Xem mẫu
- Giáo trình
máy điện
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
PhÇn thø nhÊt
M¸y ®iÖn mét chiÒu
Ch−¬ng 1
®¹i c−¬ng vÒ m¸y ®iÖn mét chiÒu
Ngµy nay, mÆc dï dßng ®iÖn xoay chiÒu ®−îc sö dông rÊt réng r·i, song m¸y ®iÖn
mét chiÒu vÉn ®−îc coi lµ mét lo¹i m¸y quan träng. Nã cã thÓ dïng lµm ®éng c¬ ®iÖn,
m¸y ph¸t ®iÖn hay dïng trong nh÷ng ®iÒu kiÖn lµm viÖc kh¸c.
§éng c¬ ®iÖn mét chiÒu cã m« men më m¸y lín, cã kh¶ n¨ng ®iÒu chØnh tèc ®é
b»ng ph¼ng, ph¹m vi ®iÒu chØnh réng nªn chóng ®−îc dïng nhiÒu trong c¸c m¸y c«ng
nghiÖp cã yªu cÇu cao vÒ ®iÒu chØnh tèc ®é nh− c¸n thÐp, hÇm má, giao th«ng vËn t¶i...
M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu dïng lµm nguån ®iÖn cho c¸c ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu,
lµm nguån ®iÖn mét chiÒu kÝch thÝch tõ trong m¸y ®iÖn ®ång bé. Ngoµi ra trong c«ng
nghiÖp ®iÖn ho¸ häc nh− tinh luyÖn ®ång, nh«m, m¹ ®iÖn... còng cÇn dïng nguån ®iÖn
mét chiÒu ®iÖn ¸p thÊp.
M¸y ®iÖn mét chiÒu còng cã nh÷ng nh−îc ®iÓm cña nã so víi m¸y ®iÖn xoay chiÒu
nh− gi¸ thµnh ®¾t h¬n, sö dông nhiÒu kim lo¹i mµu h¬n, chÕ t¹o vµ b¶o qu¶n cæ gãp
phøc t¹p,... nh−ng do nh÷ng −u ®iÓm cña nã nªn m¸y ®iÖn mét chiÒu vÉn cßn cã mét
tÇm quan träng nhÊt ®Þnh trong s¶n xuÊt.
1-1. Nguyªn lý lµm viÖc cña m¸y ®iÖn mét chiÒu
M¸y ®iÖn mét chiÒu cã thÓ lµm viÖc ë chÕ ®é m¸y ph¸t ®iÖn hoÆc chÕ ®é ®éng c¬
®iÖn dùa vµo nguyªn lý c¶m øng ®iÖn tõ.
1.1.1. ChÕ ®é m¸y ph¸t ®iÖn
S¬ ®å nguyªn lý lµm viÖc cña m¸y ®iÖn mét chiÒu nh− h×nh 1-1. M¸y gåm cã mét
khung d©y abcd hai ®Çu nèi víi hai phiÕn gãp (hai nöa vßng ®ång). Hai chæi ®iÖn (chæi
than) A vµ B ®Æt cè ®Þnh vµ lu«n t× s¸t vµo phiÕn gãp. Khung d©y vµ phiÕn gãp ®−îc
quay quanh trôc cña nã víi mét tèc ®é kh«ng ®æi trong tõ tr−êng cña hai cùc nam
ch©m N - S.
Khi khung d©y quay, c¸c thanh dÉn ab vµ cd sÏ c¾t c¸c ®−êng søc tõ tr−êng. Theo
®Þnh luËt c¶m øng ®iÖn tõ, trong c¸c thanh dÉn xuÊt hiÖn søc ®iÖn ®éng (s.®.®) c¶m
øng, trÞ sè tøc thêi cña s.®.®. c¶m øng ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc:
e = B.l.v (1-1)
trong ®ã: B - tõ c¶m ë n¬i thanh dÉn quÐt qua;
l - chiÒu dµi thanh dÉn n»m trong tõ tr−êng;
v - vËn tèc quÐt cña thanh dÉn.
ChiÒu cña s.®.®. c¶m øng ®−îc x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay ph¶i. Theo vÞ trÝ cña
khung d©y trªn h×nh 1-1 vµ gi¶ thiÕt chiÒu quay cña khung d©y ng−îc chiÒu kim ®ång
hå th× thanh dÉn ab ®ang n»m d−íi cùc b¾c N, s.®.®. c¶m øng e sÏ cã chiÒu tõ b ®Õn a,
5
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
cßn thanh dÉn cd ®ang n»m d−íi cùc
nam S, chiÒu cña s.®.®. c¶m øng trong
nã sÏ tõ d ®Õn c. NÕu m¹ch ngoµi n
khÐp kÝn qua t¶i th× s.®.®. trong khung c
d©y sÏ sinh ra trong m¹ch ngoµi mét
e
d
dßng ®iÖn ch¹y tõ chæi than A ®Õn
chæi than B. Do khung d©y quay nªn b
B
c¸c thanh dÉn ab vµ cd lÇn l−ît thay e
-
®æi vÞ trÝ n»m d−íi c¸c cùc tõ, do ®ã
a
s.®.®. c¶m øng trong c¸c thanh dÉn lµ A
s.®.®. xoay chiÒu. NÕu tõ c¶m trong +
khe hë kh«ng khÝ (n¬i thanh dÉn quÐt
qua) ph©n bè h×nh sin th× theo c«ng
thøc (1-1) s.®.®. trong khung d©y R
còng lµ h×nh sin.
H×nh 1-1. Nguyªn lý lµm viÖc
V× chæi ®iÖn A lu«n t× lªn phiÕn
cña m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu
gãp nèi víi thanh dÉn n»m d−íi vïng
cùc b¾c N, cßn chæi ®iÖn B lu«n t× lªn
phiÕn gãp nèi víi thanh dÉn n»m d−íi
e, i
vïng cùc nam S nªn dßng ®iÖn ë 2
m¹ch ngoµi chØ ch¹y theo mét chiÒu
tõ chæi A (cùc d−¬ng) ®Õn chæi B
(cùc ©m). Nh− vËy, s.®.®. xoay chiÒu
t
c¶m øng trong khung d©y vµ dßng
1
®iÖn t−¬ng øng ®· ®−îc chØnh l−u
thµnh s.®.®. vµ dßng ®iÖn mét chiÒu ë
H×nh 1-2. S.®.®. vµ dßng ®iÖn trong
m¹ch ngoµi nhê hÖ thèng vµnh gãp vµ
khung d©y (1) vµ ë m¹ch ngoµi (2).
chæi than (h×nh 1-2).
NÕu m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu cã
mét khung d©y nh− ë h×nh 1-1 th×
®iÖn ¸p gi÷a hai chæi ®iÖn A, B cã
d¹ng nh− ®−êng 2 ë h×nh 1-2, gäi lµ
®iÖn ¸p ®Ëp m¹ch. Trªn thùc tÕ, ®Ó cã
s.®.®. lín gi÷a c¸c chæi than vµ ®Ó e
gi¶m sù ®Ëp m¹ch cña s.®.®. ®ã,
ng−êi ta dïng nhiÒu khung d©y ®Æt
lÖch nhau mét gãc trong kh«ng gian
lµm thµnh d©y quÊn phÇn øng. Còng
t
chÝnh v× vËy nªn kh«ng ph¶i chØ cã
hai phiÕn gãp mµ cã nhiÒu phiÕn gãp H×nh 1-3. S.®.®. ë m¹ch ngoµi khi
ghÐp l¹i víi nhau thµnh mét cæ gãp cã 2 khung d©y ®Æt lÖch nhau 900
®iÖn. C¸c phiÕn gãp c¸ch ®iÖn víi
nhau b»ng mica máng. §iÖn ¸p gi÷a
hai chæi ®iÖn lµ tæng c¸c s.®.®. trªn c¸c thanh dÉn nèi tiÕp trong mét m¹ch nh¸nh, nªn
nã cã trÞ sè lín vµ gi¶m bít sù ®Ëp m¹ch. D¹ng ®iÖn ¸p gi÷a hai chæi ®iÖn trong tr−êng
hîp m¸y cã hai khung d©y ®Æt lÖch nhau trong kh«ng gian mét gãc 900 nh− ë h×nh 1-3
(®−êng nÐt liÒn).
6
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
1.1.2. ChÕ ®é ®éng c¬ ®iÖn
Ng−îc l¹i víi m¸y ph¸t, nÕu ta nèi hai chæi ®iÖn A vµ B vµo nguån ®iÖn mét chiÒu,
dßng mét chiÒu ch¹y trong c¸c thanh dÉn n»m trong tõ tr−êng cña nam ch©m N - S,
d−íi t¸c dông cña tõ tr−êng nam ch©m lªn c¸c thanh dÉn cã dßng ®iÖn sÏ sinh ra lùc
®iÖn tõ cã ®é lín:
F = Btb.l.i (1-2)
trong ®ã: Btb- c¶m øng tõ trung b×nh trong khe hë;
l - chiÒu dµi cña thanh dÉn;
i - dßng ®iÖn ch¹y trong thanh dÉn.
