Biến đổi điện cơ

t. gian

tổn hao
động cơ điện

máy phát

Trường điện từ

Hầu hết các thiết bị điện của ta hiện nay đều biến đổi điện cơ thông qua từ trường.

-Theo thống kê và kinh nghiệm thì thiết bị điện kiểu điện dung (điện trường) chỉ có ưu việt khi F cao hoặc P nhỏ.

-Các thiết bị điện cảm (từ trường) phù hợp với F trung bình và thấp, P trung bình và lớn.

1.1 Ba định luật biến đổi điện cơ:

1. 
   Không có biến đổi điện cơ đạt hiệu suất 100%
   

Mô hình chung nhất của thiết bị điện người ta thường dùng mô hình mạng 2/3 cửa để mô tả.

Nếu mạng 2 cửa phải mô tả tổng trở nội tại của thiết bị

u,i M,n

Nếu mạng 3 cửa thì cửa 3 là năng lượng nhiệt đặc trưng cho tổn hao.

u,i M,n

2. 
   Tất cả các thiết bị biến đổi điện cơ đều có tính thuận nghịch:
   

Mặc dù một thiết bị có tính thuận nghịch nhưng do tính kinh tế- kỹ thuật; Các thiệt bị được chế tạo dùng riêng theo một chiều nào đó và chú ý rằng ở các thiết bị này chỉ thuận nghịch điên – cơ mà không liên quan đến NL nhiệt.

Định mức : 400^v 380^v

230^v 220^v

nguồn phụ tải

6,3 kV suy hao 6 kV

380 V

3. 
   Từ trường của phần tĩnh và động của thiết bị biến đổi điện cơ đồng bộ:
   

• 
  Ở MDDB phần cảm ở Roto khi làm việc từ trường roto quay với tốc độ n =n1 và từ trường phần ứng cũng quay với tốc độ quay n1=n
  
• 
  Với MĐKĐB thì roto trượt với tốc độ từ trường
  

Nhưng tốc độ từ trường roto lại quay với tốc độ của từ trường stato tương ứng tốc độ trượt này, vì vậy nó quay đồng bộ nhau.

• 
  MĐ chiều do phần ứng luôn ở roto nên từ trường phần cảm
  

Quá trình biến đổi năng lượng điện cơ mô tả chi tiết như sau:

• 
  Động cơ:
  

= + +

Thông thường các bt nc để tiện lợi người ta chuyển TH đồng thành TH trên đường dây, hay nói cách khác điện năng ở đầu vào thường được tính = CS điện - tổn hao đồng

Vì vậy ta có Pt: Điện năng đầu vào cân bằng với công suất cơ và độ thay đổi của NL từ trường

dw_e = dw_cơ + dw_tt

Trong đó : dw_tt có khi tính điện và có khi bỏ qua tổn hao trong lõi thép.

Từ Pt này người ta có thể tính NL dw_tt thông qua thay đổi dw_e ; dw_cơ. Hoặc dw_cơ thông qua dw_e; dw_tt

Thí dụ: Cần tính dw_tt : dw_tt = dw_e - dw_cơ

Trong đó:

1.dw_e = u.i.dt

u: Điện áp cảm ứng (đã kéo điện trở ra ngoài)

dw_e = -e =

2. dw<sub>cơ = F. dx

M.dt

=></sub> dw_tt = i.d- F.dx thẳng

dw_tt = i.d- M.d: quay

NL từ trường này có thể biểu diễn bằng đẳng thức toán học như vừa viết hoặc bằng hình học

3. Biểu diễn dw_tt hình học

-

Giả sử tại vị trí xác định nào đó khi lực điện từ cân bằng với lực lò xo; quan hệ (i) của hệtương đương đường cung từ hoá

x= x₂

i

i₁

dw_cơ = 0

i=0 => i₁

= o => ₁ Ta có NL tt tương ứng với diện tích hình gạch chéo trên hình
dw_tt = dw_e - dw_cơ = 0
dw_tt = dw_e = i.d

4. Đối năng lượng:

Ta đã biết trên toạ độ đề các biểu diễn đường cong từ hoá thí nghiệm tích giới hạn bởi đường cong và trục sim đặc trưng cho NL tích luỹ trong từ trường

ψ

i

Wd = =

Nghiên cứu hệ biến đổi điện cơ chuyển động thẳng

g

+

x x₁

Giả sử phần động di chuyển dx tương ứng ở vị trí đầu ứng với x₁

Quan hệ ,i

ψ

i

Vị trí cân bằng ban đầu, ứng với các thông số , i₁ ở vị trí đã di chuyển (x= x₂) => tương ứng với ₂; i₂

Trong quá trình biến đổi điện cơ hay quá trình phần động đang di chuyển.

Các trường hợp:

• 
  Phần động chuyển động với tốc độ chậm => i coi là hằng số.
  

