Giáo trình Máy điện - Nghề: Vận hành thủy điện

 và bằng tổng sức điện động cảm ứng của các thanh dẫn nối tiếp trong 1 
mạch nhánh đó. 
Sức điện động cảm ứng của 1 thanh dẫn: ex Bxl .v (5.2) 
Trong đó: Bx Từ cảm nơi thanh dẫn x quyét qua. 
 l: Chiều dài tác dụng của thanh dẫn. 
 v: Tốc độ dài của thanh dẫn. 
 Hình 5.20. Xác định s.đ.đ phần ứng 
 N
Nếu số thanh dẫn của 1 mạch nhánh là thì 
 2a
 N / 2a N / 2a
 E e ... e e B ... .l .v B .l .v (5.3) 
 ö 1 N / 2a  x l   x 
 x 1 x 1
 N / 2a
Nếu số thanh dẫn đủ lớn thì  Bx bằng trị số trung bình Btb nhân với tổng số thanh 
 x 1
dẫn trong 1 mạch nhánh: 
 N / 2a N N N
  Bx .Btb nên Eö Btbl .v Etb (5.4) 
 x 1 2a 2a 2a
 D D n 2 p..n
 v ö n 2 p ö (5.5) 
 60 2 p 60 60
 Với v: tốc độ dài của phần ứng. 
: từ thông dưới mỗi cực từ trong khe hở không khí:  = B. l.. (5.6) 
 N 2 p..n pN
Từ đó: E B .l .  .n (5.7) 
 ö 2a tb  60 60a 
 Trong đó: p: Số đôi cực từ kích thích 
 N Tổng số thanh dẫn của phần ứng 
 n: Tốc độ quay của phần ứng (vòng/phút) 
 a: Số đôi mạch nhánh song song 
 75 
 pn
Đặt: C : Hệ số kết cấu của máy điện. 
 E 60a
Ta có Eư = CE.n (5.8) 
BÀI TẬP: 
Bài 1: Lắp đặt, vận hành động cơ điện 1 chiều : kích từ độc lập, kích từ nối tiếp, kích 
từ song . 
 PHIẾU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH 
CÔNG VIỆC: Lắp đặt, vận hành động cơ điện 1 chiều : kích từ độc lập, 1/B5/
kích từ nối tiếp, kích từ song . MĐ20 
Bước Nội dung Yêu cầu kĩ thuật Dụng cụ, trang Ghi 
công thiết bị chú 
 việc 
1 Chuẩn bị - đầy đủ, chính xác - động cơ DC 
 Atm, nguồn 
 2 Thực hiện đấu nối - Dây đi chính xác, - dây dẫn, cốt. tovit 
 đảm bảo an toàn 
 3 Vận hành - ĐC làm việc bình - nguồn 1 chiều 
 thường 
Bài 2: Một máy phát điện một chiều kích từ song song, điện áp định mức 115v, cung 
cấp dòng điện 98,3A cho tải. Điện trở phần ứng là 0,0735, điện trở dây quấn kích từ 
song song là 19, tổn hao cơ, sắt từ và phụ bằng 4% công suất điện. 
a. Xác định sức điện động phần ứng và hiệu suất của máy ở chế độ tải trên. 
b. Tính dòng ngắn mạch khi ngắn mạch hai đầu cực máy phát. Biết từ thông dư bằng 
3% từ thông của máy ở chế độ tải trên, tốc độ máy không đổi. 
