TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HCM
KHOA ÑIEÄN
BOÄ MOÂN: CÔ SÔÛ KYÕ THUAÄT ÑIEÄN
------------0----------GVC-ThS. NGUYEÃN TROÏ NG THAÉNG
GIAÙO TRÌNH
MAÙY ÑIEÄN II
TP. HCM Thaùng 5/ 2006
Truong DH SPKT TP. HCM
http://www.hcmute.edu.vn
LÔØI NOÙI ÑAÀU
Giaùo trình MAÙ Y ÑIEÄ N II laø moä t cuoán saù ch trong boä GIAÙO TRÌNH MAÙY ÑIEÄ N goàm
2 taäp nhaèm giuùp sinh vieân baäc ñaïi hoï c hoaëc cao ñaúng ngaønh Ñieä n Coâng Nghieä p, Ñieän
Töï Ñoän g cuû a tröôøn g Ñaï i Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaä t TP.HCM laøm taøi lieäu hoï c taäp, hoaë c
coù theå duøng laøm taø i lieäu tham khaûo cho sinh vieân ngaønh Coâng ngheä Ñieän- Ñieän töû,
Coâng ngheä Ñieän töû –Vieãn thoâ ng vaø caùc ngaønh khaùc lieâ n quan ñeán lónh vöï c ñieän –ñieän
töû.
Giaùo trình maùy ñieä n trình baøy nhöõ ng lyù thuyeát cô baûn veà: caáu taïo; nguyeân lyù laøm
vieä c; caùc quan heä ñieän töø ; caùc ñaë c tính cuõng nhö caùc hieän töôïng vaät lyù xaûy ra trong:
Maùy ñieän moät chieàu; Maùy bieán aùp; Maùy ñieän khoâ ng ñoàng boä; Maù y ñieän ñoàng boä vaø
caù c loaï i maùy ñieän ñaë c bieä t.
Toaøn boä giaùo trình maù y ñieän ñöôï c chia laøm 2 taäp:
Taäp I goàm 2 phaàn : Maù y ñieän moä t chieàu vaø Maù y ñieän moä t chieàu ñaëc bieä t.
Maùy bieán aùp vaø caùc loaï i maùy bieán aùp ñaëc bieät.
M
. HC
P
T
tn xoay chieà u.
Taäp II goàm 3 phaàn : Nhöõn g vaán ñeà lyù luaän chung cuûa caùc maùyhñieä
t ua
ykhaù
K
Maùy ñieän khoâng ñoàng boä vaø caùchdaï
n
g
c
cuû
a Maùy ñieä n khoâ ng
p am
u
S
H
ñoàng boä .
ng D
o
u
r
Maùy ñieän ñoànng© T
boä vaø caùc loaï i maùy ñieän ñoàng boä ñaëc bieät.
e
y
u
q
Ñeå giuùp sinh vieân deã daø
g tieáp thu kieán thöùc moân hoïc, giaùo trình trình baøy noäi dung
Bnan
moät caù ch ngaén goïn , cô baûn. ÔÛ moãi chöông coù ví duï minh hoï a, caâ u hoû i vaø baø i taäp ñeå
sinh vieân coù theå hieåu saâu hôn nhöõng vaán ñeà mình ñaõ hoï c.
Taùc giaû
(Email:
[email protected])
Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM
http://www.hcmute.edu.vn
MUÏC LUÏC
Trang
Phaàn III: Caùc vaán ñeà lyù luaä n chung cuûa caùc maùy ñieä n xoay chieà u
Chöông 1: Söcù ñieän ñoäng cuû a daây quaán maùy ñieän xoay chieàu
Chöông 2: Daây quaán phaàn öùng maùy ñieä n xoay chieàu
Chöông 3: Söù c töø ñoä ng cuûa daâ y quaán maùy ñieän xoay chieàu
2
11
30
Phaàn IV: Maù y ñieän khoân g ñoàng boä (MÑKÑB)
Chöông 1: Ñaïi cöông veà MÑKÑB
Chöông 2: Caù c quan heä ñieän töø trong MÑKÑB
Chöông 3: Môû maùy vaø ñieà u chænh toá c ñoä ñoä ng cô khoâng ñoàng boä
Chöông 4: Maùy ñieän khoân g ñoàng boä ñaë c bieä t
47
48
54
77
90
M
. HC
P
T
Phaàn V: Maùy ñieä n ñoàng boä (MÑÑB)
101
uat
y th
K
Chöông 1: Ñaïi cöông veà MÑÑB
102
am
u ph
S
H
Chöông II: Caùc quan heä ñieä n töø trong MÑÑB
106
D
uong
r
T
Chöông III: Maù y phaùt ñieän vaø ñoä
ng© cô ñieän ñoàng boä
116
uyen
qboä
n
Chöông IV: Maù y ñieän ñoà
n
g
ñaë
c
bieä
t
135
a
B
Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM
http://www.hcmute.edu.vn
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
1- Vuõ Gia Hanh, Traàn Khaùnh Haø, Phan Töû Thuï, Nguyeãn Vaê n Saùu, Maùy ñieän I,II .
NXB khoa hoï c vaø kyõ thuaä t - 1998 .
2- Nguyeã n Troïng Thaéng, Nguyeãn Theá Kieä t, Coâng ngheä cheá taïo vaø tính toaùn söû a chöõ a
Maùy ñieän , NXB Giaù o duï c, 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.
Graw - Hill - 2001 .
HCM
P.
