Giáo trình Máy điện 2

ình 418b vẽ đường đặc tính cơ, đường 1 là đường đặc tính cơ tự nhiên (Rp = 
0 ứng với phương trình 4. 22a). Đường 2 với Rp ≠ 0 ứng với phương trình 4. 22b) . 
 * Đặc tính làm việc 
 Đường đặc tính làm việc được xác định khi điện áp và dòng điện kích từ không 
đổi. Đó là các đường quan hệ giữa tốc độ n, mômen M, dòng điện phần ứng Iư và hiệu 
suất η theo công suất trên trục P2, được vẽ trên hình 4-18c 
 - 34 - 
Hình4-18.. Động cơ điện kích từ song song 
 Ta có nhận xét động cơ điện kích từ song song có đặc tính cơ cứng, và tốc độ hầu 
như không đổi khi công suất trên trục P2 thay đổi, chúng được dùng nhiều trong các máy 
cắt kim loại, các máy công cụ v v... Khi có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ ta dùng động 
cơ kích từ độc lập. 
8.4. Động cơ kích từ nối tiếp 
 Sơ đồ nối dây vẽ trên hình 4-19a. Để mở máy ta dùng biến trở mở máy Rmở . Để 
điều chỉnh tốc độ ta có thể dùng các phương pháp đã nói ở mục 4.7.2, song chú ý rằng, 
khi điều chỉnh từ thông, ta mắc biến trở điều chỉnh song song với dây quấn kích từ nối 
tiếp. 
* Đường đặc tính cơ n = f(M) 
 Khi máy không bão hoà, dòng điện phần ứng tư và từ thông tỷ lệ với nhau, nghĩa 
là: 
 Iư = kl Φ (4.23) 
 2 2. 2
 do đó: M =kMIưФ = kMklΦ = k (I)Φ 
 M
 hoặc là: Φ = k (4.24) 
 trong đó k = kMkI 
 Thay biểu thức (4.23) và (4.24) vào (4.20) ta có: 
 kU kIRư
 n = - 
 kE M kE
 k k
 Đặt = a , = b , cuối cùng ta có: 
 kE kE
 aU
 n = - bRư (4.25) 
 M
 Từ biểu thức (4.25) thấy rằng, phương trình đặc tính cơ có dạng 
 - 35 - 
Hình 4-19. Động cơ kích từ nối tiếp 
hypebôn (4.19b). Đường đặc tính cơ mềm, mômen tăng thì tốc độ cơ giảm. Khi không tải 
hoặc tải nhỏ, dòng điện và từ thông nhỏ, tốc độ động cơ tăng có thể gây hỏng động cơ về 
mở cơ khí, vì thế không cho phép động cơ kích từ nối tiếp mô máy không tải hoặc tải nhỏ. 
 * Đường đặc tính làm việc 
 Trên hình 4-19c vẽ các đường đặc tính làm việc. Động cơ được phép làm việc với 
tốc độ n nhỏ hơn tốc độ giới hạn ngh. Đường đặc tính trong vùng làm việc vẽ bằng đường 
nết liền. 
 Vì rằng chưa bão hoà mô men quay động cơ tỷ lệ với bình phương dòng điện, và 
tốc độ giảm theo tải , động cơ kích từ nối tiếp thích hợp trong chế độ tải nặng nề, được sử 
dụng nhiều trong giao thông vận tải hay các thiết bị cầu trục. 
8.5. Động có kích từ hỗn hợp 
 Sơ đồ nối dây vẽ trên hình 4-20a: Các dây quấn kích từ có thể nối thuận (từ trường 
2 dây quấn cùng chiều) làm tăng từ thông, hoặc nối ngược (từ trường 2 dây quấn ngược 
nhau) làm giảm từ thông. 
Hình 4-20. Động cơ kích từ hỗn hợp 
 - 36 - 
 Đặc tính cơ động cơ kích từ hỗn hợp khi nối thuận (đường 1) sẽ là trưng bình giữa 
đặc tính cơ của động cơ kích từ song song (đường 2) và nối tiếp (đường 3) (hình 4-20). 
 Các động cơ làm việc nặng nề, dây quấn kích từ nối tiếp là dây quấn kích từ chính, 
còn dây quấn kích từ song song là phụ và được nối thuận. Dây quấn kích từ song song 
đảm bảo tốc độ động cơ không tăng quá lớn khi mô men nhỏ. 