Hướng dẫn giải. 
a.Ta có: 
Ikt=U/Rkt=115/19=6,05A 
Iư=I1+Ikt=98,3+6,05=104,35A 
Eư=U+Iư.Rư=115+104,35.0,735=122.7v 
 2 2
Pkt=I kt.Rkt=6,05 .19=695w 
 2 2
Pu=I ư.Rư=104,35 .0,0735=800w 
Pcstf=4%P=0,04.115.89,3=452w 
 P 115.89,3
η= 0,853 
 P P 115.89,3 695 800 452
 76 
b. Khi ngắn mạch đầu cực ta có 
Iưn=Eưn/Rư=3,7/0,0735=50A 
Trong đó: Eưn=ke.n.Ф=0,03Eư=0,03.122,7=3,7v 
 BÀI 6: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ VÀ MÁY ĐIỆN 1 CHIỀU ĐẶC BIỆT 
Mục tiêu của bài: 
 77 
Học xong bài này, người học có khả năng: 
 - Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ và máy 
 điện một chiều đặc biệt; 
 - Giải thích được các đặc tính của máy điện đồng bộ và máy điện một chiều đặc 
biệt; 
 - Nhận biết được các loại máy điện đồng bộ và máy điện một chiều đặc biệt. 
 - Tích cực chủ động trong học tập. 
Nội dung: 
1. Máy điện đồng bộ đặc biệt 
 1.1. Máy phát điện đồng bộ một pha 
 Về cấu tạo, máy phát điện đồng bộ một pha khác với máy phát điện đồng bộ ba pha 
ở chỗ trên phần ứng của nó chỉ có đặt dây quấn 1 pha. Dòng điện xoay chiều chạy 
trong dây quấn đó sẽ sinh ra từ trường đập mạch với tần số của dòng điện. Từ trường 
quay thuận có tốc độ quay đồng bộ voied từ trường quay ngược. Từ trường quay thuận 
có tốc độ quay đồng bộ với từ trường của cự từ và quan hệ điện từ giữa hai từ trường 
đó hoàn toàn giống nhau như ở máy điện đồng bộ ba pha. Từ trường quay ngược có 
tốc độ 2nđb so với từ trường của cực từ và sẽ cảm ứng trong từ trường làm yếu từ 
trường quay ngược sinh ra chúng. Nếu trên ro to có đặt dây quấn cản, thì từ trường 
quay ngược sẽ rất nhỏ vì bị giảm nhiều. Trong trường hợp chỉ có dây quấn kích thích 
thì từ trường quay ngược chỉ bị giảm ở hướng dọc trục và vẫn mạnh ở hướng ngang 
trục. Sự có mặt của từ trường ngược trong máy phát điện đồng bộ một pha làm cho tổn 
hao ở ro to tăng thêm, đồng thời cũng sinh ra dòng điện tần số 3f trong dây quấn phần 
ứng. Vì vậy trong máy điện đồng bộ 1 pha luôn có đặt dây quấn cản để giảm nhỏ các 
từ trường ngược. 
1.2. Máy biến đổi một phần ứng 
 Là một loại máy điện quay dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng 
điện một chiều hoặc ngược lại. Sự biến đổi thực hiện trên cơ sở cấu tạo của máy điện 
một chiều . Vì sức điện động cảm ứng trong dây quấn phần ứng của máy điện một 
chiều là sức điện động xoay chiều và có thể biểu thị bằng hình đa giác , sức điện động 
 
nên ở m điểm cahcs đều nhau trên dây quấn đó, sức điện động sẽ lệch pha nhau góc 
 
Nối m điểm đó với m vành trượt đặt trên trục phía không có vành góp thì từ các chổi 
điện tiếp xúc với các vành trượt đó ta sẽ được sức điện động m pha. 
Nếu máy được dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều thì 
đối với nguồn xoay chiều máy làm việc như một động cơ điện đồng bộ và đối với lưới 
điện xoay chiều máy làm việc như máy phát điện đồng bộ. 
 78 
Cũng cần chú ý rằng nếu dùng động cơ sơ cấp kéo máy biến đổi một phần ứng , dùng 
dòng điện một chiều do máy phát ra để cung cấp chp dây quấn kích từ và từ vành trượt 
lấy ra điện áp xoay chiều thì ta được máy phát điện đồng bộ tự kích thích biến đổi cơ 
năng lấy từ động cơ sơ cấp thành điện năng xoay chiều. 