5- E.V.Armensky, G.B.Falk, Fractional Horsepower Electrical
uat T machines, Mir
h
Ky t
m
a
h
Su p Machines with Power Electronic
H
Electric
6- Mohamed E. El-Hawary, Principle of
D
uong
© Tr
Applications, Prentice-Hall, e1986.
n
quy
Ban
Electrical machines, vol.1,2, Mir Publishers Moscow,
7- M.Kostenko, L.Piotrovsky,
1974.
Publishers, Moscow, 1985.
8- Stephen J. Chapman, Electric machinery and Power System fundamental, Mc
Graw Hill, 2002.
Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
PHAÀN III
CAÙC VAÁN ÑEÀ LÍ LUAÄN
CHUNG CUÛA
MAÙY ÑIEÄN XOAY CHIEÀU
1
CHÖÔNG I: SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG CUÛA DAÂY QUAÁN
MAÙY ÑIEÄN XOAY CHIEÀU
§ 1.1. ÑAÏI CÖÔNG
Söùc ñieän ñoäng (s.ñ.ñ) xoay chieàu coù 3 ñaëc tính cô baûn:
- Ñoä lôùn.
- Taàn soá.
- Daïng ñöôøng cong.
Thöôøng ngöôøi ta mong muoán coù ñöôïc s.ñ.ñ cuûa maùy ñieän duøng trong caùc
thieát bò ñieän khaùc nhau coù daïng hình sin. Ñaëc bieät ñoái vôiù maùy phaùt ñieän caùc
soùng ñieàu hoøa baäc cao khoâng nhöõng coù taùc haïi ñoái vôùi caùc maùy phaùt ñieän maø coøn
caû ñoái vôùi phuï taûi laøm taêng toån thaát cuõng nhö laøm xuaát hieän quaù ñieän aùp treân caùc
ñoaïn khaùc nhau cuûa ñöôøng daây. Trong chöông naøy chuùng ta nghieân cöùu s.ñ.ñ cuûa
daây quaán vaø caùc bieän phaùp laøm giaûm hoaëc trieät tieâu s.ñ.ñ baäc cao ñöa daïng soùng
veà hình sin.
§ 1.2. SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG CAÛM ÖÙNG TRONG DAÂY QUAÁN
1. Söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong daây quaán do töø tröôøng cô baûn:
a) Söùc ñieän ñoäng cuûa moät thanh daãn:
Ñaët 1 thanh daãn trong stator vaø nhöõng cöïc töø cuûa rotor song song vôùi
truïc maùy ñieän (h1–1). Khôûi ñoäng maùy vaø cho quay vôùi toác ñoä n = Cte = const khi
ñoù trò soá töùc thôøi cuûa s.ñ.ñ caûm öùng trong thanh daãn laø:
etd = Bx.l.v (V)
vôùi Bx = Bmsin ω t (T), Bx laø töø caûm nôi thanh
daãn queùt qua.
π Dn 2τ pn
v=
=
= 2τ f
(m/sec).
60
60
v: Vaän toác daøi cuûa thanh daãn.
D: Ñöôøng kính phaàn öùng.
Vôùi: τ =
πD
(m)
2p
l: Chieàu daøi cuûa thanh daãn naèm trong töø
tröôøng.
2
e td = l.v.B m sin ωt = l.τ.π.f . B m sin ωt
π
Vôùi Φ = B tb lτ laø töø thoâng trung bình töông
öùng vôùi moät böôùc cöïc.
B tb =
2
Bm
π
2
Hình 1.1 Chuyeån ñoäng töông ñoái
cuûa thanh daãn trong töø tröôøng
töông ñoái hình sin.
Ta coù : etd = πΦf sin ωt = E td sin ωt
Trò soá hieäu duïng laø: E td =
π
2
(1 - 1)
Φf = 2,22Φf
b) Sññ cuûa moät voøng daây vaø cuûa moät boái daây:
Sññ cuûa moät voøng daây:
+ Tröôøng hôïp böôùc ñuû:
Neáu voøng daây coù 2 thanh daãn 1 vaø 2 ñaët caùch nhau 1 khoaûng laø
y = τ (daây quaán böôùc ñuû) vaø goïi sññ trong thanh daãn 1 laø E1, trong thanh daãn 2 laø
E2 thì s.ñ.ñ cuûa moät voøng daây böôùc ñuû laø:
E ν = E 1 + E 2 = 2E td
= 2x 2,22Φf = 4,44Φf
τ
τ
E& v − E& td′′ 1
π
π
E& td′ 1
E& td′′ 1
− E& td′′ 1
E& v
βπ
E& td′ 1
y =τ
βπ
E& td′′ 1
π
τ
Etd′
y = βτ
Etd′′
Hình 1.2 Söùc ñieän ñoäng cuûa moät voøng daây
+ Tröôøng hôïp böôùc ngaén:
Ta kí hieäu β laø böôùc töông ñoái cuûa daây quaán vaø τ =
Z
(raõnh)
2p
y
y
, βπ = π
τ
τ
βπ
βπ
= 4,44Φf sin
Thì: E ν = 2E td sin
2
2
βπ
laø heä soá böôùc ngaén cuûa daây quaán thì:
Ñaët: k n = sin
2
E ν = 4,44Φfk n
β=
3
Sññ cuûa moät phaàn töû (boái daây)
Neáu moät boái daây coù Ws voøng thì s.ñ.ñ cuûa moät boái daây laø:
(1-3)
E s = 4,44Ws Φfk n
c) Söùc ñieän ñoäng cuûa 1 nhoùm boái daây:
Ta tính s.ñ.ñ cuûa 1 nhoùm boái daây coù q boái daây döôùi 1 cöïc: q =
Z
.
2mp
Thí duï: hình 1.3: q = 4
Goùc ñoä ñieän giöõa 2 raõnh keà nhau laø:
2π p.3600
αñ =
=
Zp
Z
Trong ñoù Z/p laø soá raõnh döôùi moät ñoâi cöïc
(Z/2p laø soá raõnh döôùi moät maët cöïc). Giaû söû soá
raõnh döôùi 1 maët cöïc laø
τ=
Z
= 6 thì
2p
α ñ = 30 0 vaø neáu taïi thôøi ñieåm ñang xeùt boái daây
1 naèm treân ñöôøng trung tính hình hoïc thì trò soá
töùc thôøi cuûa sññ caûm öùng trong caùc boái daây 1,
2, 3, 4 laø:
E s1 = E sm sin 0 0
E s 2 = E sm sin α ñ = E sm sin 30 0
E s 3 = E sm sin 2α ñ = E sm sin 60 0
E s 4 = E sm sin 3α ñ = E sm sin 90 0
Hình 1.3 Nhoùm boái daây q = 4
Esm: bieân ñoä sññ/phaàn töû. r
Ta coù theå bieåu dieãn q leäch nhau 1 goùc α nhö h1-4 (q: soá raõnh cuûa 1 pha
döôùi moät cöïc). Moãi moät vector bieåu dieãn trò soá bieân ñoä hay trò soá hieäu duïng cuûa
s.ñ.ñ Es cuûa moät boái daây vôùi nhöõng tæ leä töông öùng (h1-4a). Nhöõng vector gaàn
nhau leäch nhau 1 goùc α ñ = 30 . Toång hình hoïc cuûa 4 vector hình thaønh ña giaùc
ABCDE (h1-4b) laø vector AE bieåu dieãn trò soá hieäu duïng toång cuûa s.ñ.ñ Eq.
0
Hình 1.4 Söùc ñieän ñoäng cuûa moät voøng daây
4
Ñeå tính Eq ta veõ ñöôøng troøn ngoaïi tieáp vôùi ña giaùc ABCDE coù baùn kính R. Cuoái
cuøng ta tính ñöôïc:
Eq = q Es kr
(1-4)
Toång hình hoïc caùc s.ñ.ñ
qE s
Toång soá hoïc caùc s.ñ.ñ
qα
qα
2 R sin ñ sin ñ
2 =
2
: heä soá quaán raûi cuûa daây quaán.
=
Trong ñoù: k r =
Eq
=
q2Rsin
Chöùng minh:
.
.
αñ
qsin
2
.
αñ
2
.
.
Ta coù E q = E s1 + E s 2 + E s 3 + E s 4
Veà maët trò soá Eq = AE = 2AF = 2R sin
qα ñ
.
2
Tính R theo Eq , xeùt tam giaùc OO1A ta coù: E s = 2R sin
⇒ Eq = 2
E s sin q
2 sin
αñ
2
αñ
=
2
⇒ E q = 4,44ws qΦfk n k r
qE s sin q
q sin
αñ
⇒R=
2
αñ
2 = qE K
s
r
αñ
2
Ñaët kdq = knkr : laø heä soá daây quaán.
Es
α
2 sin ñ
2
(1-5)
(1-6)
⇒ E q = 4,44ws qΦfk dq
d) Söùc ñieän ñoäng cuûa daây quaán 1 pha:
Moät pha coù n nhoùm boái daây coù vò trí gioáng nhau trong töø tröôøng caùc cöïc
töø neân sññ cuûa chuùng coù theå coäng soá hoïc vôùi nhau:
⇒ E f = 4,44nqws Φfk dq
= 4,44 wΦ fk dq
Trong ñoù: w = n.q.ws laø soá voøng daây noái tieáp cuûa 1 pha.
2. Söùc ñieän ñoäng cuûa daây quaán do töø tröôøng baäc cao:
Giaû thieát raèng ñöôøng cong cöôøng ñoä töï caûm ñoái xöùng vôùi truïc hoaønh (vì tính
chaát ñoái xöùng vôùi truïc hoaønh neân ñöôøng cong chæ chöùa caùc soùng haøi leû) cuõng nhö
ñoái vôùi truïc cöïc. Trong tröôøng hôïp naøy, ñöôøng cong cöôøng ñoä töï caûm bao goàm
soùng ñieàu hoaø baäc nhaát hay soùng ñieàu hoaø cô baûn vaø voâ soá soùng ñieàu hoaø baäc
cao
ν = 3, 5, 7, …, nghóa laø ν = 2k ± 1. Trong ñoù soùng ñieàu hoaø baäc 1 coù bieân ñoä Bm1
vaø böôùc cöïc τ töông öùng vôùi soá ñoâi cöïc p. Nhöõng soùng ñieàu hoaø baäc cao coù bieân
5
ñoä Bm3, Bm5, B mν vaø nhöõng böôùc cöïc
νp . Taàn soá f ν = νf 1 .
