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
φ σ = бtΦ0 (3- φ 0
⎛ ⎜⎜ 0 1 ⎝
⎞ ⎟⎟ ⎠
N S ΦC = Φ0 + Φб =
=
+
φσ 1)
φσ - hÖ sè t¶n tõ cña cùc φ 0
⎛ ⎜⎜ 1 ⎝
⎞ ⎟⎟ ⎠
trong ®ã: бt
tõ chÝnh. Th−êng бt = 1,15 ÷ 1,28.
H×nh 3-1 Sù ph©n bè cña tõ tr−êng chÝnh vµ tõ tr−êng t¶n trong m¸y ®iÖn mét chiÒu
3.1.2. S.t.®. cÇn thiÕt sinh ra tõ th«ng
§Ó cã tõ th«ng chÝnh Φ0 cÇn thiÕt ph¶i
23
Iw
Hdl
Σ
cã mét s.t.®. kÝch tõ F0 nµo ®ã. S.t.®. nµy do sè ampe vßng cña d©y quÊn kÝch tõ trªn mét ®«i cùc sinh ra. Theo ®Þnh luËt toµn dßng ®iÖn, trong m¹ch tõ kÝn, tæng s.t.®. b»ng tÝch ph©n vßng cña c−êng ®é tõ tr−êng trong m¹ch tõ ®ã, tøc lµ:
∫=
Trong thiÕt kÕ m¸y ®iÖn, trùc tiÕp dïng c«ng thøc trªn ®Ó tÝnh to¸n cã khã kh¨n v× m¹ch tõ trong m¸y ®iÖn kh«ng quy cñ, khã x¸c ®Þnh c−êng ®é tõ tr−êng H ë c¸c ®iÓm. V× vËy ®Ó dÔ tÝnh to¸n ta dïng c¸ch ph©n ®o¹n vµ trong c¸c ®o¹n ®ã coi nh− c−êng ®é tõ tr−êng kh«ng ®æi. Trong m¸y ®iÖn th−êng chia m¹ch tõ ra lµm n¨m ®o¹n sau: khe hë, r¨ng phÇn øng, l−ng phÇn øng, cùc tõ vµ g«ng tõ.
Iw
Hl
2
H
2
2
Σ=
Σ=
=
+
+
+
F 0
lHhH + uu r
r
lH cc
lH gg
δδ
Nh− vËy s.t.®. cÇn thiÕt cho mét ®«i cùc F0 ®Ó sinh ra tõ th«ng chÝnh cã thÓ tÝnh nh− sau:
= Fδ + Fr + F− + Fc + Fg (3-2)
trong ®ã c¸c ch÷ nhá δ, r, −, c, g chØ khe hë, r¨ng phÇn øng, l−ng phÇn øng, cùc tõ vµ g«ng tõ; h chØ chiÒu cao vµ l chØ chiÒu dµi.
H =
C−êng ®é tõ tr−êng cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc:
B µ
B
=
(3-3)
Φ S
trong ®ã: - tõ c¶m trªn tõng ®o¹n;
Φ, S vµ µ - tõ th«ng, tiÕt diÖn vµ hÖ sè tõ thÈm cña c¸c ®o¹n.
Trong kh«ng khÝ, µ = µ0 = 4π.10-7 H/m, nh−ng trong s¾t tõ µ kh«ng ph¶i lµ mét hÖ sè kh«ng ®æi, v× vËy th−êng kh«ng tÝnh to¸n theo c«ng thøc (3-3) ®Ó ®−îc H mµ trùc tiÕp t×m ra H theo ®−êng ®Æc tÝnh tõ ho¸ cña vËt liÖu, tøc lµ ®−êng B = f(H) khi biÕt B.
§−êng ®Æc tÝnh tõ ho¸ c¬ b¶n cña c¸c lo¹i thÐp cã ghi trong c¸c tµi liÖu “thiÕt kÕ m¸y ®iÖn”.
Sau khi ph©n ®o¹n, tÝnh s.t.®. trªn c¸c ®o¹n, cã thÓ t×m ®−îc s.t.®. tæng d−íi mçi ®«i cùc theo c«ng thøc (3-2).
