Giáo trình Máy điện 1 - Phần 5: Máy điện một chiều - Chương 5: Máy phát điện một chiều

Nội dung text: Giáo trình Máy điện 1 - Phần 5: Máy điện một chiều - Chương 5: Máy phát điện một chiều

1. 133 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN BỘ MƠN: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP MÁY ĐIỆN 1 2008
2. 134 Chƣơng 5 MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU 5.1. ĐẠI CƢƠNG Mặc dù sử dụng phổ biến bộ biến đổi tĩnh và hệ thống điều khiển đã giảm đi máy phát điện một chiều, nhưng nĩ vẫn cịn được sử dụng làm nguồn trong một số lãnh vực địi hỏi phải dùng máy phát điện một chiều làm nguồn như nhà máy luyện thép, tàu phá băng, cơng nghiệp điện cơ và máy chải trong ngành dệt và một vài hệ thống truyền động. Sau đây ta sẽ nghiên cứu các đặc tính, sự vận hành và quá trình thành lập điện áp của các loại máy phát điện một chiều. 5.2. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP Máy phát điện một chiều kích từ độc lập cĩ dịng điện kích từ It do nguồn một chiều ngồi máy tạo ra, khơng phụ thuộc dịng điện phần ứng Iư như trên hình 5.1. Nguồn cung cấp cho mạch kích từ này cĩ thể là một máy phát điện một chiều khác, bộ chỉnh lưu khơng điều khiển hoặc chỉnh lưu cĩ điều khiển hoặc nguồn accqui (nguồn E). 5.2.1. Mạch điện tƣơng đƣơng và các phƣơng trình cân bằng Các phương trình của máy phát một chiều kích từ độc lập : Phương trình dịng điện : Iỉ I (5.1a) Phương trình điện áp : + Mạch kích từ : Ut Et R mt It (5.1b) + Mạch phần ứng : Eỉ U Rmỉ Iỉ kEΦn (5.1c) Iư I + R Rmư t Tải n  It U E ư Nt ĐC sơ cấp  _ Et Rđc Hình 5.1 Mạch tương dương của máy phát kích từ độc lập
3. 135 Trong đĩ : I = dịng điện phụ tải Et = sđđ kích thích để tạo ra dịng kích từ. R t = điện trở của dây quấn kích thích. R âc = Biến trở để điều chỉnh dịng điện kích thích. R t R t Râc : điện trở của mạch kích thích. R mỉ = điện trở mạch phần ứng. Chú ý: Khi khơng cĩ điện trở điều chỉnh dịng điện kích từ Rđc thì điện trở dây quấn kích từ là điện trở mạch kích từ. Cho rằng máy khơng cĩ từ dư và được thiết kế kích từ độc lập, từ thhong cực từ cĩ thể xác định là: N I Φ t t (5.2) μ Trong đĩ: It = dịng điện kích từ (A) Nt = số vịng dây của quấn trên một cực từ  = từ trở của mạch từ (A-t/Wb)  = từ thơng cực từ (Wb) Từ cơng thức (5.1c) và (5.2), ta cĩ: k E Nt It .n Eỉ (5.3) μ Chú ý, từ trở của vật liệu sắt từ khơng phải là hằng số, như vậy biểu thức (5.2) là khơng tuyến tính. Dịng điện trong cuộn dây kích thích được xác định từ định luật Ohm: Et It (5.4) R t R đc Trong đĩ: It = dịng điện kích từ (A) Et = Sđđ nguồn kích thích (V) Rt = điện trở của dây quấn kích thích () Rđc = điện trở điều chỉnh dịng điện kích thích () Từ biểu thức (5.4) cho ta thấy khi giảm điện trở kích từ làm tăng dịng kích thích giống như tăng số vịng dây trên cực từ, sẽ tăng sđđ phần ứng. VÍ DỤ 5.1 Máy phát điện một chiều kích từ độc lập cơng suất 100kW cung cấp 50kW cho tải ở điện áp 125V. Nếu cắt tải và giữ nguyên tốc độ thì điện áp ra trên đầu cực máy phát là 137V. Hãy tính: a. Dịng điện tải. b. Điện trở mạch phần ứng
4. 136 Bài giải Cơng suất của tải P = 50kW = 50.000W, điện áp tải U = 125V. Dịng điện tải là : P 50.000 I 400A U 125 Khi khơng tải, điện áp trên đầu cực mát phát U = sđđ phần ứng Eư.=137 V. Điện trở mạch phần ứng : E U 137 125 R ỉ 0,03 ỉ I 400 5.2.2. Đặc tính khơng tải Đặc tính khơng tải là quan hệ của đường cong giữa sđđ cảm ứng và dịng điện kích thích E = f(It) khi máy làm việc khơng tải (I = 0) và tốc độ quay của máy n = const như trên hình 5.2. Nĩ là dạng của đường cong từ hĩa. Đây là đặc tính rất quan trọng vì hầu hết các đặc tính làm việc khác phụ thuộc vào nĩ. Từ hình 5.2, ta lưu ý các điểm sau: Lúc dịng điện It = 0 vẫn cĩ một sđđ nhỏ Edư do từ dư của lõi thép. Trong đoạn tuyến tính từ Edư đến A. sđđ E tỷ lệ dịng điện It . Trong đoạn chuyển tiếp AB, sđđ E tăng chậm hơn . Trong đoạn bão hịa BC, sđđ Eư tăng khơng đáng kể. Điểm làm việc bình thường của máy nằm trên đoạn chuyển tiếp vì nếu trên đoạn tuyến tính sđđ Eư sẽ thay đổi nhiều theo dịng điện nên điện áp ra của máy bị dao động; cịn trên đoạn bão hịa dịng điện lớn làm tăng tổn hao kích thích. VÍ DỤ 5.2 Máy phát điện một chiều kích từ độc lập cĩ điện trở của dây quấn kích từ và mạch phần ứng tương ứng là 10,4 và 0,014. Đường cong từ hĩa của máy trên hình 5.2. Xác định điện trở điều chinh dịng điện kích từ để sđđ cảm khi khơng tải là 290V, nếu được nối vào nguồn 240V. Bài giải Từ đường cong từ hĩa hình 5.2, ta tìm được dịng điện kích từ để sđđ cảm ứng khi khơng tải được 290V là 8,9A. Dịng điện kích từ là : Et Et It Rđc Rđc R t Rđc It 240 R 10,4 16,57 Ω đc 8,9
5. 137 350 C B 300 Bão hịa ) V ( E A Chuyển tiếp Sđđ 200 150 100 Tuyến tính 50 E dư 0 2 4 6 8 10 12 Dịng điện kích từ It (A) Hình 5.2. Đường cong đặc tính khơng tải của máy phát điện một chiều 5.2.3. Đặc tính ngồi U RưIư Đặc tính ngồi của máy phát điện E một chiều là quan hệ giữa điện áp trên 1 dầu cực máy và dịng điện tải U = f(I), 2 khi tốc độ n = const và dịng điện kích Sụt áp do phản từ It = const (hình 5.3). ứng phần ứng Phương trình cân bằng điện áp của của máy phát : I 0 U Eỉ R mỉ Iỉ (5.5) Khi dịng điện tải I tăng, nếu bỏ Hình 5.3 Đặc tính ngồi máy phát DC qua phản ứng phần ứng thì sđđ Eư và từ thơng  khơng đổi, nên điện áp U giảm xuống (hình 5.3, đường 1) do điện áp
