GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN I - Phần I: Máy điện một chiều - Chương 3

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

239
lượt xem 102
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 3 DÂY QUẤN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU § 3.1. Đại cương Dây quấn phần ứng là phần dây đồng đặt trong các rãnh của phần ứng và tạo thành một hoặc nhiều mạch vòng kín. Nó là phần quan trọng nhất của máy điện vì nó trực tiếp tham gia các quá trình biến đổi năng lượng từ điện năng thành cơ năng hay ngược lại. Về mặt kinh tế, giá thành của dây quấn cũng chiếm tỉ lệ khá cao trong giá thành của máy. Yêu cầu đối với dây quấn là : ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN I - Phần I: Máy điện một chiều - Chương 3

ø Chöông 3 DAÂY QUAÁN CUÛA MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU § 3.1. Ñaïi cöông Daây quaán phaàn öùng laø phaàn daây ñoàng ñaët trong caùc raõnh cuûa phaàn öùng vaø taïo thaønh moät hoaëc nhieàu maïch voøng kín. Noù laø phaàn quan troïng nhaát cuûa maùy ñieän vì noù tröïc tieáp tham gia caùc quaù trình bieán ñoåi naêng löôïng töø ñieän naêng thaønh cô naêng hay ngöôïc laïi. Veà maët kinh teá, giaù thaønh cuûa daây quaán cuõng chieám tæ leä khaù cao trong giaù thaønh cuûa maùy. Yeâu caàu ñoái vôùi daây quaán laø : - Sinh ra moät söùc ñieän ñoäng vaø moâ men ñieän töø theo yeâu caàu thieát keá, ñoàng thôøi baûo ñaûm ñoåi chieàu doøng ñieän toát. - Tieát kieäm vaät lieäu, keát caáu ñôn giaûn, laøm vieäc chaéc chaén vaø an toaøn. Daây quaán phaàn öùng coù theå chia thaønh caùc loaïi: - Daây quaán xeáp ñôn vaø xeáp phöùc taïp. - Daây quaán soùng ñôn vaø soùng phöùc taïp. - Daây quaán hoãn hôïp laø söï keát hôïp cuûa hai daây quaán xeáp vaø soùng, thöôøng duøng trong caùc maùy ñieän moät chieàu coâng suaát lôùn. 1. Caáu taïo cuûa daây quaán phaàn öùng a. Phaàn töû daây quaán (boái daây): Daây quaán phaàn öùng goàm nhieàu phaàn töû daây quaán noái vôùi nhau theo 1 qui luaät nhaát ñònh. Phaàn töû thöôøng laø 1 boái daây goàm 1 hay nhieàu voøng daây maø 2 ñaàu cuûa noù noái vaøo 2 phieán goùp.Moãi phaàn töû coù hai caïnh taùc duïng, ñoù laø phaàn ñaët vaøo raõnh cuûa loõi theùp. Phaàn noái 2 caïnh taùc duïng naèm ngoaøi loõi theùp goïi laø phaàn ñaàu noái (hình 3.1). b.Raõnh thöïc vaø raõnh nguyeân toá: Raõnh thöïc naèm ôû hai raêng keà nhau. Neáu trong raõnh phaàn öùng goïi laø raõnh thöïc chæ ñaët 2 caïnh taùc duïng (1 caïnh naèm ôû lôùp treân vaø 1 caïnh naèm ôû lôùp döôùi raõnh) thì ta goïi raõnh ñoù laø raõnh nguyeân toá (hình 3.2a). u=1 u=2 u=3 2 Hình 3.1 Vò trí cuûa phaàn töû trong raõnh 1. Caïnh taùc duïng Hình 3.2 Raõnh thöïc coù 1, 2, 3 raõnh nguyeân toá 2. Phaàn ñaàu noái 22
ø Neáu trong 1 raõnh thöïc ñaët 2u caïnh taùc duïng (trong ñoù u = 1, 2, 4, …n ) thì ta coù theå chia raõnh thöïc ñoù ra laøm u raõnh nguyeân toá (h3.2 b, c) : Znt = u.Z. Moái quan heä giöõa Znt, S, G: Trong ñoù S laø soá phaàn töû, G laø soá phieán goùp, moãi phaàn töû coù 2 ñaàu noái vôùi 2 phieán goùp ñoàng thôøi ôû moãi phieán goùp laïi noái 2 ñaàu cuûa 2 phaàn töû khaùc nhau neân S = G. Maët khaùc trong moãi raõnh nguyeân toá ñaët 2 caïnh taùc duïng maø moãi phaàn töû cuõng coù 2 caïnh taùc duïng neân ta coù: Znt = S = G 2. Caùc böôùc daây quaán. c) G d) G G G b) a) Hình 3.3 Caùc böôùc daây quaán a. Daây quaán xeáp tieán b. Daây quaán xeáp luøi c. Daây quaán soùng traùi d.Daây quaán soùng phaûi Qui luaät noái caùc phaàn töû daây quaán coù theå xaùc ñònh baèng 4 loaïi böôùc daây quaán sau (hình 3.3): a. Böôùc daây quaán thöù nhaát y1: Laø khoaûng caùch giöõa hai caïnh taùc duïng cuûa 1 phaàn töû . b.Böôùc daây quaán thöù hai y2: Laø khoaûng caùch giöõa caïnh taùc duïng thöù 2 cuûa phaàn töû thöù nhaát vôùi caïnh taùc duïng thöù nhaát cuûa phaàn töû thöù hai keá tieáp noù. c. Böôùc daây toång hôïp y: Laø khoaûng caùch giöõa hai