7.3. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP
7.3.2.2. ĐẶC TUYẾN TẢI – PHẦN TRĂM ĐỘ THAY ĐỔI ÁP KHI MANG TẢI U %
Khảo sát đặc tuyến tải của máy phát điện một chiều là khảo sát sự chênh lệch giá trị giữa sức điện động E của phần ứng với điện áp Vt trên hai đầu tải khi thay đổi dòng qua tải và duy trì không đổi từ thông kích thích tạo bởi phần cảm. Từ quan hệ (7.11) ta có:
t u u
E V R .I (7.16)
Theo quan hệ (7.16); chúng ta có thể kết luận sự chênh lệch giá trị giữa E và Vt là do sụt áp trên điện trở nội Rư của phần ứng khi máy phát mang tải. Trong thực tế khi mang tải, dòng tải qua dây quấn phần ứng hình thành từ thông phần ứng, có khuynh hướng làm ảnh hưởng và thay đổi từ trường phần cảm.
Sự kiện này làm gia tăng mức chênh lệch giá trị giữa sức điện động E với điện áp Vt . 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 100
2030 4050 6070 8090 100110 120130 140150 160170 180190 200210 220230 240250 260270
i[A]
E[V]
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
+
-
+
Ukt
Ikt B
v
v e
+ E -
Iu = 0
+
-
+
Ukt
Ikt B
v
v e
+ Ut -
Iu
Rt
HÌNH H7.14: Dòng điện qua phần cảm và phần ứng của máy phát khi không tải và khi mang tải.
Trong hình H7.14 trình bày phương pháp hình thành sức điện động trên phần ứng (khi quay phần ứng trong từ trường kích thích tạo bởi phần cảm); cực tính của sức điện động tạo trên hai đầu phần ứng (trên hai chổi than); dòng điện qua tải và dây quấn phần ứng khi máy phát mang tải. Muốn hình dung sự tương tác giữa từ trường phần ứng và phần cảm khi máy phát đang mang tải, chúng ta quan sát các hình vẽ H7.15. Trong đó:
HÌNH 7.15 a: phân bố đường sức từ trường phần cảm lúc không tải (Iư = 0)
HÌNH 7.15 b: trình bày riêng phân bố đường sức từ trường phần ứng lúc mang tải (Iư 0).
HÌNH 7.15 c: Phân bố đường sức trong tòan bộ máy phát khi xét sự tương tác giữa các thành phần từ trường tạo bởi phần cảm và phần ứng lúc máy phát mang tải
Khi xét riêng sự phân bố đường sức từ trường phần cảm lúc máy phát không tải, hệ thống đường sức phân bố có tính đối xứng trong mạch từ. Trục đối xứng của hệ thống đường sức từ trường phần cảm (hay trục cực từ phần cảm) là đường thẳng YY (hình H7.15a).
đường thẳng thẳng góc với YY được gọi là trung tính hình học.
Khi máy phát mang tải, các thanh dẫn trên phần ứng có dòng đi qua, với vị trí các chổi than bố trí trên trung tính hình học, hướng dòng phần ứng qua các thanh dẫn bố trí trên phần ứng xác định như trong hình H7.14 và H7.15b. Dựa vào hướng của dòng phần ứng qua các thanh trên phần ứng, xác định hệ thống đường sức từ trường tạo bởi phần ứng và rát ra nhận xét sau:
Hệ thống đường sức từ tổng hợp từ hai hệ thống đường sức của phần cảm và phần ứng có khuynh hướng trợ từ ở một phía mõm cực phần cảm và có khuynh hướng khử từ ở phía còn lại của mõm cực phần cảm.
Do ảnh hưởng trên, từ trường phần cảm biến dạng (sái dạng) khi máy phát điện đang mang tải. Sự sái dạng này tùy thuộc vào độ lớn (giá trị) của dòng điện qua tải; nói cách khác sự sái dạng từ trường phần cảm phụ thuộc vào độ lớn của tải.
