Đang tải... (xem toàn văn)
luận văn máy phát điện một chiều kích từ song song CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN 3 1.1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN 3 1.1.1. Định nghĩa 3 1.1.2. Phân loại 3 1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 5 1.2.1. Định luật cảm ứng điện từ 5 1.2.2. Định luật lực điện từ 6 1.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN. 7 1.3.1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện 7 1.3.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện. 8 1.3. ĐỊNH LUẬT MẠCH TỪ 9 1.5. CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN 11 1.5.1. Vật liệu dẫn điện 11 1.5.2. Vật liệu dẫn từ 11 1.5.3. Vật liệu cách điện 12 1.5.4. Vật liệu kết cấu 13 1.6. PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN 13
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN VẬT LÝ MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Ths. Lê Văn Nhạn Họ tên: Nguyễn Chung Hoàng Oanh MSSV: 1087048 Lớp: Sư phạm Vật lý- Tin học K34 Cần Thơ, 2012 Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ và những ý kiến đồng góp của rất nhiều người. Trước tiên, xin được cảm ơn quý Thầy, Cô trong bộ môn Vật lý đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức lẫn phương pháp cho tôi trong suốt bốn năm học qua. Đây là niềm tin và là cơ sở vững chắc nhất để tôi hoàn thành đề tài. Xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Ths. Lê Văn Nhạn – Giáo viên hướng dẫn, Thầy đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này. Xin được gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Vĩnh Trường, Trưởng phòng thí nghiệm Kỹ thuật điện, Khoa Công nghệ trường Đại học Cần Thơ, thầy đã tạo điều kiện thuận lợi và đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm thí nghiệm. Xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Hữu Thành, thầy đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực tập tại phòng thí nghiệm Cơ - Nhiệt, Bộ môn vật lý, Khoa sư phạm, trường Đại học Cần Thơ. Xin gửi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm Khoa Sư phạm, Bộ môn vật lý đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp của mình. Xin gửi lời cảm ơn đến giáo viên cô vấn học tập thầy Nguyễn Bá Thành và những người bạn của tôi – sinh viên lớp Sư phạm Vật lý – Tin học K34, cùng tất cả những người đã giúp đỡ, quan tâm cổ vũ, động viên khích lệ tinh thần để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài này. Do kiến thức và thời gian có hạn nên luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Kính mong được sự chỉ bảo và đóng góp chân thành của quý Thầy, Cô cùng các bạn để luận văn được hoàn chỉnh hơn. Xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiện Nguyễn Chung Hoàng Oanh GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song MỤC LỤC Lời cảm ơn Mục lục CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN 3 1.1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN 3 1.1.1. Định nghĩa 3 1.1.2. Phân loại 3 1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 4 GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh i Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song PHẦN MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1. Hoàn cảnh thực tế Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học và kỹ thuật, con người đã làm được rất nhiều điều mà trước đây những điều đó chỉ nằm trong trí tưởng tượng. Thật vậy, nếu như ngày xưa người ta phải mất hàng tháng, hàng năm để di chuyển từ vùng này sang vùng khác, để di chuyển từ Quốc gia này sang Quốc gia khác, thì ngày nay không mất quá nhiều thời gian để thực hiện được điều đó bằng các loại phương tiện giao thông hiện đại như: ô tô, máy bay, tàu thủy, xe điện ngầm…Những loại máy móc thiết bị trên ngày càng được ứng dụng rộng rãi, phổ biến và gắn liền với cuộc sống của chúng ta. Hơn 90% năng lượng điện được sử dụng trong đời sống là năng lượng điện xoay chiều, tuy nhiên trong một số lĩnh vực vẫn sử dụng điện một chiều. Trong nhà máy điện và trạm biến áp nguồn điện một chiều đóng vai trò rất quan trọng. Nó đảm bảo cung cấp dòng điện một chiều cho các phụ tải quan trọng và yêu cầu có độ tin cậy về điện rất cao như: kích từ máy phát điện, các động cơ một chiều, bảo vệ rơle tự động, điều khiển từ xa, đảm bảo cho các phụ tải hoạt động bình thường. Nếu dựa vào phương pháp cấp điện một chiều cho các trạm và nhà máy thì ta phải kể đến các nguồn điện : máy phát điện một chiều, máy chỉnh lưu, ắcquy. Chính vì những ứng dụng quan trọng mà năng lượng điện một chiều vẫn đóng vai trò không thể thiếu trong đời sống và kỹ thuật. Đây cũng chính là lí do tôi chọn đề tài: “ Máy phát điện một chiều kích từ song song “ 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài được thực hiện với mong muốn trình bày những kiến thức cơ bản về cấu tạo nguyên lý hoạt động, các đặc tuyến và những ứng dụng của máy phát điện một chiều kích từ song song. 1.3. Các giả thuyết của đề tài Nội dung của đề tài là tìm hiểu máy phát điện một chiều kích từ song song, nhưng tìm hiểu điều đó trước tiên phải nghiên cứu về máy điện và máy điện một chiều. 