Giáo trình máy điện 2

Sức điện động cảm ứng trong dây quấn do từ trường cơ bản: a Sức điện động của một thanh dẫn: Đặt 1 thanh dẫn trong stator và những cực từ của rotor song song với trục máy điện h1–1.. C

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA ĐIỆN BỘ MÔN: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN

-0 - GVC-ThS NGUYỄN TRỌNG THẮNG

GIÁO TRÌNH

MÁY ĐIỆN II

TP HCM Tháng 5/ 2006

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình MÁY ĐIỆN II là một cuốn sách trong bộ GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN gồm

2 tập nhằm giúp sinh viên bậc đại học hoặc cao đẳng ngành Điện Công Nghiệp, Điện

Tự Động của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM làm tài liệu học tập, hoặc

có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Công nghệ Điện- Điện tử,

Công nghệ Điện tử –Viễn thông và các ngành khác liên quan đến lĩnh vực điện –điện

tử

Giáo trình máy điện trình bày những lý thuyết cơ bản về: cấu tạo; nguyên lý làm

việc; các quan hệ điện từ; các đặc tính cũng như các hiện tượng vật lý xảy ra trong:

Máy điện một chiều; Máy biến áp; Máy điện không đồng bộ; Máy điện đồng bộ và

các loại máy điện đặc biệt

Toàn bộ giáo trình máy điện được chia làm 2 tập:

Tập I gồm 2 phần: Máy điện một chiều và Máy điện một chiều đặc biệt

Máy biến áp và các loại máy biến áp đặc biệt

Tập II gồm 3 phần: Những vấn đề lý luận chung của các máy điện xoay chiều

Máy điện không đồng bộ và các dạng khác của Máy điện không

đồng bộ

Máy điện đồng bộ và các loại máy điện đồng bộ đặc biệt

Để giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức môn học, giáo trình trình bày nội dung

một cách ngắn gọn, cơ bản Ở mỗi chương có ví dụ minh họa, câu hỏi và bài tập để

sinh viên có thể hiểu sâu hơn những vấn đề mình đã học

Tác giả

(Email: t_nguyentrong@yahoo.com)

Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP HCM

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com

MỤC LỤC

Trang

Phần III: Các vấn đề lý luận chung của các máy điện xoay chiều

Chương 1: Sưcù điện động của dây quấn máy điện xoay chiều 2

Chương 2: Dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều 11

Chương 3: Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều 30

Phần IV: Máy điện không đồng bộ (MĐKĐB) 47

Chương 1: Đại cương về MĐKĐB 48

Chương 2: Các quan hệ điện từ trong MĐKĐB 54

Chương 3: Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 77

Chương 4: Máy điện không đồng bộ đặc biệt 90

Phần V: Máy điện đồng bộ (MĐĐB) 101

Chương 1: Đại cương về MĐĐB 102

Chương II: Các quan hệ điện từ trong MĐĐB 106

Chương III: Máy phát điện và động cơ điện đồng bộ 116

Chương IV: Máy điện đồng bộ đặc biệt 135 Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP HCM

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1- Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Máy điện I,II

NXB khoa học và kỹ thuật - 1998 2- Nguyễn Trọng Thắng, Nguyễn Thế Kiệt, Công nghệ chế tạo và tính toán sửa chữa

Máy điện , NXB Giáo dục, 1995 3- A.E Fitzerald, Charles kingsley Electrical Machines Mc Graw - Hill, 1990

4- Jimmie J Cathey Electric machines Analysis and Design Applying Matlab Mc

Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP HCM

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com

PHẦN III CÁC VẤN ĐỀ LÍ LUẬN

CHUNG CỦA MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU

CHƯƠNG I: SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN

MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU

§ 1.1 ĐẠI CƯƠNG

Sức điện động (s.đ.đ) xoay chiều có 3 đặc tính cơ bản:

- Độ lớn

- Tần số

- Dạng đường cong

Thường người ta mong muốn có được s.đ.đ của máy điện dùng trong các thiết bị điện khác nhau có dạng hình sin Đặc biệt đối vơiù máy phát điện các sóng điều hòa bậc cao không những có tác hại đối với các máy phát điện mà còn cả đối với phụ tải làm tăng tổn thất cũng như làm xuất hiện quá điện áp trên các đoạn khác nhau của đường dây Trong chương này chúng ta nghiên cứu s.đ.đ của dây quấn và các biện pháp làm giảm hoặc triệt tiêu s.đ.đ bậc cao đưa dạng sóng về hình sin

§ 1.2 SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN

1 Sức điện động cảm ứng trong dây quấn do từ trường cơ bản:

a) Sức điện động của một thanh dẫn:

Đặt 1 thanh dẫn trong stator và những cực từ của rotor song song với trục máy điện (h1–1) Khởi động máy và cho quay với tốc độ n = Cte = const khi đó trị số tức thời của s.đ.đ cảm ứng trong thanh dẫn là:

etd = Bx.l.v (V) với Bx = Bmsinωt (T), Bx là từ cảm nơi thanh

dẫn quét qua

f pn

=

τ (m) l: Chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ

trường

tB

2fltB

vl

ππτ

=ω

VớiΦ=Btblτ là từ thông trung bình tương

ứng với một bước cực

m

tb 2BB

π

Hình 1.1 Chuyển động tương đối của thanh dẫn trong từ trường tương đối hình sin.

Ta có : e td =πΦf sinωt=E td sinωt

Trị số hiệu dụng là: f 222 f

2

b) Sđđ của một vòng dây và của một bối dây:

™ Sđđ của một vòng dây:

+ Trường hợp bước đủ:

Nếu vòng dây có 2 thanh dẫn 1 và 2 đặt cách nhau 1 khoảng là τ

=

y (dây quấn bước đủ) và gọi sđđ trong thanh dẫn 1 là E1, trong thanh dẫn 2 là

E2 thì s.đ.đ của một vòng dây bước đủ là:

td 2

E

=2x2,22Φf =4,44Φf

+ Trường hợp bước ngắn:

Ta kí hiệu β là bước tương đối của dây quấn và

Đặt: k =sinβπ là hệ số bước ngắn của dây quấn thì:

Hình 1.2 Sức điện động của một vòng dây

™ Sđđ của một phần tử (bối dây) Nếu một bối dây có Ws vòng thì s.đ.đ của một bối dây là:

n s

s 444W fk

c) Sức điện động của 1 nhóm bối dây:

Ta tính s.đ.đ của 1 nhóm bối dây có q bối dây dưới 1 cực:

mp2

Trong đó Z/p là số rãnh dưới một đôi cực

(Z/2p là số rãnh dưới một mặt cực) Giả sử số

rãnh dưới 1 mặt cực là 6

=đ

α và nếu tại thời điểm đang xét bối dây

1 nằm trên đường trung tính hình học thì trị số

tức thời của sđđ cảm ứng trong các bối dây 1,

2, 3, 4 là:

0 sm 1

0 sm

sm 2

E = sinαđ = sin

0 sm

sm 3

0 sm

sm 4

Esm: biên độ sđđ/phần tử

Ta có thể biểu diễn qr lệch nhau 1 góc α như h1-4 (q: số rãnh của 1 pha dưới một cực) Mỗi một vector biểu diễn trị số biên độ hay trị số hiệu dụng của s.đ.đ Es của một bối dây với những tỉ lệ tương ứng (h1-4a) Những vector gần nhau lệch nhau 1 góc αđ = 0

30 Tổng hình học của 4 vector hình thành đa giác ABCDE (h1-4b) là vector AE biểu diễn trị số hiệu dụng tổng của s.đ.đ Eq

Z

360ppZ

đ= π =α

Hình 1.4 Sức điện động của một vòng dây

Hình 1.3 Nhóm bối dây q = 4

Để tính Eq ta vẽ đường tròn ngoại tiếp với đa giác ABCDE có bán kính R Cuối cùng ta tính được:

Eq = q Es kr (1-4) Trong đó:

s.đ.đcác họcsốTổng

s.đ.đcác học hìnhTổng

=

=s

q rqE

Ek

2 qsin

2 2

q2Rsin

2

đ

đ đ

+++

=

Về mặt trị số Eq = AE = 2AF =

2 R

2 sinq αđ Tính R theo Eq , xét tam giác OO1A ta có:

2 R 2

Es = sinαđ

22

E

đsinα

=

⇒

2 sin 2

2

sin 2

s

K qE 2

q

2 q qE

= α

r n s

d) Sức điện động của dây quấn 1 pha:

Một pha có n nhóm bối dây có vị trí giống nhau trong từ trường các cực từ nên sđđ của chúng có thể cộng số học với nhau:

dq s

Trong đó: w = n.q.ws là số vòng dây nối tiếp của 1 pha

2 Sức điện động của dây quấn do từ trường bậc cao:

Giả thiết rằng đường cong cường độ tự cảm đối xứng với trục hoành (vì tính chất đối xứng với trục hoành nên đường cong chỉ chứa các sóng hài lẻ) cũng như đối với trục cực Trong trường hợp này, đường cong cường độ tự cảm bao gồm sóng điều hoà bậc nhất hay sóng điều hoà cơ bản và vô số sóng điều hoà bậc cao

ν = 3, 5, 7, …, nghĩa là ν = 2k ± 1 Trong đó sóng điều hoà bậc 1 có biên độ Bm1và bước cực τ tương ứng với số đôi cực p Những sóng điều hoà bậc cao có biên

dq

fk

wΦ

= 44 4 ,

độ Bm3, Bm5, Bmν và những bước cực

tb

1 l.B 2τl.B

π

=τ

=

3 3

3

2

3 l B tb τ l B m

π

=Φ

…

ν ν

τπ

=ν

1 3 m 1

3 m 3

3 3

32

f2

π

τπ

=Φ

π

=

…

1 m

E E2td1+ E2td3 + + E2tdν

2

1 td td 2

1 td

3 td 1

td

E

E E

E 1

1 m

3 m 1

td

B

B B

B 1

E +⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞ + +⎜⎜⎝⎛ ⎟⎟⎠⎞

B 2

3 B 1

m B 1

m

3 m 3 B

B

B k B

Φ

± Φ

Φ

± Φ

1 1

5 1

1 m m 1

m

5 m 1 m

3 m 1

B

B B

5

B B

5

1k31

=

B 3

B

2 B 2

3 B 1

td

k

1 k

3

1 1

k k

1 f 2

E

.

+ Biểu thức tổng quát của sức điện động:

Hiện nay dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều được dùng nhiều nhất là loại dây quấn rải 2 lớp bước ngắn nên ta có:

Đối với sóng điều hoà bậc 1:

1 m 1 1 dq 1

1 1 r 1

E =π Φ = τ (1) Đối với sóng điều hoà bậc ν:

ν ν ν

ν ν ν

±

±

±

+++

Φ

π

=

B 3

B

2 B 2

3 3 B 1

1 dq td

k

1k

3

11

kkk

k1fkw2

2E

Trong đó:

1 dq dq 1

dq

3 dq 3

k

kkk

k

k = , , ν = ν là trị số tương đối của hệ số dây quấn cho sóng điều hoà bậc cao

§ 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG SỨC ĐIỆN ĐỘNG

1 Chế tạo mặt cực từ của máy phát điện đồng bộ theo quy luật

Nguyên nhân khiến cho dạng sóng sđđ không sin là do sự phân bố của từ trường khác hình sin Thông thường B phân bố hình thang, muốn sđđ là hình sin thì cực từ phải gọt vạt 2 đầu theo hình dạng và kích thước thích hợp Thường người ta chế tạo mặt cực theo quy luật:

δ

= δ

giảm hoặc triệt tiêu các sức điện động bậc

cao bằng các cách sau:

2 Rút ngắn bước dây quấn:

Khi quấn bước đủ y=τbiết k ν =±1, nghĩa là tất cả các sóng hài bậc cao đều tồn tại Để cho các sđđ bậc cao bị triệt tiêu người ta phải chọn β thế nào đó để

11

1và Rõ ràng là biện pháp này không đồng thời triệt tiêu được tất cả các s.đ.đ bậc cao nên người

ta chọn bước dây quấn sao cho giảm được các sức điện động bậc cao mạnh bậc

5, 7 Trong trường hợp đó thường rút ngắn bớt đi τ

6

1 Lúc đó β =(0 , ÷ 8 0 , 86) tuỳ theo từng máy

3 Quấn rải:

Khi q = 1 thì krν =±1, tức là tất cả các sóng bậc cao đều tồn tại

Khi q > 1 và q càng tăng thì krν càng giảm, song krν sẽ lập lại trị số ban đầu sau

1 số sóng bậc cao nào đó theo những chu kì tương ứng Một số sóng bậc cao có

Tác dụng của nó để khử sóng điều hoà răng

Từ hình vẽ ta thấy sức điện động có từ cảm

z

m

B ν

cảm ứng trong thanh dẫn có chiều ngược nhau và

bị triệt tiêu Bước rãnh chéo cần phải chọn

z z

pz

p2

Hình 1.5 Trường hợp rãnh chéo

1 bước răng Δ Eυz = 0

Câu hỏi:

1 Vì sao yêu cầu sức điện động của máy

điện xoay chiều phải có dạng hình sin

Làm thế nào để đảm bảo yêu cầu đó?