• 
  Nếu di chuyển nhanh:
  

ψ

ψ_{2 B}

i₁ i

Biến đổi năng lượng từ trường là phần gạch chéo. Nói cách khác: Nếu biến đổi năng lượng từ trường cân bằng với biến đối NL cơ

Dw = F.dx

=>Muốn tính dw có thể dùng tới đối năng lượng

Trong thực tế khi phần ứng chuyển động, quan hệ , i gần đúng, khi điểm làm việc biến đổi từ A -> B

dw_e = i.d

(về nhà chứng minh)

§ Chuyển động quay


P

θ

Q

Trục kích vuông : trục ngang

Khi quay :
Trường hợp này gần đúng, người ta coi là từ trở khe hở rất lớn so với mạch từ

Phần quan hệ

, i có thể tuyển tính hóa => w_tt = w_tt

=> Mômen

M_dt = -.

-

Nhận xét : M_dt = f(t)

Biến đổi theo quy luật hình sin

Trong những trường hợp chung, momen điện từ có giá trị TB = 0

Khi ω_c = ω_s

ứng với máy điện đồng bộ phản kháng

ir

Xác định và \

= i_sdψ_s + i_s.dψ_r

4

₁

3 2

dw_{t t} = (4 +3 ) –( 2+3 )

=4 -2

dw_co = (1 + 4 ) – (4 – 2)

Năng lượng

=

=

Nếu hệ là tuyến tính thì đối năng lượng bằng năng lượng

Trường hợp nếu kể đến điện trở rôto ta chỉ việc thay thế

Nếu các điện cảm toàn phần biến thiên theo θ theo quan hệ đã biết ta sẽ có biểu thức

=

Trong đó : i_t là ma trận chuyển vị của i

Trường hợp khe hở đều – máy cực ẩn

Momen điện từ -> công thức 2.117

Trang 51 (sgk)

Nhìn chung biểu thức này là tổng của các hàm điều hoà :

M_tb = 0 ; Trừ các trường hợp riêng sau :

ω_cơ = ± (cos(±ω_r))

Tự đánh giá xem 4 TH trên : ứng với TH nào của máy điện đã nghiên cứu

• 
  Ứng dụng cho điên một pha
  

Người ta cũng thấy nếu mạch điện không đồng bộ một pha ở trạng thái roto đứng yên

M_dt = 0
Chương 6: Khởi động và hãm máy

Một moden quay khi làm việc với tốc độ thì quan hệ giữa momen và M và công suất

M === 9,55.

M =9,55.

Đối với chuyển động quay còn có momen quán tính:

J = m.r

m : khối lượng của chuyển động

r : bán kính quán tính, thường được tra trong bảng số kỹ thuật, thuộc kích thước và hình dáng của chuyển động quay.

Trường hợp đặc biệt vật chuyển động là tròn xoay và đồng đều thì r được tính theo đường kính quay (d)

r=

Khi vật chuyển động phải thoả mãn pt cân bằng momen nghĩa là;

M_dt = M_c + M _quántính (momen động)

M_qtính = J

M_j = M_dt – M_{c =} J

Nếu M_j là hằng số thì

t_{k = =}

Trong nhiều trường hợp ta có khái niệm: hằng số quán tính là tỷ số giữa động năng lúc roto ở tốc độ định mức ω_dm chia cho công suất biểu kiến định mức .

Trong một số thiết bị MF và Đ có cơ số khác nhau, có các hằng số quán tính khác nhau như cho trong tài liệu.
Phần 2: Máy điện tổng quát

Khái niệm chung:

Việc nghiên cứu máy điện tổng quát nhằm xây dựng được các mô hình toán tổng quát cho các loại moden khác nhau và ở các chế độ h khác nhau.

Có rất nhiều cách đi đến dạng tổng quát, nhưng để đơn giản khi xét đến các máy điện quay, người ta thường mô tả chúng dưới dạng mặt cắt dọc ngang.

Ban đầu thường giả thiết phần cực lồi đặt ở phía stato. Mặt khác các qt điện từ nói chung ở MĐ đx được lặp lại ở các đối cực từ khác nhau. Vì vậy khi nghiên cứu máy điện người ta chỉ nghiên cứu ở một đôi cực từ.

Các dq ở cả hai phía thường được đặt ở các rãnh lõi thép hoặc tập trung ở cực từ và được phân chia thành 3 loại sau:

1. 
   Dq tập trung, quận dây, bối dây
   
2. 
   Dây quấn nhiều pha
   
3. 
   Dây quấn được nối với nhau qua các phiến góp
   

Khi nghiên cứu quá trình biến đổi điện cơ và thành lập mô hình toán học cho máy điện, người ta quan tâm nhất đến vùng khe hở không khí stato và roto.

