Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 9: Máy điện một chiều

vào mạch phần ứng. 
- Khi thêm điện trở vào mạch phần ứng, tốc độ giảm. 
- Do dòng điện phần ứng lớn nên tổn hao công suất trên điện 
trở điều chỉnh lớn. 
- Phương pháp này chỉ sử dụng ở động cơ công suất bé 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
2. Thay đổi điện áp U 
Dùng nguồn một chiều điều chỉnh được điện áp cung cấp điện 
cho động cơ. Phương pháp này được sử dụng nhiều 
3. Thay đổi từ thông 
Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng kích từ. Để thay 
đổi dòng kích từ, người ta mắc thêm Rđc vào mạch kích từ. 
Khi điều chỉnh tốc độ, kết hợp các phương pháp 
Ví dụ phương pháp thay đổi từ thông với phương pháp thay 
đổi điện áp thì phạm vi điều chỉnh rất rộng, đây là ưu điểm 
lớn của động cơ điện một chiều 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
7.3. Động cơ điện một chiều kích từ song song 
Sơ đồ nối dây: 
Mở máy, dùng biến trở Rmở. 
Điều chỉnh tốc độ dùng biến trở Rđc 
để thay đổi Ikt, do đó thay đổi từ 
thông . 
Phương pháp này sử dụng rất rộng 
rãi, song cần chú ý khi giảm từ thông 
, có thể dòng điện phần ứng Iư 
tăng quá trị số cho phép, vì thế cần 
có bộ phận bảo vệ, cắt động cơ khỏi 
lưới điện khi từ thông giảm quá 
nhiều 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
a) Đặc tính cơ n = f(M) 
Biểu diễn quan hệ giữa tốc độ n và mômen quay M khi điện áp 
U = const, điện trở mạch phần ứng Rư = const, điện trở mạch 
kích từ Rkt = const 
Từ phương trình tốc độ: 

E
uu
k
RIU
n u
E
u
E
I
k
R
k
U
n


Mômen điện từ: 
uM I.kM  

M
u
k
M
I
M
kk
R
k
U
k
M
k
R
k
U
n
2
ME
u
EME
u
E 



CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Nếu có mắc điện trở Rp vào mạch phần ứng: 
M
kk
RR
k
U
n
2
ME
pu
E 

Đường 1 - đặc tính cơ tự 
nhiên (Rp = 0) 
Đường 2 – đặc tính cơ khi 
có điện trở phụ (Rp 0) 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
b) Đặc tính làm việc 
Đặc tính làm việc xác định khi điện áp U = const và dòng điện 
kích từ Ikt = const. 
Các đường đặc tính: 
Tốc độ n = f (P2) 
Mômen M = f(P2) 
Dòng điện Iư = f(P2) 
Hiệu suất η = f (P2) 
với P2 - công suất cơ trên trục. 
Đặc tính cơ cứng và tốc độ hầu như không đổi khi công suất 
trên trục thay đổi. 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
7.4. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 
Sơ đồ nối dây: 
Mở máy ta dùng Rmở. 
Điều chỉnh tốc độ ta dùng các phương 
pháp: 
1. Mắc điện trở điều chỉnh vào mạch 
phần ứng. 
2. Thay đổi điện áp U 
3. Thay đổi từ thông bằng điện trở Rđc 
Nhưng cần chú ý khi điều chỉnh từ 
thông phải mắc biến trở điều chỉnh song 
song với dây quấn kích từ nối tiếp 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
a) Đặc tính cơ n = f(M) 
Khi máy chưa bão hoà, dòng điện phần ứng Iư và từ thông tỷ 
lệ với nhau: 
 1u kI
222
1MuM kkkI.kM    
k
M
  