ChiÒu cña lùc ®iÖn tõ ®−îc x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn tay tr¸i.
NÕu chæi ®iÖn A nèi vµo cùc (+) vµ chæi B nèi vµo cùc (-) cña nguån ®iÖn th× thanh
dÉn nµo n»m d−íi vïng cùc S, dßng ®iÖn trong nã sÏ ch¹y tõ trong ra ngoµi (tõ c ®Õn d
trªn h×nh 1-1), cßn thanh dÉn nµo n»m d−íi vïng cùc N, dßng ®iÖn sÏ ch¹y tõ ngoµi
vµo trong (tõ a ®Õn b).
Do ®ã lùc ®iÖn tõ t¸c dông lªn c¸c thanh dÉn ë mçi vïng cùc cã chiÒu kh«ng ®æi,
m« men do lùc ®iÖn tõ sinh ra cã chiÒu kh«ng ®æi lµm cho khung d©y quay theo mét
chiÒu nhÊt ®Þnh. §ã lµ nguyªn lý lµm viÖc cña ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu.
1-2. kÕt cÊu cña m¸y ®iÖn mét chiÒu
KÕt cÊu chñ yÕu cña m¸y ®iÖn mét chiÒu nh− ë h×nh 1-4 vµ cã thÓ chia thµnh hai
phÇn chÝnh: phÇn tÜnh (stato) vµ phÇn quay (r«to).
5 6 78 9
10 11
8
4 6
3
7
2
12
1
13
9
a) b)
H×nh 1-4. MÆt c¾t däc (a) vµ mÆt c¾t ngang(b) cña m¸y ®iÖn mét chiÒu
1. trôc; 2. æ bi; 3. n¾p; 4. c¸nh qu¹t; 5. vá; 6. lâi thÐp cùc tõ chÝnh; 7. lâi
s¾t phÇn øng; 8. d©y quÊn cùc tõ chÝnh; 9. d©y quÊn phÇn øng; 10. chæi
than; 11. cæ gãp; 12. d©y quÊn cùc tõ phô; 13. lâi s¾t cùc tõ phô.
7
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
1.2.1. PhÇn tÜnh (stato)
PhÇn tÜnh cßn ®−îc gäi lµ phÇn c¶m, gåm cùc tõ chÝnh, cùc tõ phô, g«ng tõ, n¾p
m¸y vµ c¬ cÊu chæi ®iÖn.
a. Cùc tõ chÝnh
Cùc tõ chÝnh lµ bé phËn sinh ra tõ tr−êng, gåm cã lâi s¾t cùc tõ vµ d©y quÊn kÝch tõ
lång ngoµi lâi s¾t cùc tõ. Lâi thÐp cùc tõ lµm b»ng c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn hay thÐp
c¸c bon dµy 0,5 ®Õn 1mm ®−îc Ðp l¹i vµ t¸n chÆt. Trong m¸y ®iÖn nhá cã thÓ dïng thÐp
khèi. Cùc tõ ®−îc g¾n chÆt vµo vá m¸y b»ng bu l«ng (h×nh 1-5). D©y quÊn kÝch tõ ®−îc
lµm b»ng ®ång bäc c¸ch ®iÖn, ®−îc quÊn thµnh tõng cuén, mçi cuén d©y ®Òu ®−îc bäc
c¸ch ®iÖn kü thµnh mét khèi vµ tÈm s¬n c¸ch ®iÖn tr−íc khi ®Æt trªn c¸c cùc tõ. C¸c
cuén d©y kÝch tõ ®Æt trªn c¸c cùc tõ chÝnh ®−îc nèi nèi tiÕp nhau sao cho khi cã dßng
®iÖn ch¹y qua chóng th× h×nh thµnh c¸c cùc tõ tr¸i dÊu xen kÏ.
1
2
3
4
a) b)
H×nh 1-5. Cùc tõ chÝnh trong m¸y ®iÖn mét chiÒu: a) Bèn cùc; b) S¸u cùc
1. Cuén d©y kÝch tõ; 2. G«ng tõ; 3. Lâi thÐp cùc tõ; 4. Bu l«ng
b. Cùc tõ phô
Cùc tõ phô ®−îc ®Æt gi÷a c¸c cùc tõ chÝnh (h×nh 1-4) vµ dïng ®Ó c¶i thiÖn ®æi
chiÒu. Lâi thÐp th−êng lµm b»ng thÐp khèi, trªn th©n cùc tõ cã ®Æt d©y quÊn mµ cÊu t¹o
gièng nh− d©y quÊn cùc tõ chÝnh. Cùc tõ phô ®−îc g¾n vµo vá m¸y nhê nh÷ng bul«ng.
c. G«ng tõ
G«ng tõ lµm m¹ch tõ nèi liÒn c¸c cùc tõ,
®ång thêi lµm vá m¸y. Trong m¸y ®iÖn c«ng
suÊt lín g«ng tõ lµm b»ng thÐp ®óc. Trong
m¸y ®iÖn c«ng suÊt nhá vµ võa th−êng dïng
thÐp tÊm cuèn l¹i vµ hµn. Cã khi trong m¸y
®iÖn nhá dïng gang lµm vá m¸y.
d. C¬ cÊu chæi than
C¬ cÊu chæi than (h×nh 1-6) gåm cã chæi
H×nh 1-6. C¬ cÊu chæi than: 1. chæi
than ®Æt trong hép chæi than vµ nhê mét lß
than; 2. hép chæi than; 3. lß xo; 4. gi¸
xo t× chÆt lªn cæ gãp. Hép chæi than ®−îc cè
®ì; 5. d©y dÉn ®iÖn; 6. cß mæ
8
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
®Þnh trªn gi¸ chæi than vµ c¸ch ®iÖn víi gi¸. Gi¸ chæi than cã thÓ quay ®−îc ®Ó ®iÒu
chØnh vÞ trÝ chæi than cho ®óng chç. Sau khi ®iÒu chØnh xong th× dïng vÝt cè ®Þnh chÆt
l¹i. Chæi than lµm b»ng than hay graphit, ®«i khi ®−îc trén thªm bét ®ång ®Ó t¨ng ®é
dÉn ®iÖn. Chæi than cã nhiÖm vô ®−a dßng ®iÖn tõ phÇn øng ra ngoµi hoÆc ng−îc l¹i.
e. N¾p m¸y
N¾p m¸y ®Ó b¶o vÖ m¸y khái bÞ nh÷ng vËt ngoµi r¬i vµo lµm h− háng d©y quÊn vµ
®¶m b¶o an toµn cho ng−êi khái ch¹m ph¶i ®iÖn. Trong c¸c m¸y ®iÖn c«ng suÊt nhá vµ
võa, n¾p m¸y cßn cã t¸c dông lµm gi¸ ®ì æ bi. Trong tr−êng hîp nµy n¾p m¸y th−êng
lµm b»ng gang.
1.2.2. PhÇn quay (r«to)
PhÇn quay cßn gäi lµ phÇn øng, gåm c¸c bé phËn sau:
a. Lâi thÐp phÇn øng
Lâi thÐp r«to dïng ®Ó dÉn tõ, th−êng lµm b»ng
c¸c l¸ thÐp kü thuËt ®iÖn (thÐp hîp kim silic) dµy
0,5mm, bÒ mÆt cã phñ s¬n c¸ch ®iÖn råi ghÐp l¹i
®Ó gi¶m tæn hao do dßng ®iÖn xo¸y g©y nªn. Trªn
l¸ thÐp cã dËp h×nh d¹ng r·nh ®Ó sau khi ghÐp l¹i
th× ®Æt d©y quÊn vµo. Trong nh÷ng m¸y cì trung
b×nh trë lªn, ng−êi ta cßn dËp nh÷ng lç th«ng giã
®Ó khi Ðp l¹i thµnh lâi s¾t cã thÓ t¹o ®−îc nh÷ng lç H×nh 1-7. L¸ thÐp phÇn øng
th«ng giã däc trôc (h×nh 1-7).