caïnh ñaàu cuûa hai phaàn töû keá tieáp nhau . Caû ba loaïi böôùc daây quaán treân ñöôïc tính baèng soá raõnh nguyeân toá. d. Böôùc coå goùp yG: Ñoù laø khoaûng caùch giöõa hai phieán goùp coù hai caïnh taùc duïng cuûa moät phaàn töû noái vaøo, ño baèng soá phieán goùp. § 3.2 Daây quaán xeáp ñôn 1. Böôùc daây quaán. a.Böôùc daây quaán thöù nhaát y1. Böôùc daây quaán thöù nhaát phaûi choïn sao cho söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong phaàn töû lôùn nhaát. Muoán theá thì hai caïnh taùc duïng cuûa phaàn töû phaûi caùch nhau 1 böôùc cöïc τ vì luùc ñoù trò soá töùc thôøi söùc ñieän ñoäng cuûa hai caïnh taùc duïng baèng nhau veà trò soá vaø ngöôïc chieàu nhau. Do trong moät phaàn töû ñuoâi cuûa hai caïnh taùc duïng noái vôùi nhau neân söùc ñieän ñoäng toång cuûa 1 phaàn töû baèng toång soá hoïc cuûa hai söùc 23
ø ñieän ñoäng cuûa hai caïnh taùc duïng. Neáu bieåu thò söùc ñieän ñoäng cuûa moãi caïnh taùc duïng baèng 1 veùc tô nhö hình 3.4 vaø soá raõnh nguyeân toá döôùi moãi böôùc cöïc : Z y1 = τ = nt Neáu y1 = Znt / 2p khoâng phaûi laø soá nguyeân thì phaûi choïn y1 baèng soá 2p nguyeân gaàn baèng Znt / 2p. /// /// Hình 3.4 Söùc ñieän ñoäng khi böôùc ñuû (a), böôùc ngaén (b), böôùc daøi (c) Toång quaùt ta coù : Znt y1 = ± ε = Soá nguyeân 2p Z Z Znt böôùc ñuû, y1 = nt − ε böôùc ngaén, y1 = nt + ε böôùc daøi. y1 = 2p 2p 2p Daây quaán ñöôïc cheá taïo böôùc ngaén hay böôùc daøi thì S.ñ.ñ cuûa phaàn töû cuõng hôi nhoû hôn so vôùi böôùc ñuû. Thöïc teá daây quaán ñöôïc cheá taïo theo böôùc ngaén ñeå ñôõ toán daây ñoàng. b.Böôùc daây toång hôïp y vaø böôùc vaønh goùp yG Ñaëc ñieåm cuûa daây quaán xeáp ñôn laø 2 ñaàu cuûa 1 phaàn töû noái lieàn vaøo 2 phieán goùp ñoåi chieàu keà nhau neân ñoái vôùi daây quaán xeáp tieán yG = 1, ñoái vôùi daây quaán xeáp luøi yG= -1. Töø ñoù ta thaáy böôùc toång hôïp y cuõng phaûi baèng 1 : y = yG = 1 c.Böôùc daây thöù hai y2. Theo ñònh nghóa caùc böôùc daây quaán, ta coù theå xaùc ñònh y2 theo y1 vaø y y2 = y1 – y Töø hình veõ ta thaáy do ñaëc ñieåm veà böôùc daây cuûa kieåu daây naøy neân caùc phaàn töû noái tieáp nhau ñeàu xeáp leân nhau goïi laø daây quaán xeáp. 2. Giaûn ñoà khai trieån cuûa daây quaán. Laø hình veõ khai trieån cuûa daây quaán khi caét beà maët phaàn öùng theo truïc roài traûi ra thaønh maët phaúng. Caên cöù vaøo kieåu daây quaán vaø caùc böôùc daây tính ñöôïc, ta veõ sô ñoà khai trieån cuûa daây quaán. Ñeå hieåu roõ caùch phaân tích hôn coù theå xeùt moät thí duï sau. Thí duï : Veõ sô ñoà khai trieån cuûa daây quaán xeáp ñôn Znt = S = G = 16, 2p = 4 a.Caùc böôùc daây quaán. Znt 16 y = yG = 1 =4 y1 = ±ε = 2p 4 y2 = y1 – y = 4 –1 = 3 24
ø b.Thöù töï noái caùc phaàn töû. Caên cöù vaøo böôùc daây quaán coù theå boá trí caùch noái caùc phaàn töû ñeå thöïc hieän daây quaán. Ñaùnh soá caùc raõnh töø 1 - 16. Phaàn töû thöù nhaát coù caïnh taùc duïng 1 (coi nhö ñaët naèm treân raõnh) ñaët vaøo raõnh nguyeân toá 1 thì caïnh taùc duïng thöù 2 ñaët vaøo phía döôùi raõnh nguyeân toá 5 (vì y1 = 5 –1 = 4), 2 ñaàu cuûa phaàn töû noái vaøo 2 phieán goùp 1 vaø 2. Caïnh taùc duïng ñaàu cuûa phaàn töû 2 phaûi ñaët vaøo raõnh nguyeân toá thöù hai vaø naèm ôû lôùp treân (vì y2 = 5 –2 = 3) cöù tieáp tuïc nhö vaäy cho ñeán khi kheùp kín maïch. Ta coù theå bieåu thò baèng sô ñoà sau : 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 Maïch ñieän kín 12 Lôùp treân Lôùp döôùi 56 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 c. Giaûn ñoà khai trieån: Döïa vaøo sô ñoà thöù töï noái caùc phaàn töû ta veõ giaûn ñoà khai trieån daây quaán (h3.5) Chieàu quay phaàn öùng (maùy phaùt ñieän) ← _ _ + + B1 A2 B2 A1 _ + A B Hình 3.5 Giaûn ñoà khai trieån daây quaán xeáp ñôn -Theo cöïc tính cuûa cöïc töø vaø chieàu quay cuûa phaàn öùng khi laøm vieäc ôû cheá ñoä maùy phaùt suy ra chieàu söùc ñieän ñoäng. - Vò trí cuûa cöïc töø phaûi ñoái xöùng, thöôøng bc ≈ (0,65 - 0,75)τ. Trong ñoù bc beà roäng cuûa cöïc töø. - Vò trí cuûa choåi than treân coå goùp ñieän cuõng phaûi ñoái xöùng, trong daây quaán xeáp ñôn chieàu roäng cuûa choåi than coù theå laáy baèng chieàu roäng cuûa 1 phieán goùp. - Choåi than phaûi ñaët ôû vò trí naøo ñeå laáy ra söùc ñieän ñoäng trong moät maïch nhaùnh song song laø lôùn nhaát, maët khaùc ñeå doøng ñieän trong phaàn töû bò choåi than ngaén maïch laø nhoû nhaát. Doøng ñieän trong phaàn töû ngaén maïch nhoû nhaát khi 2 caïnh cuûa phaàn töû naèm ôû vò trí truøng vôùi ñöôøng trung tính hình hoïc cuûa phaàn öùng vaø nhö vaäy vò trí cuûa choåi than treân vaønh goùp phaûi truøng vôùi truïc cöïc töø. 25
ø 3. Soá ñoâi maïch nhaùnh. Giaû thieát ôû 1 thôøi ñieåm naøo ñoù daây quaán phaàn öùng quay ñeán vò trí nhö trong giaûn ñoà khai trieån treân, ta thaáy söùc ñieän ñoäng cuûa caùc phaàn töû giöõa 2 choåi than cuøng chieàu vaø choåi than A1, A2 cuøng cöïc tính (cöïc +). B1, B2 cuøng cöïc tính (cöïc aâm) vì vaäy thöôøng noái A1, A2 vaø B1, B2 laïi vôùi nhau. Töø ñoù ta thaáy daây quaán laø 1 maïch ñieän goàm 4 maïch song song gheùp laïi nhö hình 3.6. Khi phaàn öùng quay vò trí cuûa caùc phaàn töû thay ñoåi nhöng nhìn töø ngoaøi vaøo vaãn laø 4 maïch song song. ÔÛ ví duï treân maùy coù 4 cöïc neân coù 4 maïch nhaùnh song song. Neáu soá cöïc laø 2p thì soá maïch nhaùnh song song laø 2p. Vì vaäy ñoái vôùi daây quaán xeáp ñôn: Soá maïch nhaùnh song song baèng soá cöïc töø : 2a = 2p hay soá ñoâi maïch nhaùnh song song: a = p. Giaûn ñoà kí hieäu cuûa daây quaán xeáp iö1 A1 1 1 2←3 4 A2 + 2 B1 5 5 8 iö2 7 6 - 6 ← A2 Eö ö ,i iö3 11 9 12 9 10 ,iö ö E B2 ← B1 B2 + 10 13 iö4 13 ← 15 14 16 - Eö 14 ö ,i ,iö ö E Iö Iö A Eö ← 1 Hình 3.6 Sô ñoà kí hieäu daây quaán xeáp ñôn _+ Söùc ñieän ñoäng cuûa maùy Eö laø söùc ñieän ñoäng cuûa 1 maïch nhaùnh song song. Doøng ñieän phaàn öùng Iö laø toång doøng ñieän caùc maïch nhaùnh song song. Iö = iö1 + iö2 . . . + iö4. 4. Duøng ña giaùc söùc ñieän ñoäng nghieân cöùu daây quaán phaàn öùng: Giaû thieát töø caûm döôùi cöïc töø phaân boá hình sin, nhö vaäy caùc phaàn töû cuûa daây quaán khi queùt qua töø tröôøng thì söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong phaàn töû cuõng bieán ñoåi hình sin. Trong toaùn hoïc ngöôøi ta coù theå bieåu dieãn 1 ñaïi löôïng hình sin baèng moät veùc tô quay maø trò soá töùc thôøi cuûa noù laø hình chieáu cuûa veùc tô leân truïc tung. Nhö vaäy coù theå bieåu thò söùc ñieän ñoäng cuûa taát caû caùc phaàn töû baèng hình sao söùc ñieän ñoäng. Vì cöù qua 1 ñoâi cöïc, S.ñ.ñ bieán ñoåi 1 chu kyø töùc 360o vaø soá raõnh nguyeân toá döôùi moãi ñoâi cöïc laø Znt /p neân neáu coi caùc phaàn töû daây quaán phaân boá ñeàu treân beà maët phaàn öùng thì goùc ñoä ñieän giöõa 2 raõnh nguyeân toá (cuõng laø goùc ñoä 3600 p3600 ñieän veà söùc ñieän ñoäng cuûa 2 phaàn töû keà nhau) seõ laø : α = = Znt / p Znt Theo thí duï treân : p = 2, Znt = S = G = 16 thì ta coù: 2.360 o = 45 o . Do phaàn töû 1 naèm treân ñöôøng trung tính hình hoïc neân choïn α= 16 veùc tô S.ñ.ñ cuûa phaàn töû 1 laøm chuaån vaø coù vò trí naèm ngang. Töø ñoù ta veõ ñoà thò 26
ø hình tia söùc ñieän ñoäng cuûa daây quaán. Töø hình veõ ta thaáy raõnh 1 ÷ 8 phaân boá döôùi 1 ñoâi cöïc (chieám 3600 ñieän), coøn raõnh 9 ÷ 16 phaân boá döôùi 1 ñoâi cöïc khaùc. Hai toå veùc tô truøng nhau nhö hình veõ (nhö veùc tô 2 vaø 10, 3 vaø 11, 4 vaø 12...). Sôû dó nhö vaäy vì chuùng coù vò trí töông ñoái gioáng nhau ôû döôùi cöïc töø neân söùc ñieän ñoäng hoaøn toaøn gioáng nhau. Khi ñaõ coù hình tia söùc ñieän ñoäng neáu theo caùch ñaáu cuûa caùc phaàn töû ñeå noái tieáp caùc veùc tô cuûa chuùng laïi thì ñöôïc ña giaùc söùc ñieän ñoäng. Theo thí duï treân caùc veùc tô 1, 2, 3 . . . noái tieáp nhau neân veõ ra ta thaáy daây quaán naøy coù hai ña giaùc söùc ñieän ñoäng truøng nhau. A2 A1 9 10 1 2 7, 15 8, 16 6, 14 1,9 8,16 2,10 3,11 7,15 1, 9 5, 13 α = 450 6,14 4,12 2, 10 5,13 4, 12 3, 11 14 13 65 B1 B2 Hình 3.7 Hình tia s.