Bài giảng môn họcmáy điện 2

Dây quấn phần ứng là bộ phận quan trọng nhất của Máy điện do tham gia vào quá trình biến đổi điện năng thành cơ năng và ngược lại Các yêu cầu đối với dây quấn: Sinh ra một sức điện động cần thiết, có thể cho một dòng điện nhất định chạy qua để sinh ra một moment cần thiết mà không bị nóng quá một nhiệt độ nhất định Đảm bảo đổi chiều tốt Kết cấu đơn giản, chắc chắn, an toàn, tiết kiệm.

Bài giảng môn học

MÁY ĐIỆN 2

Nội dung chính

2

CHƯƠNG 1: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU (9 tiết LT)

CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP (9 tiết LT - 3 tiết BT)

CHƯƠNG 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (7 tiết LT –

2 tiết BT)

CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ (12 tiết LT – 3 tiết

BT)

MÁY ĐIỆN 2

CHƯƠNG 1: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 Dây quấn phần ứng của Máy điện một chiều 1.2 Sức điện động phần ứng Máy điện một chiều 1.3 Mô men điện từ Máy điện một chiều

1.4 Từ trường và phản ứng phần ứng trong Máy điện một chiều

1.5 Quá trình đổi chiều và các biện pháp cải thiện đổi chiều dòng điện

1.1.1 Đại cương dây quấn phần ứng

- Dây quấn phần ứng là bộ phận quan trọng nhất của Máy điện do tham gia vào quátrình biến đổi điện năng thành cơ năng và ngược lại

- Các yêu cầu đối với dây quấn:

- Sinh ra một sức điện động cần thiết, có thể cho một dòng điện nhất định chạy qua để sinh ra một moment cần thiết mà không bị nóng quá một nhiệt

độ nhất định

- Đảm bảo đổi chiều tốt

- Kết cấu đơn giản, chắc chắn, an toàn, tiết kiệm

1.1.2 Cấu tạo của dây quấn phần ứng

― Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử dây quấn nối theo quy luật nhất định

― Phần tử là một bối dây gồm một hay nhiều vòng dây mà hai đầu của nó nối vào hai

phiến góp

― Các phần tử nối với nhau thông qua các phiến góp đó và làm thành các mạch vòng kín

― Nếu trong 1 rãnh phần ứng (rãnh thực) chỉ đặt 2 cạnh tác dụng (dây quấn 2 lớp) thì

rãnh đó gọi là rãnh nguyên tố

― Nếu trong 1 rãnh thực có 2u cạnh tác dụng với u = 1, 2, 3, … thì rãnh thực đó chiathành u rãnh nguyên tố

Hình: Rãnh thực có 1, 2 và 3 rãnh nguyên tố

― Quan hệ giữa rãnh thực Z và rãnh nguyên tố Znt là: Z nt = u.Z

― Quan hệ giữa số phần tử của dây quấn S và số phiến góp G là: S = G

― => do đó: Z nt = S = G

1.1.3 Phân loại

a) Theo cách thực hiện dây quấn:

- Dây quấn xếp đơn và xếp phức tạp

- Dây quấn sóng đơn và sóng phức tạp

- Dây quấn hỗn hợp: kết hợp cả dây quấn xếp và dây quấn sóng

1.1.4 Các bước dây quấn

― Bước dây quấn thứ nhất y1: là khoảng cách tác dụng thứ 1 và thứ 2 của 1 phần tử

― Bước dây quấn thứ hai y2: là khoảng cách giữa cạnh tác dụng thứ 2 của phần tử thứ 1

và cạnh tác dụng thứ 1 của phần tử thứ 2

― Bước dây quấn tổng hợp y: là khoảng cách giữa 2 cạnh tác dụng thứ 1 của hai phần