Trong m¸y ®iÖn h¬i lín th× lâi s¾t ®−îc chia
nªm
thµnh tõng ®o¹n nhá, gi÷a c¸c ®o¹n Êy cã ®Ó mét
khe hë gäi lµ khe th«ng giã ngang trôc. Khi m¸y C¸ch ®iÖn
lµm viÖc, giã thæi qua c¸c khe lµm nguéi d©y quÊn r·nh
vµ lâi s¾t. Trong nh÷ng m¸y ®iÖn nhá, lâi s¾t phÇn
øng ®−îc Ðp trùc tiÕp vµo trôc. Trong m¸y ®iÖn
lín, gi÷a trôc vµ lâi s¾t cã ®Æt gi¸ r«to. Dïng gi¸
r«to cã thÓ tiÕt kiÖm thÐp kü thuËt ®iÖn vµ gi¶m
D©y dÉn
nhÑ träng l−îng r«to.
b. D©y quÊn phÇn øng H×nh 1-8. MÆt c¾t r·nh phÇn øng
D©y quÊn phÇn øng lµ phÇn sinh ra s.®.®. c¶m
øng vµ cã dßng ®iÖn ch¹y qua. D©y quÊn phÇn øng lµm b»ng ®ång cã bäc c¸ch ®iÖn,
tiÕt diÖn h×nh trßn (trong m¸y c«ng suÊt bÐ) hay h×nh ch÷ nhËt (trong m¸y c«ng suÊt
lín), ®−îc ®Æt trong c¸c r·nh cña lâi thÐp theo mét s¬ ®å cô thÓ vµ ®−îc c¸ch ®iÖn cÈn
thËn víi r·nh. §Ó tr¸nh khi quay bÞ vung ra do lùc ly t©m, ë miÖng r·nh cã dïng nªm
®Ó ®Ì chÆt hoÆc ph¶i ®ai chÆt d©y quÊn. Nªm cã thÓ b»ng tre, gç hay bakªlÝt (h×nh 1-8).
c. Cæ gãp
Cæ gãp (cßn gäi lµ vµnh gãp hay vµnh ®æi chiÒu) dïng ®Ó chØnh l−u dßng ®iÖn xoay
chiÒu trong d©y quÊn phÇn øng thµnh dßng ®iÖn mét chiÒu ®−a ra ngoµi.
KÕt cÊu cña cæ gãp nh− h×nh 1-9, gåm cã nhiÒu phiÕn ®ång cã ®u«i Ðn (h×nh 1-9a
vµ b) ghÐp l¹i thµnh h×nh trô trßn (h×nh 1-9c), gi÷a c¸c phiÕn ®ång ®−îc c¸ch ®iÖn víi
nhau b»ng c¸c tÊm mi ca dµy 0,4 ®Õn 1,2mm. Hai ®Çu trô trßn dïng hai vµnh èp h×nh
ch÷ V Ðp chÆt l¹i. Gi÷a vµnh èp vµ phiÕn gãp còng ®−îc c¸ch ®iÖn b»ng c¸c tÊm mi ca.
9
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
§u«i vµnh gãp nh« cao lªn mét Ýt ®Ó hµn c¸c ®Çu d©y cña c¸c phÇn tö d©y quÊn vµo c¸c
phiÕn gãp ®−îc dÔ dµng.
4 1 5 2
3 2 4
6 7
a) c)
b)
H×nh 1-9. PhiÕn ®æi chiÒu (a), (b) vµ cæ gãp (c)
1. phiÕn gãp; 2, 3. èp h×nh ch÷ V; 4. c¸ch ®iÖn
b»ng mi ca; 5. r·nh nèi d©y; 6. vµnh ®Öm c¸ch
®iÖn; 7. bul«ng xiÕt.
d. C¸c bé phËn kh¸c
C¸c bé phËn kh¸c gåm cã:
C¸nh qu¹t dïng ®Ó qu¹t giã lµm m¸t
m¸y. M¸y ®iÖn mét chiÒu th−êng chÕ t¹o
theo kiÓu b¶o vÖ, ë hai ®Çu n¾p m¸y cã lç
th«ng giã. C¸nh qu¹t l¾p trªn trôc m¸y.
Khi m¸y quay, c¸nh qu¹t hót giã tõ ngoµi
vµo m¸y. Giã ®i qua vµnh gãp, cùc tõ, lâi
s¾t vµ d©y quÊn råi qua qu¹t giã ra ngoµi
lµm nguéi m¸y.
Trôc m¸y lµm b»ng thÐp c¸c bon tèt.
Trªn trôc m¸y l¾p lâi s¾t phÇn øng, vµnh H×nh 1-10. R«to cña m¸y ®iÖn mét chiÒu
gãp, c¸nh qu¹t.
PhÇn øng (r«to) cña m¸y ®iÖn mét chiÒu nh− ë h×nh 1-10.
1-3. C¸c ®¹i l−îng ®Þnh møc
ChÕ ®é lµm viÖc ®Þnh møc cña m¸y ®iÖn lµ chÕ ®é lµm viÖc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn
mµ x−ëng chÕ t¹o ®· quy ®Þnh. ChÕ ®é ®ã ®−îc ®Æc tr−ng bëi nh÷ng ®¹i l−îng ghi trªn
nh·n m¸y vµ gäi lµ nh÷ng l−îng ®Þnh møc. Trªn nh·n m¸y th−êng ghi nh÷ng ®¹i l−îng
sau:
C«ng suÊt ®Þnh møc P®m (W hay kW);
§iÖn ¸p ®Þnh møc U®m (V);
10
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Dßng ®iÖn ®Þnh møc I®m (A);
Tèc ®é ®Þnh møc n®m (vg/ph).
Ngoµi ra cßn ghi kiÓu m¸y, ph−¬ng ph¸p kÝch tõ, dßng ®iÖn kÝch tõ vµ c¸c sè liÖu
vÒ ®iÒu kiÖn sö dông v.v...
CÇn chó ý lµ c«ng suÊt ®Þnh møc ë ®©y lµ chØ c«ng suÊt ®−a ra cña m¸y ®iÖn. §èi
víi m¸y ph¸t ®iÖn, ®ã lµ c«ng suÊt ®iÖn ®−a ra ë ®Çu cùc cña m¸y. §èi víi ®éng c¬
®iÖn th× ®ã lµ c«ng suÊt c¬ ®−a ra ë ®Çu trôc.
C©u hái
1. KÕt cÊu cña m¸y ®iÖn mét chiÒu gåm nh÷ng bé phËn chÝnh nµo, c«ng dông cña
c¸c bé phËn ®ã?
2. T¹i sao lâi s¾t phÇn øng cña m¸y ®iÖn mét chiÒu ph¶i lµm b»ng thÐp kü thuËt
®iÖn, cùc tõ th× cã thÓ dïng thÐp kü thuËt ®iÖn hay thÐp l¸ th−êng ghÐp l¹i, cßn g«ng tõ
l¹i dïng thÐp ®óc hoÆc thÐp tÊm uèn l¹i råi hµn? T¹i sao vá cña m¸y ®iÖn mét chiÒu
kh«ng dïng gang lµ lo¹i vËt liÖu rÎ tiÒn vµ dÔ ®óc?
3. Cho biÕt ý nghÜa cña trÞ sè c«ng suÊt ®Þnh møc ghi trªn nh·n m¸y? C«ng suÊt
®Þnh møc cña ®éng c¬ ®iÖn ghi trªn nh·n m¸y lµ c«ng suÊt c¬ ®−a ra ®Çu trôc hay c«ng
suÊt ®iÖn ®−a vµo ®éng c¬?
11
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Ch−¬ng 2
D©y quÊn phÇn øng m¸y ®iÖn mét chiÒu
2-1. §¹i c−¬ng
D©y quÊn lµ bé phËn quan träng nhÊt cña m¸y ®iÖn v× nã tham gia trùc tiÕp vµo qu¸
tr×nh biÕn ®æi n¨ng l−îng tõ ®iÖn n¨ng thµnh c¬ n¨ng hay ng−îc l¹i. VÒ mÆt kinh tÕ th×
gi¸ thµnh cña d©y quÊn chiÕm mét tû lÖ kh¸ cao trong toµn bé gi¸ thµnh m¸y.
C¸c yªu cÇu ®èi víi d©y quÊn bao gåm:
- Sinh ra ®−îc mét s.®.®. cÇn thiÕt, cã thÓ cho mét dßng ®iÖn nhÊt ®Þnh ch¹y qua ®Ó
sinh ra mét m«men cÇn thiÕt mµ kh«ng bÞ nãng qu¸ mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh, ®ång thêi
®¶m b¶o ®æi chiÒu tèt.
- TriÖt ®Ó tiÕt kiÖm vËt liÖu, kÕt cÊu ®¬n gi¶n, lµm viÖc ch¾c ch¾n vµ an toµn.
D©y quÊn phÇn øng cã thÓ ph©n ra lµm c¸c lo¹i chñ yÕu sau:
- D©y quÊn xÕp ®¬n vµ xÕp phøc t¹p.
- D©y quÊn sãng ®¬n vµ sãng phøc t¹p.