u
E
1
E
u
E
u
E
R
k
k
Mk
U.k
I
k
R
k
U
n 


Thay các giá trị vào biểu thức tốc độ động cơ: 
u
E
1
E
R
k
k
Mk
U.k
n 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Ek
k
a Đặt các hệ số: 
E
1
k
k
b 
uR.b
M
U
an 
Phương trình đặc tính cơ: 
Đặc tính cơ có dạng hypecbôn, đó là 
đường đặc tính cơ mềm, mômen tăng 
thì tốc độ động cơ giảm. 
Khi không tải hoặc tải nhỏ, dòng điện và từ thông nhỏ, tốc độ động 
cơ tăng rất lớn có thể phá huỷ động cơ về mặt cơ khí, vì thế không 
cho phép động cơ kích từ nối tiếp mở máy không tải hoặc tải nhỏ. 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
b) Đặc tính làm việc 
Động cơ được phép làm việc với tốc 
độ n nhỏ hơn tốc độ giới hạn ngh. 
Trong vùng làm việc, đường đặc tính 
vẽ bằng đường nét liền. 
Động cơ kích từ nối tiếp khi chưa 
bão hoà, mômen quay tỷ lệ với bình 
phương dòng điện và tốc độ giảm 
theo tải, nên thích hợp dùng trong 
chế độ tải nặng nề, được sử dụng 
nhiều trong giao thông vận tải hay 
các thiết bị cầu trục 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
7.5. Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp 
Sơ đồ nối dây: 
Các dây quấn kích từ có thể nối 
thuận (từ trường của chúng cùng 
chiều nhau) làm tăng từ thông, hoặc 
nối ngược (từ trường của chúng 
ngược nhau) làm giảm từ thông 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Đường đặc tính cơ của động 
cơ kích từ hỗn hợp khi nối 
thuận (đường 1) là trung bình 
giữa đặc tính cơ của động cơ 
kích từ song song (đường 2) 
và của động cơ kích từ nối 
tiếp (đường 3) 
Các động cơ làm việc nặng nề, dây quấn kích từ nối tiếp là dây 
quấn kích từ chính, còn dây quấn kích từ song song là phụ và 
được nối thuận. 
Dây quấn kích từ song song bảo đảm cho tốc độ động cơ không 
tăng quá lớn khi mômen nhỏ 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Động cơ kích từ hỗn hợp có 
dây quấn kích từ nối tiếp là 
kích từ phụ và nối ngược, có 
đặc tính cơ rất cứng như 
đường 4, nghĩa là tốc độ quay 
hầu như không đổi khi mômen 
thay đổi. 
Khi mômen quay tăng, dòng điện phần ứng tăng, dây quấn kích 
từ song song làm tốc độ n giảm một ít, nhưng vì có dây quấn 
kích từ nối tiếp nối ngược làm giảm từ thông trong máy, sẽ tăng 
tốc độ động cơ lên như cũ. 
Ngược lại, khi nối thuận, sẽ làm cho đặc tính của động cơ mềm 
hơn, mômen mở máy lớn hơn, thích hợp với các máy ép, máy 
bơm, máy nghiền, máy cán 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
8. Các ví dụ 
Máy phát điện kích từ song song, công suất định mức Pđm = 25kW, 
điện áp định mức Uđm = 115V, có các thông số sau: 
điện trở dây quấn kích từ song song Rkt = 12,5 ; 
điện trở dây quấn phần ứng Rư = 0,0238 , 
số đôi nhánh a = 2, số đôi cực từ p = 2, số thanh dẫn N = 300, 
tốc độ quay n = 1300 vg/ph. 
a) Xác định sức điện động Eư , từ thông  
b) Giả sử dòng điện kích từ không đổi, bỏ qua phản ứng phần ứng, 
xác định điện áp đầu cực máy khi dòng điện giảm xuống I = 80,8 A 
Ví dụ 1 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
a) Dòng điện định mức 
Bài giải: 
A4,217
115
25000
U
P
I
đm
đm
đm 
Dòng điện kích từ 
A2,9
5,12
115
R
U
I
kt
đm
kt 
Dòng điện phần ứng 
A6,2262,94,217III ktđmu 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Sức điện động của máy phát: 
V4,1200238,0.6,226115RIUE uuu 
Từ thông  của máy phát: 
Wb852,1
1300.300.2
4,120.2.60
n.pN
E.a.60
 
