Giáo trình Máy điện - 60H (Trình độ Trung cấp) - Trường Cao đẳng Lào Cai

p 3 pha: - Tỉ số điện áp pha: pk = 2 1 2 1 w w pU pU  Với 1w số vòng dây pha sơ cấp, 2w số vòng dây pha thứ cấp. - Tỉ số điện áp dây không những chỉ phụ thuộc vào tỉ số vòng dây giữa sơ cấp và thứ cấp mà còn phụ thuộc cách nốI hình sao hay tam giác: + Khi nối /Y: dk = 2.3 1 2.3 1 2 1 w w pU pU dU dU  + Khi nối /: dk = 2. 1 2 1 2 1 w w pU pU dU dU  + Khi nối Y/Y: dk = 2 1 2.3 1.3 2 1 w w pU pU dU dU  + Khi nối Y/: dk = 2 1.3 2.3 1 2 1 w w pU pU dU dU  - 25 - 1.7. Các máy biến áp đặc biệt 1.7.1. Máy biến áp đo lường Máy biến áp đo lường gồm hai loại: Máy biến điện áp và máy biến dòng điện dùng để biến đổi điện áp cao hoặc dòng điện lớn thành những lượng nhỏ đo bằng dụng cụ đo tiêu chuẩn (1 ÷ 100 V hoặc 1 ÷ 5 A) hoặc dùng trong mạch bảo vệ. Máy biến điện áp được chế tạo với công suất 25 ÷ 1000 VA và máy biến dòng điện với công suất 5 ÷ 100 VA. Máy biến điện áp có dây quấn sơ cấp nối song song với lưới điện và dây quấn thứ cấp nối với vônmét, hoặc với cuộn dây song song của oátmét, hoặc cuộn dây rơle bảo vệ (hình 5). Tổng trở Z của những dụng cụ này rất lớn nên máy biến điện áp làm việc ở trạng thái gần như không tải, điện áp rơi trong máy nhỏ, do đó sai số về trị số điện áp bằng: 1 12 2 1 % U UU u     100 và sai số góc u giữa 1U và 2U đều nhỏ. Tùy theo mức độ sai số, máy biến điện áp có các cấp chính xác 0,5 ; 1 ; 3, nghĩa là %u tương ứng bằng  0,5%;  1%;  3% và u tương ứng bằng  20’;  40’ (đối với cấp ba không có qui định tiêu chuẩn về u ). Khi sử dụng máy biến điện áp chú ý không được nối tắt mạch thứ cấp vì vậy sẽ tương đương với mạch sơ cấp nghĩa là gây sự cố ngắn mạch ở lưới điện. Máy biến dòng điện có dây quấn sơ cấp gồm ít vòng dây và nối nối tiếp với mạch cần đo dòng điện, còn dây quấn thứ cấp gồm nhiều vòng được nối với ampemét hoặc với các cuộn dây nối tiếp với oatmét hay rơle bảo vệ. Tổng trở Z của những dụng cụ này rất nhỏ và trạng thái làm việc của máy biến dòng điện là trạng thái ngắn mạch, lõi thép không bão hoà ( = 0,8 1 Wb) và 0I  0 do đó các trị số đo lường về trị số bằng: Hình 5. Sơ đồ nối dây và đồ thị véc tơ máy biến 1U 1U / 2U  / 2U u - 26 - 100 1 12 2 1 % I II i     và sai số về góc I cũng sẽ nhỏ đi. Tuỳ theo mức độ sai số, máy biến áp dòng điện có các cấp chính xác 0,2; 0,5; 1; 3; 10, nghĩa là i% tương ứng bằng  0,2%;  0,5%;  10% và I tương ứng bằng  20’,  40’;  80’, (đối với máy hai cấp 3 và 10 không có qui định gì tiêu chuẩn I).Khi sử dụng chú ý không được để dây quấn thứ cấp hở mạch vì như vậy dòng điện từ hoá rất lớn ( 0I = 1I ), lõi thép bão hoà nghiêm trọng ( = 1,4  1, 8 Wb) sẽ nóng lên làm cháy dây quấn. Khi bão hoà, từ thông ban đầu sẽ sinh ra sđđ nhọn đầu, do đó ở đầu dây quấn thứ cấp có thể xuất hiện điện áp cao hàng nghìn vôn, không an toàn cho người sử dụng. 1.7.2. Máy biến áp hàn: Máy biến áp hàn được chia thành nhiều loại có cấu tạo và đặc tính khác nhau tuỳ theo phương pháp hàn (hồ quang, hàn điện). Ta chỉ xét mba hàn hồ quang (Hình / 2  1 1 i / 2  Hình 6. Sơ đồ nối dây và đồ thị vectơ của máy biến dòng Hình 7. Sơ đồ máy biến áp chỉnh lưu - 27 - Các máy biến áp hàn hố quang được chế tạo sao cho có đặc tính ngoài U2 = f(I2) rất dốc để hạn chế đựơc dòng điện ngắn mạch và đảm bảo hồ quang được ổn định. Muốn điều chỉnh dòng điện hàn cần phải có thêm một cuộn cảm phụ có điện kháng thay đổi được bằng cách thay đổi khe hở  của lõi thép của cuộn cảm. Mba hàn hồ quang thường có điện áp không tải bằng 60  75 V và điện áp ở tải định mức bằng 30 V. Công suất của mba hàn vào khoảng 20 kVA và nếu dùng cho hàn tự động thì có thể lên tới hàng 100 kVA. 1.7.3. Máy biến áp chỉnh lưu: Mba chỉnh lưu có đặc điểm là tải của các pha không đồng thời mà luân phiên nhau theo sự làm vịêc của các dương cự của các bộ chỉnh lưu thuỷ ngân bán dẫn đặt ở thứ cấp của mba. Như vậy mba luôn luôn làm việc trong tình trạng không đối xứng, do đó phải chọn sơ đồ nốI dây sao cho đảm bảo được điều kiện từ hoá bình thường của các trụ thép và giảm nhỏ được sự đập mạch của điện áp và dòng điện chỉnh lưu.Muốn vậy phải tăng số pha của dây quấn thứ cấp (chọn số pha bằng 6) và ở phía thứ cấp có đặt thêm cuộn cảm cân bằng K giữa các điểm trung tính của các pha thuận (a’b’c’) và 3 pha ngược (a”b”c”). Tác dụng của cuộn cảm K là làm cân bằng điện áp trong mạch của 2 pha có góc lệch 60 làm việc song song. Ví dụ như của a’ và c”. Khi dây quấn thứ cấp làm việc song song vói nhau, bộ chỉnh lưu 6 pha làm việc tương tự như bộ chỉnh lưu 3 pha và mỗi dương cực làm việc không phải trong thời gian một phần sáu mà trong 1 phần ba chu kì. *Câu hỏi ôn tập CHƯƠNG 2. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 1 PHA 2.1.Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ một pha. Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lí cảm ứng điện từ, có tốc độ quay rotor n (tốc độ quay của máy) khác với tốc độ quay của từ trường 1n . Hình 8. Máy biến áp hồ quang làm việc có cuộn kháng - 28 - Máy điện không đồng bộ có hai dây quấn stator (sơ cấp) nối với lưới điện tần số f = const, dây quấn rotor (thứ cấp) được nối tắt lại hoặc khép kín qua điện trở. Dòng điện trong dây quấn rôto được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số 2f phụ thuộc vào tốc độ rôto nghĩa là phụ thuộc vào tải trên trục của máy. Máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, nghĩa là làm việc ở 2 chế độ động cơ và máy phát. 2.2. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ một pha. Gồm 2 phần chính: Rôto và Stato. a.Phần tĩnh (Stato): -Vỏ: được làm bằng kim loại - Lõi thép: Gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau và có sẻ rãnh để đặt dây quấn. - Dây quấn: Là dây đồng có lớp cách điện bằng ê may, được quấn thành từng cuộn đặt vào rãnh Stato và được cách điện với lõi thép. b. Phần quay (Roto): - Lõi thép: Gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại thành hình trụ và có sẻ rãnh ở mặt ngoài để đặt dây quấn. - Dây quấn: + Đối với rô to lồng sóc, dây quấn là những thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm được khép mạch bằng 2 vòng ngắn mạch. + Rô to dây quấn: Dây quấn là các dây bằng đồng được tráng lớp ê may cách điện, được đặt trong rãnh rô to, các đầu dây đưa ra vành góp (cổ góp, vành đổi chiều). - Trục: Được chế tạo bằng thép tốt và được gắn liền với rô to. 2.3.Từ trường đập mạch của động cơ không đồng bộ một pha Dây quấn stato không tạo ra từ trường quay. Do sự biến thiên của dòng điện, chiều và trị số từ trường thay đổi, nhưng phương của từ trường cố định trong không gian. Từ trường này gọi là từ trường đập mạch. Vì không phải là từ trường quay, nên khi ta cho điện vào dây quấn stato, động cơ không tự quay được . Để cho động cơ làm việc được, trước hết ta phải quay rôto của động cơ điện theo chiều nào đó, rôto sẽ tiếp tục quay theo chiều ấy và động cơ làm việc. Để giải thích rõ hiện tượng xảy ra trong động cơ điện một pha, ta phân tích từ trường đập mạch thành hai từ trường quay, quay ngược chiều nhau cùng tấn số quay n1 và - 29 - biên độ bằng một nửa biên độ từ trường đập mạch. Hình 2-29 Hình 2-30 Trong đó từ trường quay có chiều quay trùng với chiều quay rôto, được gọi là từ trường quay thuận, còn từ trường quay cố chiều quay ngược chiều quay rôto gọi là từ trường quay ngược. Trên hình 2-30, là từ trường đập mạch. còn và quay với tốc độ n1 và bao giờ ta cũng có : B = BI + BII (2.53) Gọi n là tốc độ rôto, hệ số trượt đối với từ trường quay thuận là: (2.54) Hệ số trượt sII ứng với từ trường quay ngược: (2.55) Do đó ta có bảng sau về quan hệ giữa các hệ số trượt s = sI 0 1 2 s II 2 1 0 - 30 - Trên hình 2-31 vẽ mômen quay Ml do từ trường thuận sinh ra có trị số dương và MII do từ trường ngược gây ra có trị số âm. Mômen quay của động cơ là tổng đại số mômen MI và MII: M = MI – MII (2.56) Từ đường đặc tính mômen, chúng ta thấy rằng, lúc mở máy, s= s1= sII= 1 , MI= MII và mômen mở máy Mmở = 0, động cơ điện không tự mở máy được . Nhưng nếu ta tác động làm cho động cơ quay, hệ số trượt s < 1 , lúc đó động cơ có mômen M, sẽ tiếp tục quay. Vì thế ta phải có biện pháp mở máy, nghĩa là phải tạo cho động cơ một pha mômen mở máy. . 2.4. Nguyên lý làm việc cơ bản của động cơ không đồng bộ một pha Động cơ một pha chỉ có dây quấn 1 pha và không tạo ra từ trường quay nên khi đưa dòng điện vào dây quấn stato động cơ không tự quay được và từ trường do dây quấn stato sinh ra là từ trường đập mạch (chỉ thay đổi chiều và trị số theo thời gian, không thay đổi về phương). Từ trường này có thể phân tích thành 2 từ trường quay ngược chiều nhau ФA và ФB có tốc độ bằng nhau và biên độ bằng một nửa từ trường đập mạch.. ФA = ФB = Ф/2 Hai từ trường này cùng tác dụng lên rô to 2 mô men: Mt = Mng M∑ = Mt + (- Mng) = 0 M∑ = 0 nên rô to không thể quay được, nếu ta tác động vào roto làm cho động cơ quay lúc đó động cơ có mô men quay (M∑ ≠ 0). Vì vậy ta phải có biện pháp mở máy nghĩa là phải tạo cho động cơ 1 pha mô men mở máy. 2.5. Sơ đồ dây quấn động cơ không đồng bộ 1 pha 2.5.1 Dây quấn 1 pha 1 lớp động cơ không đồng bộ a. Động cơ 1 pha vòng chập * Sơ đồ dây quấn loại 2 cực * Sơ đồ dây quấn loại 4 cực * Sơ đồ dây quấn loại nhiều cực - 31 - b. Động cơ 1 pha có tụ điện b1. Dây quấn 1 pha 1 lớp * Đặc điểm: Dây quấn stato có 2 cuộn dây riêng biệt, được đặt giải trong các rãnh lõi thép stato: + Cuộn dây làm việc (cuộn dây chính) + Cuộn dây khởi động (cuộn dây phụ) Hai cuộn dây được đặt lệch nhau theo chu vi bằng một nửa bước cực . * Cách tính toán + Bước quấn y: Bước đủ: y= τ = Z/ 2p Bước ngắn : y = 0,8 τ + Số rãnh dưới một cực q: q= Z/2p Cuộn dây làm việc bố chí chiếm từ 1/2 đến 2/3 số rãnh q1= 1/2 q hay q1=2/3q Cuộn dây khởi động bố chí chiếm từ 1/3 đến 1/2 số rãnh q2= 1/3 q hay q2=1/2q Thường ở động cơ điện một pha có tụ điện khởi động q2= 1/3 q, ở động cơ có tụ điện làm việc q2=1/2q + Rãnh đặt các đầu dây ra của cuộn làm việc và cuộn khởi động: Các đầu dây cuộn khởi động cách các đầu dây cuộn làm việc một khoảng bằng nửa bước cực. * Vẽ sơ đồ trải: * Đặc điểm: Dây quấn stato có 2 quận dây riêng biệt, được đặt dải trong các rãnh lõi thép stato: 2p = 4 (hb) 2p = 8 (ha) - 32 - + Cuộn dây làm việc (cuộn dây chính) + Cuộn dây khởi động (cuộn dây phụ) Hai cuộn dây được đặt lệch nhau theo chu vi một nửa bước cực từ. * Cách tính toán + Bước quấn y: Bước đủ: y = τ = Z/ 2p Bước ngắn : y = 0,8 τ + Số rãnh dưới một bước cực q: q= Z/2p Cuộn dây làm việc bố chí chiếm từ 1/2 đến 2/3 số rãnh q1= 1/2 q hay q1=2/3q Cuộn dây khởi động bố chí chiếm từ 1/3 đến 1/2 số rãnh q2= 1/3 q hay q2=1/2q Thường ở động cơ điện một pha có tụ điện khởi động q2= 1/3 q, ở động cơ có tụ điện làm việc q2=1/2q + Rãnh đặt các đầu dây ra của cuộn làm việc và cuộn khởi động: Các đầu dây cuộn khởi động cách các đầu dây cuộn làm việc một khoảng bằng nửa bước cực. *Cách vẽ sơ đồ trải: VD: Vẽ sơ đồ trải bộ sây stato của động cơ điện KĐB 1 pha có tụ điện làm việc biết: Z = 16; 2p = 2 (quấn bước ngắn) Số rãnh dưới một cực: q = Z/2p = 16/2 =8 Bước quấn y = 0,8 τ = 0,8.Z/2p = 0,8.16/2 = 6,4 chọn Y = 6 quấn theo kiểu đồng tâm Y1 = ( 2 – 7 ); Y2 = ( 1 – 8 ) Vì động cơ có tụ điện làm việc nên mỗi cuộn dây chiếm 1/2 số rãnh Cuộn dây chính dưới một cực: q1 = 1/2x8 =4 Cuộn dây phụ dưới một cực: q1 = 1/2x8 =4 Vẽ sơ đồ trải: - 33 - b2. Dây quấn 1 pha hai lớp *Đặc điểm: - Dây quấn 2 lớp chỉ có ở động cơ một pha kiểu tụ điện - Dễ dàng thực hiện được bước quấn ngắn để tiết kiệm đồng, ngoài ra còn cải thiện được đặc tính làm việc của động cơ - Khó lồng dây * Cách tính toán: Như dây quấn 1 lớp * Cách vẽ sơ đồ trải: VD: Vẽ sơ đồ trải bộ sây stato của động cơ điện KĐB 1 pha có tụ điện làm việc biết: Z = 12; 2p = 2 (quấn bước ngắn) Số rãnh dưới một cực: q = Z/2p = 12/2 =6 Bước quấn y = 0,8 τ = 0,8.Z/2p = 0,8.12/2 = 4,8 (k/c) chọn Y = 4 (kc)= 5rãnh Vì động cơ có tụ điện làm việc nên mỗi cuộn dây chiếm 1/2 số rãnh Cuộn dây chính dưới một cực: q1 = 1/2x6 =3 Cuộn dây phụ dưới một cực: q1 = 1/2x6 = 3 Vẽ sơ đồ trải: - 34 - CHƯƠNG 3: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 3.1.Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ. Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lí cảm ứng điện từ, có tốc độ quay rotor n (tốc độ quay của máy) khác với tốc độ quay của từ trường 1n . Máy điện không đồng bộ có hai dây quấn stator (sơ cấp) nối với lưới điện tần số f = const, dây quấn rotor (thứ cấp) được nối tắt lại hoặc khép kín qua điện trở. Dòng điện trong dây quấn rôto được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số 2f phụ thuộc vào tốc độ rôto nghĩa là phụ thuộc vào tải trên trục của máy. Máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, nghĩa là làm việc ở 2 chế độ động cơ và máy phát. 3.2. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ ba pha 3.2.1.Stato ( phần tĩnh) - Lõi thép: Là phần dẫn từ, được làm từ các lá thép KTĐ dày 0.5mm ép lại và cách điện với nhau (để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên). Các lá thép hình trụ được dập rãnh bên trong. Lõi thép được ép bên trong vỏ máy. - Dây quấn: Được đặt trong các rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với lõi thép. - Vỏ máy: Có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn và cố định máy trên bệ, không dùng để dẫn từ. Thường vỏ máy làm bằng gang, 2 đầu vỏ máy có nắp máy, ổ đỡ trục, vỏ máy và nắp máy còn có tác dụng bảo vệ máy. - 35 - 3.2.2. Rô to (Phần quay). - Lõi sắt: Gồm các lá thép KTĐ được dập rãnh mặt ngoài ghép lại tạo thành các rãnh theo hướng trục ở giữa có lỗ để lắp trục. - Dây quấn: có 2 kiểu: + Rô to ngắn mạch (Rô to lồng sóc) + Rô to dây quấn Rô to lồng sóc: trên mỗi rãnh của rô to đặt thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối ngắn mạch ở 2 đầu bằng 2 vòng bằng đồng hoặc nhôm tạo thành lồng sóc người ta thường quen gọi là lồng sóc hình 3.3. 3.3. Từ trường của máy điện KĐB ba pha 3.3.1 .Từ trường đập mạch của dây quấn một pha Từ trường của dây quấn một pha là từ trường có phương không đổi, song trị số và chiều biến đổi theo thời gian, được gọi là từ trường đập mạch. Gọi p là số đôi cực ta có thể cấu tạo dây quấn để tạo ra từ trường một, hai hoặc p đôi cực. Để đơn giản ta hãy xét dây quấn một pha đặt trong bốn rãnh của stato Dòng điện trong dây quấn là dòng điện một pha i =Imax sinωt (hình 2-5 và 2- 6). Trên hình vẽ, chiều dòng điện trong thanh 1 đi đến 1’ được kí hiệu (×) ở rãnh 1 (hình 2-5b) trong thanh 2 đi từ 2' đến 2 được kí hiệu (·) ở rãnh 2. Cũng kí hiệu tương tự đối với các thanh còn lại. Căn cứ vào chiều dòng điện, vì được chiều từ trường theo quy tắc vặn nút chai. Dây quấn hình 2.5a tạo thuật từ trường một đôi cực: p = hình 2-5b). Dây quấn ở hình 2.6a tạo nên từ Hình 3.3 Rotor lồng sóc động cơ điện không đồng bộ. - 36 - trường 2 đôi cực: p =2 (hình 2-6b). Hình 2.5 Hình 2.6 3.3.2.Từ trường quay của dây quấn ba pha Dòng điện xoay chiều ba pha có ưu điểm lớn là tạo ra từ trường quay trong các máy điện. * Sự tạo thành từ trường quay Trên hình 2-7a,b,c, vẽ mặt cắt ngang của máy điện ba pha đơn giản, trong đó dây quấn ba pha đối xứng ở stato AX, BY, CZ, đặt trong 6 rãnh. Trục của, các dây quấn lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện. Giả thiết trong ba dây quấn có dòng điện ba pha đối xứng chạy qua (hình 2-7). iA = Imaxsinωt - 37 - iB = Imaxsin (ωt - 1200) iC = Imaxsin (ωt - 2400) Để thấy rõ sự hình thành từ trường, khi vẽ từ trường ta quy ước chiều dòng điện như sau: - Dòng điện pha nào dương có chiều từ đấu đến cuối pha, đầu được ký hiệu bằng vòng tròn có dấu nhân ở giữa (×), còn cuối ký hiệu bằng vòng tròn có dấu chấm ở giữa (·). Dòng điện pha nào âm có chiều và ký hiệu ngược lại, đấu ký hiệu bằng (·) cuối ký hiệu bằng (×). Bây giờ ta xét từ trường ở các thời điểm khác nhau: Hình 2-7. Sự tạo thành từ trường quay - 38 - Thời điểm pha ωt = 900: ở thời điểm này, đòng điện pha A cực đại và dương ( xem hình 2-7a), dòng điện pha B và C âm. Theo quy định trên, dòng điện pha A dương, nên đầu A ký hiệu là (×), cuối X ký hiệu là (·); dòng điện pha B và C âm nên đầu B và C kí hiệu là (·) cuối Y và Z ký hiệu (×). Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ trường do các dòng điện sinh ra (hình 2-7a); từ trường tổng có một cực S và một cực N, được gọi là từ trường một đôi cực (p =1). Trục của từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha A là pha có dòng điện cực đại. Thời điểm pha ωt = 900 + 1200 : Là thời điểm sau thời điểm đã xét ở trên một phần ba chu kỳ. Ở thời điểm này, dòng điện pha B cực đại và dương, các dòng điện pha A và C âm (Hình 2-7b). Dùng qui tắc vặn nút chai xác định chiều đường sức từ trường. Ta thấy từ trường tổng đã quay đi một góc là 120o so với thời điểm trước. Trục của từ trường tổng trùng với trục dây quấn là pha có đòng điện cực đại. Thời điểm pha ωt = 900 + 2400 : Là thời điểm chậm sau thời điểm đầu 2/3 chu kỳ ; lúc này dòng điện pha C cực đại và dương, còn dòng điện pha A và B âm (hình 2.7c). - Từ trường tổng thời điểm này đã quay đi một góc 2400 so với thời điểm đầu. Trục của từ trường tổng trùng với trục của dây quấn pha C là pha có dòng điện cực đại. - Qua sự phân tích ở trên, ta thấy từ trường tổng của dòng điện ba pha là từ trường quay. Từ trường quay móc vòng với cả hai dây quấn stato và rôm, đó là từ trường chính của máy điện, tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng. - Với cách cấu tạo dây quấn như trên, ta có từ trường quay một đôi cực. Nếu thay đổi cách cấu tạo dây quấn, ta có từ trường 2,3 hay 4 v.v... đôi cực. * Đặc điểm của từ trường quay Từ trường quay của hệ thống dòng điện ba pha đối xứng cố 3 đặc điểm quan trọng. - Tốc độ từ trường quay. Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện stato f và số đôi cực p. Thật vậy, ở hình 2-7 khi dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường quay được một vòng, do đó trong một giây dòng điện stato biến thiên f chu kỳ, từ trường quay được f vòng. Vậy khi từ trường cố một đôi cực tốc độ của từ trường quay là n1 = f (vòng/giây). Khi từ trường có 2 đôi cực dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường - 39 - quay được 1/2 vòng ( từ cực N qua S đến N là l/2vòng), do đó tốc độ từ trường quay là n1 = f/2. Một cách tổng quát, khi từ trường quay có p đôi cực, tốc độ từ trường quay (còn gọi là tốc độ đồng bộ) là: n1 = f p (vòng/giây) hoặc n = 60f p (vòng/phút) - Chiều quay của từ trường. Chiều quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện. Muốn đổi chiều quay của từ trường ta thay đổi thứ tự hai pha với nhau. Thật vậy, ở hình 2-8 khi thứ tự dòng điện các pha cực đại lần lượt là pha A, pha B rồi đến pha C một cách chu kỳ thì từ trường quay từ trục dây quấn pha A đến trục dây quấn pha B rồi đến trục dây quấn pha C một cách tương ứng. Như vậy nếu thay đổi thứ tự hai pha cho nhau, ví dụ dòng điện iB cho vào dây quấn CZ, dòng điện iC cho vào dây quấn BY, từ trường sẽ quay theo chiều từ trục dây quấn AX đến trục dây quấn CZ (có dòng điện iB), rồi trục dây quấn BY (có dòng điện iC), nghĩa là từ trường quay theo chiều ngược lại (xem bài tập 2.l). - Biên độ của từ trường quay. Từ trường quay sinh ra từ thông Φ xuyên qua mỗi dây quấn. Ví dụ ta xét từ thông của từ trường quay xuyên qua dây quấn AX. Dây quấn các pha lệch về không gian với pha A một góc lần lượt là 1200, 2400, từ thông xuyên qua dây quấn AX do dây quấn ba pha là: Φ = ΦA + ΦBcos (-1200) + ΦCcos (-2400) = ΦA - 1 2 (ΦB + ΦC) Hệ thống dòng điện ba pha đối xứng ΦA + ΦB + ΦC = 0 hay ΦB + ΦC = - ΦA Do đó: Φ = ΦA + ΦA 2 = 3 2 ΦA (2.3) - 40 - Dòng điện iA = Imaxsinωt, nên: Từ thông của dòng điện pha A là: ΦA = Φmaxsinωt. Cuối cùng ta có: Φ = 3 2 ΦAmax sinωt Vậy từ thông của từ trường quay xuyên qua dây quấn biến thiên hình sin và có biên độ bằng 3/2 từ thông cực đại của một pha. Φmax = 3 2 Φpmax (24) Trong đó: Φpmax là từ thông cực đại của một pha Đối với dây quấn m pha thì: Φmax = m 2 Φpmax (2.5) 3.3.3. Từ trường quay của dây quấn hai pha Khi có dây quấn hai pha (m=2) đặt lệch nhau trong không gian góc 900 điện, dòng điện trong hai dây quấn lệch pha nhau về thời gian 900, cũng phân tích như trên, từ trường của hai pha là từ trường quay có các tính chất như đã xét ở trên và có biên độ là: Φmax = m 2 Φpmax = Φpmax (2.6) Từ trường quay của dây quấn hai pha có biên độ bằng biên độ từ trường một pha. Qua phân tích ở trên thấy rằng khi dây quấn đối xứng và dòng điện các pha đối xứng từ trường quay tròn có biên độ không đổi và tốc độ không đổi Từ trường quay tròn sẽ cho đặc tính của máy tốt. Khi không đối xứng từ trường quay chíp có biên độ và tốc độ quay biến đổi. 3.4. Nuyên lý làm việc cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha Khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào ba dây quấn stato, sẽ tạo ra từ trường quay p đôi cực, quay với tốc độ là n1 = 60f p . Từ trường quay cắt các thành dẫn của dây quấn rôto, cảm ứng các sức điện động. Vì dây quấn rơm nối ngắn mạch, nên sức điện động cảm ứng sẽ sinh ra dòng trong các thanh dẫn rôto. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ - 41 - trường quay của máy với thanh dẫn mang dòng điện rôto, kéo rôto quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n. Để minh hoạ, trên hình 2-9a vẽ từ trường quay tốc độ n1 chiều sức điện động và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rôto, chiều các lực điện từ Fdt Hình 2- 9 Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn tay phải, ta căn cứ vào chiều chuyền động tương đối của thanh dẫn với từ trường. Nếu coi từ trường đứng yên, thì chiều chuyển động tương đối của thanh dẫn ngược chiều n1, từ đó áp dụng bàn tay phải, xác định chiều sđđ như hình vẽ (dấu (×) chỉ chiều đi từ ngoài vào trang giấy). Chiều điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái, trùng với chiều quay n1. Tốc độ n của máy nhỏ hơn tốc độ từ trường quay n1 vì nếu tốc độ bằng nhau thì không có sự chuyển động tương đối, trong dây quấn rôto không có sđđ và dòng điện cảm ứng , lực điện từ bằng không. Độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ máy gọi là tốc độ trượt n2 n2 = n1 - n Hệ số trượt của tốc.độ là : s = n2 n1 = n1- n n1 (2.27) Khi rôto đứng yên (n=0), hệ số trượt s= l; khi rôto quay định mức s = 0 02 + 0,06. Tốc độ động cơ là: n = n1 (l - s) = 60f p (l - s) vg/ph (2.28) - 42 - 3.5. Sơ đồ dây quấn động cơ KĐB ba pha 3.5.1 Sơ đồ dây quấn động cơ KĐB ba pha. * Khái niệm. Dây quấn máy điện xoay chiều có nhiệm vụ cảm ứng lên 1 sđđ xác định đồng thời cũng tham gia vào việc tạo ra từ trường cần thiết cho sự biến đổi năng lượng cơ điện trên máy. Kết cấu của dây quấn phải đảm bảo được những yêu cầu như tiết kiệm dây đồng ( chủ yếu là phần đầu nối, bền về cơ, điện, nhiệt) đồng thời chế tạo đơn giản lắp ráp sữa chữa dễ dàng. Dây quấn có thể chế tạo với số pha m = 1,2,3 trong đó chủ yếu là dây quấn 3 pha, sau đó là dây quấn 2 pha chỉ có ở những trường hợp đặc biệt. Thường thì số rãnh dưới 1 pha của 1 cực q là số nguyên, có những trường hợp đặc biệt thì q là phân số. Dây quấn máy điện xoay chiều có thể đặt trong rãnh thành 1 hoặc 2 lớp và tương ứng là dây quấn 1 lớp và dây quấn 2 lớp, trong thực tế rất nhiều kiểu dây quấn máy điện xoay chiều. A.Dây quấn 3 pha 1 lớp động cơ điện không đồng bộ Dây quấn 1 lớp thường được dùng trong các động cơ điện công suất nhỏ duới 7kw. Đó là loại dây quấn trong mỗi rãnh chỉ đặt một cạnh tác dụng của 1 phần tử ( còn gọi là bối dây). Vì mỗi phần tử có 2 cạnh tác dụng nên đối với dây quấn 1 lớp số phần tử là S = Z/2 Dây quấn 1 lớp của ĐKB 3 pha có 2 kiểu - Dây quấn kiểu đồng tâm - Dây quấn kiểu xếp đơn * Dây quấn kiểu đồng tâm *Đặc điểm Trên mỗi đôi cực gồm các cuộn dây riêng có hình dạng và chiều dài khác nhau chia thành 1 nhóm các cuộn dây, mỗi cuộn dây có 2 cạnh nằm trong 2 rãnh khác nhau của stato có khoảng cách bằng 1 bước quấn Y, trong dây quấn đồng tâm các cuộn dây khác - 43 - nhau thuộc 1 pha phân bố dưới 1 đôi cực nối tiếp với dây quấn này tạo thành nhóm cuộn dây. Số cuộn dây trong 1 nhóm phụ thuộc vào số rãnh dưới 1 cực của 1pha. q = Z / 2P.m *Phương pháp tính toán + Tính số rãnh dưới 1 cực của 1 pha: q = Z/ 2P.m + Tính bước quấn Y: - Bước quấn nhỏ nhất Y1 = 2q + 2 Y2 = Y1 +2 Yn = Y(n - 1) + 2 + Tính rãnh đấu dây là khoảng cách giữa 2 rãnh trong 1 pha của nhóm cuộn dây thứ nhất đến nhóm cuộn dây thứ 2 được tính bằng rãnh. Zđ = 3q + 1( kể cả rãnh bắt đầu đấu) + Tính