Lúc máy phát mang tải và có sự sái dạng từ trường phần cảm đường trung tính có khuynh hướng xê dịch thay đổi vị trí (quay một góc trong không gian) so với vị trí của đường trung tính hình học xác định lúc ban đầu.
HÌNH H7.15a: Phân bố từ trường phần cảm HÌNH H7.15b: Phân bố từ trường phần ứng
HÌNH H7.15c: Phân bố đường sức từ trường trong máy phát khi xét tương tác giữa từ trường phần cảm với từ trường phần ứng
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
Các hậu quả sinh ra do phản ứng phần ứng được tóm tắt như sau:
Phản ứng phần ứng làm thay đổi từ trường phần cảm, dẫn đến sự gia tăng độ thay đổi điện áp khi máy phát mang
Khi dòng tải có giá trị bé ảnh hưởng của phản ứng phần ứng không đáng kể; nguyên nhân chủ yếu tạo ra độ thay đổi áp là do điện trở Rư của phần ứng.
Nếu chổi than đặt trên trung tính hình học, khi máy phát mang tải từ trường phần cảm sái dạng đường trung tính sẽ ở vị trí trung tính vật lý ab (xem hình H7.15c). Các thanh dẫn trên phần ứng nằm trong vùng góc (giới hạn bởi trung tính hình học và trung tính vật lý) có khuynh hướng đổi chiều dòng điện nhưng bên trong thanh dẫn vẫn còn tồn tại sức điện động cảm ứng. Hiện tượng này gọi là sự nghịch lưu làm phát sinh các tia lửa tại vị trí tiếp xúc của chổi than với cổ góp phần ứng. Muốn khắc phục tia lửa, cần hiệu chỉnh lại từ trường phần cảm khi máy phát mang tải bằng cách lắp thêm cực từ phụ và dây quấn bù trên phần cảm.
THÍ DỤ 7.3: Cho máy phát điện một chiều kích từ độc lập, có thông số định mức như sau:
Công suất định mức Pđm = 5 kW
Điện áp định mức Vđm = 125 V
Điện trở phần ứng Rư = 0,2
a./ Xác định phần trăm thay đổi điện áp khi máy phát đầy tải (bỏ qua ảnh hưởng của phản ứng phần ứng).
b./ Xác định điện áp đặt ngang qua hai đầu tải, khi máy phát cấp đến tải nửa công suất định mức.
GIẢI:
a./ Xác định độ sụt áp tại lúc tải định mức:
Điện áp trên hai đầu tải khi máy phát đầy tải : Vđm = 125 V.
Sức phản điện E trên hai đầu phần ứng (lúc máy phát không tải ):
ủm ử ủm
E V R .I Trong đó:
ủm ủm
ủm
P 5000
I 40A
U 125
Suy ra:
E 125 0,2.40 125 8 133 V
Phần trăm độ sụt áp khi mang tải được xác định theo quan hệ sau:
E V 133 125 800
U% .100 .100 6,4%
V 125 125
b./ Xác định áp V trên tải khi máy phát cấp nửa tải định mức:
Khi mỏy phỏt nửa tải, tương ứng cụng suất nhận trờn tải là: P Pủm 5000 2500 W
2 2
Khi không điều chỉnh thay đổi kích thích và tốc độ quay của động cơ sơ cấp, v sức điện động trên phần ứng vẫn duy trì giá trị hiện có là E = 133V.
Lúc này, dòng qua tải giảm thấp giá trị so với lúc tải định mức, như vậy áp V trên tải sẽ thay đổi. Ta có các hệ hai phương trình hai ẩn số sau:
ử ử ử
E V R .I 133 V 0,2.I V.Iử 2500
Từ hai quan hệ trên suy ra phương trình bậc hai dùng xác định giá trị áp V , ta có:
133 V 0,2.2500
V
Thu gọn suy ra phương trình bậc 2:
V2 133.V 500 0
Lập biệt số và giải phương trình, suy ra các nghiệm số: V = 129 V hay V = 4V , chọn nghiệm thích hợp cho V là 129 V.