Giáo trình Máy điện II - Chương 9: Đổi chiều dòng điện trong M.Đ.1.C

Ch−ơng 9. Đổi chiều dòng điện trong m.đ.1.c 
9.1 Đại c−ơng 
Đổi chiều lμ toμn bộ các hiện t−ợng xảy ra của dòng điện trong phần tử dây quấn phần ứng, 
khi nó dịch chuyển từ vị trí bị chổi than nối ngắn mạch qua ranh giới tiếp theo. Xét 1 dây 
quấn xếp đơn giản, hình 5.1 
Khi t = 0, Chổi than phủ 
hoμn toμn lên phiến 1. Lúc đó 
nếu dòng điện chạy trong 
phần tử b lμ (+ i−), thì tại thời 
điểm t = Tđc Chổi than rời 
khỏi phiến 1 vμ phủ hoμn 
toμn lên phiến 2, lúc nμy phần 
tử (b) đã chuyển sang một 
nhánh khác vμ dòng điện 
trong nó đổi chiều (- i−). 
Vị trí trung gian khi 0 < t 
< Tđc phần tử (b) bị nối ngắn 
mạch, dòng điện chạy trong 
phần tử (b) lúc nμy biến thiên 
theo những quy luật rất phức 
tạp, phụ thuộc vμo quá trình quá độ trong phần tử (b) vμ các phần tử cùng đổi chiều ở các 
nhánh khác. 
Hình 5.1 Quá trình đổi chiều trong dây quấn 
Th−ờng Tđc< 0,001 (s) nên fđc = 1000 - 3000 (Hz). 
5.2 Quá trình đổi chiều. 
Viết ph−ơng trình định luật K1 vμ K2 cho nút (1), (2) vμ mạch vòng của phần tử (b) ta 
có: 
i− + i - i1 = 0 5.1 
 i− - i - i2 = 0 5.2 
 rpt.i + (rd + rtx1).i1 - (rd + rtx2).i2 = ∑e 5.3 
Trong đó: 
i lμ dòng điện chạy trong phần tử (b) bị nối ngắn mạch; 
i1 vμ i2 lμ dòng điện chạy trong dây nối với phiến đổi chiều 1 vμ 2; 
rpt lμ điện trở của phần tử dây quấn; 
rd lμ điện trở dây nối; 
rtx1 vμ rtx2 lμ điện trở tiếp xúc giữa chổi than với phiến 1 vμ 2; ∑e lμ tổng các s.đ.đ cảm ứng đ−ợc trong phần tử đổi chiều (b), nó gồm: 
a) S.đ.đ tự cảm eL, do sự biến thiên của dòng điện trong phần tử đổi chiều sinh ra. 
b) S.đ.đ hổ cảm eM, do các dòng điện đổi chiều trong các phần tử khác hổ cảm qua. 
c) S.đ.đ đổi chiều eđc, do phần tử đổi chiều chuyển động trong vùng trung tính hình học 
có B ≠ 0. 
Vậy ∑e = eL + eM + eđc = epk + eđc. 5.4 
Giải 3 ph−ơng trình trên, khi bỏ qua rpt vμ rd (vì chúng rất bé), ta đ−ợc: 
Máy điện 2 43
tx2tx1
u
tx2tx1
tx1tx2
rr
e
.i
rr
rr
i +++
−= ∑ 5.5 
 Giả thiết rtx1 vμ rtx2 tỷ lệ nghịch với bề mặt tiếp xúc Stx1 vμ Stx2 giữa chổi than vμ phiến 
góp 1 vμ 2. Nếu coi quá trình đổi chiều từ t = 0 đến t = Tđc , nghĩa lμ bc = bG thì: 
 S
T
tT
S
dc
dc
tx1
−= vμ S
T
t
S
dc
tx2 = 5.6 
Trong đó: S lμ mặt tiếp xúc toμn phần giữa chổi than vμ phiến đổi chiều, thì rtx lμ điện 
trở tiếp xúc toμn phần. Từ đây ta có: 
 tx
dc
dc
tx
tx1
tx1 rtT
T
r
S
S
r −== tx
dc
tx
tx2
tx2 rt
T
r
S
S
r == 5.7 
Thay các giá trị trên vμo (4) ta có: 
n
u
dc r
e
).i
T
2t
(1i ∑+−= với 
t)(Tt
T
.rr
dc
2
dc
txn −= 5.8 
1. Đổi chiều đ−ờng thẳng. 
