Bài giảng Máy điện: Chương 2 - TS. Đặng Quốc Vương

Giảng viên: Tiến sĩ Đặng Quốc Vương Email: vuong.dangquoc@hust.edu.vn Phone: +84-963286734

1 1

Bộ Môn Thiết Bị Điện – Điện Tử Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

MÁY ĐIỆN I

Nội dung

Chương 1. Máy biến áp

Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay Chương 3. Máy điện không đồng bộ

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Chương 5. Máy điện một chiều

2

Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay

Nội dung

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

III. Sức điện động của dây quấn MĐ xoay chiều

IV. Sức từ động của dây quấn MĐ xoay chiều

3

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1. Đại Cương

1.1 Kết cấu: Máy điện quay gồm 2 phần chính mạch từ và dây quấn, ở đó

diễn ra sự biến đổi điện cơ:

!  Mạch từ là 2 khối đồng trục cách nhau một khe hở đảm bảo có thể

chuyển động tương đối với nhau.

- Khối đứng yên gọi là phần tĩnh hay stato

- Khối quay gọi là phần quay hay rotor

!  Cả hai đều có mạch từ và mạch điện (tức là lõi thép và dây quấn)

1.2. Nguyên lý làm việc: Dựa vào 2 định luật chính là:

"  Định luật cảm ứng điện từ

"  Định luật về lực điện từ

4

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1. Đại Cương (tiếp)

1.3. Phân loại:

!  Tùy theo cách tạo ra từ trường, kết cấu mạch từ và dây quấn người

ta chia máy điện quay làm 4 loại:

!  Máy điện không đồng bộ

!  Máy điện đồng bộ

!  Máy điện một chiều

!  Máy điện xoay chiều có vành góp

5

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1. Đai Cương (tiếp)

1.4. Nguyên lý làm việc của MĐKĐB

!  Tạo ra một từ trường quay trong lõi thép Stato với tốc độ :

f – tần số

n1 =

p – số đôi cực

60.f p

!  Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch của Roto

và cảm ứng trên đó các sđđ và dòng điện.

!  Từ trường do dòng điện roto tạo ra kết hợp với từ trường Stato tạo

thành từ trường khe hở.

!  Dòng điện roto tác dụng với từ trường khe hở tạo ra mô men quay,

kéo rô to quay với tốc độ n ≠ n1

6

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1.4. Nguyên lý làm việc của MĐKĐB (tiếp)

!  Trong phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng

khác nhau

!  Sự sai khác giữa hai tốc độ được biểu thị bằng hệ số trượt s

n

=s

n − 1 n

1

!  Chế độ làm việc của MĐKĐB phụ thuộc vào quan hệ giữa tốc độ n và n1

- 0 < s < 1 : Chế độ động cơ điện

s < 0 : Chế độ máy phát điện

-

s >1 : Chế độ hãm

-

7

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1. Tổng quan về máy điện quay (tiếp)

1.5 Nguyên lý máy điện đồng bộ

!  Rotor với các cực từ có từ trường Ft quay với tốc độ n1 cảm ứng lên dây quấn 3 pha ở stato các sức điện động xoay chiều eA eB eC với tần số f = p.n1/60.

!  Các dòng điện iA iB iC trong day quấn stator sinh ra từ trường quay Fư

có tốc độ n1 = 60f/p

!  Do n = n1 nên gọi là máy điện đồng bộ

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

1.6 Nguyên lý máy điện một chiều

Thực chất là máy điện đồng bộ mà trong đó các sđđ xoay chiều được chỉnh lưu thành một chiều nhờ vành góp.

1.7 Nguyên lý máy điện xoay chiều có vành góp

Thực chất là máy điện không đồng bộ. Vành góp được sử dụng để đưa vào các sđđ nhằm cải thiện hệ số công suất và điều chỉnh tốc độ quay.

