CHƯƠNG 1

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN

1. Định nghĩa và phân loại:

1.1. Định nghĩa:

Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý hoạt động dựa

vào hiện tượng cảm ứng điện từ.

Về cấu tạo gồm mạch từ (lỏi thép) và mạch điện (cuộn

dây), dùng để biến đổi dạng năng lượng như cơ năng thành điện

năng ( máy phát điện ) hoặc ngược lại biến đổi điện năng thành

cơ năng (động cơ điện ), hoặc dùng biến đổi các thông số của

mạch điện như biến đổi điện áp, dòng điện , tần số, số pha….

Máy điện là loại máy phổ biến trong công nghiệp và trong

đời sống .

1.2. Phân loại:

Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại ví dụ

như phân loại theo công xuất, theo cấu tạo, theo chức năng

dòng điện ( xoay chiều, một chiều ), theo nguyên lý làm việc

và phân loại theo nguyên lý biến đổi điện năng.

a. Máy điện tĩnh:

Máy điện tĩnh làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ

do sự biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển

động tương đối với nhau.

1

b. Máy điện quay:

Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực

điện từ, do từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển

động tương đối với nhau gây ra.

Loại máy điện này dùng để biến đổi năng lượng, ví dụ biến

đổi điện năng sang cơ năng ( động cơ điện ) hoặc biến đổi cơ

năng sang điện năng ( máy phát điện ) quá trình biến đổi có

tính thuận nghịch, nghĩa là máy điện có thể làm việc ở chế độ

máy phát điện hoặc động cơ điện.

2

Hình 1-2

U1,f

ωT

Hình 1-3. Sơ đồ phân loại máy điện

MAY ĐIÊN

Máy điện tĩnh

Máy biến áp

Máy điện quay

Máy điện xoay chiều

Máy một chiều

Máy phát 1

chiều

Động cơ một

chiều

Máy điện đồng bộ

Máy điện không đồng bộ

Động cơ

không

đồng bộ

Máy phátkhông

đồng bộ

Động cơ điện đồng bộ

Máy phát điện đồng bộ

U2,f

BAU1,fT T

Hình 1-1

2. Các định luật cơ bản trong máy điện.

Nguyên lý làm việc của tất cả các loại máy điện dựa vào

cơ sở hai định luật cảm ứng điện từ và luật điện từ.

2.1. Định luật cảm ứng điện từ.

a. Trường hợp từ thông Φ biến thiên xuyên qua vòng dây:

Khi từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây dẫn. Trong

vòng dây sẽ cảm ứng một sức điện động. Nếu chọn chiều sức điện

động cảm ứng phù hợp với chiều của từ thông theo quy tắc vặn

nút chai, thì sức điện động cảm ứng:

e =

Dấu (+): chỉ chiều Φ đi từ người đọc vào trang giấy .

- Nếu cuộn dây có W vòng :

e=-w.

Trong đó: Ψ = WΦ gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây.

b. Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường.

3

eФ

Hình 1-4

Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ

trường, thanh dẫn sẽ cảm ứng sức điện động có trị số là:

e=BlV.

B cường độ từ cảm đo bằng Tesla (T)

L chiều dài hiệu dụng của thanh dẫn (m)

V vận tốc thanh dẫn đo bằng m/s

Chiều sức điện động cảm ứng xác định

bằng quy tắc bàn tay phải.

2. Định luật lực điện từ:

Khi thanh dẫn chuyển động mang dòng điện đặt thẳng góc với

đường sức của từ trường ( trường hợp động cơ điện ).

Thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:

F = B.l.I (N) .

B cường độ từ cảm đo bằng Tesla(T)

I cường độ dòng điện (A)

L chiều dài tác dụng thanh dẫn đo bằng m

- Chiều lực từ xác định bằng quy tắc bàn tay trái.

3. Định luật mạch từ tính toán mạch từ.

a. Định luật mạch từ:

Lỏi thép máy điện là mạch từ. Mạch từ là mạch khép kín dùng

để dẫn từ thông. Định luật dòng điện toàn phần →

H.l = w.i

H: cường độ từ trường trong mạch từ đo bằng A/m

L: chiều dài trung bình của mạch từ (m

W: số vòng dây của cuộn dây

4

Hình 1-5

Hình 1-6

Hình 1-7

l\li

w

I: tạo ra từ thông trong mạch từ gọi là dòng điện từ hóa.

w.i: gọi là sức từ động.

H.l: gọi là từ áp rơi.

- Đối với mạch từ gồm nhiều cuộn dây và nhiều đoạn khác

nhau

H1.l1+H2.l2 = W1i1-W2I2

H1,H2: tương ứng là cường độ từ trường trong đoạn 1,2

L1, L2: chiều dài trung bình đoạn 1,2

W1.i1, W2.i2: sức từ động dây quấn 1,2

Dấu – trước w2.i2 vì chiều i2 không phù hợp

với chiều từ thông đã chọn theo quy tắc vặn nút chai

.

Trong đó dòng điện il có chiều phù hợp với chiều Φ đã chọn

theo quy tắc vặn nút chai sẽ mang dấu dương, không phù hợp

mang dấu âm.

3. Vật liệu chế tạo máy điện:

Vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn từ, vật liệu cách điện và

vật liệu kết cấu.

3.1. Vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo bộ phận dẫn điện. Vật

liệu dẫn điện dùng trong máy điện là đồng và nhôm. Dây đồng và

dây nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn hoặc chữ nhật, có

bọc cách điện khác nhau như sợi vải, sợi thuỷ tinh, giấy, nhựa

hoá học, sợi emay.

5

Hình 1-8

l2, S2

i2W2

l1, S1

iW1

3.2. Vật liệu dẫn từ

Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ

dùng các vật liệu sắt từ để làm mạch từ: Thép lá kỹ thuật

điện, thép lá thường, thép đúc, thép rèn.

Thép lá kỹ thuật điện dày 0,35- 0,5mm, trong thành phần

thép có 2-5% si( để tăng điện trở của thép, giảm dòng điện

xoáy )

Thép kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương pháp cán nóng

và cán nguội. Thép cán nguội có độ từ thẩm cao hơn thép cán

nóng, dẫn từ tốt hơn.

3.3. Vật liệu cách điện

Làm nhiệm vụ cách ly bộ phận dẫn điện và bộ phận không

dẫn điện hoặc cách ly các bộ phận dẫn điện với nhau.

Trong máy điện, vật liệu cách điện phải có cường độ cách

điện cao, chịu nhiệt tốt tản nhiệt tốt. Chống ẩm và bền về cơ

học.

Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn gồm 4 nhóm:

Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, vải lụa.

Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thuỷ tinh.

Các chất tổng hợp như PVC, PE.

Các loại men sơn cách điện

Cấp cách điện Y A E B F H CNhiệt độ làm

việc

900 C 1050

C

1200

C

1300

C

1550

C

1800

C

>1800

C3.4.Vật liệu kết cấu

6

Vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu

các tác động cơ học như trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy. Vật

liệu kết cấu thường là gan, thép lá, thép rèn, kim loại màu và

hợp kim của chúng.

4.Nguyên lý máy phát điện và động cơ điện – tính thuận nghịch

của máy điện

4.1.Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều

Máy điện gồm khung dây abcd đầu nối với 2 phiến góp.

Khung dây và phiến góp quay quanh trục với tốc độ không đổi

trong từ trường của nam châm N – S. Các chổi than A và B đặt

cố định và tuỳ sát vào phiến góp

Khi khung dây quay, theo định luật cảm ứng điện từ

trong khung dây xuất hiện sức điện động cảm ứng e = B.l.v (v)

Trong đó:

B: từ cảm nơi dây quấn quét qua (T)

l: chiều dài thanh dẫn nằm trong từ trường

(m)

v: vận tốc quét của thanh dẫn (m/s)

7

Hình 1-

Chiều của sức điện động xác định bằng quy tắc bàn tay

phải. Sức điện động của thanh dẫn ab nằm dưới cực từ N có

chiều đi từ b đến a, còn của thanh dẫn cd nằm dưới cực từ nam

(S) có chiều đi từ d→c. Nếu mạch ngoài khép kín sđđ trong

khung có chiều đi từ chổi than A đến chổi than B.

Khi khung dây quay, nếu từ cảm thẳng góc với hướng quay

của thanh dẫn phân bố hình sin→sđđ cũng có dạng xoay chiều

hình sin do chổi than A luôn tiếp xúc với thanh dẫn nằm dưới

cực (N), chổi than B tiếp xúc thanh dẫn nằm dưới cực (S)→dòng

điện mạch ngoài chạy từ A→B.

Nói cách khác sđđ và dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu

thành dòng điện sức điện động 1 chiều, nhờ hệ thống vành góp

và chổi than.

Để có sức điện động lớn → ghép nhiều khung dây đặt lệch

nhau một góc trong không gian→gọi là dây quấn phần ứng, vì thế

có nhiều phiến đổi chiều ghép cách điện với nhau→ cổ góp điện

( còn gọi là vành góp ).

Ngược lại khi đưa dòng điện một chiều vào chổi than Avà

ra ở chổi than B→ dưới tác dụng của từ trường lên thanh dẫn

tạo ra momen quay có chiều không đổi→đó là nguyên lý làm việc

của động cơ điện một chiều.

4.2. Nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ

Trong hình vẽ trên nếu thay hai vành đổi chiều thành hai

vành trượt. Hai chổi than A và B luôn tì sát, khi khung dây

abcd quay với tốc độ n, trên hai vành trượt và mạch ngoài khép

8

kín → sức điện động và dòng điện xoay chiều có tần số f =

p.n/60.

Trong đó: n tốc độ quay vòng/ phút

P số đôi cực của máy

→đó là nguyên lý llàm việc của máy điện đồng bộ 1 pha.

Thường trong máy điện đồng bộ, cực từ đặt trong roto còn

dây quấn phần ứng (khung dây)→đặt trong phần tĩnh (stato) gồm

3 cuộn dây đặt lệch nhau trong không gian 1200đấu hình sao(Υ)

hoặc hình tam giác(Δ).

Quay với tốc độ n, dây quấn phần ứng nối với một tải

ngoài ba pha đối xứng thì trong dây quấn phần ứng sẽ cảm ứng

nên một sức điện động và dòng điện 3 pha lệch nhau một góc

1200về thời gian và do đó sẽ tạo ra một từ trường quay với tốc

độ n1= , nghĩa là tốc độ quay của roto chính vì vậy mà ta

gọi là máy điện đồng bộ ba pha.

5. Nguyên lý phát nóng và làm mát máy điện .

9

Hình 1-

Hình a. Đấu hình sao

Hình b. Đấu hình tam giác

Trong quá trình làm việc có tổn hao công xuất. Tổn hao

trong máy điện gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và

dòng điện xoáy) trong thép, tổn hao đồng trong điện trở dây

quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay). Tất cả tổn hao

năng lượng đều biến thành nhiệt năng làm nóng máy điện.

Để làm mát máy điện, phải có biện pháp tản nhiệt ra môi

trường xung quanh. Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề

mặt làm mát của máy điện mà còn phụ thuộc vào sự đối lưu của

không khí xung quanh hoặc của môi làm mát như dầu máy biến áp

v..v Thường vỏ máy điện được chế tạo co rãnh tản nhiệt và máy

điện có hệ thống quạt gió làm mát.

Kích thước của máy, phương pháp làm mát, phải được tính

toán và lựa chọn để cho độ tăng nhiệt của vật liệu cách điện

trong máy, không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, đảm bảo cho

vật liệu cách điện làm việc lâu dài khoảng 20 năm.

Khi máy điện làm việc ở chế độ định mức, độ tăng nhiệt

của các phần tử không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép. Khi máy

quá tải, độ tăng nhiệt sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép, vì thế

không cho phép quá tải lâu dài.

Câu hỏi:

1. Định nghĩa máy điện. Công dụng của máy điện.

2. Tính thuận nghịch của máy điện là gì.

3. Trình bày các định luật dùng trong máy điện. Công dụng của

từng định luật vào từng loại máy điện.

10

4. Nêu các loại vật liệu dùng trong máy điện, đặc điểm từng

loại.

5. Tại sao phải làm mát động cơ điện.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

- Giáo Trình Máy Điện Tác giả Vũ Gia Hanh (NXB-KHOA HỌC KỸTHUẬT)

- Giáo Trình Kỹ Thuật Điện Tác giả Lê Văn Đào (NXB-KHOA HỌC KỸTHUẬT)

- Giáo Trình Máy Điện Tác giả Nguyễn Hồng Thanh (NXB-GIAO DỤC)

11

CHƯƠNG 2 MÁYBIẾN ÁP

1. Khái niệm chung

1.1. Định nghĩa

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc trên

nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện

xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay

chiều ở điện áp khác, với tần số không đổi.

Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp có hai dây

quấn. Dây quấn nối với nguồn điện để thu năng lượng gọi là dây

quấn sơ cấp. Dây quấn nối với tải để đưa năng lượng gọi là dây

quấn thứ cấp.

Các thông số của dây quấn sơ cấp được ký hiệu bằng chữ in

hoa và có thêm chỉ số 1, tương tự dây quấn thứ cấp ký hiệu và

12

có thêm chỉ số 2 ( ví dụ dòng điện sơ cấp I1, điện áp thứ cấp

U2).

1.2. Các đại lượng định mức

Các đai lượng định mức do nhà chế tạo quy định và thường

ghi trên máy.

Dung lượng hay công suất định mức Sđm là công suất toàn

phần (hay công suất biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp

của mba [KVA], [VA].

Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm là điện áp của dây quấn sơ

cấp tính bằng [KV] hay [V].

Dòng điện dây định mức sơ cấp I1đm ứng với công suất định

mức [A, KA].

Số vòng dây sơ cấp định mức W1.

Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm là điện áp dây của dây

quấn thứ cấp khi mba không tải và điện áp đặt vào dây

quấn sơ cấp là định mức, đơn vị là KV hoặc V.

Dòng điện dây định mức thứ cấp I2đm ứng với công suất định

mức, đơn vị là A, KA.

Đối với mba 1 pha:

I1đm = , I2đm = ,

Đối với mba 3 pha:

13

I1đm = , I2đm

=

Tần số định mức fđm tính bằng Hz (f = 50 Hz).

Ngoài ra trên nhãn máy của mba còn ghi các số liệu như:

số pha m, sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch Un

%, chế độ làm việc và phương pháp làm lạnh.

1.3.Các loại mba chính

Theo công dụng mba gồm những loại chính sau đây:

M.b.a điện lực dùng để truyền tải và phân phối công suất

trong hệ thống điện lực.

Mba chuyên dùng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị

cỉnh lưu mba hàn điện.

Mba tự ngẫu biến đổi điện áp trong phạm vi không lớn

lắmdùng để mở máy các động cơ điện xoay chiểu.

Mba đo lường dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn để

đưa vào các đồng hồ đo.

Mba thí nghiệm dùng để thí nghiệm các điện áp cao.

2.Cấu tạo

14

Sứ cao áp

Sứ hạ áp

Cánh tản

nhiệt

Nắp thùng

Thùng

Bình giản dầu

Ông an toàn

Đế Hình 2-1. Hình dạng chung của máy biến áp

2.1.Lõi thép:

Lõi thép dùng để làm mạch từ, đồng thời làm khung để quấn

dây quấn.

Mba kiểu lõi hay kiểu trụ: dây quấn bao quanh trụ thép,

loại này rất thông dụng cho các mba 1 pha và 3 pha, dung

lượng nhỏ và trung bình.

Mba kiểu bọc: mạch từ được phân nhánh ra 2 bên và bọc lấy

một phần dây quấn, loại này dùng cho mba có công suất

nhỏ. Các mba hiện đại dung lượng lớn và cực lớn (từ 80

đến 100 MVA cho 1 pha) để giảm chiều cao của trụ thép, dễ

dàng cho việc vận chuyển, mạch từ được phân nhánh sang 2

bên, nên vừa có kiểu bọc, vừa có kiểu trụ.

15

1 2

T

G

Ф

1 2

T

G

TT

G

Ф

Hình 2-2.Lỏi thép kiểu trụ: 1 pha và 3 pha

Mba có lõi hình xuyến: sử dụng trong máy biến áp đo

lường, máy biến áp điêu chỉnh vô cấp.

Lõi thép mba gồm 2 phần: phần trụ ký hiệu chữ T và phần

gông ký hiệu chữ G. Trụ là phần lõi thép có quấn dây

quấn, gông là phần lõi thép nối các trụ với nhau thành

mạch kín và không có dây quấn.

Lõi thép được ghép bới các lá thép kỹ thuật điện dày từ

0,35 – 0,5mm, có phủ sơn cách điện trên bề mặt (giảm dòng điện

xoáy). Trụ và gông có thể ghép nối hoặc ghép xen kẽ, ghép nối

thì trụ và gông ghép riêng, sau đó dùng sà ép và bu lông vít

siết chặt lại. Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép phải ghép đồng

thời và các lá thép được ghép xen kẽ với nhau. Phương pháp này

tuy phức tạp nhưng giản được dòng điện xoáy và bền về phương

diện cơ học, do vậy hầu hết các máy biến hiện nay đều dùng

kiểu ghép này.

16

TT TT

G

TT

G

Ф

T

G

Hình 2-3. Lỏi thép kiểu bọc, 1 pha, 3 pha

2.2. Dây quấn

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của mba làm nhiệm vụ thu

năng lượng và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn

thường là đồng, cũng có thể bằng nhôm nhưng không phổ biến.

Dây quấn hạ áp thường quấn phía trong gần trụ thép, còn

dây quấn cao áp quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn hạ áp.

Với cách quấn dây này có thể giảm bớt được điều kiện cách điện

dây quấn cáo áp (kích thước rãnh dầu cách điện, vật liệu cách

điện dây quấn cao áp) bởi vì dây quấn cao áp và trụ đã có cách

điện của dây quấn hạ áp.

Đôi khi người ta thực hiện quấn xen kẽ giữa dây quấn hạ

áp và cao áp.