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Thu thập tài liệu ở thư viện trường, thư viện khoa, nhà sách. Tham khảo ý kiến của thầy hướng dẫn, thầy cô trong bộ môn. Tham khảo tài liệu có liên quan, chọn lọc ý hay, sát với nội dung đề tài. 3. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH Nhận đề tài. Sưu tầm tài liệu, tham khảo ý kiến của thầy hướng dẫn. Tiến hành nghiên cứu chọn lọc, sắp xếp nội dung đề tài. Lập đề cương cụ thể. Trao đổi nội dung với giáo viên hướng dẫn. Tập hợp ý kiến của giáo viên hướng dẫn, tài liệu tham khảo, viết đề tài, đánh máy, nộp bản thảo, chỉnh sửa. GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Trang 1 Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song Nộp đề tài cho giáo viên phản biện, tham khảo ý kiến, chỉnh sửa. Viết báo cáo, tóm tắt đề tài, tập báo cáo thử. Nộp đề tài cho hội đồng bảo vệ. Bảo vệ đề tài. PHẦN NỘI DUNG GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Trang 2 Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN 1.1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN 1.1.1. Định nghĩa Máy điện là thiết bị điện từ , nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Về cấu tạo gồm mạch từ (lõi thép), mạch điện (dây quấn). Ứng dụng dùng để biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng và ngược lại. Ngoài ra dùng để biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số pha … 1.1.2. Phân loại Có nhiều cách phân loại (theo công suất, cấu tạo, chức năng, dòng điện, nguyên lý làm việc …). Nhưng tổng quát và cơ bản nhất đó là dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng thì máy điện được chia làm các loại sau: • Máy điện tĩnh • Máy điện có phần động 1.1.2.1. Máy điện tĩnh Đặc trưng cho máy điện tĩnh đó là máy biến áp. Máy điện tĩnh nhìn chung dùng để biến đổi thông số điện năng, do tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, sự biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối với nhau. Ví dụ: Máy biến áp biến đổi các thông số U 1 , I 1 , f thành U 2 , I 2 , f hoặc ngược lại. Hình 1.1:Sơ đồ biểu diễn tính thuận nghịch của máy biến áp và kí hiệu của nó trên sơ đồ điện 1.1.2.2. Máy điện có phần động GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Trang 3 U 1 ; I 1 ; f U 2 ; I 2 ; f Máy biến áp Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song Thường gọi là máy điện quay. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ, do từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra. Thường gặp trong thực tế là động cơ hoặc máy phát. Hình 1.2: Sơ đồ biến đổi thuận nghịch của máy điện Hình 1.3: Sơ đồ phân loại các máy điện thường gặp 1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 1.2.1. Định luật cảm ứng điện từ 1.2.1.1. Trường hợp từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Trang 4 P điện Máy điện P cơ Máy điện Máy điện tĩnh Máy điện có phần quay Máy điện xoay chiều Máy điện một chiều Máy điện không đồng bộ Máy điện đồng bộ Máy biến áp Động cơ không đồng bộ Máy phát không đồng bộ Động cơ đồng bộ Động cơ một chiều Máy phát một chiều Máy phát đồng bộ Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song Khi từ thông Φ = Φ(t) xuyên qua vòng dây biến thiên trong vòng dây sẽ cảm ứng sức điện động e(t). Suất điện động đó có chiều sao cho dòng điện do nó sinh ra tạo ra từ thông chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó (hình 1.4). Hình 1.4: Chiều dương suất điện động cảm ứng phù hợp với từ thông theo qui tắc vặn nút chai Suất điện động cảm ứng trong một vòng dây được tính theo công thức Măcxoen: e = dt d Φ − (1.1) Nếu cuộn dây có N vòng, suất điện động cảm ứng là: e = dt d dt d N Ψ −= Φ − (1.2) Trong đó, Φ=Ψ N (Wb) gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây. Đơn vị của từ thông là Webe (Wb), đơn vị của suất điện động là Vôn (V). 1.2.1.2. Trường hợp thanh dẫn chuyển động thẳng góc trong từ trường Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường (đó là trường hợp thường gặp nhất trong máy phát điện), trong thanh dẫn cảm ứng suất điện động có trị số là : e = Blv (1.3) trong đó : B: độ lớn của vectơ cảm ứng từ đo bằng Tesla (T) l : chiều dài tác dụng của thanh dẫn (m) v: vận tốc dài của thanh dẫn (m/s) Còn chiều suất điện động cảm ứng xác định theo qui tắc bàn tay phải GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Trang 5 Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song Hình 1.5: Sơ đồ biểu diễn chiều của suất điện động 1.2.2. Định luật lực điện từ Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường, thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là: F đt = B.l.i (1.4) Trong đó: B: độ lớn của vectơ cảm ứng từ đo bằng Tesla (T) l: chi ề u dài hi ệ u dụng của thanh dẫn đo bằng mét (m). i: dòng đi ệ n ch ạ y trong thanh dẫn đo bằng Ampe (A). F đt : lực đi ệ n từ đo bằng Newton (N) Chi ề u của lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Trang 6 Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song Hình 1.6 Sơ đồ biểu diễn chiều của lực điện từ 1.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN. Máy điện có tính thuận nghịch, nghĩa là nó có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. 