6. 138 rơi trong mạch phần ứng RưIư tăng, cịn khi cĩ xét phản ứng phần ứng thì điện áp U giảm xuống (đường 2) do cả hai nguyên nhân sau: Tác dụng của phản ứng phần ứng làm cho từ thơng tổng  giảm, kéo theo sức điện động Eư giảm và, Điện áp rơi trong mạch phần ứng RmưIư tăng. Hiệu số điện áp lúc khơng tải Uo và lúc cĩ tải định mức Uđm với điều kiện dịng điện kích từ bằng dịng điện kích từ định mức được qui định là độ biến đổi điện áp định mức của máy phát một chiều : Uo Uâm Uâm% 100 (5.6) Uâm Điện áp khơng tải cĩ được bằng cách cho máy làm việc trong điều kiện định mức rồi giảm tải dần về khơng, và quan sát thấy điện áp khơng tải. VÍ DỤ 5.3 Máy phát điện một chiều kích từ độc lập cĩ cơng suất định mức Pđm = 5kW, điện áp Uđm = 125V, điện trở mạch phần ứng Rư = 0,2. a. Hãy tính dịng điện định mức và điện áp lúc khơng tải. Suy ra độ biến đổi điện áp định mức của máy. b. Tính điện áp khi máy phát làm việc bằng nửa tải. Cho là dịng kích từ và tốc độ quay của máy khơng đổi. Bài giải 1. Điện áp lúc khơng tải và Uđm% Cơng suất Pđm = 5kW = 5000W, điện áp tải Uđm = 125V. Dịng điện định mức của máy là : Pâm 5.000 Iâm 40 A Uâm 125 Sđđ cảm ứng trong máy khi tải định mức : Eư = Uđm + Rmư Iđm = 125 + 0,2 x 40 = 133 V Độ biến đổi điện áp định mức của máy phát một chiều: Uo Uâm 133 125 Uâm% 100% 100% 6,4% Uâm 125 Khi khơng tải, điện áp trên đầu cực mát phát U.= sđđ phần ứng Eư.=133 V. Điện áp khi máy phát làm việc bằng nửa tải : Khi máy phát làm việc bằng nửa tải thì dịng điện phần ứng lúc này Iư = 20A. Do dịng điện kích từ và tốc độ quay của máy khơng đổi, nên Eư = 133 V. Vậy điện áp trên đầu cực máy là: U = Eư - Rư Iư = 133 - 0,2. 20 = 129 V
7. 139 Máy phát điện một chiều cĩ dây quấn bù Hình 5.4 trình bày hình máy phát điện một chiều kích từ độc lập cĩ đặt cực từ phụ và dây quấn bù. Máy đang cung cấp nguồn cho tải trong điều kiện định mức. Áp dụng định luật Kirchhoff về áp cho mạch phần ứng, ta cĩ: Eỉ U R mỉ Iỉ (5.7) R mỉ R ỉ Rf R b (5.8) Trong đĩ: U = điện áp của máy khi cĩ tải (V) Eư = Sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng (V) Rư = điện trở của dây quấn phần ứng () Rf = điện trở dây quấn cực từ phụ () Rb = điện trở dây quấn bù () K Iư + I Rmư Rt Tải n  It U Eư Nt ĐC sơ cấp  P+B Rđc _ U t Hình 5.4 Mạch tương dương của máy phát kích từ độc lập cĩ cực từ phụ và dây quấn bù Do trong máy cĩ dây quấn bù, nên phản ứng phần ứng bị triệt tiêu và sđđ Eư là sđđ sinh ra khơng đổi từ lúc khơng tải cho đến đầy tải. Như vậy, trong trường hợp đặc biệt của máy phát điện một chiều kích từ độc lập cĩ dây quấn bù, điện áp khi khơng tải U0 = Eư. Máy phát điện một chiều khơng cĩ dây quấn bù Nếu máy phát điện một chiều như trên hình 5.4 được thiết kế khơng cĩ dây quấn bù nhưng cĩ cực từ phụ, ta cĩ phương trình cân bằng điện áp: Eỉ U Iỉ (R ỉ Rf ) (5.9) Cơng thức (5.9) khơng tính đến phản ứng phần ứng và sự bão hịa từ. Ảnh hưởng của phản ứng phần ứng đến sđđ như trình bày trên hình 5.5. Trên hình 5.5, lúc máy khơng tải, dịng điện kích từ thực It (Ft) sinh ra sđđ là Eưo. Khi máy cĩ dịng điện tải I, sđđ cảm ứng trong dây quấn phần ứng là Eư = U + IưRư. Nếu Eư < Eưo,
8. 140 tức là từ thơng trong máy giảm do phản ứng phần ứng, mặc dù dịng điện kích từ It vẫn khơng đổi. Vì vậy ta cho rằng, sđđ Eư cảm ứng trong máy là do dịng điện kích thích hiệu dụng I (F ) sinh t.hd t,hd ra. Do vậy, phản ứng phần ứng được E  coi như làm khử một phần dịng điện khích thích. Sự khác nhau giữa dịng Eư0= U0 điện kích thích thực và dịng điện Eư0 kích thích hiệu dụng là do phản ứng Eư U + Iư.Rmư phần ứng và cĩ dịng điện kích từ tương ứng It.pư. (Ft,pư) Do đĩ ta cĩ : It.pư It.hd = It - It.pư (5.10a) It(A) Ft.hd = Ft - Ft.pư (5.10b) 0 It.hd It Trong đĩ It.pư (Ft,pư) là dịng điện Hình 5.5 Ảnh hưởng phản ứng phần ứng kích từ tương ứng với phản ứng phần ứng. 5.2.4. Đặc tính điều chỉnh It Đĩ là quan hệ giữa dịng điện kích từ và dịng điện tải It =f(I) khi giữ điện áp và tốc It0 độ máy phát khơng đổi, được trình bày trên hình 5.6. Để giữ cho điện áp máy phát khơng đổi khi tải tăng, phải tăng dịng điện kích từ I It, như vậy dịng điện kích từ tăng là để bù lại phản ứng phần ứng và điện áp rơi trên dây quấn phần ứng. Hình 5.6 Đặc tính điều chỉnh VÍ DỤ 5.4 Một máy phát điện một chiều kích từ song song cĩ Pđm = 12kW, điện áp Uđm = 240V, nđm = 1000vịng/ph, Rư = 0,24. Dây quấn kích từ cĩ điện trở Rt =160 và số vịng của dây quấn kích thích Nt = 1200vịng/cực từ, dịng kích từ là 6,7A (đặc tính khơng tải của máy hình 5.3, ứng với tốc độ 1000vịng/ph). Máy đang vận hành thành máy phát kích từ độc lập với dịng điện kích từ định mức. 1. Bỏ qua phản ứng phần ứng, xác định điện áp trên đầu cực máy phát khi dịng điện định mức ?. 2. Phản ứng phần ứng khi tải định mức tương đương dịng kích từ là 0,6A: a. Xác định điện áp trên đầu cực máy phát ? b. Xác định dịng điện kích từ, cho rằng điện áp trên đầu cực máy phát khi tải định mức là 240V.
