MÔ HÌNH MÁY ĐIỆN DC KÍCH TỪ SONG SONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ BA PHA

MỤC LỤC

           Mở đầu

           Lời cảm ơn                     

           Nhận xét của giảng viên hướng dẫn

           Nhận xét của giảng viên phản biện

           Mục lục

           CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU...................................... 1

           1.1. Máy phát điện một chiều........................................................................................... 1

           1.1.1. Khái niệm................................................................................................................... 1

           1.1.2. Cấu tạo máy phát điện một chiều........................................................................... 1

           1.1.3. Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều............................................... 3

           1.1.4. Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều.......................................... 5

           1.1.5. Công suất điện từ, mômen điện từ của máy điện một chiều............................... 6

           1.1.6. Phân loại máy điện một chiều................................................................................. 7

           1.2. Động cơ điện một chiều.............................................................................................. 9

           1.2.1. Khái niệm................................................................................................................... 9

           1.2.2. Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp của động cơ điện một chiều.... 10

           1.2.3. Mở máy động cơ điện một chiều.......................................................................... 10

           1.2.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều......................................................... 11

           1.2.5. Động cơ một chiều kích từ song song.................................................................. 12

           1.2.6. Tia lửa điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục.............................................. 13

           CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ......................................... 16

           2.1. Định nghĩa và công dụng......................................................................................... 16

           2.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ...................................................................................... 16

           2.3. Nguyên lý làm việc máy phát điện đồng bộ......................................................... 18

           2.4. Phản ứng phần ứng của máy điện đồng bộ.......................................................... 19

           2.5. Mô hình toán của máy điện đồng bộ..................................................................... 20

           2.5.1. Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi................................. 20

           2.5.2. Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực ẩn................................. 20

           2.6. Công suất điện từ của máy phát điện đồng bộ cực lồi ...................................... 21

           2.6.1. Công suất tác dụng................................................................................................. 21

           2.6.2. Công suất phản kháng.......................................................................................... 22

           2.6.3. Điều chỉnh công suất phản kháng và công suất tác dụng................................ 23

           2.6.4. Đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh............................................................... 24

           2.7. Động cơ điện đồng bộ............................................................................................. 25

           2.7.1. Nguyên lý làm việc, phương trình điện áp và đồ thị vecto............................. 25

           2.7.2. Điều chỉnh hệ số công suất cosφ của động cơ điện đồng bộ.......................... 26

           2.7.3. Mở máy động cơ điện đồng bộ............................................................................ 26

           2.8. Các máy điện đồng bộ có cấu tạo đặc biệt......................................................... 27

           2.9. Sự cần thiết phải cho các máy phát điện đồng bộ làm việc song song......... 27

           2.9.1 Các điều kiện làm việc song song của máy phát điện đồng bộ....................... 27

           2.9.1 Các điều kiện làm việc song song của máy phát điện đồng bộ....................... 28

         CHƯƠNG 3 : MÔ HÌNH TỔ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG - MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ     30

           3.1 Giới thiệu chung về mô hình.................................................................................. 31

           3.2. Vận hành động cơ điện một chiều kích từ song song

            và máy phát đồng bộ.................................................................................................... 32

         3.2.1 Vận hành máy điện DC kích từ song song........................................................... 34

    3.2.2 Vận hành máy phát điện                                                                                        34

   CHƯƠNG 4 : KHẢO SÁT VÀ VẼ CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH

           CỦA ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ SONG SONG........................................ 35

           4.1. Khảo sát và vẽ đường đặc tính tốc độ không tải

           của động cơ một chiều kích từ song song.................................................................. 35

           4.2. Khảo sát và vẽ đường đặc tính tốc độ khi thay đổi từ thông Φ

           của động cơ một chiều kích từ song song................................................................... 37

           4.3. Khảo sát và vẽ đặc tính tải của động cơ DC kích từ song song................... 38

           CHƯƠNG 5 : KHẢO SÁT VÀ VẼ CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH

           CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ....................................................................................... 40