I. Nguyên lý biến đổi điện cơ

2. Tổng quan về biến đổi điện cơ

!  Năng lượng không tự nhiên sinh ra và cũng không tự nhiên mất đi, nó chỉ

biến đổi từ dạng này sang dạng khác

!  Một máy điện quay thực hiện nhiệm vụ biến đổi năng lượng từ điện sang

cơ hay ngược lại – tương ứng với động cơ hay máy phát điện

tæn hao c¬

tæn hao ®iÖn

tæn hao ®iÖn trõ¬ng

trõ¬ng ®iÖn tõ liªn hÖ

hÖ thèng c¬

hÖ thèng ®iÖn

®éng c¬

dßng ch¶y n¨ng luîng

m¸y ph¸t

!!

Và

!  Thể hiện trên 2 định luật cơ bản

!! ! .lv.Be

! .li.Bf

=

=

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

1. Khái niệm chung

!  D©y quÊn lµ phÇn m¹ch ®iÖn, lµ phÇn kh«ng thÓ t¸ch rêi cña c¸c m¸y ®iÖn

nãi chung vµ m¸y ®iÖn quay nãi riªng

!  Trong m¸y ®iÖn quay, d©y quÊn lµ mét bé phËn kÕt cÊu mµ ë ®ã thùc hiÖn

viÖc biÕn ®æi năng l­îng ®iÖn c¬

!  D©y quÊn ®­îc bè trÝ ®Æt trªn c¶ phÇn ®éng (r«to) vµ phÇn tÜnh (stato)

!  Tïy thuéc vµo nhiÖm vô cña tõng cuén d©y mµ ng­êi ta gäi mét d©y quÊn lµ :d©y quÊn phÇn c¶m - cßn d©y quÊn cßn l¹i gäi lµ: d©y quÊn phÇn øng

!  Trong đa số các loại MĐ quay, dây quấn phần cảm có nhiệm vụ tạo ra từ trường ở khe hở không khí lúc không tải. Trong những trường hợp đó, dây quấn phần cảm còn gọi là “dây quấn kích từ”. Dòng điện một chiều chạy trong cuộn dây quấn quanh các cực làm nó bị từ hoá tạo nên các cực tự phân bố xen kẽ

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

1. Khái niệm chung (tiếp)

!  Tuy nhiên cũng có những trường hợp do kết cấu mà chúng tạo ra từ trường

có cực tính không đổi

!  Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sđđ theo yêu cầu khi có từ trường phần cảm chuyển động tương đối với nó. Sđđ cảm ứng trên dây quấn là xoay chiều hay một chiều tuy thuộc vào từ trường phẩn cảm là loại có cực tính thay đổi hay cực tính không đổi.

Yêu cầu đối với dây quấn: !  Đảm bảo sđđ và dòng điện tương ứng với công suất điện từ của máy

!  Chịu được dòng điện tương ứng với công suất của máy mà không bị phát

nhiệt quá mức cho phép

!  Chế tạo, lắp đặt được thuận lợi, đảm bảo được độ bền cơ khi máy hoạt

động và tiết kiểm nguyên vật liệu

!  Vật liệu để chế tạo dây quấn MĐ quay thường là đồng đỏ hoặc nhôm, tuy

nhiên đồng đỏ được sử dụng phổ biến hơn cả

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

a. Dây quấn phần cảm

D©y quÊn r«to m¸y đồng bộ cùc låi

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

a. Dây quấn phần cảm (tiếp)

D©y quÊn r« to m¸y §B cùc Èn

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

a. Dây quấn phần cảm (tiếp)

D©y quÊn cùc tõ M§ 1 chiÒu

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

b. Dây quấn phần ứng

Phần đầu ốin

Phần đầu ốin

W =1b

W =2b

y Bước dây quấn

y Bước dây quấn

g n ụ d c á t n ầ h P

g n ụ d c á t n ầ h P

p é h t i õ l i à d u ề i h C

p é h t i õ l i à d u ề i h C

Phần đầu ốin

Phần đầu ốin

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

b. Dây quấn phần ứng (tiếp)

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

b. Dây quấn phần ứng (tiếp)

Dây quấn và lõi thép

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

b. Bước dây quấn và bước cực

!  Nếu phần ứng có Z rãnh và máy có số đôi cực là p thi góc độ điện giữa 2

o

rãnh liên tiếp được tính theo công thức:

α=

p.360 z

!  Dây quấn bước đủ: y = τ =

z 2 p !  Góc lệch pha giữa sđđ của 2 cạnh tác dụng của một bối dây

o

o

x

180

ζ=

=

p.360 z

z 2p

!  Nếu sđđ cảm ứng trên mỗi cạnh tác dụng được biểu diễn là một véc tơ thì

sđđ của bối dây là tổng của 2 véc tơ như hình vẽ

ζ

Eb b

b

ζ a

a

Eb

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn

c. Số pha và số rãnh (tiếp)

!  Đối với MĐ xoay chiều, nếu dây quấn có số pha là “m” thi mỗi pha chiếm số

rãnh là: Z/m

!  Với dây quấn một lớp, số bối dây của một pha tương ứng sẽ là Z/2m

bối

!  Tương tự với dây quấn 2 lớp, do mỗi bối dây có 2 cạnh tác dụng và mỗi cạnh tác dụng chỉ chiếm 1/2 rãnh, nên số bối dây chính bằng số rãnh của một pha tức bằng z/m bối

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

2. Dây quấn (tiếp)

d. Xây dựng sơ đồ dây quấn

Sơ đồ xây quấn MĐ xoay chiếu với q là số nguyên

XÐt m¸y ®iÖn xoay chiÒu 2 cùc víi sè pha m =3 vµ sè r·nh lµ z = 6. DÔ thÊy rµng mçi pha sÏ chiÕm 2 r·nh vµ sè bèi d©y cña mçi pha lµ

Bước cực

3

τ

=

=

=

= 1 bối

Z 2 p

6 1.2

z 2m

D©y quÊn b­íc ®ñ nªn y = τ = 3 hay y = 1 – 4. ĐiÒu nµy cã nghÜa lµ mét c¹nh cña bèi d©y ®Æt ë r·nh 1 thì c¹nh cßn l¹i sÏ ®Æt ë r·nh 4.$

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

d. Xây dựng sơ đồ dây quấn (tiếp)

Z =6, 2p = 2, m = 3 , a = 1

1 2 3 4 5 6

A Z B X C Y

S¬ ®å tr¶i

S¬ ®å trßn

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1

A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

A B C X Y

Z

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn ®ång khu«n ®¬n gi¶n

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1

A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Y

A Z B X C

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn ®ång khu«n ph©n t¸n

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1

A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y

A Z B C X Y

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn ®ång t©m 2 mÆt ph¼ng

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1

A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

A B Z C X Y

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn sãng

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 1

A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y

1

2

3

4

5

6

7

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Y

X

A

B

C

Z

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn 2 líp b­íc ng¾n

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 2

A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y A

A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

X

C

Y

Z

B

A

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn 2 líp b­íc ng¾n

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 3 , a = 4

1

2

3

4

5

6

7

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

X

A

S¬ ®å tr¶i d©y quÊn 2 líp b­íc ng¾n ChØ vÏ pha A

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Z =24, 2p = 4, m = 2 , a = 1

Dây quấn 2 pha

A B X Y

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Sơ đồ xây quấn MĐ xoay chiếu với q là phân số

Z =30, 2p = 4, m = 3 , a = 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30

A X

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Dây quấn rotor lồng sóc

!  Th­êng sö dông cho r«to ®éng c¬ kh«ng ®ång bé, d©y quÊn

c¶n hoÆc d©y quÊn më m¸y cña m¸y ®iÖn ®ång bé.

!  D©y quÊn lång sãc ®­îc t¹o thµnh tõ c¸c thanh dÉn ®­îc ®Æt

vµo r·nh.$

!  VËt liÖu chÕ t¹o th­êng b»ng nh«m ®óc hoÆc b»ng ®ång.$ !  Hai ®Çu cña c¸c thanh dÉn ®­îc nèi víi 2 vßng ng¾n m¹ch.

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Dây quấn rotor lồng sóc

ĐÓ tăng m«men vµ h¹n chÕ dßng ®iÖn më m¸y, ng­êi ta th­êng lµm r·nh s©u, r·nh cã hình d¸ng phøc t¹p, lång sãc kÐp hoÆc 2 lång sãc ®Ó phï hîp víi viÖc øng dông hiÖu øng mÆt ngoµi lµm tăng ®iÖn trë r«to trong qu¸ trình khëi ®éng

R·nh ®Æc biÖt!

