Chơng 9. Đổi chiều dòng điện trong m.đ.1.c 9.1 Đại cơng Đổi chiều l ton bộ các hiện tợng xảy ra của dòng điện trong phần tử dây quấn phần ứng, khi nó dịch chuyển từ vị trí bị chổi than nối ngắn mạch qua ranh giới tiếp theo. Xét 1 dây quấn xếp đơn giản, hình 5.1 Khi t = 0, Chổi than phủ hon ton lên phiến 1. Lúc đó nếu dòng điện chạy trong phần tử b l (+ i ), thì tại thời điểm t = T đc Chổi than rời khỏi phiến 1 v phủ hon ton lên phiến 2, lúc ny phần tử (b) đã chuyển sang một nhánh khác v dòng điện trong nó đổi chiều (- i ). Vị trí trung gian khi 0 < t < T đc phần tử (b) bị nối ngắn mạch, dòng điện chạy trong phần tử (b) lúc ny biến thiên theo những quy luật rất phức tạp, phụ thuộc vo quá trình quá độ trong phần tử (b) v các phần tử cùng đổi chiều ở các nhánh khác. Hình 5.1 Quá trình đổi chiều trong dây quấn Thờng T đc < 0,001 (s) nên f đc = 1000 - 3000 (Hz). 5.2 Quá trình đổi chiều. Viết phơng trình định luật K1 v K2 cho nút (1), (2) v mạch vòng của phần tử (b) ta có: i + i - i 1 = 0 5.1 i - i - i 2 = 0 5.2 r pt .i + (r d + r tx1 ).i 1 - (r d + r tx2 ).i 2 = e 5.3 Trong đó: i l dòng điện chạy trong phần tử (b) bị nối ngắn mạch; i 1 v i 2 l dòng điện chạy trong dây nối với phiến đổi chiều 1 v 2; r pt l điện trở của phần tử dây quấn; r d l điện trở dây nối; r tx1 v r tx2 l điện trở tiếp xúc giữa chổi than với phiến 1 v 2; e l tổng các s.đ.đ cảm ứng đợc trong phần tử đổi chiều (b), nó gồm: a) S.đ.đ tự cảm e L , do sự biến thiên của dòng điện trong phần tử đổi chiều sinh ra. b) S.đ.đ hổ cảm e M , do các dòng điện đổi chiều trong các phần tử khác hổ cảm qua. c) S.đ.đ đổi chiều e đc , do phần tử đổi chiều chuyển động trong vùng trung tính hình học có B 0. Vậy e = e L + e M + e đc = e pk + e đc . 5.4 Giải 3 phơng trình trên, khi bỏ qua r pt v r d (vì chúng rất bé), ta đợc: Máy điện 2 43 tx2tx1 u tx2tx1 tx1tx2 rr e .i rr rr i + + + = 5.5 Giả thiết r tx1 v r tx2 tỷ lệ nghịch với bề mặt tiếp xúc S tx1 v S tx2 giữa chổi than v phiến góp 1 v 2. Nếu coi quá trình đổi chiều từ t = 0 đến t = T đc , nghĩa l b c = b G thì: S T tT S dc dc tx1 = v S T t S dc tx2 = 5.6 Trong đó: S l mặt tiếp xúc ton phần giữa chổi than v phiến đổi chiều, thì r tx l điện trở tiếp xúc ton phần. Từ đây ta có: tx dc dc tx tx1 tx1 r tT T r S S r == tx dc tx tx2 tx2 r t T r S S r == 5.7 Thay các giá trị trên vo (4) ta có: n u dc r e ).i T 2t (1i += với t)(Tt T .rr dc 2 dc txn = 5.8 1. Đổi chiều đờng thẳng. Nếu e = 0 ta có u dc ).i T 2t (1i = Quan hệ giữa i = f(t) l đờng thẳng, trên hình vẻ ta có mật độ dòng điện: Phía ra 1 dc dc 1dc