Vì máy biến đổi mọt phần ứng làm việc ở cả hai chế độ máy phát và động cơnên dòng 
điện trogn dây quấn phần ứng là hiệu số của dòng điện xoay chiều và dòng điện một 
chiều, do dố tổn hao trong dây quấn phần ứng nhỏ hơn tổng tổn hao phần ứng của máy 
điện xoay chiều. 
 Hình 6.1 : Các điện áp của dây quấn phần ứng của máy biến đổi 1 phần ứng 
1.3. Động cơ điện phản kháng; 
 Động cơ điện phản kháng thuộc loại máy điện đồng bộ không có dây quấn kích 
từ và nguyên lí làm việc của nó dựa trên sự khác nhau giữa từ trở dọc trục xd và ngang 
trục xq. Công suất và momen điện từ của nó được phân tích như pở dưới. 
 Hình 6.2 : Cấu tạo động cơ điện phản kháng 
Để thực hiện được xd # xq , roto của máy được chế tạo như hình b với cấu tọa như trên 
hình a. Roto được ghép bằng những lá thép tròn có những chỗ khuyết để tăng khe hở 
giữa các cực từ và từ đó tăng từ trở của mạch từ hướng ngang trục. Để mở máy , trên 
 79 
roto có đặt dây quấn mở máy kiểu lồng sóc. Ở trường hợp của các hình b và c , roto 
được chế tạo bằng cách đổ nhôm vào các lá thép. Ở đây nhôm có tác dụng của dây 
quấn mở máy. Do không có dây quấn kích từ , động cơ phản kháng lấy dòng điện từ 
lưới điện và có hệ số công suất nhỏ . Trọng lượng của động cơ điện phản kháng 
thường gấp 2-3 lần trọng lượng động cơ cùng công suất.Thông thường các động cơ 
điện phản kháng được chế tạo với công suất 50-100W. 
1.4. Động cơ kiểu nam châm vĩnh cửu 
 Ở các động cơ này cực từ tọa bới nam châm vĩnh cửu bằng hợp kim đặc biệt có 
độ từ dư rất cao. Các cực từ này có cấu tạo cực lồi và được đặt ở roto. Khoảng cách 
giữa các cực từ được đổ nhôm kín và toàn bộ roto là một khối trụ . Nếu máy dùng làm 
động cơ điện thì cần phải đặt thêm dây quấn mở máy kiểu lồng sóc. Vì trên hợp kim 
nam châm rất khó gia công rãnh nên thường phải chế tạo lồng sóc như của động cơ 
KĐB và đặt 2 đĩa nam châm ở hai đầu. Với kết cấu như vậy sẽ đở tốn vật liệu hơn 
thường chế tọa công suất 30-40W . Trong trường hợp dùng như máy phát do không 
cần có dây quấn mở máy công suất có thể lên tới 5-10kW đôi khi là 100kW. 
1.5. Động cơ điện đồng bộ kiểu từ trễ 
 Động cơ điện kiểu từ trễ khác với động cơ điện kiểu nam châm vĩnh cửu ở chỗ 
roto của nó không được từ hóa sẵn mà chỉ được từ hóa khi làm việc dưới tác dụng của 
từ trường quay của stato. Vật liệu chế tạo roto là hợp kim từ cứng có chu trình từ trễ 
rộng. Kết quả của sự từ hóa đó làm từ trường của roto sẽ lệch sau từ trường của stato 
một góc từ trễ có độ lớn phụ thuộc vào momen tác dụng trên trục máy. Ở trường hợp 
động cơ điện, từ trường quay của stato vượt trước từ trường roto và góc từ trễ là âm. 
Ngược lại , ở trường hợp máy phát điện , từ trường của stato chậm sau từ trường roto 
góc từ trễ dương. Momen điện từ sinh ra do hiện tượng từ trễ có dạng như hình đưới , 
nghĩa là không phụ thuộc vào tốc độ . 