R·nh s©u!

Lång sãc kÐp!

II. Dây quấn máy điện xoay chiều

Dây quấn rotor lồng sóc (tiếp)

Đèi víi d©y quÊn kiÓu nµy, mçi thanh dÉn sÏ lµ mét pha vµ

sè vßng d©y cña mçi pha wf = 1 2 D©y quÊn lång sãc lµ quÊn tËp trung vµ coi nh­ b­íc ®ñ.$ ĐÓ tăng c­êng m«men më m¸y vµ h¹n chÕ dao ®éng m«men,

ng­êi chÕ t¹o thªm mét hoÆc mét sè vßng ng¾n m¹ch n»m ë giữa r«to

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

1. S®® c¶m øng khi d©y quÊn phÇn øng chuyÓn ®éng t­¬ng ®èi víi tõ tr­êng phÇn c¶m!

a.  Tõ tr­êng phÇn c¶m cã

cùc tÝnh xen kÏ`!

-

Tõ tr­êng lµ tæng hîp cña c¸c sãng cã tÇn sè c¬ b¶n (bËc 1) vµ c¸c sãng bËc cao

-  ChØ xÐt víi tõ c¶m bËc 1 (từ trường cơ bản)

Ph©n bè tõ c¶m cña m¸y ®iÖn ®ång bé cùc låi

!

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

!  Sđđ của dây quấn do từ trường cơ bản (bậc 1)

E

..

sin

x

=

lvBlvB .. =

td

m

x

Trong

đó

:

v

=

=

=

2 f τ

π τ 2 τ T

x t

Với tốc độ góc ω = 2πf và từ thông tương ứng với một bước cực bằng:

Φ=

Bmτ l

2 π nên :

etd = π f Φsinωt

Và trị hiệu dụng bằng

f Φ= 2, 22 f Φ

Etd =

π 2

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

!  Sđđ của một bối dây gồm 2 thanh dẫn

EVòng = Etd

' − Etd

'' = 2Etd sin

y τ

π 2

= sinβ

= 4, 44 f Φkn; kn = sin

y τ

π 2

π 2

!  Nếu hai thanh dẫn có đặt một bối dây gồm có ws vòng dây thì

sđđ của bối dây đó bằng:

Es = 4, 44 fwsΦkn

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

!  Trường hợp với một nhóm bối dây quấn rải

Giả sử ta có q bối dây nối tiếp và được đặt rải trong các rãnh liên tiếp nhau như trên hình vẽ, sđđ của q bối dây là:

E

44,4

=

Φ

q

kk . n

r

E

44,4

k

=

Φ

q

fqw s fqw s

dq

Trong đó

k

=

dq

kk . n

r

sin

q

tông

hình

hoc

các

sđđ

và

k

=

=

r

tông

sô

hoc

các

sđđ

q

sin

α 2 α 2

kr gọi là Hệ số quấn rải

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

!  Sđđ của dây quấn một pha

E

fw

k

= 44,4

Φ

f

dq

Nếu xét cả sđđ do từ trường bậc cao sinh ra thì:

2

E

...

...

=

+

+

+

+

2 E 1

2 E 3

2 E 5

νE

Trong đó

44,4

=

E ν

kwf Φ ν

=

τ

lB m

lB m

=Φ ν

τ ν

2 π

dq νν 2 νπ

sin

ν

k

sin

k

;

=

νβ

=

n ν

r ν

π 2

q

sin

ν

q α 2 α 2

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

a.  Tõ tr­êng phÇn c¶m cã cùc tÝnh xen kÏ (tiÕp)!

!  Ảnh hưởng của sóng bậc cao sẽ làm cho sđđ không sin, ảnh hưởng đến

hiệu suất và các đặc tính của máy.