tử liền kề

― Bước vành góp yG: là khoảng cách giữa 2 thanh góp của 1 phần tử

― Bước cực τ: Khoảng cách giữa hai cực từ tính theo chu vi phần ứng

  Znt

1.1.5 Dây quấn xếp đơn

1

G

1 2

1

1

1.1.5.1 Bước dây quấn (SGK Máy điện Tập I tr 14)

1.1.5.2 Giản đồ khai triển của dây quấn (SGK Máy điện Tập I tr 15)

: dây quấn bước đủ

 : dây quấn bước dài

1.1.5 Dây quấn xếp đơn

10

1.1.5 Dây quấn xếp đơn

1.1.5.1 Bước dây quấn (SGK Máy điện Tập I tr 14)

1.1.5.2 Giản đồ khai triển của dây quấn (SGK Máy điện Tập I tr 15)

Số đôi mạch nhánh bằng

số đôi cực từ 2a = 2p

11

1.1.6 Dây quấn xếp phức tạp

12

1.1.6.1 Bước dây quấn (SGK Máy điện Tập I tr 19)

1.1.6.2 Giản đồ khai triển của dây quấn (SGK Máy điện Tập I tr 19)

1.1.6.3 Số mạch nhánh song song (SGK Máy điện Tập I tr 20)

Đặc điểm: Giống dây quấn xếp đơn nhưng bước vành góp

1.1.7.1 Bước dây quấn (SGK Máy điện Tập I tr 21)

1.1.7.2 Giản đồ khai triển của dây quấn (SGK Máy điện Tập I tr 22)

1.1.8 Dây quấn sóng phức tạp

G

1.1.8.1 Bước dây quấn (SGK Máy điện Tập I tr 23)

1.1.8.2 Giản đồ khai triển của dây quấn (SGK Máy điện Tập I tr 24)

Đặc điểm: Giống dây quấn sóng đơn nhưng bước vành góp

p

1.1.9 Dây cân bằng điện thế

1.1.9.1 Dây cân bằng loại một (SGK Máy điện Tập I tr 25)1.1.9.2 Dây cân bằng loại hai (SGK Máy điện Tập I tr 26)

1.2 Sức điện động dây quấn phần ứng

― Cho dòng điện kích thích vào dây quấn kích thích => từ thông trong khe hở không khí

― Quay phần ứng với một tốc độ nhất định => dây quấn phần ứng chuyển động đặt trong

từ trường khe hở sẽ sinh ra suất điện động cảm ứng

― Suất điện động phụ thuộc vào: từ thông dưới mỗi cực từ, tốc độ quay, số thanh dẫn củadây quấn, kiểu dây quấn

― Chiều của suất điện động cảm ứng phụ thuộc vào chiều của từ thông, chiều quay và

được xác định theo quy tắc bàn tay phải

16

1.2 Sức điện động dây quấn phần ứng

― Sức điện động trung bình cảm ứng trong 1 thanh dẫn có chiều dài l, chuyển động với

• Nếu gọi N là tổng số thanh dẫn của dây quấn, và 2a là số mạch nhánh ghép song

song thì mỗi mạch nhánh song song sẽ có 2a N thanh dẫn nối tiếp nhau

a là hệ số phụ thuộc kết cấu của

máy và dây quấn

1.3 Mô men điện từ Máy điện một chiều

18

― Khi máy điện làm việc, dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện chạy qua Dây quấn này lạinằm trong từ trường => Sinh ra lực từ và mô men điện từ trên trục máy

― Chiều của lực từ xác định theo quy tắc bàn tay trái

― Mô men điện từ ngược chiều quay trong máy phát, cùng chiều quay trong động cơ



t b

C 60. a  n

 e 

― Lực điện từ tác dụng lên từng thanh dẫn:

i :

B tb:

I :

Dòng điện qua 1 thanh dẫn

Từ trường trung bình trong khe hở không khí Dòng điện phần ứng

D : Đường kính ngoài của phần ứng

l : Chiều dài tác dụng của thanh dẫn

dụng lên dây quấn phần ứng bằng: i  I

2 a

I

.l.N D

― Do:

i :

Dòng điện qua 1 thanh dẫn

D : Đường kính ngoài của phần ứng

l : Chiều dài tác dụng của thanh dẫn



 l



― Công suất điện từ

1.4 Từ trường và phản ứng phần ứng trong Máy điện một chiều

1.4.1 Từ trường cực từ chính

1.4.2 Từ trường khi có tải

1.4.3 Phản ứng phần ứng trong Máy điện một chiều

1.4.4 Từ trường cực từ phụ

1.4.5 Từ trường dây quấn bù

― Từ thông của cực từ được

trong đó: C : là từ thông của cực từ

1.4.2 Từ trường khi có tải

• Khi máy làm việc có tải, ngoài dòng điện chạy trong dây quấn kích từ còn có dòng điệnchạy qua dây quấn phần ứng, dây quấn cực từ phụ và dây quấn bù

=> Lúc này trong máy có từ trường cực từ chính, từ trường phần ứng, từ trường

cực từ phụ và từ trường dây quấn bù Các từ trường tác dụng với nhau tạo thành từtrường khe hở => Sử dụng nguyên lý xếp chồng để tính toán

• Từ trường chính nhận trục cực làm trục đối xứng và không thay đổi vị trí trong không gian

2 Từ trường phần ứng:

• Để tạo nên từ trường phần ứng riêng ta đưa dòng điện một chiều vào phần ứng qua chổithan như điều kiện làm việc bình thường

a Chiều của từ trường phần ứng:

TH1: Khi chổi than đặt trên đường trung tính hình học:

- Khi đưa dòng điện vào phần ứng, phần ứng sẽ như một nam châm điện => dòng điện sẽphân bố khác dấu ở 2 phía của chổi than

- Trục sức từ động tổng của dây quấn sinh ra trùng với trục chổi than

1.4.2 Từ trường khi có tải

TH2: Khi dịch chổi than khỏi đường trung tính hình học ứng với 1 đoạn b trên phần ứng

- Do sự phân bổ của dòng điện ứng với vị trí chổi than là không đổi nên trục sức từ độngcũng quay đi một góc và luôn trùng với trục chổi than

- Phân tích sức từ động phần ứng Fư thành 2 thành phần:

- Sức từ động ngang trục: Fưq

- Sức từ động dọc trục: Fưd

26

1.4.2 Từ trường khi có tải

2 Từ trường phần ứng:

b Sự phân bố từ trường trên bề mặt phần ứng

TH1: Khi chổi than đặt trên đường trung tính hình học: Lấy điểm giữa 2 chổi than làm gốc

- Nếu lấy mạch vòng đối xứng với điểm giữa của hai chổi than, theo định luật toàn dòng

điện, sức từ động phần ứng tại 1 điểm cách gốc một đoạn x là:

1.4.2 Từ trường khi có tải

 A 

2 Từ trường phần ứng:

b Sự phân bố từ trường trên bề mặt phần ứng

TH1: Khi chổi than đặt trên đường trung tính hình học (tiếp):

- Nếu bỏ qua từ trở của các đoạn mạch từ bằng thép ở đầu cực và ở rotor thì Fux là sức từđộng cần thiết để đường từ lực đi qua hai lần khe hở , nghĩa là:

2 Từ trường phần ứng:

b Sự phân bố từ trường trên bề mặt phần ứng

TH2: Khi chổi than dịch khỏi đường trung tính hình học một khoảng b:

- Nếu chổi than không ở trên đường trung tính hình học mà lệch đi một góc tương đươngvới một khoảng cách b trên chu vi phần ứng thì:

- Dưới mỗi bước cực trong phạm vi 2b dòng điện sinh ra sức từ động dọc trục, còn trongphạm vi   

2b  dòng điện sinh ra sức từ động ngang trục:

- Từ trường phần ứng phụ thuộc vào vị trí của chổi than và mức độ của tải

- Sức từ động phần ứng lớn nhất tại chổi than tại x  

,  2 : bước cực, cm

1.4.3 Phản ứng phần ứng trong Máy điện một chiều

Khi máy điện làm việc có tải, dòng điện phần ứng sinh ra từ trường phần ứng Tác dụng của từ trường phần ứng với từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng

a Khi chổi than đặt trên đường trung tính hình học:

- Chỉ có phản ứng phần ứng ngang trục làm méo dạng từ trường khe hở và xuất hiện

đường trung tính vật lý

b Khi chổi than dịch khỏi đường trung tính hình học:

Phân tích sức từ động phần ứng thành 2 thành phần: Fuq và Fud

- Thành phần ngang trục Fuq: có tác dụng làm méo dạng từ trường cực từ chính và khử

từ một ít nếu mạch từ bão hòa

- Thành phần dọc trục Fud: ảnh hưởng trực tiếp đến từ trường cực từ chính Nó có tácdụng khử từ hoặc trợ từ tùy theo chiều xê dịch của chổi than

- Do yêu cầu của đổi chiều nên ta chỉ cho phép quay chổi than theo chiều quay của phầnứng trong TH máy phát, còn động cơ thì ngược lại

1.4.5 Từ trường dây quấn bù

― Tác dụng của dây quấn bù là sinh ra từ trường triệt tiêu phản ứng phần ứng làm cho từtrường khe hở không bị méo dạng nữa

