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.

a)

b)

c)

H×nh 2-1 R·nh thùc cã 1, 2 vµ 3 r·nh nguyªn tè

§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 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- 1a). NÕu trong mét r·nh thùc ®ã cã ®Æt 2u 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

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).

y1

y2

y1

y

y

y2

1

2 3

15

15

8

1

2 3

yG

yG

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.

b)

a)

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

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:

=τ

(p lµ sè ®«i cùc).

Z nt 2 p

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

y 1 =

y 1 =

Z 2

nt p

Z 2

nt p

. NÕu kh«ng ph¶i lµ Znt/2p (trong ®ã p lµ sè ®«i cùc) nªn tèt nhÊt lµ

Z nt 2 p

=

ε =±

. Tæng qu¸t ta cã: sè nguyªn th× ph¶i chän y1 b»ng mét sè nguyªn gÇn b»ng

y 1

Z 2

nt p

sè nguyªn. (2-4)

y 1 =

Z 2

nt p

=

ε+

Khi ta cã d©y quÊn b−íc ®ñ;

y 1

nt p

Z 2

=

ε−

ta cã d©y quÊn b−íc dµi;

y 1

nt p

Z 2

ta cã d©y quÊn b−íc ng¾n.

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

y1 = τ

//

-1/

-1

-1///

1///

1//

/ 1E&

// 1E&

1 N

1/ S

/// 1E&

1

1

1

1/

1//

1///

1 2

c)

a)

b)

ChiÒu quay 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:

4

=

ε =±

=

y 1

Z 2

16 4

nt p

Cã d©y quÊn xÕp ®¬n víi Znt = S = G = 16, 2p = 4. a. C¸c b−íc d©y quÊn

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

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

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:

ChiÒu quay phÇn øng

c. Gi¶n ®å khai triÓn

1 2

3

4

5

6 7

8

9 10 11 12 13 14 15 16

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 d−íi vÏ b»ng nÐt ®øt.

N

S

N

S

16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

_

_

B1

A2

+

B2

+

A1

C +

_D

H×nh 2-5. Gi¶n ®å khai triÓn d©y quÊn xÕp ®¬n.

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 0,7 b−íc cùc. Theo cùc tÝnh cña cùc tõ 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 ph¶i ®èi xøng, nghÜa lµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c chæi than ph¶i b»ng nhau. ChiÒu réng cña chæi than cã thÓ lÊy b»ng mét 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

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.

E− i− E− i−

4 5

y1

16 1 y

E− i−

E− i−

A2

y2

B2 B1

4i−

14 15 16 1 2

A1

4i− +

_

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.®.®.).

d−íi mçi ®«i cùc lµ V× cø qua mçi ®«i cùc s.®.®. biÕn ®æi mét chu kú 360 ®é ®iÖn vµ sè r·nh nguyªn tè Z nt , nªn nÕu coi nh− c¸c phÇn tö d©y quÊn ph©n bè ®Òu trªn bÒ p

0

0

0

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:

p

p

=α

=

=

(2-8)

p

360 Z

360 S

360 Z /

nt

nt

0

.2

0 .45

=α

=

Theo thÝ dô trªn, p = 2, Znt = S = 16 th× ta cã

360 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

+

A2

A1

9 10

7,15

1 2

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

6 5

3,11

B1

B2

_

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 3600 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.

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

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).

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.

cµng lín th× sù ®Ëp m¹ch cña ®iÖn ¸p Ng−êi ta ®· chøng minh ®−îc r»ng, nÕu

G 2 p

= 8 th× sù ®Ëp m¹ch ®ã ®· khã nhËn thÊy vµ ®iÖn ¸p cña m¸y ph¸t ®−îc cµng Ýt. Khi

G 2 p

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

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

=

vµ ta cã: (2-9)

yG

1± 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:

1

Z

1

G

=

=

±

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:

± p

± nt p

Z nt p

1 p

y = yG =

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

y

3

VÝ dô cã d©y quÊn sãng ®¬n víi 2p = 4, G = S = Znt = 15. a. B−íc d©y quÊn

=

ε =±

−

=

1

nt p

Z 2

15 4

3 4

, (chän d©y quÊn b−íc ng¾n).

G

1

1

7

=

=

=

, (d©y quÊn tr¸i).

yG

± p

15 − 2

19

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

y = yG = 7 y2 = y - y1 = 7 - 3 = 4. b. Thø tù nèi c¸c phÇn tö

ChiÒu quay phÇn øng

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

N

N

S

S

_

B1

A2

+

A1 +

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 _B2

+

_

C

D

c. Gi¶n ®å khai triÓn d©y quÊn

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 phÇn tö ta thÊy, phÇn tö 1 nèi víi phÇn 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 cùc tõ cïng cùc tÝnh, vÝ dô c¹nh thø 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 sÏ n»m ë d−íi cùc N cho ®Õn khi nèi thµnh m¹ch kÝn.

H×nh 2-9 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

0

0

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 .

.2

0

48

α

=

=

=

360 S

360 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

+

A2

7

14

15

6

8

12 13 5

12

A1 5 6 13 6

13

1

4

14

α= 480

5

9

11

7

12

2

3

15

4

1 0

10

8

11

3

1

9

2 2 1

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)

π

=

2 p τ

trong ®ã Btb lµ c¶m øng tõ trung b×nh trong khe hë.

Dn 60

n 60

δΦ Btb τ = l

Do tèc ®é quay v = vµ ,

τ - b−íc cùc;

trong ®ã: D - ®−êng kÝnh ngoµi phÇn øng;

p - sè ®«i cùc;

n - tèc ®é quay phÇn øng;

δΦ

- tõ th«ng khe hë d−íi mçi cùc tõ.

Thay vµo ph−¬ng tr×nh (2-13), ta cã:

etb

2 p δΦ=

n 60

(2-14)

21

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:

E

e

n

,

=

=

Cn Φ=Φ

tb

e

δ

δ

u

N 2 a

pN 60 a

Φ , V (2- S 15)

δΦ

− i , − E a ñ c u Ò i h C

M

C

=

- tÝnh b»ng Wb ; n - tÝnh b»ng vg/ph. trong ®ã: n

e

pN 60 a

Bδ

Bδtb

- hÖ sè phô thuéc vµo kÕt cÊu

τ

cña m¸y vµ d©y quÊn.

ChiÒu cña E− phô thuéc vµo chiÒu cña tõ th«ng 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.®.®. p hÇn øng vµ m«men ®iÖn tõ trong MF§1 chiÒu

Sù ph©n tÝch trªn dùa trªn gi¶ thiÕt d©y quÊn 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