Trong mét sè m¸y ®iÖn cì lín cßn dïng d©y quÊn hçn hîp, ®ã lµ sù kÕt hîp gi÷a
hai d©y quÊn xÕp vµ sãng.
2.1.1. CÊu t¹o cña d©y quÊn phÇn øng
D©y quÊn phÇn øng gåm nhiÒu ”phÇn tö d©y quÊn“ nèi víi nhau theo mét quy luËt
nhÊt ®Þnh. PhÇn tö th−êng lµ mét bèi d©y gåm mét hay nhiÒu vßng d©y mµ hai ®Çu cña
nã nèi vµo hai phiÕn gãp. C¸c phÇn tö nèi víi nhau th«ng qua c¸c phiÕn gãp ®ã vµ lµm
thµnh m¹ch vßng kÝn. Mçi phÇn tö cã hai c¹nh t¸c dông, ®ã lµ phÇn ®Æt vµo r·nh cña
lâi s¾t. PhÇn nèi hai c¹nh t¸c dông cña phÇn tö n»m ngoµi lâi s¾t gäi lµ phÇn ®Çu nèi.
§Ó dÔ chÕ t¹o, mét c¹nh t¸c dông cña
phÇn tö ®Æt ë líp d−íi cña mét r·nh, cßn
c¹nh t¸c dông kia ®Æt ë líp trªn cña mét
r·nh kh¸c. C¸c phÇn tö kh¸c còng xÕp
theo thø tù nh− vËy vµo c¸c r·nh kÒ bªn
cho ®Õn khi ®Çy c¸c r·nh. NÕu trong mét
a) b) c)
r·nh phÇn øng (gäi lµ r·nh thùc) chØ ®Æt
hai c¹nh t¸c dông (mét c¹nh n»m ë líp
trªn vµ mét c¹nh n»m ë líp d−íi r·nh) th×
ta gäi r·nh ®ã lµ r·nh nguyªn tè (h×nh 2- H×nh 2-1
1a). NÕu trong mét r·nh thùc ®ã cã ®Æt 2u R·nh thùc cã 1, 2 vµ 3 r·nh nguyªn tè
c¹nh t¸c dông (trong ®ã u = 1, 2, 3... n) th×
ta cã thÓ chia r·nh thùc ®ã ra thµnh u r·nh
nguyªn tè (h×nh 2-1b vµ c). V× vËy quan hÖ gi÷a sè r·nh thùc Z cña phÇn øng víi sè
r·nh nguyªn tè Znt nh− sau:
Znt = uZ (2-1)
Gi÷a sè phÇn tö cña d©y quÊn S, sè r·nh nguyªn tè Znt vµ sè phiÕn gãp G còng cã
mét quan hÖ nhÊt ®Þnh. V× mçi phÇn tö cã hai ®Çu nèi víi hai phiÕn gãp, ®ång thêi ë
12
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
mçi phiÕn gãp l¹i nèi hai ®Çu cña hai phÇn tö l¹i víi nhau, nªn sè phÇn tö S ph¶i b»ng
sè phiÕn gãp G. Ta cã:
S = G. (2-2)
Do trong mçi r·nh nguyªn tè ®Æt hai c¹nh t¸c dông mµ mçi phÇn tö còng cã hai
c¹nh t¸c dông nªn ta cã quan hÖ:
Znt = S = G (2-3)
a) b) c)
H×nh 2-2. D©y quÊn cã phÇn tö ®ång ®Òu (a) vµ theo cÊp (b vµ c)
Tuú theo kÝch th−íc cña c¸c phÇn tö mµ ta chia d©y quÊn ra lµm d©y quÊn cã phÇn
tö ®ång ®Òu vµ d©y quÊn theo cÊp.
D©y quÊn cã phÇn tö ®ång ®Òu lµ d©y quÊn mµ kÝch th−íc cña c¸c phÇn tö hoµn
toµn gièng nhau (h×nh 2-2a).
D©y quÊn theo cÊp lµ d©y quÊn mµ khi c¹nh t¸c dông thø nhÊt cña c¸c phÇn tö cïng
n»m trong mét r·nh thùc th× c¹nh t¸c dông thø hai cña chóng l¹i n»m trong c¸c r·nh
thùc kh¸c nhau (h×nh 2-2b vµ c). V× vËy trong d©y quÊn theo cÊp, kÝch th−íc cña c¸c
phÇn tö kh«ng gièng nhau.
y1 y2
y1 y
y
y2
15 1 23 15
8
1 23
yG
yG
a) b)
H×nh 2-3. C¸c b−íc d©y quÊn.
a) d©y quÊn xÕp; b) d©y quÊn sãng
2.1.2. C¸c b−íc d©y quÊn
Quy luËt nèi c¸c phÇn tö d©y quÊn cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c b−íc d©y quÊn
sau (h×nh 2-3):
a. B−íc d©y quÊn thø nhÊt y1. §ã lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai c¹nh t¸c dông cña mét
phÇn tö ®o b»ng sè r·nh nguyªn tè.
13
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
b. B−íc d©y quÊn thø hai y2. §ã lµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¹nh t¸c dông thø hai cña
phÇn tö thø nhÊt víi c¹nh t¸c dông thø nhÊt cña phÇn tö thø hai nèi tiÕp ngay sau ®ã vµ
®o b»ng sè r·nh nguyªn tè.
c. B−íc d©y quÊn tæng hîp y. §ã lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai c¹nh t−¬ng øng cña
hai phÇn tö liªn tiÕp nhau ®o b»ng sè r·nh nguyªn tè.
d. B−íc trªn vµnh gãp yG. §ã lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai phiÕn gãp cã hai c¹nh t¸c
dông cña cïng mét phÇn tö nèi vµo ®ã vµ ®o b»ng sè phiÕn gãp.
Gäi kho¶ng c¸ch gi÷a hai cùc tõ tÝnh theo chu vi phÇn øng lµ b−íc cùc τ , ta cã:
Z nt
τ= (p lµ sè ®«i cùc).
2p
2-2. D©y quÊn xÕp ®¬n
2.2.1. B−íc d©y quÊn
a. B−íc d©y quÊn thø nhÊt y1
B−íc d©y quÊn thø nhÊt ph¶i chän sao cho s.®.®. c¶m øng trong phÇn tö lín nhÊt.
Muèn thÕ th× hai c¹nh t¸c dông cña phÇn tö ph¶i c¸ch nhau mét b−íc cùc, v× lóc ®ã trÞ
sè tøc thêi cña s.®.®. cña hai c¹nh t¸c dông b»ng nhau vÒ trÞ sè vµ ng−îc chiÒu nhau vµ
do trong mét phÇn tö ®u«i cña hai c¹nh t¸c dông nèi víi nhau nªn s.®.®. tæng cña phÇn
tö b»ng tæng sè häc cña hai s.®.®. cña hai c¹nh t¸c dông.
NÕu biÓu thÞ s.®.®. cña mçi c¹nh t¸c dông b»ng mét vÐc t¬ th× hai s.®.®. cña hai
c¹nh t¸c dông nµy cïng ph−¬ng vµ vÐc t¬ s.®.®. tæng cña phÇn tö b»ng hai lÇn vect¬
s.®.®. cña mçi c¹nh t¸c dông (h×nh 2-4a). V× sè r·nh nguyªn tè d−íi mçi b−íc cùc b»ng
Z nt Z
Znt/2p (trong ®ã p lµ sè ®«i cùc) nªn tèt nhÊt lµ y1 = . NÕu y1 = nt kh«ng ph¶i lµ
2p 2p
Z
sè nguyªn th× ph¶i chän y1 b»ng mét sè nguyªn gÇn b»ng nt . Tæng qu¸t ta cã:
2p
Z nt
± ε = sè nguyªn.
y1 = (2-4)
2p
Z nt
Khi y1 = ta cã d©y quÊn b−íc ®ñ;
2p
Z nt
+ ε ta cã d©y quÊn b−íc dµi;
y1 =
2p
Z nt
− ε ta cã d©y quÊn b−íc ng¾n.
y1 =
2p
D©y quÊn th−êng ®−îc thùc hiÖn theo b−íc ng¾n v× ®ì tèn ®ång h¬n. Dï lµ b−íc
dµi hay b−íc ng¾n th× s.®.®. cña phÇn tö còng nhá h¬n so víi b−íc ®ñ v× khi ®ã vÐct¬
s.®.®. cña hai c¹nh t¸c dông kh«ng cïng ph−¬ng n÷a, nªn s.®.®. tæng b»ng céng vect¬
hai s.®.®. ®ã chø kh«ng thÓ céng trÞ sè sè häc cña chóng ®−îc (h×nh 2-4b vµ c).
