Chơng 6 Máy phát điện một chiều 6-1. Đại cơng Trong nền kinh tế quốc dân, nhiều ngành sản xuất nh luyện kim, hoá chất, giao thông vận tải, đòi hỏi phải dùng nguồn điện một chiều, và ngày nay vẫn không thể thay thế đợc dòng điện một chiều mặc dù việc dùng dòng điện xoay chiều trong công nghiệp đã rất phổ biến. Thông thờng để có nguồn điện một chiều có thể dùng các thiết bị chỉnh lu hoặc máy phát điện một chiều quay bằng động cơ sơ cấp là động cơ xoay chiều, hoặc động cơ đốt trong, tuabin Tuỳ theo cách kích thích cực từ chính, các máy phát điện một chiều đợc phân loại nh sau: 6.1.1. Máy phát điện một chiều kích thích độc lập Máy phát điện một chiều kích thích độc lập bao gồm máy phát kích thích bằng nam châm vĩnh cửu và máy phát kích thích điện từ. Loại đầu chỉ đợc chế tạo với công suất nhỏ. Loại thứ hai có dây quấn kích thích nhận dòng điện một chiều từ ắc quy, lới điện một chiều hoặc máy phát điện phụ gọi là máy phát kích thích (hình 6-1a) và đợc dùng nhiều trong các trờng hợp cần điều chỉnh điện áp trong phạm vi rộng, công suất lớn. 49 Hình 6-1 Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện một chiều: a) Kích thích độc lập; b) kích thích song song; c) kích thích nối tiếp; d) kích thích hỗn hợp. I t I I U b) - + + - U I =I t I c) U U I I a) + - I I + I t + - - I t d) 6.1.2. Máy phát điện một chiều tự kích thích Máy phát điện một chiều tự kích thích có dòng điện kích thích lấy từ bản thân máy phát điện. Tuỳ theo cách nối các dây quấn kích thích, ta có: Máy phát điện một chiều kích thích song song (hình 6-1b) có dây quấn kích thích nối vào hai đầu dây quấn phần ứng, song song với phụ tải. Máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp (hình 6-1c) có dây quấn kích thích mắc nối tiếp với dây quấn phần ứng. Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp (hình 6-1d) có hai dây quấn kích thích: nối tiếp và song song. Trong mọi trờng hợp, công suất kích thích chiếm 0,3 ữ 0,5% công suất định mức của máy. Từ hình vẽ 6-1 ta thấy rằng ở các máy kích thích song song và kích thích hỗn hợp I = I - I t , còn ở máy phát kích thích nối tiếp I = I = I t . 6-2. các đặc tính của máy phát điện kích thích độc lập Máy phát điện một chiều có bốn đại lợng đặc trng là U, I , I t và n. Trừ tốc độ quay đợc động cơ sơ cấp giữ không đổi, ba đại lợng còn lại U, I , I t là những đại lợng biến thiên có liên hệ chặt chẽ với nhau. Với ba đại lợng đó có thể thành lập đợc các mối quan hệ (các đặc tính) của máy phát điện sau đây: 1) Đặc tính không tải U 0 = E = f(I t ) khi I = 0, n = C te ; 1) Đặc tính ngắn mạch I n = f(I t ) khi U = 0, n = C te ; 3) Đặc tính ngoài U = f(I) khi I t = C te , n = C te ; 4) Đặc tính tải U = f(I t ) khi I = C te , n = C te ; 5) Đặc tính điều chỉnh I t = f(I ) khi U = C te , n = C te . Trong các đặc tính trên, đặc tính không tải là trờng hợp đặc biệt của đặc tính tải khi I = 0 và đặc tính ngắn mạch là trờng hợp đặc biệt của đặc tính điều chỉnh khi U = 0. Tất cả các đặc tính trên đều có thể thành lập đợc bằng thực nghiệm trực tiếp trên máy phát điện. Tuy nhiên trong một số trờng hợp, để đơn giản chỉ cần làm hai thí nghiệm không tải và ngắn mạch, sau đó dựa vào tam giác đặc tính để suy ra ba đặc tính còn lại. 6.2.1. Đặc tính không tải U 0 = E = f(I t ) khi I = 0, n = C te Khi làm thí nghiệm không tải, cầu dao để hở mạch không nối với tải bên ngoài (I = 0), cho máy phát điện quay với tốc độ không đổi, đo các trị số I t và U 0 tơng ứng ta sẽ có đặc tính không tải. Cần chú ý rằng, đối với máy phát điện kích thích độc lập, do có thể đổi chiều dòng điện kích thích nên ta có thể vẽ đợc toàn bộ chu trình từ trễ đối xứng ABA B A giữa hai trị số giới hạn của dòng điện kích thích I tm ứng với điện áp U m = (1,15 ữ 1,25)U đm (hình 6-2). Đoạn OB trên hình 6-2 là s.