Φ0 Tõ th«ng d−íi mçi ®«i cùc
b
aΦ®m
c
3.1.3. §−êng cong tõ ho¸
Muèn sinh ra mét tõ th«ng Φ0 nµo ®ã cÇn cã mét s.t.®. kÝch tõ nhÊt ®Þnh F0. Khi Φ0 thay ®æi th× F0 còng thay ®æi theo. §−êng biÓu diÔn quan hÖ gi÷a Φ0 vµ F0 gäi lµ ®−êng cong tõ ho¸ cña m¸y ®iÖn (h×nh 3-2). Khi thiÕt kÕ m¸y ®iÖn, cã thÓ gi¶ thiÕt nh÷ng gi¸ trÞ Φ0 kh¸c nhau råi tÝnh F0 t−¬ng øng. §èi víi m¸y ®iÖn cã s½n th× dïng thÝ nghiÖm ®Ó vÏ ®−êng tõ ho¸.
F0 (A/®«i cùc)
F0
Do s.®.®. lóc kh«ng t¶i tû lÖ thuËn víi Φ0 vµ dßng ®iÖn kÝch tõ It tû lÖ thuËn víi F0 nªn nÕu dïng mét tû lÖ xÝch kh¸c th× ta hoµn toµn cã thÓ biÕn ®−êng tõ ho¸ Φ0 = f(F0) thµnh ®−êng biÓu
H×nh 3-2. ®−êng tõ ho¸ cña m¸y ®iÖn mét chiÒu
24
diÔn quan hÖ gi÷a E0 víi It: E0 = f(It).
Khi tõ th«ng trong m¸y ®iÖn nhá, thÐp cña m¸y Ýt b·o hoµ ®−êng tõ ho¸ lµ ®−êng th¼ng.
k
=
=
Khi tõ th«ng t¨ng lªn, lâi s¾t b¾t ®Çu b·o hoµ nªn ®−êng tõ ho¸ nghiªng vÒ bªn ph¶i. KÐo dµi phÇn ®−êng th¼ng cña ®−êng cong tõ ho¸ ta ®−îc quan hÖ Fδ = f(Φ0). Khi tõ th«ng Φ0 ®Þnh møc (dïng ®Ó sinh ra ®iÖn ¸p ®Þnh møc) th× s.t.®. khe hë b»ng ®o¹n ab trªn h×nh 3-2. §o¹n bc trªn h×nh vÏ chØ s.t.®. r¬i trªn c¸c phÇn s¾t cña m¹ch tõ. Tû sè
µ
ac ab
F 0 F δ
gäi lµ hÖ sè b·o hoµ cña m¹ch tõ.
Trong m¸y ®iÖn th«ng th−êng, ®Ó triÖt ®Ó lîi dông vËt liÖu, khi ®iÖn ¸p ®Þnh møc, m¸y ®iÖn lµm viÖc ë ®o¹n ®−êng cong tõ ho¸ b¾t ®Çu cong víi hÖ sè b·o hoµ kµ = 1,1 ÷ 1,35. §−êng cong tõ ho¸ ¶nh h−ëng rÊt lín ®Õn ®Æc tÝnh lµm viÖc cña m¸y ®iÖn.
3-2. Tõ tr−êng phÇn øng
Khi m¸y ®iÖn lµm viÖc kh«ng t¶i, trong m¸y chØ cã dßng ®iÖn trong d©y quÊn kÝch tõ sinh ra tõ tr−êng. Tõ tr−êng ®ã gäi lµ tõ tr−êng lóc kh«ng t¶i.
Khi m¸y cã t¶i, trong d©y quÊn phÇn øng cã dßng ®iÖn t¶i ch¹y qua. Dßng ®iÖn nµy cßn ch¹y qua d©y quÊn cùc tõ phô vµ trong nh÷ng m¸y lín cßn ch¹y qua c¶ d©y quÊn bï. Dßng ®iÖn ch¹y qua c¸c d©y quÊn ®ã sÏ sinh ra tõ tr−êng cho nªn khi m¸y cã t¶i, ngoµi tõ tr−êng cùc tõ chÝnh cßn cã tõ tr−êng phÇn øng, tõ tr−êng cùc tõ phô vµ tõ tr−êng d©y quÊn bï.
TÊt c¶ c¸c tõ tr−êng ®ã t¸c dông víi nhau ®Ó thµnh tõ tr−êng khe hë lµm thay ®æi tõ tr−êng lóc kh«ng t¶i cña m¸y.