2 Hãy xác định biểu thức sức điện động của dây quấn 1 pha khi từ trường không hình sin?

3 Các biện pháp để cải thiện dạng sóng sức điện động và hiệu lực của các biện pháp đó?

4 Khi dùng rãnh chéo thì trị số sức điện động do từ trường cơ bản của dây quấn thay đổi như thế nào?

ν ν ν

70p2

m1 Btb1

2

1 1 tb

2

lp2

D2

⇒

5060312

7042

2

.,.,

,

2 5 B 2 3 B 1

1503250163

β Biết rằng mỗi bối dây có ws = 5 vòng và sức điện động của thanh dẫn Etd

= 5V Hãy tính sức điện động của mỗi nhóm và s.đ.đ của mỗi pha của dây quấn đó

CHƯƠNG II: DÂY QUẤN PHẦN ỨNG MÁY ĐIỆN

XOAY CHIỀU

§ 2.1 ĐẠI CƯƠNG

Dây quấn máy điện xoay chiều có nhiệm vụ cảm ứng được sức điện động (s.đ.đ) nhất định đồng thời cũng tham gia vào việc tạo nên từ trường cần thiết cho sự biến đổi năng lượng điện từ trong máy

Kết cấu của dây quấn phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:

+ Tiết kiệm dây quấn (phần đầu nối)

+ Bền về cơ, nhiệt, điện

+ Chế tạo đơn giản, lắp ráp, sửa chữa dễ dàng

Phân loại dây quấn:

+ Theo số pha: m = 1, 2, 3

+ Theo số rãnh của một pha dưới mỗi bước cực q

+ Theo lớp: 1 lớp, 2 lớp

+ Theo hình dạng phần đầu nối: dây quấn đồng khuôn, đồng tâm, xếp, sóng v.v.v

Thường thì số rãnh của 1 pha dưới một cực q là số nguyên nhưng trong một số trường hợp cần thiết q có thể là phân số Dây quấn máy điện xoay chiều có thể đặt trong rãnh thành 1 lớp hoặc 2 lớp và tương ứng là dây quấn 1 lớp và 2 lớp Trong thực tế rất nhiều loại dây quấn, trong phần này ta đề cập đến 1, 2 loại phổ biến thường gặp và mỗi loại chỉ nêu phương pháp phân tích và sơ đồ nối dây

§ 2.2 DÂY QUẤN 3 PHA CÓ Q LÀ SỐ NGUYÊN

1 Dây quấn 1 lớp:

Thường được dùng cho các động cơ điện có công suất < 7kW Trong mỗi rãnh chỉ đặt 1 cạnh tác dụng nên số bối dây S = Z/2

Thí dụ: Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn kiểu đồng khuôn tập trung 1 lớp,

Z = 24, 2p = 4

• Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn 1 lớp với q là số nguyên:

- Xác định góc độ điện giữa 2 rãnh liên tiếp:

0 0 0

3024

3602Z

360p

- Số rãnh của 1 pha dưới 1 cực:

- Số phần tử dây quấn:

122

242

S

Sfa = = =

- Số nhóm bối dây trong một pha: 2

23

12mq

S

So sánh với số đôi cực 2p ta suy ra dây quấn đấu cực giả

- Pha A cách pha B là 1200 điện tương đương với:

430

120120

0

0 0

=

=

αđ rãnh

- Bước dây quấn y=τ=6

- Giản đồ khai triển dây quấn:

Hình 2.1 Hình sao sức điện động 12 tia

2 Dây quấn 2 lớp:

Là loại dây quấn mà trong mỗi rãnh đặt 2 cạnh tác dụng, nên số phần

tử bằng số rãnh của lõi thép ⇒S = Z

so với dây quấn 1 lớp dây quấn 2 lớp

có những ưu điểm sau:

- Loại này có thể thực hiện được bước ngắn làm giảm sức điện động

bậc cao, cải thiện được dạng sóng sức

điện động, đặc tính làm việc của máy

tốt hơn

- Đầu nối của các bối dây chắc chắn, gọn, ít choán chỗ, tránh được

phần đầu nối chạm vào nắp máy

Tuy nhiên việc lồng dây cũng như sửa chữa gặp nhiều khó khăn hơn trong dây quấn 1 lớp

Có 2 kiểu dây quấn: Quấn xếp và quấn sóng, đa số dùng dây quấn xếp Dây quấn sóng chỉ dùng với rotor dây quấn của động cơ điện không đồng bộ

a) Dây quấn xếp:

Thí dụ: Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn xếp 3 pha, 2 lớp với Z = 24, 2p = 4

• Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn xếp 3 pha 2 lớp với q là số nguyên:

1 Vẽ hình tia sức điện động

Hình 2.2 Sơ đồ khai triển dây quấn 3 pha 1 lớp đồng khuôn tập trung với Z = 24; 2p = 4; q = 2

Hình 2.3 Hình tia sức điện động

0

0 0

3024

3602Z

360p

24mp2

Z

- Số phần tử dây quấn: S = Z = 24

- Số phần tử trong 1 pha: 8

3

24m

β

=τ

⇒

=τβ

24

=

q m

S n

Hình 2.4 Dây quấn xếp 2 lớp với Z = 24, 2p = 2, q = 5, β =5/6

Pha C cũng dịch chuyển tương đối với pha B và chiếm các rãnh (5 + 4 = 9, 6 + 4

= 10) Còn khoảng rãnh từ 13…24 cũng được phân bố xen kẽ các pha A, B, C với cùng 1 quy luật như vậy (pha A: 13, 14, pha B: 17, 18, pha C: 21, 22) Như vậy một nửa vùng pha và lớp trên đã được phân bố, còn các vùng pha khác cũng được phân bố theo các pha A, B, C và được kí hiệu tương ứng X, Y, Z Lúc này vùng X thuộc pha A dịch chuyển so với vùng A là t = 6 tức là ở các rãnh (1 + 6 =

7, 2 + 6 = 8, 13 + 6 = 19, 14 + 6 = 20) Tương tự vùng Y thuộc pha B ở các rãnh (5 + 6 = 11, 6 + 6 = 12, 17 + 6 = 23, 18 + 6 = 24) Còn vùng Z thuộc pha C ở các rãnh (9 – 6 = 3, 10 – 6 = 4, 21 – 6 = 15, 22 – 6 = 16) Sự khác nhau ở các vùng pha A, B, C và X, Y, Z là sức điện động ở các cạnh tương ứng của nó

b) Dây quấn sóng:

Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn sóng hai lớp:

Bước 1: Lấy số liệu Z, 2p Suy ra τ và kiểm tra lại các điều kiện Z và τ

Bước 2: Chọn bước quấn dây tổng hợp y

p

bZ

™ Khi trong một rãnh chỉ có một cạnh tác dụng, ta chọn b = 2

Bước 3: Gọi N là tổng số cạnh tác dụng của bộ dây quấn

¾ Nếu (N/6) là số chẵn thì một nhánh trong một pha có (N/6) cạnh tác dụng

¾ Nếu (N/6) là số lẻ thì một nhánh trong một pha có ( 1

6 −

N ) cạnh tác dụng, nhánh còn lại có ( 1

6 +

N ) cạnh tác dụng

Bước 4: Lập bảng số xác định cách quấn dây, bảng số thiết lập như sau:

• Chia bảng dây quấn thành 2p cột

• Lần lượt ghi lớp trên, lớp dưới, lớp trên, lớp dưới, … vào đầu mỗi cột biểu thị cho cạnh tác dụng trên và dưới của mỗi bối dây Sau đó, ghi số thứ tự rãnh vào mỗi ô Gọi y1 là bước bối dây và bước y2 tính như sau:

y2 = y – y1

Ta ghi số sau cách số trước một bước y1, rồi y2

• Mỗi khi ghi hết một dòng, trước khi viết ô đầu của dòng tiếp theo, ta xem mạch có bị khép kín sớm hay không Nếu có sự khép kín mạch sớm thì phải tăng hay giảm bước y2 một đơn vị

• Nếu sơ đồ quấn dùng cho stator thì phải tiến hành biện pháp vừa nêu bình thường ở trên, ngược lại nếu dây quấn dùng cho rotor ta phải chú ý cách đặt đầu dây vào mỗi pha ở các số rãnh 1; ⎟

Z2

1 vào vị trí ô

2p cột

CH: Chuyển hướng

• Lập bảng số qui định đầu dây, suy ra số thanh nối chuyển hướng trong mỗi pha

Bước 5: Thực hiện sơ đồ khai triển dây quấn Nên vẽ các thanh chuyển hướng và

các đầu vào ra của mỗi nhóm bối trước tiên

Hình dạng của bảng số xác định các nhóm của các pha được mô tả trong hình vẽ sau

Bảng xác định cách đấu các pha:

Lớp trên Lớp dưới Lớp trên Lớp dưới … Lớp trên Lớp dưới

Ur: là số cạnh tác dụng trong một rãnh

Chú ý: Cũng như dây quấn xếp, dây quấn sóng bước ngắn cũng làm cho đặc tính

điện của máy tốt hơn

Thí dụ: Dây quấn sóng 3 pha, 2 lớp có Z = 24, 2p = 4

Bước tổng hợp:

2

24p

24mp2

Z

Số phần tử S = Z =24

 Bảng xác định cách đấu các pha:

Bảng có 4 cột tương ứng với 4 cực Số hàng = 12

4

2

Nhóm 1 Pha A

Nhóm 2 Pha C

Nhóm 3 Pha B Nhóm 4 Pha A Nhóm 5 Pha C Nhóm 6 Pha B

Lớp trên Lớp dưới Lớp trên Lớp dưới

} }

Hình 2.5 Dây quấn sóng 2 lớp với Z = 24, 2p = 4, q = 2, β =5/6

§ 2.3 DÂY QUẤN 3 PHA CÓ Q LÀ PHÂN SỐ

Ta có 2 phương pháp bố trí dây quấn (khi q là phân số) đó là phương pháp bố trí theo Clement và phương pháp bố trí theo Pyδo

™ Đối với phương pháp Clement, ta có thể bố trí dây quấn theo dạng 1 lớp hay 2 lớp Tuy nhiên dạng 2 lớp chỉ là biến dạng suy ra từ kết cấu 1 lớp Và phương pháp Clement sẽ không sử dụng được stator hay rotor có số rãnh lẻ, vì lúc đó dây quấn 1 lớp không bố trí được nên cũng không tìm ra được dạng dây quấn 2 lớp

™ Phương pháp bố trí theo Pyδo chỉ thích hợp cho dây quấn 2 lớp với Z chẳn hay lẻ đều được

Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn 1 lớp, q phân số theo Clement:

q= +

Trong đó b, c, d là số nguyên (c < d và c/d là phân số tối giản không rút gọn được)

Bước 2: Lập bảng số xác định phân bố rãnh cho 3 pha

• Bảng số thành lập gồm 3 cột (tương ứng 3 pha A, B, C) số hàng của bảng luôn luôn bằng 2p

• Sau khi kẻ xong bảng, ta điền các giá trị vào các ô chứa trong bảng (tổng số ô trong bảng là 6p ô)

Giá trị của mỗi ô xác định như sau:

⎛ : ta ghi giá trị b hay (b + 1) cho mỗi ô trong bảng

Bước 3: Bảng số thành lập trong bước 2 là bảng phân bố rãnh cho mỗi pha trên

mỗi khoảng bước cực Nếu cộng tổng số các giá trị ghi cho các ô trong bảng, giá trị này có thể:

ƒ Nhỏ hơn tổng số rãnh thực Z của động cơ, nếu mỗi ô ghi giá trị b

ƒ Lớn hơn tổng số rãnh Z của động cơ, nếu mỗi ô ghi giá trị (b + 1)

Như vậy trong bước 3 ta điều chỉnh các giá trị ghi theo bảng 2 để có phân bố rãnh đúng theo tổng số rãnh thực Z đang có trên stator

Phương pháp tăng hay giảm số rãnh phân bố trong bảng phân bố rãnh ở bước 2 được thực hiện như sau:

¾ Từ ô đầu tiên ta đánh dấu *, sau đó bắt đầu đếm từ trái sang phải, từ trên xuống dưới một khoảng cách bằng đúng số cực 2p, dừng lại tại ô nào đánh tại ô đó; tiếp tục thực hiện phép đánh dấu bằng phương pháp này cho đến khi về đúng ô mở đầu

¾ Trên cùng một cột ngay hàng bên dưới của các ô vừa được đánh dấu, ta đánh dấu tiếp Thông thường, với phương pháp trên mỗi lần đánh dấu trên bảng ta có 6 hay bội số của 6 ô được đánh dấu

¾ Tại các ô đã đánh dấu ta điều chỉnh giá trị ghi trong mỗi ô theo qui tắc sau:

o Nếu trị số ghi trong ô là b ta chỉnh thành (b + 1)

o Nếu trị số ghi trong ô là (b + 1) ta chỉnh thành b

Bước 4: Căn cứ theo giá trị trong bảng phân bố theo Clement vừa hiệu chỉnh ta

xác định phân bố rãnh cho mỗi pha trên mỗi bước cực

Sau đó, tuỳ theo dạng sơ đồ dây quấn 1 lớp muốn thực hiện ta vẽ sơ đồ (phương pháp vẽ sơ đồ lúc này thực hiện tương tự như đã thực hiện ở dây quấn 1 lớp q nguyên)

Thí dụ: Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn cho động cơ 3 pha có Z = 30, 2p = 4

4

30p

=τ

2

122

534

30pm2

Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn theo Pyδo

Bước 1: Xác định Z, 2p, sau đó tính ra: τ q , α , đ

Viết q dưới dạng sau:

d

cb

q= +

Trong đó b, c, d là số nguyên (c < d và c/d là phân số tối giản)

Bước 2: Căn cứ các giá trị b, c, d ta lập nhóm số thứ tự theo qui tắc sau:

Viết con số có giá trị bằng (b + 1) thành c lần

Viết con số có giá trị bằng b thành (d - c) lần

Sau đó, tính tổng các số hạng của nhóm số thứ tự vừa lập, một cách tổng quát ta xác định như sau:

bc bd c bc c d b c 1

hạng số các Tổng

Xác định tỉ số M được định nghĩa là:

bd c

Z M +

=

Vì

d

cbdd

cb

Hay qd = bd + c Vậy

d

p3Zd

Z3

d

Zqd

Hình 2.6 Dây quấn 1 lớp đồng khuôn tập trung, đầu vào 2

pha liên tiếp lệch 0

120

(Z = 30; 2p = 4; Phân bố theo Clement).

Theo Pyδo, M chính là số lần viết lập lại nhóm số thứ tự và chuỗi số tuần hoàn tìm được bằng cách viết M lần nhóm số thứ tự xác định xác định phân bố rãnh cho mỗi pha dây quấn trên stator

Bước 3: Chọn y và theo phân bố rãnh định ở bước 2 ta vẽ sơ đồ dây quấn 2 lớp

Thí dụ: Dây quấn 3 pha với q là phân số, Z = 15, 2p = 4

4

1112

15mp2

113q

3 3

3

+

= τ

= β

Trong trường hợp này ta có d = 4 nhóm bối dây phân bố trên 4 cực, phải có

d - c = 4 - 1 = 3 nhóm có b = 1 bối dây, phải có c = 1 nhóm có b + 1 = 1 + 1 = 2 bối dây

0

4815

3602Z

360p

Rãnh 5 6 7 8 Pha A C C B

Rãnh 9 10 11 12Pha A C B B

Rãnh 13 14 15 Pha A C B

Hình 2.7 Dây quấn 3 pha 2 lớp với Z = 15, 2p = 4,

4

11

q= + , phân bố theo pyδo

§ 2.4 DÂY QUẤN NGẮN MẠCH KIỂU LỒNG SÓC

Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc được tạo bởi các thanh dẫn bằng đồng đặt trong rãnh, 2 đầu hàn với 2 đầu ngắn mạch cũng bằng đồng Các thanh dẫn và vòng ngắn mạch nói trên cũng có thể được đúc bằng nhôm

Sức điện động của các thanh dẫn kế tiếp lệch pha 1 góc pha

z

p

2 .đ

t

Z

m= và nếu có t hình sao sức điện động trùng nhau thì mỗi pha có t thanh dẫn ghép song song Trên thực tế, lúc tính để đơn giản thường xem như mỗi thanh dẫn ứng với 1 pha và như vậy m = z, số vòng dây của 1 pha w = 1/2 và các hệ số bước ngắn, hệ số quấn rải đối với tất cả các sóng điều hoà knv = krv = 1

Sơ đồ mạch điện của dây quấn lồng sóc như hình 2-8a

Trong đó:

+ rt là điện trở thanh dẫn

+ rv là điện trở từng đoạn giữa 2 thanh dẫn của vành ngắn

mạch

Để xem dây quấn m pha đấu hình sao và bị nối ngắn mạch, ta

thay thế mạch điện thực nói trên

bằng mạch điện tương đương

(hình 2-8b) dựa trên cơ sở tổn hao

trên điện trở của 2 mạch điện đó

phải bằng nhau

Đối với 1 nút bất kỳ, thí dụ nút 2 ta có:

it2 = iv23 – iv12

Do dòng điện trong các đoạn chia của vành ngắn mạch cũng

lệch pha nhau góc α như trên hình (2-9) nên:

z

pl22l2

lt = vsinα = vsin π

và

z

p2

nên kết hợp với lv suy ra được điện trở mỗi pha của dây quấn:

z

p2

rr

§ 2.5 CÁCH THỰC HIỆN DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU

Dây quấn máy điện xoay chiều được đặt trên các rãnh trên stator hoặc rotor Các rãnh này có thể có miệng rãnh nửa kín, nửa hở và hở như trên hình 2.9

Rãnh nửa kín thường được dùng cho dây quấn stator của máy công suất tới 100kW và điện áp đến 650V Cách điện rãnh thường dày khoảng (0,35÷0,65)mm và gồm những phần tử nhiều vòng tiết diện tròn với đường kính (2,2÷2,5)mm Khi lồng dây phải cho từng một hoặc hai vòng dây qua miệng rãnh Rãnh nửa hở thường được dùng cho các máy có công suất lớn từ (300 ÷

400)kW ở tốc độ 1500vg/ph và đến 650V Ở trường hợp này, bối dây (hay phần tử) được chia làm 2 nửa bối theo chiều rộng của rãnh, các nửa bối đó gồm nhiều vòng dây tiết diện chữ nhật quấn theo khuôn định hình Các nửa bối dây được bọc vải và khi lồng dây cho cả nửa bối qua miệng rãnh Rãnh hở thường dùng với các loại máy có công suất lớn, điện áp cao Trong trường hợp này dây quấn được chế tạo từ dây dẫn có tiết diện hình chữ nhật và các bối được cách điện trước khi đặt vào rãnh

Sau khi lồng dây vào rãnh, miệng rãnh được nêm kín bằng các thanh nêm bằng vật liệu cách điện như tre, gỗ đã được xử lý

Hình 2.10 Rãnh nửa kín (a),

rãnh nửa hở (b) và rãnh hở

của máy điện xoay chiều

Hình 2.11 Cố định phần đầu

nối của dây quấn rotor

1 Vòng thép

2 Vành ép thép

3 Bulong

gêtinắc, textôlit,… và như vậy tác dụng của bối dây được ép chặt trong rãnh Nếu dây quấn được đặt ở rotor thì phần đầu nối của nó được đai chặt bằng dây thép để tránh bị tung ra do lực li tâm khi rotor quay Ở các máy điện công suất lớn, để tránh các lực điện từ rất mạnh lúc xảy ra ngắn mạch làm hỏng phần đầu nối dây quấn Stator, bộ phận này được buộc chặt vào các vòng thép có bulông bắt vào thân máy như hình (2-11)

§ 2.6 DÂY QUẤN 1 PHA

1 Khái niệm

Trong phần ứng stator động cơ 1 hay 2 pha, ta thường bố trí hai dây quấn lệch pha không gian 900, và tạo dòng điện qua 2 bộ dây này lệch pha thời gian

900 (hay gần 900) để tạo ra một từ trường quay tròn khởi động cho động cơ

Nếu pha phụ được cắt khỏi nguồn điện khi tốc độ quay rotor đạt được khoảng 75% tốc độ đồng bộ, động cơ ở dạng 1 pha

Tương tự như dây quấn stator động cơ 3 pha, dây quấn stator động cơ 1 pha cũng được phân loại thành các dạng:

o Dây quấn 1 lớp đồng khuôn hay đồng tâm

o Dây quấn 2 lớp

o Dây quấn sin; hình dạng nhóm bối dây quấn sin giống như nhóm bối dây đồng tâm, nhưng số vòng của mỗi bối trong nhóm bối dây quấn sin không bằng nhau (chênh lệch số vòng giữa mỗi bối dây quấn sin trong 1 nhóm tuân theo 1 tỉ lệ định trước)

Đặc điểm của dây quấn động cơ 1 pha thường không có dạng q phân số như trong dây quấn động cơ 3 pha Do đó, tổng số rãnh stator phải phân bố theo tỉ lệ định trước cho pha chính và pha phụ

Thông thường, nếu gọi QA: Tổng số rãnh phân bố cho pha chính

QB: Tổng số rãnh phân bố cho pha phụ

Ta có tỉ lệ phân bố như sau:

ƒ QA = 3QB

ƒ QA = 2QB

ƒ QA = QBPhân bố tỉ lệ này chỉ dùng cho trường hợp dây quấn ở dạng 1 lớp hay 2 lớp

 Các công thức và kí hiệu hay dùng cho dây quấn 1 lớp hay 2 lớp:

Gọi qA : Số rãnh phân bố cho pha chính trên một bước cực từ

qB : Số rãnh phân bố cho pha phụ trên một bước cực từ

Với các định nghĩa trên, ta có quan hệ sau:

= + B

A q

Tuỳ theo loại động cơ 1 pha hay 2 pha, khi dùng dây quấn 1 hay 2 lớp ta có thể chọn phân bố:

™ QA = 2QB hay QA = QB khi động cơ ở dạng 2 pha dùng tụ thường trực

™ QA = 3QB hay QA = 2QB khi động cơ ở dạng 1 pha dùng pha phụ khởi động hay dùng tụ khởi động

Tuy nhiên, với 1 kết cấu stator, tương ứng với 1 số rãnh stator Z có trước và với 1 giá trị 2p yêu cầu ta không thể chọn một trong các phân bố trên tuỳ ý mà phải có điều kiện để cho qA và qB không phải ở dạng phân số

Các yêu cầu điều kiện được xác định như sau:

 Điều kiện sử dụng phân bố Q A = Q B :

Muốn dùng phân bố

2

ZQ

QA = B = cho dây quấn stator, ta cần có qA và qB là các số nguyên

Khi = = τnguyên⇔τlà bộisốcủa2

2q

Tóm lại:

Muốn sử dụng phân bố QA = QB ta cần có điều kiện τ là bội số của 2

 Điều kiện sử dụng phân bố Q A = 2Q B :

Khi

3

Z3

Z2Q

2

QA = B tacóQA = vàQB =

Muốn qA và qB là các số nguyên

3 của số bội là

nguyên q

Muốn sử dụng phân bố QA = 3QB ta cần có điều kiện τ là bội số của 4

2 Trình tự xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn 1 lớp:

Tương tự như ở trường hợp động cơ 3 pha, ta cũng tiến hành tuần tự theo các bước sau đây:

Bước 1: Xác định Z và 2p, sau đó tính ra các giá trị τ và αđ, ta có:

τ

= α

Bước 2: Phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ theo τ, qA và qB

(phương pháp thực hiện tương tự như trong trường hợp động cơ 3 pha)

Bước 3: Tuỳ theo dạng dây quấn cần vẽ, ta tạo đầu nối cho các nhóm bối dây, vẽ

cho pha chính rồi pha phụ

Một điều khác biệt cho dây quấn của động cơ 3 pha so với 1 pha là đầu vào pha phụ so với pha chính không cần lệch pha 900 điện Việc xét lệch pha không gian giữa pha chính và pha phụ được xét theo phương pháp khác

Thí dụ1: Xây dựng các sơ đồ khai triển dây quấn 1 lớp cho stator động cơ 1 pha

có Z = 36 và 2p = 4

Giải:

Bước 1: Với Z = 36 và 2p = 4, ta tính được:

• Bước cực τ = 9rãnh/bướccực, vậy τ có giá trị lẻ và là bội số của 3, do đó chỉ có thể dùng phân bố QA = 2QB

Vậy

phụ

pharãnh

chính

pharãnh12Z3

1Q

24Z3

2Q

=α

Bước 2: Phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ

Căn cứ theo các giá trị τ, qA và qB ta phân bố rãnh cho stator dây quấn 1 lớp như sau (hình 2-12)

Bước 3: Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn 1 lớp

Aùp dụng phép vẽ đầu nối tạo các nhóm bối dây như trong trường hợp dây quấn stator động cơ 3 pha, ta có:

Hình 2.12 Phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ

Z = 36, 2p = 4, Q = 2Q

Trong hình 2.13, dây quấn 1 lớp dạng đồng khuôn phân tán đơn giản

Trong đó, ta kí hiệu các đầu pha chính là A, X và pha phụ là B, Y

3 Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn 2 lớp:

Bước 1: Xác định các tham số Z và 2p Từ đó tính các tham số:

a Bước cực từ τ, căn cứ theo giá trị chẵn hay lẻ của τ chọn phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ Tính QA, QB suy ra qA và qB

b Chọn bước bối dây y, với ymin ≤ y ≤ ( τ − 1 )

ƒ Căn cứ theo τ, qA, qB ta xác định phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ

ƒ Phân bố này xác định vị trí cho các cạnh tác dụng trên của các bối dây trong dây quấn 2 lớp

Bước 3:

ƒ Tuỳ theo giá trị y ta vẽ lần lượt từng nhóm bối dây cho pha chính và pha phụ

ƒ Vẽ hoàn chỉnh pha chính rồi pha phụ

ƒ Kiểm tra cực tính tạo bởi bộ dây và góc lệch pha vị trí cho 2 pha chính và phụ

Thí dụ 2: Vẽ sơ đồ dây quấn 2 lớp cho stator động cơ 1 pha có Z = 36 và 2p = 4 Giải:

Bước 1: Với Z = 36 và 2p = 4, ta tính được:

Bước cực = 9rãnh/bướccực, vậy có giá trị lẻ và là bội số của 3, do đó chỉ có

Hình 2.13 Sơ đồ khai triển dây quấn 1 lớp, dạng đồng khuôn phân tán đơn giản Q A = 2Q B , Z = 36, 2p = 4

Vậy

phụ

pharãnh

chính

pharãnh12Z3

1Q

24Z3

2Q

=α

Bước 2: Phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ

Trong đó min 9 6 rãnh

3

23

2

τ - 1 = 9 – 1 = 8 rãnh

Vậy bước bối dây y chọn trong khoảng 6≤y≤8

Giả sử ta chọn y = 7 rãnh

Bước 3: Ta có sơ đồ khai triển dây quấn 2 lớp theo hình 2.14

3 Vì sao dây quấn 1 pha chỉ đặt trong 2/3 số rãnh của các cực?

Bài tập:

2.1 Dây quấn 3 pha của máy điện xoay chiều có các số liệu sau: z = 24, 2p

= 2, q = 4 Vẽ giản đồ khai triển dây quấn đồng khuôn phân tán đơn giản

2.2 Vẽ giản đồ khai triển dây quấn xếp 3 pha 2 lớp với các số liệu sau: z = 36,

Hình 2.14 Sơ đồ dây quấn 2 lớp, y =7, Z = 36, 2p = 4, Q A = 2Q B

2p = 4, β = 7/9

2.3 Vẽ giản đồ khai triển của dây quấn sóng 3 pha 2 lớp với các số liệu sau:

Z = 36, 2p = 4

CHƯƠNG III: SỨC TỪ ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN

XOAY CHIỀU

§ 3.1 ĐẠI CƯƠNG

Dòng điện chảy trong dây quấn của các máy điện quay tạo ra sức từ động (s.t.đ) của dây quấn và sinh ra từ trường bao quanh dây quấn đó Để việc nghiên cứu tính toán được dễ dàng người ta thường chia và xét từ trường của dây quấn của máy điện quay ở ba vùng không gian: từ trường ở khe hở giữa stator và rotor, từ trường ở rãnh và từ trường ở phần đầu nối Trong chương này ta chỉ xét từ trường ở khe hở Với giả thiết rằng khe hở δ là đều và từ trở của lõi thép stator và rotor trên mạch từ không đáng kể, (hệ số dẫn từ μFe =∞), thì sự phân bố từ trường ở khe hở cũng là sự phân bố s.t.đ của dây quấn Nói chung s.t.đ ở khe hở phụ thuộc vào kiểu dây quấn là tập trung hay quấn rải và vào dòng điện Khi dòng điện là một chiều thì s.t.đ khe hở là không đổi nếu từ dẫn khe hở không đổi và là đập mạch nếu từ dẫn khe hở thay đổi Nếu dòng điện là xoay chiều một pha, s.t.đ là đập mạch Dòng điện xoay chiều m pha (với m ≠ 1) đối xứng sẽ sinh ra s.t.đ quay tròn; còn dòng điện xoay chiều m pha không đối xứng sẽ sinh ra s.t.đ quay elip

Để thuận tiện cho việc phân tích s.t.đ của dây quấn máy điện xoay chiều ta cần nhắc lại các khái niệm về s.t.đ đập mạch, s.t.đ quay và quan hệ giữa các s.t.đ đó

™ S.t.đ đập mạch

Biểu thức toán học của s.t.đ đập mạch có thể viết như sau:

α ω

= F sin t cos

trong đó α là góc không gian

Trong biểu thức trên nếu cho t = const thì:

) ( cos α = α

Ta có thể biểu thị s.t.đ đập mạch ở vị trí không gian α = 0 bằng một vector có độ dài thay đổi theo t như trên hình 3-1b

™ S.t.đ quay tròn

Biểu thức toán học của s.t.đ quay tròn với biên độ không đổi có dạng:

F = Fmsin( ω t ± α ) (3-2) Thật vậy, giả sử ta xét một điểm bất kỳ tuỳ ý của sóng s.t.đ có trị số không đổi thì:

const

t±α =

sin(

hay là ωt±α =const

Lấy vi phân biểu thức đó theo thời gian ta có:

ω

±

=

αdt

Hình 3.1 a S.t.đ đập mạch ở các thời điểm khác nhau; b Vector s.t.đ đập mạch ở α = 0

Hình 3.2 Vị trí của sóng quay ngược (a) và quay thuận (b) ở thời điểm t = 0 và t = T/4; (c) biểu thị s.t.đ quay bằng vector quay

S.t.đ quay tròn có thể biểu thị bằng một vector có độ lớn Fm không đổi quay với tốc độ góc +ω và -ω, mút vector đó vẽ thành một hình tròn như trên hình 3-2c Để thấy rõ quan hệ giữa các s.t.đ đập mạch và s.t.đ quay trước hết chú ý rằng:

2 1

m m

m

F F

t F

2

1 t

F 2

1 t

F

+

=

= α + ω +

α

− ω

= α

nghĩa là s.t.đ đập mạch là tổng của hai s.t.đ quay: F1 quay thuận với tốc độ +ω

và F2 quay ngược với tốc độ -ω Biên độ của các s.t.đ quay đó bằng một nửa của s.t.đ đập mạch Hình 3-3 biểu thị vector s.t.đ đập mạch F tổng của hai vector s.t.đ quay F1 và F2 ở các thời điểm

t = Mặc khác từ biểu thức:

α ω

± α ω

= α

)sin(

cos

sin

22

tF

™ Sức từ động quay elip: Khi hai

s.t.đ đập mạch (của dây quấn hai pha) lệch nhau trong không gian góc

2

π nhưng lệch pha nhau về thời gian góc

)sin(

cossin

2t

Ft

F

hoặc có biên độ khác nhau:

)cos(

)sin(

'cossin

22

tF

tF

)sin(

cos

=

2tF

tF

thì s.t.đ tổng hợp F của chúng ở cả ba trường hợp trên đều có thể biểu thị bằng một vector quay mà mút vector vẽ thành hình elip Từ trường quay trong máy là từ trường elip

Trước hết xét tổng hợp của hai s.t.đ đập mạch theo (3-6):

)cos(

)sin(

'cossin

22

tF

tF

Hình 3.3 S.t.đ đập mạch, tổng của

2 s.t.đ quay tròn thuận và ngược

Phân tích mỗi s.t.đ đập mạch của biểu thức trên thành hai s.t.đ quay tròn theo biểu thức (3-4a), với chú ý rằng sin(ωt+α−π)=−sin(ωt+π) ta có:

) sin(

) sin(

) sin(

' )

sin(

'

α + ω +

α

− ω

= α + ω

− + α

− ω

+

2

F F t

2

F F

Vậy s.t.đ F là tổng hợp của hai s.t.đ có biên độ khác nhau quay theo hai chiều thuận và ngược với cùng một tốc độ, được biểu thị bằng một vector quay F mà mút của vector vẽ thành hình elip như trên hình 3-4 Trục lớn a và trục nhỏ b của từ trường elip có giá trị bằng:

a = 2(F1 + F2) = 2Fm

(ứng với

2t

)sin(

cos

sin

2t

Ft

F

= F1sin( ω t − α )' + F2sin( ω t + α ' − β ) (3-9) trong đó: F1 = Fmcosβ '; F2 = Fmsin( β − )'

với

42

π

−

β+α

=α'

S.t.đ tổng F ở trường hợp này cũng biểu thị được bằng một vector quay mà

mút của vector vẽ thành hình elip có trục lớn a = 2(F1 + F2) ứng với khi

2t

=β

−α+ω

=α

β được trình bày trên hình 3-5

Hình 3.4 Từ trường elip theo biểu

thức (3-6), F m ≠ F ' m

Khi hai s.t.đ đập mạch lệch pha nhau trong không gian góc

)sin(

cos

=

2tF

tF

)''sin(

)''sin(

2t

Ft

−α+ω+

α

−ω

trong đó: F1 = Fm cosγ '

' sin γ

= m

2 F F

với

24

γ

−

π+α

=α'

Ở trường hợp này S.t.đ F cũng là s.t.đ elip Trục lớn của hình elip là a =

Từ trường elip do hai s.t.đ đập mạch lệch nhau trong không gian góc

4

π

=γ

được trình bày trên hình 3-6

Như sẽ thấy ở phần sau của chương này, s.t.đ elip còn được hình thành trong dây quấn nhiều pha khi dòng điện trong các pha không đối xứng Các thành phần thứ tự thuận và thứ tự ngược của dòng không đối xứng sẽ sinh ra các từ trường quay thuận F1 và từ trường quay ngược F2 với cùng một tốc độ Tổng hợp của F1 và F2 sẽ tạo ra từ trường elip

Hình 3.5 Từ trường elip theo biểu thức (3-5), khi

3

π

=β

Hình 3.6 Từ trường elip theo biểu

thức (3-7), khi

4

π

=γ

§ 3.2 SỨC TỪ ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN 1 PHA

Để nghiên cứu sức từ động của dây quấn 1 pha, trước hết ta xét s.t.đ của 1 phần tử sau đó đến s.t.đ của dây quấn 1 lớp gồm có q phần tử và cuối cùng là s.t.đ của 1 pha 2 lớp bước ngắn

1 Sức từ động của 1 phần tử:

Giả sử ta có 1 phần tử gồm Ws vòng dây bước đủ (y=τ) đặt ở stator của 1 máy điện như trên hình 3-15a Khi trong phần tử có dòng điện i=I 2 sinω.t thì các đường sức của từ trường do phần tử có dòng điện i sinh ra sẽ phân bố như các đường nét chấm

Theo định luật toàn dòng điện, dọc theo 1 đường sức từ khép kín bất kỳ ta có thể viết:

Trong đó H là cường độ từ trường dọc theo đường sức từ

Từ trở của thép rất nhỏ (μFe =∞) nên HFe = 0 và sức từ động iws được xem như chỉ cần thiết để sinh ra từ thông đi qua 2 lần khe hở không khí δ :

swi2

Sức từ động phân bố hình chữ nhật trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian đó có thể phân tích theo dãy Fourier thành các sóng điều hòa bậc

1, 3, 5, 7,… với góc toạ độ được chọn như ở trên hình (3 -15b) ta có:

να

=

=+να+

+α+

cos

coscos

, , 5 3 s

s 3

s 1

s sF

F3

FF

F

(3-14) Trong đó:

2

sin

2

cos

2 22

πνπ

υαναπ

π π

±

=

πννπ

=

sm

wI90wI222w

I22

,

11,7,3

"

"

,

9,5,1

Ta thấy rằng sức từ động của 1 phần tử trong có dòng điện xoay chiều là tổng hợp của ν sóng đập mạch phân bố hình sin trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian

2 Sức từ động của dây quấn 1 lớp bước đủ:

Ta xét sức từ động của dây quấn 1 lớp có q = 3 phần tử, mỗi phần tử có wsvòng dây như hình (3-8) Sức từ động của dây quấn đó là tổng của ba phần tử phân bố hình chữ nhật và lệch nhau góc không gian

Dưới đây ta sẽ cộng các sóng điều hoà cùng bậc của các sức từ động của 3 phần tử, cuối cùng lấy tổng của các sức từ động hợp thành ứng với tất cả các bậc

ν để có sức từ động tổng của dây quấn đó

Hình 3.9 Cộng s.t.đ của

3 phần tử Hình 3.8 Sức từ động của dây quấn 1

lớp bước đủ có q = 3