2.3. Vỏ máy

Vỏ máy gồm 2 phần: thùng và nắp thùng.

a.Thùng mba:

Thùng làm bằng thép, thường là hình bầu dục, lúc mba làm

việc một phần năng lượng bị tiêu hao, thoát ra dưới dạng nhiệt

17

Hình 2-4. ghép rời lỏi thép

Hình 2-5. ghép xen ke lỏi thép

đốt nóng lõi thép, dây quấn và các bộ phận khác làm cho nhiệt

độ tăng lên. Do đó, giữa mba và môi trường xung quanh có một

hiệu số nhiệt độ gọi là độ chênh nhiệt. Nếu độ chênh nhiệt đó

vượt quá mức quy định sẽ làm giảm tuổi thọ cách điện và có thể

gây sự cố đối với mba, để đảm bảo vận hành với tải liên tục

trong thời gian quy định (từ 15 – 20 năm) và không bị sự cố

tăng cường làm lạnh bằng cách ngâm mba trong thùng dầu.

18

Hình 2-6

b. Nắp thùng:

Dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết quan trọng

của máy như sứ CA và HA: làm nhiệm vụ cách điện giữa dây dẫn

ra với vỏ máy.

Bình giãn dầu: là một thùng hình trụ bằng thép đặt trên

nắp và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu.

Ông bảo hiểm: làm bằng thép, thường là hình trụ nghiêng,

một đầu nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thuỷ

tinh.

3. Nguyên lý hoạt động của mba

Khảo sát nguyên lý hoạt động của mba 1 pha có 2 dây quấn

W1 , W2 . Khi nối dây quấn W1 vào nguồn điện xoay chiều có điện

áp U1 sẽ có dòng điện sơ cấp i1 chạy trong dây quấn sơ cấp W1.

Dòng điện i1 sinh ra từ thông phi

biến thiên chạy trong lõi thép, từ thông này móc vòng (xuyên

qua), đồng thời với cả 2 dây quấn W1 và thứ cấp W2, được gọi là

từ thông chính. 19

Hình 2-7

Theo định luật cảm ứng điện từ, sự biến thiên của từ

thông làm cảm ứng vào dây quấn sơ cấp một suất điện động:

e1 = -W1 (1), và dây quấn thứ cấp e2 = -W2 (2)

Trong đó W1 và W2 là số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Khi

mba không tải, dây quấn thứ cấp hở mạch (i2 = 0) từ thông

chính trong lõi thép chỉ do dòng điện sơ cấp i0 tạo ra (i0 gọi

là dòng điện không tải.

Khi mba có tải, dây quấn thứ cấp nối với tải có tổng trở

Zt dưới tác dụng của dòng e2, có dòng điện thứ cấp i2 cung cấp

điện cho tải. Khi ấy từ thông chính do đồng thời cả 2 dòng

điện sơ cấp i1 và thứ cấp i2 sinh ra.

Vì điện áp U1 hình sin nên từ thông cũng biến thiên hình

sin =

Ta có: e1 = -W1 (3)

=E 1.

e2 =W2.

= E2.

Trong đó: E1=4,44..f.Φmax.W1

E2=4,44..f.Φmax.W2

20

E1, E2: Trị số hiệu dụng sức điện động sơ cấp, thứ cấp. Sức điện

động sơ cấp và thứ cấp cùng tầng số nhưng trị hiệu dụng khác

nhau.

Nếu chia E1 cho E2:

K= K: gọi là hệ số biến

áp

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra ngoài

không khí, có thể coi gần đúng U1 E1, U2 E2, ta có:

*Đối với máy tăng áp có: U2 > U1, W2 > W1

*Đối với máy giảm áp có: U2 < U1, W2 < W1

Như vậy dây quấn sơ cấp và thứ cấp không trực tiếp liên

hệ với nhau về điện nhưng nhờ có từ thông chính, năng lượng đã

được truyền từ dây quấn sơ cấp sang thứ cấp.

Nếu bỏ qua tổn hao trong máy, có thể coi gần đúng quan hệ

giữa các đại lượng sơ cấp và thứ cấp như sau:

U1.I1 U2.I2

4. Các phương trình cân bằng điện và từ của mba

Khi viết hệ phương trình, trước hết ta chọn chiều i1 như

hình vẽ. Theo quy tắc vặn nút chai, chiều phù hợp với chiều

i1, chiều e1, e2 phù hợp với chiều nghĩa là e1, i1 trùng

21

chiều. Chiều i2 được chọn ngược chiều với e2 nghĩa là chiều i2

không phù hợp với chiều theo quy tắc trên.

Ngoài từ thông chính còn có từ thông tản, từ thông tản

không chạy trong lõi thép mà chạy tản ra trong không khí, các

vật liệu cách điện.

Từ thông chỉ móc vòng riêng rẽ ở mỗi dây quấn. Từ thông

tản móc vòng sơ cấp, ký hiệu do dòng điện sơ cấp i1 gây ra,

do dòng điện thứ cấp i2 gây ra. Từ thông tản đặc trưng

bằng điện cảm tản.

Điện cảm tản dây quấn sơ cấp L1 =

Điện cảm tản dây quấn thứ cấp L2 =

4.1. Phương trình cân bằng điện sơ cấp

Xét mạch điện sơ cấp gồm điện áp U1, sức điện động e1,

điện trở dây quấn R1, điện cảm tản L1. Ap dụng định luật K2 ta

có phưong trình cân bằng điện sơ cấp dưới dạng trị số tức thời

là:

R1.i1 + L1

Nếu viết dưới dạng phức:

*Tổng trở phức dây quấn sơ cấp:

*Phương trình cân bằng điện sơ cấp:

22

4.2. Phương trình cân bằng điện thứ cấp

Mạch thứ cấp gồm e2, điện trở dây quấn thứ cấp R2, điện

cảm tản L2, tổng trở

R2.i2+L2.

Nếu viết dưới dạng phức:

*Tổng trở phức dây quấn thứ cấp:

*Phương trình cân bằng điện thứ cấp

*Điện áp thứ cấp u2 chính là điện áp đặt lên tải do đó:

4.3. Phương trình cân bằng sức từ động

Trong phương trình cân bằng điện sơ cấp; ,

điện áp rơi thường rất nhỏ vì thế có thể lấy gần đúng U1

.

Vì điện áp lưới đặt vào máy biến áp U1 không đổi→E1không

đổi→từ thông chính Φmaxsẽ không đổi ở chế độ không tải, từ

thông chính do sức từ động của dây quấn sơ cấp i0.W1 sinh ra,

còn ở chế độ có tải thông chính do sức từ động cả hai dây quấn

sơ cấp và thứ cấp sinh ra. Sức từ động lúc có tải là i1.w1-

i2.w2( dấu - trước i2vì chiều i2 ngược chiều Φ )- Vì Φmax không

đổi, cho nên sức từ động không tải bằng sức từ động lúc có tải

do đó phương trình cân bằng từ viết dưới dạng tức thời: 23

i0.w1=i1.w1+i2.w2, chia cả hai vế cho w1→i0=i1+i2.

hoặc i1=i0+(- , : dòng điện thứ cấp quy đổi về sơ

cấp.

Phương trình cân bằng từ viết dưới dạng phức:

* Phương trình cân bằng từ cho ta thấy quan hệ giữa mạch điện

sơ cấp và thứ cấp.

Lúc mba có tải, dòng điện trong dây quấn sơ cấp gồm 2

thành phần: một thành phần là dùng để tạo ra từ thông

chính trong lõi thép và một phần là (- ) dùng để bù lại tác

dụng của dòng điện thứ cấp. Do đó khi tải tăng lên, nghĩa là

dòng điện sơ cấp cũng tăng lên để giữ sao cho dòng điện

đảm sinh ra từ thông trong máy hầu như không đổi. Chính vì thế

dây quấn sơ cấp nhận thêm năng lượng từ lưới để truyền sang

dây quấn thứ cấp, cung cấp cho tải.

5. Mạch điện thay thế của mba

Khi nghiên cứu chế độ làm việc của mba dựa vào sự tính

toán phối hợp của mạch điện và mạch từ ứng với chế độ bảo hoà

khác nhau của lõi thép gặp nhiều khó khăn. Để đơn giản trong

24

tính toán, người ta thay mạch điện và mạch từ của mba bằng một

mạch điện tương đương gồm điện trở, điện kháng đặc trưng cho

mba gọi là mạch điện thay thế của mba.

Để có thể nối trực tiếp mạch sơ cấp và thứ cấp với nhau

thành một mạch điện, các dây quấn sơ cấp và thứ cấp phải có

cùng điện áp. Thực tế, (U1 U2) vì vậy phải quy đổi một trong

hai dây quấn về dây quấn kia, thông thường là quy đổi dây quấn

thứ cấp về sơ cấp. Việc quy đổi sao cho không làm thay đổi các

quá trình vật lý và năng lượng xảy ra trong mba.

Tất cả các lượng đã quy đổi từ thứ cấp về sơ cấp gọi là

những lượng quy đổi và thêm dấu phẩy (‘) trên đầu (vd: sđđ quy

đổi , dòng điện I ).

5.1. Số đ.đ và điện áp thứ cấp quy đổi và U

Ta có:

Mặc khác khi thay đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp

W2 = W1 nên sđđ thứ cấp quy đổi lúc này bằng sđđ sơ cấp:

, (K= gọi là hệ số quy đổi thứ cấp về sơ

cấp.

Tương tự ta có: U =K.U2

5.2.Dòng điện thứ cấp quy đổi I

25

Việc quy đổi phải đảm bảo sao cho công suất thứ cấp của

mba trước và sau khi quy đổi không thay đổi, nghĩa là: E2.I2 =

Do đó dòng điện thứ cấp quy đổi: I

Điều này có nghĩa là để đảm bảo cho công suất trong mạch thứ

cấp không đổi, thì nếu E2 tăng lên K lần, I2 giảm xuống K lần

và ngược lại.

5.3. Điện trở, điện kháng và tổng trở thứ cấp quy đổi

Khi quy đổi, vì công suất không thay đổi nên tổn hao đồng

ở dây quấn thứ cấp trước và sau khi quy đổi phải bằng nhau: I

Do đó, điện trở thứ cấp quy đổi: r

Về mặt vật lý, điều này có nghĩa là khi quy đổi nếu dòng

điện I2 giảm K lần để giữ cho tổng hao trong dây quấn không

đổi, vì tổn hao đồng tỷ lệ với bình phương dòng điện thì điện

trở tăng lên K2 lần.

Tương tự điện kháng thứ cấp quy đổi: X

Tổng trở thứ cấp quy đổi: Z

Đối với tải ở mạch thứ cấp ta cũng có: Z (Zt = rt +

jXt tổng trở tải lúc chưa quy đổi).

5.4.Các phương trình quy đổi

26

Thay các đại lượng quy đổi vào các phương trinh cân bằng

sức điện động và sức từ động ở trên ta được hệ thống các

phương trình đó viết dưới dạng quy đổi như sau:

Sau này việc nghiên cứu mba chủ yếu dựa vào các phương trình

quy đổi

5.5.Mạch điện thay thế của mba

Dựa vào các phương trình s.t.d dưới dạng quy đổi, ta có

thể suy ra một mạch điện tương đương gọi là mạch điện thay thế

của mba.

Như vậy, ta đã thay thế mba thực gồm các mạch điện sơ cấp,

thứ cấp riêng biệt và mạch từ của nó bằng một mạch điện thống

nhất gồm nhánh hai nhánh sơ cấp và thứ cấp có tổng trở:

và và nhanh thứ ba còn lại là nhánh từ hoá

có tổng trở Zm=rm+jXm.

27

,tZ

,2X,2RR1 X1

1U~

,tZ

,2

U~1

I 0

IRth

Xth

,2I

,2R ,

2XX1R1

1U

Hình 2-8

5.6.Mạch điện thay thế đơn giản

Trên thực tế Zm >> Z1 và (nếu biểu thị theo đơn vị

tương đối thường = 10 – 50, còn nên trong

nhiêu trường hợp có thể xem Zm= nghĩa là coi , do đó

Như vậy, mba có thể thay bằng mạch điện đơn giản

rn=r1+

Xn=X1+X

6. Đồ thị vectơ của mba

Đồ thị được vẽ dựa vào sức điện động và sức từ động. Đặt

theo chiều dương trục hoành, dòng điện sinh ra vượt

trước một góc . Các sức điện động E và do sinh ra

chậm sau nó một góc 900, vì tải có tính chất điện cảm nên dòng

điện chậm sau sức điện động góc .

28

Hình 2-9

Z1

,2U

,21

II ,tZ

Rn Xn

1U~

Hình 2-10. Đồ thị vectơ Tải mang tính chất điện cảm

22

1

α

,2

,2 zI

,22 rI

-j

,2U

,

21 EE

j

11 zI

1U

11rI

,1E

,2I

,2I

1I

I0

Фm

j

nrI 1

nzI 1

1

U

,2

U

,21

II

2

Hình 2-11. Đồ thị vectơ ứng với sơ đồ thay thế đơn giản, lúc tải điện cảm

Ta có:

là tổng hình học của các vectơ với sức điện động tản

và điện áp rơi

- chậm sau góc và .

7. Các tham số của máy biến áp

Để xác định các tham số của máy biến áp ta dùng hai thí

nghiệm không tải và thí nghệm ngắn mạch.

7.1. Thí nghiệm không tải

Đặt điện áp hình sin vào cuộn sơ cấp U=U1đm, hở mạch thứ

cấp nhờ Vônmet, Ampemet và oatmet đo điện áp U1, U20, I0và P0.

Từ các tham số thí nghiệm ta xác định đươc tổng trở, điện

trở và điện kháng mba lúc không tải.

Z0= . Thường

29

Hình 2-11. Đồ thị vectơ ứng với sơ đồ thay thế đơn giản, lúc tải điện cảm

Ngoài ra ta xác định được tỉ số biến đổi của mba: K

Và hệ số công xuất lúc không tải: cos

Lúc máy biến áp có tải ( , mạch điện thay thế như

hình vẽ, như vậy các thông số không tải Z0, r0, X0 chính là:

Z0= , r0=r1+rm, X0=X1+Xm ( r1, x1 rất nhỏ ). Z0

Vì công xuất P0 thực tế có thể xem là tổn hao sắt PFe do từ

trễ và dòng điện xoáy tạo nên: P0=PFe

Khi không tải ta có hệ phương trình:

Từ đồ thị vectơ góc lệch giữa u1và I0 là nghĩa là hệ

số công xuất lúc không tải rất thấp. Thường cos không

nên để mba làm việc không tải hoặc non tải sẽ làm xấu hệ số

cos của lưới điện.

30

I0 P0

U20

V V

WAU1

0

I1

Exm

rm

R1 X1

1U~

Hình 2-12. Sơ đồ thí nghiệm không tải của m.b.a

Hình 2-13. Mạch điện thay thế m.b.a lúc không tải

7.2. Thí nghiệm ngắn mạch

Dây quấn thứ cấp bị nối ngắn mạch, điện áp đặt vào dây

quấn sơ cấp phải hạ thấp sao cho dòng điện trong đó bằng dòng

điện định mức, cũng như thí nghiệm không tải các số liệu ngắn

mạch Un, In và Pn đo được, ta xác định các tham số ngắn mạch

của mba:

Lúc ngắn mạch, điện áp đặt vào rất bé,

nên từ thông chính rất bé. Do đó mạch

điện thay thế của mba có thể xem như

hở mạch từ hoá và còn lại mạch nối tiếp

31

In Pn

V

WAUn

,2x,

2rr1 x1

1U~

Hình 2-14. Sơ đồ thí nghiệm ngắn mạch m.b.a

Hình 2-15. Mạch điện thay thế của m.b.a lúc ngắn mạch

nI zn

rn xn

nU~

Hình 2-16. Mạch điện thay thế đơn giản

của hai tổng trở sơ cấp và thứ cấp, có thể thay thế bằng tổng

trở đẳng trị gọi là tổng trở ngắn mạch của mba.

(

Vì i0 rất nhỏ → công xuất lúc ngắn mạch là công xuất dùng

để bù vào tổn hao đồng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp của

mba.

Pn=Pcu1 + Pcu2 =

Điện áp ngắn mạch cân bằng điện áp rơi trong máy biến áp,

gồm hai thành phần:

Thành phần tác dụng: Unr=In.rn

Thành phần phản kháng: UnX=I1.Xn

Tam giá OAB gọi tam giác điện áp ngắn mạch:

Unr=Un.cos =Un.sin , là góc giữa Un và In.

Trong các mba điện lực điện áp ngắn mạch được ghi trên

nhãn của máy và thường được biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm.

32

Unx

φn

UnR

Un

φn

Rn

xnzn

Hình 2-17. Tam giác điện áp ngắn mạch

Hình 2-18. Tam giác tổng trở ngắn mạch

Un%=5,5-15 số đầu Uđm

số sau Uđm = 500KV

Chú ý: Ngắn mạch trên gọi là ngắn mạch thí nghiệm với điện áp

đặt vào rất nhỏ để In=Iđm.

Khi mba đang làm việc với điện áp sơ cấp định mức nếu xảy

ra ngắn mạch gọi là ngắn mạch vận hành.

Ví dụ:

Một máy biến áp có Un%=10 thì dòng ngắn mạch sự cố In=

Vd: cho một máy biến áp ba pha có các số liệu sau đây:

Sđm=5600KVA; U1/U2=35000/66000V; I1/I2=92,5/420A; P0=18,5KW;

I0=4,5%; Un=7,5%; Pn=57KW; f=50Hz; Y/Δ-11.

a. xác định các tham số lúc không tải Z0, r0, X0.

b. Xác định các tham số Zn, rn, Xn và các thành phần điện áp ngắn

mạch.