§Ó nghiªn cøu ®−îc râ rµng tõ tr−êng trong m¸y lóc cã t¶i, tr−íc hÕt xÐt riªng tõ tr−êng sinh ra trong c¸c d©y quÊn råi dïng nguyªn lý xÕp chång t×m ra tõ tr−êng tæng cña m¸y, tõ ®ã thÊy râ t¸c dông cña tõ tr−êng c¸c d©y quÊn ®èi víi tõ tr−êng lóc kh«ng t¶i . §Ó ®¬n gi¶n ho¸ vÊn ®Ò, lóc dïng nguyªn lý xÕp chång ta gi¶ thiÕt m¹ch tõ kh«ng b·o hoµ, sau ®ã sÏ xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña b·o hoµ sau.
3.2.1. ChiÒu cña tõ tr−êng phÇn øng
N
Trung tÝnh h×nh häc
F−
Muèn t¹o nªn mét tõ tr−êng phÇn øng riªng, ta cho qua chæi than vµo phÇn øng mét dßng ®iÖn mét chiÒu sao cho chiÒu dßng ®iÖn trong c¸c thanh dÉn gièng nh− lóc m¸y lµm viÖc b×nh th−êng. n
Tr−êng hîp chæi than ®Æt trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc (h×nh 3-3) vµ kh«ng xÐt ®Õn tõ tr−êng cùc tõ chÝnh.
S
Khi phÇn øng cã dßng ®iÖn th× b¶n th©n phÇn øng lµ mét nam ch©m ®iÖn. Dï m¸y quay hay kh«ng th× sù ph©n bè cña dßng ®iÖn trong d©y quÊn vÉn kh«ng ®æi, nghÜa lµ dßng ®iÖn ë hai phÝa cña c¸c chæi than lu«n lu«n
H×nh 3-3 Tõ tr−êng phÇn øng khi chæi than ë ®−êng trung tÝnh h×nh häc
25
N
F
A
B
§
F−d
F−
b
Trung tÝnh h×nh häc
F−q
b
D
C
kh¸c dÊu nhau. V× vËy tõ tr−êng phÇn øng sinh ra ®øng yªn vµ trôc søc tõ ®éng (s.t.®) cña nã lu«n lu«n trïng víi trôc cña chæi than, nghÜa lµ trïng víi ®−êng trung tÝnh h×nh häc. ë ®©y nãi ®Õn trôc s.t.®. lµ chØ trôc s.t.®. tæng cña c¶ d©y quÊn sinh ra chø kh«ng riªng g× phÇn tö d©y quÊn nµo, cho nªn kÕt luËn trªn ®óng víi kiÓu d©y quÊn bÊt kú.
S
H×nh 3-4 Tõ tr−êng phÇn øng khi chæi than «ng ë ®−êng trung tÝnh h×nh hä c kh
NÕu ta quay chæi than ®i mét gãc khái ®−êng trung tÝnh h×nh häc t−¬ng ®−¬ng víi mét kho¶ng c¸ch b trªn phÇn øng nh− ë h×nh 3-4, th× do sù ph©n bè cña dßng ®iÖn øng víi vÞ trÝ chæi than lµ kh«ng ®æi nªn trôc s.t.®. còng quay ®i mét gãc vµ lu«n lu«n trïng víi trôc chæi than. Ta cã thÓ ph©n tÝch s.t.®. phÇn øng F− ra lµm hai thµnh phÇn: thµnh phÇn th¼ng gãc víi s.t.®. cùc tõ gäi lµ s.t.®. ngang trôc F−q vµ thµnh phÇn cïng trôc víi s.t.®. cùc tõ gäi lµ s.t.®. däc trôc F−d.
Theo h×nh vÏ 3-4, ta cã thÓ coi nh− s.t.®.
ngang trôc do dßng ®iÖn trong cung AB vµ CD sinh ra, cßn s.t.®. däc trôc do dßng ®iÖn trong cung AD vµ CB sinh ra (cung nµy b»ng 2b).