 Động cơ kích từ hỗn hợp có dây quấn kích từ nối tiếp là kích từ phụ, và nối 
ngược, cố đặc tính cơ rất cứng (đường 4) hình 4-20, nghĩa là tốc độ quay hầu như không 
đổi khi mô men thay đổi. Thật vậy, khi mômen quay tăng, dòng điện phần ứng tăng, dây 
quấn kích từ song song làm tốc độ giảm một ít, nhưng vì có dây quấn kích từ nối tiếp 
được nối ngược, làm giảm từ thông trong máy, dễ tăng tốc độ động cơ lên như cũ. Ngược 
lại khi nối thuận sẽ làm cho đặc tính của động cơ mềm hơn, mô men mở mày lớn hơn, 
thích hợp với máy ép. máy )ôm, máy nghiền, máy cán vvvv. 
8.6. Động cơ vạn năng 
 Trong công nghiệp cũng như trong các thiết bị điện sinh hoạt, người ta sử dụng 
rộng rãi loại động cơ có vành góp dùng được với dòng điện một chiều và cả dòng điện 
xoay chiều, nên gọi là động cơ vạn năng. Động cơ vạn năng thường có hai cực từ với dây 
quấn kích từ nối tiếp. Dòng kích từ là dòng phần ứng, nên từ thông và dòng phần ứng sẽ 
biến thiên đồng thời với nhau, bảo đảm chiều mômen quay động cơ không đổi. 
 Động cơ vạn năng thích hợp với chế độ làm việc nặng nề, nên nhiều nước sử dụng 
động cơ này trên đường sắt với lưới điện xoay chiều tần số 50 Hz (hoặc 25 hay 16 2/3 
Hz). 
9. Dây quấn phần ứng máy điện một chiều. 
 Dây quấn phần ứng máy điện một chiều thực chất là dây quấn máy điện xoay chiều 
kết hợp với vành đổi chiều để chỉnh lưu sức điện động xoay chiều thành một chiều. Trên 
thực tế dây quấn này hình thành do đấu nối tiếp các bối dây xếp hay sóng theo một thứ tự 
nhất định và làm thành mạch vòng kín, hai đầu vỉa bối dây nối vào hai phiến đổi chiều. 
Để giảm bớt số rãnh so với số phần tử, có thể chế tạo bối dây gồm u = 1, 2, 3. . . phần tử. 
Như vậy khi đặt bối đây vào rãnh để thành dây quấn hai lớp, trong rãnh sẽ có 2u cạnh tác 
dụng nên 1 rãnh thực có thể chia thành u rãnh nguyên tố (hình 5-14), tổng số rãnh nguyên 
tố là Znt = u.Z. 
 - 37 - 
 Giữa số phần tử S của dây quấn, số rãnh nguyên tố Znt và số phiến góp G cũng có 
một mối quan hệ nhất định. Vì mỗi phần tử có hai đầu nối với hai phiến góp, đồng thời ở 
mỗi phiến góp lại nối hai đầu của hai phần tử lại với nhau nên số phần tử S phải bằng số 
phiến góp G, ta có : S = G. 
 Do mỗi rãnh nguyên tố đặt hai cạnh tác dụng mà mỗi phần tử cũng có hai cạnh tác 
dụng nên ta có quan hệ: 
 Znt=S=G. 
 Quy luật nối các phần tử để tạo thành dây quấn được xác định bằng bốn loại bước 
dây quấn sau: 
 * Bước dây thứ nhất y1: là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của một phần tử đo 
bằng số rãnh nguyên tố (hình 5-15). Đó cũng là khoảng cách của một bước cực như ở dây 
quấn máy điện xoay chiều: 
 Znt
 y1 = 2p ±ε = Số nguyên. 
 Khi ε=o ta có dây quấn bước đủ, khi ε 0, với dấu (-) có dây quấn bước ngắn, dấu 
(+) có dây quấn bước dài. 
 - 38 - 
 Hình 5-15. Các bước dây quấn 
 a) dây quấn xếp: b) dây quấn sóng. 
 * Bước dây quấn thứ 2 y2 : là khoảng cách giữa cạnh tác dụng thứ hai của phần tử 
thứ nhất với cạnh tác dụng thứ nhất của phần tử nối tiếp sau đó tính bàng số rãnh nguyên 
tố. 