rãnh cho dòng điện vào ra trong 3 pha ABC / XYZ = 2/3. = 2q + 1 - Phương pháp vẽ sơ đồ trải VD: Đ/c KĐB 3pha Z=24; 2p=4; m=3. q = Z/2P.m = 24/4.3 = 2. Y1 = 2q+2 = 6. Y2= Y1+2=8. Zđ= 3q+1=7 ABC/XYZ=2q+1=5. - Căn cứ vào q vạch những đường thẳng song song ứng với 3 pha. - Căn cứ vào Y1 và Y2 để nối các phần tử dây quấn . - Căn cứ vào ABC/XYZ để đặt các đầu dây ABC và XYZ. - 44 - VD2: Vẽ sơ đồ trải bộ dây stato động cơ KĐB 3 pha quấn kiểu đồng tâm biết: - Z = 36; 2p = 4; m =3 - Z = 36; 2p = 6; m =3 - Z = 48; 2p = 4; m =3 - Z = 54; 2p = 6; m =3 * Dây quấn kiểu xếp đơn * Đặc điểm Trên mỗi cực các phần tử dây quấn có kích thước hoàn toàn giống nhau, 2 cạnh của 1 phần tử cách nhau 1 bước quấn Y. Quấn xếp đơn có 2 kiểu: Quấn bước đủ Y =  Quấn bước ngắn Y <  b1. Dây quấn kiểu xếp đơn bước đủ * Phương pháp tính toán  = z/2p q = z/ 2p.m Zđ = 2q+1 y =  - 45 - ABC/XYZ = 2q + 1 + Vẽ sơ đồ trải VD:Vẽ sơ đồ trải bộ dây stato động cơ KĐB 3 pha quấn kiểu xếp đơn bước đủ biết Z = 24 ;2p =4 ; m=3 q = Z/2p.m = 24/4.3 = 2 y = τ = Z/2p = 24/4 = 6 k/c = 7 Rãnh Zđ = 3q = 3.2 = 6 A-B-C / X-Y-Z= 2q +1 = 2.2 +2 =5 VD2: Vẽ sơ đồ trải bộ dây stato động cơ KĐB 3 pha quấn kiểu xếp đơn bước đủ biết: - Z = 36; 2p = 4; m =3 - Z = 36; 2p = 6; m =3 - Z = 48; 2p = 4; m =3 - Z = 54; 2p = 6; m =3 B2. Dây quấn kiểu xếp đơn bước ngắn * Đặc điểm: Dây quấn bước ngắn có y < τ y = τ Thường chọn (= 5/6 hoặc = 3/4) *Phương pháp tính toán: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 - 46 - q = Z/ 2P.m Y = 3q ( q là 1 số chẵn) Y = 3q - 1 ( q là 1 số lẻ). Zđ = 3q + 1 ( q chẵn) Zđ = 3q ( q lẻ) ABC/XYZ = 2q + 1. *Vẽ sơ đồ trải: VD:Vẽ sơ đồ trải bộ dây stato động cơ KĐB 3 pha quấn kiểu xếp đơn bước ngắn biết: Z = 24 ;2p =4 ; m=3 q = Z/2p.m = 24/4.3 = 2 Y = 3q = 6 Zđ = 3q+1 = 3.2 +1 = 7 A-B-C / X-Y-Z= 2q +1 = 2.2 +2 =5 VD2: Vẽ sơ đồ trải bộ dây stato động cơ KĐB 3 pha quấn kiểu xếp đơn bước ngắn biết: - Z = 36; 2p = 4; m =3 - Z = 36; 2p = 6; m =3 - Z = 48; 2p = 4; m =3 - Z = 54; 2p = 6; m =3 B. Dây quấn 3 pha 2 lớp động cơ điện KĐB * Đặc điểm: Dây quấn 3 pha 2 lớp là loại dây quấn mà trong mỗi rãnh có đặt 2 cạnh tác dụng của 2 phần tử. Như vâyh đối với dây quấn 2 lớp số phần tử S bằng số rãnh Z ( S = Z). So với dây quấn 1 lớp , dây quấn 2 lớp cơ ưu điểm có thể chọn số rãnh dưới một cực là một phân số mà kiểu quấn 1 lớp không thực hiện được. a. Dây quấn 2 lớp bước đủ (Y = ) * Đặc điểm - 47 - - Số nhóm dây trong một pha bằng số cực 2p - Trong một rãnh đặt 2 cạnh tác dụng của 2 phần tử dây quấn thuộc 1 pha - Nhóm cuộn dây thứ 2 cách nhóm cuộn dây thứ nhất cùng pha một bước cực * Phương pháp tính toán: Giống như xếp đơn bước đủ, chỉ khác là Zđ = 3q + 1 * Phương pháp vẽ sơ đồ VD: Vẽ sơ đồ trải bộ dây stato động cơ KĐB 3 pha quấn kiểu xếp kép bước đủ biết: Z = 24; 2p = 4; m =3 q = Z/2p.m = 24/4.3 = 2 y = τ = Z/2p = 24/4 = 6 k/c = 7 Rãnh Zđ = 3q + 1 = 3.2 + 1 = 7 A-B-C / X-Y-Z= 2q +1 = 2.2 +2 =5 b. Dây quấn 2 lớp bước ngắn ( y < ( ) * Đặc điểm: - Dây quấn 2 lớp bước ngắn có y < τ ( thường y = 5/6( hoặc y = 3/4 ( ) - Trong một rãnh đặt 2 cạnh tác dụng của 2 phần tử dây quấn thuộc 1 pha hoặc 2 pha khác nhau * Phương pháp tính toán: Giống như xếp kép bước đủ * Phương pháp vẽ sơ đồ VD: Vẽ sơ đồ trải bộ dây stato động cơ KĐB 3 pha quấn kiểu xếp kép bước ngắn biết: - 48 - Z = 24; 2p = 4; m =3 q = Z/2p.m = 24/4.3 = 2 y = Z/2p = 24/4 = 6 k/c Zđ = 3q + 1 = 3.2 + 1 = 7 A-B-C / X-Y-Z= 2q +1 = 2.2 +2 =5 21 3 4 5 6 7 8 9 10 21 3 4 5 6 7 8 9 20 A Z B C 21 3 4 X Y (19) (23) (1) (5) qa qc qb qa qc qb qa qc qb qa qc qb     Câu hỏi ôn tập 1.Cấu tạo của máy điện KĐB ba pha, một pha, phân biệt công dụng của rô to lồng sóc và rô to dây quấn. 2. Từ trường của máy điện KĐB, nguyên lý làm việc của máy điện KĐB. 3. Mô hình toán học của động cơ KĐB. 4. Mở máy và điều chỉnh tốc độ của động cơ KĐB. 5. Vẽ sơ đồ trải của động cơ KĐB ba pha. - Vẽ sơ đồ trải bộ dây stato động cơ KĐB 3 pha quấn kiểu xếp đơn bước đủ biết: - Z = 36; 2p = 4; m =3 - Z = 36; 2p = 6; m =3 - 49 - - Z = 48; 2p = 4; m =3 -Vẽ sơ đồ trải bộ dây stato động cơ KĐB 3 pha quấn kiểu xếp đơn bước ngắn biết: Z = 24 ;2p =4 ; m=3 Chương 4: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 4.1. Định nghĩa và công dụng của máy điện đồng bộ ba pha. 4.1.1. Định nghĩa: Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n bằng với tốc độ quay của từ trường 1n gọi là máy điện đồng bộ. Máy điện đồng bộ có hai dây quấn: dây quấn stato nối với lưới điện có tần số f không đổi, dây quấn rôto được kích thích bằng dũng điện 1 chiều. Ở chế độ xác lập máy điện đồng bộ có tốc độ quay rôto luôn không đổi khi tải thay đổi. 4.1.2 Công dụng của máy điện đồng bộ Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của các lưới điện quốc gia, trong đó động cơ sơ cấp là các tuốc bin nước, tuốc bin khí, tuốc bin hơi nước...v.v. Công suất của các máy phát có thể đạt đến 600 MVA hoặc lớn hơn và chúng thường làm việc song song. Ở các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng bộ được kéo bởi các động cơ diezen hoặc các tuabin khí, có thể làm việc đơn lẻ hoặc hai ba máy làm việc song song. Động cơ đồng bộ được sử dụng khi truyền động công suất lớn, có thể đạt đến vài chục MW. Trong công nghiệp luyện kim, khai thỏc mỏ, thiết bị lạnh, động cơ đồng bộ được sử dụng để truyền động các máy bơm, nén khí, quạt gió v.v... với tốc độ không đổi. Động cơ đồng bộ công suất nhỏ được được sử dụng trong các thiết bị như đồng hồ điện, dụng cụ tự ghi, thiết bị lập chương trỡnh, thiết bị điện sinh hoạt v.v.... Máy bù đồng bộ dùng để phát công suất phản kháng cho luới điện để bù hệ số công suất và ổn định điện áp. 4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ ba pha. Cấu tạo máy điện đồng bộ gồm 2 bộ phận chính là stato và rôto. Trên hình 3-1 vẽ mặt cắt ngang trục máy trong đó 1 : lá thép stato ; 2 : dây quấn stato ; 3 : lá thép rôto ; 4 : dây quấn rôto. - 50 - Hình 3-1. Mặt cắt ngang trục máy Hình 3-2. a) Rôto cực ẩn b) Rôto cực lồi 4.2.1. Stato Stato của máy điện đồng bộ giống như stato của máy điện không đồng bộ, gồm hai bộ phận chính là lõi