Daõy quaỏn xeỏp ủụn

Chửụng 19 DÂY QUẤN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

19.2. Daõy quaỏn xeỏp ủụn

19.2.1.1. Bước dây quấn thứ nhất y1.

Bước dây quấn thứ nhất phải chọn sao cho sức điện động cảm ứng trong phần tử lớn nhất.

Muốn thế thì hai cạnh tác dụng của phần tử phải cách nhau 1 bước cực  vì lúc đó trị số tức thời sức điện động của hai cạnh tác dụng bằng nhau về trị số và ngược chiều nhau. Do trong một phần tử đuôi của hai cạnh tác dụng nối với nhau nên sức điện động tổng của 1 phần tử bằng tổng số học của hai sức điện động của hai cạnh tác dụng. Nếu biểu thị sức điện động của mỗi cạnh tác dụng bằng 1 véc tơ và số rãnh nguyên tố dưới mỗi bước cực : Nếu y1 = Znt / 2p không phải là số nguyên thì phải chọn y1 bằng số nguyên gần bằng Znt / 2p.

Tổng quát ta có : y1 = Znt/2p   = Giá trị nguyên

y1 = Znt/2p y1 = Znt/2p -  y1 = Znt/2p +  bước đủ bước ngắn bước dài

Dây quấn được chế tạo bước ngắn hay bước dài thì S.đ.đ của phần tử cũng hơi nhỏ hơn so với bước đủ. Thực tế dây quấn được chế tạo theo bước ngắn để đỡ tốn dây đồng.

19.2.1.2. Bước dây tổng hợp y và bước vành góp yG

Đặc điểm của dây quấn xếp đơn là 2 đầu của 1 phần tử nối liền vào 2 phiến góp đổi chiều kề nhau nên đối với dây quấn xếp tiến yG = 1, đối với dây quấn xếp lùi yG= -1. Từ đó ta thấy bước tổng hợp cũng phải bằng 1.

19.2.1.3 Bước dây thứ hai y2.

Theo định nghĩa các bước dây quấn, ta có thể xác định y2 theo y1 và y Y2 = y1 – y

Từ hình vẽ ta thấy do đặc điểm về bước dây của kiểu dây này nên các phần tử nối tiếp nhau đều xếp lên nhau gọi là dây quấn xếp.

19.2.2. Giản đồ khai triển của dây quấn.

Là hình vẽ khai triển của dây quấn khi cắt bề mặt phần ứng theo trục rồi trải ra thành mặt phẳng. Căn cứ vào kiểu dây quấn và các bước dây tính được, ta vẽ sơ đồ khai triển của dây quấn. Để hiểu rõ cách phân tích hơn có thể xét một thí dụ sau. Thí dụ : Vẽ sơ đồ khai triển của daõy quaỏn xeỏp ủụn Znt = S = G = 16, 2p = 4

19.2.2.1. Các bước dây quấn.

ε 4; y y 1; y y y 3

p 2

y1 Znt    G  2  1  19.2.2.2. Thứ tự nối các phần tử.

Căn cứ vào bước dây quấn có thể bố trí cách nối các phần tử để thực hiện dây quấn.

Đánh số các rãnh từ 1 - 16. Phần tử thứ nhất có cạnh tác dụng 1 (coi như đặt nằm trên rãnh) đặt vào rãnh nguyên tố 1 thì cạnh tác dụng thứ 2 đặt vào phía dưới rãnh nguyên tố 5 (vì y2 = 5 –1 = 4), 2 đầu của phần tử nối vào 2 phiến góp 1 và 2. Cạnh tác dụng đầu của phần tử 2 phải đặt vào rãnh nguyên tố thứ hai và nằm ở lớp trên (vì y2 = 5 –2 = 3) cứ tiếp tục như vậy cho đến khi khép kín mạch. Ta có thể biểu thị bằng sơ đồ sau :

19.2.2.3 Giản đồ khai triển:

Dựa vào sơ đồ thứ tự nối các phần tử ta vẽ giản đồ khai triển dây quấn (h3.4)

Hình 19.4 Giản đồ khai triển dây quấn xếp đơn

-Theo cực tính của cực từ và chiều quay của phần ứng khi làm việc ở chế độ maý phát suy ra chiều sức điện động.

- Vị trí của cực từ phải đối xứng, thường bc (0,65 - 0,75)Trong đó bc bề rộng của cực từ.

- Vị trí của chổi than trên cổ góp điện cũng phải đối xứng, trong dây quấn xếp đơn chiều rộng của chổi than có thể lấy bằng chiều rộng của 1 phiến góp.

- Chổi than phải đặt ở vị trí nào để lấy ra sức điện động trong một mạch nhánh song song là lớn nhất, mặt khác để dòng điện trong phần tử bị chổi than ngắn mạch là nhỏ nhất. Dòng điện trong phần tử ngắn mạch nhỏ nhất khi 2 cạnh của phần tử nằm ở vị trí trùng với đường trung tính hình học của phần ứng và như vậy vị trí của chổi than trên vành góp phải trùng với trục cực từ.

19.2.3. Số đôi mạch nhánh.

Giả thiết ở 1 thời điểm nào đó dây quấn phần ứng quay đến vị trí như trong giản đồ khai triển trên, ta thấy sức điện động của các phần tử giữa 2 chổi than cùng chiều và chổi than A1, A2 cùng cực tính (cực +). B1, B2 cùng cực tính (cực âm) vì vậy thường nối A1, A2 và B1, B2 lại với nhau. Từ đó ta thấy dây quấn là 1 mạch điện gồm 4 mạch song song ghép lại như hình 19.6. Khi phần ứng quay vị trí của các phần tử thay đổi nhưng nhìn từ ngoài vào vẫn là 4 mạch song song.

Ở ví dụ trên máy có 4 cực nên có 4 mạch nhánh song song. Nếu số cực là 2p thì số mạch nhánh song song là 2p. Vì vậy đối với dây quấn xếp đơn: Số mạch nhánh song song bằng số cực từ : 2a

= 2p hay số đôi mạch nhánh song song: a = p.

Giản đồ kí hiệu của dây quấn xếp

Sức điện động của máy Eư là sức điện động của 1 mạch nhánh song song.

Dòng điện phần ứng Iư là tổng dòng điện các mạch nhánh song song.

Iử = iử1 + iử2 . . . + iử4.

19.2.4. Dùng đa giác sức điện động nghiên cứu dây quấn phần ứng:

Giả thiết từ cảm dưới cực từ phân bố hình sin, như vậy các phần tử của dây quấn khi quét qua từ trường thì sức điện động cảm ứng trong phần tử cũng biến đổi hình sin. Trong toán học người ta có thể biểu diễn 1 đại lượng hình sin bằng một véc tơ quay mà trị số tức thời của nó là hình chiếu của véc tơ lên trục tung. Như vậy có thể biểu thị sức điện động của tất cả các phần tử bằng hình sao sức điện động. Vì cứ qua 1 đôi cực, S.đ.đ biến đổi 1 chu kỳ tức 360o và số rãnh nguyên tố dưới mỗi đôi cực là Znt /p nên nếu coi các phần tử dây quấn phân bố đều trên bề mặt phần ứng thì góc độ điện giữa 2 rãnh nguyên tố (cũng là góc độ điện về sức điện động của 2 phần tử kề nhau) sẽ là :

Theo thí dụ trên : p = 2, Znt = S = G = 16 thì ta có:

hình tia sức điện động của dây quấn. Từ hình vẽ ta thấy rãnh 18 phân bố dưới 1 đôi cực (chiếm 3600 điện), còn rãnh 9 16 phân bố dưới 1 đôi cực khác. Hai tổ véc tơ trùng nhau như hình vẽ Phần tử : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1

Lớp trên : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1

Lớp dưới : 5’ 6’ 7’ 8’ 9’ 10’ 11’ 12’ 13’ 14’ 15’ 16’ 1’ 2’ 3’ 4’ Hình 19.5 Sơ đồ kí hiệu dây quấn xếp đơn

(như véc tơ 2 và 10, 3 và 11, 4 và 12...). Sở dĩ như vậy vì chúng có vị trí tương đối giống nhau ở dưới cực từ nên sức điện động hoàn toàn giống nhau.

Khi đã có hình tia sức điện động nếu theo cách đấu của các phần tử để nối tiếp các véc tơ của chúng lại thì được đa giác sức điện động. Theo thí dụ trên các véc tơ 1, 2, 3 . . . nối tiếp nhau nên vẽ ra ta thấy dây quấn này có hai đa giác sức điện động trùng nhau.

Duứng ủa

giác s.đ.đ có thể nhận thấy được các vấn đề sau :

- Nếu đa giác s.đ.đ khép kín thì chứng tỏ tổng sức điện động trong mạch vòng phần ứng bằng 0 trong điều kiện làm việc bình thường không có dòng điện cân bằng.

- Muốn cho s.đ.đ lấy ra ở 2 đầu chổi than là cực đại thì chổi than phải đặt ở các phần tử ứng với các véc tơ ở đỉnh và đáy của đa giác s.đ.đ. Khi phần ứng quay hình chiếu của đa giác trên trục tung có hay đổi ít theo chu kỳ. Vì vậy điện áp phần ứng lấy từ chổi than có đập mạch.

- Cứ mỗi đa giác s.đ.đ tương ứng với 1 đôi mạch nhánh song song.

- Những điểm trùng nhau trên đa giác là những điểm đẳng thế của dây quấn. Do đó ta có theồ noỏi daõy caõn baống ủieọn theỏ nhử noỏi ủieồm 1-9, 2-10, 3-11 . . .

5.3.2.2.5. Sự đập mạch của điện áp ở các chổi than :

Khi roto quay thì đa giác quay, ta thấy hình chiếu của đa giác trên trục tung có thể thay đổi chút ít theo chu kỳ. Nếu số cạnh của đa giác S.đ.đ không nhiều thì S.đ.đ lấy ra ở chỗi than đập mạch trong giới hạn từ U1đến U2 một cách chu kỳ.Ta có U1 = U2.cos

Trị số điện áp trung bình trên chổi than : 2) cos 1 2 ( 1

2 2

2

1    

U U U

Utb

Hiệu số điện áp giữa U1 hay U2 với Utb

U = U2 – Utb = Utb – U1

Sự đập mạch của điện áp được xác định bởi quan hệ :

2) cos 1 2 ( 1

2) cos 1 2 ( 1

2 2









 

U U U

U

tb

Ta bieát

Hình 19.6 Hình tia s.đ.đ của dây quấn xếp đơn Hình 19.7 Đa giác s.đ.đ của dây quấn xếp đơn

G 2p

180 S

360

p 0 0

/

. 





Trong đó: G/2p : số phiến góp / 1 cực từ.

Độ đập mạch của điện áp phụ thuộc vào số phiến góp trên cực từ. Nếu G/2p càng lớn thì  càng giảm, như vậy sự đập mạch càng ít.

p 2

G 1 2 3 5 8 15 30

100 U .

U

tb

 100 17 7,2 2,5 0,97 0,28 0,07

Khi G/2p = 8 thì sự đập mạch đã nhỏ hơn 1% nên khó nhận thấy và điện áp của máy điện coi như không đổi.