 * Bước dây tổng hợp y: là khoảng cách giữa hai cạnh tương ứng của hai phần tử 
liên tiếp nhau đo bằng số rãnh nguyên tố. 
 * Bước trên cổ góp yG: là khoảng cách giữa hai phiến góp nối với hai cạnh tác 
dụng của cùng một phần tử đo bằng số phiến góp (hình 5-15). Dây quấn máy điện một 
chiều thường được phân thành các loại sau: 
9.1. Dây quấn xếp đơn 
 Khi m=l ta có dây quấn xếp đơn. Khi m=2 ta có dây quấn xếp phức. 
 Dấu (+) trong biểu thức ứng với cách quấn phải hoặc quấn tiến, dấu (-) ứng với 
cách quấn trái hoặc lùi (h.5.16). 
 Hình 5-16. a) Dây quấn xếp phức tạp quấn phải 
 - 39 - 
 b)dây quấn xếp đơn quấn trái. 
 Lấy một ví dụ về dây quấn xếp đơn để minh hoạ. 
 Có dây quấn xếp với Z=Znt=S=G=16, 2p=4, yG=+l 
 Znt 16
 Bước đây thứ nhất: yl = 2p ε = 4 = 4 , dây quấn bước đủ.
 yG = +y2 = +l , dây quấn quấn phải. 
 Trình tự nối các phần tử trong rãnh như sau: 
- Thứ tự nối dây : 
 Lớp trên 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 
 Lớp dưới 5 6 7 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 
 8 
- Vẽ sơ đồ trải 
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
 N S N S 
 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 1 1 1
 6 0 1 2 3 4 5 
 B1 A2
 A1 B2 
 + - + - 
 A B 
 + - 
 Hình 5-17a. Giản đồ triển khai dây quấn hai lớp. 
 Ta có dây quấn hai lớp. Giản đồ khai triển của dây quấn như hình 5-17a. Lần lượt 
đặt 16 phần tử vào 16 rãnh bắt đầu từ đầu cạnh thứ nhất của phấn tử thứ nhất nối với 
phiến đổi chiều thứ nhất đặt vào rãnh thứ nhất ở lớp trên (nét liền) và cạnh thứ hai của 
phần tử thứ nhất được đặt ở lớp dưới của rãnh số 5 (đường nét đứt) và nối với phiến đổi 
chiều thứ hai rồi tiếp tục sang các phần tử tiếp theo, đến phần tử thứ 16 ta trở về phiến đổi 
 - 40 - 
chiều số 1 và được một mạch khép kín 16 phần tử với bước cực τ được đặt dưới 4 cực từ 
Bắc Nam xen kẽ nhau. Với chiều quay của phần ứng như trên hình 5-17a, thì chiều sức 
diện động của các phần tử 2, 3, 4 và 10, 11, 12 dưới hai cực N ngược chiều với chiều đi 
vòng còn sức điện động của các phần tử 6, 7, 8 và 14, 15, 16 dưới hai cực S thuận theo 
chiều đi vòng. Các chổi than phải ngắn mạch các phần tử có sức điện động bằng không là 
các phần đổi chiều 1, 2; 5, 6; 9, 10;13, 14, nghĩa là đúng dưới các cực từ. Từ ngoài chổi 
điện nhìn vào có thể biểu thị dây quấn bằng sơ đồ ký hiệu như trên hình 5-17b. 
Từ sơ đồ ký hiệu ta thấy dây quấn xếp tương đương như 4 mạch điện song song ứng với 4 
cực từ. Vì vậy với dây quấn xếp đơn có đôi mạch song song bằng số đôi cực từ: a = p 
 Cùng lập luận như vậy, số đôi mạch nhánh song song của dây quấn xếp phức bằng: 
 a=mp. 
 Dây quấn xếp phức khác với dây quấn xếp đơn ở bước trên vành góp, yG =m trong 
đó thường m=2. 
 Hình 5- 17b 
9.2. Dây quấn xếp phức tạp 
* Bước dây quấn: 
 Đặc điểm của dây quấn xếp phức tạp là yG = m (m = 2, 3, 4...). Thông thường chỉ 
dùng m = 2. Trong những máy công suất thật lớn mới dùng m > 2. 
  Khi m = 2 
 - Nếu số rãnh nguyên tố và số phần tử là chẵn thì ta được 2 dây quấn xếp đơn độc lập. 