           5.1. Khảo sát đặc tính không tải.................................................................................. 40

           5.2. Khảo sát và vẽ đặc tính ngoài.............................................................................. 41

           5.2.1 Tải thuần trở............................................................................................................ 41

           5.2.1 Tải thuần cảm......................................................................................................... 43

           5.2.1 Tải thuầndung......................................................................................................... 45

 

           5.3. Khảo sát và vẽ đặc tính điều chỉnh của máy phát............................................ 46

           5.2.1 Tải thuần trở............................................................................................................ 46

           5.2.1 Tải thuần cảm.......................................................................................................... 47

           5.2.1 Tải thuầndung......................................................................................................... 49

           5.4. Sự làm việc song song của hai máy phát............................................................ 50

           KẾT LUẬN

           PHỤ LỤC

           Đáp án tham khảo

           Hình 6.1: đặc tính không tải của động cơ DC kích từ song song theo điện áp phần   ứng

     Hình 6.2  đặc tính tốc độ của động cơ DC kích từ song song theo từ thông mạch kích          

    Hình6.3: đặc tính tải của động cơ DC kích từ song song

      Hình 6.4: đặc tính không tải của máy phát đồng bộ 3 pha

    Hình6.5 : đặc tính tải của máy phát đồng bộ

    Hình6.6 :đặc tính điều chỉnh của máy phát đồng bộ 3 pha

    Các bản vẽ :

    Sơ đồ mạch điều khiển

    Sơ đồ bố trí thiết bị

    Sơ đồ đi dây thiết bị

    Sơ đồ mạch tải

    Sơ đồ đi dây tải

    Sơ đồ đi dây

    TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1: Máy phát điện một chiều

                     1.1.1.Khái niệm :

Ngày nay mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rất rộng rãi, song máy điện một chiều vẫn tồn tại, đặc biệt là động cơ điện một chiều. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu mômen mở máy lớn hơn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng.

Trong các thiết bị tự động, các máy điện khuếch đại, các máy điện chấp hành cũng là máy điện một chiều. Ngoài ra, các máy điện một chiều còn thấy trong các thiết bị otô, tàu thủy, máy bay các loại, máy phát điện một chiều điện áp thấp dùng trong các thiết bị điện hóa, thiết bị hàn điện chất lượng cao.

Nhược điểm chủ yếu của máy điện một chiều là có cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền và kém tin cậy, nguy hiểm trong môi trường dễ nổ. Khi sử dụng động cơ điện một chiều cần có nguồn điện một chiều kèm theo (bộ chỉnh lưu hay máy phát một chiều).

1.1.2. Cấu tạo máy phát điện một chiều :

Những phần chính của máy điện một chiều gồm stato với cực từ, roto với dây quấn và cổ góp với chổi than

-Stato (phần cảm):

Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa làm mạch từ vừa là vỏ máy. Các dây quấn kích từ.

         Hình 1.1 : Mặt cắt ngang trục máy điện một chiều

-Rôto(phần ứng):

Roto của máy điện một chiều gọi là phần ứng, gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau. Các lá thép được dập có lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng. Mỗi phần tử của dây quấn, phần ứng có chiều vòng dây, hai đầu với hai phiến góp, hai cạnh tác dụng của phần tử dây quấn đặt trong hai rãnh dưới hai cực khác tên.

Ngoài dây quấn xếp, ở máy điện một chiều còn kiểu dây quấn sóng. Các mạch phần tử được nối thành mạch vòng kín. Ở dây quấn đơn chỉ có hai nhánh song song, thường thấy ở máy có công suất nhỏ.

Hình 1.2: dây quấn xếp bốn phần tử

Hình 1.3 :dây quấn kiểu sóng 2 phần tử

 

-Cổ góp và chổi than :

Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục roto. Các đầu dây của phần tử nối với phiến góp.

Chổi than (chổi điện) làm bằng than graphit. Các chội than tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy.

                      1.1.3. Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều

Hình 1.4 mô tả nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều, trong đó dây quấn phần ứng chỉ có một phần tử nối với hai phiến đổi chiều.

Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường của cực từ, cảm ứng các sức điện động. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải. Từ trường hướng cực từ N đến S (từ trên xuống dưới), chiều phần ứng ngược chiều kim

đồng hồ, ở thanh dẫn phía trên sđđ có chiều từ b đến a, ở thanh dẫn phía dưới sđđ

có chiều từ d đến c, sđđ của phần tử bằng hai lần sđđ của thanh dẫn. Nếu nối hai chổi điện A và B với tải, trên tải sẽ có chiều dòng điện từ A đến B, điện áp của máy phát điện có cực dương ở chổi A và âm ở chổi B.

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của phần tử thay đổi, thanh ab ở cực S, thanh dc ở cực N, sđđ trong thanh dẫn đổi chiều. Nhờ có chổi điện đứng yên, chổi điện A vẩn nối với phiến góp phía trên, chổi điện B vẫn nối với phiến góp ở phía dưới, nên dòng điện ở mạch ngoài vẫn không đổi. Ta có máy phát điện một chiều với cực dương ở chổi A, âm ở chổi B.

Nếu máy chỉ có một phần tử, điện áp đầu cực như hình. Để điện áp lớn và ít đập mạch, dây quấn phải có nhiều phần tử, nhiều phiến đổi chiều.

Ở chế độ máy phát, dòng điện phần ứng Iư cùng chiều với sđđ phần ứng Eư, phương trình điện áp là :

U = Eư – Rư.Iư

Trong đó :

          Rư.Iư  : điện áp rơi trong dây quấn phần ứng     

          Rư : điện trở dây quấn phần ứng

          U : điện áp đầu cực máy phát

          Eư : sđđ phần ứng.

Hình 1.4 : Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều

Hình 1.5 : đồ thị điện áp đầu cực máy phát

 

 

 

1.1.4. Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều :

Từ trường của máy điện một chiều :

Khi máy điện một chiều không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng điện kích từ gây ra gọi là từ trường cực từ. Từ trường cực từ phân bố đối xứng, ở trung tính hình học mn thanh dẫn chuyển động qua đó không cảm ứng sđđ.

Khi máy điện có tải, dòng điện Iư trong máy điện phần ứng sẽ sinh ra từ trường phần ứng. Từ trường phần ứng hướng vuông góc với từ trường cực từ.

Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng, từ trường trong máy là từ trường tổng hợp của từ trường cực từ và phần ứng. Ở một mõm cực, từ trường được tăng cường (do từ trường phần ứng cùng chiều với từ trường cực từ), trong khi đó ở mõm cực kia từ trường bị yếu đi (ở đó từ trường phần ứng ngược chiều với từ trường cực từ).

Hậu quả của phản ứng phần ứng là :

+Từ trường trong máy bị biến dạng : điểm trung tính dịch chuyển từ trung tính hình học mn đến vị trí mới gọi là trung tính vật lý m’n’. Góc lệch β thường nhỏ và lệch theo chiều quay roto khi là máy phát điện, ngược chiều quay roto là động cơ điện. Ở vị trí trung tính hình học, từ cảm B ≠ 0, thanh dẫn chuyển động qua đó sẽ giảm sđđ, gây ảnh hưởng xấu đến việc đổi chiều.

+Khi tải lớn dòng điện phần ứng lớn, từ trường phần ứng lớn, phần mõm cực từ trường được tăng cường bị bão hòa, từ cảm B ở đó tăng được rất ít, trong khi đó mõm cực kia từ trường giảm đi nhiều, kết quả từ thông Ø của máy bị giảm xuống. Từ thông máy giảm kéo theo sđđ phần ứng Eư giảm. Làm cho điện áp đầu cực giảm làm cho momen quay giảm, và tốc độ động cơ thay đổi.

 Để khắc phục hậu quả trên người ta dùng cực từ phụ và dây quấn bù.

Từ trường của cực từ phụ và dây quấn bù ngược với từ trường phần ứng.