3.2.2. Sù ph©n bè cña tõ tr−êng trªn bÒ mÆt phÇn øng
Khi chæi than ë trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc, theo h×nh vÏ 3-3 ta thÊy, ®−êng søc tõ ®i ra ë d−íi nöa cùc tõ nµy vµ ®i vµo ë d−íi nöa cùc tõ kia, do ®ã t¸c dông cña nã trong khe hë ë d−íi hai nöa cùc tõ cã chiÒu ng−îc nhau. Theo ®Þnh luËt toµn dßng ®iÖn, ë ®iÓm gi÷a m¹ch nh¸nh d©y quÊn gi÷a hai chæi than, nghÜa lµ ë t©m cùc tõ khi chæi than ë trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc t¸c dông cña s.t.®. phÇn øng b»ng 0. V× vËy th−êng lÊy ®iÓm gi÷a hai chæi than lµm gèc ®Ó xÐt sù ph©n bè cña s.t.®. phÇn øng trªn bÒ mÆt phÇn øng.
,
I
i
, =
Gi¶ thiÕt bÒ mÆt phÇn øng nh½n, khe hë ®Òu d−íi mÆt cùc tõ vµ d©y quÊn phÇn øng ph©n bè ®Òu trªn mÆt phÇn øng.
u
u 2 a
lµ dßng ®iÖn trong thanh dÉn Gäi N lµ tæng sè thanh dÉn cña d©y quÊn,
,
. iN
A
=
(trong ®ã I− lµ dßng ®iÖn phÇn øng, a lµ sè ®«i m¹ch nh¸nh) th× sè ampe thanh dÉn trªn ®¬n vÞ chiÒu dµi cña chu vi phÇn øng b»ng:
u D
. π
A/cm (3-4)
trong ®ã: D lµ ®−êng kÝnh ngoµi cña phÇn øng, tÝnh b»ng cm.
TrÞ sè A b»ng s.t.®. trªn mét ®¬n vÞ dµi (cm) cña chu vi phÇn øng ®−îc gäi lµ phô t¶i ®−êng cña phÇn øng. §ã lµ mét tham sè quan träng khi thiÕt kÕ m¸y ®iÖn.
Theo ®Þnh luËt toµn dßng ®iÖn, nÕu lÊy m¹ch vßng ®èi xøng víi ®iÓm gi÷a cña hai chæi than th× ë mét ®iÓm c¸ch gèc mét kho¶ng c¸ch x, s.t.®. phÇn øng sÏ b»ng:
F−x = A.2x (A/®«i cùc) (3-5)
26
=x
τ 2
Râ rµng s.t.®. phÇn øng sÏ lín nhÊt ë chæi ®iÖn, nghÜa lµ khi . Lóc ®ã s.t.®.
,
A
2
A
=
=
τ
phÇn øng sÏ b»ng:
F u
τ 2
(A/®«i cùc) (3-6)
N
S
n
+
F §
x
x
F−x
trong ®ã: τ lµ b−íc cùc tÝnh b»ng cm.
a)
F−x
Aτ 2 Aτ 2
B−x
V× A vµ i− ®Òu tû lÖ víi I− nªn F− còng tû lÖ víi I−, nghÜa lµ khi dßng ®iÖn t¶i (tøc lµ dßng I−) cµng lín th× s.t.®. phÇn øng cµng lín. Sù ph©n bè s.t.®. phÇn øng trªn bÒ mÆt phÇn øng nh− ë h×nh 3-5a.
b)
,
x
µ
=
NÕu bá qua tõ trë cña thÐp th× tõ trë cña m¹ch tõ phÇn øng chØ cßn lµ hai khe hë kh«ng khÝ nªn tõ c¶m phÇn øng ë d−íi bÒ mÆt cùc tõ b»ng:
µ 0
0 2
F xu δ
A δ
B−x=µ0H−x=
H×nh 3-5 §−êng ph©n bè s.t.®.vµ tõ c¶m phÇn øng khi chæi than ë trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc
(3-7)
trong ®ã H−x lµ c−êng ®é tõ tr−êng phÇn øng ë ®iÓm c¸ch gèc mét ®o¹n x.