b) Dòng điện máy phát giảm, I = 80,8A → dòng điện phần ứng 
A902,98,80III ktu 
Điện áp đầu cực máy phát: 
V3,1180238,0.904,120RIEU uuu 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Một máy phát điện một chiều kích từ song song, điện áp định 
mức Uđm =115V, cung cấp dòng điện It = 98,3 A cho tải. 
Điện trở phần ứng Rư = 0,0735, điện trở dây quấn kích từ 
song song Rkt = 19. 
Tổn hao cơ, sắt từ và phụ bằng 4% công suất điện. 
a) Xác định sức điện động Eư và hiệu suất  của máy ở chế độ 
tải trên. 
b) Tính dòng điện ngắn mạch khi ngắn mạch hai đầu cực máy 
phát. Cho biết từ thông dư bằng 3% từ thông của máy ở chế độ 
tải trên, và tốc độ máy không đổi. 
Ví dụ 2 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Bài giải: 
a) Dòng điện kích từ: 
A05,6
19
115
R
U
I
kt
kt 
Dòng điện phần ứng: 
A35,10405,63,98III kttu 
Sức điện động phần ứng: 
V7,1220735,0.35,104115RIUE uuu 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Tổn hao trong dây quấn kích từ song song: 
W69519.05,6RIP 2kt
2
ktkt 
Tổn hao trong dây quấn phần ứng: 
W8000735,0.35,104RIP 2u
2
uu 
Tổn hao sắt từ và cơ phụ: 
W4523,98.115.04,0P.04,0P cf.st 
Hiệu suất máy phát: 
853,0
6958004523,98.115
3,98.115
PP
P
 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Một động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp, điện áp định 
mức Uđm = 220V, dòng điện định mức Iđm= 94A, điện trở dây 
quấn kích từ song song Rkt// = 338 , điện trở dây quấn phần 
ứng và kích từ nối tiếp Rư+Rnt = 0,17 , số đôi nhánh a = 1, 
số đôi cực p = 2, số thanh dẫn N = 372, tốc độ n = 1100 vg/ph. 
Tính sức điện động Eư (đối với động cơ còn được gọi là sức 
phản điện), từ thông , công suất điện từ, mômen điện từ 
Ví dụ 3 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Dòng điện kích từ song song 
Bài giải 
A65,0
228
220
R
U
I
//kt
đm
//kt 
Dòng điện phần ứng 
A35,9365,094III //ktđmu 
Sức điện động phần ứng 
 V20417,0.35,93220RRIUE ntuuđmu 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Từ thông  của máy điện: 
Wb10.49,1
1100.3720.2
204.2.60
n.pN
E.a.60 2 
Công suất điện từ: 
kW04,1935,93.204IEP uuđt 
Mô men điện từ: 
Nm165
1100.2
6010.04,19P
M
3
đt
đt 
 
)s/rad(
60
n.2 
 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Mô men điện từ: 
Nm16510.49,1.35,93
1.2
372.2
I
a.2
N.p
M 2uđt  
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Động cơ điện một chiều kích từ song song có các thông số: 
Công suất định mức Pđm = 10kW 
Điện áp định mức Uđm = 220V 
Hiệu suất  = 0,86 
Tốc độ định mức n = 2250 vg/ph 
Dòng điện kích từ định mức Ikt = 2,26 A 
Điện trở phần ứng Rư = 0,178 . 
Tính dòng điện mở máy trực tiếp. Để giảm dòng điện mở 
máy xuống bằng 2 lần dòng điện định mức, tính điện trở 
mở máy Rmm 
Ví dụ 4: 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Dòng điện định mức 
A85,52
220
10.628,11
U
P
I
3
đm
1
đm 
Dòng điện mở máy trực tiếp: 
A1238
178,0
220
26,2
R
U
II
u
đm
ktmm 
Công suất điện động cơ tiêu thụ 
Bài giải: 
kW628,11
86,0
10P
P đm1 

CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Điện trở mở máy: 
  