9. 141 Bài giải 1. Xét khi bỏ qua phản ứng phần ứng lúc dịng điện định mức ? Dịng điện định mức của máy là : Pâm 12000 Iâm 50 A Uâm 240 Từ đặc tính khơng tải của máy hình 5.3, khi It = 6,7A, ta cĩ Eư = 250V Điện áp trên đầu cực máy phát khi dịng điện định mức: U = Eư - Rư Iđm = 250 - 0,24 x 50 = 238 V 2. Xét khi cĩ phản ứng phần ứng: Dịng điện kích từ hiệu dụng : It.hd = It – It.pư = 6,7 - 0,6 = 6,2 A Từ hình đặc tính khơng tải trên 5.3 với dịng điện kích từ 1,84 A, ta cĩ Sđđ Eư = 240V. Điện áp trên đầu cực máy phát khi tải dịng điện tải định mức : Uđm = Eư - Rư Iđm = 240 - 0,24 x 50 = 228 V Sđđ cảm ứng trong máy khi tải định mức và điện áp U = 240V : Eư = Uđm + Rư Iđm = 240 + 0,24.50 = 252 V Từ đặc tính khơng tải trên hình 5.3, với Sđđ Eư = 252V, ta cĩ dịng điện kích từ hiệu dụng là: It.hd = 6,9 A, Dịng điện kích từ thực tế là : It = It.hd + It.pư = 6,9 + 0, 6 = 7,5 A VÍ DỤ 5.5 Một máy phát điện một chiều kích từ độc lập cĩ Pđm = 300kW, điện áp Uđm = 240V, nđm = 900vịng/ph, Rư = 0,00243, Rf = 0,0008 khơng cĩ dây quấn bù. Dây quấn kích từ song song cĩ điện trở Rt =18,1 và số vịng của dây quấn kích thích Nt = 1020vịng/cực từ, được nối vào nguồn 120V qua điện trở điều chỉnh. Mạch điện tương đương và đường cong từ hĩa của máy trình bày trên hình 5.7. Stđ phản ứng phần ứng khử từ tương đương 12,1% stđ của dây quấn kích từ song song khi máy làm việc trong điều kiện định mức. Hãy xác định: 1. Điện áp trên đầu cực máy phát khi khơng tải. 2. Độ thay đổi điện áp định mức. 3. Điện trở điều chỉnh nối vào mạch kích từ để cho điện áp trên đầu cực máy phát khi tải định mức là 240V.
10. 142 Bài giải 1. Điện áp khơng tải Dịng điện định mức của máy là : Pâm 300000 Iâm 1250 A Uâm 240 280 255 240 ) V ( ư E Sđđ 160 K Iư + I Rmư Rt 120 Tải n  It U Eư Rđc 80 P _ 40 Ut =120V Edư 0 1 2 3 4 5 6 Stđ Ft (At/cực từ x 1000) Hình 5.7. Đường cong từ hĩa và sơ đồ mạch điện của VD 5.5 Điện áp trên đầu cực máy phát khi dịng điện định mức: Eư = U + Rmư Iđm = 240 + 0,0,00323 x 1250 = 243,9 V Với Rmư = Rư + Rf = 0,00243 + 0,0008 = 0,00323 Từ đặc tính hình 5.7, khi Eư = 243,9V, ta cĩ Ft = 5100A-t/cực từ
11. 143 Ft.hd = Ft - Ft.pư = Ft (1- 0,121) 5100 F 5802 A-t/cực từ t 1 0,121 Từ đặc tính của máy trên hình 5.7, khi Ft = 5802A-t/cực từ, ta cĩ Eư = 255V. Như vậy điện áp khơng tải: U0 = Eư0 = 255V 2. Độ biến đổi điện áp định mức: Ta cĩ: Uo Uâm 255 240 ΔUâm% 100 100 6,25% Uâm 240 3. Điện trở điều chỉnh dịng kích từ: Ft 5802 Ft Nt It It 5,69A Nt 1020 Ut Ut It Rđc Rđc R t Rđc It 120 R 18,1 3,0 Ω đc 5,69 5.3. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG 5.3.1. Mạch điện tƣơng đƣơng và các phƣơng trình Hình 5.9, trình bày mạch điện tương đương của máy phát điện một chiều kích từ song song. Ta thấy điện áp kích thích U t được lấy từ mạch phần ứng, như vậy Ut U. Các phương trình cân bằng của máy phát kích thích song song: Phương trình dịng diện : Iỉ It I (5.11a) Mạch phần ứng : U Eỉ R mỉ Iỉ (5.11b) Mạch kích thích : Ut Rmt It (R t Rđc )It (5.11c) 5.3.2. Quá trình thành lập điện áp và Điều kiện tự kích Giả thiết trên hình 5.8a, cơng tắc ở mạch kích từ mở, máy phát quay với tốc độ định mức ở tình trạng khơng tải (I = 0) và khơng được kich từ (It = 0). Nhờ cĩ từ dư dỉ máy phát sẽ cĩ sđđ cảm ứng Edỉ là 7V trên đầu cực của máy, như trình bày ở đường cong từ hĩa trên hình 5.8b. Khi cơng tắc ở mạch kích từ được đĩng lại, dây quấn kích từ được nối với đầu cực của máy phát sẽ cĩ dịng điện It = 0,6A chạy qua dây quấn do sđđ Edư = 7V sinh ra, sẽ cĩ hai trường hợp xảy ra: 1. Nếu Edư = 7V tạo ra dịng kích thích It = 0,6A, dịng điện nầy tạo ra từ thơng  t cùng chiều với dỉ . Lúc đĩ từ thơng cực từ  t dỉ tăng lên, sđđ Eư tăng lên 13V như trên đường cong từ hĩa. Điện áp 13V tạo nên dịng kích
12. 144 từ 1,1A trong dây quấn kích từ và cho điện áp 19V và cứ thế tăng lên, điện áp tăng thì từ thơng tăng cho đến điểm giao nhau của đường cong từ hĩa và đường thẳng điện trở cảm gọi là điểm làm việc M, như vậy máy cĩ thể tự kích được. Sự thành lập điện áp bị giới hạn bởi sự bão hịa từ và điện trở của mạch kích từ. 2. Nếu Edư = 7V tạo ra dịng kích thích It = 0,6A, mà dịng điện nầy tạo ra từ thơng  t ngược chiều và triệt tiêu dỉ , tức là từ thơng cực từ  t dỉ giảm và sđđ Eư của máy sẽ giảm dần về khơng và máy khơng tự kích được. K + R mư Rt Cực n + đầu E ư KTs ra  ĐC sơ cấp I P+B t _ (a) ư E E=f(I ) t M (Đườngcong Điểm làm việc từ hĩa) ứng Sđđphần U=RmtIt (Đường thẳng điện trở) 19 13 Edư 7 Dịng điện kích từ I t 0 0,6 1,6 1,1 (b) Hình 5.8 Quá trình thành lập điện áp máy phát kích từ song song
13. 145 Giả sử máy đã tự kích được và chưa mang tải, bỏ qua điện áp rơi trên mạch phần ứng vì dịng điện kích từ nhỏ, lúc đĩ E và It chính là nghiệm của hệ sau (hình 5.9): E = f(It) (5.12a) U = E = RmtIt = (Rt+ Rđc) It (5.12b) Đường E = f(It) là đặc tính khơng tải của máy phụ thuộc tốc độ n; cịn đường E = RtIt là đường thẳng điện trở phụ thuộc vào điện trở mạch kích từ Rmt và tạo với trục ngang It một gĩc α arctgRmt . Hai đường này cắt nhau tại điểm làm việc M (hình 5.9a). Nếu giả thiết giữ tốc độ quay của máy khơng đổi, và tăng Rđc tức là Rmt tăng, sẽ cĩ một đường thẳng điện trở tiếp xúc với đặc tính khơng tải ứng với điện trở kích thích tới hạn Rt.th, lúc đĩ điện áp khơng ổn định. Nếu tiếp tục tăng điện trở mạch kích thích, máy sẽ làm việc với sđđ Edư. R Rt3 Rt.th t1 Eư M Rđc + E ĐC Rmư E=f(It) sơ cấp n + Rt U Eư KTs U=RmtIt  E It dư I P+B _ t 0 It (b) (a) Hình 5.9 Điều kiện tự kích và Mạch tương đương của máy phát kích từ song song Tĩm lại điều kiện tự kích là : 1. Phải cĩ từ dư trong hệ thống mạch từ (máy). 2. Từ thơng do sđđ Edư tạo ra cùng chiều từ dư. 3. Biến trở mạch kích từ phải đủ bé (Rmt < Rt.th). VÍ DỤ 5.6 Một máy phát điện một chiều kích từ song song như hình VD 5.6. Máy đang vận hành ở chế độ máy phát và khơng tải. 1. Xác định trị số điện áp cực đại trên đầu cực máy ?. 2. Xác định điện trở điều chỉnh Rđc dịng kích từ khi điện áp trên đầu cực máy phát lúc khơng tải bằng điện áp máy phát lúc tải định mức ? 3. Xác định trị số điện trở tới hạn Rth của mạch kích thích ?