đ.đ. ứng với từ d trong mạch từ của máy phát điện. S.đ.đ. này rất nhỏ, thờng bằng khoảng 2 ữ 3%U đm nên có thể bỏ qua, vì vậy có thể coi đặc tính không tải của máy phát điện một chiều là U 0 = E 50 Hình 6-2. Đặc tính không tải của máy phát điện kích thích độc lập -I tm A A B B +I tm I t 0 +U m -U m 51 đờng trung bình AOA đi qua gốc toạ độ. Đó cũng chính là đờng cong từ hoá của máy phát điện suy ra đợc khi tính toán mạch từ của máy lúc không tải. 6.2.2. Đặc tính ngắn mạch I = f(I t ) khi U = 0, n = C te Trớc hết cần chú ý rằng, để có đặc tính ngắn mạch của tất cả các loại máy phát điện một chiều, chúng phải đợc kích thích độc lập. Nối ngắn mạch phần ứng qua một ampe mét, cho máy phát điện làm việc với tốc độ không đổi (bằng định mức) rồi đo các trị số I t và I tơng ứng ta sẽ đợc đặc tính ngắn mạch (hình 6-3). Theo biểu thức (5-12), khi ngắn mạch U = 0 nên E = R I . Do điện trở R của dây quấn phần ứng rất nhỏ, mặt khác phải giữ cho dòng điện I không vợt quá (1,25 ữ 1,5)I đm nên E rất nhỏ và dòng điện kích thích I t tơng ứng sẽ rất bé. Vì I t nhỏ nên mạch từ của máy không bão hoà (à = C te ), tức là E I Hình 6-3 Đặc tính ngắn mạch của máy phát điện kích thích độc lập 2 0 I I t 1 I t I(2) U (1) E ,I I nm = I đm E nm A B C D 0 Hình 6- 4 . Dựng tam giác đặc tính tron trờn g g h ợp p hản ứn g p hần ứn g khử từ t , do đó I I t và đặc tính ngắn mạch là một đờng thẳng. Nếu máy đã đợc khử từ d thì đờng thẳng này đi qua gốc toạ độ (đờng 1 trên hình 6-3). Nếu máy cha đợc khử từ d ta sẽ có đờng đặc tính 2 và để có đờng đặc tính ngắn mạch tiêu chuẩn ta chỉ việc vẽ đờng thẳng song song với đờng 2 qua gốc toạ độ. Tam giác đặc tính Để thành lập tam giác đặc tính, trên hệ toạ độ chung có trục hoành I t ta vẽ các đờng đặc tính không tải (đờng 1) và đặc tính ngắn mạch (đờng 2) nh trên hình 6- 4. Giả thử rằng khi ngắn mạch trong phần ứng có dòng điện I đm tơng ứng với dòng điện kích thích I t = OC. Dòng kích thích dành một phần OD để sinh ra s.đ.đ. khắc phục điện áp rơi trên điện trở phần ứng I đm R = AD = BC; phần còn lại DC = AB E ,I I(2) U(1) I nm = I đm B E nm A I t C D 0 Hình 6-5. Dựng tam giác đặc tính trong trờng hợp p hản ứng phần ứng trợ từ dùng để khắc phục phản ứng phần ứng dọc trục lúc ngắn mạch. Tam giác ABC gọi là tam giác đặc tính có cạnh BC tỉ lệ với dòng điện phần ứng I, cạnh AB trong điều kiện mạch từ không bão hoà tỉ lệ với phản ứng phần ứng, nghĩa là cũng tỉ lệ với dòng điện I. Độ lớn của cạnh AB phụ thuộc vào loại máy và lớn nhất ở máy điện một chiều không có dây quấn bù và cực từ phụ. ở máy có dây quấn bù và cực từ phụ, phản ứng phần ứng hầu nh bị triệt tiêu nên cạnh AB 0. ở máy điện một chiều kích thích hỗn hợp, dây quấn nối tiếp có tác dụng trợ từ và nếu s.t.đ. của nó lớn hơn AB, nghĩa là ngoài phần s.t.đ. để triệt tiêu ảnh hởng của phần ứng còn s.t.đ. để trợ từ, thì cạnh AB sẽ nằm về bên phải của BC (hình 6-5). 52 U đm Hình 6- 6 Đặc tính ngoài của máy phát điện kích thích độc lập U U đm E U 0 6.2.3. Đặc tính ngoài U = f(I) khi I t = C te ; n = C te Khi dòng điện I tăng, điện áp rơi trên dây quấn phần ứng tăng, mặt khác do phản ứng phần ứng cũng tăng theo I nên s.đ.