τ τ τ
, , töông öùng vôùi soá ñoâi cöïc 3p, 5p,…,
3 5 ν
Töø ñoù töø thoâng töông öùng laø:
2
τ.l.B m1
π
2τ
=
.l.Bm 3
π 3
Φ 1 = τ.l.B tb1 =
τ
Φ 3 = .l.Btb 3
3
…
2τ
τ
.l.B tbν =
.l.B mν
ν
πν
π
π
Φ 1 .f 1 =
τ.l.B tb1 .f 1 = 2 .τ.l.B m1 .f 1
Caùc söùc ñieän ñoäng: E td1 =
2
2
π
π τ 2
E td 3 =
Φ 3f 3 =
.l. B m 3 .3f 1 = 2 .τ.l.B m 3 .f 1
2
23 π
Φν =
…
E tdν =
π
2
Φ ν .f ν = 2 .τ.l.B mν .f 1
Söùc ñieän ñoäng hieäu duïng toång cuûa thanh daãn:
E td =
E 2td1 + E 2td 3 + ... + E 2tdν
2
2
2
2
⎛E ⎞
⎛E ⎞
= E td1 . 1 + ⎜⎜ td 3 ⎟⎟ + ... + ⎜⎜ tdν ⎟⎟
⎝ E td1 ⎠
⎝ E td1 ⎠
⎛B ⎞
⎛B ⎞
= E td1 . 1 + ⎜⎜ m 3 ⎟⎟ + ... + ⎜⎜ mν ⎟⎟
⎝ B m1 ⎠
⎝ B m1 ⎠
= E td1 . 1 + k 2B3 + ... + k 2Bν
π
.Φ 1 .f 1 1 + k 2B3 + k 2Bν
2
B
B m3
=
,..., k Bν = mν laø tæ soá giöõa bieân ñoä töø caûm soùng baäc
B m1
B m1
=
Nhöõng heä soá: k B3
cao vaø bieân ñoä töø caûm soùng haøi cô baûn.
Maëc khaùc töø thoâng toång cuûa moãi cöïc töø ñöôïc bieåu dieãn baèng toång ñaïi soá
sau:
Φ = Φ 1 ± Φ 3 ± Φ 5 ± ... ± Φ ν
⎛ Φ
Φ
Φ ⎞
= Φ 1 ⎜⎜1 ± 3 ± 5 ± ... ± ν ⎟⎟
Φ1 ⎠
⎝ Φ1 Φ1
⎛
B
B
B ⎞
= Φ 1 ⎜⎜1 ± m 3 ± m 5 ± ... ± mν ⎟⎟
νB m1 ⎠
⎝ 3B m1 5B m1
1
1
⎞
⎛ 1
= Φ 1 ⎜1 ± k B3 ± k B5 ± ... ± k Bν ⎟
5
ν
⎠
⎝ 3
6
Töø ñoù ta coù:
E td =
π
2
Φ.f 1
1 + k 2B3 + ... + k 2Bν
1
1
1 ± k B3 ± ... ± k Bν
3
ν
+ Bieåu thöùc toång quaùt cuûa söùc ñieän ñoäng:
Hieän nay daây quaán phaàn öùng maùy ñieän xoay chieàu ñöôïc duøng nhieàu nhaát laø
loaïi daây quaán raûi 2 lôùp böôùc ngaén neân ta coù:
Ñoái vôùi soùng ñieàu hoaø baäc 1:
E 1 = π 2 .w.k n1 .k r1 .Φ 1 .f 1 = 2 2 .τ.l.w.k dq1 .f 1 .B m1 (1)
Ñoái vôùi soùng ñieàu hoaø baäc ν :
E ν = π 2 .w.k nν .k rν .Φ ν .f ν = 2 2 .τ.l.w.k dqν .f 1 .B mν (2)
ÔÛ ñaây, k dq1 = k n1 .k r1 ,..., k dqν = k nν k rν laø heä soá daây quaán cho soùng ñieàu hoaø baäc 1, …,
baäc ν . Khi ñoù söùc ñieän ñoäng toång cuûa daây quaán laø:
E td =
Trong ñoù: k 3 =
k dq 3
k dq1
2π
2
1 + (k B3 .k 3 ) + ... + (k Bν .k ν )
1
1
1 ± k B3 ± ... ± k Bν
3
ν
2
w.k dq1 .Φ.f1
,..., k ν =
k dqν
k dq1
2
laø trò soá töông ñoái cuûa heä soá daây quaán cho
soùng ñieàu hoaø baäc cao.
§ 1.3. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP CAÛI THIEÄN DAÏNG SOÙNG SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG.
1. Cheá taïo maët cöïc töø cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä theo quy luaät.
Nguyeân nhaân khieán cho daïng soùng sññ khoâng sin laø do söï phaân boá cuûa töø
tröôøng khaùc hình sin. Thoâng thöôøng B phaân boá hình thang, muoán sññ laø hình sin
thì cöïc töø phaûi goït vaït 2 ñaàu theo hình daïng vaø kích thöôùc thích hôïp. Thöôøng
ngöôøi ta cheá taïo maët cöïc theo quy luaät:
δx =
δ
⎛π ⎞
cos⎜ x ⎟
⎝τ ⎠
δ : laø khe hôû nhoû nhaát giöõa maët cöïc;
δ max = (1,5 ÷ 2,6 )δ
vôùi b = (0,65 ÷ 0,75)τ
Tuy nhieân bieän phaùp treân chöa cho
ñöôïc keát quaû mong muoán. Vì vaäy caàn laøm
giaûm hoaëc trieät tieâu caùc söùc ñieän ñoäng baäc
cao baèng caùc caùch sau:
7
2. Ruùt ngaén böôùc daây quaán:
Khi quaán böôùc ñuû y = τ bieát k nν = ±1 , nghóa laø taát caû caùc soùng haøi baäc cao
ñeàu toàn taïi. Ñeå cho caùc sññ baäc cao bò trieät tieâu ngöôøi ta phaûi choïn β theá naøo ñoù
ñeå
π
1
neáu choïn β = 1 −
2
ν
⎡⎛ 1 ⎞ π ⎤
π⎤
⎡
= sin ⎢⎜1 − ⎟ν. ⎥ = sin ⎢(ν − 1) ⎥
2⎦
⎣
⎣⎝ ν ⎠ 2 ⎦
Maø k nν = sin νβ
k nν = 0
⇒ k nν
4
5
6
Khi ν = 7 ⇒ k n 7 = 0 ⇒ E 7 = 0 töông öùng vôùi β = .
7
1
1
Nghóa laø ta ruùt ngaén böôùc daây quaán ñi τ vaø τ thì E 5 vaø E 7 = 0 . Roõ raøng laø
5
7
Khi ν = 5 ⇒ k n 5 = 0 ⇒ E 5 = 0 töông öùng vôùi β = .
bieän phaùp naøy khoâng ñoàng thôøi trieät tieâu ñöôïc taát caû caùc s.ñ.ñ baäc cao neân ngöôøi
ta choïn böôùc daây quaán sao cho giaûm ñöôïc caùc söùc ñieän ñoäng baäc cao maïnh baäc
5, 7. Trong tröôøng hôïp ñoù thöôøng ruùt ngaén bôùt ñi
theo töøng maùy.
1
τ . Luùc ñoù β = (0,8 ÷ 0,86 ) tuyø
6
3. Quaán raûi:
Khi q = 1 thì k rν = ±1 , töùc laø taát caû caùc soùng baäc cao ñeàu toàn taïi.
Khi q > 1 vaø q caøng taêng thì k rν caøng giaûm, song k rν seõ laäp laïi trò soá ban ñaàu sau
1 soá soùng baäc cao naøo ñoù theo nhöõng chu kì töông öùng. Moät soá soùng baäc cao coù
k rν = kr1 ñöôïc goïi laø soùng ñieàu hoaø taêng ( ν = ν z vôùi ν z = 2mqk ± 1 vaø k = 1, 2,
3...). Toùm laïi phöông aùn naøy chæ caûi thieän daïng soùng ñöôïc phaàn naøo.
4. Raõnh cheùo:
Taùc duïng cuûa noù ñeå khöû soùng ñieàu hoaø raêng.
Töø hình veõ ta thaáy söùc ñieän ñoäng coù töø caûm B mν
z
caûm öùng trong thanh daãn coù chieàu ngöôïc nhau vaø
bò trieät tieâu. Böôùc raõnh cheùo caàn phaûi choïn
b c = 2 τ νz = 2
bc =
τ
νz
2pτ
z±p
(vôùi k = 1 thì ν z =
z
± 1)
p
Trong thöïc teá, thöôøng choïn b c =
2pτ
laø caùc
z
soùng ñieàu hoaø raêng ñaõ giaûm nhoû ñi nhieàu.
8
Hình 1.5 Tröôøng hôïp raõnh cheùo
1 böôùc raêng
Δ E υz = 0
Caâu hoûi:
1. Vì sao yeâu caàu söùc ñieän ñoäng cuûa maùy
ñieän xoay chieàu phaûi coù daïng hình sin.
Laøm theá naøo ñeå ñaûm baûo yeâu caàu ñoù?
2. Haõy xaùc ñònh bieåu thöùc söùc ñieän ñoäng cuûa daây quaán 1 pha khi töø tröôøng khoâng
hình sin?
3. Caùc bieän phaùp ñeå caûi thieän daïng soùng söùc ñieän ñoäng vaø hieäu löïc cuûa caùc bieän
phaùp ñoù?
4. Khi duøng raõnh cheùo thì trò soá söùc ñieän ñoäng do töø tröôøng cô baûn cuûa daây quaán
thay ñoåi nhö theá naøo?
Thí duï:
1. Cho 1 maùy phaùt ñieän coù p = 2, ñöôøng kính trong cuûa Stator D = 0.7m töø caûm
trung bình Btb1 = 0,6T, chieàu daøi tính toaùn cuûa Stator l = 1,3m. Cho bieát
Btb3 = 0,325Btb1; Btb5 = 0,15Btb1. Haõy tính söùc ñieän ñoäng E1, E3, E5 vaø söùc ñieän
ñoäng toång Etd cuûa 1 thanh daãn (boû qua caùc soùng baäc cao hôn 5), f = 50Hz.
Ñaùp soá: E1 = 47,6V; E3 = 15,5V; E5 = 7,1V; E = 50,6V.
Giaûi:
1. Ta coù: Bieåu thöùc toång quaùt cuûa söùc ñieän ñoäng:
E ν = π 2 .w.k nν .k rν .Φ ν .f ν = 2 2 .τ.l.w.k dqν .f 1 .B mν
Ñoái vôùi soùng ñieàu hoaø baäc 1:
E 1 = π 2 .w.k n1 .k r1 .Φ 1 .f1 = 2 2 .τ.l.w.k dq1 .f 1 .B m1
Thanh daãn: E 1 = 2τ.l.B m1 .f1
πD π.0,7
=
= 0,55
2p
2.2
π
B m1 = B tb1
2
πD π
⇒ E1 = 2 .