2.2 Mô tả chung moden quay:

Môden một chiều có dây quấn phần cảm đặt ở stato

D

U_d

Φ

i

Ứng dụng chỉ xuất hiện khi chổi than không nằm ở trung tính hình học.Mô tả trên chỉ khác với thực tế là: giữa dây quấn ngang trục phần ứng và dọc trục phẩn cảm ở mô tả không có hỗ cảm; chúng không có hỗ cảm với nhau, nhưng chúng lại có hỗ cảm quay với nhau.Vì vậy ở các moden quay thường có kn về sdd BA và ………

2.3 Xét trường hợp các dây quấn của máy biến áp:

Mặc dù Máy biến áp không có phần chuyển động và biến đổi năng lượng không giống với Máy điện quay nhưng các pt cân bằng điện ở Máy biến áp có thể dùng để nghiên cứu cho Máy điện quay.

Xét trường hợp: 2 dây quấn có hỗ cảm nhau (A và B)

A B

u_a

Ta đã biết theo luật cảm ứng điện từ thì sức điện động cảm ứng xuất hiện trong vật dẫn khi xảy ra một trong 2 điều kiện sau:

• 
  Khi có từ thông móc vòng biến thiên
  

• 
  Có chuyển động tương đối giữa từ trường và vật dẫn ở MĐ nếu môtả dây quấn gồm 2 loại: dọc trục và ngang trục thì chỉ có dây quấn cùng trục mới có sức điện động biến áp. Còn sức điện động cảm ứng ở phần quay chỉ xuất hiện khi cảm ứng của từ trường khác trục
  
• 
  Sức điện động biến áp sẽ xuất hiện ở các dây cuốn cùng trục
  
• 
  Sđđ quay chỉ cảm ứng giữa dq phần ứng của một trục với dq trục khác
  

Tính thời gian kđộng ĐKĐB

Biết M_J = (740 – 2n) ; n là vòng/phút

J = 100 kg/m²

Ta có t_k = = t_k =

Giả thiết tại n = 370 là điểm làm việc ổn định

Bài tập 2: Viết công thức tính momen trung bình của Máy điện có 2 kích từ. Hãy xác định giá trị momen trung bình cực đại khi biết biên độ hỗ cảm M = 1 Henry, I_s = 0,75Ir. Hỏi đó là trường hợp nào.

2.5 Một số phương pháp phân tích Máy điện:

• 
  Quá độ và xác lập
  

Ở chế độ quá độ thì biến đổi dòng áp không còn giống nguồn với MĐTQ, người ta tìm cách để xây dựng hệ phương trình liên thông thoả mãn cả quá trình xác lập và quá trình quá độ.

• 
  Các phương trình cân bằng:
  

Ở Máy điện tổng quát, người ta thường phân tích một mạch điện phức tạp thành nhiều mạch điện mà ở đó chỉ có 1 vòng, chỉ có phương trình cân bằng, áp viết theo k_2. Trong phương trình đó các tp u và e sẽ bao gồm:

1. 
   Nguồn (u/e)
   
2. 
   Điện áp trên điện trở
   
3. 
   Số điện động tự cảm
   
4. 
   Số điện động hỗ cảm biến áp (hằng số hỗ cảm)
   
5. 
   Số điện động hỗ cảm quay ( , hệ số hỗ cảm quay)
   

• 
  Momen:
  
  1. 
     Các loại momen cơ; nguồn , tải
     
  2. 
     Momen động J
     
  3. 
     Các loại khác
     

• 
  Các dạng bài toán và phương pháp giải:
  

n dây quấn	n ẩn (i/u)
	tốc độ n: (M hoặc đã biết, hoặc n)

1 pt cân bằng momen

Bảng 5.1. Phân loại các bài toán Máy điện thường gặp (75)

Với n chưa biết: Dạng bài toán phức tạp khi giải thường tính đến khả năng dao động ổn định hay không. Hệ pt là vi phân phi tuyến phải giải bằng phương pháp gần đúng, nhưng là hàm của (t).

Tốc độ biến đổi hay gặp nhất là biến động nhỏ và dao động nhỏ.
2.6 Mô hình tổng quát của MĐ 1 chiều

Thông thường 1 Máy điện 1 chiều tối đa được mô tả bằng các dây quấn như trên hình vẽ.

dọc trục
W_t

U W_ud W_b W_cp

W_uq

• 
  Ngang trục cũng gồm: Dây quấn kích từ Wg
  

Dây quấn bù Wb

Dây quấn phần ứng ngang trục Wưq

• 
  Máy cs nhỏ : không làm Wcp ; Wb chỉ cần dịch chổi than khỏi trung tính hình học để khử phản ứng phụ
  
• 
  M cs lớn : Wcp để cải thiện đổi chiều.
  

Tượng tự với dây quấn bù và dây quấn cực phụ

Dây quấn phần ứng gồm dq dọc trục và ngang trục, ngoài ra trên các thành phần còn có thêm thành phần STđ quay .

Viết phương trình cho TH : 2 dây quấn phần tĩnh đặt vuông góc nhau là f và g ;2 dây quấn phần động là d và q .