đ. E g iảm. Kết quả là điện áp U đầu cực máy phát giảm xuống. Dạng của đặc tính ngoài của máy phát điện kích thích độc lập có dạng nh trên hình 6-6. Hiệu số điện áp khi không tải (I = 0) và khi tải định mức (I = I đm ) với điều kiện dòng điện kích từ bằng định mức (I t = I tđm ) đợc gọi là độ biến đổi điện áp định mức, đợc tính theo phần trăm so với điện áp định mức: .100% 0 dm dm dm U UU U = I R U I R 0 I đm I ở máy phát điện kích thích độc lập U đm % = 5 ữ 15%. Đặc tính ngoài có thể có đợc bằng thí nghiệm trực tiếp hoặc bằng phơng pháp gián tiếp dựa vào đặc tính không tải và tam giác đặc tính. Cách xây dựng đặc tính ngoài dựa vào đặc tính không tải và tam giác đặc tính đợc trình bày nh trên hình 6-7. Hãy cho đặc tính không tải của máy phát và đoạn OP = I t = C te , đoạn PP ứng với I t đã cho biểu thị điện áp U = E lúc không tải (I = 0) và xác định điểm xuất phát D của đặc tính ngoài. Đặt tam giác ABC có các cạnh AB, BC theo tỉ lệ ứng với I = I đm sao cho đỉnh A nằm trên đặc tính không tải và cạnh BC trên đờng thẳng PP , thì đoạn PC sẽ là điện áp khi I = I đm , tơng ứng ta có điểm D vẽ ở góc phần t thứ hai. Để chứng minh ta thấy rằng, nếu U = PC thì E = U + I đm R = PC + CB = BP = AQ. Lúc không tải để có E = AQ cần có dòng điện kích từ I t(0) = OQ. Khi có tải định mức phải tăng dòng điện kích từ lên một lợng I t = QP = AB để bù lại sự khử từ của phản U P , D Hình 6-7. Dựng đặc tính ngoài của máy phát điện kích thích độc lập từ đặc tính khôn g tải và tam g iác đ ặ c tính 0 P I t I đm I D ,, D , I đm /2 A B C Q ứng phần ứng. Dòng điện kích thích toàn phần lúc ấy là I t = I t(0) + I t = OQ + QP = OP nh đã cho trớc. Nếu I = I đm /2 thì tam giác đặc tính có các cạnh bằng một nửa của tam giác ABC. Cũng làm nh trên ta sẽ xác định đợc điểm D . Tiếp tục làm với một số điểm ứng với các trị số khác nhau của dòng điện I theo trình tự nh trên. Nối các điểm D, D , D lại với nhau ta đợc đặc tính ngoài U = f(I) khi I t = C te , n = C te . Trên thực tế do ảnh hởng của bão hoà, khi I tăng và U giảm, cạnh AB của tam giác đặc tính không còn tỉ lệ với I nữa nên đờng đặc tính ngoài thu đợc bằng thí nghiệm trực tiếp hơi lệch đi (đờng nét đứt trên hình 6-7). Điểm ứng với U = 0 của đặc tính ngoài cho ta trị số của dòng điện ngắn mạch khi kích thích hoàn toàn đầy đủ. Vì R rất bé nên dòng điện ngắn mạch I n = (5 ữ 15)I đm và rất nguy hiểm, có thể gây ra vòng lửa trên vành góp và ứng lực điện động rất lớn, do đó phải trang bị máy cắt tự động cực nhanh tách máy phát điện ra khỏi lới khi xảy ra ngắn mạch đột nhiên. Chú ý rằng biện pháp này không bảo vệ đợc ngắn mạch bên trong máy. 53 6.2.4. Đặc tính điều chỉnh I t = f(I) khi U = C te , n = C te Đặc tính điều chỉnh cho ta biết cần điều chỉnh dòng kích thích thế nào để giữ cho điện áp đầu ra của máy phát không đổi khi tải thay đổi. Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện một chiều kích thích độc lập đợc trình bày trên hình 6-8. Từ hình 6-8 ta thấy, khi tải tăng thì cần phải tăng I t để bù đợc điện áp rơi trên R và ảnh hởng của phản ứng phần ứng để giữ cho U = C te . Ngợc lại, khi tải giảm cần phải giảm I t . Từ không tải (I = 0) với U = U đm tăng đến tải định mức (I = I đm ) thờng phải tăng dòng điện kích thích lên 15 ữ 25%. Phơng pháp dựng đặc tính điều chỉnh bằng đặc tính không tải và tam giác đặc tính đợc trình bày trên hình 6-9. Với trị số xác định của U 0 = U đm = MP, khi I = 0 ta đợc điểm M ứng với dòng điện kích thích I t = OM. Nếu đặt tam giác đặc tính ABC ứng với tải định mức I đm sao cho đỉnh A nằm trên đặc tính không tải và đỉnh C nằm trên đờng thẳng FC (ứng với U = U đm = C te ) và hạ đờng thẳng đứng BN thì đoạn ON cho ta dòng điện kích từ ở tải định mức. Việc chứng minh đợc tiến hành tơng tự nh ở trờng hợp dựng đặc tính ngoài. Để tìm những điểm khác ta chỉ cần kẻ những đoạn A C , A C , song