TRƯỜNGĐẠIHỌCSƯPHẠMKỸTHUẬTTP.HCM KHOAĐIỆN BỘMÔN:CƠSỞKỸTHUẬTĐIỆN   0 GVCThS.NGUYỄNTRỌNGTHẮNG GIÁOTRÌNH MÁYĐIỆN ĐẶCBI ỆT TP.HCMTháng5/2006 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com GiáotrìnhMáy điệnđặcbiệt– NguyễnTrọngThắng T r a n g |1 CHƯƠNG1 MÁYĐIỆNMỘTCHIỀUĐẶCBIỆT 1.Đại Cương Máyđiênmộtchiềuchủyếuđượcchếtạothànhđộngcơhaymáyphátđiện, nhưngtrongnhiềungànhkỹthuậtchuyênmônđặcbiệtmáyđiệnmộtchiềuđượcchế tạodướinhiều dạngđặcbiệt khác,nóđượcdùng trongkỹthuậthàn,điệnphân,kỹ thuậtluyệnkim.Trongcácthiếtbịcơcấutựđộngđiềukhiểnxa,giaothôngvậntải, trongthôngtinliênlạcv.v Tuỳtheonhữnglãnhvựckỹthuậtkhácnhaumàthường cómáyđiệnmộtchiềucónhững yêucầukhácnhau.Thídụcácmáysửdụngtrong ngànhtựđộngyêucầuđộtincậycao,quántínhbé,côngsuấtnhỏ.Trongkỹthuậthàn, luyệnkimthườngyêucầudòngđiệnlớnv.v  Trongchươngnàychúngtasẽnghiêncứusơlượcmộtvàiloạimáyđiệnmột chiềuđặcbiệtđượcsửdụngrộngrãitrongthựctiễnbaogồmmáyđiênmộtchiềutừ trườngngang,máypháthànđiệnvàmộtsốmáynhỏdùngtrongkỹthuậtđolườngvà tựđộng. 2.MáyĐiệnMột ChiềuTừTrườngNgang Máyđiệnmộtchiềutừtrườngnganglàmáyđiệnmộtchiềucóvànhgóp,dùng từ trườngphảnứngphầnứngđểcảmứngdòngđiện đưa ratải.Nhưvậytrongdây quấnphầnứnggồmcóhaidòngđiện:dòngđiệnthứnhấttạoratừtrườngngangvà dòng điệnthứhaiđưaradùngđượctạonênbởitừtrườngngangđó. Cặpchổithan11đặttrênđườngTTHHvàđượcnốivớinhau,cặpchổithan2 2đặtlệch90 0 sovớicặpchổithan11vànốivớiđầudâyracủamáy. Hình1.1.Cấutạomáyđiệnmộtchiềutừtrườngngang. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com GiáotrìnhMáy điệnđặcbiệt– NguyễnTrọngThắng T r a n g |2 Nguyên lýhoạtđộng: Giả sử,độngcơ sơ cấpquayvới tốcđộđịnhmức vàcuộndâykích thíchđượccấpđiệnápU kt .Khiđó,trongcuộndâynàyxuấthiệntừthông F t ,từthông nàycảmứngnênsứcđiệnđộngE 1 ởhaiđầuchổithan11củadâyquấnphầnứng.Vì 11ngắnmạchnêngâyradòngI 1 khálớnchảytrongdâyquấnrôto,gâynêntừthông F 1 ,dướitácdụngcủa F 1 sẽgâynênsđđE 2 khálớn,E 2 tạonênđiệnápU 2 vàcungcấp rangoàimộtdòng điệnI 2 nàođó. 