Để kịp thời khắc phục từ trường phần ứn khi tải thay đổi, dây quấn cực từ phụ và dây quấn bù đấu nối tiếp vào mạch phần ứng (hình 1.6).                                                                        hình 1.6

-Sức điện động phần ứng :

+ Sức điện động thanh dẫn : Khi quay roto các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường, trong mỗi thanh dẫn cảm ứng một sđđ là :

e = Btb.l.v

Trong đó : Btb : từ cảm trung bình dưới cực từ

                      l : chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn                                                           

                     v : tốc độ của thanh dẫn                                                                     

+Sức điện động phần ứng Eư : dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối tiếp nhau thành mạch vòng kín. Các chổi điện chia dây quấn thành nhiều nhánh song song. Sđđ phần ứng bằng tổng các sđđ thanh dẫn trong một nhánh. Nếu số thanh dẫn của dây quấn là N, số   nhánh song song là 2a (a là số đôi nhánh), số thanh dẫn một nhánh là N/2a, sđđ phần ứng là :   E_ư =

1.1.5. Công suất điện từ, momen điện từ của máy điện một chiều :

P_đt = E_ư. I_ư                     (1)

Thay các giá trị E_ư trong E_ư =  vào (1) ta có :

P_đt =  I_ư

Momen điện từ  :    M_đt  =                    (2)

Ωr là tốc độ quay của roto,được tính theo tốc độ quay của n (vg/ph) bằng biểu thức

ω_r =  (3)

Thay (3) vào (2) cuối cùng ta có biểu thức của momen điện từ là :

M_đt = .I_ư

Hoặc : M_đt = K_M I_ư Φ

Trong đó hệ số K_M = phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn.

Momen điện từ tỉ lệ với dòng điện phần ứng Iư và từ thông. Muốn thay đội momen điện từ, ta phải thay đổi dòng điện phần ứng hoặ thay đổi dòng điện kích từ Ikt. Muốn đổi chiều momen điện từ phải đổi chiều hoặc dòng điện phần ứng hoặc dòng điện kích từ.

1.1.6. Phân loại máy điện một chiều :

Dựa vào phương pháp cung cấp dòng điện kích từ, người ta chia máy điện một chiều ra các loại sau :

+ Máy điện một chiều kích từ độc lập. Dòng điện kích từ của máy lấy từ nguồn điện khác, không liên hệ với phần ứng của máy.

+ Máy điện một chiều kích từ song song. Dây quấn kích từ nối song song với mạch phần ứng.

+ Máy điện một chiều kích từ nối tiếp.

+ Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp.

  Kích từ độc lập         Kích từ song song         Kích từ nối tiếp                 Kích từ hỗn hợp

* Máy phát điện một chiều kích từ song song :

          Để thành lập điện áp cần thực hiện một quá trình kích từ. Lúc đầu máy không có dòng điện kích từ, từ thông trong máy do từ dư của cực từ tạo ra, bằng khoảng 2 ÷ 3% từ thông định mức. Khi quay phần ứng, trong dây quấn phần ứng sẽ có sđđ cảm ứng do từ thông dư sinh ra. Sđđ này khép mạch qua dây quấn kích từ (điện

trở mạch kích từ ở vị trí nhỏ nhất), sinh ra dòng điện kích từ,

làm tăng từ trường cho máy. Quá trình tiếp tục cho khi đạt điện

áp ổn định.

Để máy có thể thành lập điện áp, cần thiết phải có từ dư và

chiều từ trường dây quấn kích từ phải cùng chiều từ trường dư.

Nếu không còn từ dư, ta phải mồi để tạo từ dư, nếu chiều hai từ trường ngược nhau, ta phải đổi cực tính dây quấn kích từ hoặc đổi chiều quay phần ứng.

