Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 9: Máy điện DC

1
29.1. CẤU TẠO MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU (DC)
ĐẶC ĐIỂM ROTOR.
9.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:
 CHẾ ĐỘ MÁY PHÁT – SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHẦN ỨNG.
 CHẾ ĐỘ ĐỘNG CƠ – SỨC PHẢN ĐIỆN PHẦN ỨNG
9.3. PHÂN LOẠI VÀ MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG MÁY ĐIỆN DC:
 TRƯỜNG HỢP MÁY PHÁT ĐIỆN DC
 TRƯỜNG HỢP ĐỘNG CƠ DC.
9.4. HIỆU SUẤT VÀ GIẢN ĐỒ NĂNG LƯỢNG:
TRƯỜNG HỢP MÁY PHÁT ĐIỆN DC.
 TRƯỜNG HỢP ĐỘNG CƠ DC.
9.5. CÁC ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ DC:
ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ.
 ĐẶC TÍNH CƠ 
39.1. CẤU TẠO
Máy điện DC có hai thành phần chính:
STATOR (Phần cảm)
Nhiệm vụ: 
 Tạo thành từ trường kích thích DC.
ROTOR (Phần ứng)
Nhiệm vụ:
Tạo thành áp DC khi được quay bởi động
cơ sơ cấp (lúc hoạt động theo chế độ máy phát ).
Tạo ra cơ năng khi được cấp dòng DC qua
dây quấn (lúc hoạt động theo chế độ động cơ).
 Thành phần phụ tạo liên lạc giữa phần ứng với 
mạch ngoài là hệ thống cổ góp và chổi than.
4STATOR (PHẦN CẢM)
ROTOR 
(PHẦN ỨNG)
5STATOR (PHẦN CẢM)
CỰC TỪ NAM CHÂM 
VĨNH CỬU
6STATOR 
(PHẦN CẢM)
CỰC TỪ QUẤN DÂY
7
8
9ROTOR (PHẦN ỨNG) 
ĐANG THI CÔNG QUẤN DÂY
10
ROTOR (PHẦN ỨNG) 
ĐÃ QUẤN DÂY HOÀN TẤT
11
CỔ GÓP
ROTOR CÔNG SUẤT 
TRUNG BÌNH
CỔ GÓP
ROTOR CÔNG SUẤT NHỎ
12
Ổ CHỔI THAN
13
Ổ CHỔI THAN
14
CỔ GÓP VÀ CHỔI THAN
15
16
KẾT CẤU CỦA MÁY ĐIỆN DC
17
ĐẶC ĐIỂM CỦA ROTOR
18
PHƯƠNG PHÁP QUẤN DÂY ROTOR MÁY ĐIỆN DC
19
Dây quấn rotor luôn tạo thành hệ kín .
Số nhánh song song của dây quấn rotor là 2 hay 
bội số của 2 .
Số nhánh song song trên rotor là 2a a 
20
9.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
TRƯỜNG HỢP MÁY PHÁT ĐIỆN DC
 Giả sử máy điện có 2p = 2 cực và dây quấn
trên rotor xem tương đương với một khung dây.
CẤP ÁP DC VÀO
DÂY QUẤN KÍCH 
THÍCH ĐỂ TẠO 
THÀNH DÒNG IKT
DÙNG ĐỘNG CƠ
SƠ CẤP QUAY 
TRÒN PHẦN ỨNG 
VỚI TỐC ĐỘ n
 DÒNG IKT TẠO 
THÀNH SỨC TỪ 
ĐỘNG KÍCH THÍCH 
VÀ SINH RA TỪ
THÔNG KT
CÁC THANH DẪN
TRÊN PHẦN ỨNG 
CHUYỂN ĐỘNG VÀ 
CẮT ĐƯỜNG SỨC TỪ 
TRƯỜNG KÍCH THÍCH
HÌNH THÀNH 
SỨC ĐIỆN 
ĐỘNG TRÊN 
PHẦN ỨNG
21
22
SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN DC 
 Sức điện động sinh ra trên 
một thanh dẫn phần ứng.
e B v 
Quan hệ giữa vận tốc dài 
với tốc độ n
D Dv . 2 n Dn
2 2
  