 96,1178,0
26,285,52.2
220
R
II.2
U
R u
ktđm
đm
mm
Dòng điện mở máy khi có biến trở: 
đm
mmu
đm
ktmm I.2
RR
U
II 
A44,10326,285,52.2II.2
RR
U
ktđm
mmu
đm 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Một động cơ điện một chiều kích từ song song Pđm = 12kW, điện 
áp định mức Uđm = 220V, tốc độ định mức nđm = 685 vg/ph, dòng 
điện định mức Iđm = 64A, dòng điện kích từ định mức Iktđm = 2A, 
điện trở phần ứng Rư = 0,821 . Động cơ kéo tải có mômen cản 
không đổi. Để giảm tốc độ, dùng hai phương pháp sau: 
a) Thêm điện trở phụ Rp = 0,7  vào mạch phần ứng. Tính tốc độ 
và hiệu suất của động cơ ở tình trạng này. 
b) Giảm điện áp dặt vào động cơ. Tính tốc độ và hiệu suất lúc 
U = 176,6 V. Có nhận xét gì về hiệu suất trong hai phương pháp 
đã sử dụng. 
Giả thiết bỏ qua tổn hao cơ và phụ, và trong hai trường hợp trên 
giữ từ thông không đổi. 
Ví dụ 5: 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
a) Mômen cơ hữu ích trên trục 
Bài giải: 
Nm3,167
685
12
9550
n
P
9550M
đm
đm
đt 
Dòng điện phần ứng ở tải định mức: 
A62264III ktđmđm.u 
Sức điện động phần ứng: 
V6,201281,0.62220RIUE uđm.uđmu 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
b) Bỏ qua tổn hao cơ và phụ, mômen cơ trên trục bằng mômen 
điện từ, nghĩa là Mc = M đt = kMIư = const, do đó khi  không đổi, 
dòng điện phần ứng Iư không đổi 
Khi thêm điện trở phụ Rp, sức điện động phần ứng: 
puđm.uđmu RRIUE 
 V2,1597,0281,062220Eu 
Vì từ thông  không đổi, sức điện động tỷ lệ với tốc độ: 
6,202
2,159
685
n
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Tốc độ động cơ điện 
)ph/vg(538685
6,202
2,159
n 
Công suất cơ hữu ích 
kW425,9
60
538
2.3,167MP đt2 
Hiệu suất động cơ: 
67,0
64.220
10.425,9
P
P 3
1
2 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
b) Khi đặt vào động cơ điện áp U = 176,6V → sđđ phần ứng 
V2,159281,0.626,176RIUE uuu 
Công suất điện động cơ tiêu thụ 
kW302,1164.6,176I.UP1 
Công suất cơ hữu ích 
kW425,9
60
538
2.3,167MP2 
Hiệu suất động cơ: 
834,0
10.302,11
10.425,9
P
P
3
3
1
2 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
So sánh trường hợp b với a, ta thấy rằng phương pháp dùng 
biến trở mắc vào mạch phần ứng cho hiệu suất thấp rất nhiều 
so với phương pháp giảm điện áp đặt vào động cơ. 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Một máy phát điện một chiều kích từ song song công suất 
định mức Pđm = 7,5 kW, điện áp định mức Uđm = 230 V, tốc độ 
quay định mức nđm = 1450 vg/ph; 
Điện trở mạch phần ứng Rư = 0,54 , điện trở mạch kích từ 
song song Rkt = 191,66 , điện áp rơi trên chổi than 2V. 
Máy phát sử dụng ở chế độ động cơ U = 220V, quay với tốc 
độ n = 1162 vg/ph và hiệu suất  = 0,825. 
Xác định công suất điện động cơ tiêu thụ, công suất cơ hữu 
ích trên trục động cơ. 
Ví dụ 6: 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Dòng điện định mức máy phát: 
Bài giải: 
- Chế độ máy phát: 
A6,32
230
7500
U
P
I
đm
đm
p.đm 
 Dòng điện kích từ: 
A2,1
66,191
230
R
U
I
kt
đm
kt 
 Dòng điện phần ứng: 
A8,332,16,32III p.ktp.đmp.u 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
 Sức điện động phần ứng: 