ñ.ñ cuûa daây quaán xeáp ñôn ôû hình 3.4 Hình 3.8 Ña giaùc s.ñ.ñ cuûa daây quaán xeáp ñôn ôû hình 3.4 Duøng ña giaùc s.ñ.ñ coù theå nhaän thaáy ñöôïc caùc vaán ñeà sau : - Neáu ña giaùc s.ñ.ñ kheùp kín thì chöùng toû toång söùc ñieän ñoäng trong maïch voøng phaàn öùng baèng 0 trong ñieàu kieän laøm vieäc bình thöôøng khoâng coù doøng ñieän caân baèng. - Muoán cho s.ñ.ñ laáy ra ôû 2 ñaàu choåi than laø cöïc ñaïi thì choåi than phaûi ñaët ôû caùc phaàn töû öùng vôùi caùc veùc tô ôû ñænh vaø ñaùy cuûa ña giaùc s.ñ.ñ. Khi phaàn öùng quay hình chieáu cuûa ña giaùc treân truïc tung coù hay ñoåi ít theo chu kyø. Vì vaäy ñieän aùp phaàn öùng laáy töø choåi than coù ñaäp maïch. - Cöù moãi ña giaùc s.ñ.ñ töông öùng vôùi 1 ñoâi maïch nhaùnh song song. - Nhöõng ñieåm truøng nhau treân ña giaùc laø nhöõng ñieåm ñaúng theá cuûa daây quaán. Do ñoù ta coù theå noái daây caân baèng ñieän theá nhö noái ñieåm 1-9, 2-10, 3-11 . . . 5. Söï ñaäp maïch cuûa ñieän aùp ôû caùc choåi than : Hình 3.9 Söï ñaäp maïch cuûa ñieän aùp ôû choåi than vôùi soá phaàn töû chaün trong nhaùnh daây quaán phaàn öùng 27
ø Khi roto quay thì ña giaùc quay, ta thaáy hình chieáu cuûa ña giaùc treân truïc tung coù theå thay ñoåi chuùt ít theo chu kyø. Neáu soá caïnh cuûa ña giaùc S.ñ.ñ khoâng nhieàu thì S.ñ.ñ laáy ra ôû choãi than ñaäp maïch trong giôùi haïn töø U1(hình 3.9 a) ñeán U2 moät caùch chu kyø.Töø hình veõ U1 = U2.cos α 2 Trò soá ñieän aùp trung bình treân choåi than : U1 + U2 1 α Utb = = U2 (1+ cos ) 2 2 2 Hieäu soá ñieän aùp giöõa U1 hay U2 vôùi Utb 1 α U2 (1+ cos ) ΔU = U2 – Utb = Utb – U1 = 2 2 Söï ñaäp maïch cuûa ñieän aùp ñöôïc xaùc ñònh bôûi quan heä : 1 α U (1− cos ) ΔU 2 2 2 = tg2 α = Utb 1 U (1+ cos α ) 4 2 2 2 p.3600 1800 Ta bieát α= = S G / 2p Trong ñoù: G/2p : soá phieán goùp / 1 cöïc töø. Ñoä ñaäp maïch cuûa ñieän aùp phuï thuoäc vaøo soá phieán goùp treân cöïc töø. Neáu G/2p caøng lôùn thì α caøng giaûm, nhö vaäy söï ñaäp maïch caøng ít. G/2p 1 2 3 5 8 15 30 ΔU 100 17 7,2 2,5 0,97 0,28 0,07 100 Utb Khi G/2p = 8 thì söï ñaäp maïch ñaõ nhoû hôn 1% neân khoù nhaän thaáy vaø ñieän aùp cuûa maùy ñieän coi nhö khoâng ñoåi. § 3.3. Daây quaán xeáp phöùc taïp 1. Böôùc daây quaán : Daây quaán xeáp phöùc taïp laø daây quaán coù böôùc treân vaønh goùp yG = m vôùi m = 2, 3 ..,soá nguyeân. Thöôøng daây quaán xeáp phöùc taïp chæ thöïc hieän vôùi m = 2 ñoái vôùi caùc maùy thaät lôùn ngöôøi ta môùi duøng m>2. Khi y = yG = 2 thì caïnh cuoái cuûa phaàn töû thöù nhaát khoâng noái vôùi caïnh ñaàu cuûa phaàn töû thöù hai keá tieáp noù maø noái vôùi caïnh ñaàu cuûa phaàn töû thöù ba vaø cöù nhö vaäy cho ñeán khi kheùp kín maïch. Neáu Znt vaø m coù öôùc soá chung lôùn nhaát laø t thì daây quaán coù t maïch kín ñoäc laäp. 28
ø 2. Giaûn ñoà khai trieån : Ñeå thaáy roõ caùc böôùc xaây döïng giaûn ñoà khai trieån cuûa daây quaán ta neâu moät thí duï ñeå phaân tích. Thí duï : daây quaán xeáp phöùc taïp 2p = 4 , S = G = Znt = 20, daây quaán böôùc daøi. a. Caùc böôùc daây quaán : Znt 20 y = yG = 2 , + 1= 6 , y2 = 6 – 2 = 4 y1 = ±ε = 2p 4 b. Thöù töï noái caùc phaàn töû : Lôùp treân Kheùp kín Lôùp döôùi Lôùp treân Kheùp kín Lôùp döôùi c. Giaûn ñoà khai trieån Theo sô ñoà thöù töï noái caùc phaàn töû ta coù theå veõ giaûn ñoà khai trieån cuûa daây quaán. Caùch boá trí caùc cöïc töø, choåi than nhö daây quaán xeáp ñôn, chæ coù khaùc laø beà roäng choåi than ít nhaát laø baèng 2 laàn beà roäng phieán goùp ñeå coù theå ñoàng thôøi laáy ñieän ôû caû 2 daây quaán ra ñöôïc. Daây caân baèng loaïi 2 Daây caân baèng loaïi 1 Hình 3.10 Giaûn ñoà khai trieån daây quaán xeáp phöùc taïp 3. Soá ñoâi maïch nhaùnh : Daây quaán xeáp phöùc taïp thöïc teá do 2 hay m daây quaán xeáp ñôn hôïp laïi cuøng ñaáu chung vôùi choåi than do ñoù töø phía ngoaøi nhìn vaøo soá maïch nhaùnh song song cuûa daây quaán xeáp phöùc taïp gaáp ñoâi hay m laàn soá maïch nhaùnh song song cuûa daây quaán xeáp ñôn. Vì vaäy ta coù soá ñoâi maïch nhaùnh song song cuûa daây quaán xeáp phöùc taïp baäc m laø a = mp 29