Phương trình cân bằng điện áp là :

                      Mạch phần ứng :   U = E_ư – R_ư.I_ư

                      Mạch kích từ :       U_kt = I_kt.(R_kt + R_đc)

                      Phương trình dòng điện : I_ư = I + I_kt

Khi dòng điện tải tăng, dòng phần ứng tăng, ngoài hai nguyên nhân làm điện áp U đầu cực giảm, làm cho dòng điện kích từ giảm, từ thông và sức điện động càng giảm, chính vì thế đường đặc tình ngoài dốc hơn so với máy kích từ độc lập. Từ đường đặc tính ta thấy, khi ngắn mạch, điện áp U = 0, dòng kích từ bằng 0, sức điện động trong máy sẽ do từ dư sinh ra vì thế dòng điện ngắn mạch In nhỏ so với dòng điện định mức.

Để điều chỉnh điện áp, ta phải điều chỉnh dòng điện kích từ, đường đặc tính điều chỉnh I_kt = f(I), khi U,n không đổi.                                                              

 

Sơ đồ máy điện kích từ song song( Hình1.7)                                                       

 Đường đặc tính không tải                 Đường đặc tính ngoài      Đường đặc tính điều chỉnh

        U₀ = f (I_kt)                                       U = f(I)                                     I = f(I)

Hình 1.8 : các đường đặc tính của máy phát DC kích từ song song

1.2. Động cơ điện một chiều :

1.2.1. Khái niệm :

Nói chung máy điện một chiều có thể làm việc theo chế độ máy phát khi E > U và theo chế độ động cơ khi E < U. Việc chuyển từ chế độ máy phát sanh chế độ động cơ xảy ra hoàn toàn tự động không cần thay đổi gì ở mạch nối, cụ thể là khi giảm dòng điện kích thích khiến cho E của máy phát hạ đến mức E < U, dòng điện trong phần ứng sẽ tự động đổi chiều, năng lượng sẽ chuyển theo chiều ngược lại và máy phát nghiễm nhiên trở thành động cơ.

Động cơ điện một chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, giao thông vận tải và nói chung ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi rộng (máy cán thép, máy công cụ lớn, đầu máy điện…).

Cũng như máy phát, động cơ điện một chiều được phân loại  theo phương pháp kích từ, ta cũng có bốn loại : động cơ điện kích từ độc lập, kích từ song song, kích từ nối tiếp, kích từ hỗn hợp. Sơ đồ nối dây của chúng cũng tương tự như ở trường hợp máy phát. Cần chú ý rằng ở các động cơ kích từ độc lập I_ư = I; ở động cơ kích từ song song và hỗn hợp I = I_ư + I_t.

Trên thực tế, đặc tính của động cơ điện kích từ độc lập và kích từ song song hầu như giống nhau nhưng khi cần công suất lớn người ta thường dùng động cơ kích từ độc lập để điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận lợi và kinh tế hơn mặc dù loại động cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên ngoài. Ngoài ra, khác với trường hợp máy phát kích từ nối tiếp, động cơ điện kích từ nối tiếp được dùng rất nhiều, chủ yếu trong ngành kéo tải bằng điện.

1.2.2. Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp của động cơ một chiều :

Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trong dây quấn phần ứng có dòng điện I_ư . Các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực F_đt tác dụng làm cho roto quay, chiều lực xác định theo quay tắc bàn tay trái.

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ cho nhau, do có phiến góp đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác dụng không đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi.

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động E_ư. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ một chiều sức điện động E_ư ngược chiều với dòng điện Iư nên E_ư còn gọi là sức phản điện.

Phương trình điện áp là : U = E_ư + R_ư.I_ư

Hình 1.9 : Nguyên lý làm việc động cơ điện một chiều

1.2.3. Mở máy động cơ điện một chiều :

Phương trình điện áp ở mạch phần ứng là :

U = E_ư + Rư.I_ư

Từ đó rút ra :

I_ư  =

Khi mở máy, tốc độ n = 0, sức phản điện E_ư = K_E.n.Φ, ta có dòng điện phần ứng mở máy là :

I_{ư mở} =                                                                       

                                                                                             Hình 1.9

Vì điện trở R_ư nhỏ, nên dòng điện phần ứng lúc mở máy rất lớn khoảng (20 ÷ 30)I_đm , làm hỏng cổ góp và chổi than. Dòng điện phần ứng lớn kéo theo dòng điện mở máy I_mở lớn, làm ảnh hưởng tới lưới điện.                                                            