2.1.Máy khuếchđạiđiệntừ (MĐKĐ): Đểkhốngchếmộtđốitượngnàođó,tínhiệucóthểdẫntrựctiếpđếnđốitượng điềukhiểnkhôngcầnquahệthốngkhuếchđại.Cũngcóthểtínhiệuđượcquabộphận trunggiankhuếchđạilênđưađếnđốitượngđiềukhiển. Máykhuếchđạiđiệntừhaymáykhuếchđại(MKĐ)làmộttrongcácthiếtbị trunggiannhậntínhiệuđưađếnđốitượngđiềukhiểnnócónhiệmvụbiếnđổimộttín hiệuđiệnáphaydòng điệnnhỏđểkhốngchếmộtcôngsuấtlớn. Máyđiệnmộtchiềukíchthíchđộclậpcũngcóthểxemnhưlàmộtmôhìnhcủa MĐKĐ,trongđótínhiệuđầuvàolàcôngsuấtkíchthíchP t vàtínhiệuđãđượckhuếch đại làcôngsuất đưa raP đm ở đầumáyphát,nhưngvì P t =(1÷2)%P đm ,nênhệsố khuếchđạirấtnhỏ(k KĐ = 50÷100)nênmáyphát điện kích thíchđộclậpkhông đượcdùngnhưMĐKĐ. Hình1.2 .Sơđồnguyênlýmáy điệnmộtchiềukíchtừđộclập. Máyđiệnkhuếchđạicók KĐ rấtlớn, vìcóhaibậckhuếchđại: k KĐ = (1.1) Trongđó: k v = :hệsốKĐđiệnáp. k i = :hệsốKĐdòng điện. HiệnnaycóthểchếtạoMĐKĐcó k KĐ = 10.000÷100.000.Chất lượng của MĐKĐcònđượcđánhgiábởikhảnăngtácđộngnhanhcủanó,xácđịnhbằnghằngsố thờigianđiệntừTcủamáy(T=L/R),thôngthườngT=(0,05÷0,3)sec.Đểxétcả haiyếutốtrênngườitathườngdùnghệsốchấtlượng: ñm n n = ra r r v i vao v r P U .I k .k P U .I Ø = = r v U U r v I I Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com GiáotrìnhMáy điệnđặcbiệt– NguyễnTrọngThắng T r a n g |3 k cl = (1.2) SơđồcủaMĐKĐđượctrìnhbàytrênHình1.3.Nguyênlýlàmviệcđượcxét tươngtựnhưmáyđãxétởHình1.1. Ởđâys.t.đF 2 doI 2 tạorahoàntoànbịs.t.đcủacuộnbùBtrunghoànhờđócông suấtcủatínhiệuđầuvàosẽbédẫnđếnk KĐ tăng.BiếntrởRscócôngdụnghiệuchỉnh tácdụngcủacuộnbùB.CuộntrợtừTchophéphạthấpdòngđiệnI 1 dođócảithiện đượcvấnđềđổichiềuchochổithan11.Đểcảithiệnđổichiềuchocặpchổithan22 ngườitađặtdâyquấnphụDPtheohướngdọc ởHình1.4. Hình1. 3.SơđồnguyênlýcủaMĐKĐ. Đểđặtcácdâyquấnnóitrên,láthépcủaStatorcódạngnhưhìnhsau: Hình1.4 .LõithépStatorcủaMĐKĐ. 1.Dâyquấnđiềukhiển,2.Dâyquấnbù,3.Dâyquấncựctừphụ, 4.Dâyquấntrợtừ,5.Dâyquấnkhửtừtrễtrênmạchtừstator. NguyênlýlàmviệccủaMĐKĐ Tínhiệuđượcđặtvàodâyquấnkíchthíchgọilàcuộnđiềukhiển. KÑ k T Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com GiáotrìnhMáy điệnđặcbiệt– NguyễnTrọngThắng T r a n g |4 Nhưvậycôngsuấtởmạchvào: P đk =U đk .I đk DóngđiệnI đk sinhratừthôngdọctrụcÞ đk ,Þ đk gâynênsđđE 1 ở2đầuchổithan 11.Vì11ngắnmạchnêngâyradòngI 1 khálớnchảytrongchổithan.DòngI 1 gây nêntừthông Þ 1 ,dướitácdụngcủaÞ 1 sẽgâynênsđđE 2 khálớn,E 2 