ø Ta cuõng coù theå duøng hình tia S.ñ.ñ vaø ña giaùc S.ñ.ñ ñeå nghieân cöùu daây quaán xeáp phöùc taïp. Vôùi thí duï treân ta coù : p.3600 2.3600 = 360 α= = Znt 20 Hình 3.11 a. Ñoà thò hình tia S.ñ.ñ caïnh cuûa caùc phaàn töû b. Veùc tô S.ñ.ñ cuûa phaàn töû c. Ña giaùc S.ñ.ñ cuûa caùc phaàn töû. § 3.4. Daây quaán soùng ñôn Ñaëc ñieåm cuûa daây quaán soùng laø 2 ñaàu cuûa phaàn töû noái vôùi 2 phieán goùp caùch raát xa nhau vaø 2 phaàn töû noái tieáp nhau cuõng caùch xa nhau neân nhìn caùch ñaáu gaàn gioáng nhö laøn soùng (hình 3.3). 1. Böôùc daây quaán : Z y1 = nt ± ε 2p G±1 Trong ñoù: Daáu " +" öùng vôùi daây quaán soùng phaûi yG = p Daáu " -" öùng vôùi daây quaán soùng traùi Thöôøng söû duïng daây quaán soùng traùi ñeå ñôõ toán daây ñoàng y2 = yG – y1 2. Giaûn ñoà khai trieån : Ñeå hieåu ñöôïc caùc böôùc xaây döïng giaûn ñoà khai trieån cuûa daây quaán ta xeùt moät thí duï sau: Daây quaán soùng ñôn S = G = Znt = 17 , 2p = 4. a. Böôùc daây quaán. Znt 17 1 y1 = − =4 ±ε = 2p 44 17 − 1 y2 = 8 – 4 = 4 yG = =8 2 30
ø b. Trình töï noái caùc phaàn töû Lôùp treân Kheùp kín Lôùp döôùi c. Giaûn ñoà khai trieån Chieàu quay cuûa phaàn öùng Hình 3.12 Giaûn ñoà khai trieån daây quaán soùng ñôn 3. Soá ñoâi maïch nhaùnh : Veõ ñoà thò hình tia vaø ña giaùc S.ñ.ñ ta nhaän thaáy daây quaán soùng ñôn chæ coù 1 ña giaùc S.ñ.ñ. Do ñoù soá ñoâi maïch nhaùnh song song : a =1. Goùc ñoä ñieän giöõa 2 raõnh nguyeân toá keà nhau. p.3600 2.3600 = 42,30 α= = Znt 17 Hình 3.13 Ñoà thò hình tia vaø ña giaùc S.ñ.ñ cuûa daây quaán soùng ñôn hình 3.12 § 3.5. Daây quaán soùng phöùc taïp Trong daây quaán soùng neáu caùc phaàn töû noái noái tieáp nhau ñi 1 voøng quanh beà maët phaàn öùng, khoâng trôû veà vò trí gaàn phaàn töû ñaàu maø caùch 2 hay m phieán goùp thì ñöôïc goïi laø daây quaán soùng phöùc taïp. 31
ø 1. Caùc böôùc daây quaán G± m Z yG = y1 = nt ± ε y2 = yG – y1 p 2p 2. Giaûn ñoà khaûi trieån : Ñeå veõ giaûn ñoà khai trieån cuûa daây quaán ta xeùt moät thí duï sau: Daây quaán soùng phöùc taïp S = G = Znt = 18 , 2p = 4 , m = 2 a. Caùc böôùc daây quaán : 18 − 2 Znt 18 2 y2 = 4 yG = =8 − =4 y1 = ±ε = 2 2p 44 b. Trình töï noái caùc phaàn töû. Lôùp treân Lôùp döôùi Lôùp treân Lôùp döôùi c. Giaûn ñoà khai trieån : Hình 3.14 Giaûn ñoà khai trieån cuûa daây quaán soùng phöùc taïp. 3. Soá ñoâi maïch nhaùnh ña giaùc S.ñ.ñ : Daây quaán soùng phöùc taïp coù theå coi goàm m daây quaán soùng ñôn goäp laïi. Do ñoù soá ñoâi maïch nhaùnh a = m. Goùc ñoä ñieän giöõa 2 phaàn töû keà nhau, ôû thí duï treân : p.3600 2.3600 = 400 α= = Znt 18 Ñoà thò hình tia S.ñ.ñ vaø ña giaùc S.ñ.ñ nhö sau : 32
ø 10,1 9// 9, 18 8 16 → 11, 2 → → 7 17 → 6 18 8, 17 15 9 → )400 → 12, 3 5 5 10 14 → 1 → 5 7, 16 → 13 → 13, 4 -9// 11 → → 3 4 2 6, 15 5, 14 12 a) b) Hình 3.15 a. Veùc tô s.ñ.ñ cuûa moät phaàn töû c) b. Ñoà thò hình tia s.ñ.ñ cuûa phaàn töû daây quaán. c. Ñoà thò ña giaùc s.ñ.ñ. § 3.5. Daây caân baèng ñieän theá Daây quaán MÑDC töông öùng nhö 1 maïch ñieän goàm 1 soá maïch nhaùnh song song gheùp laïi. Trong ñieàu kieän laøm vieäc bình thöôøng, S.ñ.ñ sinh ra trong caùc maïch nhaùnh laø baèng nhau, khi coù taûi doøng ñieän phaân boá ñeàu treân caùc maïch nhaùnh. Neáu vì nguyeân nhaân naøo ñoù doøng ñieän trong caùc maïch nhaùnh phaân boá khoâng ñeàu nhau thì söï laøm vieäc cuûa maùy khoâng coù lôïi. Ñeå traùnh tình traïng ñoù ta noái daây caân baèng ñieän theá ñeå baûo ñaûm phaân phoái ñeàu ñaën doøng ñieän trong caùc maïch nhaùnh. Trong taát caû caùc loaïi daây quaán tröø daây quaán hoãn hôïp, khi a > 1 ñeàu phaûi ñaët daây caân baèng ñieän theá. Coù 2 loaïi daây caân baèng : – Daây caân baèng loaïi 1 : duøng cho daây quaán xeáp ñôn – Daây caân baèng loaïi 2 : duøng cho daây quaán xeáp phöùc vaø soùng phöùc. 1. Daây caân baèng loaïi 1 : Khi khe hôû khoâng khí ñeàu, S.ñ.ñ trong caùc maïch nhaùnh baèng nhau. Ví duï Eö = 100V vaø doøng ñieän coù cuøng trò soá chaïy trong caùc maïnh nhaùnh, ví duï laø 200A thì doøng ñieän treân choåi than laø 400A phaân phoái ñeàu, maùy laøm vieäc bình thöôøng (hình 3.16a). 33