tx1 1 1 .tg S T tT i . S T S i j = == Phía vo 2 dc2dc tx2 2 2 .tg S T t i . S T S i j === Vì 1 = 2 nên j 1 = j 2 nghĩa l mật độ dòng điện ở phía phiến góp đi ra bằng phía phiến góp đi vo, điều ny rất thuận lợi cho quá trình đổi chiều. Hình 5.2 Đổi chiều đờng 2. Đổi chiều đờng cong. Thực tế e 0, nên ngoi dòng điện ở trên còn có dòng điện phụ: 0 r e i n f = 5.9 Đờng biểu diễn r n v i f nh hình 5.3. a) Đổi chiều trì hoãn ( e > 0) Lúc ny i = i cb + i f v dòng điện đổi chiều đi qua giá trị zéro chậm hơn đổi chiều đờng thẳng (a a'), hình 5.4. Khi đổi chiều trì hoãn 1 > 2 nên j 1 > j 2 tia lửa xuất hiện ở phía chổi than đi ra. Điều ny giống nh tia lửa khi ta mở cầu dao có tải. Hình 5.3 Dòng Máy điện 2 44 b) Đổi chiều vợt trớc ( e < 0) Lúc ny i = i cb - i f v dòng điện đổi chiều đi qua giá trị zéro sớm hơn đổi chiều đờng thẳng (a a''), hình 5.5. Khi đổi chiều vợt trớc 1 < 2 nên j 1 < j 2 tia lửa xuất hiện ở phía chổi than đi vo. Điều ny giống nh tia lửa khi ta đóng cầu dao có tải. 9.3 Nguyên nhân sinh tia lửa v biện pháp khắc phục. 1. Nguyên nhân. a) Nguyên nhân về cơ - Vnh góp không đồng tâm với trục - Sự cân bằng phần quay không tốt gây dao động hớng kính - Cổ góp không tròn, lực ép chổi than không đủ. b) Nguyên nhân về điện - Sức điện động đổi chiều không triệt tiêu đợc s.đ.đ phản khánh e 0 - Sự phân bố không đều của mật độ dòng điện trên bề mặt tiếp xúc - Tác dụng nhiệt, hóa . 2. Biện pháp khắc phục. a) Giải quyết các tồn tại cơ khí a) Bố trí cực từ phụ. Sức từ động của cực từ phụ F f ngoi việc phải cân bằng đợc F q còn phải tạo nên đuợc e đc đủ lớn lm triệt tiêu e pk . c) Xê dịch chổi than khỏi đờng trung tính hình học Hình 5.4 Đổi chiều trì hoãn Hình 5.5 Đổi chiều Hình 5.6 Xê dịch chổi than để Những máy nhỏ không bố trí cực từ phụ, để cải thiện đổi chiều ta có thể xê dịch chổi than khỏi đờng trung tính hình học. Trờng hợp máy phát ta xê dịch chổi than theo chiều quay một góc = + Trong đó: ứng với góc l đờng trung tính vật lý, thêm một góc để tạo nên s.đ.đ đổi chiều đủ triệt tiêu s.đ.đ phản kháng e pk . Hình 5.6 d) Dây quấn bù. Tạo nên từ trờng lm triệt tiêu từ trờng phần ứng dới bề mặt cực từ nhờ vậy m từ trờng khe hở sẽ phân bố đều đặn, thuận lợi cho quá trình đổi chiều. Máy điện 2 45 . thiên của dòng điện trong phần tử đổi chiều sinh ra. b) S.đ.đ hổ cảm e M , do các dòng điện đổi chiều trong các phần tử khác hổ cảm qua. c) S.đ.đ đổi chiều. tải. Hình 5.3 Dòng Máy điện 2 44 b) Đổi chiều vợt trớc ( e < 0) Lúc ny i = i cb - i f v dòng điện đổi chiều đi qua giá trị zéro sớm hơn đổi chiều đờng