14. 146 Bài giải 1. Xác định điện áp trên đầu cực máy phát khi dịng kích từ định mức : E(V) Rt.th 111V 100 111V 85 M It Iư + Rđc 0,1. U R =80 Rt 80 t + Eư _ U=R I KTs t t E dư It(A) (a) 0 0,5 1,0 1,4 (b) Hình VD 5.6 Điện áp cực đại máy sẽ phát khi điện trở điều chỉnh bé nhất, Rđc = 0. Trên hình VD 5.6b, vẽ đường điện trở mạch kích thích lúc Rt = dây quấn kích từ = 80. Điện áp cực đại máy phát là : Eư = U = 111 V 2. Xác định trị số điện trở điều chỉnh: Điện áp trên đầu cực máy phát khi khơng tải: U = Eư - Rmư Iđm Eư = 100 V Điện trở của mạch kích từ : U 100 R mt 100 Ω = Rt + Rđc It 1 Điện trở điều chỉnh ở mạch kích từ : Rđc = Rmt - Rt = 100 - 80 = 20  3. Xác định trị số điện trở tới hạn Rt.th Từ gốc tọa độ đặc tính khơng tải của hình V 5.5b, ta vẽ đường thẳng tiếp tuyến phát xuất từ gốc tọa độ tiếp xúc với đoạn tuyến tính. Từ dịng kích từ 0,5 A, tìm được điện áp 85 V trên đường thẳng này. Vậy trị số điện trở tới hạn là : U 85 R t.th 170 Ω It 0,5 Điện trở điều chỉnh ở mạch kích từ : Rđc = Rt.th - Rt = 170 - 80 = 90 
15. 147 Ảnh hƣởng của tốc độ đến sự thành lập điện áp E(V) Đường cong từ M hĩa tốc độ cao Đường thẳng điện trở Đường cong từ hĩa tốc độ thấp E dư It(A) 0 0,5 1,0 1,4 Hình 5.10 Ảnh hưởng tốc độ đến sự thành lập điện áp Điện trở tới hạn của mạch kích thích liên quan mật thiết đến tốc độ quay của máy. Cùng một điện trở mạch kích từ, máy làm việc ở tốc độ thấp khơng thể thành lập được điện áp bằng điện áp khi làm việc ở tốc độ cao. Do đĩ, điện trở tới hạn của mạch kích thích khác nhau ở những tốc độ khác nhau. Điều đĩ được trình bày trên hình 5.10. Ta thấy đường thẳng điện trở đã trình bày giao với đường cong từ hĩa tốc độ cao với điện áp cao (điểm M), và giao với đường cong từ hĩa tốc độ thấp ở điện áp nhỏ gần bằng sđđ cảm ứng do từ dư. VÍ DỤ 5.7 Đường cong từ hĩa của một máy phát điện một chiều kích từ song song 125V, 50kW, 1750 vịng/phút được trình bày trên hình VD 5.7. Điện áp khơng tải khi Rđc = 0 là 156V. Hãy xác định (a) trị số điện trở dây quấn kích thích Rt; (b) điện trở điều chỉnh dịng kích từ sẽ cung cấp cho máy khi điện áp khơng tải 140V; (c) sđđ phần ứng nếu trị số điện trở tới hạn Rth của mạch kích thích là 14,23; (d) điện trở điều chỉnh dịng kích từ để cĩ điện trở tới hạn; (e) sđđ phần ứng khi tốc độ cịn 80% định mức và trị số điện trở tới hạn Rđc = 0; (f) điện trở điều chỉnh dịng kích từ để cĩ sđđ phần ứng 140V ở tốc độ 1750 vịng/phút nếu kích từ song song chuyển về kích từ độc lập nối vào nguồn một chiều 120V. Bài giải a. Xác định điện trở dây quấn kích từ: Đường cong từ hĩa trên hình VD 5.7, dịng điện kích thích để cĩ sđđ phần ứng 156V là 4,7A. Như vậy: Eỉ 156 R t 33,19 Ω It 4,7
16. 148 160 Đường thẳng 1750vg/ph điện trở Rth 140 Tốc độ giảm 80% 120 ) V ( ư E Sđđ 80 Đường thẳng điện trở, Rđc=0 60 40 20 Edư 0 1 2 3 4 5 6 Dịng điện kích thích It (A) Hình VD 5.7. Đường cong từ hĩa và đường thẳng điện trở VD 5.7 b. Xác định điện trở điều chỉnh dịng kích từ: Từ đường cong từ hĩa trên hình VD 5.7, dịng điện kích thích để cĩ sđđ phần ứng 140V là 3,2A. Như vậy: Eỉ Eỉ It Rđc R t R t Rđc It 140 R 33,19 10,56 Ω đc 3,2
17. 149 c. Sđđ phần ứng của máy phát: Rmt R t Rđc 33,19 14,23 47,42 Ω Điện áp làm việc xác định từ giao điểm của đặc tính từ hĩa và đường thẳng điện trở mới trên hình VD 5.7. Như vậy, sử dụng hai điểm điện áp tùy ý (0 và 100V), tương ứng dịng điện kích thích: Eỉ 0 It 0A R t Rđc 47,42 Eỉ 100 It 2,10A R t Rđc 47,42 Vẽ đường thẳng qua hai điểm (0A,0V) và (2,1A,100V) sẽ cắt đường cong từ hĩa tại điểm 130V. d. Điện trở điều chỉnh dịng kích từ để cĩ Rth của máy phát: Đường thẳng điện trở tới hạn là đường tiếp tuyến với đường cong từ hĩa ở đoạn tuyến tính trên hình VD 5.7 và để xác định điện trở tới hạn, ta xác định một điểm nào đĩ trên tung độ tương ứng sẽ cĩ dịng điện kích từ. Như vậy: Eư = 140V; It = 2,35A Eỉ 140 R th R mt 59,6 Ω It 2,35 Rđc R th R t 59,6 33,19 26,41 Ω e. Sđđ phần ứng khi điện trở điều chỉnh Rđc =0 và tốc độ giảm cịn 80%: Đường thẳng điện trở như trường hợp câu (a). Ta phải vẽ được đường cong từ hĩa mới với tốc độ giảm cịn 80%. Ta biết rằng sđđ cảm ứng tỉ lệ với tốc độ quay và dịng điện kích từ, nhưng It ở đây khơng đổi, cịn lại tỉ lệ với tốc độ quay. Như vậy cứ một điểm sđđ ứng với 1750 vịng/phút, ta tính được một điểm với tốc độ giảm cịn 80%. Như vậy: Eư ở tốc độ 80% = 0,8 x Eư ở tốc độ định mức Do đĩ: Dịng kích từ Sđđ cảm ứng Eư (v) (A) Tốc độ nđm 80% tốc độ nđm 4,50 155 124 3,95 150 120 3,20 140 112 2,70 130 104 Dựa vào bảng số liệu ta vẽ đường đặc tính mới trên hình VD 5.7. Giao nhau của của đường cong từ hĩa và đường thẳng điện trở khi tốc độ cịn 80% là điểm cĩ sđđ 116V.