ø Hình 3.16 Söï phaân boá doøng ñieän trong daây quaán phaàn öùng a. Khi S.ñ.ñ cuûa caùc maïch nhaùnh ñoái xöùng b. Khi S.ñ.ñ cuûa caùc maïch nhaùnh khoâng ñoái xöùng Treân thöïc teá, do cheá taïo laép gheùp khoâng toát hoaëc laøm vieäc laâu ngaøy oå bi bò moøn daãn ñeán khe hôû giöõa caùc cöïc khoâng baèng nhau vì vaäy töø thoâng giöõa caùc cöïc töø khaùc nhau, S.ñ.ñ khaùc nhau daãn ñeán söï khoâng caân baèng s.ñ.ñ trong caùc maïch nhaùnh laøm cho trong daây quaán sinh ra doøng ñieän caân baèng Icb. Vì ñieän trôû daây quaán raát nhoû neân khi coù söï khoâng caân baèng raát nhoû cuûa S.ñ.ñ cuõng ñuû gaây ra Icb lôùn laøm cho maùy khi coù taûi doøng ñieän trong caùc maïch nhaùnh khoâng ñoái xöùng laøm taêng toån hao ñoàng maùy noùng. Ngoaøi ra do doøng ñieän qua choåi than khoâng ñoái xöùng, coù theå choåi than quaù taûi laøm ñoåi chieàu khoù khaên (tia löûa sinh ra treân choåi than quaù lôùn). Ta khaûo saùt daây quaán xeáp ñôn 2a = 2p = 4. Neáu taát caû caùc maïch nhaùnh daây quaán ñeàu laøm vieäc ñoái xöùng thì trong caùc maïch nhaùnh daây quaán coù s.ñ.ñ ñoàng nhaát ví duï Eö = 100V vaø coù doøng ñieän cuøng trò soá chaïy theo moãi maïch nhaùnh ví duï Iö = 200A thì doøng ñieän töông öùng trong choåi than laø 400A vaø doøng ñieän ôû maïch ngoaøi laø 800A. Giaû söû khe hôû khoâng khí khoâng ñeàu, khe hôû treân roäng hôn khe hôû döôùi ta coù: S.ñ.ñ Eö ôû 2 maïch nhaùnh treân laø 99V, s.ñ.ñ Eö ôû 2 maïch nhaùnh döôùi laø 101V, söï cheânh leäch ñieän aùp giöõa choåi than döông laø 2V. Giaû söû ñieän trôû cuûa maïch nhaùnh song song cuûa phaàn öùng rö = 0,01Ω ñieän trôû cuûa nöûa daây quaán phaàn öùng 2rö = 2. 0,01Ω cho neân treân moãi nöûa daây quaán phaàn öùng coù Icb = 2/2.0,01 = 100A. Choåi than treân bò giaûm taûi coøn 200A. Choåi than döôùi taêng taûi laø 600A, laøm sinh ra tia löûa ôû coå goùp. Ñeå traùnh caùc hieän töôïng treân ngöôøi ta noái caùc ñieåm veà lí luaän laø ñaúng theá laïi vôùi nhau.Ta coù khoaûng caùch giöõa hai ñieåm ñaúng theá caïnh nhau goïi laø böôùc theá, böôùc theá yt ñöôïc xaùc ñònh baèng soá phieán ñoåi chieàu döôùi moãi GG ñoâi cöïc. Trong daây quaán xeáp ñôn a = p neân yt = = . Trong thöïc teá ngöôøi ta chæ Pa noái chöøng 3 - 4 daây caân baèng ñoái vôùi caùc maùy nhoû. Ñoái vôùi caùc maùy trung bình noái 1/4 ñeán 1/3 daây soá daây caân baèng ñieän theá coù theå coù. Noái toaøn boä daây caân baèng ñieän theá ñoái vôùi maùy lôùn. 34
ø Taùc duïng cuûa daây caân baèng loaïi 1 laøm maát söï khoâng ñoái xöùng cuûa maïch töø trong maùy ñieän ñeå caân baèng ñieän theá ôû trong caùc maïch nhaùnh cuûa daây quaán xeáp naèm döôùi caùc cöïc töø coù cuøng cöïc tính. Ñoái vôùi daây quaán soùng ñôn chæ coù 1 ñoâi maïch nhaùnh neân khoâng coù caùc ñieåm ñaúng theá. Thöïc teá daây quaán soùng ñôn cuõng khoâng caàn noái daây caân baèng ñieän theá vì caùc phaàn töû noái tieáp ñeå laøm thaønh 1 maïch nhaùnh song song ñeàu phaân boá ñeàu ôû döôùi caùc cöïc töø neân duø töø thoâng döôùi caùc cöïc töø khaùc nhau thì S.ñ.ñ trong 2 maïch nhaùnh vaãn baèng nhau. Thí duï : Giaûn ñoà kí hieäu daây quaán soùng ñôn ôû § 3.4 2. Daây caân baèng loaïi 2: Trong daây quaán xeáp vaø soùng phöùc coù a > 1, coù nhieàu maïch ñieän kín laøm vieäc song song vôùi nhau thoâng qua caùc choåi than. Do vaán ñeà cheá taïo neân ñieän trôû tieáp xuùc cuûa choåi than vôùi caùc maïch ñieän kín cuûa caùc maïch nhaùnh song song cuõng khoâng gioáng nhau, do ñoù seõ xuaát hieän doøng ñieän caân baèng. Ñeå thaáy roõ ñieàu naøy ta khaûo saùt daây quaán soùng phöùc taïp coù hai maïch ñieän kín ñoäc laäp ôû hình 3.17 laø sô ñoà thay + theá cuûa daây quaán hình 3-14. A Trong ñoù: rtx2 rtx1 i1 i2 E1, E2 : S.