Tõ c«ng thøc (3-7) ta thÊy r»ng ®−êng tõ c¶m d−íi mÆt cùc tõ cã d¹ng nh− ®−êng cong s.t.®. nh−ng ë phÇn gi÷a hai cùc tõ, tõ c¶m gi¶m ®i rÊt nhiÒu do chiÒu dµi ®−êng tõ trong kh«ng khÝ t¨ng lªn, nªn ®−êng cong tõ c¶m cã d¹ng yªn ngùa (h×nh 3-5b).
b2−τ
NÕu chæi than kh«ng ë trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc mµ lÖch ®i mét gãc t−¬ng ®−¬ng víi mét kho¶ng c¸ch b trªn chu vi phÇn øng (h×nh 3-4) th× d−íi mçi b−íc cùc, trong ph¹m vi 2b dßng ®iÖn sinh ra s.t.®. däc trôc F−d vµ trong ph¹m vi (τ - 2b) sinh ra s.t.®. ngang trôc F−q. Do ®ã ta cã: F−d = A. 2b (A/®«i cùc) (3-8) ) (A/®«i cùc) (3-9) F−q = A. (
Tãm l¹i, tõ tr−êng phÇn øng phô thuéc vµo vÞ trÝ chæi ®iÖn vµ møc ®é t¶i. ChÝnh nh÷ng yÕu tè ®ã quyÕt ®Þnh tÝnh chÊt t¸c dông cña tõ tr−êng phÇn øng lªn tõ tr−êng cùc tõ chÝnh.
3.2.3. Ph¶n øng phÇn øng trong m¸y ®iÖn mét chiÒu
Khi m¸y ®iÖn lµm viÖc cã t¶i, dßng ®iÖn phÇn øng sinh ra tõ tr−êng phÇn øng. T¸c dông cña tõ tr−êng phÇn øng víi tõ tr−êng cùc tõ gäi lµ ph¶n øng phÇn øng.
Khi xÐt ®Õn t¸c dông cña ph¶n øng ta cÇn chó ý r»ng nÕu m¸y cã chiÒu dßng ®iÖn vµ cùc tÝnh cña cùc tõ nh− trong h×nh 3-3 vµ 3-4 th× chiÒu quay cña m¸y ph¸t ®iÖn vµ cña ®éng c¬ ®iÖn sÏ ng−îc nhau vµ ®−îc ký hiÖu b»ng nh÷ng mòi tªn nh− trªn h×nh vÏ.
27
m
n
m
n
N
N
S
n
m
Trung tÝnh vËt lý
F §
4
n
n
F §
Trung tÝnh h×nh häc
+
+
3
m
+
+
2
+
+
1
m
n
n
m
a)
b)
H×nh 3-6. Ph¶n øng phÇn øng khi chæi than ë trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc
Sau ®©y sÏ nghiªn cøu hai tr−êng hîp: chæi than ë trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc vµ kh«ng ë trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc.
a. Chæi than ®Æt ë trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc
Sù ph©n bè cña tõ th«ng tæng do tõ tr−êng cùc tõ chÝnh vµ tõ tr−êng phÇn øng hîp l¹i nh− ë h×nh 3-6a. Còng cã thÓ dïng h×nh khai triÓn cña nã (h×nh 3-6b) ®Ó ph©n tÝch sù thay ®æi cña tõ th«ng khe hë khi cã ph¶n øng phÇn øng. Trong h×nh 3-6b ®−êng 1 chØ sù ph©n bè cña tõ tr−êng chÝnh, ®−êng 2 lµ sù ph©n bè cña tõ tr−êng phÇn øng. Khi m¹ch tõ kh«ng b·o hoµ th× theo nguyªn lý xÕp chång, sù ph©n bè cña tõ tr−êng tæng nh− ®−êng 3, nhËn ®−îc b»ng c¸ch céng tõ tr−êng cña cùc tõ (®−êng 1) víi tõ tr−êng cña phÇn øng (®−êng 2) . Nh−ng khi m¹ch tõ b·o hoµ th× dïng nguyªn lý xÕp chång kh«ng hoµn toµn ®óng v× lóc m¹ch tõ b·o hoµ tõ th«ng kh«ng t¨ng tû lÖ víi s.t.®. n÷a, nªn thùc tÕ sù ph©n bè tõ tr−êng tæng nh− ®−êng 4.