Quan hệ giữa sức điện động e với kích thước 
hình học của rotor
 e B v D B.n  
23
Quan hệ giữa sức điện động e với từ thông kích 
thích qua một cực từ.
 D  :Diện tích xung quanh của hình trụ rotor
 Với máy điện có 2p cực , diện tích xung quanh là 
diện tích của 2p cực từ. 
 Gọi A là diện tích 1 cực từ ta có kết quả sau:
 D 2p.A 
 e D B.n 2p.A.B.n 2p A.B n Hay
Gọi (A.B) = m là từ thông kích thích cực đại ta có :
me 2p. .n 
24
 Tổng quát hóa cho trường hợp rotor phần ứng 
chứa N thanh dẫn và có 2a mạch song song
Tổng số thanh dẫn trên một mạch song song
N
2a
Sức điện động sinh ra trên một nhánh cũng chính 
là sức điện động sinh ra giữa hai đầu phần ứng.
m m
N N p.NE e 2p. .n. .n
2a 2a a
   
Đặt là hằng số cấu tạo phần ứng, ta có :E
p.NK
a
m E m
p.NE .n K . .n
a
   
25
TRƯỜNG HỢP ĐỘNG CƠ DC
 Giả sử máy điện có 2p = 2 cực và dây quấn
trên rotor xem tương đương với một khung dây.
CẤP ÁP DC VÀO
DÂY QUẤN KÍCH 
THÍCH ĐỂ TẠO 
THÀNH DÒNG IKT
CẤP NGUỒN ÁP
DC VÀO DÂY 
QUẤN PHẦN ỨNG 
TẠO THÀNH DÒNG 
PHẦN ỨNG IƯ
 DÒNG IKT TẠO 
THÀNH SỨC TỪ 
ĐỘNG KÍCH THÍCH 
VÀ SINH RA TỪ
THÔNG KT
CÁC THANH DẪN
TRÊN PHẦN ỨNG
MANG DÒNG IƯ VÀ 
ĐẶT TRONG TỪ 
TRƯỜNG KÍCH THÍCH
HÌNH THÀNH 
LỰC ĐIỆN TỪ 
LÀM QUAY
ROTOR
26
27
ROTOR QUAY MANG THEO 
CÁC THANH DẪN VỚI VẬN 
TỐC DÀI LÀ v
THANH DẪN DI CHUYỂN 
CẮT ĐƯỜNG SỨC TỪ 
TRƯỜNG PHẦN CẢM
 CÁC THANH DẪN TRÊN 
PHẦN ỨNG HÌNH THÀNH 
SỨC PHẢN ĐIỆN E
E mE K . .n 
28
9.3. PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN DC - MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG :
 Máy điện DC được phân loại tùy thuộc vào :
Phương thức kết nối phần cảm với phần ứng.
Phương thức cấp nguồn cho phần cảm. 
KÍCH THÍCH ĐỘC LẬP
KÍCH THÍCH SONG SONG
KÍCH THÍCH NỐI TIẾP
KÍCH THÍCH HỔN HỢP
MÁY 
ĐIỆN 
DC
29
MÁY PHÁT ĐIỆN DC KÍCH THÍCH ĐỘC LẬP:
 kt kt ktfU R R .I 
mEE K . .n 
 t tu u E UE U R .I 
t ut t tU R .I R .I 
 Các phương trình 
cân bằng áp :
30
MÁY PHÁT ĐIỆN DC KÍCH THÍCH SONG SONG:
 Các phương trình 
cân bằng áp :
 t kt ktfU R R .I 
mEE K . .n 
 t tu u E UE U R .I 
t t tU R .I 
Phương trình cân bằng dòng : u ktt II I 
31
ĐỘNG CƠ DC KÍCH THÍCH ĐỘC LẬP:
 Các phương trình 
cân bằng áp :
 kt kt ktfU R R .I 
mEE K . .n 
 u uU E R .I U E 
Nguồn áp cấp cho phần cảm và phần ứng là các 
nguồn áp khác nhau (độc lập).
32
ĐỘNG CƠ DC KÍCH THÍCH SONG SONG (ĐỘNG CƠ SHUNT):
 Các phương trình 
cân bằng áp :
 kt ktfU R R .I 
mEE K . .n 
 u u U EU E R .I 
Phương trình cân bằng dòng : n ktu II I 
33
9.4. HIỆU SUẤT VÀ GIẢN ĐỒ PHÂN BỐ NĂNG LƯỢNG:
Muốn xác định giản đồ năng lượng của máy 
điện DC chỉ cần nhân 2 vế của phương trình cân 
bằng áp phần ứng cho dòng ứng Iư .
Đây là phương pháp để chuyển đổi phương 
trình cân bằng áp sang phương trình cân bằng
công suất . Từ đó suy ra giản đồ năng lượng.
Trong đề mục này chỉ khảo sát tiêu biểu cho 
trường hợp máy phát DC kích từ song song và
động cơ DC kích từ song song.
34
MÁY PHÁT DC KÍCH THÍCH SONG SONG:
t u uE U R .I 
Từ phương trình sau ta có:
t
2
u u uu. .IE. U R II 
 t kt 2u ut u. .IE. U I R II 
Từ phương trình cân bằng 
dòng suy ra:
t t kt
2
u uut. .I .E. U U IRII 
dt t jkt juP P P P 
35
t t kt
2
u uut. .I .E. U U IRII 
dt t jkt juP P P P 
1P P cô
Pmq+theùp
udt E.IP 
ktjkt U.IP 
2
u uju R .IP 
t t 2t U .I PP 
2tP P P ñieän
Hiệu Suất t t2
1 1
P U .I
P P 
36
ĐỘNG CƠ DC KÍCH THÍCH SONG SONG:
u uU E R .I 
Từ phương trình sau ta có:
2
u u u u. .U I. RIEI 
 tt k u 2n u uI. .U EI I. RI 
Từ phương trình cân bằng 
dòng suy ra:
t kt
2
n u uu. .I .U E. UI R II 
1 dt jkt juP P P P 
37
n1 U.IP 
Pmq+theùp
udt E.IP 
ktjkt U.IP 
2
u uju R .IP 
2P
Hiệu Suất
n
2 2
1
P P
P U.I 
t kt
2
n u uu. .I .U E. UI R II 
1 dt jkt juP P P P 
38
9.5. ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ DC KÍCH TỪ SONG SONG:
Muốn xác định Đặc tính Tốc Độ của động cơ
DC ta áp dụng phương pháp khử sức phản điện E
trong phương trình cân bằng áp phần ứng.
Đặc tính tốc độ là đường biểu diễn hay đồ thị
mô tả quan hệ giữa tốc độ quay theo dòng qua 
phần ứng n = f (Iư)
Các đặc tính của động cơ DC gồm:
Đặc tính tốc độ.
Đặc tính Momen điện từ theo dòng ứng.
Đặc tính cơ.
39
u uU E R .I 
Từ phương trình sau ta có:
Suy ra Đặc tính tốc độ có dạng như sau :
mEE K . .n 
m u uEK . .U n R .I  
u
u
m mE
u u
mE E
R U.IK . K .
U R .In K .
 