 - Nếu số rãnh nguyên tố và số phần tử lẻ ta được 2 dây quấn xếp đơn nhưng không độc 
lập mà nối tiếp nhau thành 1 mạch kín. 
 Như vậy có thể coi dây quấn xếp phức tạp gồm m dây quấn xếp đơn làm việc song 
song nhờ chổi than. Và chổi than phải có bề rộng m lần phiến góp mới có thể lấy điện ra. 
* Ví dụ: Vẽ sơ đồ trải dây quấn phần ứng máy điện một chiều quấn xếp phức tạp biết: 
 - 41 - 
 Znt = G = S = 24 ; 2p = 4 
- Tính toán : 
 Z 24
- Các bước dây quấn y: 6 y2 = y1 - y = 6 - 2 = 4 
 1 2p 4
Th ứ tự nối các phần tử : yG = y = 2 
 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 
 Lớp trên 
 Khép kín 
 Lớp dưới 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 
 Lớp trên 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 
 Khép kín 
 Lớp dưới 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2 4 6 
 Gi¶n ®å khai triÓn d©y quÊn M§MC 
 Dây quấn xếp phức tạp yG = m = 2; 2p = 4; Znt = S = G = 24. 
 n 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 
 N S N S 
23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 
 A1 + 
 B1 - A2 + B2 - 
 A + B - 
. 
 - 42 - 
9.3. Dây quấn sóng 
9.3.1. Dây quấn sóng đơn 
* Đặc điểm 
- Hai đầu của 2 phần tử nối với hai phiến đổi chiều cách xa nhau 2 bước cực 
- Hai phần tử nối tiếp cũng cách xa nhau hình thành một dạng gần giống như làn sóng vì 
vậy nó mang tên là dây quấn sóng 
* Bước quấn 
- Bước dây quấn thứ nhất y1 giống như đối với dây quấn xếp đơn 
- Khi chọn YG trước hết phải yêu cầu sức điện động sinh ra trong hai phần tử nối tiếp 
nhau cùng chiều nhau, như vậy sức điện động mới có thể cộng số học với nhau được. 
Muốn vậy hai phần tử đó phải nằm dưới các cực từ cùng cực tính có vị trí tương đối gần 
giống nhau trong từ trường nghĩa là cách nhau một khoảng hai bước cực. Mặt khác các 
phần tử nối tiếp nhau sau khi quấn vòng quanh bề mặt phần ứng phải trở về bên cạnh 
phần tử đầu tiên để lại tiếp tục nối với các phần tử khác quấn vòng thứ hai. Với số đôi cực 
là p thì muốn cho các phần tử nối tiếp đi một vòng bề mặt phần ứng thì phải có p phần tử 
- Hai phiến đổi chiều nối với hai đầu của một phần tử cách nhau YG phiến. Do đó muốn 
sau khi quấn song phần thứ nhất đến cuối của phần tử cuối cùng phải kề với đầu của phần 
tử đầu tiên thì số phiến đổi chiều mà các phần tử phải vượt qua 
 G 1
 p. Y G 1 Y 
 GG p
- Nếu lấy dấu (- ) ta có dây quấn trái, dấu (+) ta có dây quấn phải. Thường dùng dây quấn 
trái cho đỡ tốn đồng 
- Theo định nghĩa bước dây quấn ta có : 
 G 1
 y = yG 
 p
 Z
 y nt 
 1 2 p 
 y2 = y – y1 
* Vẽ giản đồ khai triển : 
 VD:Vẽ sơ đồ trải dây quấn phần ứng quấn kiểu sóng đơn biết: 
 Znt = S = G = 15 
 2p = 4 
- Tính toán : 
 - 43 - 
 + Bước dây quấn: 
 Z 15
 y1 = nt  = - 3 = 3 (bước ngắn) . y2 = y - y1 = 7 - 3 = 4. 
 2p 4 4
 G 1 15 1
 y = yG = = = 7 (dây quấn trái) 
 p 2
 + thứ tự nối các phần tử: 
 Lớp trên 1 8 15 17 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1 
 Lớp dưới 4 11 3 10 2 9 1 8 15 7 14 6 5 12 
 13 
 n Dây quấn sóng đơn có Znt = S = G = 15; 2p = 4 
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 
 N S N S 
 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 
 A1 + B1 - A2 + B2 - 
 A + B - 
Dây quấn sóng đơn chỉ có 1 đôi mạch nhánh song song: a = 1. 