.l. B tb1 .f 1
2p 2
Vôùi τ =
= 2
π 2 0,7
.
.1,3.0,6.50
4 2
= 47,63(V)
Töông töï: E 3 = 2τ.l.B m 3 .f 3 = 0,325E1 = 15,5(V)
E 5 = 2τ.l.B m 5 .f 5 = 0,15E1 = 7,14(V)
Söùc ñieän ñoäng toång cuûa 1 thanh daãn:
E td = E 1 1 + k 2B3 + k 2B5
= 47,63 1 + 0,325 2 + 0,15 2 = 50,6(V)
9
Baøi taäp:
1.1. Tính heä soá daây quaán kdq cuûa daây quaán hai lôùp coù q = 2; p = 2; z = 24;
β=
5
. Bieát raèng moãi boái daây coù ws = 5 voøng vaø söùc ñieän ñoäng cuûa thanh daãn Etd
6
= 5V. Haõy tính söùc ñieän ñoäng cuûa moãi nhoùm vaø s.ñ.ñ cuûa moãi pha cuûa daây quaán
ñoù.
Ñaùp soá: Eq = 93,3V, Ef = 93,3V.
1.2. Cho 1 maùy phaùt ñieän ba pha 6000kW; 6300V; 3000 voøng/phuùt; f = 50Hz;
cos ϕ = 0,8; ñöôøng kính trong stator D = 0,7m; chieàu daøi stator l = 1,35m; Btb =
0,4890T; z = 36; daây quaán 2 lôùp; y = 13; soá voøng daây noái tieáp trong moät pha W =
24. Haõy tính söùc ñieän ñoäng pha cuûa maùy.
Ñaùp soá: Ef = 3353,67V.
10
CHÖÔNG II: DAÂY QUAÁN PHAÀN ÖÙNG MAÙY ÑIEÄN
XOAY CHIEÀU
§ 2.1 ÑAÏI CÖÔNG
Daây quaán maùy ñieän xoay chieàu coù nhieäm vuï caûm öùng ñöôïc söùc ñieän ñoäng
(s.ñ.ñ) nhaát ñònh ñoàng thôøi cuõng tham gia vaøo vieäc taïo neân töø tröôøng caàn thieát
cho söï bieán ñoåi naêng löôïng ñieän töø trong maùy.
Keát caáu cuûa daây quaán phaûi ñaûm baûo caùc yeâu caàu kyõ thuaät sau:
+ Tieát kieäm daây quaán (phaàn ñaàu noái).
+ Beàn veà cô, nhieät, ñieän.
+ Cheá taïo ñôn giaûn, laép raùp, söûa chöõa deã daøng.
Phaân loaïi daây quaán:
+ Theo soá pha: m = 1, 2, 3.
+ Theo soá raõnh cuûa moät pha döôùi moãi böôùc cöïc q.
+ Theo lôùp: 1 lôùp, 2 lôùp.
+ Theo hình daïng phaàn ñaàu noái: daây quaán ñoàng khuoân, ñoàng taâm, xeáp, soùng
.v.v.v...
Thöôøng thì soá raõnh cuûa 1 pha döôùi moät cöïc q laø soá nguyeân nhöng trong moät
soá tröôøng hôïp caàn thieát q coù theå laø phaân soá. Daây quaán maùy ñieän xoay chieàu coù
theå ñaët trong raõnh thaønh 1 lôùp hoaëc 2 lôùp vaø töông öùng laø daây quaán 1 lôùp vaø 2
lôùp. Trong thöïc teá raát nhieàu loaïi daây quaán, trong phaàn naøy ta ñeà caäp ñeán 1, 2 loaïi
phoå bieán thöôøng gaëp vaø moãi loaïi chæ neâu phöông phaùp phaân tích vaø sô ñoà noái
daây.
§ 2.2. DAÂY QUAÁN 3 PHA COÙ Q LAØ SOÁ NGUYEÂN
1. Daây quaán 1 lôùp:
Thöôøng ñöôïc duøng cho caùc ñoäng cô ñieän coù coâng suaát < 7kW. Trong moãi
raõnh chæ ñaët 1 caïnh taùc duïng neân soá boái daây S = Z/2.
Thí duï: Veõ sô ñoà khai trieån daây quaán kieåu ñoàng khuoân taäp trung 1 lôùp,
Z = 24, 2p = 4.
• Trình töï xaây döïng sô ñoà daây quaán 1 lôùp vôùi q laø soá nguyeân:
- Xaùc ñònh goùc ñoä ñieän giöõa 2 raõnh lieân tieáp:
p.360 0 2.360 0
αñ =
=
= 30 0
Z
24
Neân caïnh taùc duïng töø 1 ñeán 12 döôùi ñoâi cöïc thöù nhaát laøm thaønh hình sao
s.ñ.ñ coù 12 tia nhö hình 2 -1a. Do vò trí caùc caïnh 13 ñeán 24 döôùi ñoâi cöïc thöù 2
hoaøn toaøn gioáng vò trí cuûa caùc caïnh 1 ñeán 12 döôùi ñoâi cöïc thöù nhaát neân s.ñ.ñ cuûa
chuùng ñöôïc bieåu thò baèng hình sao s.ñ.ñ truøng vôùi hình sao s.ñ.ñ thöù nhaát.