18. 150 f. Điện trở điều chỉnh Rđc khi chuyển về kích từ độc lập : Từ đường cong từ hĩa tốc độ 1750vg/ph, sđđ 140V thì dịng It = 3,2A. Eỉ Eỉ It Rđc R t R t Rđc It 120 R 33,19 4,31 Ω đc 3,2 Các tham số khác ảnh hƣởng đến sự thành lập điện áp Ngồi các tham số như điện trở mạch kích từ quá lớn hoặc tốc độ thấp ảnh hưởng đến sự thành lập điện áp máy phát cịn cĩ các tham số cũng ảnh hưởng đến sự thành lập điện áp máy phát như dây quấn kích từ song song nối ngược cực tính, rotor quay ngược, và từ dư ngược. Các ảnh hưởng bất lợi này được mường tượng để nghiên cứu được trình bày trên hình 5.11, và dùng qui tắc bàn tay phải để xác định chiều đường sức từ sinh ra trong cuộn dây. Để cho việc nghiện cứu đơn giản, ta chỉ sử dùng một cực từ. Trong mỗi trường hợp: dư = từ thơng do từ dư t = từ thơng do dịng kích từ Hình 5.11a, trình bày khi máy làm việc bình thường: động cơ sơ cấp quay rotor theo chiều kim đồng hồ, cả từ dư và từ thơng do cuộn kích từ sinh ra cùng chiều. Như ta đã biết ở phần trước, điện áp sẽ được thành lập bình thường. Hình 5.11b, trình bày dây quấn kích từ nối ngược: động cơ sơ cấp quay rotor theo chiều kim đồng hồ, từ thơng do cuộn kích từ t sinh ra ngược chiều từ dư dư và từ thơng tổng trong cực từ sẽ giảm dần làm mất từ dư. Cũng đã trình bày ở phần trước, điện áp khơng được thành lập. Hình 5.11c, trình bày rotor quay ngược lại: động cơ sơ cấp quay rotor ngược chiều kim đồng hồ, sđđ phần ừng cĩ chiều ngược lại. Do đĩ dịng kích từ ngược nên từ thơng do cuộn kích từ t sinh ra ngược chiều từ dư dư và từ thơng tổng trong cực từ sẽ giảm dần làm mất từ dư. Do đĩ sđđ sinh ra cũng giảm dần và máy khơng thành lập được điện áp. Hình 5.11d, trình bày từ dư cĩ chiều ngược lại: động cơ sơ cấp quay rotor ngược chiều kim đồng hồ, sđđ phần ừng cĩ chiều ngược lại. Do đĩ dịng kích từ cũng ngược nên từ thơng do cuộn kích từ t sinh ra cùng chiều từ dư dư và từ thơng tổng trong cực từ sẽ tăng dần, sđđ sinh ra cũng tăng dần và máy thành lập được điện áp. Nhưng điện áp làm việc bây giờ cĩ cực tính ngược với điện áp ban đầu. Để đổi chiều cực tính của máy phát hay tạo từ dư ta thực hiện bằng cách sử dụng nguồn một chiều bên ngồi từ hĩa lại lõi thép cực từ. Ở đây cĩ thể nĩi thêm một điều kiện nữa cho việc thành lập điện áp máy phát kích từ song là máy phải quay theo một chiều nhất định. Trong điều kiện để thành lập điện áp khơng đề cập đến là do máy phát phải quay theo chiều nhất định.
19. 151 F1 A1 + dư Bình thƣờng n Cực Sự thành lập điện áp từ t đúng Cực tính _ A2 F1 (a) F1 A1 + dư Kích từ nối ngƣợc n Cực Điện áp thành lập từ t giảm dần về khơng _ F A2 1 (b) F A _ 1 1 dư Rotor quay ngƣợc Cực n Điện áp thành lập từ t giảm dần về khơng + A2 F1 (c) F A _ 1 1 dư Từ dƣ ngƣợc lại n Cực Điện áp thành lập từ t ngược cực tính + A2 F1 (d) Hình 5.11 Ảnh hưởng các hệ số khác đến sự thành lập điện áp
20. 152 5.3.3. Đặc tính ngồi Đĩ là đường cong quan hệ giữa điện áp trên đầu cực máy với dịng điện phụ tải U = f(I), khi n = const, Rt = const. Khi dịng điện tải I tăng, điện áp U giảm, khiến It và Eư giảm theo nên điện áp U giảm nhiều hơn so với kích từ độc lập. Trên hình 5.12, ta vẽ đặc tính ngồi kích từ song song chung với kích từ độc lập để tiện so sánh. U Uđm Uđm 1 2 Po I Hình 5.12 Đặc tính ngồi của máy phát một chiều 1. Kích từ độc lập; 2. Kích từ song song. Id Iđm Ith ư Điểm đặc biệt của máy phát kích từ song song là dịng điện tải chỉ tăng đến một trị số nhất định I = Ith sau đĩ nếu tiếp tục tăng tải thì dịng điện I khơng tăng mà giảm nhanh đến trị số Io xác định bởi từ dư trong máy, điểm P. Sở dĩ như vậy là do máy làm việc trong tình trạng khơng bão hịa ứng với đoạn thẳng của đặc tính từ hĩa, dịng điện It giảm sẽ làm cho E và U giảm rất nhanh. Điện áp U giảm nhanh hơn dịng It đưa lại kết quả là dịng tải I giảm đến Io. Như vậy sự cố máy phát kích từ song song khơng gây nguy hiểm như máy phát kích từ độc lập. 5.3.4. Đặc tính điều chỉnh Để điều chỉnh điện áp ra trên đầu cực máy phát, ta phải điều chỉnh dịng điện kích It từ, đường đặc tính điều chỉnh của máy phát kích từ song song It = f(I), khi điện áp U và It0 tốc độ quay n khơng đổi được vẽ trên hình 5.13. Khi tăng tải điện áp trên trên đầu cực máy phát giảm do phản ứng phần ứng và I điện áp rơi trên dây quấn phần ứng, muốn điện áp ra khơng đổi ta phải tăng dịng điện kích từ. Hình 5.13 Đặc tính điều chỉnh 5.4. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ NỐI TIẾP Hình 5.14 là mạch điện dương đương của máy phát điện kích từ nối tiếp. Dịng điện kích từ cũng chính là tải I, do đĩ khi tải thay đổi, U thay đổi rất nhiều, trong thực tế gần như khơng sử dụng máy phát kích từ nối tiếp.