 
40
dmn
udmI
o
mE
Un K . 
umm
u
UI R 
ĐIỂM 
MỞ MÁY
ĐIỂM ĐỊNH MỨC
ĐIỂM KHÔNG TẢI
LÝ TƯƠNG
ĐẶC TÍNH TỐC ĐỘ
41
dt 2 mq ThepP P P 
MOMEN ĐIỆN TỪ – MOMEN CƠ RA 
Từ giản đồ phân bố năng lượng, ta có:
Suy ra:
dt 2 mq Thep
9,55 9,55P P 5
n n
P9, 5
n 
dt 2 mq ThepM M M 
Mđt : Momen điện từ M2 : Momen cơ ra
Mmq+Thép : Momen sinh ra do ma sát cơ + Thép
42
dt dt
9,55 P
n
M 
MOMEN ĐIỆN TỪ
 dt u E m uE.I K . .n .IP  
 mdt uE9,55.K . .IM  
Đặc tính Momen 
điện từ theo dòng 
phần ứng có dạng 
đường thẳng qua 
gốc tọa độ
Mđt
Iư
43
u
u o
mE
Rn .I nK .
  dt E m u9,55.K . .IM  
 Từ Đặc Tính Tốc Độ và Đặc Tính Momen điện từ
theo dòng phần ứng, khử Iư để có Đặc Tính Cơ.
u
odt2
mE
R .M n
9,55.
n
K .
 
 Đặc Tính Cơ là đồ thị hay đường biểu diễn mô tả
quan hệ giữa tốc độ quay theo momen điện từ .
 Đặc tính cơ có dạng đường thẳng.
44
dmn
dtdmM
o
mE
Un K . 
 dtmm E m umm9,55.K . .IM  
ĐIỂM 
MỞ MÁY
ĐIỂM ĐỊNH MỨC
ĐIỂM KHÔNG TẢI
LÝ TƯƠNG
ĐẶC TÍNH CƠ