Nếu ∑e = 0 ta có u
dc
).i
T
2t
(1i −= 
Quan hệ giữa i = f(t) lμ đ−ờng thẳng, trên hình 
vẻ ta có mật độ dòng điện: 
Phía ra 1
dc
dc
1dc
tx1
1
1 .tgαS
T
tT
i
.
S
T
S
i
j =−== 
Phía vμo 2dc2dc
tx2
2
2 .tgαS
T
t
i
.
S
T
S
i
j === 
Vì α1 = α2 nên j1 = j2 nghĩa lμ mật độ dòng 
điện ở phía phiến góp đi ra bằng phía phiến góp đi 
vμo, điều nμy rất thuận lợi cho quá trình đổi chiều. 
Hình 5.2 Đổi chiều đ−ờng 
2. Đổi chiều đ−ờng cong. 
Thực tế ∑e ≠ 0, nên ngoμi dòng điện ở trên còn có 
dòng điện phụ: 
 0
r
e
i
n
f ≠= ∑ 5.9 
Đ−ờng biểu diễn rn vμ if nh− hình 5.3. 
a) Đổi chiều trì hoãn (∑e > 0) 
Lúc nμy i = icb + if vμ dòng điện đổi chiều đi qua giá 
trị zéro chậm hơn đổi chiều đ−ờng thẳng (a → a'), hình 
5.4. Khi đổi chiều trì hoãn α1 > α2 nên j1 > j2 tia lửa xuất hiện ở phía chổi than đi ra. Điều 
nμy giống nh− tia lửa khi ta mở cầu dao có tải. 
Hình 5.3 Dòng 
Máy điện 2 44
b) Đổi chiều v−ợt tr−ớc 
 (∑e < 0) 
Lúc nμy i = icb - if vμ dòng điện đổi chiều đi qua giá trị zéro sớm hơn đổi chiều đ−ờng 
thẳng (a → a''), hình 5.5. Khi đổi chiều v−ợt tr−ớc α1 < α2 nên j1 < j2 tia lửa xuất hiện ở 
phía chổi than đi vμo. Điều nμy giống nh− tia lửa khi ta đóng cầu dao có tải. 
9.3 Nguyên nhân sinh tia lửa vμ biện pháp khắc phục. 
1. Nguyên nhân. 
a) Nguyên nhân về cơ 
- Vμnh góp không đồng 
tâm với trục 
- Sự cân bằng phần quay 
không tốt gây dao động 
h−ớng kính 
- Cổ góp không tròn, lực 
ép chổi than không đủ. 
b) Nguyên nhân về điện 
- Sức điện động đổi chiều 
không triệt tiêu đ−ợc s.đ.đ 
phản khánh ∑e ≠ 0 
- Sự phân bố không đều 
của mật độ dòng điện trên bề mặt tiếp xúc 
- Tác dụng nhiệt, hóa... 
2. Biện pháp khắc phục. 
a) Giải quyết các tồn tại cơ khí 
a) Bố trí cực từ phụ. 
Sức từ động của cực từ phụ Ff ngoμi việc 
phải cân bằng đ−ợc F−q còn phải tạo nên đuợc 
eđc đủ lớn lμm triệt tiêu epk. 
c) Xê dịch chổi than khỏi đ−ờng trung tính 
hình học 
Hình 5.4 Đổi chiều trì hoãn Hình 5.5 Đổi chiều 
Hình 5.6 Xê dịch chổi than để 
Những máy nhỏ không bố trí cực từ phụ, để cải thiện đổi chiều ta có thể xê dịch chổi 
than khỏi đ−ờng trung tính hình học. 
Tr−ờng hợp máy phát ta xê dịch chổi than theo chiều quay một góc β = α + γ 
Trong đó: ứng với góc α lμ đ−ờng trung tính vật lý, thêm một góc γ để tạo nên s.đ.đ 
đổi chiều đủ triệt tiêu s.đ.đ phản kháng epk. Hình 5.6 
d) Dây quấn bù. 
Tạo nên từ tr−ờng lμm triệt tiêu từ tr−ờng phần ứng d−ới bề mặt cực từ nhờ vậy mμ từ 
tr−ờng khe hở sẽ phân bố đều đặn, thuận lợi cho quá trình đổi chiều. 
Máy điện 2 45