tạonênđiệnápU 2 vàcungcấprangoàimộtdòng điệnI 2 nàođó. P đk =U đk .I đk ®P 1 =U 1 .I 1 ®P 2 =U 2 .I 2 NhưvậytađãkhốngchếđượccôngsuấttừP đk ®P 2 khálớn. Hệsốkhuếchđạicôngsuất: k p = = . =k 2 .k 1 (1.3) k p cóthểlênđếntrịsố8000÷10000. MĐKĐcóthểdùngđểduytrìđiệnáp,dòngđiệnhayduytrìtốcđộquaycủa mộtđộngcơnàođónhanhvànhạy. Thídụđểduytrìđiệnápcủamáyphátđiệnmộtchiềukhôngđổingườitadùng MĐKĐđểcungcấpdòng điệnkíchthíchchomáyphátmộtchiều. Lấytínhiệubằngcáchlấyđiệnáptrênđiệntrởracủamáyphátmộtchiềuđưa vềcuộnđiềukhiểnhaicủaMĐKĐ.Sứctừđộngcủacuộnmộtvàhaicộngnhau. Tađãbiết,khitảităngthìđiệnápcủamáyphátđiệnmộtchiềusẽgiảmdo (phảnứngphầnứng)vàđiệnáprơitrênphầnứng.Đểkhắcphụctìnhtrạngnàyngười tadùngsơđồsauđểduytrìđiệnápU F củamáyphátđiệnmộtchiềukhôngđổikhiI tăng. Hình1.5 .SơđồmạchứngdụngMĐKĐổnđịnhđiệnápmáyphátđiện. KhiItăng ® DUtăng ® I t2 tăng ® f å =(f 1 + f 2 )tăng ®UMĐKĐtăng ® I tF tăng ®U F tăngđếnUbanđầu. ñk P P 2 1 2 P P ñk 1 P P e Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com GiáotrìnhMáy điệnđặcbiệt– NguyễnTrọngThắng T r a n g |5 Hình1.6trìnhbàymộtứngdụngcủaMĐKĐdùngduytrìđiệnápvàtốcđộĐC khôngđổi. Hình1.6 . SơđồnguyênlýmạchứngdụngMĐKĐ. Mạchcóchứcnăngnhưsau: Giữ: U Đ =const.,I I đm ,n đm =const. 3.MáyPhátĐiệnHàn Muốn cho mối hàn có chất lượng cao, nhiệt lượng ở mối hàn và dòng điện sinhranhiệtlượngđóphảiổnđịnh.Đểđápứngđượcyêucầuđómáyphátđiệncần phảicóđặctínhngoàiU=f(I)cóđộdốccao. Hình1.7.Đặctínhngoàicủamáyphátđiệnhànmộtchiều. Máyphátđiệnhànphảithoảmãncácyêucầusau: Duytrìđượcchếđộngắnmạchkhingườithợhànlàmviệcnốingắnmạchcác cựchàn(vídụkhinhómcháyhồquang). Phảiđảmbảotrịsốdòngđiệnkhôngđổikhiđiệntrởhồquangthayđổi(chiều dàihồquangthayđổi). £ Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com GiáotrìnhMáy điệnđặcbiệt– NguyễnTrọngThắng T r a n g |6 Đểthựchiệnđượcđiềuđó,đặctuyếnngoàicủamáyphátđiệnphảithậtdốc. Muốncóđặctuyếntrên,ngườitachếtạoloạimáyphátđặcbiệtcósơđồcấutạonhư Hình1.8. Hình1.8 .Sơđồcấutạocủamáypháthànđiện. Máygồmmộtđôicựckép,trongđóN 1 S 1 thườngcómạchtừkhôngbãohoà, cònN 2 S 2 thìrấtbãohoà. Phầnứngcủamáyphátcóthểxemnhưđượcchialàm4phần.CácphânAcvà BbtạonênphảnứngphầnứngkhửtừđốivớicặpcựctừN 