Đang tải... (xem toàn văn)
chương máy điện một chiều đhqg đh bách khoa tphcm C8 csktd may dien mot chieu chương máy điện một chiều đhqg đh bách khoa tphcm C8 csktd may dien mot chieu
Trang 1MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU• Giới thiệu - Cấu tạo• Nguyên lý hoạt động• Moment điện từTrang 2Giới thiệu - Cấu tạoBMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 4Giới thiệu - Cấu tạoBMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 5Ổ trụcrãnh nghiêngCổ gópTrang 6Giới thiệu - Cấu tạoBMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 7Ưu điểm:-Dễ điều khiển tốc độ.-Moment khởi động lớn.❖ Máyđiện AC không thể chạy quá tốc độ đồng bộ do bị giới hạnbởi tần số Nếu tăng tần số thì bị giới hạn vì tổn hao trong sắt từ.Khuyết điểm:-Giá thành đắt do cấu trúc phức tạp và to lớn(so với động cơ không đồng bộ)-Cần bảo trì thường xuyên-Không dùng được trong môi trường dễ cháy nổSử dụng với nguồn điện một chiều, thiết bị di độngTrang 8Nguyên lý hoạt động máy điện một chiềuBMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 10Nguyên lý hoạt động máy điện một chiềuBMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 12Dây quấn máy điện một chiều (tt)Số chổi thanSố cực Số mạch nhánh song song a = Số cực từ pBMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 13Số mạch nhánh song songDây quấn sóng (4 cực)1 phần tửTrang 14Moment điện từKhảo sát máy điện DC đơn giản 2 cực, rotor có 1 phần tử có 2 phiến góp-Từ thông móc vòng dây quấn phần ứng λa(rotor λr) và dây quấn phần cảm λf (statorλs):đảo chiều,nên:;0;0 − = − BMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 15faI I= Va: điện áp nguồn phần ứngRa: điện trở dây quấn phần ứngđảo chiều,nên:;0;0 − = − ( , , )ai iafTrang 16BMTBD-CSKTĐ-PVLong KÍCH TỪ MÁY ĐIỆN DCTrang 17kích từ độc lậpifvfTrang 18KÍCH TỪ MÁY ĐIỆN DCkích từBMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 20+vf_ifTrang 21Ea= GmifTrang 22Nguyên lý hoạt động máy điện một chiềuTrang 23Mạch điện tương đương Máy phát điện DC kích từ độc lậpTrang 25? V20An=1000 vòng/phúta) Tính điện áp không tải?b) Tính công suất và moment điện từ?c) Tính điện áp tải khi dòng tải 20A?PE ITrang 26BMTBD-CSKTĐ-PVLong MÁY PHÁT ĐIỆN DC – Kích từ độc lậpĐặc tính V-A của máy phát DCKT độc lậpTrang 28d) Tính hiệu suất của máy phát?e) Tính moment cơ kéo máy phát? Trang 29Biết tổn hao cơ 80W.d) Tính hiệu suất của máy phát?e) Tính moment cơ kéo máy phát? PcơTrang 30Một máy phát DC kích từ độc lập có điện áp không tải 120V, điện trở phần ứng 0,5 Ở định mức, dòng kích từ là 2,1A, tốc độ là 1600 vòng/phút, dòng phần ứng 5A, tổn hao quay 40W:a) Tính công suất điện từ định mức?b) Tính công suất và moment cơ định mức của máy phát?c) Tính hiệu suất ở định mức? Điện trở kích từ là 10.Mạch từ tuyến tính, tính sức điện động của máy phát khi:d) Dòng kích từ tăng lên 2,8A? e) Dòng kích từ tăng lên 2,5A và tốc độ giảm xuống còn 1450 vòng/phút?Nếu mạch từ không còn tuyến tính, nhận xét!MÁY PHÁT ĐIỆN DC – Kích từ độc lậpTrang 31( af )nTrang 33PoutTrang 34Máy phát DC kíchtừ song song phát công suất định mức200kWở điện áp 600V Máy có điện trở phần cảm là 250,điện trở phần ứng là 0,234 Biết tốc độ quay luôn không đổivàbằng 1000 vòng/phút.a)Tính sức điện động của máy phát ở định mức? b)Tính moment điện từ kéo máy phát? c)Tính hiệu suất của máy phát? Tổn hao cơ 10 kW.MÁY PHÁT ĐIỆN DC – Kích từ song songRaRfiaTrang 35Đặc tính V-A của máy phát DCKT độc lậpTrang 36MÁY PHÁT ĐIỆN DC – Kích từ hỗn hợpBMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 37Đặc tính V-A của máy phát DCKT độc lậpTrang 38Cho máy phát 100-kW, 250V, 400A, kíchtừ hỗn hợp cộng rẽdài Ra=0,025Ω, Rs=0,005Ω Dòng kích từ song song là4,7A.Tốc độ máy phát là 1150RPM Ở định mức, tính sứcđiện động, moment điện từ và hiệu suất của máy phát? Biếttổn hao cơ là 2 kW.Giải lại nếu hỗn hợp rẽ ngắn?MÁY PHÁT ĐIỆN DC – Kích từ hỗn hợpTrang 39điện năngcơ E = Gmifđiện năngcơ iaTrang 40Nguyên lý hoạt động Động cơ điện một chiềuBMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 42VER IBMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 43divR iLkích từifTrang 45Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lậpGITrang 46-Công suất điện từ:(=công suất cơ) Pe=EIaPm=PcoTrang 48 =aa amVR IGITrang 49( )0−Trang 50f) Tính tốc độ không tải lý tưởng?g) Tính tốc độ không tải thực tế? Biết tổn hao cơ 80W.h) Tính tốc độ khi công suất tải là 500W? Biết tổn hao cơ vẫn 80W.a) Tính công suất và moment điện từ?b) Tính moment trên tải? Biết tổn hao cơ 80W.c) Tính hiệu suất của động cơ?d) Tính dòng điện và moment khởi động?e) Tính lại tốc độ động cơ nếu moment điện từ còn ½?n=1000 vòng/phútPcơ=Trang 51mức phần ứng Va= 300VDC và Ia= 60A,điện trở phần ứng Ra=0,2Ω Dòng điện kích từ (phần cảm) If= 2A vàhằng số G= 1,5H.Tínhtốc độ vòng/phút,côngsuấtvàmomentcủa động cơ?Công suất cơ trên trục động cơ:Trang 52Động cơ DC kích từ độc lậpBMTBD-CSKTĐ-PVLong thông số định mức như sau: Va= 240 V; Ia= 20 A; Ra= 1 , nr_noload= 2400 vòng/phút (tốc độ không tải) Bỏ qua tổn hao sắt, ma sát và quạt gió; mạch từ chưa bão hòa, hãy tính:a/ Tốc độ và mômen động cơ khi đầy tải?b/ Mômen và dòng khi khởi động?c/ Giả sử mômen bằng ½ định mức, dòng kích từ phải được điều chỉnh như thế nào để động cơ vẫn hoạt động ở tốc độ định mức (dòng phần ứng không được vượt quá dòng định mức)?Trang 53nam châm vĩnh cửu, có các thông số định mức như sau: 24 V, 1,5 A, 1000 vòng/phút Khi đem động cơ nói trên làm thí nghiệm ngắn mạch và thí nghiệm không tải thu được các số liệu sau:+ Thí nghiệm ngắn mạch (khóa chặt rotor): 3 V, 1,5 A.+ Thí nghiệm không tải: 24 V, 0,05 A.Bỏ qua tổn hao sắt Tổn hao quay (do ma sát và quạt gió) là không đổi Hãy tính:a/ Điện trở phần ứng, và tổn hao quay?b/ Mômen đầu ra (đầu trục, hữu ích) khi động cơ hoạt động ở chế độ định mức?c/ Tốc độ động cơ trong thí nghiệm không tải?Trang 54Động cơ DC kích từ độc lập (tt)Đặc tính moment - tốc độChế độ hãm: Pa> 0 và Pm< 0Chế độmáy phát điện: Pm< 0 và Pa< 0, khi ωm>Va/(GIf).Chế độ động cơ điện: Pa> 0 và Pm> 0, khi ωm< Va/(GIf).GI VRBMTBD-CSKTĐ-PVLong Ở chế độ hãm, máy điện nhận công suất điện từ nguồn điện vào phần ứng và công suất cơ trên trục động cơ → chuyển thành năng lượng nhiệt Joule tiêu tán trên điện trở phần ứng Ra.Trang 56Động cơ DC kích từ song songBMTBD-CSKTĐ-PVLong Lf+Trang 57nguồn cung cấp cho động cơ là 300VDC thì dòng điện là 30A, điện trở phần kích từ (phần cảm) là 100Ω, điện trở phần ứng là 0,2Ω Tính tốc độ vòng/phút, công suất, momentvà hiệu suất của động cơ?-Dòng điện kích từ:-Dòng điện phần ứng:3 A100EGITrang 58Động cơ DC kích từ song song Ví dụBMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 60Động cơ DC kích từ nối tiếpTrang 61TTrang 63▪Sơ đồ đấu dâyvới ωe: tần số góc củanguồn điện AC++ ++-Dòng điện phần ứng:(ở trạng thái xác lập)-Moment điện từ tức thời:-Moment điện từ trung bình:Với nguồn điện xoay chiều, dòng điện phần cảm và phần ứng cùng đổi chiều Chiều quay của động cơ không đổi.Video: Circular saw Điện áp nguồn AC được chỉnh lưu có điều khiển bằng SCR, triac…để giảm giá trị hiệu dụngdòng điện dẫn đến giảm momentTrang 64Động cơ DC kích từ nối tiếp – Ví dụ89Động cơ một chiều kích từ nối tiếp Khi nối vào nguồn 220VDC thì dòng điện phần ứng là 25 A, và tốc độ là 300 rpm Cho điện trở dây quấn phần ứng Ra= 0,6Ω và điện trở cuộn cảm (kích -Công suất cơ (=công suất điện từ)trên trục động cơ:Ra+ RfMĐTT động cơ DC kích từ nối tiếp(2200,60, 425 25)48754875BMTBD-CSKTĐ-PVLong b) Tính lại tốc độ, Pcơ, Tcơ khi dòng điện còn 12,5A?Trang 65Ea RaCuộn nối tiếpCuộn song songMáy điện DC kích từ hỗn hợp rẽ dàiCuộn nối tiếpCuộn song songTrang 66Động cơ điện DC91%TđmTrang 67điện trở phần ứng Ra= 0,1Ω Điện áp nguồn 120V Khi dòng điện phần ứng là 100A, động cơ chạy tốc độ 1500 vòng/phút Tính tốc độ tương ứng với các dòng tải sau:a) Khi tải thay đổi, ứng với dòng điện phần ứng là 50A?b) Khi không tải (lý tưởng, dòng phần ứng bằng 0)?c) Nhận xét phần trăm suy giảm tốc độ các trường hợp trên so với tốc độ không tải?d) Khi không tải với công suất tổn hao cơ là 250W? (*)MĐTT Động cơ DC Trang 68MĐTT Động cơ DC kích từ độc lập120 100110120 500,1115Trang 69tổn hao thép và tổn hao cơ là 650W(bỏ qua phản ứng phần ứng, điện áp rơi trên tiếp xúc chổi than và cổ góp).Khi điện áp nguồn cung cấp là 230V thì dòng điện là 48A và tốc độ là 720 vòng /phút Xác định:1-Moment và công suất điện từ của động cơ?2-Moment và công suất hữu ích trên đầu trụcđộng cơ?3-Hiệu suất động cơ?La+ LfRa+ RfMĐTT động cơ DC kích từ nối tiếpNmTrang 70= ==+MĐTT động cơ DC kích từ nối tiếp 224 rad/giay60Trang 71Khi hoạt động ở chế độ máy phát DC kích từ độc lậpvới dòng điện kích từ 3A và tốc độ 1000 vòng/phút thì điện áp hở mạch là 250V.1-Nếu máy điện được nối như một động cơ DC kích từ nối tiếpvà nối vào nguồn cung cấp 350VDC Xác định moment cùa động cơ ở chế độ xác lập khi tốc độ là 2000 vòng /phút.2-Nếu tải của động cơ là 10 N.m Xác định điện áp nguồn cung cấp cho động cơ để tốc độ là 800 vòng/phút Ea=250V1000 vòng/phútđiện áp hở mạch là 250V G=Trang 72Bài tập22 rad/giay60603La+ LfRa+ RfMĐTT động cơ DCkích từ nối tiếpTrang 73Nđm=1150vòng/phút, dòngđiện kích từ If=5A.Điện trở mạch phần ứngRa= 0,02Ω, điện áp tiếp xúc trên 2 chổi than Vtx= 2V.(Côngsuất cơ trên đầu trục), Vđm= 110V,ηđm= 0,86.Tính: 1.Tốc độ định mức (khi tải Pđm)2.Tốc độ khi không tải (xem tổn hao cơ do ma sát bằng không)Vtx= 2V.Trang 741 MĐTT máy phát DC kích từ song songKhi làm việc ở chế độ máy phát (Chế độ xác lập)VVTrang 7510151086 vòng/phút102,82Tốc độ khi động cơ không tải N20.Tốc độ định mức N2của động cơ DC (khi tải Pđm=15kW)Vtx= 2V.Trang 765 Bài tậpMột động cơ DC kích từ độc lập (bởi nam châm vĩnh cửu) có tốc độ là 3000vòng/phút khi dòng điện phần ứng là 5 A Điện áp đặt vào đầu cực phần ứng là 24 V Điện trở mạch phần ứng là Ra= 0,24 Ω1 Tính giá trị dòng điện mở máy lý thuyết khi đóng điện trực tiếp vào động cơ, ứng với tải nói trên2 Xác định giá trị của điện trở ngoài cần thêm vào mạch phần ứng để giới hạn dòng điện mở máy là 12 A3 Nếu mômen tải được tăng gấp đôi so với tải nói trên, hãy xác định tốc độ của động cơ ở tải mới này4 Giả sử một bộ biến đổi công suất được dùng để thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ theo ý muốn, hãy tính điện áp ngõ ra của bộ biến đổi để động cơ có tốc độ là 1500 vòng/phút ở cùng điều kiện tải với câu 3BMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 771000, 24RextTrang 78Bài tậpMột động cơ DC kích từ độc lập (bởi nam châm vĩnh cửu) có tốc độ là 3000 vòng/phút khi dòng điện phần ứng là 5 A Điện áp đặt vào đầu cực phần ứng là 24 V Điện trở mạch phần ứng là Ra= 0,24 W.1 Tính giá trị dòng điện mở máy lý thuyết khi đóng điện trực tiếp vào động cơ, ứng với tải nói trên2 Xác định giá trị của điện trở ngoài cần thêm vào mạch phần ứng để giới hạn dòng điện mở máy là 12 A3 Nếu mômen tải được tăng gấp đôi so với tải nói trên, hãy xác định tốc độ của động cơ ở tải mới này4 Giả sử một bộ biến đổi công suất được dùng để thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ theo ý muốn, hãy tính điện áp ngõ ra của bộ biến đổi để động cơ có tốc độ là 1500 vòng/phút ở cùng điều kiện tải với câu 3BMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 79Do đó, khi mômen tải tăng gấp đôi thì dòng điện phần ứng cũng sẽ tăng gấp đôi, nghĩa là: Ia2= 5x2= 10ASức điện động mới ứng với dòng điện phần ứng này:Sức điện động ứng với dòng điện phần ứng trước khi tăng mômen: Do đó, sức điện động ứng với tốc độ N3=1500 vòng/phút sẽ làTrang 806 Bài TậpMáy điện một chiều 25 kW, 125 V kích từ độc lập Điện trở phần ứng Ra= 0,02 Ω.Máy đang làm việc ở tốc độ 3000 vòng/phút với dòng kích từ sao cho điện áp phần ứng khi hở mạch là Ea= 125 V a/ Tính dòng phần ứng, công suất điện tiêu thụ (trên phần ứng), công suất điện từ và moment điện từ khi điện áp cung cấp ở đầu cực máy điện là 128 V? Tốc độ của máy điện bây giờ là 2950 vòng/phút, với dòng kích từ có giá trị không đổi như giá trị trong câu trên.b/ Điện áp cung cấp ở đầu cực máy điện bây giờ là 125 V, tính dòng điện phần ứng, công suất điện tiêu thụ và moment điện từ, khi ấy máy làm việc ở chế độ máy phát hay động cơ? Máy điện DC kích từ độc lậpBMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 81Máy điện DC kích từ độc lập-Công suất điện từ :-Công suất điện cung cấp cho phần ứng:Nhận xét: Máy điện hoạt động ở chế độ động cơ Công suất điện từ 12,783KW nhỏ hơn công suất điện nhận vào 13KW do có tổn hao trên điện trở dây quấn phần ứng.Trang 82Máy điện DC kích từ độc lậpTốc độ của máy điện bây giờ là 2950 vòng/phút,với dòng kích từ có giá trị không đổi như giá trị trong câu trên.b/ Điện áp cung cấp ở đầu cực máy điện bây giờ là 125 V, tính dòng điện phần ứng, công suất điện tiêu thụ và moment điện từ, khi ấy máy làm việc ở chế độ máy phát hay động cơ? BMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 83Máy điện DC kích từ độc lậpaaaTrang 84thụ dòng điện 7,45 A Giả sử tổng tổn hao quay và tổn hao lõi thép là không đổi trong điều kiện hoạt động từ không tải đến định mức Động cơ đang làm việc ở điện áp định mức.a)Xác định dòng điện phần ứng định mức b)Xác định tốc độ không tải của động cơ c)Xác định giá trị điện trở thêm vào mạch phần ứng, để hạn chế dòng điện mở máy có giá trị tối đa bằng 2 lần dòng điện định mức BMTBD-CSKTĐ-PVLong Trang 85Suy ra, công suất điện từ định mức(tính từ công suất định mức và tổn hao quay và lõi thép)18000 819, 5 18819, 5W+=Từ đó, thành lập được phương trình bậc hai theo Ia, giải ra được hai nghiệm:dien tua aP=E IEa=Va−Ra aIIa= 6295A (loại, vì quá lớn)Ia.đm= 176A(đây là dòng điện phần ứng định mức)b) Sức điện động khi không tải:Ea0=Va−R Ia a0=109, 9VSức điện động định mức:Ea dm.=Va−R Ia a dm.=107VTốc độ không tải:c) Dòng điện phần ứng cho phép tối đa khi mở máy: Ia= 2x176 = 352ASuy ra điện trở cần thêm vào mạch phần ứng:1100.0170, 2955Ta có: