Kỹ thuật điện_ Phần 2.8

Chia sẻ: Vu Xuan Thanh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:20

Thêm vào BST

Báo xấu

187
lượt xem 73
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo môn kỹ thuật điện_ Phần 2.8 " Mạch từ và mạch điện trong máy điện" dành cho các bạn học viên, sinh viên đang theo học các ngành liên quan đến điện- điện tử.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật điện_ Phần 2.8

PH ẦN 2 MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU CHƯƠNG 8 MẠCH TỪ VÀ MẠCH ĐIỆN TRONG MÁY ĐIỆN 8.1 Các loại từ trường và phương pháp tạo chúng trong máy điện Người ta có thể chia từ trường dùng trong máy điện ra làm các loại sau: 1-Từ trường không đổi(từ trường đều) 2-Từ trường biến đổi (từ trường đập mạch) 3-Từ trường quay. Các loại từ trường trên được định nghĩa như sau: -Từ trường không đổi(từ trường đều) là loại từ trường có biên độ, phương và chiều không đổi. Từ trường do một nam châm vĩnh cửu hoặc một nam châm điện có dòng điện một chiều chạy qua tạo ra là một từ trường không đổi . -Từ trường biến đổi (từ trường đập mạch) là từ trường có biên độ và chiều thay đổi nhưng phương không thay đổi. Trường hợp đặc biệt chỉ có giá trị biên độ thay đổi nhưng phương, chiều không đổi. Để tạo ra từ trường biến đổi ta cung cấp cho cuộn dây của nam châm điện(hoặc cuộn dây có lõi thép) một dòng điện biến đổi. -Từ trường quay có 2 loại: từ trường quay tròn và từ trường quay e-lip. Từ trường quay tròn là từ trường có biên độ không đổi nhưng phương và chiều thay đổi. Để có từ trường quay tròn ta quay một nam châm vĩnh cửu hoặc một nam châm điện được cấp dòng điện một chiều với tốc độ không đổi. Từ trưòng quay e-lip là từ trường có biên độ, phương, chiều đều thay đổi. Người ta tổng hợp 2 từ trường quay tròn có biên độ khác nhau, có cùng tốc độ quay nhưng có chiều quay khác nhau được từ trường quay e-lip. Chúng ta nghiên cứu sâu các loại từ trường nay. a-Từ trường không đổi Trên hình 8.1 biểu diễn cách tạo ra một từ trường không đổi đơn giả nhất. Cấp dòng điện một chiều vào một vòng dây đặt trên chu vi của máy điện. Hình 8.1c là sơ đồ stđ theo chu vi máy điện(chủ yếu là giá trị độ tự cảm ở khe khí vì độ tự cảm này giữ vai trò quan trọng hơn cả). Còn hình 8.1d là độ cảm ứng từ trong máy điện. Trên hình 8.2 biểu diễn stđ của máy điện có 2 cực do nhiều vòng dây tạo ra, còn ở hình 8.2c là từ trường do cuộn dây sinh ra có chú ý tới rãnh và răng của mạch từ. Trong các máy điện có mạch từ đối xứng và không bão hoà thì đặc tính θ =f(x) và B=f(x) trùng nhau. Trong máy thực tế do các thanh dẫn đặt trong những rãnh nhất định cách nhau bởi các răng nên hình thành một cuộn dây phân bố không liên tục do vậy 73
hình ảnh từ trường là hình 8.2 . Khi cuộn dây được trải ra toàn chu vi máy thì ta có như hình 8.3 2 Θ a) c) 1 Θ(x1) Chu vi máy điện + ∙ x1 1 2 3 4 x x Θ(x2) T 4 B ∂ d) d) b) X1 B(x1) Chu vi máy điện I 1 2 3 4 a + x b x1 x X2 T Hình 8.1 Cách tạo từ trường đều đơn giản trục B,Θ cực trục b) trục cực cực 2 Chu vi máy điện + ++ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ++ + a) 1 2 3 4 + ∙ + ∙ 1 + ∙ 3 ∙ + ∙ + ∙ c) B,Θ + ∙ 4 Chu vi máy điện 1 2 3 4 Hình 8.2 từ trường máy điện 2 cực do nhiều cuộn dây tạo ra B,Θ 2 a) + + ∙ ∙ ∙ Chu vi máy điện + ∙ + ∙ + 3 1 2 3 4 1 ∙ ∙ + ∙ + + ∙ + + ∙ ∙ ∙ B,Θ 4 Chu vi máy điện 1 2 3 4 Hình 8.3 Từ trường máy điện 2 cực khi cuộn dây trải đều trên chu vi máy điện 74
Trên hình 8.4 biểu diễn từ trường có số cặp cực p=2. ∙ ∙ ∙ ∙ + ∙ + Chu vi máy điện ∙ + 1 2 3 4 1 + + + Hình 8.4 Từ trường máy điện có số đôi cực p=2 Trên đây ta xét một cách tổng quát cách tạo ra từ trường không đổi và dạng của nó. Ta thấy rằng từ trường có dạng hình chữ nhật hoặc tam giác, biến đổi có chu kỳ. Để nghiên cứu sâu ta phải phân tích sang chuối Fuorier và xét từng sóng bậc cao một. Điều đó vượt ra ngoài phạm vi cuốn sach này. b.Từ rường biến đổi Nếu vẫn cuộn dây như ở hình 8.1 và 8.4 ta cấp một dòng điện biến đổi thì từ trường sinh ra ở cuộn dây là từ trường biến đổi hay từ trường đập mạch. Vì dòng chạy trong dây dẫn là dòng xoay chiều nên việc dùng dấu ‘+’ hay’-‘ là để chỉ hướng tức thời dòng điện tại điểm nghiên cứu chứ không phải là hướng thực (hình 8.5). Để xác định hướng tác động của stđ hoặc đường sức của từ thông tại một điểm nào đó ta phải sử dụng mũi tên chỉ hướng (hình 8.5d), nó chỉ cho ta hướng hoạt động thực tế của đường sức từ giá trị dương. Giống như ở phần từ trường không đổi, sự phân bố stđ (Θ=f(x) và B=f(x) theo chu vi máy điện là tam giác có chu kỳ nên có thể phân tích sang chuỗi Fuorier. Ở hình 8.5b,c biểu diễn stđ bậc 1 và bậc 3 ở những thời điểm khác nhau. Biểu thức stđ của sóng bậc cao biểu diễn tại thời điểm bất kỳ như sau: B(t5) t5=T/2 B1,Θ1 a) x b) t4 2 B(t4) B(t3)=0 B1m + ∙ + ∙ ∙ 3 t3=T/4 1 + ∙ Chu vi máy điện + + ∙ 1 2 3 4 1 x + α ∙ B(t2) 4 B(t1) t1 t2 c) B ,Θ 3 3 B3m + ∙ d) + . ∙ 1 2 3 4 1 Chu vi máy điện + ∙ + ∙ x I + ∙ I + ∙ Hình 8.5 Từ trường biến đỏi 75
x Bγ(x,t)=Bνmsin τ π cos γ ωt (8.1) γ 1 Trong đó τν= τ 1 bước cực của sóng bậc 1 với giả thiết rằng điểm đầu ν hệ trục x=0 nằm ở trục trung tính, còn dòng chạy trong cuộn dây là dòng hình sin I=Imcosωt. (8.2) Trong đó B1m-là biên độ cảm ứng từ xuất hiện với biên độ dòng điện Im. ω-xuất hiện trong (8.1) và (8.2) có cùng giá trị và bằng: ω = 2πf (8.2b) Phương trình (8.1) là phương trình phẳng của sóng đứng có trục trùng với đường trung tuyến của từ trường còn hướng trùng với trục của từ trường. Từ trường biến đổi cũng có thể biểu diễn bằng véc tơ có hướng không đổi trùng với hướng trục của từ trường nhưng thay đổi giá trị theo thời gian và chiều (hình 8.5a) . Véc tơ này thay đổi theo thời gian theo biểu thức: B 1 (t ) =B1mcosωt (8.3) Giá trị cảm ứng tại điểm bất kỳ trên chu vi máy điện xác định bởi góc α (hình 8.5a) và tại một thời điểm bất kỳ t có thể tính theo biểu thức: B1(x,t)= B1 cos α cos ωt (8.4) Số cặp cực của sóng bậc γ có giá trị như sau: pγ= γp1 (8.5) c)Từ trường quay tròn Để tạo từ trường ta có 3 phương pháp 1-Quay một nam châm vĩnh cửu hay một nam châm điện nạp bằng dòng điện một chiều với tốc độ n=const 2-Cung cấp dòng điện m pha vào m cuộn dây đặt cách nhau một góc 2π/ m đặt trên chu vi máy điện. 3-Cũng có thể tạo từ trường quay bằng cách nạp 2 dòng điện lệch nhau một góc π/2 vào 2 cuộn dây đặt vuông góc với nhau trên chu vi máy điện. Do máy điện thường có cấu tạo 3 pha nên ta nghiên cứu cách tạo từ trường quay bằng cung cấp 3 dòng điện 3 pha vào 3 cuộn dây đặt trên chu vi máy điện, các cuộn dây này lệch nhau một góc 1200. Nhận máy điện có mô hình sau: Máy điện 3 pha, mỗi pha có một vòng dây, các cuộn dây đặt lệch nhau trên chu vi máy điện một góc 2π/3, đầu các cuộn dây ký hiệu là a,b,c còn cuối các cuộn dây ký hiệu là x,y,z, số đôi cực của máy p=1 (hình 8.6). Ta qui ước như sau: nếu tại thời điểm nghiên cứu dòng điện có giá trị “+” thì dòng điện chạy vào trang giấy và ta fùng dấu’+’, ngược lại dòng điện chạy từ trang giấy ra ta ký hiệu là dấu ’.’. trên hình 8.6a ta biểu diễn dòng điện ba pha theo thời gian. Tại thời điểm ωt1=900 ta thấy dòng pha a ia dương và đạt cực đại còn dòng pha b và c có dấu âm nên đánh dấu như ở hình 8.6b. Theo qui tắc vặn nút chai ta xác định chiều từ thông từng thanh dẫn và chiều của từ thông tổng. 76
Tại thời điểm ωt2= ωt1+1200=900+2π/3, bây giờ dòng ib đạt giá trị cực đại, dòng ia và ic có giá trị âm, ký hiệu như hình 8.6b. Tương tự như trước ta xác định chiều từ trường của từng cuộn dây và từ trường tổng của máy điện. Tại thời điểm ωt3= ωt2+1200=900+4π/3, bây giờ dòng ic đạt giá trị cực đại, dòng ia và ib có giá trị âm, ký hiệu như hình 8.6c. Tương tự như trước ta xác định chiều từ trường của từng cuộn dây và từ trường tổng của máy điện. ia ib ic ia ib ic π t 2π t1 t2 t3 t4 a) S S +a a y a S + z . y z ∙ y z + . + N c b c b c b ∙ x ∙ + + ∙ x + ∙ + + ∙ x N N a) b) c) Hình 8.6 Cách tạo từ trường quay trong máy điện bằng dòng điện 3 pha Nếu thời điểm nghiên cứu là ωt4 = ωt3+1200 thì ta trở về t1, dòng điện biến thiên được một chu kỳ. Từ hình vẽ ta thấy từ trường tổng hình thành trong máy điện là từ trường quay. Từ trường này có những đặc điểm sau: 1-Tốc độ quay: Ta nhận thấy do số đôi cực của máy điện p=1 nên khi dòng điện biến thiên được một chu kỳ thì từ trường quay quay được một vòng nghĩa là ntt =1/T vòng. Nếu máy điện có p số đôi cực thì khi dòng điện biến thiên được một chu kỳ từ trường quay quay được ntt = 1/Tp vòng , nghĩa là: 1 n tt = [ v/giây ] pT Vì 1/T=f là tần số biến thiên dòng điện, mặt khác tốc độ thường đo là phút chứ không đo là giây vì vậy biểu thức tốc độ của từ trường quay có dạng: 60 f n tt = [ v/phút ] (8.6) p 2.-Biên độ Từ trường quay có biên độ bằng : 77
3 Bm= B1m (8.7) 2 Trong đó B1m-là biên độ từ trường của một cuộn dây 3-Hướng quay của từ trường : với cách bố trí cuộn dây nhất định, hướng quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự dòng điện 3 pha. Từ tính chất này ta có thể đổi chiều quay của từ trường bằng đổi thứ tự 2 trong ba pha. Tại đây xuất hiện một vài khái niệm: a.Tốc độ quay cơ ω cơ : Đây là tốc độ quay của bản thân rô to đo bằng [rad/s] b.Tốc độ quay điện ω điện ơ[ rad/sư] (tốc độ quay của từ trường) Mối quan hệ giữa 2 tốc độ này như sau: ω điện= p.ω cơ d)Từ trường quay êlip Người ta tổng hợp 2 từ trường quay tròn có biên độ khác nhau, có cùng tốc độ quay nhưng có chiều quay khác nhau được từ trường quay e-lip. 8.2 Cuộn dây máy điện xoay chiều Cuộn dây máy điện chính là mạch điện của máy điện. Phần lớn các máy điện trong thực tế gồm 2 loại cuộn dây: cuộn dây đặt ở phần tĩnh (stato) và cuộn dây đặt ở phần quay (rô to). Cuộn dây máy điện là nguồn cảm ứng sđđ và dòng điện hoặc là mạch điện qua nó chạy dòng điện để tạo ra từ trường. Loại cuộn dây thứ nhất gọi là cuộn dây phần ứng, còn cuộn dây loại thứ 2 gọi là cuộn dây kích từ. Cuộn dây kích từ nói chung là cuộn dây tập trung trong đó các vòng dây móc vòng với từ thông chính. Cuộn dây phần ứng thường là cuộn dây phân tán được đặt trong các rãnh nằm rải rác trên chu vi phần tĩnh (stato hoặc phần động rô to) máy điện, do đó tại một thời điểm nhất định một nhóm cuộn dây sẽ móc vòng với những đường sức từ khác nhau. Chúng ta hãy xét nguyên lý xây dựng cuộn dây máy điện xoay chiều. 8.2.1 Nguyên lý hoạt động của cuộn dây máy điện xoay chiều. Để có sđđ xoay chiều, phương pháp đơn giản nhất là dịch chuyển cuộn dây có bước rải thích hợp trong từ trường biến đổi. Ở hình 8.7 bểu diễn một cuộn dây có cạnh a-b cách nhau một bước cực, chuyển động trong từ trường với tốc độ đều theo hướng mũi tên. Các cực của từ trường có kích thước giống nhau và đặt cách đều nhau. N1 S1 N2 S2 1 2 3 4 + • Chiều chuyển động của cuộn dây a b Hình 8.7 Nguyên lý hoạt động cuộn dây xoay chiều Tại thời điểm nghiên cứu tâm cuộn dây nằm ở vị trí 1 cách đều trục 2 cực S1-N1. Theo qui tắc bàn tay phải sđđ cảm ứng xuất hiện có chiều như hình 78
vẽ. Sau một thời gian nào đó tâm cuộn dây nằm ở vị trí 2 , chiều của sđđ cảm ứng có chiều ngược với chiều ở vị trí 1. Vị trí 2 dịch trong không gian so với vị trí 1 một bước cực. Khi tâm cuộn dây nằm ở vị thí thứ 3 thì sđđ trong cuộn dây lại giống như ở vị trí 1. Thời gian cần thiết để dịch chuyển cuộn dây từ vị trí 1 sang vị trí 3 chính là một chu kỳ sđđ cảm ứng. Từ hình vẽ 8.7 ta thấy vòng dây dịch chuyển đi một khoảng bằng 2 bước cực. Ta nhận được kết quả tương tự nếu cuộn dây đứng im nhưng từ trường dịch chuyển theo chiều ngược lại. Người ta thường chọn khoảng cách giữa 2 cạnh a,b của cuộn dây bằng bước cực để sđđ có giá trị lớn nhất. Nếu sự phân bố của từ trường các cực có dạng hình sin, thì sđđ cảm ứng cũng có dạng hình sin. Muốn tăng sđđ thì ta phải tăng số vòng dây của cuộn dây, các vòng dây này phải mắc nối tiếp với nhau. Các vòng dây mắc nối tiếp với nhau phải nằm ở cùng một trạng thái trong từ trường thì sđđ cuộn dây sẽ lớn nhất. Trên hình 8.8a biểu diễn các vòng dây nối tiếp nhau nằm dưới các cực cạnh nhau trong từ trường còn hình 8.8b các vòng dây nối tiếp nằm dưới các cực cạnh N S N1 S1 N2 S2 a2 b1 b1 a2 a1 b2 a1 b1 a) b) Hình 8.8 Cách nối các vòng dây của cuộn dây nhau. Cuộn dây máy điện thường được đặt vào các rãnh của lõi thép. Để có thể sử dụng tối đa mạch từ thì vòng dây của một pha phải chiếm một cung nào đó của chu vi. Độ dài cung chiếm bởi các cạnh cùng tên thuộc một pha gọi là chiều rộng của dải. 8.2.2 Nguyên lý xây dựng cuộn dây máy điện xoay chiều. Phần tử cơ bản và đơn giản nhất của mỗi cuộn dây là vòng dây gồm 2 cạnh như hình 8.9a. Các cạnh được đặt vào các rãnh của lõi thép và nó là phần tử tác dụng của cuộn dây. Các cạnh của vòng dây được nối với nhau bằng nối đầu cuộn dây. Đó là phần nằm ngoài lõi thép, có nhiều cách nối khác nhau phụ thuộc vào phương pháp thực hiện cuộn dây. Thông thường phải thực hiện nối đầu cuộn dây ngắn nhất để tiết kiệm vật liệu và giảm tổn hao công suất. Ở những máy có công suất lớn việc nối đầu cuộn dây phải đảm bảo chắc chắn để chống biến dạng do lực điện từ vì có dòng điện lớn chạy qua. 79
Chúng ta nối tiếp một số vòng dây lại với nhau được một nhóm và gọi là bin. Bin được coi là phần tử cấu trúc của cuộn dây, người ta có thể thực hiện nó ngoài máy điện như quấn cách điện, tẩm sấy .. sau đó mới đặt vào các rãnh. Việc vẽ và đọc cuộn dây biểu diễn trên hình 8.10a phức tạp do đó người ta thường dùng sơ đồ đơn giản hình 8.10b 1 1 y1 y1 2 a) b) Hình 8.9 Vòng dây a) Cuộn dây sóng, b)Cuộn dây xếp. 1-Thanh dẫn, 2-Nối đầu cuộn dây; y1-Bước cuộn dây y1 y1 a) b) Hình 8.10 Bin 3 vòng dây a)Sơ đồ điện b)Giản đồ Thông số đặc trưng của cuộn dây là bước cuộn dây, đó là khoảng cách giữa 2 cạnh của vòng dây. Số đo của bước cuộn dây là số lượng rãnh nằm trong khoảng giữa 2 cạnh ví dụ y1=6 có nghĩa là nếu cạnh trái nằm ở rãnh 1 thì cạnh phải sẽ nằm ở rãnh 7. Khi nói về cuộn dây ta còn dùng khái niệm bước cực và cũng đo bằng số Z lượng rãnh như sau:τ = 2 p , trong đó Z-tổng số rãnh trên chu vi máy điện, p-số Z đôi cực. Cuộn dây có bước cuộn dây bằng bước cực y 1=τ = 2 p - gọi là cuộn dây đường kính, còn nếu y1
tơ và hình thành sao điện áp, trong đó mỗi véc tơ biểu diễn một sđđ. Nếu tỷ số Z/p là một số 3-11 1 4-12 5 α’ 6 2-10 α 9 α 2 1-9 5-13 4 7 8-16 6-14 8 3 7-15 b) Hình 8.11 Cuộn dây 3 pha đặt a) trên chu vi máy điện Hình 8.12 Sao điện áp của cuộn dây 3 pha ;a) Có Z/p nguyên, b) Có Z/p lẻ nguyên thì sao điện áp có Z/p tia, mỗi tia ứng với p rãnh và dịch pha đối với nhau một góc 2τ p. Góc lệch pha giữa các sđđ nằm ở cạnh nhau xác định: 360 p α= (8.8) Z Nếu Z không chia hết cho p thì sao điện áp có 2 thông số góc: góc α là góc của 2 sđđ nằm cạnh nhau trên chu vi máy điện tính theo (8.8) và góc α’ là góc hợp bởi 2 tia điện áp cạnh nhau trên sơ đồ tính theo biểu thức: 360t α’ = (8.8a) Z Trong đó t là ước số chung lớn nhất của Z và p. Trên hình 8.12 biểu diễn sao điện áp cho 2 trường hợp: a) Cuộn dây có Z=16 rãnh, p=2; Ta có Z/p=16/2=8 là số nguyên do đó số 360.2 tia là 8, còn góc hợp bởi 2 tia α = = 45 0 16 b) Cho cuộn dây có Z=9, p=2; Ta có Z/p=9/2-lẻ vậy số tia là 9, ta có 2 số đo sau đây: -Góc của 2 rãnh nằm cạnh nhau trên chu vi: 360.2 α= = 80 0 9 -Góc của 2 tia điện áp nằm cạnh nhau: Ước số chung nhỏ nhất của Z và p t=1, ta có: 360.1 α’ = = 40 0 9 8.2.3 Phân loại cuộn dây. Cuộn dây máy điện xoay chiều có thể chia thành: -Cuộn dây 1 pha -Cuộn dây 2 pha -Cuộn dây 3 pha 81
Cuộn dây 3 pha lại có thể được phân loại theo số lớp, theo số lượng rãnh trên một cực một pha và phân loại theo phương pháp thực hiện. 1-Phân loại theo lớp cuộn dây Theo lớp cuộn dây đặt trong rãnh người ta phân ra loại 1 lớp, 2 lớp, 3 lớp. 2. phân loại theo số lượng rãnh trên một cực một pha Số rãnh trên một cực một pha q tính như sau: Z q = 2mp (8.9) Z Cho cuộn dây 3 pha ta có q = 6 p . Căn cứ vào q ta chia ra cuộn dây có q chẵn và cuộn dây có q lẻ. 3. Phân loại theo cách thực hiện cuộn dây Sự phân loại này dựa trên các cơ sở sau: a-Cách đặt cuộn dây vào rãnh: Căn cứ cách đặt cuộn dây vào rãnh ta chia ra cách thực hiện rải dây, luồn dây và khâu dây b-Cách thực hiện bin: thực hiện bằng tay, thực hiện bằng máy. Để xây dựng cuộn dây ta cần bước cuộn dây, có 3 loại bước cuộn dây: bước tiến và bước lùi và bước toàn phần. -Bước tiến là khoảng cách giữa 2 cạnh cuộn dây (y1) (hình 8.13) còn - Bước lùi là khoảng cách giữa cạnh thứ 2 của vòng dây trước với cạnh thứ 1 của cuộn dây tiếp theo (hình 8.13) y1 y2 y1 N S N S N S y2 y a) b) Hình 8.13 Biểu diễn bước cuốn dây a) Cuộn dây quấn sóng, b) Quận dây xếp -Bước cuộn dây toàn phần là khoảng cách giữa các cạnh của các vòng dây với nhau (hình 8.13). Căn cứ vào cách tính bước cuộn dây ta có 2 loại cuộn dây: -Cuộn sóng là cuộn có bước toàn phần tính theo: y = y1+y2 (8.10) -Cuộn xếp là cuộn có bước toàn phần: y = y1-y2 (8.10a) 8.2.4 Dựng cuộn dây 3 pha một lớp xếp có q chẵn Loại cuộn dây nà thường dùng cho các máy có p>1. Hãy dựng sơ đồ cuộn dây có Z=24, 2p=4, q=2. Để dựng cuộn dây ta qui định như sau: các rãnh được biểu thị bằng các 82
đường thẳng và được đánh số thứ tự (hình 8.14). Ta thực hiện cuộn dây bán kính (y1= τ ), tính bước cuộn dây như sau : y1= τ = Z/2p = 24/2.2=6. 1-13 12-24 2-14 11-23 3-15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 10-22 4-16 5-17 9-21 6-18 8-20 7-19 A B C X Y Z b) a) Hình 8.14 Cuộn dây 3 pha cuốn xếp a) Sơ đồ, b)Sao điện áp 8.2.5 Dựng cuộn dây 3 pha 2 lớp xếp có q chẵn Cuộn dây thường gặp là cuộn dây 2 lớp xếp đường kính hoặc rút gọn. Đặc điểm của cuộn dây này là vòng dây và mô bin có hình dáng và kích thước giống nhau nên đối xứng về pha và các nhánh song song trong cuộn dây tuy nhiên quá trình đặt cuộn dây đặc biết là lớp dưới sẽ phức tạp hơn cuộn dây một lớp. Để dựng cuộn dây 2 lớp ta qui định lớp trên vẽ liền, lớp dưới vẽ bằng nét đứt. Ví dụ dựng cuộn dây 3 pha 2 lớp xếp có Z=24, p=2, q=2, y1=τ =6 (hình 8.15) y1=τ =6 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 C X B Hình 8.15 Cuộn dây 3 pha 2 lớp đường kính có Z=24, p=2,q=2,y1=τ =6 8.2.6 Dựng cuộn dây 3 pha xếp bước ngắn Trong thực tế người ta cũng dựng cuộn dây có bước cuộn dây nhỏ hơn 83
bước cực y1
đi so với rãnh ở lớp trên một bước y1=5. Vậy nếu cạnh trên nằm ở rãnh 1 và 2 thì cạnh dưới của vòng dây phải nằm ở lớp dưới thuộc rãnh 6 và 7 (1+y1=1+5=6 và 2+y1=2+5=7). Lớp trên tiếp theo của cuộn A cần phải dịch đi 1 bước cực τ =6 và sẽ nhận rãnh 1+6=7 và 2+8=8 rồi tiếp tục lớp trên vòng thứ 3 sẽ là 7+6=13 v.v. còn rãnh thứ 2 lớp dưới sẽ là: 7+5=12, 8+5=13, 13+5=18 v.v. Vùng pha của máy là 600 còn pha B lệch pha so với pha A một góc là 1200. Góc giữa các rãnh đo bằng độ điện: 2πp 2.360 α= = =300 Z 24 Như vậy vùng pha của máy điện này ứng với 4 rãnh do đó cạnh trên của vòng dây thuộc cuộn dây pha B sẽ dịch đi so với cạnh trên của cuộn dây pha A là 4 rãnh cụ thể là các rãnh sau: 1+4=5, 2+4=6, 7+4=11 vv. Nửa dưới cuộn dây pha B sẽ dịch so với nửa trên một bước rút ngắn y1=5 nên sẽ là các rãnh:5+5=10, 11+5=16 v.v. Cạnh trên của vòng dây thuộc pha C sẽ dịch so với cạnh trên của pha B 4 rãnh và chiếm các