14
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
τ
y1 =
- 1/ - 1/ / -1///
1 &
1// 1/ 1/// E1/ &
E 1//
&
N S E 1///
1 1
1
1/ 1//
1///
12 ChiÒu quay a) c)
b)
phÇn øng
H×nh 2-4. S.®.®. cña phÇn tö: a) khi b−íc ®ñ; b) b−íc ng¾n; c) b−íc dµi
b. B−íc d©y quÊn tæng hîp y vµ b−íc vµnh gãp yG
§Æc ®iÓm cña d©y quÊn xÕp ®¬n lµ hai ®Çu d©y cña mét phÇn tö nèi liÒn vµo hai
phiÕn gãp kÒ nhau nªn yG = 1.
Còng tõ ®Êy ta thÊy b−íc tæng hîp y còng ph¶i b»ng 1, ta cã:
y = yG = 1 (2-5)
c. B−íc d©y quÊn thø hai y2
Cã thÓ x¸c ®Þnh y2 theo y1 vµ y. Theo ®Þnh nghÜa vµ h×nh 2-3, ta cã:
y2 = y1 - y (2-6)
Tõ h×nh vÏ ta thÊy, do ®Æc ®iÓm vÒ b−íc d©y quÊn cña kiÓu d©y quÊn nµy nªn c¸c
phÇn tö nèi nèi tiÕp nhau ®Òu xÕp lªn nhau nªn gäi lµ d©y quÊn xÕp.
2.2.2. Gi¶n ®å khai triÓn cña d©y quÊn
Cã thÓ ph©n tÝch c¸ch ®Êu d©y cña c¸c phÇn tö b»ng gi¶n ®å khai triÓn. §ã lµ h×nh
vÏ khai triÓn cña d©y quÊn khi c¾t bÒ mÆt phÇn øng theo chiÒu trôc råi tr¶i ra thµnh mÆt
ph¼ng. §Ó hiÓu râ c¸ch ph©n tÝch h¬n ta cã thÓ xÐt vÝ dô sau:
Cã d©y quÊn xÕp ®¬n víi Znt = S = G = 16, 2p = 4.
a. C¸c b−íc d©y quÊn
Z nt 16
±ε =
y1 = =4
2p 4
y = yG = 1
y2 = y1 - y = 4 - 1 = 3
b. Thø tù nèi c¸c phÇn tö
C¨n cø vµo c¸c b−íc d©y quÊn cã thÓ bè trÝ c¸ch nèi c¸c phÇn tö ®Ó thùc hiÖn d©y
quÊn. §¸nh sè c¸c r·nh tõ 1 ®Õn 16. PhÇn tö thø nhÊt cã c¹nh t¸c dông thø nhÊt (coi
nh− ®Æt n»m trªn r·nh) ®Æt vµo r·nh nguyªn tè thø nhÊt th× c¹nh t¸c dông thø hai cña
phÇn tö ®ã ph¶i ®Æt vµo phÝa d−íi cña r·nh nguyªn tè thø 5 (v× y1 = 5 - 1 = 4). Hai ®Çu
cña phÇn tö nèi vµo phiÕn ®æi chiÒu 1 vµ 2. C¹nh thø nhÊt cña phÇn tö thø hai ph¶i ®Æt
15
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
ë r·nh nguyªn tè thø hai vµ n»m ë líp trªn (v× y2 = 5 - 2 = 3), vµ cø tiÕp tôc nh− vËy
cho ®Õn khi m¹ch khÐp kÝn. Ta cã thÓ diÔn t¶ b»ng s¬ ®å sau:
Líp trªn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 kÝn m¹ch
Líp d−íi 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4
c. Gi¶n ®å khai triÓn
ChiÒu quay phÇn øng
Ta cã thÓ theo tr×nh tù nèi c¸c phÇn
tö ®Ó vÏ gi¶n ®å khai triÓn (h×nh 2-5).
Khi vÏ, quy −íc c¸c c¹nh cña phÇn tö
ë líp trªn vÏ b»ng nÐt liÒn, cßn ë líp 12 3 4 5 67 8 9 10 11 12 13 14 15 16
d−íi vÏ b»ng nÐt ®øt.
N S N S
VÞ trÝ cña c¸c cùc tõ ph¶i ®èi xøng,
nghÜa lµ kho¶ng c¸ch gi÷a chóng ph¶i
®Òu nhau, chiÒu réng cùc tõ vµo kho¶ng 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
B1 _ B2 _
A2
0,7 b−íc cùc. Theo cùc tÝnh cña cùc tõ A1 + +
vµ chiÒu quay cña phÇn øng mµ chiÒu
s.®.®. c¶m øng nh− trong h×nh vÏ. VÞ trÝ
cña chæi than trªn phiÕn ®æi chiÒu còng C+ D_
ph¶i ®èi xøng, nghÜa lµ kho¶ng c¸ch gi÷a
c¸c chæi than ph¶i b»ng nhau. ChiÒu H×nh 2-5.
réng cña chæi than cã thÓ lÊy b»ng mét Gi¶n ®å khai triÓn d©y quÊn xÕp ®¬n.
phiÕn ®æi chiÒu. VÞ trÝ t−¬ng ®èi gi÷a
chæi than víi cùc tõ ph¶i cã mét quan hÖ nhÊt ®Þnh. Chæi than ph¶i ®Æt ë vÞ trÝ ®Ó s.®.®.
lÊy ra ë hai ®Çu chæi than lín nhÊt, ®ång thêi ®Ó dßng ®iÖn trong phÇn tö khi bÞ chæi
than nèi ng¾n m¹ch lµ nhá nhÊt. Dßng ®iÖn trong phÇn tö bÞ chæi than nèi ng¾n m¹ch lµ
nhá nhÊt khi hai c¹nh cña phÇn tö n»m ë vÞ trÝ trïng víi ®−êng trung tÝnh h×nh häc cña
phÇn øng. Nh− vËy th× vÞ trÝ cña chæi than ®Æt trªn vµnh gãp ph¶i trïng víi trôc cùc tõ.
§Ó tiÖn lîi, cã khi trong mét sè h×nh vÏ ta quy −íc vÏ vÞ trÝ cña c¸c chæi than ë ®óng
®−êng trung tÝnh h×nh häc trªn phÇn øng.
Theo h×nh vÏ 2-5, khi chæi than trªn vµnh gãp ®Æt ®óng gi÷a trôc cùc tõ th× s.®.®.
cña c¸c phÇn tö gi÷a hai chæi than ®Òu céng víi nhau nªn s.®.®. gi÷a hai chæi than lµ
lín nhÊt. NÕu dÞch chæi than ®Õn vÞ trÝ kh¸c th× s.®.®. sÏ gi¶m ®i.
d. Sè ®«i m¹ch nh¸nh
Gi¶ thiÕt ë thêi ®iÓm nµo ®Êy d©y quÊn quay ®Õn vÞ trÝ nh− trong gi¶n ®å khai triÓn
trªn. Ta thÊy s.®.®. cña c¸c phÇn tö gi÷a hai chæi than cïng chiÒu vµ chæi than A1, A2
cïng cùc tÝnh (cùc +). Cùc tÝnh cña c¸c chæi than B1, B2 còng gièng nhau (cùc -). V×
vËy ta th−êng nèi A1 víi A2 vµ B1 víi B2. Tõ ngoµi nh×n vµo, d©y quÊn cã thÓ biÓu thÞ
b»ng s¬ ®å ký hiÖu nh− h×nh 2-6.
Tõ h×nh 2-6 ta thÊy d©y quÊn lµ mét m¹ch ®iÖn gåm bèn m¹ch nh¸nh ghÐp song
song hîp l¹i. Khi phÇn øng quay, vÞ trÝ cña phÇn tö thay ®æi nh−ng nh×n tõ ngoµi vµo
vÉn lµ bèn m¹ch nh¸nh song song. ë vÝ dô trªn, m¸y cã bèn cùc nªn cã bèn m¹ch
nh¸nh song song. NÕu sè cùc lµ 2p th× sè m¹ch nh¸nh còng sÏ lµ 2p. V× vËy, ®Æc ®iÓm
16
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
cña d©y quÊn xÕp ®¬n lµ sè m¹ch nh¸nh ghÐp song song cña d©y quÊn phÇn øng b»ng
sè cùc tõ:
2a = 2p
nghÜa lµ sè ®«i m¹ch nh¸nh b»ng sè ®«i cùc tõ:
a=p (2-7)
Trong thÝ dô trªn yG = 1 nªn d©y quÊn ®−îc xÕp theo thø tù tõ tr¸i sang ph¶i, ta gäi
lµ d©y quÊn ph¶i. NÕu yG = - 1 th× ®Çu cuèi cña phÇn tö ph¶i n»m bªn tr¸i cña ®Çu ®Çu
phÇn tö nªn ta cã d©y quÊn tr¸i (h×nh 2-7). C¸ch quÊn nµy tèn ®ång h¬n nªn nãi chung
kh«ng ®−îc dïng.
