I. Tổng quan - hcmut.edu.vntcbinh/File_2014/May_Dien/C6_DC Machines___S2_Y1112.… · Bài giảng Máy điện T B Chương 6: Máy điện một chiều 3 Lực điện từ và

Bài giảng Máy điện TB

Chương 6: Máy điện một chiều 1

Chương 6: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

I. Tổng quan





Lực điện từ và sức điện động

Tích có hướng (với e cùng chiều với i)

Định luật Bio-Savart: Định luật Faraday:

BlIeF

l.Bve

B

e

v

B

I

F

R

E

iy y

x

ix

iz

z

yxz iii

0



Định luật Bio-Savart:

BlIeF

Định luật Faraday:

l.Bve

BlIeF

l.Bve

Động cơ Máy phát .

B

v

e

B

I

F

B

e

v

e v

n

B

I

eF

I eF

B

e

v

B

I

F



Nguyên lý hoạt động của máy phát điện một chiều









Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều



Phản ứng phần ứng – vành trượt lệch qua một bên

Máy điện một chiều 1 cặp cực:

Neutral Zone

Neutral Zone

Magnetic field

Magnetic field

N

I

I

B

B

F

F

I

I

B

B

F

S

S

N

S N

Vị trí chổi than

Stator và cuộn

dây

Stator with

with poles

N

Chổi than

Rotor

Rotor

DC Motor

S



Máy điện một chiều 2 cặp cực:



Dòng điện qua rotor đảo chiều



Dòng điện qua stator Dòng điện qua rotor

Động cơ DC chạy thuận Động cơ DC chạy ngược

Động cơ DC Momen tải



II. Phân tích máy phát một chiều

a

pNk

2

Thí nghiệm không tải:

.

Ikt

U

Rư

Iu

E = (k.kkt).Ikt.

Rkt

Ukt

kt

const=

Ikt

Rt

U

Rư

Iu

It

Tải

E = k.kt. k.kkt.Ikt.

Rkt

Ukt

kt



Eđm

Ikt

E

0



II.1. Máy phát DC kích từ độc lập

Pin

Pcơ

Ps 0 Pth-cơ

Pđt Pout

Pđ

Pkt

Ikt

Rt

U

Rư

Iu

It

Tải

E = k.kt. k.kkt.Ikt.

Rkt

Ukt

kt

Pin Pcơ

Ps 0 Pkt Pqp

Pđt Pout

Pđ



Bài tập 13: Một máy phát DC kích từ độc lập có điện áp không tải 125V khi dòng điện kích từ

là 2,1A và tốc độ là 1600 vòng/phút. Tính sức điện động của máy phát:

a. Dòng kích từ tăng lên 2,8A? Giả sử mạch từ chưa bảo hoà.

b. Dòng kích từ tăng lên 2,5A và tốc độ giảm xuống còn 1450 vòng/phút?

Bài tập 15: Máy điện DC kích từ độc lập, dùng làm máy phát có dòng điện định mức

40A ở 220V. Biết điện trở phần ứng là 0,38, tổn hao quay là 200W.

a. Tính công suất cơ cấp cho máy phát và công suất điện từ ở định mức?

b. Tính hiệu suất? Biết tổn hao kích từ là 150W.

Bài tập 7.4: Cho máy điện phát 1 chiều 25kW, 250V, điện trở phần ứng là 0,14Ω. Máy

phát được kích từ độc lập.

Đường cong từ hóa của máy phát ở 1200 vòng/phút

a. Tính dòng điện phần ứng?

b. Với tốc độ quay là 1200 vòng/phút, với dòng phần ứng định mức. Tính

công suất lớn nhất mà máy phát cấp cho tải ứng với các dòng kích từ 1A,

2A, 2,5A?

c. Tính lại câu b nếu máy phát quay ở 900 vòng/phút?

Iu

U

0

E

Iđm



II.2. Máy phát DC kích từ song song

Pđ Pqp Ps ≈ 0

Pin = Pcơ Pđt Pout

Pkt

Eđm

Ikt

E

0

Eđm

Ikt

E

0

Rkt1 > Rkt2 > Rkt3

Tải

Ikt

Rt

U

Rư

Iu

It

E = k.kt.

k.kkt.Ikt.