song với cạnh huyền AC nằm giữa đặc tính không tải và đờng thẳng CF, sau đó hạ những đờng thẳng đứng cắt trục hoành tại những điểm N , N , Các đoạn ON , ON , sẽ biểu thị các dòng điện kích thích ứng với các trị số của dòng điện I xác định bằng tỉ I t I t0 0 I Hình 6- 8 Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện kích thích độc lập U A Hình 6-9. Dựng đặc tính điều chỉnh của máy phát điện kích thích độc lập từ đặc tính không tải và tam giác đặc tính 0 N I t B C F U đm P M I I đm 2 dm I A , N , số giữa các đoạn A C , A C , với cạnh huyền AC. Do ảnh hởng của bão hoà, đờng đặc tính điều chỉnh thu đợc bằng thí nghiệm trực tiếp có dạng theo đờng nét đứt trên hình 6-9. 6.2.5. Đắc tính tải U = f(I t ) khi I = C te , n = C te Khi có tải, điện áp trên cực của máy phát điện nhỏ hơn s.đ.đ. do có điện áp rơi trên dây quấn phần ứng I .R . Vì vậy đờng đặc tính tải (đờng1) biểu thị trên hình 6-10 nằm dới đờng đặc tính không tải (đờng 2). Đặc tính tải của máy phát điện một chiều kích thích độc lập có thể xây dựng bằng thí nghiệm trực tiếp, cũng có thể xây dựng đợc từ đặc tính không tải và tam giác đặc tính. Cách xây dựng đặc tính tải dựa vào đặc tính không tải và tam giác đặc tính nh sau: cho đặc tính không tải của máy phát, giả thiết mạch từ của máy cha bão hoà, đặt tam giác đặc tính ABC (có các cạnh AB, BC theo tỉ lệ ứng với dòng phụ tải đã cho) sao cho điểm A nằm trên đặc tính không tải, cạnh AB song song với trục hoành (trục I t ). Dịch chuyển tam giác đặc tính song song với chính nó sao cho điểm A luôn nằm trên đặc tính không tải thì điểm C sẽ vẽ cho ta đờng đặc tính phụ tải (đờng 1 trên hình 6- 10). Vì I = C te nên cạnh BC = U = I R = C te và không phụ thuộc vào dòng kích từ I t , còn cạnh AB lại thay đổi tuỳ thuộc vào trạng thái bão hoà của mạch từ, nó chỉ không đổi khi mạch từ không cha hoà. Khi mạch từ bão hoà ảnh hởng của phản ứng phần ứng càng mạnh và độ dài cạnh AB càng tăng, do đó đờng đặc tính càng thấp (đờng 4 trên hình 6-10). Theo hình 6-10 ta thấy, ứng với dòng điện kích thích I t1 , khi không tải điện áp là U 0 = DE, còn khi mang tải định mức thì điện áp giảm đến U đm = CE. Nh vậy đoạn thẳng CD biểu thị độ biến đổi điện áp định mức U đm . Nguyên nhân của sự sụt áp là do điện áp rơi trong dây quấn phần ứng I đm R và do ảnh hởng của phản ứng phần ứng khử từ. Trên đồ thị hình 6-10 đờng 3 biểu thị đặc tính E = f(I t ) khi máy mang tải. S.đ.đ. này bé hơn điện áp U 0 khi không tải là do ảnh hởng của phản ứng phần ứng khử từ. 2 D U 3 A B 1 C 4 U đm 54 Hình 6- 10 Đặc tính tải của máy phát điện kích thích độc lập I t 0 I t1 I t2 I t3 C , B , A , K E 6-3. đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích song song Máy phát điện một chiều kích thích song song (hình 6-1b) có dây quấn kích thích đợc nối song song với dây quấn phần ứng để có thể tự sinh ra dòng điện kích thích cần thiết mà không cần nguồn điện bên ngoài. Sau đây ta hãy nghiên cứu điều kiện và quá trình tự kích của máy. Nh ta đã biết, khi máy ngừng hoạt động, trong lõi thép cực từ, gông từ còn lại từ d. Nếu ta quay máy phát, do có từ thông d trong dây quấn phần ứng sẽ cảm ứng đợc s.đ.đ. gọi là điện áp d E d . ở tốc độ quay định mức thì E d vào khoảng 2 ữ 3%U đm . Khi mạch kích thích kín mạch thì trong dây quấn kích thích sẽ có dòng điện I t = t r U trong đó r t là điện trở mạch kích thích, kết quả là sinh ra sức từ động I t w t . Nếu s.t.