ñ.ñ cuûa moãi maïch nhaùnh daây quaán (E1 = E2) i1, i2 : doøng ñieän cuûa moãi daây quaán rö rö rö rö rö : ñieän trôû cuûa 1 maïch nhaùnh daây quaán E1 E2 E2 E1 rtx1 - rtx4 : ñieän trôû tieáp xuùc cuûa choåi than vôùi vaønh goùp. i1 i2 rtx4 rtx3 Ñieän aùp giöõa 2 ñaàu A vaø B ñöôïc tính : - B UAB = E1 – i1(rtx1 + rtx3 + ½ rö) Hình 3.17 Sô ñoà thay theá cuûa UAB = E2 – i2(rtx2 + rtx4 + ½ rö) daây quaán h3.14 35
ø i 1 rtx2 + rtx4 + 2 rö 1 Vì E1 = E2 neân : = i 2 rtx1 + rtx3 + 2 rö 1 Do ñoù i1 = i2 khi rtx1 + rtx3 = rtx2 + rtx4 Thöïc teá ñieàu naøy khoù coù theå xaûy ra neân i1≠ i2 laøm xuaát hieän söï cheânh leäch ñieän aùp giöõa caùc phieán goùp caïnh nhau vaø laøm xaáu söï laøm vieäc cuûa maùy . Ñeå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm naøy caàn noái daây caân baèng loaïi 2 . Böôùc theá SG yt = = . aa Daây caân baèng ñieän theá duøng ñeå laøm maát söï phaân boá khoâng ñoái xöùng cuûa ñieän aùp treân vaønh goùp goïi laø daây caân baèng loaïi 2. Töø ña giaùc s.ñ.ñ cuûa daây quaán soùng phöùc taïp hình 3-14, ta coù: Böôùc theá cuûa daây caân baèng loaïi 2 : S G 18 yt = = = =9 aa 2 Daây caân baèng loaïi 2 Ñoái vôùi daây quaán xeáp phöùc taïp: Trong daây quaán phöùc taïp thì caùc daây quaán ñôn phaûi duøng daây caân baèng loaïi 1 vaø giöõa caùc daây quaán xeáp ñôn ñoù phaûi duøng daây caân baèng loaïi hai ñeå phaân phoái ñoàng ñeàu doøng ñieän giöõa caùc daây quaán soùng ñôn. Ñeå ñaûm baûo söï phaân boá ñuùng ñieän aùp giöõa caùc phieán caïnh nhau daây caân baèng loaïi 2, caàn noái ñieåm giöõa cuûa phaàn töû 1 naèm ôû phaàn ñaàu noái vôùi ñaàu phaàn töû 2. Hình 3.18 Caùch ñaët daây caân baèng loaïi 2 36
ø § 3.6 Daây quaán hoãn hôïp Trong maùy ñieän moät chieàu coâng suaát lôùn ñoâi khi ngöôøi ta duøng daây quaán hoãn hôïp hoaëc goïi laø daây quaán kieåu eách do La tua (LATYROM) phaùt hieän naêm 1910, noù laø keát hôïp cuûa caùc daây quaán xeáp ñôn giaûn vaø soùng phöùc taïp, ôû ñoù khoâng caàn cheá taïo caùc daây noái caân baèng . Caû hai daây quaán cuøng noái leân caùc phieán ñoåi chieàu chung , vì vaäy ôû daây quaán naøy moãi phieán ñoåi chieàu coù 4 thanh daãn noái vaøo. Trong daây quaán xeáp ñôn giaûn coù a = p ñoâi maïch nhaùnh song song, neân daây quaán soùng phöùc taïp phaûi ñöôïc thöïc hieän vôùi cuøng moät soá ñoâi maïch nhaùnh song song a = p y1x y1s yGx yGs Hình 3.19 a.Phaàn töû cuûa daây quaán hoãn hôïp b. caùch ñaët phaàn töû trong raõnh Hình 3.20 Daây quaán hoãn hôïp Ñieàu kieän ñeå noái daây quaán xeáp vaø soùng thaønh daây quaán hoãn hôïp: a. Caùc daây quaán soùng vaø xeáp coù soá maïch nhaùnh nhö nhau 2ax = 2as = mx (2p) = 2 ms mx, ms: Baäc cuûa daây quaán xeáp vaø soùng b. Coù soá thanh daãn nhö nhau ñeå ñaûm baûo coù s.ñ.ñ nhö nhau Nx = Ns c. Ñaûm baûo ñieàu kieän ñoái xöùng cuûa daây quaán ít nhaát phaûi coù z/p vaø G/p laø soá nguyeân d. S.ñ.ñ trong maïch kín hôïp thaønh do daây daãn noái caùc choåi than cuøng teân vaø caùc phaàn töû cuûa daây quaán xeáp vaø soùng phaûi baèng khoâng. Trong caùc coâng thöùc treân, caùc kí hieäu nhoû "x" vaø "s" laø ñeå chæ daây quaán xeáp vaø soùng. Muoán thöïc hieän ñieàu kieän thöù nhaát thì khi daây quaán xeáp laø xeáp ñôn thì daây quaán yG = ±ms = ±mxp soùng phaûi laø soùng phöùc: Thöôøng daây quaán hoãn hôïp goàm daây quaán xeáp ñôn vaø daây quaán soùng phöùc. Soá ñoâi maïch nhaùnh cuûa daây quaán hoãn hôïp baèng: ahh = ax + as Ñeå khoâng coù doøng ñieän caân baèng trong maïch daây quaán caàn phaûi thoaû maõn z y 1x = y 1s = nt 2p y 2 x = y 2s z y x = y s = nt p 37