1 S 1 ,còncácphầnAbvàBc tạonênphảnứngphầnứngtrợtừđốivớicáccựcN 2 S 2 . NhưvậykhiI ư tăngtừthôngcáccựcN 2 S 2 hầunhưkhôngđổidolõithépcủanó bịbãohoà.KếtquảlàtừthôngtổngN 1 N 2 –S 1 S 2 giảmnhanhlàmchođiệnápđầucực U AB bịhạthấprấtnhiều. ChúýrằngđiệnápU AB vẫngiữkhôngđổikhiI ư tăngvìtừthôngcủacáccựcN 2 S 2 khôngđổi. ỨngvớicáctrịsốkhácnhaucủaR đc tacócácđặctínhngoàikhácnhaunhưtrên Hình1.7. 4.MáyĐiệnMộtChiềuKhôngTiếpXúc Vớisựpháttriểncủacôngnghệbándẫn,cácnhàsảnxuấtmáyđiệnđãchếtạo racácloạimáyđiệnmộtchiềukhôngsửdụngvànhgópvàchổithanhaycòngọilà máyđiệnmộtchiềukhôngtiếpxúc.Đặcđiểmcủaloạimáyđiệnnàylàlàmviệctin cậy,khôngtạotialửađiện,khônggâynhiễuvàcótuổithọcaohơnsovớicácloại độngcơmộtchiềuthôngthường.Trongphầnnàysẽtrìnhbàyloạiđộngcơnày. 4.1.Cấutạo. Độngcơkhôngtiếpxúcmộtchiềucócấutạotừbathànhphầnchínhsau: 1.Độngcơkhôngtiếpxúcvớicuộnứngm–phatrênstatovàrôtokíchthích bằngnamchămvĩnhcửu. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com GiáotrìnhMáy điệnđặcbiệt– NguyễnTrọngThắng T r a n g |7 2.Cảmbiếnvịtrírôto,đặtcùngvỏmáyvớiđộngcơ,thựchiệnchứcnăngtạo ratínhiệuđiềukhiểnnhằmxácđịnhthờiđiểmvàthứtựđổichiều. 3.Bộđổichiềukhôngtiếpxúc,thựchiệnđổichiềudòngđiệntrongcuộnứng trênstatotheotínhiệuđiềukhiểncủacảmbiếnvịtrírôto. Hình1.9.Sơđồcấutrúcđộngcơmộtchiềukhôngtiếpxúc. 4.2.Nguyênlý hoạtđộng. Hình1.10trìnhbàysơđồnguyênlýcủađộngcơmộtchiềukhôngchổithan,có mộtcuộndâytrênmạchstato. Hình1.1 0.Sơđồnguyênlýđộngcơmộtchiềukhôngchổithan. 1. Statocủađộngcơ. 2. Dâyquấntrênstato. 3. Rôtoloạinamchămvĩnhcửu,cóhaicực. 4. Đĩasắttừ,códạnghìnhtrònkhuyếtvàđượcđặttrêntrụcrôto. 5. Bộphậnđổichiềukhôngchổithanđượccấutạobằngcáclinhkiệnđiện tử thựchiệnđổi chiềudòngđiệncủa các cuộncảm trênstatođộng cơ theotínhiệuđiềukhiểntừcảmbiếnvịtrí. D 1 ,D 2 làcácbộcảmbiếnvịtrídạngtừtrởthayđổi.Dùngxácđịnhvịtrírôto (trụctừtrườngrôto)thôngquađĩasắttừ. Hoạtđộng Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com GiáotrìnhMáy điệnđặcbiệt– NguyễnTrọngThắng T r a n g |8 Ởvịtrínhưhìnhvẽ,cảmbiếnvịtríD 1 nằmtrongvùngkhuyếtcủađĩanêntạo rasựthayđổitừtrởtrênmạchtừởhaicuộndâyracủacảmbiếnvịtrí.Sựthayđổinày tạoratínhiệuđiềukhiểnbộđổichiều.Bộđổichiềusẽđổichiềuđiệnápđặtlêndây