thép stato và dây quấn ba pha stato. Dây quấn stato gọi là dây quấn phần ứng. 4.2.2. Rôto Rôto máy điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ dùng để tạo ra từ trường cho máy đối với máy nhỏ rôto là nam châm vĩnh cửu. Có hai loại : rôto cực ẩn và rôto cực lồi. Hình 3-2a vẽ rôto cực ẩn, hình 3- 2b vẽ rôto cực lồi. Rôto cực lồi dùng ở các máy có tốc độ thấp, có nhiều đôi cực. Rôto cực ẩn thường dùng ở máy có tốc độ cao 3000 vg/ph, có một đôi cực. Để có sđđ sin, từ trường của cực từ rôto phải phân bố hình sin dọc theo khe hở không khí giữa stato và rôto, ở đỉnh các cực từ có từ cảm cực đại. Đối với rôto cực ẩn, dây quấn kích từ được đặt trong các rãnh. Đối với rôto cực lồi Hình 3-3 - 51 - dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ. Hai đầu của dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vòng trượt đặt ở hai đầu trục, thông qua hai chổi điện để nối với nguồn kích từ (hình 3-3). 4.3. Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ ba pha. Cho dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường rôto khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp, từ trường của rôto sẽ cắt dây quấn phần ứng stato và cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệu dụng là : E0 = 4,44fw1kdq0 (3.1) Trong đó : Eo, wl, kdq, Ф0 là sđđ pha, số vòng dây một pha, hệ số dây quấn, từ thông cực từ rôto. Nếu rôto có p đôi cực, khi rôto quay được một vòng, sđđ phần ứng sẽ biến thiên p chu kì. Do đó tần số f của sđđ các pha lệch nhau góc pha 1200. F = pn , n đo bằng vg/s (3.2a) hoặc f = , n đo bằng vòng /phút (3.2b) Dây quấn ba pha stato có trục lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện , cho nên sđđ các pha lệch nhau góc pha 1200. Khi dây quấn stato nối với tải trong các dây quấn sẽ có dòng điện ba pha giống như ở máy điện không đồng bộ, dòng diện ba pha trong ba dây quấn sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là n1 = 60 f/p, đúng bằng tốc độ n của rôto. Do đó loại máy điện này được gọi là máy điện đồng bộ. 4.4. Hòa đồng bộ máy phát điện Nếu không đảm bảo các điều kiện trên sẽ có dòng điện lớn chạy quẩn trong máy phá hỏng máy và gây rối loạn hệ thống điện. * Phương pháp hòa đồng bộ đơn giản sử dụng bóng đèn: - Dùng 3 đèn sợi đốt mắc vào hình vẽ: Đóng cầu dao (CD1) để máy phát (MF1) phát điện lên lưới điện. *Điều kiện để các máy phát điện làm việc song song với nhau. - Điện áp của máy phát phải bằng điện áp của lưới điện và trùng pha nhau. - Tần số của máy phát bằng tần số của lưới điện - Thứ tự pha của máy phát giống thứ tự pha của lưới điện - 52 - - Muốn hòa máy phát (MF2) vào lưới điện thì phải đảm bảo 3 điều kiện: + UF = UL và trùng pha nhau + FF = FL + Thứ tự pha của máy phát bằng thứ tự pha của lưới điện. - Quá trình hòa xảy ra 4 trường hợp như sau : + Trường hợp 1 : 3 bóng điện không sáng, điện áp đặt vào đèn bằng 0, ta đóng cầu dao (CD2) vào mạng. +Trường hợp 2 : 3 bóng đều sáng , điều kiện 1 không đảm bảo tức là thay đổi điện áp đặt lên các đèn. +Trường hợp 3 : 1 đèn tối và 2 đèn sáng, thứ tự pha của lưới điện và máy phát khác nhau, ta tráo đổi đầu dây nối 2 trong 3 pha của Máy phát với cầu dao CD2. +Trường hợp 4 : Cả 3 đèn đều sáng nhấp nháy, FF ≠ FL , điện áp đặt lên đèn sẽ thay đổi giống nhau. Phải điều chỉnh tần số của Máy phát 2 và chờ cho các đèn tối hẳn thì đóng cầu dao CD2 để hòa đồng bộ. MF2MF1 CD1 CD2 C B A Ð1 Ð2 Ð3 Câu hỏi ôn tập 1. Nêu định nghĩa và công dụng của máy điện đồng bộ ba pha? 2. Trình bày cấu tạo của máy phát điện đồng bộ ba pha. 3. Trình bày nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ 3 pha. - 53 - Chương 5. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU 5.1. Đại cương về máy điện một chiều Trong nền sản xuất hiện đại máy điện một chiều vẫn luôn luôn chiếm một vị trí quan trọng, bởi nó có các ưu điểm sau: Đối với động cơ điện một chiều: Phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, bằng phẳng vì vậy chúng được dùng nhiều trong công nghiệp dệt, giấy, cán thép,... Máy phát điện một chiều dùng làm nguồn điện một chiều cho động cơ điện một chiều, làm nguồn kích từ cho máy phát điện đồng bộ, dùng trong công nghiệp mạ điện v.v... Nhược điểm: Giá thành đắt do sử dụng nhiều kim loại màu, chế tạo và bảo quản cổ góp phức tạp. 5.2.Cấu tạo của máy điện một chiều. Những phần chính của máy điện một chiều gồm stato với cực từ, rôto với dây quấn và cố góp với chổi điện. Trên hình 4-1 vẽ mặt cắt ngang trục. Hình 5-1. Mặt cắt ngang trục máy điện một chiều Hình 5-2. Lá thép lõi rô to 5.2.1.Stato Stato còn gọi là phần cảm, gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy. Các cực từ chính có dây quấn kích từ (hình 4-l). 5.2.2. Rôto Rô to của máy điện một chiều được gọi là phần ứng. gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ, làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0.5 mui, phủ sơn cách điện ghép lại. Các lá thép dược dập có lỗ thông gió - 54 - và rãnh để đặt dây quấn phần ứng (hình 4- 2)Mỗi phần tử của dây quấn, phần ứng có nhiều vòng dây, hai dấu với hai phiến góp, hai cạnh tác dụng của phần tử dây quấn dặt trong hai rãnh dưới hai cực khác tên. Hình 4- 3a, b vẽ bốn phần tử dây quấn xếp hai lớp. Mỗi phần tử chỉ có một vòng các phần tử được nối thành mạch vòng khép kín. Ở đây quấn xếp đơn số nhánh song song bằng số cực từ. Ngoài dây quấn xếp, ở máy điện một chiều còn kiểu dây quấn sống. Hình 4-4 vẽ hai phần tử dây quấn kiểu sóng. Các phần tử được nối thành mạch vòng kín. Ở dây quấn sóng đờn chỉ có hai mạch nhánh song song, thường thấy ở máy có công suất nhỏ. - 55 - 5.2.3. Cổ góp và chổi điện Cổ góp gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gần ở đầu trục rôto. Hình 4-5a vẽ mặt cắt cổ góp để thấy rõ hình dáng của phiến góp. Các đầu dây của phần tử nối với phiến góp. Chổi điện (chổi than) làm bằng than graphit hình 4-5b. Các chổi tỳ cắt lên cổ góp nhờ lò xo và giá chơi điện gắn trên bắp máy. a) b) Hình 5.5. a) Cổ góp b) Chổi điện 5.3. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy điện một chiều. 5.3.1. Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp máy phát điện một chiều. Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cất từ trường của cực từ, cảm ứng các sức điện động. Chiều sđđ xác định theo quy tắc bàn tay phải. Như hình 4.6, từ trường hướng từ cực N đến S (từ trên xuống dưới), chiều quay phần ứng ngược chiều kim đồng hồ, ở thanh dẫn phía trên, sđđ có chiều từ b đến a. Ở thanh dẫn phía dưới, chiều sđđ 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 cố dòng điện chiều 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 dẫn ở cực S, thanh dc ở cực N, sđđ trong thanh dẫn đổi chiều. Nhờ có chổi điện đứng yên, chổi điện - 56 - A vẫn nối với phiến góp phía trên, chổi B nối với phiến góp phía dưới, nên chiều dòng điện ở mạch ngoài không đổi. Ta có máy phát điện một chiều với cực dương ở chổi A, cực âm ở chổi B. Nếu máy chỉ cố một phần tử, điện áp đầu cực như hình 4-7a. Để điện áp lớn và ít đập mạnh (hình 4-7b), dây quấn phải có nhiều phần tử, nhiều phiến đổi chiều. Ở chế độ máy phát, dòng điện phán ứng, Rư cùng chiều với sđđ phần ứng Eư. Phương trình điện áp là: U = Eư - RưIư (4.1) Trong đó: RưIư là điện rơi trong dây quấn phần ứng; Ra là điện trở của đây quấn phần ứng; U là điện áp đầu cực máy phát; Eư là sức điện động phần ứng. 5.3.2.Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp của động cơ điện một chiều Hình 4-8 mô tả nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. Khi cho điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, trong dây quấn phần ứng có dòng điện tư. Các thanh dẫn ab, có có dòng điện nằm trong từ trường, sẽ chịu lực Fđt tác dụng làm cho rôto quay. Chiều lực xác định theo quy tắc bàn tay trái. hình 4-8a. Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab, cd đổi chỗ 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 (hình 4-8b). - 57 - Hình 5.8. Nguyên lí làm việc của động cơ điện một chiều Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sđđ Eư. Chiều sđđ xác định theo qui tắc bàn tay phải. Ở động cơ một chiều sđđ Eư ngược chiều với dòng điện Iư , nên En còn được gọi là sức phản điện. Phương trình điện áp sẽ là: U = Eư - RưIư (4.2) 5.4. Sơ đồ dây quấn máy điện một chiều. Dây quấn phần ứng máy điện một chiều thực chất là dây quấn máy điện xoay chiều kết hợp với vành đổi chiều để chỉnh lưu sức điện động xoay chiều thành một chiều. Trên thực tế dây quấn này hình thành do đấu nối tiếp các bối dây xếp hay sóng theo một thứ tự nhất định và làm thành mạch vòng kín, hai đầu vỉa bối dây nối vào hai phiến đổi chiều. Để giảm bớt số rãnh so với số phần tử, có thể chế tạo bối dây gồm u = 1 , 2 , 3 . . . phần tử. Như vậy khi đặt bối đây vào rãnh để thành dây quấn hai lớp, trong rãnh sẽ có 2u cạnh tác dụng nên 1 rãnh thực có thể chia thành u rãnh nguyên tố (hình 5-14), tổng số rãnh nguyên tố là Znt = u.Z. Giữa số phấn tử S của dây quấn, số rãnh nguyên tố Znt và số phiến góp G cũng có một mối quan hệ nhất định. Vì mỗi phần tử có hai đấu nối với hai phiến góp, đồng thời ở - 58 - mỗi phiến góp lại nối hai đầu của hai phấn tử lại với nhau nên số phần tử S phải bằng số phiến góp G, ta có : S=G. Do mỗi rãnh nguyên tố đặt hai cạnh tác dụng mà mỗi phần tử cũng có hai cạnh tác dụng nên ta có quan hệ: Znt=S=G. Quy luật nối các phần tử để tạo thành dây quấn được xác định bằng bốn loại bước dây quấn sau: * Bước dây thứ nhất y1 : là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của một phấn tử do bằng số rãnh nguyên tố (hình 5-15). Đó cũng là khoảng cách của một bước cực như ở dây quấn máy điện xoay chiều: y1 = Znt 2p ± ε = Số nguyên. Khi ε=o ta có dây quấn bước đủ, khi ε  0, với dấu (-) có dây quấn bước ngắn, dấu (+) có dây quấn bước dài. Hình 5-9. Các bước dây quấn a) dây quấn xếp: b) dây quấn sóng. * Bước dây quấn thứ 2 y2 : là khoảng cách giữa cạnh tác dụng thứ hai của phần tử thứ nhất với cạnh tác dụng thứ nhất của phần tử nối tiếp sau đó tính bàng số rãnh nguyên tố. * Bước dây tổng hợp y: là khoảng cách giữa hai cạnh tương ứng của hai phần tử liên tiếp nhau đo bằng số rãnh nguyên tố. - 59 - * Bước trên tổ góp yG : là khoảng cách giữa hai phiến góp nối với hai cạnh tác dụng của cùng một phần tử đo bằng số phiến góp (hình 5-15). Dây quấn máy điện một chiều thường được phân thành các loại sau: 5.4.1. Dây quấn xếp đơn Khi m = l ta có dây quấn xếp đơn. Khi m = 2 ta có dây quấn xếp phức. Dấu (+) trong biểu thức ứng với cách quấn phải hoặc quấn tiến, dấu (-) ứng với cách quấn trái hoặc lùi (h.5.16). Hình 5-10. a) Dây quấn xếp phức tạp quấn phải b)dây quấn xếp đơn quấn trái. Lấy một ví dụ về dây quấn xếp đơn để minh hoạ. Có dây quấn xếp với Z = Znt = S = G =16, 2p=4, yG= +l Bước đây thứ nhất: yl = Znt 2p  ε = 16 4 = 4 , dây quấn bước đủ. yG = +y2 = +l , dây quấn quấn phải. Trình tự nối các phần tử trong rãnh như sau: - Thứ tự nối dây : - Vẽ sơ đồ trải Lớp trên 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 Lớp dưới - 60 - Hình 5-11a. Giản đồ triển khai dây quấn hai lớp. Ta có dây quấn hai lớp. Giản đồ khai triển của dây quấn như hình 5-17a. Lần lượt đặt 16 phần tử vào 16 rãnh bắt đầu từ đầu cạnh thứ nhất của phấn tử thứ nhất nối với phiến đổi chiều thứ nhất đặt vào rãnh thứ nhất ở lớp trên (nét liền) và cạnh thứ hai của phần tử thứ nhất được đặt ở lớp dưới của rãnh số 5 (đường nét đứt) và nối với phiến đổi chiều thứ hai rồi tiếp tục sang các phần tử tiếp theo, đến phần tử thứ 16 ta trở về phiến đổi chiều số 1 và được một mạch khép kín 16 phần tử với bước cực τ được đặt dưới 4 cực từ Bắc Nam xen kẽ nhau. Với chiều quay của phần ứng như trên hình 5-17a, thì chiều sức diện động của các phần tử 2, 3, 4 và 10, 11, 12 dưới hai cực N ngược chiều với chiều đi vòng còn sức điện động của các phần tử 6, 7, 8 và 14, 15, 16 dưới hai cực S thuận theo chiều đi vòng. Các chổi than phải ngắn mạch các phần tử có sức điện động bằng không là các phần đổi chiều 1, 2; 5, 6; 9, 10;13, 14, nghĩa là đúng dưới các cực từ. Từ ngoài chổi điện nhìn vào có thể biểu thị dây quấn bằng sơ đồ ký hiệu như trên hình 5-17b. Từ sơ đồ ký hiệu ta thấy dây quấn xếp tương đương như 4 mạch điện song song ứng với 4 cực từ. Vì vậy với dây quấn xếp đơn có đôi mạch song song bằng số đôi cực từ: a = p Cùng lập luận như vậy, số đôi mạch nhánh song song của dây quấn xếp phức bằng: a=mp. S N S N 1 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 A1 + A + A2 + B1 - B - B2 - - 61 - Dây quấn xếp phức khác với dây quấn xếp đơn ở bước trên vành góp, yG =m trong đó thường m=2. Hình 5- 11b 5.4.2. Dây quấn xếp phức tạp * Bước dây quấn: Đặc điểm của dây quấn xếp phức tạp là yG = m (m = 2, 3, 4...). Thông thường chỉ dùng m = 2. Trong những máy công suất thật lớn mới dùng m > 2.  Khi m = 2 - Nếu số rãnh nguyên tố và số phần tử là chẵn thì ta được 2 dây quấn xếp đơn độc lập. - Nếu số rãnh nguyên tố và số phần tử lẻ ta được 2 dây quấn xếp đơn nhưng không độc lập mà nối tiếp nhau thành 1 mạch kín. Như vậy có thể coi dây quấn xếp phức tạp gồm m dây quấn xếp đơn làm việc song song nhờ chổi than. Và chổi than phải có bề rộng (m lần phiến góp mới có thể lấy điện ra. * Ví dụ: Vẽ sơ đồ trải dây quấn phần ứng máy điện một chiều quấn xếp phức tạp biết : Znt = G = S = 24 ; 2p = 4 - Tính toán : - 62 - - Các bước dây quấn : y2 = y1 - y = 6 - 2 = 4 yG = y = 2 6 4 24 p2 Zy1  Thứ tự nối các phần tử: Khép kín Khép kín Lớp trên 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Lớp dưới 1 3 5 Lớp trên 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Lớp dưới 2 4 6 Gi¶n ®å khai triÓn d©y quÊn M§MC Dây quấn xếp phức tạp yG = m = 2; 2p = 4; Znt = S = G = 24. N S S N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 n A1 + B1 - A + B - A2 + B2 - 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 . - 63 - 5.4.3. Dây quấn sóng 5.4.3.1. Dây quấn sóng đơn * Đặc điểm - Hai đầu của 2 phần tử nối với hai phiến đổi chiều cách xa nhau 2 bước cực - Hai phần tử nối tiếp cũng cách xa nhau hình thành một dạng gần giống như làn sóng vì vậy nó mang tên là dây quấn sóng * Bước quấn - Bước dây quấn thứ nhất y1 giống như đối với dây quấn xếp đơn - Khi chọn YG trước hết phải yêu cầu sức điện động sinh ra trong hai phần tử nối tiếp nhau cùng chiều nhau, như vậy sức điện động mới có thể cộng số học với nhau được. Muốn vậy hai phần tử đó phải nằm dưới các cực từ cùng cực tính có vị trí tương đối gần giống nhau trong từ trường nghĩa là cách nhau một khoảng hai bước cực. Mặt khác các phần tử nối tiếp nhau sau khi quấn vòng quanh bề mặt phần ứng phải trở về bên cạnh phần tử đầu tiên để lại tiếp tục nối với các phần tử khác quấn vòng thứ hai. Với số đôi cực là p thì muốn cho các phần tử nối tiếp đi một vòng bề mặt phần ứng thì phải có p phần tử - Hai phiến đổi chiều nối với hai đầu của một phần tử cách nhau YG phiến. Do đó muốn sau khi quấn song phần thứ nhất đến cuối của phần tử cuối cùng phải kề với đầu của phần tử đầu tiên thì số phiến đổi chiều mà các phần tử phải vượt qua 1. 1G G Gp Y G Y p      - Nếu lấy dấu (- ) ta có dây quấn trái, dấu (+) ta có dây quấn phải. Thường dùng dây quấn trái cho đỡ tốn dây đồng. - Theo định nghĩa bước dây quấn ta có : y = yG 1G p   1 2 ntZy p   y2 = y – y1 * Vẽ giản đồ khai triển : VD:Vẽ sơ đồ trải dây quấn phần ứng quấn kiểu sóng đơn biết: Znt = S = G = 15 2p = 4 - Tính toán : - 64 - Dây quấn sóng đơn chỉ có 1 đôi mạch nhánh song song: a = 1. Quy luật nối dây của dây quấn sóng đơn là nối tiếp tất cả các phần tử dưới ở các cực có cùng cực tính lại rồi nối với các phần tử ở dới các cực có cực tính khác cho đến hết. 5.4.3.2. Dây quấn sóng phức tạp * Đặc điểm - Trong dây quấn sang nếu các phần tử nối tiếp nhau khi quay một vòng quanh bề mặt phần ứng không trở về vị trí kế phần tử đầu mà cách 2 hoặc m phần tử thì ta được dây quấn sóng phức tạp. Cứ tiếp tục quấn như vậy thì vòng sau cách vòng trứơc 2 hay m phần tử cho đến khi kín mạch - Nếu còn những phần tử còn thừa lại thì chúng lại nối với nhau theo quy luật trên hợp thành 2 hay m mạch kín khác nhau + Bước dây quấn: y1 =   = - = 3 (bước ngắn) . y2 = y - y1 = 7 - 3 = 4. y = yG = = = 7 (dây quấn trái) 4 15 4 3 2 115 p2 Znt p 1G  + thứ tự nối các phần tử: Lớp trên 1 8 15 17 14 6 13 5 12 4 11 3 10 4 11 3 10 2 9 1 8 15 Lớp dưới 7 14 6 2 9 13 5 1 12 S N S N Dây quấn sóng đơn có Znt = S = G = 15; 2p = 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 B2 - A2 + B - B1 - A + A1 + 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 n - 65 - * Bước quấn: - Căn cứ vào cách quấn trên ta có:Ġ - Các bước dây quấn khác giống dây quấn sóng đơn * Vẽ sơ đồ khai triển VD:Vẽ sơ đồ trải dây quấn phần ứng quấn kiểu sóng đơn biết: Znt = S = 18. 2p = 4; m = 2; - Tính toán : + Bước dây quấn 1 18 2 4 2 4 4 ntZy p      18 2 8 2G G my y p       y2 = y – y1 = 8 – 4 = 4 +thứ tự nối các phần tử: Khép kín Khép kín Líp trªn 1 9 17 7 15 5 13 3 11 1 5 13 3 11 1 9 17 7 15 Lớp dưới Lớp trên 2 10 18 8 16 6 14 4 12 2 6 14 4 12 2 10 18 8 16 Lớp dưới Lớp trên Dây quấn sóng phức tạp có: m = 2; 2p = 4; Znt = S = 18 N S S N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 n B2 - A2 + B - B1 - A + A1 + - 66 - Dây quấn sóng phức tạp gồm m dây quấn sóng đơn hợp lại do đó số đôi mạch nhánh song song của dây quấn sóng phức tạp: a = m. Câu hỏi và bài tập : 1. Hãy định nghĩa máy điện một chiều? 2. Trình bày nguyên lý làm việc của máy phát điện và động cơ điện một chiều? 3. Nêu cấu tạo của máy điện một chiều? 4.Vẽ sơ đồ trải dây quấn phần ứng máy điện 1 chiều. - 67 - Tài liệu tham khảo 1.Công nghệ chế tạo Máy điện và Máy biến áp, Nguyễn Đức Sĩ, NXB Giáo dục, Hà Nội 1995. 2.Máy điện 1, Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ - Nguyễn Văn Sáu, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2001. 3.Máy điện 2, Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ - Nguyễn Văn Sáu, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 2001. 4.Hướng dẫn sử dụng và sửa chữa Máy biến áp, Động cơ điện, Máy phát điện công suất nhỏ, Châu Ngọc Thạch, NXB Giáo dục, Hà Nội 1994. 5.Tính toán cung cấp và lựa chọn thiết bị, khí cụ điện, Nguyễn Xuân Phú - Nguyễn Công Hiền, NXB Giáo dục, Hà Nội 1998. 6.Kỹ thuật điện, Đặng Văn Đào - Lê Văn Doanh, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 1999. 7. Các sách báo và tạp chí về điện.