21. 153 Trên hình 5.15 trình bày dạng đặc tính ngồi máy phát kích từ nối tiếp và được giải thích như sau : khi tăng tải, dịng điện Iư tăng, từ thơng  và Eỉ tăng, do đĩ U tăng, khi I = (2  2,5)Iđm, mạch từ máy bão hịa, thì I tăng và U sẽ giảm. U Iư + I R mư KTn U R E ư _ I Hình 5.14 Mạch tương đương của máy phát kích từ hỗn hợp Hình 5.15 Đặc tính ngồi 5.5. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ HỖN HỢP 5.5.1. Mạch điện tƣơng đƣơng phƣơng trình cân bằng Theo hình 5.12, ta thấy điện áp của máy phát kích từ song song giảm nhiều khi tải tăng. Để khắc phục, ta quấn thêm một cuộn kích từ trên cực từ chính, nĩ cĩ thể mắc nối tiếp với tải hoặc với mạch phần ứng, gọi là dây quấn kích từ nối tiếp. Tùy theo dịng điện chạy qua cuộn dây này là dịng điện tải I (hình 5.16a) hoặc dịng phần ứng Iư (hình 5.16b), tương ứng ta cĩ phát kích từ hỗn hợp nối ngắn hoặc nối dài. Từ mạch điện tương đương hình 5.16, ta cĩ các phương trình cân bằng như sau:  Nối ngắn (hình 5.16a) : Iỉ It I ; Itn I (5.13a) Eỉ IỉR ỉ IR tn U (5.13b) Ut R tIt ItnR tn U (5.13c)  Nối dài (hình 5.16b) : Iỉ It I ; Itn I ư (5.14a) Eỉ Iỉ (R ỉ R tn ) U (5.14b) Ut R t It U (5.14c) Chú ý : Nếu dịng điện kích thích song song It và nối tiếp Itn tạo ra các từ thơng s và  n cùng chiều thì từ thơng tổng của mỗi cực là  s n , ta cĩ máy phát kích thích hỗn hợp nối thuận, cịn ngược lại,  s n ta cĩ máy kích thích hỗn hợp nối ngược. Sđđ trong biểu thức (5.7b) và (5.8b) khi bỏ qua phản ứng phần ứng là : Eỉ KEn KEn(s n ) (5.15) trong đĩ: phụ thuộc dịng điện kích thích song song It và phụ thuộc dịng điện kích thích nối tiếp Itn mà Itn bằng dịng điện của tải I, tức là phụ thuộc dịng điện phụ tải.
22. 154 It I I ư + Rmư Rđc KTn U R KTs Eư _ (a) It + I Iư Rmư Rđc KTn U R KTs Eư P+B _ (b) Hình 5. 16 Mạch tương dương của máy phát kích từ hỗn hợp a. Nối ngắn; b. Nối dài Nếu xét đến phản ứng phần ứng, ta biết rằng cả hai stđ kích thích nối tiếp Ftn và kích thích song song Ft đều đặt trên cực từ chính, nên sức từ động hiệu dụng trên một cực từ : Ft.hd Ft Ftn Ft.pỉ (5.16) Nt It.hd Nt It NtnItn Nt It.pỉ (5.17) trong đĩ: Nt = số vịng của dây quấn kích từ song song. Ntn = số vịng của dây quấn kích từ nối tiếp Ft.pỉ = stđ của phản ứng phần ứng qui đổi về stđ cực từ. Từ biểu thức (5.17), ta cĩ : Ntn It.hd It Itn It.pỉ (5.18) Nt 5.5.2. Đặc tính ngồi Đĩ là đường cong quan hệ U = f(I), khi n = const, Rt = const. Gọi U0 là điện áp lúc khơng tải và Uđm là điện áp đầy tải. Từ các phương tình (5.13b) và (5.15), ta thấy khi dịng điện tải I tăng, điện áp U thay đổi phụ thuộc vào độ lớn của  n so với s tức là phụ thuộc vào số vịng dây Ntn của cuộn kích từ nối tiếp. Hình 5.17 trình bày các dạng đặc tính ngồi của máy phát kích từ hỗn hợp với:
23. 155 1. Kích từ hỗn hợp nối thuận: cĩ ba trường hợp xảy ra: bù thiếu, khi tăng tải điện áp trên đầu cực máy giảm một ít; bù đủ, điện áp máy phát khơng thay đổi mấy khi tăng tải; bù thừa, loại nầy dùng để cung cấp điện cho những phụ tải xa nguồn, vì độ tăng điện áp ở đầu ra bù vào sụt áp trên đường dây tải điện. 2. Kích từ hỗn hợp nối ngược: do nối ngược nên từ thơng tổng giảm nhiều khi tải tăng nên điện áp ra U giảm rất nhanh. U Hỗn hợp thừa Uđm Hỗn hợp vừa Hỗn hợp thiếu Hỗn hợp ngược I Hình 5.17 Đặc tính ngồi của máy phát một chiều kích từ hỗn hợp 0 Iđm VÍ DỤ 5.8 Một máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp nối ngắn (Hình 5.12a) cĩ số liệu Pđm = 50kW, Uđm = 250V, Rư = 0,012, Rtn = 0,01, Rt = 126. Tính sđđ của máy khi máy phát cơng suất định mức. Bài giải Cơng suất Pđm = 50kW = 50.000W, điện áp tải Uđm = 250V. Dịng điện định mức của máy là : Pâm 50.000 Iâm 200A Uâm 250 Điện áp trên mạch kích thích khi tải định mức: (nối ngắn) Ut = Rtn Iđm + Uđm = 0,01. 200 + 250 = 252 V Dịng điện kích thích : Ut 252 It 2 A R t 126 Dịng điện trong mạch phần ứng : Iư = Iđm + It = 200 + 2 = 202 A Sđđ cảm ứng trong máy khi tải định mức :
24. 156 Eư = Uđm + Rư Iư + Rtn Iđm = 250 + 0,05. 202 + 0,01.200 = 254 V     CÂU HỎI ƠN TẬP 1. Tìm nguyên nhân khiến máy phát điện một chiều kích từ song song khơng thể tự kích và thành lập được điện áp? 2. Nếu điện trở mạch kích từ Rmt nhỏ hơn điện trở tới hạn Rt.th và n < nđm thì trong quá trình từ kích phát điện một chiều kích từ song song, điện áp đầu cực của máy sẽ ra sao? Trong trường hợp như thế nào máy sẽ khơng tự kích được? 3. Ảnh hưởng của tốc độ quay máy phát đến quá trình thành lập điện áp như thế nào? 4. Nếu máy phát điện một chiều kích từ song song mất từ dư thì phải làm cách nào để tạo lại từ dư? 5. Cho biết các nguyên nhân làm cho điện áp đầu cực máy phát giảm? Các biện pháp nào để khắc phục tình trạng này. 6. Cĩ thể đổi cực tính của máy cĩ dây quấn kích thích khơng? Muốn đổi thì phải làm thế nào? 7. Cho biết sự khác nhau giữa máy phát kích từ hỗ hợp nối thuận và nối ngược? Tình trạng ứng dụng của máy phát kích từ hỗ hợp nối ngược? 8. Giải thích tại sao sự thay đổi tốc độ cĩ liện quan đến mức độ hỗn hợp của máy phát kích từ hỗ hợp?    