quấnstato(đổichiềutừtrườngstato).Cựctínhđiệnáptrêndâyquấnstatocóchiều nhưhìnhvẽ. KhivùngkhuyếtcủađĩatrùngvớicảmbiếnvịtríD 2 ,nósẽtạoratínhiệuđiều khiểnbộđổichiều,bộđổichiềusẽđảocựctínhđiệnápđặtlêndâyquấnstato.Chiều điệnápngượcchiềuvớihìnhvẽ. Quátrìnhđổichiềuđiệnáptrêndâyquấnstatophảiđồngthờivớivớisựthay đổichiềucựctừrôto.Điềunàyđảmbảochiềuquaycủamômenkhôngđổitrongmột vòngquay. Hình1.11trìnhbàyquátrìnhkếthợpđổichiềucủatừtrườngstatovàtừtrường rôto. Hình1.11.Quátrìnhđổichiềutừtrườngstatovàrôto. Khicódòngđiệnquadâyquấnstato,dướisựtácđộngcủatừtrườngrôtosẽtạo ramômenquay. M=k F s F r Sinq (1.4) với: k:hệsốmáykhôngđổi. F s , F r :từthôngcựctừstatovàrôto. q:góchợpbởitrụccựctừrôtovàtrụctừtrườngstato. Khimạchtừchưabãohoàbiểuthứctrêncóthểbiểudiễndướidạngsau: M=k m I s Sinq (1.5) với: k m :hệsốphụthuộctừtrườngrôtovàcấutạostato. Is:dòngđiệnquadâyquấnstato. Từbiểuthức(1.5)tanhậnthấy: Mômenquaycósựdaođộngtheogócquay q. Ứngvớivịtrígóc qlàmchomômenquaycủađộngcơnhỏhơnmômen tĩnhtrêntrụcđộngcơthìđộngcơkhôngthểquay. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com GiáotrìnhMáy điệnđặcbiệt– NguyễnTrọngThắng T r a n g |9 Nhữnghạnchếnàycóthểđượckhắcphụcbằngcáchtăngsốcuộndâyquấn trênstator.Khiấybiểuthức(1.5)cóthểviếtlạinhưsau: M=k m I s cos(q q c /2) (1.6) trongđó: q c làgócgiữatrục2cuộndâykếtiếpnhau. Khisốcuộndâycànglớn ® q c càngbé ®M=const.Nhưngkhisốphacủa cuộnstatortăngdẫnđếnsốphầntửcảmbiếntăngvàmạchđảochiềutrởnênphứctạp. Nêntrongthựctếsốphacủadâyquấnthườngkhôngvượtquábốn. Ngoàiracáchđấucáccuộndâytrênmạchstatocũnglàmthayđổiđộlớnvàđộ daođộngcủamômen.Hình1.12trìnhbàymộtsốcáchđấuthườngthấy. a. đấutamgiác. b. đấusao. c. đấusongsongvớinguồn. d. đấunốitiếpvớinguồn. Hình1.12.Sơđồkếtnốigiữacácphađộngcơkhôngchổithan. Trong các cáchđấu trên thì đấu tam giác sẽ cho hiệu suất cao nhất,độ dao độngcủamômenlàbénhất.Cáchđấusongsongcóbộđổichiềuđơngiảnnhất. ) 2 (sin ) 2 ( c c q q Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com . http://www.simpopdf.com Giáo trình Máy điện đặc biệt – NguyễnTrọngThắng T r a n g |1 CHƯƠNG1 MÁYĐIỆNMỘTCHIỀUĐẶCBIỆT 1.