V25,250254,0.8,332302RIUE up.uđmp.u 
- Chế độ động cơ: 
Vì từ thông  ở hai chế độ như nhau, do đó sức điện động tỷ lệ 
với tốc độ. Sức điện động phần ứng động cơ: 
V5,200
1450
1162
25,250
n
n
EE
p
đ
p.uđ.u 
Dòng điện phần ứng động cơ 
A4,32
54,0
25,200220
R
2EU
I
u
đ.u
đ.u 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Dòng điện động cơ tiêu thụ 
A6,332,14,32III ktđ.uđ 
Công suất động cơ tiêu thụ 
W73926,33.220I.UP đđ.1 
Công suất cơ hữu ích động cơ: 
W61007392.825,0P.P đ.1đ.2 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Một máy phát điện một chiều kích từ nối 
tiếp, thanh dẫn N = 300, điện áp hai đầu 
cực của máy 110V, khi dòng tải 100A, 
phần ứng máy quay với tốc độ 1500 
vg/ph. Xác định độ lớn của từ thông dưới 
mỗi cực của máy, biết điện trở dây quấn 
phần ứng là 0,1  và số đôi mạch nhánh 
a = 1. 
Bài tập chương 9 
Bài số 9.1 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Bài giải: 
uuu RIEU 
 Phương trình điện áp phần ứng máy phát : 
V1201,0.100110RIUE uuu 
Wb10.8
1500.300.2
120.1.60
n.pN
E.a.60 3 
 Từ thông máy phát : 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Một máy phát một chiều kích từ song song, điện trở dây quấn 
phần ứng bằng 0,25 , điện trở mạch kích từ bằng 44, điện trở 
tải bằng 4. Điện áp đặt lên tải 220V. Tính dòng điện phần ứng 
và sức điện động của máy 
Bài số 9.2. 
Bài giải: 
A55
4
220
R
U
I 
Dòng điện tải: 
A5
44
220
R
U
I
kt
kt 
Dòng điện kích từ: 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Theo sơ đồ nối dây máy phát một chiều 
kích từ song song: 
A60555III ktu 
Sức điện động phần ứng: 
V23525,0.60220RIUE uuu 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Một máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp có dòng điện mạch 
ngoài I = 100A, điện áp đặt lên tải 110V, điện trở phần ứng 
Rư = 0,07, điện trở dây quấn kích từ nối tiếp Rktnt = 0,07; 
điện trở dây quấn kích từ song song Rkt// = 24. 
a) Xác định Eư, Iư. 
b) Xác định tổn hao trong dây quấn phần ứng và các dây quấn 
kích từ. 
c) Xác định công suất máy phát ra và hiệu suất 
Bài số 9.3: 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Bài giải: 
Iư 
I 
Ikt 
Dòng điện kích từ song song 
A58,4
24
110
R
U
I
//kt
//kt 
Dòng điện phần ứng 
A58,10458,4100III //ktu 
Sức điện động phần ứng 
 ntuuu RRIUE 
 V6,12407,007,058,104110Eu 
a) Dòng điện và sức điện động phần ứng: 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
b) Tổn hao trong dây quấn phần ứng và kích từ: 
W76607,0.58,104RIP 2u
2
uu 
W76607,0.58,104RIP 2nt
2
unt.kt 
W50324.58,4RIP 2//.kt
2
//.kt//.kt 
c) Công suất máy phát ra và hiệu suất 
W10.11100.110I.UP 32 
844,0
50376676610.11
10.11
PP
P
3
3
2
2 


CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Một động cơ điện một chiều kích từ song song có Uđm = 220V, 
Rư = 0,4 , Iđm = 52 A, Rkt = 110, tốc độ không tải n0 ≈ U/kE.Φ 
= 1100 (vg/ph) 
Hãy tính: 
a) Eư lúc tải định mức 
b) Tốc độ lúc tải định mức 
c) Pđt, Mđt lúc tải định mức 
Bài số 9.4. 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU 
Bài giải 
CHƯƠNG IX : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU