›
›

Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Bài: Máy điện một chiều

Download
Biến đổi năng lượng  
điện cơ  
-Máy điện một chiều  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Máy điện DC – Giới thiệu  
Có đặc tính cơ (moment-tốc độ) ưu việt. Dễ dàng trong việc điều khiển tốc độ.  
Cả cuộn stator (kích từ) và cuộn rotor (phần ứng) đều có mang dòng DC.  
Với cùng chi tiết kĩ thuật, máy điện DC đắt hơn máy điện AC. Cuộn kích từ  
trong máy DC công suất nhỏ có thể được thay thế bằng nam châm vĩnh cửu.  
Cuộn kích từ ở stator được cấp bởi dòng DC, hay dùng nam châm vĩnh cửu,  
để tạo ra từ trường tĩnh. Dòng rotor được cấp qua chổi than và cổ góp. Cổ góp sẽ  
thay đổi chiều dòng điện trong các cạnh của khung dây để cho từ trường stator  
và rotor vuông góc với nhau. Moment tạo ra càng lớn thì việc điều khiển càng đơn  
giản.  
Động cơ vạn năng có thể chạy được với điện áp AC mặc dù được xếp loại là  
động cơ DC.  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Máy điện DC – Cấu tạo  
Armature with  
skewed slots  
Lõi từ rotor làm bằng các lá  
thép, có rãnh. Mỗi cạnh của cuộn  
được đặt trong rãnh và nối với  
một vành góp.  
Commutator  
Lõi stator có thể không dùng  
lá thép (do kích từ DC) và  
được gắn cố định vào vỏ máy.  
Bea
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Máy điện DC – Nguyên tắc hoạt động  
Magnetic poles  
Xét một máy DC đơn giản như hình  
bên.  
Mỗi cạnh của khung được nối tới một  
vành góp.  
Khi cạnh khung quay từ cực này sang  
cực kia, vành góp cũng chuyển sang chổi  
than đối diện. Điều này sẽ làm đổi chiều  
dòng điện trong cạnh khung, dẫn đến  
chiều moment không đổi cho dù cực tính  
của từ trường thay đổi.  
Brushes  
Commutator  
Rotor coil  
dLsr  
  
T e  
ir ,is ,iris  
Dùng đồng năng lượng, moment là  
d  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Máy điện DC thực tế  
Máy điện DC thực tế có nhiều vành góp và cuộn rotor (Fig. 8.4). Vành góp  
dùng làm cho trục từ phần ứng vuông góc với trục từ stator moment không đổi.  
Về tổng quát, moment tỉ lệ với dòng phần ứng và dòng kích từ:  
T e Giaif  
Mạch tương đương và các phương trình động học tương ứng:  
_
La  
Ra  
dif  
dt  
+
vf  
if  
vf Rf if Lf  
+
va  
_
Rf  
ia  
Gmif  
Lf  
Back EMF  
dia  
va Raia La  
Gmif  
dt  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Máy điện DC thực tế (tt)  
Giả sử tại xác lập với điện áp, tốc độ là hằng số, quan hệ công suất là  
P Va Ia Ra Ia2 Gm Ia I f  
Công suất phần ứng  
a
Công suất kích từ Pf Vf I f Rf I 2f  
Công suất cơ Pm T em GIa I f m  
Có thể thấy rằng công suất cơ đến từ phần ứng, do đó có thể dùng nam châm  
vĩnh cửu thay cho cuộn kích từ trong các máy công suất nhỏ.  
Cuộn phần ứng và kích từ có thể được nối theo nhiều cách tương ứng với các  
ứng dụng khác nhau. Có 3 pp chính: kích từ độc lập, kích từ nối tiếp và kích từ  
song song.  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Máy điện DC kích từ độc lập  
Cuộn kích từ và cuộn phần ứng được cấp nguồn độc lập với nhau. Cuộn kích  
từ thường được nối với nguồn điện áp hằng số, tạo ra từ trường không đổi. Tốc  
độ và moment của máy được điều khiển bằng dòng phần ứng.  
Ở xác lập, có các quan hệ sau  
Bm GI f Ia T  
Va Ra Ia Gm I f  
Va Gm I f  
load  
Torque-speed  
Dẫn tới  
Va Gm I f  
Ia   
T e GI f  
Ra  
Ra  
Đặc tính cơ là đường thẳng  
Va  
m   
Ra  
Ra  
T e m0   
2 T e  
   
2
GI f  
   
GI f  
GI f  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Đặc tính cơ  
Quá trình thắng xuất hiện khi công suất được đặt vào cả phần ứng (Pa > 0) và  
trục(Pm < 0), và tất cả các công suất này bị tiêu tán ở điện trở phần ứng Ra.  
Quá trình máy phát tương ứng với Pm < 0 và Pa < 0, và xuất hiện khi m >  
Va/(GIf). Quá trình động cơ xuất hiện khi Pa > 0 và Pm > 0 (Fig. 8.7).  
Bằng việc thiết lập dPm/dm = 0 và giải  
Increasing Va  
m  
tìm m, tốc độ tại công suất cực đại có thể  
tìm được  
Va2  
Va  
Pmmax   
và  
mP   
2GI f  
4Ra  
Tốc độ có thể được điều khiển dễ dàng  
bởi việc thay đổi điện áp phần ứng Va.  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Te  
Bộ môn Thiết bị điện  
Máy điện DC kích từ nối tiếp  
Cuộn kích từ và cuộn phần ứng được nối tiếp, ta có mạch tương đương như  
sau.  
La + Lf  
Ra + Rf  
di  
dt  
   
v Ra Rf i La Lf  
Gmi  
+
i
T e Gi2  
v
Gmi  
_
Quá trình xác lập với điện áp hằng số  
được mô tả bởi  
m  
V
I   
Increasing V  
Ra Rf Gm  
V 2  
T e G  
2
Ra Rf Gm  
Bộ môn Thiết bị điện  
Te  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Động cơ vạn năng  
Động cơ vạn năng về bản chất là động cơ DC kích từ nối tiếp, có thể hoạt  
động với nguồn DC hay AC. Khi chạy từ nguồn AC, điện cảm của các cuộn dây  
cần được xem xét.  
Quá trình xác lập có thể được mô tả bởi  
V
I  
2
2
2
   