A2
E − i− E − i−
16 1 45
y1
y
E − i− B2
E − i−
B1 y2
A1
4 i−
14 15 16 1 2
4 i−
_ +
H×nh 2-7. D©y quÊn xÕp tr¸i
H×nh 2-6. S¬ ®å ký hiÖu
d©y quÊn xÕp ®¬n
e. Dïng ®a gi¸c s.®.®. nghiªn cøu d©y quÊn phÇn øng
Gi¶ thiÕt tõ c¶m d−íi cùc tõ ph©n bè h×nh sin, nh− vËy th× s.®.®. c¶m øng trong mçi
phÇn tö còng biÕn ®æi h×nh sin vµ cã thÓ dïng mét vect¬ quay ®Ó biÓu thÞ, trÞ sè tøc thêi
cña s.®.®. phÇn tö lµ h×nh chiÕu cña vect¬ lªn trôc tung. Nh− vËy cã thÓ biÓu thÞ s.®.®.
cña tÊt c¶ c¸c phÇn tö b»ng h×nh sao s.®.®. (hay cßn gäi lµ h×nh tia s.®.®.).
V× cø qua mçi ®«i cùc s.®.®. biÕn ®æi mét chu kú 360 ®é ®iÖn vµ sè r·nh nguyªn tè
Z nt
d−íi mçi ®«i cùc lµ , nªn nÕu coi nh− c¸c phÇn tö d©y quÊn ph©n bè ®Òu trªn bÒ
p
mÆt phÇn øng th× gãc ®é ®iÖn gi÷a hai r·nh nguyªn tè (còng lµ gãc ®é ®iÖn gi÷a hai
s.®.®. cña hai phÇn tö kÒ nhau) sÏ lµ:
360 0 p360 0 p360 0
α= = = (2-8)
Z nt / p Z nt S
2.360 0
Theo thÝ dô trªn, p = 2, Znt = S = 16 th× ta cã α = = 45 0.
16
Víi chiÒu quay cña phÇn øng cho tr−íc nh− trªn h×nh 2-5 th× c¸c phÇn tö 1, 2, 3, ...
lÇn l−ît quÐt qua cùc tõ nªn s.®.®. cña phÇn tö 2 (tøc vect¬ 2) chËm sau s.®.®. cña phÇn
tö 1 (tøc vect¬ 1) mét gãc α = 450. Theo quy −íc ®ã mµ vÏ, ta cã h×nh tia s.®.®. nh−
h×nh 2-8a.
17
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Tõ h×nh vÏ 2-5 ta thÊy, tõ r·nh 1 ®Õn r·nh 8 ph©n bè d−íi ®«i cùc thø nhÊt (chiÕm
0
360 gãc ®é ®iÖn) nªn ta vÏ ®−îc mét h×nh sao s.®.®. gåm c¸c vect¬ tõ 1 ®Õn 8, gãc
lÖch pha gi÷a c¸c vÐc t¬ lµ 450. Tõ r·nh 9 ®Õn r·nh 16 ph©n bè d−íi ®«i cùc thø hai vµ
ta vÏ ®−îc h×nh sao s.®.®. thø hai trïng víi h×nh sao s.®.®. thø nhÊt. Së dÜ nh− vËy v×
chóng cã vÞ trÝ t−¬ng ®èi gièng nhau ë d−íi cùc tõ.
V× tÊt c¶ c¸c phÇn tö cña d©y quÊn phÇn øng ®−îc nèi nèi tiÕp nhau sao cho cuèi
phÇn tö tr−íc nèi víi ®Çu phÇn tö sau, nªn s.®.®. sinh ra trong nã ®−îc céng h×nh häc
víi nhau. §Ó thùc hiÖn ®iÒu ®ã ta lµm nh− sau: tõ cuèi cña vÐct¬ 1 ta vÏ liªn tiÕp c¸c
vÐct¬ 2, 3, 4, ... KÕt qu¶ ta sÏ ®−îc ®a gi¸c s.®.®. Theo thÝ dô trªn ta thÊy d©y quÊn nµy
cã hai ®a gi¸c s.®.®. trïng nhau (h×nh 2-8b).
+
A2 A1
7,15 9 10 12
16,8 1,9
6,14 8,16
15,7 2,10
5,13 1,9
α = 450 3,11
14,6
13,5 4,12
2,10
4,12 14 13 65
3,11
B1
B2 _
b)
a)
H×nh 2-8. H×nh tia (a) vµ ®a gi¸c s.®.®.(b) cña d©y quÊn xÕp ®¬n ë h×nh 1-14
Dïng ®a gi¸c s.®.®. cã thÓ thÊy râ c¸c vÊn ®Ò sau:
1. NÕu ®a gi¸c s.®.®. khÐp kÝn th× chøng tá tæng s.®.®. trong m¹ch vßng phÇn øng
b»ng 0 vµ trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc b×nh th−êng kh«ng cã dßng ®iÖn c©n b»ng.
2. H×nh chiÕu cña ®a gi¸c s.®.®. lªn trôc tung lµ trÞ sè cùc ®¹i cña c¸c vÐct¬ s.®.®.
cña mét sè phÇn tö nèi víi nhau trong m¹ch vßng phÇn øng, nªn muèn cho s.®.®. lÊy ra
ë hai ®Çu chæi than cùc ®¹i th× chæi than ph¶i ®Æt ë c¸c phÇn tö øng víi c¸c vÐc t¬ ë
®Ønh vµ ®¸y cña ®a gi¸c. Khi r«to quay th× ®a gi¸c còng quay, h×nh chiÕu cña ®a gi¸c
lªn trôc tung cã thay ®æi chót Ýt theo chu kú. §iÒu ®ã nãi lªn ®iÖn ¸p phÇn øng lÊy ra ë
chæi than cã ®Ëp m¹ch.
G
Ng−êi ta ®· chøng minh ®−îc r»ng, nÕu cµng lín th× sù ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p
2p
G
cµng Ýt. Khi = 8 th× sù ®Ëp m¹ch ®ã ®· khã nhËn thÊy vµ ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®−îc
2p
coi nh− kh«ng ®æi.
3. C¸c vÐct¬ s.®.®. cña ®a gi¸c còng cã thÓ biÓu thÞ cho c¸ch nèi tiÕp c¸c phÇn tö.
Do ®ã tõ ®a gi¸c s.®.®. cã thÓ thÊy sè ®«i m¹ch nh¸nh a (cø mçi mét ®a gi¸c t−¬ng øng
víi mét ®«i m¹ch nh¸nh).
4. Nh÷ng ®iÓm trïng nhau trªn ®a gi¸c lµ nh÷ng ®iÓm ®¼ng thÕ cña d©y quÊn, cã
thÓ nèi d©y c©n b»ng ®iÖn thÕ ®−îc, nh− ®iÓm 1- 9, 2-10, v.v...
18
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
2-3. D©y quÊn sãng ®¬n
2.3.1. B−íc d©y quÊn
§Æc ®iÓm cña d©y quÊn sãng lµ hai ®Çu cña phÇn tö nèi víi hai phiÕn gãp c¸ch rÊt
xa nhau vµ hai phÇn tö nèi tiÕp nhau còng c¸ch xa nhau nªn nh×n c¸ch ®Êu gÇn gièng
nh− lµn sãng (h×nh 2-3b).
C¸ch x¸c ®Þnh b−íc d©y quÊn y1 gièng nh− ®èi víi d©y quÊn xÕp ®¬n, chØ kh¸c ë
yG. Khi chän yG, tr−íc hÕt yªu cÇu s.®.®. sinh ra trong hai phÇn tö nèi tiÕp nhau cïng
chiÒu, cã nh− vËy s.® ®. míi cã thÓ céng sè häc víi nhau ®−îc. Muèn thÕ th× hai phÇn
tö ®ã ph¶i n»m d−íi c¸c cùc tõ cïng cùc tÝnh, cã vÞ trÝ t−¬ng ®èi gÇn gièng nhau trong
tõ tr−êng, nghÜa lµ c¸ch nhau mét kho¶ng b»ng hai b−íc cùc. MÆt kh¸c c¸c phÇn tö nèi
tiÕp nhau sau khi quÊn vßng quanh bÒ mÆt phÇn øng ph¶i trë vÒ bªn c¹nh phÇn tö ®Çu
tiªn ®Ó l¹i tiÕp tôc nèi víi c¸c phÇn tö kh¸c quÊn vßng thø hai. Nh− vËy, nÕu m¸y cã p
®«i cùc th× muèn cho c¸c phÇn tö nèi tiÕp nhau ®i mét vßng bÒ mÆt phÇn øng, ph¶i cã p
phÇn tö. Hai phiÕn ®æi chiÒu nèi víi hai ®Çu cña phÇn tö c¸ch nhau yG phiÕn, do ®ã
muèn cho khi quÊn xong vßng thø nhÊt ®Çu cuèi cña phÇn tö ph¶i kÒ víi ®Çu ®Çu cña
phÇn tö ®Çu tiªn th× sè phiÕn ®æi chiÒu mµ c¸c phÇn tö v−ît qua ph¶i b»ng:
p.yG = G ± 1
G ±1
yG =
vµ ta cã: (2-9)
p
NÕu lÊy dÊu ”-“ ta cã d©y quÊn tr¸i, nÕu lÊy dÊu ”+“ ta cã d©y quÊn ph¶i. Th−êng
dïng d©y quÊn tr¸i cho ®ì tèn ®ång.