đ. này sinh ra từ thông cùng chiều với từ thông d thì máy sẽ đợc tăng cờng kích thích, điện áp đầu cực máy phát tăng và cứ tiếp tục nh vậy cho đến khi điện áp đầu cực máy phát đạt giá trị xác định. Nếu từ thông sinh ra ngợc chiều với từ thông d thì máy sẽ bị khử từ, không thể tự kích thích và tạo ra điện áp đợc. Để thấy rõ quá trình tạo ra điện áp của máy phát điện kích thích song song, ta hãy viết phơng trình điện áp cho mạch vòng kín bao gồm dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng. Bỏ qua phản ứng phần ứng rất nhỏ sinh ra bởi dòng điện i t khi chạy qua dây quấn phần ứng và giả thiết rằng hệ số tự cảm của dây quấn kích thích L t = C te , hơn nữa có thể bỏ qua R vì nó rất nhỏ so với r t , ta có: E dt di Lir t ttt =+ (6-1) với điều kiện ban đầu t = 0, i t = 0. Trong biểu thức (6-1), s.đ.đ. cảm ứng E sinh ra trong dây quấn phần ứng phụ thuộc vào dòng điện kích từ i t và tốc độ quay n của máy. Để đơn giản cho việc nghiên cứu ta giả thiết rằng quá trình tự kích thích đợc tiến hành khi máy đợc quay với tốc độ n = n đm = C te , mặc dù trong thực tế quá trình đó tiến hành đồng thời với việc tăng tốc độ của máy phát từ n = 0 đến n = n đm . Với giả thiết n = C te , ta có E = f(I t ) và đó chính là đặc tính không tải của máy phát điện (đờng 1 trên hình 6-11). 55 Phơng trình (6-1) có thể viết lại nh sau: i t U 0 = E 4 3 2 1 M I t 0 A B C r t i t d t iLd tt )( E d 5 dt di LriE t ttt = (6-2) Nếu coi r t = C te thì quan hệ r t i t là đờng thẳng hợp với trục ngang một góc xác định bởi t tt i ir tg (đờng 2). = Hiệu số đờng cong số 1 với đờng thẳng số 2 chính là dt di LriE t ttt = , nó đặc trng cho quá trình tự kích thích của máy phát. Nếu đờng cong số 1 cao hơn đờng Hình 6-11. Điện áp xác lập của máy phát kích thích song song ứng với các trị số khác nhau của r t thẳng số 2, tức dt di L t t > 0, nghĩa là dòng i t tăng và máy đợc tự kích thích. Điện áp của máy phát tăng lên cho đến khi i t = I t (điểm M - giao điểm của đờng 1 và đờng 2), quá trình tự kích thích kết thúc khi dt di L t t = 0 và điện áp ở đầu cực máy phát bằng: r t I t = E = U 0 Ta cũng cần chú ý rằng nếu r t tăng thì đờng thẳng U = r t i t có độ dốc lớn hơn (đờng 3), điện áp thành lập đợc sẽ nhỏ hơn. Trị số r t ứng với đờng thẳng 4 trùng với phần đoạn thẳng của đặc tính không tải gọi là điện trở tới hạn r t(th) . Khi đó điện áp đầu cực máy phát sẽ không ổn định. Nếu r t > r t(th) ta có đờng thẳng 5 và điện áp đầu cực máy phát bằng s.đ.đ. E d , máy không thể tự kích đợc. Từ những phân tích trên ta thấy rằng, điều kiện để máy tự kích thích và tạo ra đợc điện áp là: a) Máy phải có từ d, vì nếu không thì phơng trình (6-1) không có lời giải nào, nói khác đi là máy không thể tự kích đợc. b) Chiều quay của máy phát phải theo chiều nhất định để dòng điện i t (do s.đ.đ. E sinh ra) có chiều sao cho từ thông do nó sinh ra cùng chiều với từ thông d, nếu ngợc chiều sẽ khử mất từ d và máy không thành lập đợc điện áp đợc. c) Điện trở mạch kích thích r t phải không đợc quá lớn vì nếu r t quá lớn, dòng điện i t xác lập sẽ rất nhỏ, điện áp xác lập bằng điện áp d của máy E d . E A P M 0 I t H ình 6-13. Xẻ rãnh ở cực từ Hình 6-12. Uốn cong phần thẳng của đặc tính không tải của máy phát điện một chiều kích thích song son g Ta cũng thấy rằng, do tính chất bão hoà của mạch từ, bằng cách tăng r t ta có thể điều chỉnh đợc điện áp xác lập của máy đến trị số nhỏ nhất U min = (0,65 ữ o,75)U đm . Trong trờng hợp cần điều chỉnh trong phạm vi rộng ứng với U đm : U min = 5 : 1 (hoặc 10 : 1) thì cần phải uốn cong đoạn đầu của đặc tính không tải (hình 6-12). Muốn vậy, phải làm cho mạch từ sớm bão hoà bằng cách xẻ rãnh cực từ nh ở hình 6-13. 