1.5 Đổi chiều dòng điện

1.5.1 Khái niệm chung

1.5.2 Quá trình đổi chiều

1.5.3 Nguyên nhân phát sinh tia lửa và các biện pháp cải thiện đổi chiều

1.5.1 Khái niệm chung

a Sự đổi chiều dòng điện:

- Khi chuyển động trong từ trường của một cực từ, mỗi phần tử của dây quấn phần ứngphụ thuộc vào một nhánh song song và phần tử iư có chiều nhất định

- Khi các cạnh của phần tử đi vào vùng trung tính thì phần tử bị chổi than nối ngắn mạch, dòng điện trong phần tử thay đổi để sau đó khi phần tử bước sang ranh giới củacực kế tiếp và chuyển sang nhánh song song khác, dòng điện trong đó có chiều ngượclại: - iư

a Sự đổi chiều dòng điện:

- Sự đổi chiều là quá trình thay đổi chiều của dòng điện khi phần tử di động trong vùngtrung tính và bị chổi than nối ngắn mạch

- Khi chổi than phủ hoàn toàn trên phiến góp 1: phần tử b có dòng điện chiều + iư

- Khi chổi than tách khỏi phiến góp 1 và ở trên phiến góp 2: dòng điện trên phần tử b cóchiều ngược lại - iư

b Chu kỳ đổi chiều (Tdc):

- Là khoảng thời gian để dòng điện hoàn thành việc đổi chiều Đây là thời gian cần thiết

để vành góp quay đi một góc tương ứng với chiều rộng của chổi điện

Tdc

VG

trong đó: VG: là tốc độ dài của vành góp

bc: là chiều rộng của chổi than vG 

DG : đường kính vành góp

Chu kỳ đổi chiều (Tdc):

- Với dây quấn xếp phức tạp có bước vành góp yG = m ≠ 1

1.5.2 Quá trình đổi chiều

Đọc tài liệu

1.5.3.1 Nguyên nhân phát sinh tia lửa:

a Nguyên nhân về cơ khí:

- Vành góp không đồng tâm với trục

- Bộ phận quay không cân bằng tốt

- Bề mặt vành góp không phẳng (do mica cách điện nhô lên)

- Lực ép chổi than không thích hợp (nhẹ quá: không chắc ; mạnh quá: sẽ làm mònchổi than)

b Nguyên nhân về điện từ:

- Do sức điện động phản kháng không triệt tiêu hết sức điện động đổi chiều

- Do sự phân bố không đồng đều mật độ dòng điện trên mặt tiếp xúc

1.5.3 Nguyên nhân phát sinh tia lửa và các biện pháp cải thiện đổi chiều

1.5.3 Nguyên nhân phát sinh tia lửa và các biện pháp cải thiện đổi chiề

1.5.3.2 Các biện pháp cải thiện đổi chiều

a Đặt cực từ phụ

- Biện pháp cơ bản để cải thiện đổi chiều là tạo ra từ trường ngoài, còn gọi là từ trường đổi chiều tại vùng trung tính, bằng cách đặt những cực từ phụ giữa những cực từ chính

- Sức từ động của cực từ phụ Ft phải có:

- Chiều: ngược với sức từ động ngang trục Fuq của phần ứng

- Độ lớn: sao cho vừa trung hòa được ảnh hưởng Fuq, vừa tạo được từ trường phụ đểsinh ra sức điện động đổi chiều edc triệt tiêu được sức điện động phản kháng epk

- Do đó, cực từ phụ ở máy phát điện phải được đặt sao cho có cùng cực tính với cực từ chính mà các cạnh của phần tử dây quấn phần ứng tại cực từ phụ sắp quay tới Ở động

cơ điện thì ngược lại

- Vì sức điện động phản kháng, epk = Iu, còn edc tỉ lệ Bdc nên để cực từ phụ phát huy tác dụng thì Bdc phải tỉ lệ với Iu

- => Do đó, dây quấn cực từ phụ phải nối tiếp với dây quấn phần ứng và dòng Iu chỉđược thay đổi trong phạm vi để mạch từ cực từ phụ không bảo hòa

- Khe hở không khí cực từ phụ và phần ứng = (1,5-2) lần khe hở cực từ chính và phầnứng Bề rộng cực từ phụ = (0,4-0,8) lần bề rộng khu vực đổi chiều.

- Cực từ phụ chỉ đặt ở máy có P > 0,3 kW, số cực từ phụ = số cực từ chính

b Phương pháp xê dịch chổi than khỏi trung tính hình học

- Mục đích: xê dịch chổi than khỏi TTHH để dùng từ trường tổng của máy tạo ra

từ trường đổi chiều

1.5.3 Nguyên nhân phát sinh tia lửa và các biện pháp cải thiện đổi chiề

b Phương pháp xê dịch chổi than khỏi trung tính hình học

- Ở chế độ máy phát: dịch chổi than theo chiều quay của phần ứng một góc: b    

- Trong đó: : là góc giữa đường TTHH và TTVL

: là góc ứng với điều kiện từ trường tổng bằng từ trường đổichiều

- Ở chế độ động cơ: dịch chổi than theo chiều ngược lại (ngược chiều quay phần ứng)

- Phương pháp này chỉ cải thiện đổi chiều ở một tải nhất định

43

c Phương pháp dùng dây quấn bù:

- Dây quấn bù được đặt dưới mặt cực từ chính và sẽ triệt tiêu từ trường phần ứng dướiphạm vi mặt cực từ chính

- Dây quấn bù được mắc nối tiếp với dây quấn phần ứng nên có thể bù ở bất cứ tải nào

d Các phương pháp khác: chọn chổi than phù hợp, giảm sức điện động phản kháng

Nội dung chính

CHƯƠNG 1: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU (9 tiết LT)

CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP (9 tiết LT - 3 tiết BT)

CHƯƠNG 3: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (7 tiết LT –

2 tiết BT)

CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ (12 tiết LT – 3 tiết BT)

MÁY ĐIỆN 2

CHƯƠNG 2: MÁY BIẾN ÁP

2.1 Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép MBA 2.2 Các phương trình cơ bản của MBA

2.3 Mạch điện thay thế và đồ thị vectơ của MBA 2.4 Xác định các tham số của MBA

2.5 Hiệu suất của MBA 2.6 Độ thay đổi điện áp của MBA

2.1 Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép MBA

Khi từ hóa lõi thép m.b.a, do mạch từ bão hòa sẽ làm xuất hiện những hiện tượng mà trong một số trường hợp sẽ ảnh hưởng xấu đến sự làm việc của m.b.a

1 M.b.a một pha:

thông ϕ trong lõi thép dạng hình sin

- Nếu bỏ qua tổn thất lõi thép => dòng điện phản kháng để từ hóa lõi

thép i0x = i0 =>   f(i0 ) 

B

 f(H)

lại không sin mà có dạng nhọn đầu trùng pha với ϕ => thành phần dòng

bậc cao: bậc 3, bậc 5…

2.1 Những hiện tượng xuất hiện khi từ hóa lõi thép MBA

dạng nhọn đầu nhưng vượt pha so với Φ một góc α, góc α lớn hay bé phụ thuộc vào độ trễ của B so với H tức là tổn hao từ trễ trong lõi thép nhiều hay ít.

dòng điện từ hóa lõi thép, tạo nên từ thông và cùng chiều với từ thông;

48

03 m 03 m

03 m

03 m 03 m

 I sin 3(  t

 I sin 3(  t

a Trường hợp MBA đấu Y/Y

=> từ thông Φ có dạng vạt đầu

Φ1 => e3 có giá trị lớn (45→60)% e1

2 M.b.a ba pha:

a Trường hợp MBA đấu Y/Y

- e3 làm suất điện động tổng hợp tăng lên => chọc

thủng cách điện dây quấn, hư hỏng thiết bị đo

lường, ảnh hưởng đường dây thông tin nếu trung

tính nối đất => thực tế không dùng kiểu đấu dây

Y/Y cho tổ mba 3 pha

- Hiện tượng tương tự với máy biến áp 3 pha năm

trụ

- Với MBA 3 pha, 3 trụ, Φ3 bằng nhau, cùng

chiều nên không khép mạch từ trong trụ mà phải

đẩy ra ngoài nơi có môi trường từ trở lớn nên

suất điện động không tăng cao nhưng hiệu suất

giảm nên chỉ sử dụng cho các MBA công suất

nhỏ

2 M.b.a ba pha:

b Trường hợp MBA đấu ∆/Y

- Dây quấn sơ cấp nối ∆ => dòng điện i03 sẽ khép kín trong mạch ∆ => dòng điện từ hóa i0 có dạng đầu nhọn => từ thông tổng và các s.đ.đ dây quấn sơ cấp, thứ cấp đều

có dạng sin => không có hiện tượng bất lợi như trên