!  Trong thực tế, người ta tìm mọi cách để cải thiện dạng sóng sức điện động,

nghĩa là làm cho sóng sức điện động gần sin nhất.

fw

E

k

= 44,4

Φ

dq

f

!  Các giải pháp cải thiện dạng sóng sức điện động Từ công thức : Nhận thấy: Để cải thiện dạng sóng sđđ cần tác động vào 2 yếu tố: - Thứ nhất: Cải thiện từ trường phần cảm - Thứ hai: Thay đổi hệ số dây quấn với sóng bậc cao

III. Sđđ của dây quấn điện xoay chiều

!  Các giải pháp cải thiện dạng sóng sức điện động (tiếp) "  Để cải thiện từ trường phần cảm cần tác động trực tiếp đến kết

cấu máy ( cực từ, khe hở …)

"  Để thay đổi hệ số dây quấn cần áp dụng các giải pháp như quấn

bước ngắn và quấn rải (tăng q):

E

44,4

=

5

kwf Φ 5 5

dq

5

k

5sin

;

=

β

n

5

π 2

Ví dụ với sóng bậc 5: Nếu chọn β = 8/10 thì:

5sin

2sin

0

=

=

π

=

kn

5

8 π 210 0

==>

=

E 5

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

1. Khái niệm chung

!  Dòng điện chạy trong dây quấn tạo ra sức từ động và sinh ra

từ trường bao quanh dây quấn.

!  Từ trường gồm: + Từ trường khe hở + Từ trường ở rãnh + Từ trường ở phần đầu nối Chương này chỉ xét Từ trường khe hở.

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Giả thiết: "  Khe hở không khí đều "  Từ trở của lõi thép không đáng kể Sự phân bố từ trường khe hở cũng là sự phân bố của sức từ động (stđ) dây quấn

Stđ phụ thuộc kiểu dây quấn (quấn tập trung ( q=1) hay quấn rải ( q>1)) và vào dòng điện.

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

!  Dòng điện một chiều:

"  stđ khe hở không đổi nếu từ dẫn khe hở không đổi "  stđ là đập mạch nếu từ dẫn khe hở thay đổi

!  Dòng điện xoay chiều:

"  1 pha thì stđ là đập mạch "  m pha đối xứng ( m≠1) thì stđ sẽ quay tròn "  m pha không đối xứng ( m≠1) thì stđ sẽ quay elip

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

!  Biểu thức của stđ đập mạch: F = Fm sinωtcosα α là góc không gian

"  Nếu t = const # F = Fm1 cosα với Fm1 = Fm sinωt

Sự phân bố của F là hình sin trong không gian.

"  Nếu α = const # F = Fm2 sinωt với Fm2 = Fm cosα

Tại vị trí góc α, F biến đổi tuần hoàn theo thời gian Vậy : stđ đập mạch là một sóng đứng (nghĩa là sự phân bố hình sin trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian)

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

ω= ±

!  Biểu thức của stđ quay tròn: F = Fm sin(ωt ± α) Xét tại một điểm bất kỳ tùy ý của sóng stđ khong đổi thì: sin(ωt ± α) = const hay ωt ± α = const d α # dt

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Quay ngược Quay thuận

Biểu thị bằng véc tơ quay

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Fm sin(ωt + α)

Fm sin(ωt − α) +

Fm sinωt cosα =

1 2

1 2

= F1 + F2

Fm sinωt ∓ α = Fm sinωtcosα ∓ Fmcosωt sinα

)

)cos(α−

π 2

π 2

Sức từ động đập mạch bằng tổng 2 sức từ động quay tròn. Sức từ động quay tròn bằng tổng 2 sức từ động đập mạch. = Fm sinωtcosα ∓ Fm sin(ωt − Lưu ý: Nếu Fm khác nhau sẽ không quay tròn mà sẽ quay elip. Nếu góc lệch nhau cũng quay elip. Nhưng người ta mong muốn quay tròn và trong một số trường hợp người ta thích quay elip, e.g. quạt điện gia đình

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Sức từ động quay elip

sin

tc

sin(

c ) os(

os − m ω α

t ω

α

F F =− m

, F m

π ) 2

π 2

sin

tc

sin(

c ) os(

t

os − m ω α

ω β α

F F =− m

F m

π ) 2

sin

tc

sin(

c ) os(

os − m ω α

t ω

) α γ

F F =− m

F m

π 2

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

2. Stđ của dây quấn phần cảm !  Máy cực lồi:

"  Dây quấn được quấn thành các cuộn dây gồm nhiều vòng

bao quanh cực từ.

t

"  Stđ của mỗi cực :

=

F t

w I t p 2

"  Khe hở không đều nên mật độ từ thông ở đỉnh cực lớn hơn

mỏm cực.