ø yGs caàn phaûi choïn sao cho daây quaán soùng laø moät maïch kín. Trong daây quaán hoãn hôïp daây quaán soùng coù taùc duïng nhö daây noái caân baèng cho daây quaán xeáp vaø ngöôïc laïi daây quaán xeáp laø daây noái caân baèng cho daây quaán soùng. Maëc duø daây quaán hoãn hôïp coù moät soá khuyeát ñieåm nhö cheá taïo, söûa chöõa khoù khaên, heä soá laáp ñaày raõnh thaáp, ñieàu kieän laøm nguoäi keùm nhöng vaãn ñöôïc aùp duïng trong caùc tröôøng hôïp sau; - Khi caàn naâng cao coâng suaát vaø toác ñoä quay cuûa maùy ñieän moät chieàu. - Trong caùc maùy ñieän coù ñöôøng kính phaàn öùng caàn thu nhoû laïi vaø khoâng coù daây caân baèng. - Trong caùc maùy ñieän coù toác ñoä cao, ñöôøng kính phaàn öùng töông ñoái nhoû vaø vieäc boá trí daây caân baèng khoù khaên. Thí duï: Daây quaán hoãn hôïp coù Znt = S = G = 24, 2p = 6 Choïn daây quaán xeáp ñôn y1s y2s y1x yGx = + 1 yx y2x Z nt 24 y 1x = =4 −ε= 2p 6 2τ y 2x = y1x − yGx = 4 − 1= 3 Daây quaán soùng ba traùi ys ys ys G − m 24 − 3 yx yGs = =7 = 2τ p 3 Z 24 y1s = nt + ε = =4 2p 6 Hình 3.21 Daây quaán hoãn hôïp Z = 24 y2s = yGs − y1s = 7 − 4 = 3 Caâu hoûi 1. Qui luaät noái caùc phaàn töû daây quaán xeáp vaø soùng coù nhöõng ñieåm naøo khaùc nhau. Quan heä giöõa ñoâi maïch nhaùnh cuûa chuùng nhö theá naøo? 2. Neáu moät maùy 4 cöïc daây quaán xeáp ñôn ñoåi thaønh soùng ñôn maø soá thanh daãn vaø nhöõng ñieàu kieän khaùc khoâng thay ñoåi thì ñieän aùp vaø doøng ñieän cuûa maùy sau khi thay ñoåi seõ nhö theá naøo? coâng suaát ñònh möùc cuûa maùy coù thay ñoåi khoâng? 3. Söï khaùc nhau chính giöõa daây quaán xeáp ñôn vaø xeáp phöùc taïp, soùng ñôn vaø soùng phöùc taïp nhö theá naøo? 4. Daây caân baèng ñieän theá duøng ñeå laøm gì? Taùc duïng cuûa daây caân baèng ñieän theá loaïi 1 vaø loaïi 2 khaùc nhau nhö theá naøo? 38
ø Baøi taäp 1. Moät daây quaán xeáp ñôn quaán phaûi, coù caùc soá lieäu sau: S = G = Znt = 24, p = 3, u = 1, coù laép 1/3 toång soá daây caân baèng ñieän theá. Veõ giaûn ñoà khai trieån daây quaán. 2. Moät maùy phaùt ñieän kích thích ngoaøi, coâng suaát 10Kw, ñieän aùp ñònh möùc laø 6V, soá ñoâi cöïc 2p = 4. Hoûi neáu doøng ñieän trong moãi maïch nhaùnh khoâng ñöôïc vöôït quaù 300A thì phaûi söû duïng daây quaán gì? Ñaùp soá: Daây quaán xeáp phöùc vôùi m = 2 hay soùng phöùc vôùi m = 3 3. Moät daây quaán soùng ñôn, quaán traùi coù caùc soá lieäu sau: Znt = 19 p = 2. Hoûi: a. Caùc böùc daây quaán y1, y2, y vaø yG b. Veõ giaûn ñoà khai trieån. c. Veõ hình tia vaø ña giaùc s.ñ.ñ. d. Soá ñoâi maïch nhaùnh Ñaùp soá: y1 = 5, y2 = 5, y = yG = 10; a = 1 4. Moät maùy ñieän moät chieàu vôùi S = G = Znt = 16, p = 2. Hoûi neáu choïn m ≤ 2 thì coù theå quaán theo loaïi daây quaán naøo? Luùc ñoù tìm: a. Caùc böôùc daây quaán y1, y2, y vaø soá maïch nhaùnh b. Tæ soá ñieän aùp vaø doøng ñieän ñònh möùc cuûa caùc loaïi daây quaán ñoù. Ñaùp soá: Xeáp ñôn hoaëc xeáp keùp a. y1 = 4, y2 = 1 hoaëc 2, y = 3 hoaëc 2; a = 2 hoaëc 4. b. Tæ soá ñieän aùp baèng 2, doøng ñieän baèng 1/2 5. Phaàn öùng cuûa maùy ñieän moät chieàu coù caùc soá lieäu sau: Toång soá thanh daãn N = 96; soá voøng daây cuûa moãi phaàn töû ws = 3, 2p = 4, daây quaán xeáp ñôn tieán: a. Tính caùc böùc daây quaán y1, y2, y vaø yG b. Thaønh laäp sô ñoà thöù töï noái caùc phaàn töû c. Veõ ñoà thò khai trieån cuûa daây quaán. Veõ ñoà thò hình tia vaø ña giaùc söùc ñieän ñoäng 6. Phaàn öùng maùy ñieän moät chieàu coù caùc soá lieäu sau: Znt = S = G = 22; 2p = 4. Daây quaán xeáp ñoâi (m = 2). a. Tính caùc böùc daây quaán y1, y2, y vaø yG b. Thaønh laäp sô ñoà thöù töï noái caùc phaàn töû c. Veõ giaûn ñoà khai trieån cuûa daây quaán. Veõ hình tia vaø ña giaùc s.ñ.ñ. 7. Veõ giaûn ñoà khai trieån cuûa daây quaán phaàn öùng maùy ñieän moät chieàu coù Znt = S = G = 13; 2p = 4. Daây quaán soùng ñôn traùi. 8. Veõ giaûn ñoà khai trieån cuûa daây quaán phaàn öùng maùy ñieän moät chieàu coù Znt = S = G = 20; 2p = 4. Daây quaán soùng ñoâi traùi. 9. Veõ giaûn ñoà khai trieån cuûa daây quaán phaàn öùng maùy ñieän moät chieàu coù Znt = S = G = 20; 2p = 6. Daây quaán xeáp ñôn. 39