25. 157 BÀI TẬP Bài số 5.1. Một máy phát điện một chiều lúc quay khơng tải ở tốc độ n = 1000Vg/ph thì sđđ phát ra bằng Eo = 222 V. Hỏi lúc khơng tải muốn phát ra sdđ định mức Eođm = 220V thì tốc độ lúc này phải bằng bao nhiêu khi giữ dịng điên kích từ khơng đổi ? Đáp số : nođm = 990Vg/ph Bài số 5.2. Một máy phát điện một chiều kích từ độc lập Uđm = 220V, nđm = 1000vg/ph. Biết rằng ở tốc độ n = 750vg/ph thì sđđ lúc khơng tải Eo = 176V. Hãy tìm sđđ và dịng điện phần ứng lúc tải định mức, biết rằng điện trở phần ứng là Rư = 0,4  ? Đáp số : Eưđm = 234,6 V ; Iư.đm = 36,5 A. Bài số 5.3. Một máy điện phát một chiều kích từ song song cĩ Pđm = 10kW, Uđm = 250V, nđm = 1000vg/ph, Rmư = 0,2 và điện trở dây quấn kích từ Rt. = 133. Bảng số liệu đường cong từ hĩa (đặc tính khơng tải) sau đây là máy đang quay ở tốc độ 1000vg/ph. It (A) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,75 1,0 1,5 2,0 Eư (V) 10 40 80 120 150 170 200 220 245 263 a. Xác định điện áp máy phát khi khơng cĩ dịng kích từ ? b. Xác định điện trở tới hạn mạch kích từ ? c. Xác định điện trở điều chỉnh Rđc ở mạch kích từ, nếu khi khơng tải cĩ điện áp trên đầu cực máy phát là 250V ? d. Xác định trị số điện áp của máy phát khi khơng tải và quay ở tốc độ n= 800vg/ph và Rđc = 0 ? e. Xác định tốc độ quay của máy phát khi khơng tải, lúc này cĩ điện áp 200V và Rđc = 0 ? Đáp số : (a) 10V; (b) 400 ; (c) 33; (d) 200V; (e) 800vg/phút Bài số 5.4. Một máy phát điện một chiều tự kích cĩ Pđm = 10kW, Uđm = 250V, tốc độ khi tải định mức nđm = 1000vg/ph, Rmư = 0,2 và điện trở dây quấn kích từ song song Rt = 133. Tổn hao quay là 500W. Bảng số liệu đường cong từ hĩa (đặc tính khơng tải) sau đây là máy đang quay ở tốc độ 1000vg/ph như bài tập 5.3. a. Xác định sđđ Eư máy phát ? b. Xác định moment điện từ ? c. Xác định dịng điện trong mạch kích từ, nếu bỏ qua phản ứng phần ứng ? d. Xác định hiệu suất máy ? Đáp số : (a) 258V; (b) 98,55Nm .(c) 1,86A; (d) 88,12% . Bài số 5.5. Một máy phát kích từ độc lập 150kW, 250V, 1750 vịng/phút khơng cĩ dây quấn bù cĩ các thơng số sau: Rmư = 0,0072, Rt = 18,6, Nt = 1491 vịng/cực. Mạch kích từ được cấp từ nguồn 120V và đường cong từ hĩa như trên
26. 158 hình 5.23. Máy phát đang làm việc ở tải định mức và sức từ động khử từ tương đương do phản ứng phần ứng gây ra bằng 15,2% sức từ động của dây quấn kích từ. Xác định (a) Điện áp khơng tải. (b) Độ biến thiên điện áp định mức. (c) Giá trị đặt của biến trở để đạt được điện áp định mức ở các điều kiện định mức. Đáp số: (a) 268V; (b) 7,2% .(c) 7,3. 280 240 200 160 120 (V) ứng cảm động điện Sức 80 40 0 1 2 3 4 5 6 7 Sức từ động (A-t/cực từ ×1000) Hình 5.23. Đường cong từ hĩa cho các bài tập số 5.5 đến 5.7 Bài số 5.6. Một máy phát kích từ độc lập 100kW, 1750 vịng/phút, 240V khơng cĩ dây quấn bù cĩ các thơng số sau: Rmư = 0,026, Rt = 32, Nt = 1520 vịng/cực. Đường cong từ hĩa của máy phát như trên hình 5.23. Máy phát đang vận hành với tải định mức, được kích từ độc lập từ nguồn 220V và sức từ động khử từ tương đương của phản ứng phần ứng bằng 10,4% sức từ động của dây quấn kích từ. Xác định (a) Điện áp khơng tải. (b) Độ biến thiên điện áp định mức. (c) Giá trị đặt và cơng suất tiêu thụ của biến trở để đạt được điện áp định mức ở các điều kiện định mức. Đáp số: (a) 260V; (b) 8,3%; (c) 23,5, 369W.
27. 159 Bài số 5.7. Một máy phát kích từ độc lập 250V, 50kW, 3450 vịng/phút khơng cĩ dây quấn bù cĩ các thơng số sau: Rư + Rf = 0,023, Rt = 32,4, Nt = 1896 vịng/cực. Đường cong từ hĩa của máy phát như trên hình 5.23. Máy phát đang vận hành với tải định mức và sức từ động khử từ tương đương của phản ứng phần ứng bằng 8,65% sức từ động của dây quấn kích từ. Xác định điện áp khơng tải ở tốc độ 3000 vịng/phút. Đáp số: 227,8V. Bài số 5.8. Một máy phát điện kích từ song song cĩ dây quấn bù, tự kích, 60kW, 240V, 1750 vịng/phút cĩ các thơng số sau: Phần ứng Cực từ phụ + dq bù KT song song Điện trở,  0,0415 0,0176 44,6 Dây quấn kích từ cĩ 1653 vịng/cực và đường cong từ hĩa của máy phát như trên hình 5.24. Máy phát đang làm việc ở chế độ định mức với biến trở mạch kích từ đặt ở 20,0. Xác định (a) Dịng điện tải. (b) Dịng điện kích từ. (c) Dịng điện phần ứng. (d) Sức điện động cảm ứng khi làm việc ở các điều kiện định mức. (e) Điện áp khơng tải, giả thiết tốc độ và biến trở kích từ khơng thay đổi. (f) Điện trở tới hạn. (g) Điện áp khơng tải nếu biến trở được điều chỉnh đến 13,6 và máy phát đang làm việc ở 60% tốc độ định mức. Đáp số: (a) 250A; (b) 3,72A; (c) 253,72A; (d) 255V; (e) 261V; (f) 103,7. Bài số 5.9. Một máy phát điện kích từ song song tự kích 170kW, 850 vịng/phút, 250V cĩ các thơng số sau: Phần ứng Cực từ phụ KT song song Điện trở,  0,0154 0,0065 29,0 Máy phát làm việc ở chế độ định mức với biến trở kích từ đặt ở 17,0. Dây quấn kích từ cĩ 1121 vịng/cực và đường cong từ hĩa được cho trên hình 5.24. Xác định (a) Sức điện động cảm ứng ở tải định mức. (b) Điện áp khơng tải. (c) Độ biến thiên điện áp định mức. (d) Điện trở kích từ tới hạn. (e) Điện áp khơng tải nếu biến trở được đặt ở 9,0. Đáp số: (a) 265V; (b) 290V; (c) 16,0%; (d) 73,1; (e) 315V; Bài số 5.10. Một máy phát điện kích từ song song tự kích, 6 cực, 500kW, 240V, 1200 vịng/phút. Tổng điện trở của dây quấn phần ứng và dây quấn cực từ phụ là 0,00475, điện áp rơi trên chổi than khơng đáng kể. Điện trở của dây quấn kích từ và biến trở kích từ lần lượt là 15,2 và 7,8. Dây quấn kích từ cĩ 508 vịng/cực. Đường cong từ hĩa như trên hình 5.24. Giả thiết máy phát đang cung cấp tín hiệu ra định mức. Xác định (a) Dịng điện tải. (b) Dịng điện kích từ. (c) Dịng điện phần ứng. (d) Sức điện động cảm ứng. (e) Điện áp khơng tải. (f) Độ biến thiên điện áp định mức. (g) Tần số của điện áp phát trong phần ứng. (h) Điện áp khơng tải nếu biến trở khơng đổi nhưng tốc độ giảm đi một nữa. (i) Điện trở tới hạn của mạch kích từ khi đang vận hành ở 1200 vịng/phút. (j) Tổn hao trong mạch phần ứng, dây quấn kích từ và biến trở khi vận hành ở các điều kiện định mức. (k) Mơmen truyền động yêu cầu của động cơ sơ cấp nếu máy phát