Đại Cương Máy điênmộtchiềuchủyếuđượcchếtạothànhđộngcơhay máy phát điện,  nhưngtrongnhiềungànhkỹthuậtchuyênmôn đặc biệt máy điện mộtchiềuđượcchế tạodướinhiều. http://www.simpopdf.com Giáo trình Máy điện đặc biệt – NguyễnTrọngThắng T r a n g |17 Khikhôngcótialửa điện thì điện trởcủakhehởphóng điện làrấtlớndòng điện sẽđitừcựcdươngqua điện trởR 2 ,quađộngcơ,qua điện trởR 1 rồivềcựcâm. Chiềucủadòng điện nhưtrênlàmchoSMquaytheohướngmàphầntửnénRUnén điện cựcvềphíaphầntửAlàmgiảmđộlớncủakhehởphóng điện. Khiđộrộngcủa khehởphóng điện đủbécáctụPGsẽxã điện lúcnày điện ápđạtđến điện ápđánh thủng,sựđánhthủng(phóng điện) xảyra.Khicósựphóng điện nhưtrênthì điện trở củakhehởphóng điện giảmđộtngộtdòng điện quaSMđổichiềulàmchođộngcơ SMcũngđảochiềuquay,kéotheo điện cựcAlàmnóchuyểnđộnghướngraxaB. Điện trởcủakhehởphóng điện lạiphụchồi,chukỳcứnhưthếlặplại. 6. Máy PhátTốcĐoTốcĐộ. |6 Đểthựchiệnđượcđiềuđó, đặc tuyếnngoàicủa máy phát điện phảithậtdốc. Muốncó đặc tuyếntrên,ngườitachếtạoloại máy phát đặc biệt cósơđồcấutạonhư Hình1.8. Hình1.8 .Sơđồcấutạocủa máy pháthàn điện.  Máy gồmmộtđôicựckép,trongđóN 1 S 1 thườngcómạchtừkhôngbãohoà, cònN 2 S 2 thìrấtbãohoà. Phầnứngcủa máy phátcóthểxemnhưđượcchialàm4phần.CácphânAcvà BbtạonênphảnứngphầnứngkhửtừđốivớicặpcựctừN 1 S 1 ,còncácphầnAbvàBc tạonênphảnứngphầnứngtrợtừđốivớicáccựcN 2 S 2 . NhưvậykhiI ư tăngtừthôngcáccựcN 2 S 2 hầunhưkhôngđổidolõithépcủanó bịbãohoà.KếtquảlàtừthôngtổngN 1 N 2 –S 1 S 2 giảmnhanhlàmcho điện ápđầucực U AB bịhạthấprấtnhiều. Chúýrằng điện ápU AB vẫngiữkhôngđổikhiI ư tăngvìtừthôngcủacáccựcN 2 S 2 khôngđổi. ỨngvớicáctrịsốkhácnhaucủaR đc tacócác đặc tínhngoàikhácnhaunhưtrên Hình1.7. 4. Máy Điện MộtChiềuKhôngTiếpXúc Vớisựpháttriểncủacôngnghệbándẫn,cácnhàsảnxuất máy điện đãchếtạo racácloại máy điện mộtchiềukhôngsửdụngvànhgópvàchổithanhaycòngọilà máy điện mộtchiềukhôngtiếpxúc. Đặc điểmcủaloại máy điện nàylàlàmviệctin cậy,khôngtạotialửa điện, khônggâynhiễuvàcótuổithọcaohơnsovớicácloại độngcơmộtchiềuthôngthường.Trongphầnnàysẽ trình bàyloạiđộngcơnày. 4.1.Cấutạo. Độngcơkhôngtiếpxúcmộtchiềucócấutạotừbathànhphầnchínhsau: 1.Độngcơkhôngtiếpxúcvớicuộnứngm–phatrênstatovàrôtokíchthích bằngnamchămvĩnhcửu. Simpo