Để giảm dòng điện mở máy, đạt I_mở = (1,5 ÷ 2) _Iđm, ta dùng các biện pháp sau :

-Dùng biến trở mở máy : mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng. Dòng điện mở máy phần ứng lúc có biến trở mở máy là :I_{ư mở} =

Lúc đầu để điện trở mở máy R_mở lớn nhất, trong quá trình mở máy, tốc độ tăng lên, sức điện động E_ư tăng và điện trở mở máy giảm dần đến 0, máy làm việc đúng điện áp định mức.

-Giảm điện áp đặt vào phần ứng : Phương pháp này được sử dụng khi có một chiều có thể điều chỉnh điện áp, ví dụ trong máy phát động cơ, hoặc nguồn một chiều chỉnh lưu.

Cần chú ý rằng momen mở máy lớn, lúc mở máy phải có từ thông lớn nhất, vì thế các thông số mạch kích từ phải điều chỉnh sao cho dòng điện kích từ lúc mở máy lớn nhất.

1.2.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều :

E_ư = U - R_ư._Iư

Thay trị số E_ư = K_E.n.Φ, ta có phương trình tốc độ là :

n_{0 -} Φ∆_n        (*)

Trong trường hợp điện áp nguồn không đổi, dòng kích từ không đổi và như một cách gần đúng có thể coi từ thông không đổi ta có thể viết quan hệ n = f(M) dưới dạng:

     n_{0 -} ∆_n                                    (**)

Nếu R_f  = 0, do R_ư  rất nhỏ , ∆_n cũng rất nhỏ trong trường hợp này ta nói đặc tính cơ loại động cơ này rất cứng ( tốc độ ít thay đổi).

-Thay đổi từ thông Φ :nếu tăng điện trở phụ trong mạch kích từ dòng điện kích từ giảm, từ thông giảm theo biểu thức (*) n₀ tăng, ∆_n cũng tăng và tăng nhanh hơn đặc tính cơ nhân tạo (khi có thêm điện trở phụ) sẽ cao hơn so với đường đặc tính cơ tự nhiên (điện trở phụ bằng không), độ dốc các đường ngày khác nhau . Theo phương pháp này ta có thể điều chỉnh tốc độ trong phạm vi n ≥ n_đm (hình c)-Thay đổi điện trở phụ trên mạch phần ứng .Theo biểu thức (*) nếu tăng R_f  trong mạch phần ứng n₀ không thay đổi, còn ∆_n tăng do đó đặc tính cơ là những đường dốc xuống như hình b. Ta nhận thấy điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp này có thể áp dụng trong phạm vi rộng (dưới định mức) nếu có thể làm cho điện trở thay đổi liên tục tốc độ cũng sẽ thay đổi liên tục. Nhược điểm của phương pháp này là tổn hao năng lượng trên điện trở lớn, hiệu suất vận  hành sẽ giảm.

Hình 1.10 các đường đặc tính của máy điện DC

-Thay đổi điện áp đặt vào phần ứng. Khi giảm điện áp thành phần n₀ giảm, thành phần ∆_n  không đổi (vì từ thông không đổi và dòng điện không đổi) nên đặc tính cơ là những đường song song, dốc xuống và nằm dưới đường đặc tính cơ tự nhiên (hình1.11)

Hình 1.11:đặc tính cơ n=f(U)

Khi điều chỉnh tốc độ, ta kết hợp các phương pháp trên. Ví dụ phương pháp thay đổi từ thông, kết hợp phương pháp thay đổi điện áp thì phạm vi điều chỉnh rất rộng, đây là ưu điểm lớn của động điện một chiều.

1.2.5.Động cơ một chiều kích từ song song :

Để mở máy ta có thể dùng biến trở mở máy, hay dùng phương pháp hạ điện áp đặt vào phần ứng. Để điều chỉnh tốc độ, thường dùng điện trở điều chỉnh thay đổi dòng kích từ do đó thay đổi được từ thông Φ. Phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi, nhưng cần chú ý là khi giảm từ thông Φ có thể dòng điện I_ư tăng quá giá trị cho phép, do đó cần có bộ bảo vệ không cho động cơ làm việc khi từ thông giảm nhiều.