28. 160 cung cấp (phát) cơng suất định mức ở tốc độ định mức và điện áp định mức. Bỏ qua tổn hao do ma sát và giĩ. Đáp số: (a) 265V; (b) 290V; (c) 16,0%; (d) 73,1; (e) 315V; 350 300 250 200 150 (V) ứng cảm động điện Sức 100 50 0 2 4 6 8 10 12 Sức từ động (A-t/cực×1000) Hình 5.24. Đường cong từ hĩa cho các bài tập số 5.8 đến 5.12 Bài số 5.11. Một máy phát điện kích từ hỗn hợp nối thuận, tự kích, 125kW, 250V, 1450 vịng/phút cĩ các thơng số sau: Phần ứng Cực từ phụ KT nối tiếp KT song song Điện trở,  0,02776 0,00808 0,00372 32,39 Vịng/cực   3 927 Biến trở được đặt ở 13,2 khi làm việc ở các điều kiện định mức. Đường cong từ hĩa như trên hình 5.24. Xác định (a) Dịng điện tải định mức. (b) Dịng điện kích từ song song. (c) Dịng điện phần ứng. (d) Sức điện động cảm ứng ở các điều
29. 161 kiện định mức. (e) Điện áp khơng tải. (f) Độ biến thiên điện áp định mức. (g) Kiểu hỗn hợp (bù thiếu, bù đủ hay bù thừa)?. (h) Nếu dây quấn kích từ nối tiếp được ngắt ra do cơ lập hư hỏng, hỏi máy phát cĩ thể vận hành như một máy phát kích từ song song và đạt được các điều kiện làm việc định mức thơng qua việc điều chỉnh biến trở kích từ hay khơng? Đáp số: (a) 500A; (b) 5,5A; (c) 505,5A; (d) 270V; (e) 257V; (f) 2,8%; (g) trên; (h) yes. Bài số 5.12. Một máy phát điện kích từ hỗn hợp nối thuận, tự kích, 320kW, 1450 vịng/phút, 250V đang làm việc ở các điều kiện định mức với biến trở kích từ đặt ở 8,80. Đường cong từ hĩa như trên hình 5.24 và máy phát cĩ các thơng số sau: Phần ứng Cực từ phụ+Dq bù KT nối tiếp KT song song Điện trở,  0,0131 0,00380 0,00175 27,2 Vịng/cực   2 630 Xác định (a) Dịng điện tải. (b) Dịng điện kích từ song song. (c) Dịng điện phần ứng. (d) Điện áp khơng tải. (e) Độ biến thiên điện áp định mức. (f) Điện trở tới hạn. (g) Điện áp khơng tải cực đại cĩ thể đạt được bằng cách điều chỉnh biến trở. (h) Tổng tổn thất điện ở tải định mức. Đáp số: (a) 1400A; (b) 6,94A; (c) 1406,94A; (d) 285V; (e) 14%; Bài số 5.13. Một máy phát điện kích từ hỗn hợp tự kích cung cấp cơng suất định mức 400kW cho phụ tải ở 500V và 850 vịng/phút, biến trở kích từ song song được đặt ở 24. Các thơng số của máy phát là: Phần ứng Cực từ phụ+DQ bù KT nối tiếp KT song song Điện trở,  0,01754 0,005105 0,002351 80 Xác định (a) Điện trở rẽ mạch (điện trở shunt) để giảm dịng điện trong dây quấn kích từ nối tiếp xuống 365A khi vận hành ở dịng điện phần ứng định mức. (b) Tổn thất cơng suất trên điện trở rẽ mạch. Đáp số: (a) 0,001951; (b) 377,4W. Bài số 5.14. Một máy phát kích từ hỗn hợp tự kích 480kW, 720 vịng/phút, 500V cĩ các thơng số sau: Phần ứng Cực từ phụ KT nối tiếp KT song song Điện trở,  0,01432 0,00501 0,00216 82 Máy phát đang làm việc ở tốc độ định mức và cung cấp cơng suất định mức cho phụ tải, biến trở điều chỉnh dịng điện kích từ song song đặt ở 18,2. Nếu mắc thêm một điện trở rẽ mạch, 0,00321 với dây quấn kích từ nối tiếp và điều chỉnh biến trở kích từ ở mạch kích từ song song để dịng điện phần ứng bằng định mức. Xác định (a) Điện áp rơi trên điện trở rẽ mạch. (b) Dịng điện trong dây quấn kích từ nối tiếp. (c) Tổn thất cơng suất trên điện trở rẽ mạch. Đáp số: (a) ; (b) ; (c) .
30. 162 Bài số 5.15*. Hai máy phát kích từ hỗn hợp bù thiếu A và B đang vận hành song song ở 125V và đảm nhận cơng suất bằng nhau cho một phụ tải 1000A. Mỗi máy cĩ cơng suất định mức 200kW ở 125V. Độ biến thiên điện áp định mức của máy A là 6% và máy B là 4%. Nếu tải tăng đến 1800A, xác định (a) Điện áp sau khi tăng tải. (b) Phân bố phụ tải giữa 2 máy. Đáp số: (a) 123,5V; (b) IA = 820A; IB = 980A. Bài số 5.16*. Hai máy phát kích từ hỗn hợp bù thiếu 500kW, 250V A và B đang làm việc song song. Độ biến thiên điện áp định mức tương ứng của 2 máy là 2% và 3%. Cả hai máy đang vận hành ở tải định mức và 250V. Nếu tổng phụ tải giảm xuống cịn 2800A, hãy xác định (a) Điện áp sau khi giảm tải. (b) Phân bố phụ tải giữa 2 máy. Đáp số: (a) V; (b) IA = A; IB = A. Bài số 5.17*. Hai máy phát một chiều đang vận hành song song và đảm nhận cơng suất bằng nhau cho một phụ tải 900kW ở 555V. Máy phát A cĩ Pđm = 500kW, Uđm = 600V và Uđm% = 3%. Máy phát B cĩ Pđm = 700kW, Uđm = 600V và Uđm% = 5%. Nếu phụ tải giảm xuống cịn 1000A, hãy xác định (a) Điện áp sau khi giảm tải. (b) Dịng điện cung cấp bởi mỗi máy. Đáp số: (a) 562,1V; (b) IA = 483,6A; IB = 516,4A. Bài số 5.18*. Hai máy phát một chiều 1000kW, 600V cĩ độ biến thiên điện áp định mức là 4% đang vận hành song song và đảm nhận cơng suất bằng nhau cho một phụ tải 900W ở 620V. Nếu một máy phát được cắt ra khỏi lưới, hãy xác định (a) Điện áp của máy cịn lại. (b) Điện áp của máy cắt ra. Đáp số: (a) 610V; (b) 624V. Bài số 5.19*. Ba máy phát một chiều 240V đang vận hành song song và đảm nhận cơng suất bằng nhau cho một phụ tải 3000A, 240V. Thơng số định mức của các máy phát là: A B C Uđm (%) 2 4 6 Pđm (kW) 400 300 200 Nếu tổng cơng suất tải giảm xuống cịn 2000A, xác định (a) Điện áp trên tải. (b) Dịng điện cung cấp bởi mỗi máy. Đáp số: (a) 241,9V; (b) IA = 351,35A; IB = 756,76A; IC = 891,89A.    