Ra Rf Gm La Lf e  
GV 2  
Taev GI 2   
2
2
2
   
Ra Rf Gm La Lf e  
Trong đó e là tần số điện.  
Điện áp AC đầu vào có thể được cắt dùng các mạch SCR hay triac để giảm  
giá trị rms của dòng điện, vì vậy làm giảm moment của động cơ.  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Máy điện DC kích từ song song  
Cuộn kích từ và cuộn phần ứng được nối song song, mạch tương đương như  
sau.  
dif  
dt  
La  
i
Ra  
v Rf if Lf  
+
v
ia  
dia  
Rf  
Lf  
v Raia La  
Gmif  
dt  
Gmif  
T e Giaif  
if  
_
Quá trình xác lập với điện áp vào hằng số  
v = V,  
V Gm I f  
Rf Gm  
V
T e GIa I f GV 2  
Ia   
I f   
R2f Ra  
Ra  
Rf  
Điều khiển tốc độ bằng cách dùng điện trở nối tiếp cuộn kích từ.  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Máy phát DC kích từ song song  
Máy điện kích từ song song có thể hoạt động như một máy phát, với một tải RL  
nối như sau.  
dif  
dt  
La  
i
Ra  
v Rf if Lf  
+
ia  
Rf  
Lf  
dia  
dt  
v Gmif Raia La  
v
RL  
Gmif  
if  
v RL ia if  
_
Quá trình xác lập với điện áp vào hằng số  
v = V,  
V I f Rf Gm I f Ra Ia RL Ia I f  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Máy điện DC kích từ hỗn hợp và khởi động  
Trong một máy kích từ hỗn hợp, một phần cuộn kích từ được nối tiếp, phần  
còn lại nối song song với cuộn phần ứng. Có 4 kiểu kết hợp khác nhau cho 2  
phần của cuộn kích từ.  
Nguyên nhân chính của việc sử dụng kiểu kích từ hỗn hợp là để giới hạn dòng  
phần ứng tại tốc độ thấp.  
Khi khởi động hay chạy ở tốc độ thấp, sức điện động cảm ứng rất nhỏ so với  
điện áp cung cấp, vì vậy sẽ tạo ra dòng điện rất lớn (chỉ bị giới hạn bởi điện trở  
phần ứng). Một điện trở ngoài được dùng để giảm dòng điện xuống mức cho  
phép có thể gây ra thêm tổn hao công suất.  
Một phương pháp để khởi động động cơ là dùng bộ biến đổi công suất để điều  
chỉnh điện áp trung bình đặt vào cuộn phần ứng, gọi là kỹ thuật điều rộng xung  
PWM.  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Động cơ không đồng bộ một pha  
Hai cuộn stator được đặt lệch 900 có thể tạo ra từ trường quay khi được cấp  
dòng điện 2 pha. Nếu có thể tạo ra dòng điện 2 pha từ nguồn 1 pha, thì động cơ  
KĐB một pha có thể hoạt động.  
Có thể thấy rằng với chỉ một cuộn kích từ, máy điện KĐB một pha có thể chạy  
theo một chiều nào đó, nhưng không có moment khởi động.  
Trong thực tế, một cuộn dây phụ được thêm vào máy KĐB 1 pha, và có các pp  
để tạo ra moment ban đầu: split-phase, capacitor-start, permanent-split capacitor,  
capacitor-start/capacitor-run, split-phase start/capacitor-run, and shaded-pole.  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Động cơ không đồng bộ một pha  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Các kiểu động cơ không đồng bộ một pha  
Capacitor-start  
Permanent-split  
capacitor  
Split-phase  
Capacitor-start/  
capacitor-run  
Split-start/  
capacitor-run  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Động cơ kđb 1 pha  
-Từ thông đập mạch tạo  
bởi cuộn dây chính có thể  
phân tích thành 2 thành  
phần quay ngược chiều  
nhau và bằng nhau  
moment tổng bằng 0.  
-Nếu rotor đc quay theo  
một chiều nào đó, 1 thành  
phần từ thông làm việc ở  
chế độ động cơ, thành  
phần kia ở chế độ hãm.  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Động cơ kđb 1 pha  
-Dùng cuộn dây phụ để tạo  
thành động cơ 2 pha  
-Cuộn phụ đặt lệch 900 trong  
không gian so với cuộn  
chính  
-Có thể dùng tụ điện để làm  
tăng góc lệch pha giữa 2  
cuộn  
Đảo chiều ?  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Cuộn chính và cuộn phụ  
Bộ môn Thiết bị điện  
Biến đổi năng lượng điện cơ  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 31 trang baolam 25960 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Biến đổi năng lượng điện cơ - Bài: Máy điện một chiều", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_bien_doi_nang_luong_dien_co_chuong_8_may_dien_mot.pdf