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Sự phân phố của từ trường được thể hiện thông qua sơ đồ sau:

δ

k

=

t

B 1tm B

tm

mδ

1 2,5

/

mδ δ = ÷

Khe hở chỗ lớn nhất bằng 2,5 lần chỗ nhỏ nhất

0,95 1,15 ÷

tk =

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Máy cực ẩn: Dây quấn được quấn rải thành nhiều bối dây, đường biểu diễn stđ có dạng hình thang. Khe hở không khí đều.

8sinγ

π 2

=

kt =

γπ 2

Btm1 Btm

δ

kt = 1,065÷0,965

/ 2γπ

(1

/ 2γπ

)γ π−

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

3. Stđ của dây quấn phần ứng a.  Stđ của dây quấn 1 pha

/ 2τ

τ

/ 2τ

i = 2I sinωt

c

1sF

iw

3sF

i

b / 2s a

sF

d

δ

Theo định luật toàn dòng điện

Stđ phân bố hình chữ nhật trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian được phân tích theo Fourier

∫ H.dl = iws

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Từ trở của thép rất nhỏ (µ =∞) nên Hfe = 0 và stđ xem như chỉ cần thiết để sinh ra từ thông đi qua hai lần khe hở δ Hδ = iws

Stđ ứng với 1 khe hở :

F s

1 iw= s 2

Stđ này phân bố hình chữ nhật trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian được phân tích theo Fourier

os

os3

os5

os

=

α

+

α

+

α

... + +

υα

F s

F c 1 s

F c 3 s

F c s 5

F c s υ

os

υα

F c s υ

= ∑

1,3,5..

= υ

/ 2

π

os

Trong đó

=

d υα α

F c s

F s υ

∫

/ 2

2 π −

π

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Và cuối cùng tìm được:

os

t sin υα ω

F s

F c sm υ

= ∑

1,3,5

= υ

0,9

=

sm

Với

F υ

iw s υ

Như vậy: Sức từ động của một phần tử có dòng điện xoay chiều chạy qua là tổng hợp của ν sóng đập mạch phân bố hình sin trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian.

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Stđ của dây quấn 1 lớp bước đủ với q phần tử ta có

os

t sin υα ω

F q

qF k c sm r υ

= ∑

1,3,5

= υ

Stđ của dây quấn 1 pha 2 lớp bước ngắn

F

2

os

t sin υα ω

f

n

qF k k c sm r υ υ υ

= ∑

1,3,5

= υ

Lưu ý số vòng dây 1 pha w = 2pqws Như vậy: Sức từ động của dây quấn 1 pha là tổng hợp của một dãy sóng đập mạch

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

b. Stđ của dây quấn m pha Các pha đặt lệch nhau trong không gian góc 2π/m, dòng điện m pha đối xứng lệch nhau về thời gian góc 2π/m

I 2 sin

=

t ω

i 1

2 sin(

I

=−

t ω

i 2

2 π ) m

........

t m (

1)

=−

i m

2 π m

⎡ 2 sin I − ⎢ ω ⎣

⎤ ⎥ ⎦

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

F

sin

tc

os ω υα

=

f

F 1

υ

∑

1,3,5

= υ

F

sin(

c ) os (

t − ω

υα

f

F 2

υ

∑

2 π m

2 π ) m

1,3,5

=− υ = ........

sin

t m (

c os

(

m

1)

F −

1) −

F m

f

υ

∑

2 π − m

2 π m

1,3,5

=− υ =

⎡ ω ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

⎡ υ α ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Để có stđ của dây quấn m pha ta lấy tổng của m stđ đập mạch đó. F

F

f

υ

∑

f υ 2

f υ 2

1,3,5

= υ

F tc sin( t sin( t sin + os − ω υα = ) ω υα ) ω υα = F + 1

f

υ

∑

sin( c ) os ( t − ω υα F 2 2 π m 2 π ) m F = 1,3,5 =− υ =

F F

f υ 2

f υ 2 ........

