điện áp 248V. Các tham số của máy là: Rư = 0,0487Ω; Rf = 0,0111Ω; Rb = 0,0125Ω; Rt = 75,6Ω; Xác định sđđ phần ứng. Đáp số: 259,2V Bài số 4.12. Một máy phát điện một chiều kích từ độc lập có Pđm = 125kW, điện áp Uđm = 248V, tốc độ nđm = 514vòng/phút và các tham số như sau: Rư = 0,0278Ω; Rf = 0,0078Ω; Rt = 48,6Ω; Giả thiết máy đang vận hành một phần tải có điện áp là 260V và dòng điện phần ứng là 300A. Hãy xác định sđđ phần ứng và tốc độ quay của rotor. Cho rằng dòng điện kích từ không đổi. Đáp số: 270,7 V; 527vòng/phút Bài số 4.13. Một động cơ điện một chiều kích từ song song 50hp, 240V, 1500vòng/phút đang vận hành với tốc độ định mức. Xác định tốc độ mới nếu như từ thông giảm đi 10%, cho rằng luôn điều chỉnh tải để giữ dòng điện phần ứng bằng dòng định mức. Đáp số: 1650vòng/phút Bài số 4.14. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có công suất 50hp, 240V, 2500vòng/phút đang vận hành trong điều kiện định mức với dòng điện lưới là 173A. Điện trở mạch kích từ và của mạch phần ứng tương ứng là 70,2Ω và Rmư = 0,112Ω. Nếu giảm từ thông cực từ còn 96% giá trị định mức và tải trên trục được điều chỉnh sao cho tốc độ không đổi, xác định dòng điện phần ứng mới. Đáp số: 248,5A Bài số 4.15. Một động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp có công suất 60hp, 240V, 650vòng/phút, có dòng điện nhận từ lưới là 206A khi vận hành ở chế độ định mức. Điện trở mạch kích từ và của mạch phần ứng tương ứng là 38,2Ω và Rmư = 0,084Ω. Hãy xác định trị số % từ thông song song giảm để tăng tốc độ lên
38. 131 1600vòng/phút. Cho răng tải trên trục giảm đến giá trị mà dòng điện phần ứng là 58,4A. Đáp số: 41,8% Bài số 4.16. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có công suất 5hp, 120V, 3500vòng/phút, đang vận hành ở chế độ định mức và có dòng điện nhận từ lưới là 40,2A. Điện trở mạch kích từ và của mạch phần ứng tương ứng là 66,4Ω và Rmư = 0,247Ω. Hãy vẽ mạch điện tương đương và xác định trị tốc độ nếu giảm tải trên trục làm cho dòng điện phần ứng giảm còn 32,1A. Đáp số: 3563,4 vòng/phút Bài số 4.17. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có công suất 750W, 120V, 1150vòng/phút, đang làm việc ở chế độ định mức và có dòng điện nhận từ lưới là 9,5A. Điện trở mạch kích từ và của mạch phần ứng tương ứng là 252,6Ω và Rmư = 1,06Ω. Hãy xác định trị số điện trở mắc nối tiếp với mạch phần ứng để tốc độ giảm còn 746 vòng/phút khi mômen không đổi. Đáp số: 1,06Ω Bài số 4.18. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có công suất 125 hp, 240V, 1150vòng/phút, đang làm việc ở chế độ định mức có mômen tải không đổi và dòng điện nhận từ lưới là 425A. Điện trở mạch kích từ và của mạch phần ứng tương ứng là 47,1Ω và Rmư = 0,0343Ω. Hãy xác định (a) dòng điện phần ứng nếu mắc nối tiếp vào phần ứng một điện trở có trị số 0,52Ω và một điện trở vào mạch kích từ làm từ thông giảm 10%; (b) tốc độ trong trường hợp (a). Đáp số: (a) 466,6A; (b) 1268,7vòng/phút Bài số 4.19. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có có dây quấn bù và cực từ phụ đang kéo tải với dòng điện 72,4A nhận từ lưới 500V sinh ra công suất 30kW khi tốc độ 1740vòng/phút. Các thông số của động cơ là Rư = 0,465Ω, Rf = 0,134Ω, Rb = 0,026Ω, Rt = 208,3Ω. Hãy xác định (a) spđđ cảm ứng; (b) công suất điện từ; (c) mômen điện từ; (d) mômen trên trục. Đáp số: (a) 456,25V; (b) 31,94kW; (c) 175,3Nm ; (d) 163,8Nm Bài số 4.20. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có công suất 15 hp, 240V, 3500vòng/phút, đang làm việc ở chế độ định mức có dòng điện nhận từ lưới là 54,4A. Các thông số của động cơ là Rư = 0,112Ω, Rf = 0,036Ω và Rt = 177,2Ω. Hãy xác định (a) spđđ cảm ứng; (b) công suất điện từ; (c) mômen điện từ; (d) mômen trên trục. Đáp số: (a) 232,1V; (b) 12,3145kW; (c) 75,3Nm ; (d) 63,8Nm Bài số 4.21. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có 6 cực từ công suất 22 kW, 1150vòng/phút, đang làm việc ở chế độ định mức có hiệu suất 88,5% và được cấp nguồn 240V. Các thông số của động cơ là Rư = 0,064Ω, Rf = 0,0323Ω và