- Soá raõnh cuûa 1 pha döôùi 1 cöïc:
q=
Z
24
=
=2
2mp 2.3.2
11
- Soá phaàn töû daây quaán:
S=
- Soá
Z 24
=
= 12
2
2
phaàn töû daây quaán trong moät pha:
- Soá nhoùm boái daây trong moät pha:
S 12
=
=4
m 3
S
12
=
=2
n=
mq 3.2
S fa =
Hình 2.1 Hình sao söùc ñieän ñoäng 12 tia
So saùnh vôùi soá ñoâi cöïc 2p ta suy ra daây quaán ñaáu cöïc giaû.
- Pha A caùch pha B laø 1200 ñieän töông ñöông vôùi:
120 0 120 0
=
= 4 raõnh.
αñ
30 0
- Böôùc daây quaán y = τ = 6.
- Giaûn ñoà khai trieån daây quaán:
12
Hình 2.2 Sô ñoà khai trieån daây quaán 3 pha 1 lôùp ñoàng
khuoân taäp trung vôùi Z = 24; 2p = 4; q = 2.
2. Daây quaán 2 lôùp:
Laø loaïi daây quaán maø trong moãi
raõnh ñaët 2 caïnh taùc duïng, neân soá phaàn
töû baèng soá raõnh cuûa loõi theùp ⇒ S = Z.
so vôùi daây quaán 1 lôùp daây quaán 2 lôùp
coù nhöõng öu ñieåm sau:
- Loaïi naøy coù theå thöïc hieän ñöôïc
böôùc ngaén laøm giaûm söùc ñieän ñoäng
Hình 2.3 Hình tia söùc ñieän ñoäng
baäc cao, caûi thieän ñöôïc daïng soùng söùc
ñieän ñoäng, ñaëc tính laøm vieäc cuûa maùy
toát hôn.
- Ñaàu noái cuûa caùc boái daây chaéc
chaén, goïn, ít choaùn choã, traùnh ñöôïc
phaàn ñaàu noái chaïm vaøo naép maùy.
Tuy nhieân vieäc loàng daây cuõng nhö söûa chöõa gaëp nhieàu khoù khaên hôn trong daây
quaán 1 lôùp.
Coù 2 kieåu daây quaán: Quaán xeáp vaø quaán soùng, ña soá duøng daây quaán xeáp.
Daây quaán soùng chæ duøng vôùi rotor daây quaán cuûa ñoäng cô ñieän khoâng ñoàng boä.
a) Daây quaán xeáp:
Thí duï: Veõ sô ñoà khai trieån daây quaán xeáp 3 pha, 2 lôùp vôùi Z = 24, 2p = 4.
• Trình töï xaây döïng sô ñoà daây quaán xeáp 3 pha 2 lôùp vôùi q laø soá nguyeân:
1. Veõ hình tia söùc ñieän ñoäng.
13
p.360 0 2.360 0
=
= 30 0
Z
24
Z
τ=
: böôùc cöïc
2p
y
β = : heä soá ruùt ngaén böôùc daây
τ
αñ =
y: böôùc daây
- Soá raõnh cuûa 1 pha döôùi 1 böôùc cöïc:
q=
Z
24
=
=2
2mp 2.3.2
- Soá phaàn töû daây quaán: S = Z = 24
- Soá phaàn töû trong 1 pha: S pha =
- Soá nhoùm boái daây trong 1 pha:
n=
S 24
=
=8
m 3
S
24
=
=4
m.q 3.2
n = 2p ⇒ ñaáu cöïc thaät (c – c, ñ - ñ)
2. Böôùc daây quaán: Quaán böôùc ngaén y = β.τ = 5 ⇒ τ =
y 5.6
=
=6
β
5
AA ZZ
BB XX CC
yy
AA ZZ
BB XX CC
yy
A ZZ BB XX CC
yy
AA ZZ BB XX
CC
yy A
Hình 2.4 Daây quaán xeáp 2 lôùp vôùi Z = 24, 2p = 2, q = 5, β =5/6.
Caùch veõ: Ñaàu tieân ta phaân boá cuoän daây theo vuøng pha vôùi q = 2 cho moãi
vuøng. Neáu raõnh 1 vaø 2 thuoäc vuøng pha A thì vuøng pha B phaûi ñaët ôû raõnh 5, 6 vì
pha B caàn phaûi dòch chuyeån so vôùi pha A laø 1200 töùc 4 raõnh (1 + 4 = 5, 2 + 4 = 6).
14
Pha C cuõng dòch chuyeån töông ñoái vôùi pha B vaø chieám caùc raõnh (5 + 4 = 9, 6 + 4
= 10). Coøn khoaûng raõnh töø 13…24 cuõng ñöôïc phaân boá xen keõ caùc pha A, B, C vôùi
cuøng 1 quy luaät nhö vaäy (pha A: 13, 14, pha B: 17, 18, pha C: 21, 22). Nhö vaäy
moät nöûa vuøng pha vaø lôùp treân ñaõ ñöôïc phaân boá, coøn caùc vuøng pha khaùc cuõng
ñöôïc phaân boá theo caùc pha A, B, C vaø ñöôïc kí hieäu töông öùng X, Y, Z. Luùc naøy
vuøng X thuoäc pha A dòch chuyeån so vôùi vuøng A laø t = 6 töùc laø ôû caùc raõnh (1 + 6 =
7, 2 + 6 = 8, 13 + 6 = 19, 14 + 6 = 20). Töông töï vuøng Y thuoäc pha B ôû caùc raõnh
(5 + 6 = 11, 6 + 6 = 12, 17 + 6 = 23, 18 + 6 = 24). Coøn vuøng Z thuoäc pha C ôû caùc
raõnh (9 – 6 = 3, 10 – 6 = 4, 21 – 6 = 15, 22 – 6 = 16). Söï khaùc nhau ôû caùc vuøng
pha A, B, C vaø X, Y, Z laø söùc ñieän ñoäng ôû caùc caïnh töông öùng cuûa noù.
b) Daây quaán soùng:
Trình töï xaây döïng sô ñoà daây quaán soùng hai lôùp:
Böôùc 1: Laáy soá lieäu Z, 2p. Suy ra τ vaø kieåm tra laïi caùc ñieàu kieän Z vaø τ .