Giải

a. Điện áp pha sơ cấp:

U1f= (v)

33

Dòng điện pha không tải:

I 0t=0,045I=0,045.92,5=4,

16(A)

Các tham số không tải:

Z0=

b. Điện áp ngắn mạch tính từ phía sơ cấp:

U1n=U1f.Un=20200.0,075=1520(v)

Các tham số ngắn mạch:

Các thành phần của điện áp ngắn mạch:

Unr%=

U nX%=

8. Chế độ có tải của mba:

34

Chế độ có tải là chế độ trong đó dây quấn sơ cấp nối vào

nguồn điện áp định mức, dây quấn thứ cấp nối với tải. Để đánh

giá mức độ của tải, người ta dùng hệ số tải kt.

kt= kt=1 tải

định mức. kt<1 non tải

kt>1 quá tải

8.1. Độ thay đổi điện áp:

Khi mba làm việc điện áp đầu ra U2 thay đổi theo trị số và

tính chất điện cảm hoặc điện dung của tải (dòng I2), do có

điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Hiệu số học giữa

các trị số của điện áp thứ cấp lúc không tải U20 và lúc có tải

U2 trong điều kiện U1đm gọi là độ thay đổi điện áp:

(Với

Tải điện dung I2 tăng thì U2 tăng. Khi tải điện cảm hoặc

điện trở I2 tăng thì U2 giảm (tải điện cảm U2 giảm nhiều hơn).

35

L

R

C

U2

10,5

L

C

R

4

0

∆u2 % U20

0

Hình 2-19. Đường đặc tính ngoài của máy biến áp

8.2. Cách điều chỉnh điện áp:

Trong thực tế muốn giữ điện áp U2 không đổi khi mba làm

việc với các tải khác nhau thì phải điều chỉnh điện áp bằng

cách thay đổi lại số vòng dây, nghĩa là thay đổi tỉ số biến

đổi K= Thông thường việc điều chỉnh điện áp được thực hiện

ở phía (CA) vì ở dây quấn (CA) dòng điện nhỏ hơn so với dây

quấn hạ áp.

Nếu công suất nhỏ thì ở mỗi pha có 3 đầu phân nhánh của

mỗi pha để điều chỉnh điện áp trong phạm vi 5%Uđm, nếu máy

có công suất lớn thì mỗi pha có 5 đầu dây ra và phạm vi điều

chỉnh 2,5% Uđm và 5% (hình vẽ).

8.3. Hiệu suất của mba:

Hiệu suất của mba là tỷ số giữa công suất đầu ra P2 và công

suất đầu vào P1.

P2 = S2.cos

36

Kt=

Nếu cos không đổi, hiệu suất cực đại khi

Sau khi tính toán ta có Kt=

Đối với mba có công suất trung bình và lớn, hiệu suất cực

đại khi hệ số tải Kt=0,5 – 0,7 muốn vậy cấu tạo mba đảm bảo

sao cho .

9. Giản đồ năng lượng của mba:

Trong lúc truyền tải năng lượng qua mba một phần công suất

tác dụng và công suất phản kháng bị tiêu hao trong máy.

Gọi P1=U1I1cos là công suất đưa vào một pha của mba. Một

phần công suất này bị tiêu hao trên điện trở của dây quấn sơ

cấp Pcu1=r1. và trong thép Pfe= , phần còn lại là công

suất điện từ truyền qua thứ cấp:

Pđt=P1-Pcu1-Pfe=

Công suất đầu ra P2 = Pđt-Pcu2=U2.I2.cos

Tương tự ta có công suất phản kháng đầu vào:

Q1=U1I1.sin

37

P1±jQ1

Pcu1±jq1 PFe±jqmPcu2±jq2

Pđt±jQđ

t

P2±jQ2

Hình 2-20. Giản đồ năng lượng m.b.a

Qđt= Q1 - q1 - qm= E

Công suất phản kháng đầu ra:

Q2 = Qđt - q2= U2.I2.sin

Trong đó:

q1=I

qm=Xm.I

q2=I

Nếu tải mang tính chất cảm kháng( >0), Q2>0, lúc đó Q1>0

công suất phản kháng được truyền từ phía sơ cấp sang phía thứ

cấp.

Khi tải có tính chất điện dung ( <0), Q2<0. Trong trường

hợp này công suất phản kháng được truyền ngược lại từ phía thứ

cấp sang phí sơ cấp nếu Q1<0, hoặc toàn bộ công suất phản

kháng từ 2 phía thứ cấp và sơ cấp đều dùng điện từ hoá mba nếu

Q1 dương.

10. MBA ba pha

10.1. Khái quát

Để biến đổi điện áp của hệ thống dòng điện xoay chiều 3

pha ta dùng mba 3 pha, ta cũng có thể dùng 3 mba một pha ghép

lại.

38

Về cấu tạo lõi thép gồm 3 trụ, dây quấn sơ cấp ký hiệu

bằng chữ in hoa: pha A ký hiệu là AX, pha B ký hiệu là BY, pha

C ký hiệu là CZ. Dây quấn thứ cấp ký hiệu bằng chữ in thường:

pha a ký hiệu bằng ax, pha b ký hiệu bằng by, pha c ký hiệu

bằng cz. Dây quấn sơ

cấp và thứ cấp có thể đấu (Y) hoặc ( ), ngoài 2 kiểu đấu dây

trên dây quấn mba có thể đấu theo kiểu zic – zắc ký hiệu là Z

(hình 21d).

Nếu sơ cấp đấu hình tam giác, thứ cấp đấu hình sao ta ký

hiệu là ∆/Y. Nếu sơ cấp nối hình sao, thứ cấp đấu sao có dây

trung tính ta ký hiệu là Y/Y0.

Gọi số vòng dây một pha sơ cấp là w1, số vòng dây một pha

thứ cấp là w2, tỷ số điện áp pha giữa sơ cấp và thứ cấp là:

39

a

xX

A b

yY

B c

zZ

C

Hình 2- 21. Máy biến áp 3 pha mạch từ riêng (ghép

bằng 3 máy 1 pha)

Y

B

y

b

Z

C

z

c

x

a

X

A

Hình 2-22. Máy biến áp 3 pha mạch từ chung

Tỷ số điện áp dây không những chỉ phụ thuộc vào tỷ số vòng

dây mà còn phụ thuộc vào cách đấu sao hay tam giác.

Khi nối ∆/Y(hình 6-22c), ta có Ud1=Up1, còn thứ cấp nối sao

Ud2= Up2. Vậy tỷ số điện áp dây là:

Khi nối ∆/∆(hình 6-22b), sơ cấp Ud1=Up1và thứ cấp Ud2=Up2cho

nên:

Khi nối Y/Y(hình 6-22a):

Khi nối Y/∆ thì sơ cấp Ud1= Up1 và thứ cấp Ud2=Up2cho nên:

10.2. Tổ nối dây của mba

40

C

B

AX Y Z

CBA

Hình b

Hình c

x y z

X Y Za b c

B CAA

x y z

X Y Za b c

B CA A

x y z

a b cX Y Z

B CAA

Hình a

Hình dHình 2-23

Tổ nối dây của mba được hình thành do sự phối hợp kiểu đấu

dây sơ cấp so với kiểu đấu dây thứ cấp. Nó biểu thị góc lệch

pha giữa các suất điện động dây sơ cấp và dây thứ cấp của mba.

Góc lệch pha này phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Chiều quấn dây

Cách ký hiệu các đầu dây

Kiểu đấu dây quấn ở sơ cấp và thứ cấp

Xét mba 1 pha có 2 dây quấn sơ cấp AX và thứ cấp ax. Nếu có

2 day quấn được quấn cùng chiều trên trụ thép thì suất điện

động cảm ứng trong chúng khi có từ thông biến thiên đi qua sẽ

hoàn toàn trùng pha nhau. Khi đổi chiều quấn dây của một trong

2 dây quấn hoặc đổi ký hiệu đầu dây (vd: dây quấn thứ cấp ax)

thì suất điện động trong chúng sẽ hoàn toàn ngược pha nhau.

Trường hợp thứ nhất góc lệh pha giữa các suất điện động kể

từ vectơ suất điện động sơ cấp đến vectơ suất điện động thứ

cấp theo chiều kim đồng hồ là 3600 hai trường hợp sau là 1800

ở mba còn lại do cách đấu dây quấn Y hay với những thứ tự

41

Hình a hình b hình c hình d hình e hình g

a

Xx

a

AA

Xa

x

Xx

a

A

Xa

x

A

x X

a

A

3600

Xx

A

1800

Hình 2-24. Tổ nối dây của máy biến áp 1 pha

khác nhau mà góc lệch pha giữa các suất điện động dây sơ cấp

và thứ cấp có thể là 300, 600 … 3600.

Trên thực tế người ta không dùng độ mà dùng

phương pháp kim đồng hồ để biểu thị

và gọi tên tổ nối dây của mba.

Cách biểu thị như sau:

Kim dài chỉ suất điện động dây

sơ cấp đặt cố đinh ở con số 12.

Kim ngắn chỉ suất điện động

dây thứ cấp đặt tương ứng ở

các số 1, 2, … 12. Tuỳ theo góc lệch pha giữa

chúng là 300, 600, … 3600.

11. Sự làm việc song song của mba

42

Hình 2-25. Xác định tổ nối dây bằng phương phápKim đồng hồ

11010

09

87 6 5

432

112

abE

ay

bz xc

ABE

A B C

x y z

abE

ABE

ABE X Y

Z C

B

A

x y z

X Y Za b c

B CAA

x y za b c

Hình 2-26. Tổ nối dây Y/Y-12

abE X Y

Z c

b

a

3600

X Y Z C

B

abE

ABE

3300

Hình 2-27. Tổ nối dây Y/∆-11

Trong các trạm biến áp, để đảm bảo các điều kiện kinh tế

và kỹ thuật như tổn hao vận hành tối thiểu, liên tục truyền

tải công suất khi xảy ra sự cố hay khi phải sửa chữa mba,

người ta thường cho 2 hoặc nhiều mba làm việc song song. Muốn

vậy, chúng phải thoả mãn các điều kiện sau đây.

1. Điện áp sơ cấp định mức và thứ cấp của các mba phải bằng

nhau

U1I=U1II

U2I=U2II

nghĩa là KI=KII

43

Máy phát Điện

Máy I Máy II

ABC

Hình 2-28

Trên thực tế cho phép hệ số biến áp K của các máy khác nhau

không quá 0,5%.

2. Điều kiện trị số điện áp ngắn mạch bằng nhau

UnI%=UnII%=…

Cần đảm bảo điều kiện này, để tải phân bố trên các máy tỷ

lệ với công xuất định mức của chúng. Nếu không đảm bảo điều

kiện này, ví dụ UnI%<UnII% thì khi máy I nhận tải định mức, máy

II còn non tải. Trong thực tế Un% sai khác nhau 10%.

3. Máy biến áp cùng tổ nối dây

Ví dụ không cho phép hai máy có tổ nối dây Y/ và Y/Y-

12 làm việc // với nhau vì điện áp thứ cấp của hai máy này

không trùng pha nhau, sẽ có dòng điện cân bằng lớn chạy quẩn

trong các máy do sự chênh lệch điện áp thứ cấp của chúng.

12. Máy biến áp đặc biệt

12.1. Máy biến áp đo lường

Gồm hai loại là máy biến điện áp và máy biến dòng điện

a. Máy biến dòng điện

Máy biến dòng điện có dây quấn sơ cấp ít vòng dây và nối

tiếp với mạch cần đo dòng điện, còn dây quấn thứ cấp gồm nhiều

vòng dây được nối với ampe-met thường là 5A. Tổng trở của

những dụng cụ đo này rất nhỏ và trạng thái làm việc của máy

biến dòng điện là trạng thái ngắn mạch, lỏi thép không bảo hòa

( =0,8-1Wb) và I0 do đó sai số đo lường về trị số:

44

Theo mức độ sai số, mba dòng điện có các cấp chính xác

0,2; 0,5; 1; 3; 10 nghĩa là tương ứng bằng 0,2%,

. Khi sử dụng chú ý không được để dây quấn thứ

cấp hở mạchvì như vậy dòng điện từ hoá rất lớn (I0 = I1), lõi

théo bảo hoà từ nghiêm trọng ( =1,4 – 1,8Wb) sẽ nóng lên làm

cháy dây quấn, khi bảo hoà từ thông bằng đầu sẽ sinh ra suất

điện động 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.

b. Máy biến điện áp

Dùng để biến đổi điện áp cao xuống điện áp thấp đưa váo

dụng cụ đo tiêu chuẩn thường là 100v. Máy biến áp có dây quấn

sơ cấp nối song song với lưói điện và dây quấn thứ cấp nối với

45

I2

I1

A

Hình 2-29. Máy biến dòng điện

vônmet. Tổng trở Z của dụng cụ này rất lớn nên máy biến áp làm

việc ở trạng thái gần như không tải, điện áp rơi trong máy

nhỏ, do đó

Theo mức độ sai số máy biến điện áp có các cấp chính xác:

0,5;1;3, nghĩa là tương ứng với nối tắt mạch sơ cấp, nghĩa

là gây ra sự cố ngắn mạch ở lưới điện.

12.2. Máy biến áp tự ngẫu

- Có khả năng điều chỉnh được điện áp đầu ra theo yêu cầu.

- Máy biến áp tự ngẫu một pha thường có công suất nhỏ, dùng

trong thí nghiệm và các thiết

bị.

Máy 3 pha thường dùng để điều chỉnh điện áp

khi mở máy các động cơ xoay chiều 3 pha.

Cuộn sơ cấp và thứ cấp cùng chung một cuộn,

điện áp đầu ra dễ dàng được thay đổi

bằng cách thay đổi vị trí điểm a.

Vì sơ cấp và thứ cấp cùng một cuộn dây nên 46

xaA X

V

Hình 2-30. Máy biến điện áp

2I

Zt

c

b

a

W1

W2

1U

2U

Hình 2-31

hiệu suất của máy rất cao, tiết kiệm được vật tư.

Nhược điểm là không an toàn về điện vì dây

quấn sơ cấp và thứ cấp quấn chung trên một cuộn dây.

12.3. Máy biến áp hàn

Là loại mba đặc biệt dùng để hàn bằng phương pháp hồ quang

điện, cuộn dây thứ cấp mắc nối tiếp với cuộn kháng để thay đổi

dòng điện hàn, khi không tải điện áp thứ cấp khoảng 60 – 70v,

khi hàn giảm xuống còn 30v. đặc tính ngoài của máy rất dốc phù

hợp yêu cầu hàn.

Câu hỏi:

1.Định nghĩa và phân loại máy biến áp.

2.Trình bày cấu tạo và cộng dụng của các phần chính.

3.Trình bày nguyên lý làm việc của máy biến áp.

47

б : khe hở

K

U1

Hình 2- 32

U2=f(I2)60V-70V

0

U2

I2

Hình 2-33. Đặc tính V-A của máy hàn

4.Nêu các điều kiện ghép hai máy biến áp làm việc song song

nhau.

5.Tổ nối dây của máy biến áp là gì? Tại sao phải xác định tổ

nối dây.

6.Tại sao khi tăng dòng điện thứ cấp thì dòng điện sơ cấp lại

tăng lên? Lúc đó từ thông trong máy có thay đổi không.

7.Làm thế nào để xác định tham số từ hóa của máy biến áp? Thực

chất dòng điện không tải và tổn hao không tải là gì? Tại sao

dung lượng máy biến áp nhỏ thì dòng điện không tải lại lớn?

Khi không tải tăng điện áp đặt vào máy biến áp thì cosφ của

máy như thế nào.

8.Tổn hao ngắn mạch là tổn hao gì? Khi thí nghiệm ngắn mạch

tại sao phải hạ điện áp xuống? Trị số điện áp ngắn mạch có ý

nghĩa gì.

9.Cho một máy biến áp có dung lượng Sđm = 20KVA, U1 = 126,8KV,

U2 = 11KV, f = 50hz, diện tích tiết diện lõi thép S =

35,95cm2, mật độ từ thông B = 1,35T. Tính số vòng dây của dây

quấn sơ cấp và thứ cấp.

10.Cho một máy biến áp một pha có các số liệu Sđm = 6637KVA,

U1/U2 = 35/10KV, Pn = 53500W, un% = 8.

a.Tính Zn, rn.

b.Giả sử r1 = r2’. Tính điện trở không quy đổi của dây quấn thứ

cấp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 48

- Giáo Trình Máy Điện Tác giả Vũ Gia Hanh (NXB-KHOA HỌC KỸTHUẬT)

- Giáo Trình Kỹ Thuật Điện Tác giả Lê Văn Đào (NXB-KHOA HỌC KỸTHUẬT)

- Giáo Trình Máy Điện Tác giả Nguyễn Hồng Thanh (NXB-GIAO DỤC)

CHƯƠNG 3 MÁY ĐIỆN KHÔNGĐỒNG BỘ

1. Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ

Máy điện không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc

theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rô to n

(tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từ trường n1. Cũng

như các máy điện khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận

nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện cũng

như chế độ máy phát điện.

49

Máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không

tốt lắm so với máy phát điện đồng bộ nên ít được dùng.

Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo và vận hành không

phức tạp, giá thành rẽ làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều

trong sản xuất và trong sinh hoạt.

Người ta chia động cơ điện không đồng bộ ra làm các

loại sau:

Theo kết cấu của vỏ đồng cơ điện không đồng bộ có thể

chia là các kiểu sau: kiểu hở, kiểu kín, kiểu bảo vệ,

kiểu phòng nổ …

Theo kết cấu của rô to máy điện không đồng bộ chia làm 2

loại: loại rôto kiểu dây quấn và loại rôto kiểu lồng sóc.

Theo số pha trên dây quấn stato có tghể chia làm các

loại: 1 pha, 2 pha và 3 pha.

2 .Các dại lượng định mức

Cũng giống như các loại động cơ điện khác, máy điện

kông đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ

thuật của máy. Các điều kiện này do nhà máy thiết kế, chế tạo

quy định và ghi trên nhãn máy. Vì máy điện không đồng bộ chủ

yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên nhãn máy ghi các

trị số định mức của động cơ điện khi máy có tải định mức. Các

trị số này bao gồm: công suất định mức ở đầu trục Pđm(KW hay W

); dòng điện dây định mức Iđm(A); điện áp dây định mức Uđm(V);

cách đấu dây (Y hay ∆); tốc độ quay định mức nđm(vg/ph); hiệu

suất định mức ηđm và hệ số công suất định mức cosφđm…

50

Từ các trị số định mức ghi trên nhãn máy có thể tìm

được các trị số quan trọng khác như:

Công suất định mức mà động cơ tiêu thụ:

P1đm= UđmIđmcosφđm

Momen quay định mức ở đầu trục:

Mđm= (kGm)

Trong đó là tốc độ quay tính bằng rad/s.