Tõ nh÷ng ph©n tÝch trªn, ta cã thÓ rót ra nh÷ng kÕt luËn sau ®©y:
a. Khi chæi than ë trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc chØ cã ph¶n øng phÇn øng ngang trôc mµ t¸c dông cña nã lµ lµm mÐo tõ tr−êng khe hë. §èi víi m¸y ph¸t ®iÖn th× ë mám ra cùc tõ (mám cùc mµ phÇn øng ®i ra) m¸y ®−îc trî tõ, ë mám vµo cña cùc tõ th× bÞ khö tõ. §èi víi ®éng c¬ ®iÖn t¸c dông sÏ ng−îc l¹i, v× chiÒu quay ng−îc víi chiÒu quay cña m¸y ph¸t ®iÖn.
b. NÕu m¹ch tõ kh«ng b·o hoµ th× tõ tr−êng tæng kh«ng ®æi v× t¸c dông trî tõ vµ khö tõ nh− nhau. NÕu m¹ch tõ b·o hoµ th× do t¸c dông trî tõ Ýt h¬n t¸c dông khö tõ nªn tõ th«ng tæng d−íi mçi cùc gi¶m ®i mét Ýt, nghÜa lµ ph¶n øng phÇn øng ngang trôc cã mét Ýt t¸c dông khö tõ.
c. Tõ c¶m ë ®−êng trung tÝnh h×nh häc kh«ng b»ng 0, ®−êng mµ ë trªn bÒ mÆt phÇn øng tõ c¶m b»ng 0 - gäi lµ ®−êng trung tÝnh vËt lý - ®· lÖch khái ®−êng trung tÝnh h×nh häc mét gãc thuËn theo chiÒu quay cña m¸y ph¸t ®iÖn, hay ng−îc chiÒu quay cña ®éng c¬ ®iÖn (®−êng mm trªn h×nh 3-6).
28
Tãm l¹i: Khi chæi than ®Æt trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc th× chØ cã ph¶n øng phÇn øng ngang trôc F−q lµm mÐo d¹ng tõ tr−êng khe hë, do ®ã xuÊt hiÖn ®−êng trung tÝnh vËt lý. NÕu m¹ch tõ kh«ng b·o hoµ th× tõ th«ng tæng kh«ng ®æi. NÕu m¹ch tõ b·o hoµ th× tõ th«ng tæng gi¶m ®i mét Ýt.
b. Xª dÞch chæi than khái ®−êng trung tÝnh h×nh häc
Trong m¸y ®iÖn mét chiÒu, th−êng chæi than ®Æt ë trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc nh−ng do l¾p ghÐp kh«ng tèt, hoÆc khi m¸y kh«ng cã cùc tõ phô, muèn c¶i thiÖn ®æi chiÒu, cã thÓ xª dÞch chæi than ®i mét gãc khái ®−êng trung tÝnh h×nh häc. Khi xª dÞch chæi than nh− vËy th× s.t.®. phÇn øng cã thÓ chia lµm hai thµnh phÇn: ngang trôc F−q vµ däc trôc F−d.
T¸c dông cña ph¶n øng phÇn øng ngang trôc nh− ®· nãi ë trªn lµ lµm mÐo d¹ng tõ tr−êng cña cùc tõ chÝnh vµ khö tõ mét Ýt nÕu m¹ch tõ b·o hoµ.
Ph¶n øng phÇn øng däc trôc trùc tiÕp ¶nh h−ëng ®Õn tõ tr−êng cùc tõ chÝnh vµ cã tÝnh chÊt trî tõ hay khö tõ tuú theo chiÒu xª dÞch cña chæi than.
NÕu xª dÞch chæi than theo chiÒu quay cña m¸y ph¸t (hay ng−îc chiÒu quay cña ®éng c¬) th× ph¶n øng phÇn øng däc trôc cã tÝnh chÊt khö tõ (h×nh 3-4), ng−îc l¹i nÕu xª dÞch chæi than ng−îc chiÒu quay cña m¸y ph¸t (thuËn chiÒu quay cña ®éng c¬) th× ph¶n øng phÇn øng däc trôc cã tÝnh chÊt trî tõ.
Trong m¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu, do yªu cÇu vÒ ®æi chiÒu, chØ cho phÐp quay chæi than theo chiÒu quay phÇn øng nÕu lµ m¸y ph¸t, hay ng−îc chiÒu quay phÇn øng nÕu lµ ®éng c¬.