 Quy luật nối dây của dây quấn sóng đơn là nối tiếp tất cả các phần tử dưới ở các cực 
có cùng cực tính lại rồi nối với các phần tử ở dưới các cực có cực tính khác cho đến hết. 
9.3.2. Dây quấn sóng phức tạp 
* Đặc điểm 
 - Trong dây quấn sóng nếu các phần tử nối tiếp nhau khi quay một vòng quanh bề 
mặt phần ứng không trở về vị trí kế phần tử đầu mà cách 2 hoặc m phần tử thì ta được dây 
quấn sóng phức tạp. Cứ tiếp tục quấn như vậy thì vòng sau cách vòng trước 2 hay m phần 
tử cho đến khi kín mạch. 
 - 44 - 
 - Nếu còn những phần tử còn thừa lại thì chúng lại nối với nhau theo quy luật trên 
hợp thành 2 hay m mạch kín khác nhau. 
* Bước quấn: 
 - Căn cứ vào cách quấn trên ta có yG = G±m/p 
 - Các bước dây quấn khác giống dây quấn sóng đơn 
* Vẽ sơ đồ khai triển 
VD: Vẽ sơ đồ trải dây quấn phần ứng quấn kiểu sóng đơn biết: 
 Znt = S = G =18 
 2p = 4; m = 2 
- Tính toán : 
+ Bước dây quấn 
 Z 18 2
 y nt  4 
 1 2p 4 4
 G m 18 2
 y y 8 
 G p 2
 y2 = y – y1 = 8 – 4 = 4 
 +thứ tự nối các phần tử: Khép kín 
 Lớp trên 2 10 18 8 16 6 14 4 12 2 
 Lớp dưới 6 14 4 12 2 10 18 8 16 Khép kín 
 Lớpíp trtrênªn 1 9 17 7 15 5 13 3 11 1 
 Lớp dưới 5 3 11 1 9 17 7 15 
 13 
 - 45 - 
 n Dây quấn sóng phức tạp có: m = 2; 2p = 4; Znt = S = 18 
 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 
 N S N S 
 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 
 A1 + B1 - A2 + B2 - 
 A + B - 
 Dây quấn sóng phức tạp gồm m dây quấn sóng đơn hợp lại do đó số đôi mạch 
nhánh song song của dây quấn sóng phức tạp: a = m. 
10. Quấn lại bộ dây quấn phần ứng máy điện một chiều 
 Quấn lại bộ dây quấn phần ứng (roto) máy điện một chiều có Z = Znt = S = G 
= 16; 2p = 4; yG = +1; dây quấn kiểu xếp đơn. 
 Trình tự thực hiện 
 Bước 1: Lót cách điện rãnh (nếu cần) 
 Bước 2: Quấn dây theo sơ đồ 
 Bước 3: Kiểm tra thông mạch 
 Bước 4: Hàn nối 
 Bước 5: Lắp máy, chạy thử 
 CÂU HỎI ÔN TẬP 
 1, Trình bày cấu tạo máy điện một chiều? 
 2, Trình bày nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều? 
 3, Phân loại máy phát điện một chiều và động cơ điện một chiều theo 
phương pháp kích từ? 
 4, Trình bày phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ? 
 5, Trình bày từ trường và sức điện động của máy điện một chiều? 
 6, Trình bày tia lửa điện trên cổ góp nguyên nhân và biện pháp khắc phục? 
 7, Tính toán và vẽ sơ đồ trải bộ dây quấn roto máy điện một chiều có Z = Znt 
= S = G = 16; 2p = 4; yG = +1; dây quấn kiểu xếp đơn. 
 8, Tính toán và vẽ sơ đồ trải bộ dây quấn roto máy điện một chiều có Z = Znt 
= S = G = 24; 2p = 4; yG = +2; dây quấn kiểu xếp phức. 
 - 46 - 
 9, Tính toán và vẽ sơ đồ trải bộ dây quấn roto máy điện một chiều có Znt = S 
= G = 15; 2p = 4; m = -1; dây quấn kiểu sóng đơn. 
 10, Tính toán và vẽ sơ đồ trải bộ dây quấn roto máy điện một chiều có Znt = 
S = G = 18; 2p = 4; m = -2; dây quấn kiểu sóng phức. 
 - 47 -