Theo ®Þnh nghÜa cña c¸c b−íc d©y quÊn ta cã:
y = yG (2-10)
y2 = y - y1 (2-11)
MÆc dï hai phÇn tö nèi tiÕp nhau ë d−íi c¸c cùc tõ cïng cùc tÝnh nh−ng vÞ trÝ t−¬ng
®èi trong tõ tr−êng kh«ng hoµn toµn nh− nhau, v× kho¶ng c¸ch r·nh gi÷a hai phÇn tö ®ã
lµ:
G ± 1 Z nt ± 1 Z nt 1
= = ±
y = yG =
p p p p
trong khi ®ã kho¶ng c¸ch gi÷a hai b−íc cùc tÝnh b»ng sè r·nh l¹i lµ Znt/p, do ®ã hai
c¹nh t−¬ng øng cña cña hai phÇn tö nèi tiÕp nhau lÖch nhau ®i mét gãc b»ng 1/p b−íc
r·nh trong tõ tr−êng. §ã lµ hiÖn t−îng tÊt nhiªn trong d©y quÊn sãng.
2.3.2. Gi¶n ®å khai triÓn cña d©y quÊn
VÝ dô cã d©y quÊn sãng ®¬n víi 2p = 4, G = S = Znt = 15.
a. B−íc d©y quÊn
Z nt 15 3
±ε =
y1 = − = 3 , (chän d©y quÊn b−íc ng¾n).
2p 44
G ± 1 15 − 1
yG = = = 7 , (d©y quÊn tr¸i).
p 2
19
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
y = yG = 7
y2 = y - y1 = 7 - 3 = 4.
b. Thø tù nèi c¸c phÇn tö
Líp trªn 1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1
khÐp kÝn
Líp d−íi 4 11 3 10 2 9 1 8 15 7 14 6 13 5 12
c. Gi¶n ®å khai triÓn d©y quÊn
ChiÒu quay phÇn øng
C¸ch vÏ vÞ trÝ cùc tõ vµ chæi than
trong gi¶n ®å khai triÓn gièng nh− ë
d©y quÊn xÕp. Theo thø tù nèi c¸c 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 3 14 15
phÇn tö ta thÊy, phÇn tö 1 nèi víi phÇn
N N S
S
tö 8 råi víi phÇn tö 15, c¸ch nhau 7
phÇn tö. Nh×n trªn gi¶n ®å khai triÓn
(h×nh 2-9) ta thÊy, c¸c c¹nh t−¬ng øng
cña c¸c phÇn tö Êy ®Òu n»m d−íi c¸c 3 4 567 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2
cùc tõ cïng cùc tÝnh, vÝ dô c¹nh thø B1 _ A2
A1 + + B2 _
nhÊt cña c¸c phÇn tö 1, 8, 15 ®Òu n»m
d−íi cùc S. Nh−ng sau khi nèi ®Õn
+ _
phÇn tö thø 5 trë ®i th× tÊt c¶ c¸c c¹nh C D
sÏ n»m ë d−íi cùc N cho ®Õn khi nèi
H×nh 2-9
thµnh m¹ch kÝn.
Gi¶n ®å khai triÓn d©y quÊn sãng ®¬n
Nh− vËy dï m¸y cã bao nhiªu ®«i
cùc th× quy luËt nèi d©y cña d©y quÊn nµy vÉn lµ: tr−íc hÕt nèi nèi tiÕp tÊt c¶ c¸c phÇn
tö ë d−íi c¸c cùc tõ cïng cùc tÝnh l¹i sau ®ã nèi c¸c phÇn tö ë d−íi c¸c cùc tõ cã cùc
tÝnh kh¸c cho ®Õn khi hÕt.
d. Sè ®«i m¹ch nh¸nh
Cã thÓ dïng ®a gi¸c s.®.®. ®Ó x¸c ®Þnh nhanh chãng sè ®«i m¹ch nh¸nh cña d©y
quÊn sãng ®¬n. Theo h×nh tia s.®.®, gãc ®é ®iÖn gi÷a hai phÇn tö kÒ nhau lµ:
p.360 0 2.360 0
α= = = 48 0
S 15
Khi vÏ h×nh tia s.®.®. (h×nh 2-10a) ta thÊy kh«ng cã vÐct¬ s.®.®. nµo trïng nhau, do
®ã ta chØ ®−îc mét ®a gi¸c s.®.®. (h×nh 2-10b). V× chØ cã mét ®a gi¸c s.®.®. nªn chØ cã
mét ®«i m¹ch nh¸nh, ta cã:
a=1 (2-12)
VÒ lý luËn ta thÊy chØ cÇn hai chæi than còng ®ñ (v× chØ cã mét ®«i m¹ch nh¸nh)
nh−ng th−êng vÉn ®Æt sè chæi than b»ng sè cùc tõ. Lµm nh− vËy ®Ó ph©n bè dßng ®iÖn
trªn nhiÒu chæi than h¬n, kÝch th−íc chæi than ng¾n ®i, gi¶m ®−îc chiÒu dµi cña vµnh
gãp. §iÒu quan träng lµ ®Ó ®¶m b¶o tÝnh ®èi xøng cña c¶ hai m¹ch nh¸nh. Theo h×nh
2-10b ta thÊy cã n¨m phÇn tö bÞ ng¾n m¹ch vµ khÐp kÝn qua chæi than (2, 5, 6, 9 vµ 13)
nªn trong mçi m¹ch nh¸nh chØ cßn l¹i n¨m phÇn tö, nghÜa lµ chóng ®èi xøng nhau.
20
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
+
A2 A1
7
14 15
12 13 56
6 8 13
5
12 6
13 1
4 14
α= 480
5 9 11 7
12
2 3
15
4 10 10
8
2
11 3 1
9
21 9
a) B2
b) B1
-
H×nh 2-10. H×nh tia vµ ®a gi¸c s.®.® cña d©y quÊn sãng ®¬n theo h×nh 1-21
2-4. Søc ®iÖn ®éng c¶m øng trong d©y
quÊn m¸y ®iÖn mét chiÒu (M§MC)
Cho dßng ®iÖn kÝch thÝch vµo d©y quÊn kÝch thÝch th× trong khe hë kh«ng khÝ sÏ
sinh ra tõ th«ng. Khi phÇn øng quay víi mét tèc ®é nhÊt ®Þnh nµo ®ã th× trong d©y quÊn
phÇn øng sÏ c¶m øng nªn mét s.®.®. S.®.®. ®ã phô thuéc vµo tõ th«ng d−íi mçi cùc tõ,
tèc ®é quay cña m¸y, sè thanh dÉn cña d©y quÊn vµ kiÓu d©y quÊn.
V× d©y quÊn gåm cã 2a m¹ch nh¸nh ghÐp song song nªn s.®.®. cña d©y quÊn b»ng
s.®.®. c¶m øng trªn mét m¹ch nh¸nh, nghÜa lµ b»ng tæng s.®.®. cña c¸c thanh dÉn nèi
tiÕp trong m¹ch nh¸nh ®ã.
S.®.®. trung b×nh c¶m øng trong thanh dÉn cã chiÒu dµi t¸c dông l, chuyÓn ®éng víi
tèc ®é v trong tõ tr−êng b»ng:
etb = Btblv (2-13)
trong ®ã Btb lµ c¶m øng tõ trung b×nh trong khe hë.
Φ
πDn n
= 2τp vµ Btb = δ ,
Do tèc ®é quay v =
τl
60 60
trong ®ã: D - ®−êng kÝnh ngoµi phÇn øng;
τ- b−íc cùc;
p - sè ®«i cùc;
n - tèc ®é quay phÇn øng;
Φ δ - tõ th«ng khe hë d−íi mçi cùc tõ.