Rkt

I

U

0

E



II.3. Máy phát DC kích từ hỗn hợp

Kích từ hỗn hợp rẽ ngắn

`

Kích từ hỗn hợp rẽ dài

Khảo sát phản ứng phần ứng:

Tải

Ikt

Rt

U

Rư

Iu

It

E = k.hh.

Rkt

Rs

s

Tải

Ikt

Rt

U

Rư

Iu

It

E = k.(ss+nt)

Rkt

Rs

s



Ví dụ 3: Cho máy phát 100-kW, 250V, 400A, kích từ hỗ hợp cộng rẽ dài.

Ru=0,025Ω, Rs=0,005Ω, đặc tuyến như hình trên. Dòng kích từ song song

là 4,7A. Cuộn kích từ song song có 1000vòng trên môi cực từ, cuộn kích

từ nối tiếp có 3 vòng trên mỗi cực từ. Tốc độ máy phát là 1150RPM. Tính

điện áp của máy phát khi cấp dòng định mức cho tải? Biết lúc thí nghiệm

không tải ở tốc độ 1200RPM, điện áp hở mạch đo được là 274V.

Ví dụ 4: Tính lại ví dụ trên khi có xét đến phản ứng phần ứng? Tra theo

đặc tuyến từ hình 7.14.



Ví dụ 5: Tính lại ví dụ 4 nếu cuộn kích từ nối tiếp có 4 vòng dây và có

điện trở là Rs=0,007Ω.

III. Phân tích động cơ một chiều



III.1. Động cơ DC kích từ độc lập, NCVC

E = k.kt. k. kkt.Ikt. hay

kt

uu

kt k

IRU

k

E

60

n2

)RPM()s/rad(

Chú ý trường hợp mạch từ không tuyến tính:

Ví dụ: Động cơ DC kích từ song song hoạt động ở điện áp 230V có điện trở mạch phần ứng là 0,2Ω

và điện trở cuộn dây quấn kích từ 230Ω.

Đường cong từ hóa khi làm việc như máy phát không tải ở tốc độ 1600 vòng/phút:

S.đ.đ Ea (V) 200 210 220 230 240 250

Dòng kích từ If (A) 0,80 0,88 0,97 1,10 1,22 1,43

Bỏ qua ảnh hưởng của phản ứng phần ứng.

a/ Tính tốc độ không tải lý tưởng của động cơ?

b/ Khi dòng phần ứng là 50A và mạch kích từ không đổi, tính tốc độ của động cơ?

c/ Tính điện trở phụ thêm vào nối tiếp với cuộn kích từ để tốc độ động cơ là 1650 vòng/phút tại

dòng phần ứng như câu b/.

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt

Ukt

kt

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt

Ukt

kt



PT

uudt

dt

IEPT

out

out

PT

dt u u ktdt u kt u

P E I kT I k I

uktdt IkT

I, Mđt 0

ωolt ωo

ωđm

Iđm, Mđm

, Iđm

I0 Ikđ, Mkđ

ω

I, Tđt

ω

0

ωolt ωo

ωđm

Iđm I0

Pin Pứng

Pout

Ps 0 Pkt Pđ

Pth_cơ

Pcơ Pđt



III.2. Động cơ DC kích từ song song

III.3. Động cơ DC kích từ nối tiếp

U

Rư

Iu

E

Int

Rnt

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt

Ukt=U

Id



2

uktuktdt IkkIkT

kt

ntu

uktukt

untu

kt kk

RR

Ikk

U

Ikk

IRRU

k

E

kt

ntu

dtktkk

RR

Tkk

U

III.3. Động cơ DC kích từ hỗn hợp

U

Rư

Iu

E

Int

Rnt

Ikt

Rkt



IV. Điều khiển tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập

a) Điều khiển điện áp phần ứng:

co2

u Mk

R

k

U

U giảm giảm



b) Điều khiển từ thông kích từ:

co2

u Mk

R

k

U

giảm tăng

Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thông

Điều khiển thay đổi tốc độ thông qua:

_ điều khiển điện áp phần ứng U khi: < đm.