6.3.1. Đặc tính không tải U 0 = E = f(I t ) khi I = 0, n = C te Thí nghiệm để xây dựng đặc tính không tải của máy phát điện một chiều kích thích song song cũng tơng tự nh ở máy phát kích thích độc lập nhng cần chú ý rằng, đối với máy phát kích thích độc lập ta có thể vẽ đợc toàn bộ chu trình từ trễ đối xứng ABA B A giữa hai trị số giới hạn của dòng điện kích thích I tm ứng với điện áp (1,15 ữ 1,25)U đm . Đối với máy phát điện tự kích thích, do máy chỉ tự kích đợc theo một chiều nhất định (không thể đổi chiều dòng kích từ I t ) nên ta chỉ có thể vẽ đợc chu trình phụ theo chiều dơng từ 0 đến + I tm (chu trình BAB trên hình 6-2). 6.3.2. Đặc tính ngoài U = f (I) khi r t = C te , n = C te Đặc tính ngoài của máy phát điện một chiều kích thích song song đợc trình bày trên hình 6-14 (đờng số 2). Để tiện so sánh, trên hình đó cũng vẽ đặc tính ngoài của máy phát điện kích thích độc lập (đờng 1). Ta thấy khi tải tăng, điện áp của máy phát 56 kích thích song song giảm nhiều hơn so với điện áp của máy phát kích thích độc lập, vì ngoài ảnh hởng của phản ứng phần ứng và điện áp rơi trên R , trong máy phát kích thích song song s.đ.đ. E còn giảm theo dòng điện kích từ I t . Vì vậy độ thay đổi điện áp của máy phát kích thích song song lớn hơn độ thay đổi điện áp của máy phát kích thích độc lập. ở máy phát kích thích song song, thờng U đm = 10 ữ 12% U đm . Điểm đặc biệt ở máy phát kích thích song song là dòng điện tải chỉ tăng đến một giá trị nhất định I = I th , sau đó nếu tiếp tục giảm điện trở R pt ở mạch ngoài thì dòng điện I không tăng mà giảm nhanh đến trị số I 0 xác định bởi từ d của máy (ứng với điểm P trên hình 6-14). Sở dĩ nh vậy là do máy làm việc U U đm 57 Hình 6-14. Đ ặc tính ngoài của máy MFĐ một chiều kích thích song song (2) và máy MFĐ một chiều kích thích độc lập (1) 1 U đm 2 K P 0 I đm I th I I 0 trong tình trạng không bão hoà ứng với đoạn thẳng của đờng cong từ hoá, dòng điện I t giảm làm cho E, U giảm rất nhanh. Điện áp U giảm nhanh hơn R pt dẫn đến kết quả là dòng điện tải I giảm đến trị số I 0 nh đã nói ở trên. Nh vậy ta thấy rằng sự cố ngắn mạch ở đầu cực máy phát kích thích song song không gây nguy hiểm nh ở trờng hợp máy phát kích thích độc lập. Cách thành lập đặc tính ngoài từ đặc tính không tải và tam giác đặc tính tiến hành nh ở trờng hợp máy phát kích thích độc lập. Điều khác nhau cơ bản là ở máy phát kích thích độc lập I t = C te , còn ở đây I t phụ thuộc vào U và đờng U = r t I t là đờng thẳng OP qua gốc toạ độ (hình 6-15). Tam giác đặc tính ABC ở đây sẽ tịnh tiến trong vùng giới hạn giữa đặc tính không tải và đờng OP, trong khi ở máy phát kích thích độc lập, trong vùng P U, E A th K C th I th I đm I 0 I t Hình 6-15. Dựng đặc tính ngoài của máy p hát điện một chiều kích thích song song bằng đặc tính không tải và tam giác đặc tính giới hạn giữa đặc giữa đặc tính không tải và đờng thẳng PP , . 6.3.3. Đặc tính điều chỉnh I t = f(I) khi U = C te , n = C te Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện một chiều kích thích song song giống nh đặc tính điều chỉnh của phát điện một chiều kích thích độc lập, bởi vì đối với bản thân máy phát, việc điều chỉnh dòng kích từ để giữ điện áp không đổi khi tải thay đổi không phụ thuộc vào dòng điện đó lấy từ đâu. Điều cần chú ý là đối với máy điện kích thích song song, khi tải tăng điện áp bị sụt nhiều hơn nên mức độ tăng dòng điện kích thích phải nhiều hơn, do đó đặc tính điều chỉnh sẽ dốc hơn. 6-4. đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp Trong máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp (hình 6-1c), dây quấn kích thích đợc nối nối tiếp với dây quấn phần ứng. Vì vậy mà số vòng dây của dây quấn kích thích ít hơn