rãnh:5+4=9,6+4=10,11+4=15 v.v. Nửa dưới của pha C cũng dịch chuyển một bước y1=5 so với nửa trên thuộc cuộn dây của mình. Theo cách trình bày trên đây sự phân bố cuộn dây các pha sẽ tương ứng với các rãnh: Pha A: 1-6’; 2-7’; 7-12’; 8-13’; 13-18’;14-19’; 19-24’;20-1’ Pha B: 5-10’;6-11’; 11-16’; 12-17’; 17-22’; 18-23’; 23-4’; 24-5’; Pha C: 9-14’; 10-15’; 15-20’; 16-21’; 21-2’;22-3’; 3-8’;4-9’ Dấu”,” ký hiệu lớp dưới của rãnh và trên sơ đồ lớp dưới biểu diễn bằnd đường không liên tục. Rút ngắn bước không làm thay đổi sự phân bố các dây dẫn trong lớp mà chỉ làm dịch chuyển lớp dưới so với lớp trên một đại lượng τ -y1(ở đây là 1 rãnh.). Vì thế với cuộn dây 2 lớp có bước rút ngắn đứng về tính chất từ nó sẽ tương đương với 2 cuộn dây lệch nhau một đại lượng τ -y1 . 8.2.7 Dựng cuộn dây 3 pha sóng Trong cuộn dây 2 lớp sóng thì cuộn dây của một pha chạy q lần toàn bộ chu vi phần ứng về phía phải sau đó dịch đi 1800 trong từ trường nó vòng theo phía trái q lần. Mỗi một vòng sóng ở cuộn dây sóng đường kính gồm 2p-1 bước bằng bước cực, bước cuối cùng thường rút ngắn một bước rãnh để cho vòng tiếp theo bắt đầu từ dây bên cạnh không phải bắt chéo. Cuộn dây sóng thường dùng cho máy điện một chiều mà ít dùng cho máy điện xoay chiều. 8.2.8 Sđđ cảm ứng trong cuộn dây. Nhằm xác định biểu thức sđđ cảm ứng trong cuộn dây pha bởi từ trường quay ta nghiên cứu máy điện có từ trường không sin (vhưng đối xứng so với trục x và y và chu kỳ lặp lại dưới các cực hình 8.17 a) a. Biên độ trong một bin dây đường kính xác định bằng biểu thức: Em=Bm2lizzv (8.11) 85
Trong đó li-độ dài tác dụng của cạnh cuộn dây, zz-số vòng dây có trong bin, v-tốc độ dài theo chu vi của sóng từ trường quay so với cuộn dây, Bm-biên độ của độ cảm ứng từ. Trong trường hợp cuộn dây rút ngắn (hình 8.17b) thì 2 cạnh của một vòng dây không khi nào nằm trong cùng một trạng thái trong từ trường do đó sđđ cảm ứng trong bin sẽ nhỏ hơn sđđ của bin đường kính. Vì lý do đó ta đưa ra khái niệm B B a) m Btb T T b) y1=τ c) y1
Giá trị knh nhận như sau: Với q>1 thì knh
dây). R là bán kính của đường tròn ngoại tiếp của đa giác trên. Ta có 3 tam giác đều α α E3 a) c) D Enhóm E2 C qα dien R 2 E2 E1 E3 γ α α b) qα dien γ 0 α điện 2 β αdien γ E1 B β 2 β A Hình 8.19 Phương pháp hình học xác định hệ số cuộn dây OAB,OBC và OCD trong đó γ bằng góc điện α điện hợp bởi 2 véc tơ kề nhau thuộc sao điện áp. Từ hình vẽ ta có: qα dien Emhóm=2Rsin 2 sin α dien Ebin = 2R 2 Hệ số nhóm trong trường hợp từ trường hình sin hoặc cho sóng bậc 1 có dạng: qα dien sin 2 knhóm = α (8.21) q sin dien 2 8.2.9.1 Phương pháp xác định hệ số rút ngắn Theo định nghĩa hệ số rút gọn đã nêu trên thì hệ số rút gọn là tỷ số sđđ của một vòng dây với tổng đại số sđđ các cạnh của nó. Nếu bước vòng dây là y1 thì góc dịch trong từ trường của 2 cạnh sẽ là (hình 8.20): y1 β= 1800 (8.22) τ 88
Sđđ của 2 cạnh vòng dây là OA và OB, còn sđđ của cả vòng dây là AB vậy hệ số rút ngắn là: β AB 2 O sin ks= = 2 Từ đây ta có: 2 OA 2 OA β ks = sin (8.23) 2 Thay β bằng (8.22) ta có: β β ks = sin 180 = sin( 90 0 ) (8.23a) 2τ τ Hệ số cuộn dây qα dien sin 2 β kcd= knhóm.ks = sin 90 0 (8.24) α τ q sin dien 2 A β 0 K Hình 9.20 Xác định hệ số rút gọn bằng hình học B Với cuộn dây bước đủ y1=τ thì qα dien sin 2 kcd= α dien (8.24a) q sin 2 8.2.10.Cuộn dây có q không phải là số nguyên Cuộn dây có số rãnh trên một cực một pha là số thập phân gọi là cuộn dây có q không nguyên. Ví dụ cuộn dây có: Z=18, p=2 lúc này: Z 18 1 q = 2 pm = 2.2.3 = 1 2 Số lượng vòng dây trên một pha γ =Z/2m=18/6=3. Điều đó chứng tỏ rằng dưới một cực có 2 rãnh, còn một rãnh nữa nằm ở cực khác. Cuộn dây có q không nguyên chỉ có thể thực hiện được khi thoả mãn điều kiện đối xứng của cuộn dây. 8.2.10.1 Các điều kiện đối xứng của cuộn dây có q không nguyên. Một cuộn dây có q không nguyên gọi là đối xứng nếu sđđ cảm ứng trong các pha bằng nhau và lệch pha một góc α=3600/m (m-số pha). 89
Nếu cuộn dây được phân rải đều trên chu vi phần ứng thì số vòng dây Z một pha (cuộn dây một lớp) sẽ bằng: γ = 2m Trong cuộn dây đối xứng số vòng dây một pha phải như nhau để sđđ Z từng pha bằng nhau vậy phải là số nguyên. Đây là điều kiện thức nhất, điều 6 kiện này chưa đủ đảm bảo sự đối xứng của cuộn dây. Để sđđ các pha lệch nhau một góc bằng nhau thì góc lệch nhau giữa các véc tơ cạnh nhau bằng: t.360 α' = Z phải chứa số nguyên lần trong góc lệch pha (1200 cho máy 3 pha) trong đó t-là ước số chung lớn nhất của p và Z. Nếu điều kiện này thoả mãn thì mỗi véc tơ được chọn là véc tơ đầu của pha thứ nhất sẽ là cơ sở cho 2 pha còn lại để chúng lệch nhau một góc là 1200 và 2400. Kết quả là toàn bộ các véc tơ khác nhau của sao điện áp được chia làm 3 nhóm véc tơ bằng nhau nằm ở 3 pha khác nhau. Điều kiện thứ 2 này có thể biểu diễn bởi: 120 -phải là số nguyên. α' 120 120 Z = = Ta còn có thể viết khác đi một chút: α ' 360t 3t Z 8.2.10.2 Ví dụ của cuộn dây có q không nguyên Dựng cuộn dây có:Z=18, p=2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 C X Y A Z B a) 12 11 13 13 3 -17 2 4 -15 2 -18 -6 4 10 5 14 10 -9 1 1 14 6 -5 18 9 7 15 b) -8 -3 7 -11 c) 8 17 16 -12 16 90 Hình 8.21 Cuộn dây 3 pha có q lẻ.
Để dựng cuộn dây ta tính số rãnh trên một cực một pha q và kiểm tra điều kiện đối xứng của cuộn dây. Z 18 1 q = 2 pm = 2.2.3 = 1 2 Kiểm tra điều kiện đối xứng: -Điều kiện 1 Z 18 γ= = =3 (số nguyên) 6 6 -Điều kiện 2: ước số chung lớn nhất của p và Z là 2 vậy Z 18 = =3 (số nguyên) 3t 3.2 Cuộn dây trên thoả mãn điều kiện đối xứng nên có thể dựng được cuộn dây này. Sơ đồ cuộn dây trên hình 8.21a còn sao điện áp trên hình 8.21b Tổng sđđ từng pha biểu diễn trên hình 8.21c 8.2.11 Cuộn dây rô to ngắn mạch Ở loại máy điện dị bộ người ta hay dùng (không đồng bộ) cuộn dây rô to ngắn mạch hình 8.22. Có các loại cuộn dây ngắn mạch sau: -Ngắn mạch thường (hình 22a) -Ngắn mạch rãnh sâu (hình 22a) -Ngắn mạch 2 rãnh (hình 22c) b) c) a) Hình 8.22 Cuộn dây rô to ngắn mạch a) Thường, b)Rãnh sâu, c)Hai rãnh. Mạch điện được làm bằng nhôm đúc trực tiếp vào rãnh, không cần cách điện giữa mạch điện với lõi thép như các cuộn dây thực hiện bắng cách quấn. Cuộn dây rô to ngắn mạch có số pha bằng số rãnh, còn số đôi cực luôn bằng số đôi cực của stato. Với cuộn dây 2 rãnh thì rãnh trên là rãnh khởi động thường làm bằng đồng thau để tăng điện trở cuộn dây. 91
92