_ điều khiển từ thông kích từ khi: > đm.

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt

Ukt

kt

VR

Mcơ

ω

0

ωolt

ωđm

Mđm

giảm

Pmax

max

Mmax

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt

Ukt

kt

Mcơ

ω

0

ωolt

ωđm

Mđm

U giảm



Mcơ

U giảm

Mđm

ω

0

ωolt

ωđm

giảm

I II

IV III

ω

Mcơ

0

Mđm

ωđm

Pđm

Iưđm

Mđm

ωmax

Điều khiển U Điều khiển



a) Hãm tái sinh:

_ Pđiện < 0: trả năng lượng về nguồn.

_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.

b) Hãm ngược:

_ Pđiện > 0: tiêu thụ công suất từ nguồn.


Công suất điện + cơ chuyển thành nhiệt.

c) Hãm động năng:

_ Pđiện = 0: cách ly với nguồn.


Công suất cơ chuyển thành nhiệt.

c) Điều khiển điện trở phần ứng:

co2

u Mk

R

k

U

Rư tăng giảm



d) Khởi động đông cơ DC kích từ độc lập:

Dòng điện khởi động không lớn hơn khả năng chịu dòng của chổi than (thường là

3Iđm). Moment khởi động không lớn hơn khả năng chịu đựng của tải (thường là 3Mđm).

e) Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC dùng PID:

ndat Động cơ

+

u _

n

n

PIDtốc độ e

Iư, Mcơ

ω

0

ωolt

ωđm

Iưđm, Mđm

VR tăng

U

Rư

Iu

E

Ikt

Rkt

Ukt

kt

VR



V. Đặc tính động cơ DC

Ví dụ 1: (Ex 7.1-p371) (Vd 7.2, trang 344) Máy điện một chiều, 25kW, 125V, kích từ độc lập vận hành ở tốc độ không đổi 3000RPM.

Máy được kích từ không đổi, có điện áp hở mạch là 125V. Điện trở phần ứng là 0,02Ω.

Tính dòng điện phần ứng, công suất trên các cực (ngõ ra), công suất điện từ và moment điện

từ khi điện áp trên các cực ngõ ra là:

a) 124V?

b) 128V?

ωdat Động cơ +

PIDdòng điện

u

_

ω

ω

PIDtốc độ +

_

i

Pin Pứng

Pout

Ps 0 Pkt Pđ

Pth_cơ

Pcơ Pđt



Ví dụ 2: (Pr 7.1-p372)

Ví dụ 3: (Ex 7.2-p372)

Ví dụ 4: (Pr 7.2-p373)

Ví dụ 5: (Ex 7.3-p376) (Vd 7.1, trang 336)

Ví dụ 6: (Ex 7.4-p377)

Ví dụ 7: (Ex 7.5-p378)

Ví dụ 8: (Pr 7.5-p378)

Ví dụ 9: (Ex 7.6-p381) (Vd 7.3, trang 345)



Ví dụ 10: (Pr 7.5-p382)

Ví dụ 11: (Ex 7.7-p383)

Ví dụ 12: (Pr 7.6-p384)

Ví dụ 13: (Ex 7.9-p389)

Ví dụ 14: (Pr 7.8-p390)





Bài tập 7.4: Cho máy điện phát 1 chiều 25kW, 250V, điện trở phần ứng là 0,14Ω. Máy

phát được kích từ độc lập.

Đường cong từ hóa của máy phát ở 1200 vòng/phút

a. Tính dòng điện phần ứng?

b. Với tốc độ quay là 1200 vòng/phút, với dòng phần ứng định mức. Tính

công suất lớn nhất mà máy phát cấp cho tải ứng với các dòng kích từ 1A,

2A, 2,5A?

c. Tính lại câu b nếu máy phát quay ở 900 vòng/phút?







Documents

I. Tổng quan - hcmut.edu.vntcbinh/File_2014/May_Dien/C6_DC Machines___S2_Y1112.… · Bài giảng Máy điện T B Chương 6: Máy điện một chiều 3 Lực điện từ và