39. 132 Rt = 93,6Ω. Hãy xác định (a) công suất điện từ; (b) mômen điện từ; (c) mômen trên trục. Đáp số: (a) 24,314kW; (b) 75,3Nm ; (c) 63,8Nm Bài số 4.22. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có 4 cực từ công suất 15kW, 240V tốc độ 1150vòng/phút và hiệu suất 86,0%. Các thông số của động cơ là Rư = 0,0731Ω, Rf = 0,033Ω và Rt = 123Ω. Hãy xác định (a) công suất điện đưa vào động cơ; (b) công suất điện từ; (c) mômen trên trục. Đáp số: (a) 8674,4W; (b) 8082W ; (c) 63,8Nm Bài số 4.23. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có công suất 45kW, 240V và tốc độ 1150vòng/phút đang làm việc với tải có dòng điện 152A và công suất trên trục 70%. Điện trở mạch phần ứng và của mạch kích từ tương ứng là Rmư = 0,0482Ω, và Rt = 41,2Ω. Chổi than được làm bằng graphit điện. Hãy xác định (a) công suất tổn hao điện mạch phần ứng; (b) tổn hao quay; (c) hiệu suất động cơ. Đáp số: (a) 2,314kW; (b) 750W; (c) 88,5% Bài số 4.24. Một máy phát điện một chiều kích từ độc lập có công suất 150kW, 250V và tốc độ 1750vòng/phút. Kích từ được cấp từ nguồn có điện áp 240V. Máy đang làm việc với điện áp định mức và 50% tải. Điện trở mạch phần ứng và của mạch kích từ tương ứng là Rmư = 0,00728Ω, và Rt = 64,0Ω. Máy sử dụng chổi than metal- graphit (0,5V) và công suất đưa vào trục máy là 106 hp. Hãy xác định (a) tổn hao điện mạch phần ứng; (b) tổn hao quay; (c) hiệu suất. Đáp số: (a) 1767W; (b) 3209W; (c) 93,8% Bài số 4.25. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có công suất 300hp, 500V và tốc độ 1750vòng/phút đang làm việc ở chế độ định mức có hiệu suất 92%. Điện trở mạch phần ứng và của mạch kích từ tương ứng là Rmư = 0,042Ω, và Rt = 86,2Ω. Hãy xác định (a) mômen định mức; (b) công suất điện từ; (c) mômen điện từ khi tải định mức; (d) điện trở ngòai mắc nối tiếp với mạch phần ứng để khi rotor đứng yên dòng điện bằng 225% dòng điện phần ứng định mức; (e) mômen điện từ trong điều kiện dòng điện câu (d). Đáp số: (a) 1221,3Nm; (b) 23655W; (c) 196,4Nm; (d) 1,24Ω; (e) 343,75Nm Bài số 4.26. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có công suất 30hp, 240V và tốc độ 1150vòng/phút đang làm việc ở chế độ định mức có hiệu suất 88,5%. Các thông số của động cơ là Rư = 0,064Ω, Rf = 0,0323Ω và Rt = 93,6Ω. Hãy xác định (a) mômen định mức trên trục; (b) công suất điện từ; (c) mômen điện từ khi tải định mức; (d) điện trở ngoài mắc nối tiếp với mạch phần ứng để khi rotor đứng yên dòng điện bằng 175% dòng điện phần ứng định mức;(e) mômen điện từ trong điều kiện dòng điện câu (d). Đáp số: (a) 185,85Nm; (b) 23655W; (c) 196,4Nm; (d) 1,24Ω; (e) 343,75Nm
40. 133 Bài số 4.27. Một động cơ điện một chiều kích từ song song có công suất 60hp, 240V và tốc độ 850vòng/phút có các thông số như sau: Rư = 0,030Ω, Rf = 0,011Ω và Rt = 62,0Ω. Tổng tổn hao trong điều kiện vận hành định mức là 4,16kW. Hãy xác định điện trở ngoài mắc nối tiếp với mạch phần ứng để khi rotor đứng yên mômen bằng 200% mômen định mức và động cơ đang làm việc với nguồn có điện áp 220V. Đáp số: 0,46Ω    