3. Cấu tạo của máy điện không đồng bộ

Gồm 2 phần chính: phần tĩnh (stato), phần quay (rô

to), ngoài ra còn có vỏ máy.

3.1. Phần tĩnh (stato) : gồm lõi thép và dây quấn

a. Lõi thép:

51

Hình 3-1

Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện

được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh

theo hướng trục, lõi thép được ép vào trong vỏ máy.

b. Dây quấn:

Dây quấn stato bằng dây dẫn bọc cách điện (dây điện

từ) được đặt trong các rãnh của lõi thép.

c. Vỏ máy:

Vỏ máy làm bằng nhôm hoặc bằng gang, dùng để giữ chặt

lõi thép và cố định máy trên bệ. Hai đầu vỏ có nắp máy, ổ đỡ

trục. Vỏ máy và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy.

52

Hình 3-3

Hình 3-2

3.2. Rô to: gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.

a. Lõi thép :

Gồm các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh ở mặt ngoài

ghép lại tạo thành các rãnh theo hướng trục, giữa lá thép có

lổ để ghép trục.

b. Dây quấn:

Dây quấn rôto của máy điện không đồng bộ có 2 kiểu: rô to

ngắn mạch (còn gọi rô to lồng sóc) và rô to dây quấn. Loại rô

to lồng sóc công suất trên 100KW trong các rãnh của lõi thép

rô to đặt các thanh đồng, hai đầu nối ngắn mạch bằng 2.

53

Hình 3-4. Roto lồng sóc

Hình 3-5. Roto dây quấn

Hình 3-4

vòng đồng tạo thành lồng sóc. Đối với động cơ công suất nhỏ,

lồng sóc được chế tạo bằng các thanh nhôm, hai đầu đúc vòng

ngắn mạch và cánh quạt làm mát (hình vẽ).

Loại rô to dây quấn trong các rãnh của lõi thép rô to, ta

đặt dây quấn 3 pha dây quấn rô to thường nối sao, 3 đầu nối ra

ngoài với 3 vòng tiếp xúc bằng đồng được đặt cố định trên trục

và được cách điện với trục. Ba chỏi than tỳ sát lên 3 vòng

tiếp xúc để nói với 3 điện trở, dùng để mở máy hoặc để điều

chỉnh tốc độ. Động cơ có kiểu rô to này gọi là động cơ không

đồng bộ rô to dây quấn.

Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến, động cơ rô to dây

quấn có ưu điểm là mở máy và điều chỉnh tốc độ, song giá thành

đắt và vận hành kém tin cậy, nên nó chỉ được dùng khi động cơ

rô to lồng sóc không đáp ứng được các yêu cầu về truyền động.

4. Từ trường của máy điện không đồng bộ

4.1. Từ trường của dây quấn 1 pha

Từ trường của dây quấn 1 pha là từ trường có phương không

đổi, song trị số và chiều biến đổi theo thời gian gọi là từ

trường đập mạch. Gọi P là số đôi cực ta có thể cấu tạo dây

quấn để tạo ra từ trường 1, 2 hoặc P đôi cực.

Xét dây quấn 1 pha đặt trong 4 rãnh của stato. Dòng điện

đi vào dây quấn là dòng điện 1 pha i = Im.sin , quy ước

chiều dòng điện đi từ đầu đến cuối ký hiệu +, từ cuối đến đầu

là dấu chấm.

54

Căn cứ vào chiều dòng điện ta xác định được chiều từ

trường theo quy tắc vặn nút chai. Dây quấn (hình a) tạo ra từ

trường 1 đôi cực P = 1, hình b tạo ra từ trường 2 đôi cực.

4.2. Từ trường quay của dây quấn 3 pha

Dòng điện xoay chiều 3 pha có ưu điểm lớn tạo ra từ trường

quay trong các máy điện.

a. Sự tạo thành từ trường quay

Cho dòng điện xoay chiều 3 pha đối xứng vào dây quấn

stato.

ia = Imaxsin

ib = Imax.sin(

ic = Imax.sin(

Để thấy rõ sự hình thành của từ trường, khi vẽ từ trường

ta quy ước chiều dòng điện như sau:

Dòng điện pha nào dương có chiều đi từ đầu đến cuối pha,

đầu ký hiệu bằng dấu , còn cuối ký hiệu bằng dấu , dòng

55

Hình 3-6. Từ trường2p=2

Hình 3-7. Từ trường2p=4

điện pha nào âm ký hiệu ngược lại, đầu ký hiệu bằng dấu

cuối ký hiệu bằng dấu .

Xét tại các thời điểm như sau:

* Thời điểm pha : dòng điện pha A cực đại dương, dòng

điện pha B và C âm, theo quy ước trên dòng điện pha A dương

nên đầu A ký hiệu , đầu cuối X ký hiệu dấu , dòng điện

pha B và pha C âm nên đầu B và C ký hiệu dấu cuối Y và Z ký

hiệu dấu . Dùng quy tắc vặn nút chai xác định chiều từ

trường do dòng điện sinh ra: Ta thấy từ trường tổng có 1 cực S

và 1 cực N ta gọi là từ trường một đôi cực (P=1). Trục từ

trường tổng trùng với trục dây quấn pha A pha là pha có dòng

điện cực đại.

56

* Thời điểm pha : Dòng điện pha B cực đại dương,

các dòng điện pha A và C âm, dùng quy tắc vặn nút chai ta xác

định chiều đường sức từ trường. Ta thấy từ trường tổng quay đi

một góc là 1200 với thời điểm trước. Trục của từ trường tổng

trùng với trục dây quấn pha B là pha có dòng điện cực đại.

* Thời điểm pha : lúc này dòng điện pha C cực đại

dương, dòng điện pha A và B âm, ta thấy từ trường tổng lúc này

57

quay đi một góc 2400 so với thời điểm ban đầu. Trục của từ

trường tổng trùng với trục dây quấn pha C.

Qua sự phân tích trên, ta thấy từ trường tổng của dòng

điện 3 pha là từ trường quay

Từ trường quay móc vòng móc vòng qua cả dây quấn stato và dây

quấn roto, 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 được từ trường quay

một đôi cực, nếu thay đổi cách cấu tạo dây quấn, ta được từ

trường 2,3 hay 4…đôi cực.

b. Đặc điểm của từ trường quay

Từ trường quay của hệ thống dòng điện 3 pha có 3 đặc điểm quan

trọng

Tốc độ của từ trường quay: phụ thuộc vào tần số dòng điện

(f) và số đôi cực P khi dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ

trường quay được một vòng, do đó trong một phút dòng điện

stato biến thiên 60f chu kỳ. Vậy khi từ trường có một đôi cực,

tốc độ của từ trường quay là n1=60f (vòng/phút). Khi từ trường

có hai đôi cực, dòng điện biến thiên một chu kỳ, từ trường

quay ½ vòng (từ cực N qua cực S đến N là ½ vòng), do đó tốc độ

trường quay là n1=60f/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=60f/P (vòng/phút).

Chiều quay của từ trường: chiều quay của từ trường

phụ thuộc vào thứ tự pha của dòng điện.

58

Hình 3-8 Hình 3-9

A B C

x y z

ABC

Muốn đổi chiều quay của từ trường

ta hay đổi thứ tự hai trong ba pha với nhau.

Khi thứ tự lần lượt của pha là A, B, C

một cách chu kỳ thì từ trường quay từ

trục dây quấn pha A đến pha B rồi trục

pha C tương ứng.

Nếu đổi thứ tự hai pha với nhau,

ví dụ dòng điện iB vào dây quấn CZ,

iC vào dây quấn BY từ trường sẽ quay

từ trục dây quấn AX đến CZ (có dòng iB)

rồi đến trục dây quấn BY(có dòng điện iC)

nghĩa là từ trường quay theo chiều ngược lại.

Biên độ của từ trường quay: từ trường quay sinh ra từ

thông xuyên qua mỗi dây quấn. Dây quấn 3 pha lệch về không

gian với pha A một góc lần lượt là 1200, 2400.

Hệ thống dòng điện ba pha đối xứng nếu hay

Dòng điện iA= Imax.sin

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 nếu dây quấn có m pha: .

59

4.3. Từ trường của dây quấn hai pha

Khi dây quấn hai pha (m=2) đặt lệch nhau trong không gian

góc 900 điện, dòng điện trong hai dây quấn lệch nhau về thời

gian 900, cũng phân tích tương từ như trên, từ trường của dây

quấn 2 pha là từ trường quay và có biên độ là:

.

4.4. Từ thông tản

Bộ phận từ thông chỉ móc vòng riêng rẽ với mỗi dây quấn

gọi là từ thông tản, ta có từ thông tản stato, chỉ móc vòng

với dây quấn stato, từ thông tản roto chỉ móc vòng với dây

quấn roto. Từ thông tản được đặc trưng bằng điện kháng tản.

5. Nguyên lý làm việc của máy điện KĐB.

5.1. Nguyên lý làm việc của động cơ điện KĐB.

khi ta cho dòng điện ba pha tần số f vào dây stato, sẽ tạo

ra từ trường quay P đôi cực, quay với tốc độ là n1=60f/P, từ

trường này cắt các thanh dẫn của dây quấn roto, cảm ứng các

sức điện động. Vì dây quấn roto nối ngắn mạch, nên sức điện

động cảm ứng sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn roto.

Lực từ tác dụng tương hổ giữa từ trường quay của máy với thanh

dẫn mang dòng điện roto, kéo roto quay cùng chiều từ trường

với tốc độ n.

Khi xác định chiều sức điện động cảm ứng theo quy tắc bàn

tay phải, ta căn cứ vào chiều chuyển động tương đối của thanh

dẫn đối với từ trường, nếu coi từ trường đứng yên, thì chiều

60

chuyển động tương đối của thanh dẫn ngược chiều với n1, từ đó

ta áp dụng quy tắc bàn tay phải, xác định chiều sức điện động

cảm ứng như hình vẽ (dấu chỉ chiều đi từ ngoài vào trong).

Chiều của lực từ xác định bằng quy tắc bàn tay trái, trùng với

chiều 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 roto không có sức điện động và dòng điện cảm ứng, lực

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=

* Khi roto đứng yên (n=0), hệ số trượt s=1; khi roto quay định

mức s=0,02-0,06. Tốc độ động cơ là: n = n1(1-S) = .

5.2. Nguyên lý làm việc của máy phát điện không đồng bộ 61

Hình 3-10

Nếu stato vẫn nối với lưới điện nhưng trục roto không nối

với tải, mà nối với một động cơ sơ cấp. Dùng động cơ sơ cấp

kéo roto quay cùng chiều với n1và với tốc độ n lớn hơn tốc độ

từ trường quay n1. Lúc này, chiều dòng điện roto I2 ngược lại

với chiều chế độ động cơ và lực điện từ đổi chiều. Lực điện từ

tác dụng lên roto ngược chiều với chiều quay, gây ram omen hãm

cân bằng với momen quay của động cơ. Máy điện làm việc ở chế

độ máy phát điện. Hệ số trượt là:

S =

Nhờ từ trường quay, cơ năng động cơ sơ cấp đưa vào roto

được biến thành điện năng ở stato. Để tạo từ trường quay, lưới

điện phải cung cấp cho máy phát điện không đồng bộ công xuất

phản kháng Q, vì thế làm cho hệ số công xuất của lưới điện

thấp đi. Nếu khi máy làm việc riêng rẽ, ta phải dùng tụ điện

nối vào đầu cực máy để kích từ cho máy. Đó là nhược điểm của

may sphát điện không đồng bộ, vì thế người ta ít sử dụng máy

phát điện không đồng bộ.

6. Phương trình cân bằng điện và từ trong động cơ điện không

đồng bộ.

6.1. Phương trình cân bằng điện trong dây quấn stato

Dây quấn stato động cơ điện tương tự như máy biến áp, ta

có phương trình cân bằng điện áp là:

62

: tổng trở dây quấn stato

R1: điện trở dây quấn stato

X1: 2. .f.L1điện kháng dây quấn stato (f: tần số stato,

L1:điện cảm tản stato)

E1=4,44.f.Kdq1.Φmax.W1: sức điện động pha stato do từ thông của

từ trường quay sinh ra.

Kdq<1: hệ số dây quấn của một pha stato

W1: số vòng dây 1 pha của stato

Φmax: biên độ từ thông từ trường quay

6.2. Phương trình cân bằng điện dây quấn roto

Dây quấn roto xem như dây quấn thứ cấp

của máy biến áp, song ở đây dây quấn roto

chuyển động tương đối với từ trường quay

tốc độ trượt n2=n1-n=s.n1 . Như vậy sức điện

động và dòng điện trong dây quấn roto

có tần số là: f2=

→sức điện động pha dây quấn roto lúc quay:

E2s=4,44.f2.W2.Kdq.Φmax

=4,44.s.f.W2.Kdq.Φmax (a)

W2, Kdq: số vòng dây và hệ số dây quấn của dây quấn stato.

* Khi roto đứng yên s=1→f2=f.

* Sức điện động dây quấn roto lúc không quay là:

E2=4,44.f.W2.Kdq2.Φmax(b)

63

Hình 3-11

E2sI2

sX2R2

So sánh pt (a) và (b)→E2s=s.E2

* Tương tự điện kháng tản dây quấn roto lúc quay là: X2s=s.X2

* Tỷ số sức điện động pha xtato và roto là: ke= gọi

là hệ số quy đổi sức điện động.

Vì dây quấn roto ngắn mạch, nên pt cân bằng điện lúc roto quay

là:

hoặc 0 = s.

6.3. Phương trình cân bằng từ của động cơ không đồng bộ .

Ta lý luận tương tự như của máy biến áp, từ thông Φmax có

trị số hầu như không đổi tương ứng với chế độ có tải và không

tải. Do đó ta viết được phương trình cân bằng từ của động cơ

điện:

m1.w1.kdq. - m2.w2.kdq. = m1.w1.kdq.

Trong đó: I0 là dòng điện stato lúc không tải

là dòng điện stato và roto khi động cơ kéo tải

m1, m2 là số pha của dây quấn stato và roto

Các hệ số m1.w1.kdq1, m2.w2.kdq2 nói lên từ trường quay do đồng

thời m1 pha stato và m2 pha roto sinh ra và có xét đến số vòng

dây, cấu tạo các dây quấn.

Dấu trừ trước I2 vì chọn chiều I2 không phù hợp chiều từ

thông theo quy tắc vặn nút chai. Chia hai vế phương trình cho

m1.w1.kdq1

64

→ Đặt , trong đó

là dòng điện

roto quy đổi về stato

ki= hệ số quy đổi dòng điện .

6.4. Sơ đồ thay thế động cơ điện không đồng bộ.

Căn cứ vào hệ phương trình cân bằng điện và từ của động cơ

điện

(1)

0 = -s. (2)

(3)

Chia pt (2) cho s → 0= - (4), các thông số E2,

X2 ứng với roto không quay và tần số dòng điện roto bằng f.

Nhân pt (4) với ke, chia và nhân với ki ta có:

0 = -ke. (5)

Ke, ki : hệ số quy đổi sức điện động và dòng điện.

65

* Gọi = ke.E2 = E1 là sức điện động pha rô to quy đổi về

stato

* I dòng điện rô to quy đổi về stato.

* R là điện trở dây quấn rôto quy đổi về stato

* X là điện kháng dây quấn rôto quy đổi về stato

* ke.ki = k2 hệ số quy đổi tổng trở

* Pt (5) 0 = -

Giống như mba, -E1 và -E là điện áp rơi trên tổng trở từ hoá

-

Cuối cùng ta có hệ phương trình động cơ điện như sau:

Sơ đồ (b) được sử dụng nhiều trong tính toán động cơ điện

không đồng bộ.

R0=R1+Rth

X0=X1+Xth

Ta có thể làm phép biến đổi đơn giản

66

0

I~

1

I 0

IRth

Xth

,2I

sR,2 ,

2XX1R1

1U ~

,

21 IIRth

Xth

sR,2 ,

2XX1R1

1U

Hình 3-12a

Hình 3-12b

* đặc trưng cho công xuất điện từ:

Pđt = m1.

* đặc trưng cho tổn hao đồng trong roto:

* đặc trưng cho công xuất cơ trên trục

Pcơ=

Sơ đồ thay thế động cơ KĐB có thể vẽ lại như hình 3-13

7. Momen quay động cơ điện không đồng bộ ba pha.

Ở chế độ động cơ điện momen điện từ đóng vai trò momen

quay, được tính là:

M = Mđt= , Pđt= 3.

Trong đó: tần số góc của từ trường quay

: tần số góc dòng điện stato

P: số đôi cực từ

67

Hình 3-13

,2

Z1

Z

thZ

ssR 1,

2~1

I 0

IRth

Xth

,2I

,2R ,

2XX1

R1

1U

Dựa vào sơ đồ (b), ta tính được dòng

Vậy momen và hệ số trượt có quan hệ là một hàm số M=f(s).

Nếu thay s = , ta có quan hệ n = f(M) đó là đặc tính

cơ động cơ điện không đồng bộ. Động cơ sẽ làm việc ở điểm

momen quay bằng momen cản (M=MC).

* Đặc điểm của momen quay động cơ không đồng bộ.

Momen quay tỷ lệ bình phương điện áp, nếu điện áp đặt vào

động cơ thay đổi momen động cơ thay đổi rất nhiều.

68

Mc

Hình 3-14a

Mmax

M

Mc

M

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Mmm

SMmm

Mn

n1

0Hình 3-14b

Momen có giá trị cực đại Mmax giá trị tới hạn sth làm cho

đạo hàm sau khi tính đạo hàm ta tính được trị số sth

và Mmax là:

Sth=

Mmax=

Ta nhận thấy sth tỷ lệ thuận với điện trở roto, còn Mmax

không phụ thuộc vào điện trở roto, khi cho thêm điện trở phụ

Rp vào roto, đặc tính M= f(s) thay đổi như hình (3-15) Tính

chất này được sử dụng để điều chỉnh tốc độ và mở máy động cơ

roto dây quấn.