1.3.1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện Dùng động cơ sơ cấp tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học F cơ , thanh dẫn sẽ chuyển động với vận tốc v trong từ trường của nam châm N – S , trong thanh dẫn sẽ cảm ứng suất điện động cảm ứng e. Nếu hai đầu thanh dẫn được nối với tải (R), sẽ có dòng điện i chạy qua thanh dẫn và tải. Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn và nối, điện áp đặt vào tải là: u = e Công suất máy phát cung cấp cho tải là: P = ui = ei ( 1.5) Dòng điện i nằm trong từ trường của nam châm N – S lại chịu tác dụng của lực điện từ (F đt ): F đt = Bli (1.6) Và có chiều như hình vẽ: GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Trang 7 [...]... rộng Máy điện một chiều kích từ song song: Mạch kích từ nối song song với mạch phần ứng Máy điện một chiều kích từ nối tiếp: Mạch kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp: Mạch vừa kích từ nối tiếp vừa kích từ song song U U a) b) U c) U d) Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý máy điện một chiều: a) Kích từ độc lập, b) Kích từ song song, c )Kích từ nối tiếp, d) Kích từ hỗn... sức điện động ta có thể điều chỉnh tốc độ quay, hoặc điều chỉnh từ thông bằng cách điều chỉnh dòng điện kích từ Muốn đổi chiều sức điện động, ta đổi chiều quay hoặc đổi chiều dòng điện kích từ 2.5.2 Công suất điện từ, momen điện từ của máy điện một chiều Công suất điện từ của máy điện một chiều: GVHD: Ths Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Trang 25 Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích. .. cơ, chiều sức điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư nên Eư còn được gọi là sức phản điện Phương trình cân bằng điện áp là: U=Eư+IưRư GVHD: Ths Lê Văn Nhạn (2.4) SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Trang 23 Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song Hình 2.11 Chiều quay của phần ứng động cơ DC 2.4 PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Ta đã phân máy điện một chiều thành máy phát điện một chiều. .. MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Máy điện một chiều có cấu tạo gần giốn g với máy điện xoay chiều rotor dây quấn, bao gồm: stator, rotor, cổ góp và chổi than GVHD: Ths Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Trang 15 Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song Vỏ máy stator Nắp máy Cổ góp Chổi quét Trục Phần ứng Bợ trục stator rotor cổ góp nắp máy Hình 2.1 Các thành phần của máy điện một chiều. .. NGHỊCH CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Một máy điện một chiều có thể làm ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện Trong máy phát điện, chiều của moment điện từ và tốc độ quay ngược nhau, còn dòng điện và suất điện động cùng chiều Trong động cơ điện thì momen và tốc độ quay cùng chiều, còn dòng điện và suất điện động ngược chiều nhau Giả sử máy đang làm việc ở trạng thái máy phát Ta có dòng điện đưa ra Iư = Eu... điện hoặc máy phát điện Đây chính là tính thuận nghịch của máy điện Vậy: Mọi máy điện đều có tính thuận nghịch 2.8 TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 2.8.1 Từ trường cực từ Khi máy điện một chiều không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng điện kích từ gây ra gọi là từ trường cực từ Các cực từ có cực tính khác nhau được bố trí xen kẽ nhau dọc theo chu vi phía trong thân vỏ máy, từ thông đi từ cực bắc... LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU Máy điện một chiều có thể làm việc ở chế độ máy phát điện, động cơ điện dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ Hình 2.8 Sơ đồ khối chỉ chế độ làm việc của máy điện một chiều 2.3.1 Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường của cực từ, cảm ứng các sức điện động Chiều sức điện động xác... điện hóa, thiết bị hàn điện có chất lượng cao .Máy phát điện một chiều còn dùng làm máy kích từ cho máy phát điện đồng bộ công suất lớn Thiếu sót chủ yếu của máy điện một chiều là có cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền và kém tin cậy, nguy hiểm trong môi trường dễ nổ Khi sử dụng động cơ một chiều, cần có nguồn điện một chiều kèm theo (máy phát điện một chiều hay bộ chỉnh lưu) 2.1 CẤU TẠO CỦA MÁY... góc với từ trường cực từ Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng, từ trường trong máy là từ trường tổng hợp của từ trường cực từ và từ trường phần ứng Ở một mỏm cực, từ trường được tăng GVHD: Ths Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Trang 30 Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song cường (tại đó từ trường phần ứng cùng chiều với từ trường... đồ thay thế của máy điện • Từ mô hình toán và mô hình mạch, tính toán các đặc tính và nghiên cứu máy điện, khai thác sử dụng theo các yêu cầu cụ thể CHƯƠNG 2: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU GVHD: Ths Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh Trang 14 Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song Ngày nay mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rất rộng rãi, song máy điện một chiều vẫn tồn tại và . Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Ths. Lê Văn Nhạn Họ tên: Nguyễn Chung Hoàng Oanh MSSV: 1087048 Lớp: Sư phạm Vật lý- Tin học K34 Cần Thơ, 2012 Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một