                     

1.2.5.1 Đường đặc tính cơ n = f(M) :

Đường đặc tính cơ là quan hệ giữa momen quay M và tốc độ n khi điện áp U và điện trở mạch phần ứng và mạch kích dòng điện kích từ Ikt.

Từ công thức :  ta có :

Mặt khác theo biểu thức momen điện từ M = K_M. I_ư.Φ

=> I_ư  =

Thay vào biểu thức tốc độ ta có :    (1)

Nếu thêm điện trở R_p vào mạch phần ứng thì ta có phương trình : (2)

Trên hình vẽ đường đặc tính cơ, đường 1 là đường đặc tính cơ tự nhiên (R_p = 0 ứng với phương trình (1) ). Đường 2 với R_p ≠ 0 ứng với phương trình (2).

Sơ đồ mạch biến trở R_{mở máy}                    Đồ thị đặc tính cơ          Đồ thị đặc tính làm việc

 

1.2.5.2. Đặc tính làm việc :

Đường đặc tính làm việc được xác định khi điện áp và dòng kích từ không đổi đó là các đường quan hệ giữa tốc độ n, momen M, dòng điện phần ứng Iư và hiệu suất η theo công suất trên trục P₂, vẽ trên hình.

Ta có nhận xét động cơ điện kích từ song song có đặc tính cơ cứng, và tốc độ hầu như không đổi khi công suất P₂ thay đổi, chúng được dùng nhiều trong các máy cắt kim loại, các máy công cụ … khi có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ ta dùng động cơ kích từ độc lập.

1.2.6. Tia lửa điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục :

Khi máy điện làm việc, quá trình đổi chiều thường gây ra tia lửa giữa chổi điện và cổ góp, gây tổn hao năng lượng, ảnh hưởng xấu đến môi trường và gây nhiễu đến sự làm việc của thiết bị điện tử. Sự phát sinh tia lửa trên cổ góp do các nguyên nhân cơ khí và điện tử.

-Nguyên nhân cơ khí :

Sự tiếp xúc giữa cổ góp và chổi điện không tốt, do cổ góp không tròn, không nhẵn, chổi than không đúng quy cách, rung động của chổi than do cố định không tốt hoặc lực lò xo không đủ để tỳ sát chổi điện vào cổ góp.

-Nguyên nhân điện tử :

Khi roto quay liên tiếp có phần tử chuyển mạch

nhánh này sang mạch nhánh khác. Ta gọi

các

phần tử ấy là phần tử đổi chiều, trong phần

tử đổi

chiều xuất hiện các sức điện động :

+ Sức điện động từ cảm e_L, do sự biến

thiện dòng điện trong phần tử đổi chiều.

+ Sức điện động hổ cảm e_m do cự biến thiên

dòng điện

của các phần tử đổi chiều khác lân cận.

+ Sức điện động e_q do từ trường của

phần ứng gây ra.

Ở thời điểm chổi điện ngắn mạch phần tử

đổi chiều (hình), các sức điện động trên sinh ra dòng điện I chạy quẩn trong phần tử tích lũy năng lượng và phóng ra dưới dạng tia lửa khi vành góp chuyển động.

Để khắc phục tia lửa ngoài việc loại trừ nguyên nhân cơ khí ta phải tìm cách giảm chỉ số các sức điện động trên và dùng cực từ phụ và dây quấn bù.Để tạo nên trong phần tử đổi chiều các sức điện động nhằm bù (triệt tiêu) tổng 3 sức điện động e_L, e_m, e_q. Từ trường của dây quấn bù và cực từ phụ phải ngược chiều với từ trường phần ứng đối với máy công suất nhỏ, người ta không dùng cực từ phụ mà đôi khi chuyển chổi than đến trung tính vật lý.