Quan hệ giữa M, Mmax, sth có thể viết gần đúng như sau:

M=

69

0 s1 s2 s3 s4

1 2 3 4

M

S

R2

R2+Rp1 R2+Rp2 R2+Rp3

M

Uđm

U1

Hình 3-15

Thay s=1 vào biểu thức, momen mở máy động cơ là:

Mmở=

Đối với động cơ lồng sóc thường cho các tỷ số sau:

;

8. Mở máy động cơ không đồng bộ ba pha.

Khi bắt đầu mở máy thì roto đứng yên, hệ số trượt s=1 nên

trị số dòng điện mở máy có thể tính được theo mạch điện thay

thế.

Imm= (A)

Trên thực tế, do mạch từ bảo hòa rất nhanh, điện kháng

giảm xuống nên dòng điện mở máy thường vào khoảng(5÷7)Iđm.

Dòng điện quá lớn không những làm cho bản thân máy bị nóng mà

còn làm cho điện áp lưới giảm sút nhiều, nhất là đối với những

lưới điện công suất nhỏ.

Để hạn chế dòng điện mở máy ta cần có biện pháp mở máy,

biện pháp mở máy cần đến những yêu cầu cơ bản sau đây:

1. Phải có momen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ

của tải;

2. Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt;

3. Phương pháp mở máy và thiết bị càng dùng đơn giản, re tiền,

chắc chắn;

70

4. Tổn hao trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt;

Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau như khi đòi

hỏi dòng điện mở máy nhỏ thì làm momen mở máy giảm theo hoặc

cần thiết bị đắt tiền. Vì vậy phải cắn cứ vào điều kiện làm

việc cụ thể mà chọn phương pháp mở máy thích hợp.

8.1. Mở máy động cơ roto dây quấn

Khi mở máy, dây quấn roto được nối với biến trở mở máy,

đầu tiên để biến trở nhỏ nhất sau đó giảm dần về không. (hình

3-16)

Muốn momen mở máy cực đại, sth=1, sth= từ đó ta xác định

được Rmở cần thiết.

Khi có Rmở máy dòng điện pha mở máy là: Ipmở=

71

roto

stato

Rmm

A B C

Mmax

Rmm lớn nhất

M0

n

1

6

45

2

Mc M3 M2

M1

3

Rmm =0

Hình 3-16

Nhờ có Rmở mà Imở giảm xuống. Như vậy có Rmở momen mở máy tăng,

dòng điện mở máy giảm, đó là ưu điểm của động cơ roto dây

quấn.

8.2. Mở máy động cơ lồng sóc

a. Mở máy trực tiếp

Đây là phương pháp đơn giản nhất, chỉ việc đóng

trực tiếp động cơ điện vào lưới điện. Khuyết điểm

của phương pháp này là dòng điện mở máy lớn,

làm tụt điện áp mạng điện rất nhiều, nếu quán

tính mở máy lớn thời gian mở máy kéo dài, có thể làm cháy cầu

chì bảo vệ vì thế phương

pháp này được dùng khi công xuất nguồn điện lớn hơn công xuất

động cơ điện rất nhiều,

việc mở máy rất nhanh và đơn giản.

b. Mở máy bằng cách giảm điện áp đặt vào stato

Khi mở máy ta giảm điện áp đặt vào động cơ, cũng làm giảm

dòng điện mở máy, khuyết điểm của phương pháp này là momen mở

máy giảm đi rất nhiều, vì thế nó được dùng đối với trường hợp

không yêu cầu momen mở máy lớn, có các biện pháp giảm điện áp

như sau:

* Dùng điện kháng nối tiếp mạch stato:

Điện áp nguồn đặt vào động cơ qua cuộn kháng.

Lúc mở máy cầu dao D2 mở, cầu dao D1 đóng.

Khi động cơ đã quay ổn định thì đóng cầu dao D2

để ngắn mạch điện kháng. Nhờ có điện áp rơi

72

Hình 3-17

CD

A B C

ĐC

K

CD

A B C

ĐC

Hình 3-18

trên điện kháng, điện áp trực tiếp đặt vào động

cơ giảm đi k lần, dòng điện giảm k lần, song momen

giảm đi k2 lần (vì momen tỷ lệ bình phương điện áp).

* Dùng máy biến áp tự ngẫu:

Điện áp mạng điện đặt vào cuộn dây sơ cấp

của máy biến áp, điện áp thứ cấp đưa vào

động cơ điện. Thay đổi vị trí con trượt để khi mở máy

điện áp đưa vào động cơ nhỏ, sau đó dần tăng lên định mức,

gọi k là hệ số biến áp tự ngẫu, U1điện áp pha của lưới điện,

Zn tổng trở động cơ lúc mở máy, điện áp pha đặt

vào động cơ lúc mở máy: Uđc=

Dòng điện mở máy: Imở=

Dòng điện I1 lưới điện cung cấp cho động cơ lúc

có máy biến áp là dòng điện sơ cấp của máy biến áp.

I1= (1)

Khi mở máy trực tiếp: I1= (2)

So sánh (1) và (2) ta thấy, lúc có máy biến áp dòng điện của

lưới giảm đi k2 lần. Đây là ưu điểm so với phương pháp dùng

điện kháng ( I giảm đi k lần ). Vì thế p2 này dùng nhiều đối

với động cơ có công xuất lớn.

* Phương pháp mở máy Y- Δ:

73

KY

K∆

ZY

X

BC

A

CD

A B C

ĐC

Hình 3-20

BATN

KK1

K2

CD

A B C

ĐC

Hình 3-19

Phương pháp này chỉ áp dụng với động cơ

khi làm việc bình thường dây quấn stato nối tam giác.

Khi mở máy ta nối hình sao để điện áp

đặt vào mỗi pha giảm lần, sau khi mở máy

ta đổi nối lại thành tam giác như đúng quy định của máy.

Dòng điện dây khi nối tam giác:

IdΔ= (1)

Dòng điện dây khi nối hình sao:

IdY= (2)

So sánh (1) và (2) ta thấy lúc mở máy Y-Δ, dòng điện dây của

mạng điện giảm 3 lần.

Qua các phương pháp chúng ta đều thấy momen mở máy giảm

xuống nhiều. Để khắc phục điều này, người ta chế tạo loại động

cơ lồng sóc kép và loại động cơ rãnh sâu có đặc tính mở máy

tốt.

8.3. Động cơ điện lồng sóc có đặc tính mở máy tốt.

Động cơ điện lồng sóc có ưu điểm là cấu tạo và sử dụng đơn

giản, có đặc tính làm việc tốt, nhưng đặc tính mở máy không

bằng động cơ dây quấn. Để cải thiện đặc tính mở máy động cơ

lồng sóc, người ta chế tạo loại động cơ lồng sóc rãnh sâu hoặc

hai lồng sóc(lồng sóc kép).

a. Động cơ điện lồng sóc rãnh sâu.

74

Loại động cơ này, rãnh roto hẹp và sâu (chiều sâu bằng 10-

12 lần chiều rộng rãnh). Khi có dòng điện cảm ứng trong thanh

dẫn roto, từ thông tản roto ϕt2 phân bố như hình

(3-21). Từ thông tản móc vòng với đoạn dưới thanh dẫn nhiều

hơn đoạn trên. Khi mở máy, roto chưa quay, dòng điện roto có

tần số lớn bằng tần số dòng điện stato f.

Điện kháng tản của roto sẽ lớn hơn của điện trở, có tác

dụng quyết định đến sự phân bố dòng điện roto. Do lúc mở máy,

điện kháng tản của roto ở phía dưới lớn, dòng điện tập trung

phía trên thanh dẫn gần miệng rãnh, làm sự phân bố dòng điện

tập trung nhiều phía miệng rãnh, tiết diện dẫn điện của thanh

dẫn coi như bị nhỏ đi, điện trở roto R2 tăng lên làm tăng

momen mở máy. Khi mở máy xong, tần số dòng điện roto nhỏ, tác

dụng trên bị yếu đi điện trở roto giảm xuống như bình thường.

b. Động cơ điện lồng sóc kép.

75

Hình 3-22

Hình 3-23

Roto của động cơ có hai lồng sóc, các thanh dẫn của lòng

sóc ngoài (còn gọi lồng sóc mở máy) có tiết diện nhỏ và điện

trở xuất lớn. Lồng sóc trong có tiết diện lớn nên điện trở

nhỏ. Khi mở máy dòng điện tập trung ở lồng sóc ngoài có điện

trở R2lớn, momen mở máy lớn. khi làm việc bình thường, dòng

điện phân bố đều cả hai lồng sóc, điện trở R2 giảm xuống.

(hình 3-23)

Động cơ điện rãnh sâu và lồng sóc kép có đặc tính mở máy

tốt, nhưng vì từ thông tản lớn, nên cos thấp hơn động cơ

lồng sóc bình thường.

9. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ.

Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ:

n=n1(1-s)=60f/p(vòng/phút), nhìn vào biểu thức:

Với động cơ điện không đồng bộ roto lồng sóc có thể điều

chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số dòng điện stato, thay

đổi số đôi cực từ p bằng cách thay đổi dây quấn stato, hoặc

thay đổi điện áp U để thay đổi hệ số trượt s. Đối với động cơ

roto dây quấn điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở

roto để thay đổi hệ số trượt s, việc điều chỉnh thực hiện phía

roto.

9.1. Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số

Việc thay đổi tần số f của dòng điện xtato thực hiện bằng

bộ biến tần số. Từ thông

ϕmax tỷ lệ thuận với tỷ số U1/f khi thay đổi f người ta muốn

giữ cho từ thông ϕmax không đổi để mạch từ máy ở trạng thái

76

định mức. Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời tần số và điện

áp, giữ cho tỷ số U1/f không đổi.

9.2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực

Số đôi cực của từ trường quay stato phụ thuộc vào cấu tạo

dây quấn. Động cơ không đồng bộ có cấu tạo dây quấn để thay

đổi tốc độ gọi là động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ.

77

Hình 3-24. Bộ biến tần 0 Hình 3-25. Đặc tính cơ

M

n

f1<fđ

m

fđm

f2<f1

Đấu nối tiếp tốc độ thấp

A1 A2

X2X1

A2A1

SNN S

A2A1

A2X1

X2A1

NS NS

Đấu nối tiếp tốc độ caoA1 A2

X2X1

A2A1

SNS N

Đấu // tốc độ thấp

A1 A2

X2X1

A2A1

SNS N

Đấu // tốc độ caoHình 3-26. sơ đồ đổi nối để thay đổi số cực từ

Hình 3-24. Bộ biến tần trực tiếp

ω2hs

~ U2,f2 var

ω1

Đ/cơ

MF Đ/cơ

~ U1,f1

Phương pháp này chỉ áp dụng động cơ roto lồng sóc vì động

cơ roto lồng sóc có thể thích ứng với bất cứ số đôi cực nào

của dây quấn stato.

Động cơ roto dây quấn có số đôi cực bằng số đôi cực của

dây quấn stato, do đó khi đấu lại dây quấn stato để có số đôi

cực khác nhau thì dây quấn roto cũng phải đấu lại, như vậy

không tiện lợi, do đó người ta không dùng loại động cơ này để

điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực. Mặc dù điều

chỉnh nhảy cấp, nhưng có ưu điểm là giữ nguyên độ cứng đặc

tính cơ.

9.3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho

stato.

78

Hình 3-26. sơ đồ đổi nối để thay đổi số cực từ

Phương pháp này chỉ thực hiện việc giảm điện áp. Khi giảm

điện áp, đường đặc tính cơ M= f(s) sẽ thay đổi, do đó hệ số

trượt thay đổi, tốc độ động cơ thay đổi.

9.4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto

của động cơ roto dây quấn.

Biến trở điều chỉnh tốc độ phải làm việc lâu dài nên có

kích thước lớn hơn so với biến trở mở máy. Họ đặc tính cơ của

động cơ không đồng bộ roto dây quấn khi có biến trở điều chỉnh

(hình 3.16). khi tăng điện trở tốc độ động cơ giảm.

Nhược điểm của phương pháp này là tổn hao công xuất trong

biến trở, do vậy p2 này không kinh tế, tuy nhiên là p2 đơn

giản, điều chỉnh trơn và khoảng điều chỉnh tương đối rộng,

được sử dụng điều chỉnh tốc độ quay của động cơ công xuất cỡ

trung bình.

10. Đặc tính làm việc của động cơ điện không đồng bộ

Ở chế độ làm việc định mức động cơ điện không đồng bộ có

các chế độ định mức sau: Công xuất cơ hữu ích trên trục Pđm,

điện áp dây định mức Uđm, dòng điện dây định mức Iđm, nđm, cos

, . Song các đại lượng này chưa cho đầy đủ các đặc tính

khi có tải khác định mức, do vậy cần biết các đặc tính làm

việc của động cơ KĐB, đó là các quan hệ giữa tốc độ quay roto

n, hệ số cos , , M, I1 với công xuất cơ hữu ích trên trên

trục P2, khi U và f không đổi.

10.1. Tốc độ quay n=f(P2).

n=60f/p(1-s) 79

Khi tải tăng, công xuất P2 trên trục động cơ tăng, momen cản

tăng lên, hệ số trượt s tăng lên, tốc độ động cơ giảm xuống.

10.2. Hiệu xuất f(P2)

Hiệu xuất động cơ được xác định:

P2: công xuất cơ hữu ích trên trục

P1: công xuất điện động cơ tiêu thụ từ lưới P1=3.U1.I1.cos

: tổng các tổn hao trong máy.

: tổn hao sắt từ trong stato do dòng điện xoáy và từ

trễ gây ra.

:tổn hao trong dây quấn trên stato

: tổn hao đồng trên dây quấn roto

: tổn hao cơ do ma sát ở ổ trục quạt gió và phụ

Thông thường người ta xác định gần đúng hiệu xuất như sau:

kt= hệ số tải

: tổn hao không tải

Pn: tổng tổn hao trên dây quấn stato và dây quấn roto (

)

80

10.3. Hệ số công xuất cos

cos

P1:công xuất tác dụng (công xuất điện) động cơ tiêu thụ

để biến đổi sang công xuất cơ P2

Q1: công xuất phản kháng, động cơ tiêu thụ để tạo ra từ

trường cho máy. Khi máy quay không tải (không kéo tải),

công xuất P1 nhỏ, do đó cos thấp, bằng từ 0,2-0,3.

Tải tăng P1↑, cos đạt đến định mức cos .

Khi quá tải dòng điện vượt định mức, từ thông tản tăng, Q1↑,

cos . Vậy không nên cho máy làm việc không tải hoặc non tải.

11. Động cơ điện không đồng bộ một pha.

Về cấu tạo stato chỉ có dây quấn 1pha roto thường là loại

lồng sóc, dây quấn stato nối với lưới điện xoay chiều một pha.

Dòng điện xoay chiều 1 pha đi vào dây quấn không tạo từ

trường quay. Mà tạo ra từ trường có phương và độ lớn không đổi

còn chiều thay đổi gọi là từ trường đập mạch. 81

Giản đồ biến đổi năng lượng động cơ KĐB

ΔPc

f

ΔPđ2ΔPs

t

ΔPđ1

Rotostato

P2PđtP1

Vì vậy khi cho dòng điện vào stato động cơ không tự quay

được. Muốn động cơ quay ta phải quay roto theo chiều nào đó và

roto quay theo chiều ấy và động cơ làm việc.

Để giải thích hiện tượng trên ta phân từ trường đập mạch thành

hai từ trường quay, quay ngược chiều nhau với cùng n1 và biên

độ bằng ½ từ trường đập mạch.

n1= , BmaxI=BmaxII=

: gọi là từ trường quay thuận gọi là từ trường quay

nghịch, = +

Gọi n là tốc độ roto, hệ số trượt tương đối khi quay thuận:

SI=

Hệ số trượt SII ứng với từ trường quay ngược

SII=

S=SI 0 1 2SII 2 1 0

MI là momen do từ trường quay thuận sinh ra, MII là momen do từ

trường quay nghịch sinh ra. Momen quay của động cơ là tổng đại

số MI và MII. M=MI-MII.

Từ đường đặc tính momen, ta thấy lúc mở máy, S=SI=SII=1,

MI=MII Mmở=0 (động cơ không tự mở máy được), nếu ta tác động

cho động cơ quay, hệ số trượt S=1, lúc đó động cơ có momen và 82

tiếp tục quay. Vì thế ta phải có biện pháp mở máy nghĩa là

phải tạo cho động cơ một pha momen mở máy. Ta có các phương

pháp mở máy sau:

11.1. Dùng dây quấn phụ mở máy

Loại động cơ này ngoài dây quấn chính, còn có dây quấn

phụ, dây quấn phụ có thể thiết kế làm việc khi mở máy hoặc làm

việc lúc dài (động cơ 2 pha). Dây quấn phụ đặt trong một số

rãnh stato, sao cho sinh ra từ thông lệch với từ thông chính

góc 900 không gian và dòng điện trong dây quấn phụ lệch pha so

với dòng điện trong dây quấn chính góc 900, dòng điện ở dây

quấn phụ và dây quấn chính sinh ra từ trường quay để tạo ram

omen mở máy. Để dòng điện trong dây quấn chính và dây quấn phụ

lệch pha góc 900, ta mắc nối tiếp dây quấn phụ tụ điện có điện

dung C. (hình vẽ)

11.2. Động cơ một pha có vòng ngắn mạch ở cực từ

Stato là loại cực từ lồi, trên cực từ người ta xe rãnh đặt

vòng ngắn mạch, vòng ngắn mạch được coi như là dây quấn phụ,

trong đó có dòng cảm ứng. Tổng hợp hai từ trường của dây quấn

chính và phụ sẽ sinh ra từ trường quay để tạo ra momen mở máy.