( t 1) ) ( t 1) ) −+− + ω υα υ + 2 π m 2 π m ⎤ ⎥ ⎦ ⎡ sin ( + + ω υα υ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎦ ⎡ sin ( ⎢ ⎣

f

υ

∑

1,3,5

sin t m ( c os ( m F − 1) − 1) −= F m 2 π m 2 π m =− υ = ⎡ ω ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎦ ⎡ υ α ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎦

f υ 2 F

t ( m 1)( 1) F =− − + − + ) ω υα υ 2 π m ⎡ sin ( ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎦

f υ 2

( m 1)( 1) + ) + ω υα t − + υ 2 π m ⎡ sin ( + ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎦

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Với ν = 1,3,5 có thể chia làm 3 nhóm: 1)  ν = mk - từ trường đối xứng không nên xét 2)  ν = 2mk+1 – quay thuận 3)  ν = 2mk-1 – quay ngược

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Xét nhóm quay thuận

sin(

t

) ω υα

F =−

F 1

(

)

t

1)

−

+

ω υα υ

f υ 2 F =−

F 2

f υ 2

2 π m

⎡ sin ( ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

........

t

(

m

1)(

1)

F =−

−

−

+

) ω υα

υ

F m

f υ 2

2 π m

⎡ sin ( ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎦

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

mk

1)

2

(

( υ

k π

2 π 1) −=−=− m

2 π m

2 π m

!  Với ν = mk Với mỗi trj số của k và m, stđ là những sóng hình sin quay cùng tốc độ, các véc tơ tương ứng lệch nhau góc 2π/m làm thành một hình sao đối xứng và tổng bằng 0

4k

1) −=

( υ

π

2 π m

!  Với ν = 2mk+1 Với mỗi trị số của k, các stđ quay thuận trùng pha nhau và có trị số:

F

sin(

t

) ω υα

f

F t

υ

=− ∑

m 2

2

mk

1

υ

=

+

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

4k

1) −=−

( υ

π

4 π m

2 π m

!  Với ν = 2mk-1 Với mỗi trj số của k, các stđ quay với cùng tốc độ và lệch nhau góc 4π/m, do đó tổng bằng 0.

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

F

sin(

t

) + ω υα

=

f

F n

υ

∑

m 2

mk

1

2 =−

υ

∑ Ff υ sin(ωt ∓ υα)

υ=2mk±1

m 2

F( m) =

Tương tự với nhóm quay ngược: Tổng hợp ta có: Với

I

Ff υ = 0,45m

m 2

w.kdq υ p

∑ Ff υ sin(ωt ∓ υα)

υ=6k±1

3 2

∑ Ff υ sin(ωt ∓ υα)

υ=4k±1

2 2

Với dây quấn 3 pha F(3) = F( 2) = Và dây quấn 2 pha

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

n

=

n n = ± υ υ 60 f p

Tốc độ quay của stđ quay bậc ν Với

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

Khi dòng trong m pha không đối xứng thì có thể phân tích thành các

phân lượng đối xứng:

∑ F1 f υ sin(ωt ∓ υα)

υ=2mk±1

m 2

sin(

t

) ± ω υα

=

F 2(

F 2

m

)

f υ

I

m 2 1 ± ... = =

=

=

tω

∑ mk 2 υ = i = 03

2 sin 0

i 02

i 01

i 0

m

Với dòng thứ tự thuận: F1( m) = Với dòng thứ tự nghịch: Với dòng thứ tự không: Sinh ra trong dây quấn m pha các stđ đập mạch cùng pha về thời

gian và lệch nhau trong không gian góc 2π/m

IV. Từ trường của dây quấn MĐ xoay chiều

F

sin

tc

=

os ω υα

01

F 0

f

υ

F

sin

tc

os ω υ α

02

F =− 0

f

υ

2 π m

⎤ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎣

.............................

tc

(

m

1)

sin −

os ω υ α

F 0

m

F =− 0

f

υ

2 π m

⎤ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ ⎣

⎧ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩

sin

tc

os ω υα

F 0(

F 2

m

)

f

υ

Với ν = mk các stđ đập mạch do dòng thứ tự không ở m pha lệch nhau 2kπ trong không gian và công với nhau: = ∑

mk

= υ