Ph¶n øng phÇn øng däc trôc chØ ¶nh h−ëng ®Õn trÞ sè cña tõ tr−êng tæng chø kh«ng lµm nã biÕn d¹ng.
3-3. Tõ tr−êng cùc tõ phô
HiÖn nay, trong hÇu hÕt c¸c m¸y ®iÖn mét chiÒu (trõ m¸y cã c«ng suÊt nhá h¬n 0,5 kW) ®Òu cã ®Æt cùc tõ phô. Cùc tõ phô ®Æt gi÷a hai cùc tõ chÝnh, trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc.
N
S1
N1
S
H×nh 3-7. C¸ch bè trÝ vµ ®Êu d©y cña cùc tõ phô trong m¸y ®iÖn mét chiÒu
Nh− ®· biÕt, khi cã t¶i, do cã ph¶n øng phÇn øng nªn trªn ®−êng trung tÝnh h×nh
häc tõ tr−êng kh¸c kh«ng vµ tõ tr−êng ®ã cïng chiÒu víi tõ tr−êng cùc tõ ®øng tr−íc ®−êng trung tÝnh h×nh häc theo chiÒu quay cña m¸y ph¸t (xem h×nh 3-6). §Ó c¶i thiÖn ®æi chiÒu, th−êng yªu cÇu ë khu vùc ®æi chiÒu (khu vùc cã chæi than, chæi than ®Æt ë ®−êng trung tÝnh h×nh häc) cã tõ tr−êng ng−îc chiÒu víi tõ tr−êng phÇn øng ë khu vùc ®ã, v× vËy ph¶i ®Æt cùc tõ phô. T¸c dông cña cùc tõ phô lµ sinh ra mét s.t.®. ®Ó triÖt tiªu tõ tr−êng phÇn øng ngang trôc ®ång thêi t¹o ra mét tõ tr−êng ng−îc chiÒu víi tõ tr−êng phÇn øng ë khu vùc ®æi chiÒu, v× vËy cùc tÝnh cña cùc tõ phô ph¶i cïng cùc tÝnh cña cùc tõ chÝnh mµ
29
phÇn øng sÏ ch¹y vµo nÕu m¸y ë chÕ ®é m¸y ph¸t (cßn víi ®éng c¬ th× ng−îc l¹i).
§Ó triÖt tiªu tõ tr−êng phÇn øng ngang trôc, tõ tr−êng cùc tõ phô ph¶i tØ lÖ thuËn víi dßng ®iÖn t¶i (dßng phÇn øng) nªn d©y quÊn cùc tõ phô ph¶i ®−îc nèi nèi tiÕp víi d©y quÊn phÇn øng vµ m¹ch tõ kh«ng b·o hoµ (h×nh 3-7).
Nf
Sf
Sf
N
S
a)
3
2
1
b)
c)
H×nh 3-8. S.t.®. vµ ®−êng cong tõ tr−êng tæng cña m¸y ®iÖn mét chiÒu cã cùc tõ phô
Sù ph©n bè tõ tr−êng tæng khi cã c¶ tõ tr−êng cùc tõ phô nh− ë h×nh 3-8, trong ®ã ®−êng 1, 2 vµ 3 ë h×nh 3-8a lµ ®−êng ph©n bè cña s.t.®. cùc tõ chÝnh, cùc tõ phô vµ s.t.®. phÇn øng. H×nh 3-8b lµ ®−êng ph©n bè s.t.®. tæng, h×nh 3-8c lµ ®−êng ph©n bè tõ c¶m.
Khi chæi than ®Æt trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc, c¸c cùc tõ phô kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn tõ tr−êng cùc tõ chÝnh v× trong ph¹m vi mét b−íc cùc, t¸c dông trî tõ vµ khö tõ cña c¸c cùc tõ phô lµ b»ng nhau nªn bï trõ cho nhau. NÕu xª dÞch chæi than khái ®−êng trung tÝnh h×nh häc theo chiÒu quay cña phÇn øng ë chÕ ®é m¸y ph¸t (hay ng−îc chiÒu quay ë chÕ ®é ®éng c¬) th× trong ph¹m vi mét b−íc cùc, t¸c dông khö tõ lín h¬n t¸c dông trî tõ cña nã, do ®ã trong tr−êng hîp nµy c¸c cùc tõ phô lµm cho m¸y bÞ khö tõ. NÕu xª dÞch chæi than ng−îc chiÒu quay phÇn øng ë chÕ ®é m¸y ph¸t th× t¸c dông ng−îc l¹i. Nh− vËy ¶nh h−ëng cña c¸c cùc tõ phô ®èi víi tõ tr−êng cùc tõ chÝnh nh− ph¶n øng phÇn øng däc trôc cña phÇn øng.