Loại động cơ này chế tạo với công suất nhỏ từ 0,5 – 30w thường

dùng làm quạt gió (hình vẽ)

Nhược điểm của động cơ 1 là cos thấp, hiệu suất thấp

vì tổn hao roto lớn, momen nhỏ làm việc kém ổn định, khả năng

quá tải kém.

83

Ưu điểm là cấu tạo đơn giản, sử dụng lưới điện 1 nên sử

dụng nhiều trong tự động và dân dụng.

Sử dụng động cơ 3 ở nguồn điện 1 (hình vẽ)

12. Dây quấn động cơ điện không đồng bộ 3 pha

12.1. Khái quát

Dây quấn máy điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha bao gồm

các dạng dây quấn bố trí trên stato động cơ không đồng bộ 3

pha, đôi khi bao gồm cả dạng dây quấn roto của động cơ KĐB 3

pha (dạng roto dây quấn).

Khi phân loại các dạng dây quấn ta có thể dựa theo một trong

nhiều tiêu chuẩn sau đây:

Căn cứ vào số cạnh tác dụng bố trí trong mỗi rãnh ta có

dây quấn 1 lớp, 2 lớp.

Căn cứ theo hình dạng một nhóm bối dây ta có kiểu dây

quấn đồng khuôn hay dây quấn đồng tâm.

Ngoài ra, căn cứ theo kiểu liên kết đầu nối của nhóm bối

dây ta chia thành các dạng dây quấn tập trung hay phân

tán.

Căn cứ theo số rãnh phân bố cho một pha trên mỗi khoảng

bước cực ( thường ký hiệu là q) ta có được dạng dây quấn

q nguyên hay q phân số.

Về thuật ngữ, để thống nhất tên gọi cho các đại lượng và các

ký hiệu, ta quy ước các ký hiệu và định nghĩa các thuật ngữ

như sau:

f: tần số nguồn điện (hz)

84

2p: số cực của động cơ (p số đôi cực)

nđb: tốc độ đồng bộ của từ trường quay (vòng/phút)

: bước cực từ, khoảng không gian giữa hai cực từ kế cận

nhau

Z: tổng số rãnh của stato

q: số rãnh phân bố cho mỗi pha trên mỗi khoảng bước cực (

số bối dây trong một nhóm )

: góc lệch giữa hai rãnh liên tiếp (tính theo đơn vị

đo góc điện)

Công thức cơ bản liên lạc giữa các đại lượng như sau:

(khoảng), q= (bối/nhóm)

, f= (hz)

Bối dây (phần tử): là một cuộn dây quấn được tạo nên do

nhiều vòng dây nối tiếp nhau và được quấn theo một hình

dạng nhất định (hình vẽ).

Cạnh tác dụng là phần của bối dây được lồng vào rãnh

Bước bối dây (bước dây quấn), thường ký hiệu Y, là khoảng

cách giữa hai cạnh tác dụng của cùng một bối dây.

Nhóm bối dây là tập hợp nhiều bối dây của cùng một pha

bằng cách đấu nối tiếp (hình vẽ).

12.2. Dây quấn đồng khuôn một lớp (q nguyên)

Dây quấn kiểu đồng khuôn là các bối dây được quấn trên các

khuôn có kích thước như nhau (có cùng bước dây Y).(hình vẽ)

85

Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn một lớp gồm các bước sau:

Bước 1:

căn cứ vào Z, 2p ta xác định các giá trị: Y, , B,

q…

Bước 2:

Phân bố rãnh stato cho từng pha dây quấn, căn cứ vào và

q vừa xác định ở bước 1. Trong bước này ta vẽ lần lượt các

đoạn thẳng song song bằng nhau và cách đều nhau, tổng số đoạn

thẳng cần vẽ bằng tổng số rãnh, đánh số cho các đoạn thẳng

này. Mỗi đoạn thẳng vừa vẽ đặc trưng cho một rãnh trên stato.

Theo trị số của , ta xác định các khoảng bước cực, tổng số

khoảng bước cực luôn bằng 2p.

Bước 3:

Xây dựng sơ đồ khai triễn cho mỗi pha dây quấn.

Vẽ và xây dựng từng nhóm bối dây cho một pha tiêu biểu trước

tiên

Đấu nối tiếp các nhóm bối dây của pha dây quấn này lại.

Khi đấu nối tiếp các nhóm bối dây cho một pha ở trường hợp q

nguyên, dây quấn một lớp hay hai lớp ta cần áp dụng quy tắc

sau:

Mỗi nhóm dây có thể tạo thành một hoặc hai cực từ tuỳ theo

cách đấu, nếu 1 nhóm bối dây tạo thành 1cực từ gọi là đấu cực

thật, nếu 1 nhóm bối dây tạo ra hai cực từ gọi là đấu cực giả

( cực ảo ).

86

Khi tổng số nhóm dây một pha bằng ½ số cực từ ta áp dụng

cách đấu cực ảo.

Khi tổng số nhóm dây một pha bằng số cực từ 2p ta áp dụng

cách đấu cực thật.

Khi đã hoàn chỉnh một pha ta định đầu và cuối cho pha này

(đầu cho mỗi pha ký hiệu bằng A, B, C, cuối ký hiệu X, Y,

Z, như vậy 3 pha có được A-X, B-Y, C-Z).

Ví dụ:

Cho stato của động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha có Z

= 24, 2p = 4. Vẽ sơ đồ khai triển kiều đồng khuôn 1 lớp( sơ đồ

dây quấn trải ), cho ra 6 đầu dây.

Giải

Số bối dây trong một nhóm:

q = = 2( bối/nhóm )

Góc điện giữa 2 rãnh liên tiếp:

(điện)

Bước dây:

Y = 3q + 1 = 3.2 + 1 = 7( rảnh )

Bước cực:

( khoảng )

Khoảng cách pha cách pha:

ZΦ = 2q + 1 = 2.3 + 1 = 5( rảnh )

Số bối dây của 3 pha:

87

B = 12( bối)

Số nhóm dây của 3 pha:

N3pha = ( nhóm )

Số nhóm dây của một pha:

N1pha = ( nhóm )

12.3. Dây quấn đồng khuôn 2 lớp bước đủ

Trong 1 rảnh có chứa 2 cạnh tác dụng của hai nhóm khác

nhau thông thường của cùng một pha. Cạnh dây nằm trên vẽ bằng

nét liền, cạnh dây nằm dưới vẽ bằng nét đứt.(hình vẽ)

Ví dụ:

12.4. Dây quấn bước ngắn

Để khử sóng điều hoà bậc cao, ta có thể chọn giá trị cho Y như

sau:

Khử sóng điều hoà bậc 3: Y=2/3

Khử sóng điều hoà bậc 5: Y=4/5 88

Khử sóng điều hoà bậc 7: Y=6/7

Ví dụ:

Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn đồng khuônZ=24, 2p=4, cho ra 6

đầu dây

5. Dây quấn đồng tâm.

- Các bối dây được quấn trên các khuôn có kích thước khác

nhau, cùng tâm với nhau. Nhóm dây đồng tâm phải từ hai bối trở

lên (hình vẽ), các bối dây trong một nhóm có kích thước khác

nhau.

+ Bước dây nhỏ nhất: Y=2q+2 (rãnh)

Y1=Y+2 (rãnh)

Yn=Yn-1+2 (rãnh)

Ví dụ: vẽ sơ đồ dây quấn đồng tâm Z=24, 2p=4.

6. Dây quấn dạng q phân số.

Ví dụ: Z=30, 2p=4→ ; q=2,5.

- Có 2 phương pháp bố trí dây quấn (q là phân số), phương pháp

bố trí theo clement và phương pháp bố trí theo pyбo.

+ Phương pháp bố trí theo clement có thể bố trí cho dây quấn 1

lớp hoặc hai lớp.

+ phương pháp pyбo chỉ thích hợp cho dây quấn hai lớp.

a. Trình tự xây dựng sơ đồ theo clement

*Bước 1: Từ Z, 2p → , q…

+ Viết q dưới dạng sau: q = b + c/d (b, c, d là

các số nguyên, c/d tối giản).

*Bước 2: lập bản xác định phân bố rãnh cho 3 pha. 89

+ Bảng gồm có 3 cột (tương ứng A, B, C), số

hàng của bảng luôn bằng 2p.

+ Điền các giá trị vào các ô chứa trong bảng

(tổng số ô là 6p).

+ Các giá trị mỗi ô xác định như sau:

Nếu (c/d) < 0,5: ta ghi giá trị b cho mỗi ô

trong bảng.

Nêu (c/d) > 0,5: ta ghi giá trị (b+1) cho

mỗi ô trong bảng.

Nêu (c/d) = 0,5: ta ghi giá trị b hoặc (b+1)

cho mỗi ô trong bảng.

*Bước 3: Điều chỉnh các giá trị trong bảng.

+ Bảng thành lập ở bước 2 là bảng phân bố rãnh cho mỗi pha

trên mỗi khoảng bước cực. Nếu cộng tổng các giá trị ghi cho

các ô, giá trị này có thể:

. Nhỏ hơn tổng số rãnh Z, nếu ô ghi giá trị b.

. Lớn hơn tổng số rãnh Z, nếu ô ghi giá trị (b+1)

+ Hiệu chỉnh như sau:

. Từ ô đầu tiên đánh *, sau đó bắt đầu từ trái sang phải, từ

trên xuống dưới một khoảng cách bằng đúng 2p, dừng lại ở ô nào

đánh dấu * tại ô đó, tiếp tục cho đến khi hồi đúng về ô mở

đầu.

. Đánh dấu * kế tiếp ô kế tiếp ở bên dưới của ô vừa đánh dấu *

. Tại các ô có đánh dấu * ta hiệu chỉnh như sau:

Nếu giá trị trong ô là b ta hiệu chỉnh thành b+1

90

Nếu giá trị trong ô là b+1 ta hiệu chỉnh thành b

*Bước 4: căn cứ theo giá trị trong bảng phân bố theo clement

vừa hiệu chỉnh ta xác định số rãnh trên mỗi bước cực.

Ví dụ: áp dụng p2 clement để vẽ sơ đồ dây quấn 1 lớp, Z=30,

2p=4.

(bối/nhóm)

A C B A C B A C B A C B2 2 2 2* 2 2 2* 2 2 3 2 22 2 2 2 2* 2 2* 2* 2 3 3 22 2 2 2 2 2* 2 2* 2* 2 3 32 2 2 2 2 2 2 2 2* 2 2 3

Số thứ tự

rãnh

1 2 3 4 5 6 7

pha A A A C C B B

Số thứ tự

rãnh

8 9 10 11 12 13 14 15

pha A A A C C C B B

Số thứ tự 16 17 18 19 20 21 22 23

91

Bước cực1

Bước cực 2

Bước cực 3

rãnhpha A A C C C B B B

Số thứ tự

rãnh

24 25 26 27 28 29 30

pha A A C C B B B

b. Trình tự xây dựng sơ đồ theo pyбo .

*Bước 1: Từ Z, 2p xác định ,s lại q. viết lại q dưới dạng

phân số q=b+c/d.

*Bước 2: Căn cứ vào các giá thị b, c, d ta lập nhóm số thứ tự

theo quy tắc sau:

+ Viết con số có giá trị bằng (b+1) thành c lần.

+ Viết con số có giá trị bằng b thành (d-c) lần.

+ Lập tỷ số M= , theo pyбo M chính là số lần viết lập lại

nhóm số thứ tự và chuổi số tuần hoàn tìm được bằng cách viết M

lần nhóm số thứ tự xác định phân bố rãnh cho mỗi pha dây quấn

trên stato.

*Bước 3: Chọn Y và theo phân bố rãnh được xác định bước 2 ta

vẽ sơ đồ dây quấn hai lớp.

Ví dụ: Z=27, 2P=4.

- Xác định bước cực:

92

Bước cực 4

q= (b=2, c=1,

d=4)

- Lập nhóm số thứ tự b, c, d như sau:

. Nhóm số thứ tự: 3222

. Số lần lập nhóm số thứ tự M= (lần)

. Chuỗi tuần hoàn xác định phân bố rãnh cho 3 pha là:

3 2 2 2 3 2 2 2 3 2 2 2

ACB ACB ACB ACB

Số thứ tự

rãnh

8 9 10 11 12 13 14

Pha A A C C C B B

Số thứ tự

rãnh

15 16 17 18 19 20 21

93

A C B3 2 22 3 22 2 32 2 2

Số thứ tự

rãnh

1 2 3 4 5 6 7

Pha A A A C C B B

Bước cực 2

Bước cực 3

Bước cực 1

Pha A A C C B B B

Số thứ tự

rãnh

22 23 24 25 26 27

Pha A A A C C B

7. Dây quấn động cơ 1 pha

1. Khái niệm

Dây quấn động cơ 1pha hoặc hai pha, thường bố trí hai dây

quấn lệch pha không gian 900 và tạo dòng điện qua hai bộ dây

này lệch pha về thời gian 900 (hay gần 900), để tạo ra từ

trường quay tròn khởi động cho động cơ.

Nếu pha phụ được cắt khỏi nguồn điện khi tốc độ động cơ

đạt 75% tốc độ đồng bộ ta có động cơ 1 pha.

Nếu pha phụ đấu // pha chính khi động cơ làm việc ta có

động cơ hai pha.

- Tương tự dây quấn động cơ 3 pha, dây quấn động cơ 1 pha cũng

được phân loại:

+ Dây quấn 1 lớp đồng khuôn hay đồng tâm.

+ Dây quấn 2 lớp.

+ Dây quấn sin.

Dây quấn 1 pha thường không có dạng q phân số. Do đó tổng

số rãnh stato phải phân bố theo tỷ lệ định trước cho pha chính

và pha phụ.

94

Bước cực 4

Nếu gọi QA tổng số rãnh phân bố cho pha chính, QB tổng số

rãnh phân bố cho pha phụ ta có tỷ lệ phân bố như sau:

QA=3QB

QA=2QB

QA=QB

- qAvà qB số rãnh phân bố cho pha chính và pha phụ trên một

bước cực từ.

QA+QB = Z

, qB = , qA+qB=

* Điều kiện để sử dụng phân bố QA=QB= , ta cần có qA và qB là

các số nguyên qA=qB= nguyên bội số của 2.

* Điều kiện để sử dụng phân bố QA=2QB, QA= , QB= , muốn qA

và qB là các số nguyên nguyên và qB= nguyên là bội

số của 3.

* Điều kiện phân bố QA=3QB là bội số của 4.

2. Trình tự xây dựng sơ đồ 1 lớp

+ Bước 1: Căn cứ vào Z, 2p xác định . Tuỳ theo là bội số

của 2,3,4 ta chọn phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ. Tính

qA, qB.

+ Bước 2: phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ theo , qA,qB.

+ Bước 3: Tuỳ theo dạng dây quấn cần vẽ, tạo đầu nối cho các

nhóm bối dây. Vẽ pha chính rồi pha phụ 95

3.Trình tự xây dựng sơ đồ 2 lớp

+Bước1: Căn cứ vào Z, 2p chọn phân bố rãnh cho pha chính và

pha phụ QA,QB→qA,qB.

. Chọn bước dây

. Tính .

* Bước 2: Căn cứ , qA, qB xác định phân bố rãnh chop ha chính

và pha phụ.

* Bước 3: Tương tự như động cơ 3 pha.

Câu hỏi:

1.Tại sao máy điện không đồng bộ là loại máy điện được dùng rộng rãi nhất?2. So sánh sự giống nhau và khác nhau giữa máy điện khôngđồng bộ và máy biến áp.3. Giải thích nguyên lý tạo ra từ trường quay ở động cơ điện không đồng bộ xoay chiều 3 pha.4. Tại sao phải dùng các phương pháp mở máy động cơ điện không đồng bộ.5. Trình bày các phương pháp mở máy động cơ điện không đồng bộ, so sánh ưu nhược điểm của từng phương pháp.6. Tóm tắt các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điệnkhồng đồng bộ, so sánh ưu nhược điểm của từng phương pháp.7. Một động cơ điện không đồng bộ ba pha f = 50hz, số cựctừ 2p = 6, P = 100kw, tốc độ n = 980 vòng/phút. Giả thiếttổn hao cơ của máy bằng 1% công suất định mức đưa ra và momen tải luôn giữ không đổi. Trong mạch roto nối thêm điện trở phụ để tốc độ giảm xuống coàn 750 vòng/phút. Hãytính công suất tiêu hao trên điện trở phụ và công suất đưa ra động cơ điện khi giảm tốc độ.

96

8. So sánh cấu tạo động cơ điện 1 pha với động cơ điện 3 pha.9. Nguyên lý làm viêc động cơ điện không đồng bộ một pha.10. Trình bày các phương pháp mở máy động cơ điện 1 pha.11. Có thể đêm động cơ điện ba pha dùng như động cơ điện 1 pha được không? Lú đó công suất và momen động cơ sẽ nhưthế nào.12. Tính toán và vẽ sơ đồ dây quấn khai tiển theo kiểu đồng khuôn 1 lớp tập trung của động cơ điện không đồng bộba pha có: Z = 24, 2p = 4; Z = 36, 2p = 4; Z = 48,2p = 4.13. Tính toán và vẽ sơ đồ dây quấn khai tiển theo kiểu đồng khuôn 1 lớp phân tán của động cơ điện không đồng bộ ba pha có: Z = 24, 2p = 4; Z = 36, 2p = 4; Z = 48,2p = 4.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

- Giáo Trình Máy Điện Tác giả Vũ Gia Hanh (NXB-KHOA HỌC KỸTHUẬT)

- Giáo Trình Kỹ Thuật Điện Tác giả Lê Văn Đào (NXB-KHOA HỌC KỸTHUẬT)

- Giáo Trình Máy Điện Tác giả Nguyễn Hồng Thanh (NXB-GIAO DỤC)

CHƯƠNG 4 MÁY ĐIỆN ĐỒNGBỘ

97

1. Định nghĩa và công dụng1.1. Định nghĩa

Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay roto n bằng

tốc độ quay của từ trường n1 gọi là máy điện đồng bộ.

1.2. Công dụng

Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của lưới

điện công nghiệp. Động cơ sơ cấp là các tua bin nước, tua

bin hơi công xuất của mỗi máy có thể đạt đến 500MW. Ở các

máy phát công xuất nhỏ, máy phát được kéo bởi các động cơ

điezen hoặc tua bin khí.

Động cơ đồng bộ được sử dụng khi truyền động công

xuất lớn, có thể lên đến vài chục MW. Trong công nghiệp

luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh động cơ đồng bộ

truyền động cho các máy bơm, máy nén, quạt gió…

Trong hệ thống điện, máy bù đồng bộ làm việc phát

công xuất phản kháng cho lưới điện để bù hệ số công xuất

và ổn định điện áp.

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ.

- Cấu tạo gồm hai phần chính là stato và roto.

98

Lá thép stato

2.1. Stato

Có cấu tạo tương tự máy điện không đồng bộ gồm hai

phần chính là lỏi thép và dây quấn ba pha. Dây quấn stato

gọi là dây quấn phần ứng.

2.2. Roto

Roto máy điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích

từ. Có hai loại roto là roto ccực ẩn và roto cực lồi.

+ Roto cực lồi dùng cho máy điện tốc độ chậm, có nhiều

đôi cực.

+ Roto cực ẩn dùng cho máy điện tốc độ cao 3000vòng/phút,

có một đôi cực.

Để tạo ra sức điện động hình sin từ trường của cực từ

roto phải phân bố hình sin dọc theo khe hở không khí giữa

stato và roto, ở đỉnh các cực từ có từ cảm cực đại.

99

Dây quấn stato

Lá thép Roto

Dây quấn stato

Lá thép RotoDây quấn Roto

Đối với roto cực ẩn, dây quấn kích từ được đặt trong

các rãnh. Đối với roto cực lồi dây quấn kích quấn xung

quanh thân cực.

Hai đầu của cuộn dây kích từ đi luồn trong trục và

nối với hai vòng trượt đặt ở hai đầu trục, thông qua hai

chổi than để nối với nguồn điện.

3. Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ .

100

Roto cực

Roto cực

Cho dòng điện kích từ (dòng điện không đổi), vào dây

quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường roto.

Khi roto quay bằng động cơ sơ cấp, từ trường của roto

cắt dây quấn phần ứng stato và cảm ứng sức điện động xoay

chiều hình sin, có giá trị hiệu dụng là:

E0=4,44.f.W1.kdq.Φ0

Trong đó: E0, W1, kdq, Φ0, lần lượt là sức điện động pha,

số vòng dây 1 pha, hệ số dây quấn, từ thông cực từ roto.

Nếu roto có P đôi cực, khi roto quay được một vòng,

sđđ phần ứng sẽ biến thiên p chu kỳ, do đó nếu tốc độ của

roto là n (v/p), tần số của sức điện động là f=p.n, nếu

roto tính bằng vòng /phút thì f= .

Dây quấn ba pha stato có trục lệch nhau trong không

gian một góc là 1200 điện, cho nên sức điện động các pha

lệch nhau góc pha 1200.

101

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 điện ba pha trong dây quấn sẽ tạo nên từ trường

quay, với tốc độ là n1=60f/p, đúng bằng tốc độ n của roto.

Do đó kiểu máy điện này gọi là máy điện đồng bộ.

4. phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ.

Khi máy pháy điện làm việc, từ trường của cực từ roto

Φ0 cắt dây quấn stato, cảm ứng ra sức điện động E0 chậm

pha so với từ thông Φ0 góc 900. Dây quấn stato nối với tải

sẽ tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải.

Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ

gọi là phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ.

Trường hợp tải thuần trở (H.a), góc lệch =0, E0, I

cùng pha, dòng điện I sinh ra từ trường phần ứng Φ cùng

pha dòng điện. Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ

trường cực từ Φ0 theo hướng ngang trục làm từ trường cực

từ bị méo, ta gọi là phản ứng ngang trục.

102

Trường hợp thuần cảm (hình.b) góc lệch pha ,

dòng điện I sinh ra từ trường phần ứng Φ ngược chiều Φ0 ta

gọi là phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm

giảm từ trường tổng.

Trường hợp tải thuần dung (hình.c) dòng điện

sinh ra từ trường phần ứng Φ cùng chiều Φ0 ta gọi là phản

ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm tăng từ

trường tổng.

Trường hợp tải bất kỳ (hình.d) ta phân tích I làm hai

thành phần: thành phần dọc trục Id=I.sin và thành phần

ngang trục Iq=I.cos , I sinh ra từ trường phần ứng vừa có

tính chất ngang trục vừa có tính chất dọc trục trợ từ

hoặc khử từ tuỳ theo tính chất của tải là điện dung hay

điện cảm.

5. Phương trình điện áp của máy phát cực lồi. 103

Φ0

SN

ΦE0

I

0

I ΦΦ0

E0

SN090

I

E0

ΦΦ0

090SN Φ0

E0

Iq

Id

I

SN

Khi máy phát làm việc, Φ0 sinh ra E0 ở dây quấn stato.

Khi máy có tải sẽ có dòng điện I và điện áp trên tải. Ở

máy cực lồi khe hở dọc trục và ngang trục khác nhau nên

phải phân tích ảnh hưởng của phản ứng phần ứng theo dọc

trục và ngang trục.

Từ trường phản ứng phần ứng ngang trục tạo nên sức điện

động ngang trục

Eưq= -jIq.Xưq ( Xưqlà điện kháng phản ứng phần ứng ngang

trục ).

Từ trường phản ứng phần ứng dọc trục tạo nên sức điện

động dọc trục

Eưd = -jId.Xưd ( Xưdlà điện kháng phản ứng phần ứng dọc

trục).

Từ thông tản stato đặc trưng bởi điện kháng tản Xt

không phụ thuộc vào hướng dọc trục hoặc ngang trục. Et = -

jI.X t= -jId.Xt - jIq.Xt.

Bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn phần ứng .Rư ta có

phương trình cân bằng điện áp của máy phát điện cực lồi:

- jId.Xd - jId.Xt - jIq.Xq

- jIq.Xt

= - jId.(Xưd+Xt)-jIq.

(Xưq+Xt)

Gọi (Xưd+Xt) = Xd là điện kháng đồng bộ dọc trục. 104

(Xưq+Xt) = Xq là điện kháng đồng bộ ngang

trục.

- jIdXd - jId.Xq

Máy phát điện cực ẩn là trường hợp đặc biệt của máy

phát cực lồi Xđb=Xd=Xqgọi là điện kháng đồng bộ.

- jI.Xđb

6. Đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh.

6.1. Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ U=f(I) và

độ thay đổi điện áp.

Đặc tính ngoài của máy phát điện là quan hệ điện áp U

trên cực của máy phát điện và dòng điện tải I khi tính

chất tải không đổi (cos = const), tần số và dòng điện

kích từ là không đổi, từ phương trình cân bằng điện áp ta

vẽ đồ thị vectơ ứng với các loại tải khác nhau.

Khi tải tăng, đối với tải cảm và trở, điện áp

giảm( tải cảm điện áp giảm nhiều hơn ), đối với tải điện

105

jIq.Xq

jId.Xd

E0

U

IqI

Id

jI.Xđb

I

U

E0

dung điện áp tăng. Bằng đồ thị ta nhận thấy điện áp phụ

thuộc vào dòng điện và đặc tính của tải.

Khi tải có tính chất điện cảm, phản ứng phần ứng dọc

trục khử từ làm cho từ thông tổng giảm do đó đặc tính

ngoài dốc hơn tải điện trở để giữ điện áp U bằng định

mức, phải thay đổi U0 bằng cách điều chỉnh dòng điện kt.

* Độ thay đổi diện áp ( ở đầu cực của máy phát ).

Khi làm việc định mức so với lúc không tải được xác

định như sau:

ΔU%= do Xđb khá lớn

6.2.Đặc tính điều chỉnh.

Đặc tính điều chỉnh là quan hệ giữa dòng điện kích từ

và dòng điện tải It=f(I).

106

Tải L

Tải R-L

Tải R-C

Iđm I

U0

U

IIđm

Uđm

U

Khi điện áp U không đổi và bằng giá trị định mức, cos =

const, f=fđm, nó cho biết chiều hướng điều chỉnh dòng

điện It của máy phát để giữ cho điện áp U ở đầu máy không

đổi.

Khi tải cảm tăng tác dụng khử từ của phản ứng phần

ứng cũng tăng làm cho U bị giảm.

Để giữ cho U không đổi phải tăng dòng điện từ hoá it,

ngược lại tải điện dung khi tăng I, muốn giữ U không đổi

phải giảm it.

7. Sự làm việc song song của máy phát điện đồng bộ.

Các hệ thống điện gồm nhiều máy phát điện làm việc

song song với nhau, tạo thành lưới điện. Công xuất của

lưới điện rất lớn so với công xuất của máy riêng rẽ. Để

tránh dòng điện xung và các momen điện từ có giá trị rất

lớn có thể sinh ra làm hỏng máy phát điện và các thiết bị

điện khác, gây rối loạn hệ thống điện lực. Do vậy trị số

107

cos<0(điện dung)

IIđm

Ikt

Ikt

cos=1

cos<1(điện cảm)

tức thời điện áp của máy phát và hệ thống điện lực luôn

bằng nhau. Muốn vậy phải đảm bảo các điều kiện sau:

1.Điện áp của máy phát phải bằng điện áp của lưới (UF=UL).

2.Tần số của máy phát phải bằng tầng số của lưới (fF=fL).

3.Thứ tự pha của máy phát phải bằng thứ tự pha của lưới.

4.Điện áp của máy và của lưới phải trùng pha nhau.

Việc ghép song song các máy phát điện vào hệ thống

điện theo các điều kiện như trên gọi là hoà đồng bộ máy

phát điện.

7.1. Phương pháp hoà đồng bộ chính xác.

Để ghép máy phát điện vào làm việc song song với lưới

điện bằng phương pháp hoà đồng bộ chính xác, có thể dùng

bộ đồng bộ kiểu ánh sáng đèn hoặc hoà đồng bộ kiểu điện

từ.

a. Hoà đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu ánh sáng.

F1 là máy phát đang làm việc, F2 là máy phát cần ghép

song song với F1. Bộ đồng bộ kiểu ánh sáng được hình thành

bằng các ngạo đèn 1,2 và 3.

Khi hoà đồng bộ kiểu nối tối, mỗi ngọn đèn 1,2,3 của

bộ đồng bộ được nối giữa hai đầu tương ứng của cầu dao D2.

Khi 3 đền cừng tắt ứng với lúc điện áp của máy phát F2

và của lưới điện thùng pha nhau thì đóng cầu dao D2.(UF=UL,

fF=fL)

108

Khi hoà đồng bộ kiểu ánh sáng quay thì 2 trong 3 đèn,

thí dụ đèn 2,3 phải nối với đầu không tương ứng của cầu

dao D2. Trong quá trình ghep song song nếu thứ tự pha

giống nhau thì khi fF≠fL các đèn 1,2,3 sẽ lần lượt sáng và

tối tạo thành ánh sáng “quay”. Tốc độ quay nhanh hay chậm

phụ thuộc vào sự khác nhau giữa fLvà fF. Khi fF và fL bằng

nhau (điều chỉnh fF), tốc độ ánh sáng quay thật chậm và

đợi đèn (1) tắt hẳn, các đèn nối chéo 2,3 sáng bằng nhau

ứng điện áp máy phát và lưới điện trùng pha nhau thì đóng

cầu dao D2.

109

F1 F2

Ikt1

-Ikt2

-

V

D1 D2

UL’ fL

UF, fF

1

23

b. Hoà đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ.

Sử dụng cho các máy phát điện có công xuất lớn, để

kiểm tra các điều kiện ghép song song máy phát điện vào

lưới điện người ta dùng cột đồng bộ tức là bộ đồng bộ

kiểu điện từ. Gồm 3 dụng cụ đo: một vôn-mét có hai kim,

một kim chỉ UF và 1 kim chỉ UL, một tần số kế có hai dãy

phiên rung để chỉ đồng thời fF và fL, một dụng cụ đo làm

làm việc theo nguyên lý từ trường quay có kim quay với

tần số fF-fL, tốc độ quay của kim phụ thuộc vào fF-fL và

chiều quay của kim thuận hay ngược chiều kim đồng hồ tuỳ

theo fL>fF hoặc ngược lại. Khi fF = fL và kim quay thật

110

F1 F2

Ikt1

+

-Ikt2

+

-

V

D1 D2

UL’ fL

UF, fF

1

23

chậm (fF ≈ fL) thì thời điểm đóng cầu dao là lúc kim trùng

với đường thẳng và hướng lên trên.

7.2. Phương pháp tự đồng bộ.

Đem quay máy phát điện không được kích từ (Uf=0), với

dây quấn kích thích đợc nối với điện trở triệt từ đến tốc

độ sai khác với tốc độ đồng bộ khoảng 2% rồi không cần

kiểm tra tần số, tị số và góc pha của điện áp cứ việc

đóng cầu dao ghép máy phát điện vào lưới điện . Sau đó

lập tức cho kích thích máy phát điện và do tác dụng của

momen đồng bộ, máy phát điện được lôi vào tốc độ đồng bộ

(fF=fL), qua trình ghép máy phát điện làm việc // trong

lưới điện được hoàn thành.

8. Động cơ và máy bù đồng bộ

8.1. Đồng cơ điện đông bộ

Có cấu tạo giống như máy phát điện đồng bộ. Nguyên lý

hoạt động của động cơ điện đồng bộ như sau:

Khi ta cho dòng điện xoay chiều ba pha iA,iB,iC vào dây

quấn stato, tương tự như động cơ điện không đồng bộ, dòng

điện 3 pha sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ n1= ta

hình dung từ trường quay stato như một nam châm quay

tưởng tượng (hình vẽ). Khi cho dòng điện một chiều vào

dây quấn roto, roto biến thành nam châm điện. Tác dụng

tương hổ giữa từ trường stato và từ trường roto sẽ có tác 111

dụng lên roto. Khi từ trường stato quay với tốc độ n1, lực

từ tác dụng sẽ kéo roto quay với tốc độ n=n1. Phương trình

cân bằng điện áp là:

(bỏ qua R)

8.2.Mở máy động cơ đồng bộ

Muốn động cơ đồng bộ làm việc, phải tạo nên momen mở

máy để quay roto đồng bộ với ttừ trường quay stato, giữ

cho lực tác dụng tương hổ giữa hai từ trường không đổi

chiều.

Để tạo ra momen mở máy, trên các mặt cực từ roto

người ta đặt các thanh dẫn nối ngắn mạch như roto lồng

sóc ở đọng cơ không đồng bộ.

Trong quá trình mở máy dây quấn kích từ sẽ cảm ứng

điện áp rất lớn, có thể phá hỏng dây quấn kích từ, vì thế

dây quấn kích từ sẽ được khép mạch qua điện trở phóng

điện có giá trị bằng 6 10 lần điện trở dây quấn kích từ.

Khi roto quayđén tốc độ gần bằng tốc độ đồng bộ n1, đóng

nguồn điện một chiều vào dây quấn kích từ, động cơ sẽ làm

việc đồng bộ.

8.4.Máy bù đồng bộ

Máy bù đồng bộ thực chất là động cơ đồng bộ làm việc

không tải với dòng điện kích từ được điều chỉnh để phát 112

hoặc tiêu thụ công xuất phản kháng, duy trì được điện áp

quy định của lưới điện ở khu vực tập trung hộ dùng điện.

Để phát ra công xuất phản kháng cho máy điện làm việc

ở chế độ quá kích từ, còn để tiêu thụ công xuất phản

kháng từ lưới điện cho máy điện làm việc ở chế độ thiếu

kích từ.

Câu hỏi:

1.Công dụng máy điện đồng bộ. So sánh điểm giống và khác

nhau giữa máy điện đồng bộ và máy điện máy điện không

đồng bộ.

2. Phản ứng phần ứng là gì? Phản ứng phần ứng của máy

phát điện đồng bộ qua các loại tải?

3.Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ là gì? Để

giữ điện áp phát không thay đổi ta phải điều chỉnh như

thế nào.

4. Các điều kiện cần thiết để hòa máy phát vào lưới điện.

Phương pháp hòa đồng bộ kiểu ánh sáng đèn.

5. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện đồng bộ.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

- Giáo Trình Máy Điện Tác giả Vũ Gia Hanh (NXB - KHOA HỌC KỸTHUẬT)

113

- Giáo Trình Kỹ Thuật Điện Tác giả Lê Văn Đào (NXB-KHOA HỌC KỸTHUẬT)

- Giáo Trình Máy Điện Tác giả Nguyễn Hồng Thanh (NXB-GIAO DỤC)

114

CHƯƠNG 5

MÁY ĐIỆN MỘT

CHIỀU1.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

1.1. Cấu tạo

Gồm các phần chính: stato với cực từ, roto với dây

quấn và cổ góp với chổi than.

a.Stato:

115

Còn gọi là phần cảm, gồm lỏi thép bằng thép đúc là

mạch từ vừa là vỏ máy. Các cực từ chính có dây quấn kích

từ.

b.Roto:

Roto của máy điện một chiều gọi là phần ứng, gồm lỏi

thép và dây quấn phần ứng, lỏi

thép do các lá thép ghép lại, có dập lỗ và rãnh để đặt

dây quấn và thông gió.

Mỗi phần tử dây quấn có nhiều vòng dây, hai đầu nối

với hai phiến góp.

116

c.Cổ góp và chổi điện

Cổ góp gồm nhiều phiến đồng ghép lại có cách điện, có

dạng hình trụ, gắn ở đầu trục roto.

Chổi than làm bằng than graphit. Các chổi than tỳ sát

lên cổ góp nhờ lò xo và chổi than gắn trên nắp máy.

1.2. Nguyên lý hoạt động

a.Máy phát:

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 117

sức điện động. Chiều sức điện động cảm ứng xác định theo

quy tắc bàn tay phải. Như hình vẽ từ trường hướng từ cực

N đến cực S (từ trên xuống dưới ), chiều quay phần ứng

ngược chiều kim đồng hồ, ở thanh dẫn phía trên, sức điện

động có chiều từ b đến a. Ở thanh dẫn phái dưới sức điện

động có chiều từ d đến c. Sức điện động phần tử bằng hai

lần sức điện động thanh dẫn. Nếu nối hai chổi than A và B

với tải, trên tải có dòng điện, điện áp máy phát có cực

dương ở chổi than A và cực âm ở chổi than B.

