Giáo trình Máy điện II - Chương 8: Quá trình điện từ trong máy điện một chiều

Ch−ơng 8. Quá trình điện từ trong máy điện một chiều 
8.1 Sức điện động, mômen vμ công suất điện từ. 
Giả sử chiều của φδ nh− hình 4.1, khi cho phần ứng quay với tốc độ n, giả sử theo 
chiều kim đồng hồ. Từ thông φδ quét qua dây quấn phần ứng vμ cảm ứng lên trong thanh 
dẫn s.đ.đ: 
etd = Btb.l.v 4.1 
Trong đó: 
Hình 4.1 S.đ.đ vμ mô men điện từ Hình 4.2 Mô men điện từ trong 
Trong máy phát điện 1 chiều động cơ điện 1 chiều 
60
n
p2
60
nDπ
v τ== vμ 
l
B δtb τ
φ= 4.2 
Vậy 
60
n
.p2e δtd φ= 4.3 
Nếu gọi N lμ tổng số thanh dẫn thì số thanh dẫn trong một nhánh song song lμ N/2a. 
Nh− vậy s.đ.đ của dây quấn phần ứng sẽ lμ: 
 nCn
60a
pN
e
2a
N
E δeδtdu φφ === (V) vậy E− = Ce φδ n 4.4 
Trong đó: φδ tính bằng (Wb); n (vg/ph); Ce = pN/60a lμ hệ số S.đ.đ. 
Khi trong thanh dẫn có dòng điện i− với chiều nh− hình 4.1 vμ 4.2, thì thanh dẫn sẽ chịu 
một lực điện từ tác động, chiều xác định theo quy tắc bμn tay trái, độ lớn: 
fđt = Btb.l.i− , với i− = I− /2a thì fđt = Btb.l. I− /2a 4.5 
vμ M = NfD/2 với D = 2pτ/π vμ BBtb = φδ /τl 4.6 
Ta có: M = CMφδ.I− (N.m) 4.7 
Trong đó CM = pN/2πa lμ hệ số mômen 
Máy điện 2 40
Hoặc uδM .I.C9,81
1M φ= (kg.m) 4.8 
Trong chế độ máy phát M ng−ợc chiều n; E− cùng chiều i−. Chế độ động cơ ng−ợc lại. 
- Công suất điện từ. 
Đây lμ công suất ứng với M lấy vμo ở chế độ máy phát vμ đ−a ra ở chế độ động 
cơ. 
Pđt = M.ω với 60
n2
ω
π= lμ tốc độ góc của phần ứng. 
uuuδuδdt IE.n.I60a
pN
.I
a2π
pN
.
60
n2π
P === φφ với n
60a
pN
E δu φ= 
Vậy Pđt = E−.I− 4.9 
Chế độ máy phát: Đầu vμo c/s cơ P = M.ω; Đầu ra c/s điện P = E−.I−
Chế độ động cơ: Đầu vμo c/s điện P = E−.I−; Đầu ra c/s cơ P = M.ω 
8.2 Quá trình năng l−ợng vμ các ph−ơng trình cân bằng. 
1. Tổn hao trong máy điện 1 chiều. 
a) Tổn hao cơ (pcơ) 
Đây lμ tổn hao do ma sát ổ bi, chổi than vμ vμnh góp; tổn hao thông gió lμm mát. pcơ tỷ 
lệ với n vμ hiệu suất ổ bi,... 
b) Tổn hao sắt (pfe) 
Nguyên nhân do từ trễ vμ dòng điện xoáy pfe ∼ f1,2-1,6 vμ B2
Tổn hao không tải: 
 P0 = pcơ + pfe ta có M0 = p0 / ω 
c) Tổn hao đồng (pcu): 
Bao gồm: pcu.− vμ pcu.t
pcu.− = I−
2.R− với R− = r− + rf + rtx
 pcu.t = Ut.it
d) Tổn hao phụ (pf) 
Tổn hao phụ trong đồng vμ thép (pf = 1%Pđm) 
2. Quá trình năng l−ợng vμ các ph−ơng trình cân bằng. 
a) Máy phát điện. 
Gọi P1 lμ c/s cơ đ−a vμo đầu trục của máy phát, để biến thμnh c/s điện từ nó phải mất đi 
các tổn hao pcơ vμ pfe. 
 Pđt = P1 - (pcơ + pfe) = P1 - p0 = E−.I−
Vậy Pđt = P1 - p0 hay M.ω = M1. ω - M0. ω 
Hay ta có ph−ơng trình cân bằng mômen: M = M1 - M0 4.10 
Máy điện 2 41
Công suất điện đ−a ra bé hơn 
công suất điện từ một l−ợng tổn hao 
trên R−
P2 = Pđt - pcu.− = E−.I− -I−
2.R− = 
U.I−
Vậy ta đ−ợc ph−ơng trình điện áp: 
 U = E− - I−.R− 4.11 Hình 4.3 Giản đồ năng l−ợng chế độ máy 
b) Động cơ điện. 
Công suất lấy vμo lμ c/s điện, c/s đ−a ra lμ c/s cơ. 
P1 = Pđt + pcu.− = E−.I− + I−
2.R− 
= U.I−
Ta có pt cần bằng điện áp: 
U = E− + I−.R− 4.12 
Công suất cơ đ−a ra đầu trục bé 
hơn c/s điện l−ợng tổn hao không tải. Hình 4.4 Giản đồ năng l−ợng chế độ động 
 P2 = Pđt - p0 hay Pđt = P2 + p0 
hoặc Mω = M2ω + M0ω 
Ta có ph−ơng trình cân bằng mômen: 
M = M2 + M0 4.13 
Từ sự phân tích trên ta vẻ đ−ợc giản đồ năng l−ợng: 
4. Tính chất thuận nghịch của máy điện một chiều 
Giả sử máy đang lμm việc chế độ máy phát với 
 0
R
UE
I
u
u
u 〉−= 
E− > U vμ M lμ mômen hãm. Nếu giảm It thì φt giảm xuống, dẫn tới E− giảm xuống, 
cho tới khi E− < U thì I− đổi dấu, máy chuyển sang chế độ động cơ. 
Máy điện 2 42