nhiều so với số vòng dây của dây quấn kích thích của máy phát kích thích song song, nhng ngợc lại tiết diện dây lại lớn hơn một cách tơng ứng. Máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp thuộc loại tự kích thích nên cần có từ d và phải đợc quay theo chiều quy định để từ thông ban đầu cùng chiều với từ d. Mặt khác máy chỉ đợc kích thích khi mạch ngoài khép kín qua một điện trở, nói khác đi là máy chỉ đợc kích thích khi có tải. Vì I t = I = I nên khi n = C te chỉ còn hai đại lợng biến đổi là U và I, do đó máy phát điện này chỉ có một đặc tính ngoài U = f(I), còn các đặc tính khác chỉ có thể xây dựng đợc theo sơ đồ kích thích độc lập. Phơng pháp suy ra đặc tính ngoài từ đặc tính không tải và tam giác đặc tính đợc trình bày trên hình 6-16. Trên hình 6-16, đờng cong 1 là đặc tính không tải, đờng 3 là đờng biểu diễn quan hệ I.R = f(I). Ta tịnh tiến tam giác đặc tính ABC ứng với I đm đến vị trí A B C sao cho A nằm trên đặc tính không tải thì C sẽ nằm trên đặc tính ngoài. Thay đổi các cạnh của tam giác đặc tính ứng với các trị số khác nhau của dòng điện I và tiến hành tơng tự nh trên ta sẽ đợc toàn bộ đặc tính ngoài. Ta thấy rằng, khi có tải, do I t = I nên điện áp của máy phát điện tăng lên theo dòng điện U 58 Hình 6-16. Đặc tính ngoài của má y p hát đi ệ n kích thích nối tiế p . 0 I = I t 1 A , B , 2 C , 3 A B C tải. Tuy nhiên điện áp chỉ tăng đến một trị số tới hạn U th xác định bởi sự bão hoà của mạch từ. Khi dòng điện tải lớn hơn giá trị tới hạn I th thì điện áp của máy phát điện lại giảm (đờng nét đứt trên hình 6-16). Sở dĩ nh vậy là do mạch từ bão hoà, từ thông của máy phát không tăng nữa, trong khi đó phản ứng phần ứng và điện áp rơi trong mạch phần ứng vẫn tiếp tục tăng theo sự tăng của dòng điện. Do điện áp phụ thuộc nhiều vào phụ tải nên trong thực tế máy phát đện một chiều kích thích nối tiếp ít đợc sử dụng. 6-5. máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp có đồng thời hai dây quấn kích thích song song và nối tiếp cho nên trong nó tập hợp các tính chất của cả hai loại máy này. Tuỳ theo cách nối, s.t.đ. của hai dây quấn kích thích có thể cùng chiều hoặc ngợc chiều nhau. Khi nối thuận ( t// cùng chiều với tnt ) thì dây quấn kích thích song song đóng vai trò chủ yếu, dây quấn kích thích nối tiếp chỉ làm nhiệm vụ bù lại tác dụng của phản ứng phần ứng và điện áp rơi trên điện trở R , nhờ đó máy có khả năng điều chỉnh tự [...]... các máy phát làm việc song song và sự phân phối cũng nh chuyển công suất giữa hai máy I A + + - V A A + A A I - + I 11 m II - + I12 I n - + I 11 a) II - I12 b) Hình 6 -2 0 Máy phát điện một chiều làm việc song song : a) máy phát kích thích song song; b) máy phát kích thích hỗn hợp 6.6 .1 Điều kiện làm việc song song của máy phát điện một chiều Giả thử ta có hai máy phát điện một chiều I và II, trong đó máy. .. Khi cần bù điện áp rơi trên đờng dây tải điện để giữ cho hộ dùng điện nhận đợc điện áp định mức phải tăng cờng dây U B/ B /1 D/ A /1 A/ 1 M D1 D 2 U0 C /1 C/ 3 E I E1 Iđm Iđm/2 B B1 A A1 G G1 C C1 O It Hình 6 -1 8 Dựng đặc tính ngoài của máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp bằng đặc tính không tải và tam giác đặc tính 3 It 1 2 0 Iđm I Hình 6 -1 9 Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện một chiều kích... thay I1 I2 đổi lợng nhiên liệu đa vào các động I1 = I 0 cơ sơ cấp I1+I2= I Nh vậy nếu muốn chuyển tải hoàn toàn từ máy phát I cho máy phát II chỉ việc tiếp tục tăng E2 và giảm E1 đồng Hình 6-2 1 Phân phối lại tải thời cho đến khi E1 = U Lúc đó máy II giữa các máy phát điện hoàn toàn đảm nhiệm tải (I2 = I) và có 61 thể tách máy I ra khỏi lới điện Chú ý rằng nếu giảm It1 quá nhiều thì E1 < U và máy I... ứng phần ứng sẽ tăng 25% tơng ứng, nghĩa là: It = (2,5 - 2,35) ì 1, 25 = 0 ,18 75 A và dòng kích thích có hiệu quả bằng: It = 2,5 - 0 ,18 75 = 2, 315 A Từ đờng cong từ hoá suy ra E(750) = 16 5 V, do đó: E (10 00 ) = 16 5 ì 10 00 = 220 V 750 Điện áp đầu cực máy phát bằng: U = E IR = 220 (10 ì 1, 25).0,4 = 215 V Câu hỏi 1 Các đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích độc lập? Tam giác đặc tính? Cách xây... điện I mà không giảm kích thích của máy phát điện II thì tải sẽ phân phối lại giữa hai máy nh thế nào ? Điện áp của lới lúc đó ra sao? 9 Hai máy phát điện làm việc song song với U = 220V, U1 = 4,8%, U2 = 5,5% Hỏi máy phát nào chóng đầy tải, lúc đó tải của máy kia bằng bao nhiêu? Bài tập 1 Cho một máy phát điện một chiều có Pđm = 215 kW, Uđm = 11 5 V và nđm = 450 vg/ph Điện trở của dây quấn phần ứng và... Cho A1B1C1 là tam giác đặc tính ứng với I = Iđm/2 Tịnh tiến A1B1C1 theo đờng thẳng 2 sao cho đỉnh C1 chiếm vị trí C1 trên đờng thẳng 2 và đỉnh A1 chiếm vị trí A1 trên đờng cong 1 thì đoạn C1G1 = D1E1 là điện áp ứng với dòng điện tải bằng Iđm/2 Nếu ABC là tam giác đặc tính ứng với I = Iđm thì cũng tơng tự ta có CG = DE là điện áp ứng với tải định mức Nếu C trùng với điểm M giao điểm của đờng cong 1 và... máy phát điện một chiều kích thích song song không thể tự kích thích và tạo ra đợc điện áp? 3 Nếu máy phát điện kích thích song không tự kích thích do mất từ d thì làm thế nào để tạo ra đợc điện áp? 4 Sự khác nhau giữa đặc tính ngoài của các máy phát điện kích thích độc lập và kích thích song song Tại sao máy phát điện một chiều kích thích song song không lấy đợc đặc tính ngắn mạch? 5 Tại sao máy phát. .. It, A 1, 0 1, 6 U0, V 78 12 0 15 0 17 6 2 2,5 2,6 3 18 0 19 3,5 3,6 4,4 206 225 Tính: a) Điện áp không tải ở tốc độ n = 10 00 vg/ph b) Số ampe - vòng khử từ của phản ứng phần ứng khi tải đầy c) Điện áp đầu cực khi quá tải 25% Giải a) Vì s.đ.đ tỉ lệ với tốc độ nên: E (10 00 ) E ( 750 ) = 10 00 10 00 10 00 E (10 00 ) = E ( 750 ) = 17 6 = 235 V 750 750 750 (Theo đờng đặc tính từ hoá đã cho ta tìm đợc E(750) = 17 6 V)... ứng, do đó điện áp ở đầu cực máy phát đợc giữ hầu nh không đổi (đờng 2 trên Hình 6 - 17 hình 6 -1 7) Trờng hợp bù thừa điện áp sẽ Đặc tính ngoài của máy phát điện kích thích hỗn hợp tăng khi tải tăng (đờng 1) Điều này có ý nghĩa đặc biệt khi cần bù hao hụt điện áp trên đờng dây tải điện để giữ cho điện áp ở hộ tiêu thụ điện không đổi Nếu nối ngợc hai dây quấn kích thích thì khi tải tăng, điện áp sẽ giảm... Tại sao máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp ít đợc sử dụng? 6 Tác dụng của dây quấn kích thích nối thuận và nối ngợc trong máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp? 7 Điều kiện làm việc song song của các máy phát điện một chiều? Cách phân phối tải lại giữa các máy đó? 8 Có hai máy phát vận hành song song, khi tải chung của hai máy không đổi, nếu tăng kích thích của máy phát điện I mà không . 61 Hình 6-2 1. Phân phối lại tải giữa các máy phát điện I 1 I 1 +I 2 = I I 2 I 1 = I 1 U = C te 0 2 2 / 1 / thể tách máy I ra khỏi lới điện. Chú ý rằng nếu giảm I t1 quá nhiều thì E 1 . B / 1 A / 1 A / D / B / M D 1 E 1 E D I đm I đm /2 C C 1 O B 1 B A A 1 C / C / 1 U 0 G G 1 Hình 6 -1 9. Đ ặc tính điều chỉnh của máy p hát điện một chiều kích thích. song song của máy phát điện một chiều Giả thử ta có hai máy phát điện một chiều I và II, trong đó máy phát điện I đang làm việc với một tải I nào đó (hình 6-2 0). Muốn ghép máy phát II vào làm