Sf
3-4. Tõ tr−êng cña d©y quÊn bï
Nf
S
S
N
2
1
a)
Trong c¸c m¸y ®iÖn mét chiÒu c«ng suÊt lín hay ®iÒu kiÖn lµm viÖc nÆng nhäc (nh− t¶i thay ®æi ®ét ngét), ®Òu cã ®Æt d©y quÊn bï. T¸c dông cña d©y quÊn bï lµ sinh ra tõ tr−êng triÖt tiªu ph¶n øng phÇn øng lµm cho tõ tr−êng khe hë c¨n b¶n kh«ng bÞ mÐo n÷a. D©y quÊn bï ®−îc ®Æt lªn trªn mÆt cùc cña cùc tõ chÝnh nh− h×nh 3-9.
§Ó cã thÓ bï ®−îc ë bÊt cø t¶i nµo, d©y quÊn bï ®−îc m¾c nèi tiÕp víi d©y quÊn phÇn øng sao cho s.t.®. cña hai d©y quÊn ®ã ng−îc chiÒu nhau.
b)
H×nh 3-9. C¸c ®−êng s.t.® vµ tõ tr−êng tæng cña m¸y ®iÖn mét chiÒu cã cùc tõ phô vµ d©y quÊn bï
τ
Trªn h×nh vÏ khai triÓn 3-9a, ®−êng 1 biÓu thÞ sù ph©n bè s.t.®. phÇn øng ngang trôc F−q, ®−êng 2 biÓu thÞ s.t.®. cña d©y quÊn bï Fb. Ta thÊy, vÒ c¬ b¶n lµ bï ®−îc trªn ph¹m vi mÆt cùc, chØ cã ë gi÷a hai cùc lµ kh«ng bï ®−îc mµ cßn mét phÇn (phÇn g¹ch chÐo). Nh−ng ë m¸y cã d©y quÊn bï bao giê còng cã ®Æt cùc tõ phô nªn d−íi t¸c
30
dông cña cùc tõ phô vµ d©y quÊn bï, tõ tr−êng tæng cña m¸y gÇn gièng nh− tõ tr−êng lóc kh«ng t¶i mµ kh«ng phô thuéc vµo t¶i cña m¸y (h×nh 3-9b), ®iÒu ®ã ®¶m b¶o cho m¸y ®æi chiÒu tèt.
C©u hái
1. TÝnh chÊt cña tõ tr−êng cùc tõ? T¹i sao tõ th«ng t¶n kh«ng cã t¸c dông sinh ra
s.®.® ? T¹i sao tõ th«ng t¶n chØ chiÕm kho¶ng 10 ÷ 20% tõ th«ng khe hë?
2. ë tr¹ng th¸i ®Þnh møc m¸y ®iÖn th−êng lµm viÖc ë ®o¹n nµo cña ®−êng cong tõ ho¸? T¹i sao?
3. TÝnh chÊt cña tõ tr−êng phÇn øng?
4. Khi nµo trong m¸y ®iÖn mét chiÒu ph¶n øng phÇn øng ngang trôc cã tÝnh chÊt khö tõ? T¹i sao?
5. NÕu chæi than kh«ng ë trªn ®−êng trung tÝnh h×nh häc vµ dßng ®iÖn kÝch tõ lóc cã t¶i kh«ng ®æi, hái khi m¸y ph¸t quay thuËn vµ quay ng−îc th× ®iÖn ¸p ®Çu cùc m¸y cã b»ng nhau kh«ng? Cã thÓ dïng ph−¬ng ph¸p nµy ®Ó t×m ®−êng trung tÝnh vËt lý kh«ng?
6. T¸c dông cña tõ tr−êng cùc tõ phô vµ tõ tr−êng d©y quÊn bï nh− thÕ nµo?
31