Khi phần ứng quay được nữa vòng, vị trí của phần tử

thay đổi, thanh ab ở cực S, thanh dc ở cực N, sức điện

động thanh dẫn đổi chiều. Nhờ có chổi điện đứng yên chổi

điện A vẫn nối phiến góp phía trên, chổ than B nối phiên

góp phía dưới, nên chiều dòng điện ở mạch ngoài không

đổi. Ta có máy phát điện một chiều với cực dương chổi

than A, cực âm chổi than B.

118

Để điện áp lớn và ít đập mạch, dây quấn phải có nhiều

phần tử, nhiều phiến đổi chiều.

Ở chế độ máy phát điện dòng điện phần ứng Iư cùng

chiều với sức điện động phần ứng Eư.

Phương trình cân bằng điện áp trên hai cực của máy phát

sẽ là:

U=Eư - Iư.Rư (Iư cùng chiều Eư), Eư: gọi

là sức điện động.

b.Động cơ điệnKhi cho điện áp U vào chổi than A và B, trong dây quấn

phần ứng có dòng điện. Các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm

trong từ trường, sẽ chịu lực tác dụng làm cho roto quay. Chiều

lực từ xác định theo quy rắc bàn tay trái

119

Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn

ab, cd đổi chổ cho nhau, do có phiến góp, đổi chiều dòng

điện, giữ cho lực tác dụng không đổi, đảm bảo động cơ có

chiều không đổi.

Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường, sẽ cảm

ứng sức điện động Eư. Chiều sức điện động xác định theo

quy tắc bàn tay phải. Ở chế độ động cơ điện chiều sức

điện động Eư ngược chiều với dòng điện Iư, nên Eư còn gọi

là sức phản điện.

Phương trình cân bằng điện áp sẽ là:

U = Eư + RưIư

2.Từ trường và sức điện động của máy điện một chiều.

2.1. Từ trường của máy điện một chiều.

Khi không tải, từ trường trong máy chỉ do dòng điện

kích từ gây ra gọi là từ trường cực từ, phân bố đối xứng,

ở đường trung tính hình học mn, cường độ từ cảm B=0→

120

thanh dẫn chuyển động qua đó không cảm ứng sức điện động.

(hình a)

Khi máy điện có tải, dòng điện Iư trong dây quấn phần

ứng sẽ sinh ra từ trường phần ứng hướng vuông góc với từ

trường cực từ. (hình b)

Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ

gọi là phản ứng phần ứng, từ trường trong máy là tổng của

từ trường phần ứng và từ trường cực từ. (hình c)

Ở một mỏm cực từ trường được tăng cường ( từ trường

phần ứng cùng chiều với từ trường cực từ ), trong khi đó

ở mỏm cực kia, từ trường bị yếu đi ( 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 có từ cảm B=0

dịch chuyển từ đường trung tính hình học mn đến vị trí

121

Hình a Hình b Hình b

mới gọi là trung tính vật lý m,n,, góc lệch β nhỏ và lệch

theo chiều quay roto nếu là máy phát điện, ngược lại

chiều quay roto nếu là động cơ điện. ở vị trí trung tính

hình học B ≠0, thanh dẫn chuyển động qua đó sẽ cảm ứng

sức điện động→ ảnh hưởng xấu đến việc đổi chiều.

Khi tải tăng→Iư lớn→Φư lớn, phần mỏm từ trường được

tăng cường bị bảo hoà→B tăng lên rất ít, trong khi đó mỏm

cực từ kia từ trường giảm đi nhiều→Φ của máy giảm đi

nhiều→Eư giảm trên đầu cực máy phát U giảm. Ở chế độ động

cơ Φ↓→momen giảm→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 ( đấu nối tiếp cực từ phụ và

dây quấn bù nối tiếp mạch phần ứng).(hình vẽ)

2.2. Sức điện động phần ứng

a. 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 sức điện động là: e=B.l.V

Btb: cường độ từ cảm trung bình

dưới cực từ.

l: chiều dài hiệu dụng của thanh

dẫn.

V: tốc độ dài của thanh dẫn.

122

b. Sức điện động phần ứng Eư: Dây quấn phần ứng gồm nhiều

phần tử nối tiếp nhau thành mạch vòng kín. Nếu số thanh

dẫn của dây quấn là N, số nhánh song song là 2a(a là số

đôi mạch nhánh).

Eư= (1)

V: tốc độ dài xác định theo tốc độ quay n(V/p), V=

(2), D: đkính ngoài phần ứng

.Từ thông dưới mỗi cực từ Φ = Btb.

Eư= p: số đôi cực

KE= phụ thuộc kết cấu dây quấn phần ứng

3. Công xuất điện từ, momen điện từ

Pđt=Eư.Iư=

. Momen điện từ: Mđt=

Mđt=KM.Iư.Φ , ( KM= : phụ

thuộc vào cấu tạo dây quấn )

4. Tia lửa điện trên cổ góp và cách khắc phục.

Khi máy điện làm việc, qua trình đổi chiều thường gây

ra tia lửa điện giữa chổi than và cổ góp điện. Tia lửa 123

lớn có thể gây nên vành lửa xung quanh cổ góp điện, phá

hỏng chổi than và cổ góp điện, gây tổn hao năng lượng,

ảnh hưởng xấu đến môi trường và gây nhiểu đến thiết bị

điện tử. Sự phát sinh này do các nguyên nhân sau:

4.1. Nguyên nhân cơ khí

Do sự tiếp xúc giữa cổ góp và chổi than không tốt, do

cổ góp không tròn, không nhẫn chổi than không đúng quy

cách, rung động chổi than do cố định không tốt hoặc lực

lò xo không đủ để tỳ sát chổi than vào cổ góp.

4.2. Nguyên nhân điện từ

Khi roto quay liên tiếp có phần tử chuyển từ 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 sau:

a. Sức điện động tự cảm eLdo sự biến thiên dòng điện trong

các phần tử đổi chiều.

b. Sức điện động hổ cảm em do sự biến thiên dòng điện của

các phần tử đổi chiều khác lân cân.

c. Sức điện động eqdo từ trường phần ứng gây ra.

Ở thời điểm chổi điện ngắn mạch phần tử đổi chiều các

sức điện động trên sinh ra dòng điện i chạy quẩn trong

phần tử ấy, tích luỹ năng lượng và pháng ra dới dạng tia

lửa khi vành góp chuyển động.

124

Để khắc phục tia lửa, ngoài việc loại trừ nguyên nhân

cơ khí, người ta 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 eL,em,eq. Từ trường của

dây quấn bù và cực từ phụ phải ngược chiều với từ trường

phần ứng. Đối với máy công xuất nhỏ người ta chuyển chổi

than về trung tính vật lý m,n,.

5. Máy phát điện một chiều.

5.1. Phân loại:

Dựa vào phương pháp cung cấp dòng kích từ, người ta

chia máy điện một chiều ra làm các loại:

a. 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.

b. Máy điện một chiều kích từ song song: Dây quấn kích từ

nối song song với mạch phần ứng. 125

c. Máy điện một chiều kích từ nối tiếp: Dây quấn kích từ

mắc nối tiếp với mạch phần ứng.

d. Máy điện một chiều kích từ hổn hợp: gồm hai dây quấn

kích từ, dây quấn kích từ nối tiếp và dây quấn kích

từ //, trong đó dây quấn kích từ // là chủ yếu.

5.2. Máy phát điện một chiều KT độc lập.

Dòng điện phần ứng bằng dòng điện tải (Iư=I)

Phương trình cân bằng điện áp trên mạch phần ứng: U =

Eư - Rư.I

Trên mạch kích từ: Ukt=Ikt(Rkt+Rđc)

Trong đó: Rưlà điện trở dây quấn phần ứng

Rktlà điện trở dây quấn kích từ

Rđcđiện trở điều chỉnh

Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng tăng, điện

áp U giảm xuống do hai nguyên nhân:

do tác động của phản ứng phần ứng→Φ↓→Eư↓.

Điện áp rơi trên mạch phần ứng Iư.Rư tăng.

126

--+

+

-+ - + - +Hình a

Hình b

Hình c

Hình d

Để giữ cho điện áp máy phát không đổi tăng dòng điện

kích từ.

Máy phát kích từ độc lập có ưu điểm về điều chỉnh

điện áp, thường gặp trong hệ thống máy phát – động cơ để

truyền động máy cán, máy cắt gọt kim loại. Có nhược điểm

là cần nguồn kích từ riêng.

5.3. Máy phát điện kích từ //

Để tạo thành điện áp cần thực hiện một quá trình tự

kt. Lúc đầu máy không có dòng kích từ, từ thông trong máy

là do từ dư của cực từ tạo ra (2-3)%Φđm. Khi quay phần

ứng, trong dây quấn phần ứng có sức điện động cảm ứng do

từ dư sinh ra, sức điện động này qua dây quấn kích từ →Ikt

tăng lên, quá trình tiếp tục cho đến khi điện áp ổn định.

Để máy phát ra điện áp, cần thiết phải có từ dư, nếu

không có từ dư ta phải mồi từ nếu chiều hai tư trường

127

I

Rtải

CKTRkt

Ik

t

- +Iư

- +

A

0 I

U,Eư Ik

t

ngược nhau, ta phải đổi cực tính dây quấn kích từ hoặc

đoỏi chiều dây quấn phần ứng.

Mạch phần ứng: U=Eư - Rư.Iư.

Mạch kích từ: U=Ikt.(Rkt+Rđc).

Phương trình dòng điện: Iư=I+Ikt

- Khi tải tăng → Iư tăng → Ugiảm →Ikt↓ → Φ↓→Eư↓.

5.4. Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp.

Dòng điện kích từ là dòng điện tải, do đó khi tải

thay đổi điện áp thay đổi rất nhiều, trong thực tế không

sử dụng máy phát kích từ nối tiếp. Đặc tính ngoài U=f(I),

khi tải tăng Iư↑ →Φ↑→ Eư↑ →U↑. khi I=(2-2,5)Iđm máy bảo hoà

I↑→U↓.

128

Rtải

CKTRkt

- +Iư

A

I

U

I

Ikt

5.5. Máy phát điện KT hổn hợp.

Khi nối thuận, từ thông cuộn nối tiếp cùng chiều cuộn

//. Khi tải tăng Φnt↑→Φtổng↑→Eư↑→U không đổi→ ưu điểm của

máy phát kích từ hổn hợp.

Khi nối ngược Φntvà Φ// ngược nhau, khi tải tăng U giảm

nhiều U=f(I) dốc → dùng làm máy hàn điện một chiều.

6. Động cơ điện một chiều.

Dựa vào phương pháp kích từ phân loại động cơ điện

một chiều giống như máy phát điện một chiều. 129

- +

A

U=f(I)

U

I

- +

A

I

UI

U

Eư= (Eư gọi là sức phản điện, Eư ngược

chiều Iư).

Mđt=

Đối với động cơ, momen điện từ là momen quay, cùng

chiều với tốc độ quay n.

6.1. Mở máy động cơ điện 1 chiều.

Phương trình cân bằng điện áp ở mạch phần ứng:

U = Eư+Iư.Rư→ Iư =

Khi mở máy n=0→Eư = 0 → Iư=U/Rư, vì Rư nhỏ → Iưmm=(20-

30)Iđm→ làm hỏng cổ góp và chổi than, ảnh hưởng đến lưới

điện.

Để giảm Imở = (1,5-2)Iđm ta dùng các biện pháp sau:

a. Dùng điện trở mở máy.

Mắc điện trở vào mạch phần ứng, dòng điện mở máy lúc

này Iưmở= lúc đầu để Rmởlớn nhất, sau giảm dần

(n↑→Eư↑→Iư↓→Rmở↓).

b. Giảm điện áp đặt vào phần ứng.

P2 này được sử dụng có nguồn điện áp thay đổi được.

6.2. Điều chỉnh tốc độ.

130

Eư= U-Iư.Rư, mà Eư = KE.ϕ.n (1), nhìn vào

phương trình (1) muốn điều chỉnh tốc độ ta có các phương

pháp sau:

a. Mắc điện trở phụ trên mạch phần ứng:

Khi thêm điện trở phụ vào mạch phần ứngtốc độ động cơ

giảm. Vì rằng dòng điện phần ứng lớn, nên tổn hao công

xuất trên điện trở điều chỉnh lớn. Phương pháp này chỉ áp

dụng cho động cơ công xuất nhỏ.

b. Thay đổi điện áp:

Dùng nguồn 1chiều điều chỉnh được điện áp cung cấp

cho động cơ. Phương pháp này được sử dụng nhiều.

c. Thay đổi từ thông:

Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng kích từ.

7. Dây quấn phần ứng máy điện một chiều

7.1. Khái quát

Dây quấn phần ứng tham gia quá trình biến đổi

năng lượng từ điện năng sang cơ năng hay ngược lại, do

vậy nó cần có các yêu cầu sau đây:

Tạo ra một sức điện động cần thiết, có thể cho dàng

điện nhất định chạy qua mà không bị nóng qúa nhiệt

độ cho phép, đảm bảo đổi chiều tốt.

131

Triệt để tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản, làm

việc chắc chắn và an toàn.

Dây quấn phần ứng phân ra làm các loại sau:

Dây quấn xếp đơn và xếp phức tạp.

Dây quấn sóng đơn và sóng phức tạp.

Dây quấn hổn hợp(kết hợp cả hai loại dây quấn).

7.2. Cấu tạo dây quấn phần ứng.

Phần tử: là một bối dây gồm nhiều vòng dây mà hai đầu

của nó nối vào hai phiến góp( hình vẽ).

Rãnh thực: Z

Rãnh nguyên tố: Znt là trong rãnh thực đặt hai cạnh

tác dụng gồm một cạnh nằm trên và một cạnh nằm dưới.

Nếu trong một rãnh thực mà người ta đặt 2u canh tác

dụng (u=1,2,3…), thì người ta có thể chia rãnh thực

ra làm u rãnh nguyên tố. Znt = u.Z ( hình vẽ )

Số phần tử của dây quấn phần ứng: S

Số phiến góp của cổ góp: G

Quan hệ giữa S,G,Znt: Znt=S=G.

7.3. Các bước dây quấn

Bước dây quấn thứ nhất Y1: khoảng cách giữa hai cạnh

tác dụng của một phần tử đo bằng số rãnh nguyên tố.

132

Bước dây thứ hai Y2: khoảng cách giữa cạnh tác dụng

thứ hai của phần tử thứ nhất với cạnh tác dụng thứ

nhất của phần tử thứ hai, đo bằng rãnh nguyên tố.

Bước dây tổng hợp y: khoảng cách giữa hai cạnh tác

dụng của hai phần tử liên tiếp nhau, đo bằng rãnh

nguyên tố.

Bước trên vành góp yG: là khoảng cách giữa hai phiến

góp có hai cạnh tác dụng của cùng một phần tử nối vào

đó và đo bằng số phiến góp.( hình vẽ )

7.4. Dây quấn xếp đơn.

Bước dây thứ nhất: y1= = số nguyên

y1= ta có dây quấn bước đủ.

y1= ta có dây quấn bước dài.

y1= ta có dây quấn bước ngắn.

Bước dây tổng hợp y = yG=1.

Bước dây thứ hai y = y1- y.

Ví dụ: Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn xếp đơn Znt= S = G =

16, 2p = 4.

* y = yG= 1, y2 = y1- y = 4-1=3.

Lớp trên: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 1 khép kín 133

Lớp dưới: 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1

2 3 4

Cạnh nằm trên vẽ bằng nét liền, cạnh nằm dưới vẽ bằng

nét đứt.

Vị trí cực từ đối xứng nhau, nghĩa là khoảng cách

giữa chúng phải đều nhau, chiều rộng cực từ bằng

khoảng 0,7 bước cực.

Vị trí đặt chổi than phải trùng với trục của cực từ,

chiều rộng chổi than bằng một phiến góp.

7.5. Dây quấn xếp phức tạp.

Điểm khác nhau giữa dây quấn xếp đơn và phức tạp chỉ

ở bước yG, nếu yG=m trong đó m=2,3…số nguyên thì ta có dây

quấn xếp phức tạp. Thường chỉ dùng m=2.

Ví dụ:

- Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn xếp phức tạp yG= m = 2, 2p

= 4, Znt= S = G = 24.

* Các bước dây quấn: y1=

y = yG=2

y2= y1-y = 6-2 = 4

* Trình tự nối các phần tử: 134

Lớp trên: 1 3 5 7 9 11 13

15 17 19 21 23 1 khép kín

Lớp dưới: 7 9 11 13 15 17 19 21

23 1 3 5

Lớp trên: 2 4 6 8 10 12 14 16

18 20 22 24 2 khép kín

Lớp dưới: 8 10 12 14 16 18 20 22

24 2 4 6

7.6. Dây quấn sóng đơn.

Đặc điểm của dây quấn song đơn là hai đầu của phần tử

nối với hai phiến đổi chiều cách rất xa nhau và hai phần

tử nối với nhau cũng cách xa nhau nên cách đấu gần giống

như làn song.

135

Cách xác định bước dây y1tương tự như dây quấn xếp

đơn, chỉ khác ở bước dây yG

yG= Nếu lấy dấu (-) ta có dây quấn trái

Nếu lấy dấu (+) ta có dây quấn

phải

Thường chọn dây quấn trái để tiêt kiệm dây.

y = yG, y2 = y-y1

Ví dụ:

- Vẽ sơ đồ khai khiển dây quấn song đơn 2p=4, G=S=Znt=15.

*Bước dây: y1= (chọn bước ngắn)

yG= (dây quấn trái)

y = yG→y2= y-y1=7-3=4

Lớp trên: 1 8 15 7 14 6 13 5 12

4 11 3 10 2 9 1khép kín

Lớp dưới:4 11 3 10 12 9 1 8 15

7 14 6 13 5 12

136