Böôùc 2: Choïn böôùc quaán daây toång hôïp y
y=
( Z ± b)
p
Khi Z = np (n laø soá nguyeân) choïn b = 0. Tröôøng hôïp naøy töông öùng vôùi Z
laø boäi soá cuûa p.
Khi soá caïnh taùc duïng trong raõnh laø 2 hay laø boäi soá cuûa 2 (4, 6, 8,…) ta
thöôøng choïn b = 1.
Khi trong moät raõnh chæ coù moät caïnh taùc duïng, ta choïn b = 2.
Böôùc 3: Goïi N laø toång soá caïnh taùc duïng cuûa boä daây quaán.
¾ Neáu (N/6) laø soá chaün thì moät nhaùnh trong moät pha coù (N/6) caïnh taùc duïng.
¾ Neáu (N/6) laø soá leû thì moät nhaùnh trong moät pha coù (
nhaùnh coøn laïi coù (
N
− 1 ) caïnh taùc duïng,
6
N
+ 1 ) caïnh taùc duïng.
6
Böôùc 4: Laäp baûng soá xaùc ñònh caùch quaán daây, baûng soá thieát laäp nhö sau:
• Chia baûng daây quaán thaønh 2p coät.
• Laàn löôït ghi lôùp treân, lôùp döôùi, lôùp treân, lôùp döôùi, … vaøo ñaàu moãi coät bieåu
thò cho caïnh taùc duïng treân vaø döôùi cuûa moãi boái daây. Sau ñoù, ghi soá thöù töï
raõnh vaøo moãi oâ. Goïi y1 laø böôùc boái daây vaø böôùc y2 tính nhö sau:
y2 = y – y1.
Ta ghi soá sau caùch soá tröôùc moät böôùc y1, roài y2.
• Moãi khi ghi heát moät doøng, tröôùc khi vieát oâ ñaàu cuûa doøng tieáp theo, ta xem
maïch coù bò kheùp kín sôùm hay khoâng. Neáu coù söï kheùp kín maïch sôùm thì
phaûi taêng hay giaûm böôùc y2 moät ñôn vò.
• Neáu sô ñoà quaán duøng cho stator thì phaûi tieán haønh bieän phaùp vöøa neâu bình
thöôøng ôû treân, ngöôïc laïi neáu daây quaán duøng cho rotor ta phaûi chuù yù caùch
⎛
ñaët ñaàu daây vaøo moãi pha ôû caùc soá raõnh 1; ⎜1 +
⎝
Z⎞
⎟ ; vaø
3⎠
⎛ 2Z ⎞
⎜1 +
⎟ vaøo vò trí oâ
3 ⎠
⎝
thích hôïp ñöùng ñaàu moãi nhaùnh (tröø tröôøng hôïp 2p laø boäi soá cuûa 3).
15
• Laäp baûng soá qui ñònh ñaàu daây, suy ra soá thanh noái chuyeån höôùng trong
moãi pha.
Böôùc 5: Thöïc hieän sô ñoà khai trieån daây quaán. Neân veõ caùc thanh chuyeån höôùng vaø
caùc ñaàu vaøo ra cuûa moãi nhoùm boái tröôùc tieân.
Hình daïng cuûa baûng soá xaùc ñònh caùc nhoùm cuûa caùc pha ñöôïc moâ taû trong
hình veõ sau.
Baûng xaùc ñònh caùch ñaáu caùc pha:
Lôùp treân Lôùp döôùi Lôùp treân Lôùp döôùi
…
Lôùp treân Lôùp döôùi
2p coät
Nhoùm boái daây
Pha
Vaøo
Ñaàu
Ra
CH
A
C
B
A
CH: Chuyeån höôùng
Toång soá haøng cuûa baûng xaùc ñònh caùch ñaáu cho boái daây goàm
Z .U r
haøng, vôùi
2p
Ur: laø soá caïnh taùc duïng trong moät raõnh.
Chuù yù: Cuõng nhö daây quaán xeáp, daây quaán soùng böôùc ngaén cuõng laøm cho ñaëc tính
ñieän cuûa maùy toát hôn.
Thí duï: Daây quaán soùng 3 pha, 2 lôùp coù Z = 24, 2p = 4.
Böôùc toång hôïp:
y=
Z 24
=
= 12
p
2
Choïn böôùc boái daây y1 laø böôùc ngaén, vôùi y1 = 5
Böôùc daây y2 = 12 – 5 = 7.
Soá raõnh cuûa 1 pha döôùi 1 cöïc:
q=
Z
24
=
=2
2mp 3.4
Soá phaàn töû S = Z =24.
Baûng xaùc ñònh caùch ñaáu caùc pha:
Baûng coù 4 coät töông öùng vôùi 4 cöïc. Soá haøng =
+(y2 + 1)
16
24.2
= 12 (haøng)
4
.PDF 
144 
226 
72 