Thay vµo ph−¬ng tr×nh (2-13), ta cã:
n
etb = 2 pΦ δ (2-14)
60
21
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Gäi N lµ tæng sè thanh dÉn cña d©y quÊn th× mçi m¹ch nh¸nh song song sÏ cã N/2a
thanh dÉn nèi tiÕp nhau, trong ®ã 2a lµ sè m¹ch nh¸nh ghÐp song song, nh− vËy s.®.®
cña m¸y b»ng:
Φ
N pN
ChiÒu cña E−, i−
Eu , = etb = Φ δ n = Ce Φ δ n , V (2-
S
2a 60a
15)
trong ®ã: Φ δ - tÝnh b»ng Wb ; n - tÝnh b»ng vg/ph. n
M
pN
Ce = - hÖ sè phô thuéc vµo kÕt cÊu
60a
Bδ Bδtb
cña m¸y vµ d©y quÊn.
ChiÒu cña E− phô thuéc vµo chiÒu cña tõ th«ng
τ
Φδ, chiÒu quay n vµ ®−îc x¸c ®Þnh theo quy t¾c bµn
tay ph¶i (h×nh 2-11). H×nh 2-11. X¸c ®Þnh s.®.®.
phÇn øng vµ m«men ®iÖn tõ
Sù ph©n tÝch trªn dùa trªn gi¶ thiÕt d©y quÊn
trong MF§1 chiÒu
b−íc ®ñ, s.®.®. trªn c¸c thanh dÉn cña phÇn tö ®Òu
céng sè häc víi nhau. NÕu lµ b−íc ng¾n th× s.®.®.
cña c¸c thanh dÉn cña mét phÇn tö sÏ céng vÐct¬ nªn s.®.®. cña c¶ phÇn tö sÏ nhá h¬n
so víi phÇn tö b−íc ®ñ vµ nh− vËy s.®.®. phÇn øng còng nhá ®i mét Ýt. Nh−ng v× trong
m¸y ®iÖn mét chiÒu kh«ng cho phÐp b−íc ng¾n nhiÒu nªn ¶nh h−ëng nµy Ýt vµ th−êng
lµ kh«ng xÐt ®Õn khi tÝnh s.®.®.
C©u hái
1. Quy luËt nèi c¸c phÇn tö cña d©y quÊn xÕp vµ sãng cã nh÷ng ®iÓm nµo kh¸c
nhau? Quan hÖ gi÷a sè ®«i m¹ch nh¸nh cña chónh nh− thÕ nµo?
2. Mét m¸y 4 cùc d©y quÊn xÕp ®¬n ®æi thµnh sãng ®¬n mµ sè thanh dÉn vµ nh÷ng
®iÒu kiÖn kh¸c kh«ng thay ®æi th× ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña m¸y sau khi thay ®æi sÏ
nh− thÕ nµo? C«ng suÊt ®Þnh møc cña m¸y cã thay ®æi kh«ng ?
3. T¹i sao trong gi¶n ®å khai triÓn cña d©y quÊn khi vÞ trÝ chæi than trïng víi trôc
cùc tõ th× s.®.®. lÊy ra lµ lín nhÊt ? T¹i sao d©y quÊn b−íc ng¾n vµ b−íc dµi ®Òu lµm
cho s.®.®. nhá ®i mét Ýt so víi b−íc ®ñ?
Bµi tËp
1. VÏ gi¶n ®å khai triÓn cña d©y quÊn xÕp ®¬n quÊn ph¶i cã c¸c sè liÖu nh− sau:
S = G = Znt = 24, p = 3, u = 1, cã l¾p 1/3 tæng sè d©y c©n b»ng ®iÖn thÕ.
2. Mét d©y quÊn sãng ®¬n quÊn tr¸i cã sè liÖu sau: Znt = 19, p = 2. Hái:
a) C¸c b−íc d©y quÊn y1, y2, y vµ yG
b) VÏ gi¶n ®å khai triÓn.
c) VÏ h×nh tia vµ ®a gi¸c s.®.®.
d) Sè ®«i m¹ch nh¸nh song song.
§¸p sè: a) y1 = 4; y2 = 5; y = yG = 9
d) a =1
22
- Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
Ch−¬ng 3
tõ tr−êng trong m¸y ®iÖn mét chiÒu
3-1. Tõ tr−êng lóc kh«ng t¶i (Tõ tr−êng cùc tõ)
Tõ tr−êng trong m¸y ®iÖn lµ mét yÕu tè kh«ng thÓ thiÕu ®−îc ®Ó sinh ra s.®.®. vµ
m«men ®iÖn tõ. Trong hÇu hÕt c¸c m¸y ®iÖn hiÖn nay, tõ tr−êng lóc kh«ng t¶i ®Òu do
dßng ®iÖn mét chiÒu ch¹y trong d©y quÊn kÝch tõ ®Æt trªn cùc tõ sinh ra.
ViÖc nghiªn cøu m¹ch tõ lóc kh«ng t¶i cña m¸y ®iÖn mét chiÒu còng nh− cña tÊt c¶
c¸c lo¹i m¸y ®iÖn kh¸c nh− m¸y ®iÖn ®ång bé, m¸y ®iÖn kh«ng ®ång bé v.v... lµ x¸c
®Þnh søc tõ ®éng (viÕt t¾t lµ s.t.®.) cÇn thiÕt ®Ó t¹o ra tõ th«ng ë khe hë ®ñ ®Ó sinh ra
trong d©y quÊn phÇn øng mét s.®.®. vµ m«men ®iÖn tõ theo yªu cÇu cña thiÕt kÕ. Trong
phÇn nµy sÏ tr×nh bµy c¸ch tÝnh to¸n cô thÓ m¹ch tõ cña m¸y ®iÖn mét chiÒu. Tuy
nhiªn, v× ph−¬ng ph¸p ®ã cã tÝnh chÊt tæng qu¸t nªn còng cã thÓ øng dông ®Ó tÝnh to¸n
m¹ch tõ cña c¸c lo¹i m¸y ®iÖn quay kh¸c.
3.1.1. Tõ tr−êng chÝnh vµ tõ tr−êng t¶n
Trong c¸c m¸y ®iÖn, c¸c cùc tõ cã cùc tÝnh kh¸c nhau ®−îc bè trÝ xen kÏ nhau däc
theo chu vi phÝa trong th©n vá m¸y, tõ th«ng ®i tõ cùc b¾c N qua khe hë vµ phÇn øng
råi trë vÒ hai cùc nam S n»m kÒ bªn. Sù ph©n bè cña ®−êng søc tõ ë mét m¸y bèn cùc
nh− trªn h×nh 3-1. Theo h×nh vÏ ®ã ta thÊy, tõ th«ng ®i ra d−íi mçi cùc tõ ®¹i bé phËn
®i qua khe hë vµo phÇn øng, chØ cã mét bé phËn rÊt nhá kh«ng qua phÇn øng mµ trùc
tiÕp ®i vµo c¸c cùc tõ bªn c¹nh hoÆc g«ng tõ, n¾p m¸y ... lµm thµnh m¹ch kÝn. PhÇn tõ
th«ng ®i vµo phÇn øng gäi lµ tõ th«ng chÝnh hay tõ th«ng khe hë Φ0. Tõ th«ng nµy c¶m
øng nªn s.®.®. trong d©y quÊn khi phÇn øng quay vµ t¸c dông víi dßng ®iÖn trong d©y
quÊn phÇn øng ®Ó sinh ra m«men. §©y lµ phÇn chñ yÕu cña tõ th«ng cùc tõ Φc. PhÇn tõ
th«ng kh«ng ®i qua phÇn øng gäi lµ tõ th«ng t¶n Φб, nã kh«ng c¶m øng nªn s.®.®. vµ
kh«ng sinh ra m«men trong phÇn øng mµ chØ lµm cho ®é b·o hoµ tõ trong cùc tõ vµ
g«ng tõ t¨ng lªn. Tõ th«ng nµy nhiÒu hay Ýt cßn phô thuéc vµo ®é b·o hoµ vµ kÕt cÊu
cña cùc tõ.
Tãm l¹i toµn bé tõ th«ng cña cùc tõ
b»ng: φ0
φσ
⎛ φ⎞ N S
ΦC = Φ0 + Φб = φ 0 ⎜1 + σ ⎟ = бtΦ0 (3-
⎜ φ⎟
⎝ ⎠
0
φσ
1)
⎛ φ⎞
trong ®ã: бt = ⎜1 + σ ⎟ - hÖ sè t¶n tõ cña cùc
⎜ φ⎟
⎝ ⎠
0
H×nh 3-1
tõ chÝnh. Th−êng бt = 1,15 ÷ 1,28.
Sù ph©n bè cña tõ tr−êng chÝnh vµ tõ
3.1.2. S.t.®. cÇn thiÕt sinh ra tõ th«ng tr−êng t¶n trong m¸y ®iÖn mét chiÒu
§Ó cã tõ th«ng chÝnh Φ0 cÇn thiÕt ph¶i
23
nguon tai.lieu . vn