1.6. Máy điện đồng bộ cảm ứng (Máy phát cảm ứng tần số cao); 
 Hình 6.3 : Cấu tạo máy phát điện đồng bộ cảm ứng 
 Trong sản xuất , một số thiết bị dùng trong luyện kim , vô tuyến điện, 
hàn.....cần dòng điện xoay chiều một pha hoặc ba pha tần số cao ( 400-3000 Hz). Biện 
 80 
pháp tăng số đôi cực p hoặc tốc độ quay n trong các máy phát đồng bộ để thực hiện tần 
số cao nói trên bị hạn chế do cấu tạo máy hoặc sức bền vật liệu không cho phép. 
Trong trường hợp này phải dùng máy phát cảm ứng có tần số cao gây ra bới sóng điều 
hòa răng của từ trường dập mạnh. Cấu tạo của máy phát điện đồng bộ cảm ứng như 
hình trên. 
 Trong các rãnh lớn ở stato có đặt dây quấn kích từ và trong các rãnh nhỏ đặt 
dây quấn xoay chiều. Roto có dạng bánh xe răng và không có dây quấn. Sự phân bố từ 
trường dọc khe hở như hình dưới . 
 Hình 6.4: Từ trường ở khe hở của máy phát đồng bộ kiểu cảm ứng. 
1.7. Động cơ bước 
 Là loại động cơ quay gián đoạn từng góc độ xác định dưới tác dụng của mạch 
điện xung đặt vào dây quấn stato của máy . Các động cơ bước được dùng trong các 
mạch tự động và điều chỉnh ví dụ như máy cắt gọt làm việc theo chương trình. 
Hình dưới trình bày cấu tạo của động cơ bước đơn, đơn giản nhất có ba đôi cực ở stato 
và hai đôi cực ở roto. 
 Khi dây quấn ở đôi cực 1-1 có dòng điện thì roto có vị trí như hình b . Tiếp theo , khi 
dây quấn ở đôi cực 1-1, 2-2 có dòng điện thì ro to quay đi một góc 150 . Ngắt dòng 
điện trong dây quấn của đôic cực 1-1 thì roto quay tiếp thêm 150 
Góc quay có thê thay đổi được bằng cách tăng giảm số cực hoặc ghép vài đôi statto và 
roto lệch nhau 1 góc nhất định. Với cấu tạo khác nhau, động cơ bước có thể cho các 
góc quay 1800 đến 10 hoặc nhỏ hơn. 
 Hình 6.5: Nguyên lý làm việc của động cơ bước. 
 81 
2. Máy điện một chiều đặc biệt 
 2.1. Máy điện một chiều từ trường ngang 
 Máy điện một chiều từ trường ngang là máy điện một chiều có vành góp dùng 
từ trường phản ứng phần ứng để cảm ứng dòng điện đưa ra tải. Như vậy trong dây 
quấn phần ứng gồm có 2 dòng điện : dòng điệ thứ nhất tạo ra từ trường ngang, dòng 
điện thứ hai đưa ra dùng được tạo nên bởi từ trường ngang đó . 
 Hình 6.6: Cấu tạo máy điện 1 chiều từ trường ngang 
Nguyên lý hoạt động: 
 Giả sử , động cơ sở cấp quay với tốc độ định mức n=nđm và cuộn dây kích thích 
được cấp điện áp Ukt. Khi đó , trong cuộn dây này xuất hiện từ thông , từ thông này 
cảm ứng nên sức điện động E1 ở hai đầu chổi than 1-1 của dây quấn phần ứng. Vì 1-1 
ngắn mạch nên gây ra dòng I1 khá lớn chảy trong dây quấn roto, gây nên từ thông 1, 
dưới tác dụng của 1 sẽ gây nên sức điện động E2 khá lớn, tạo nên điện áp U2 và 
cung cấp ra ngoài một dòng điện I2 nào đó. 
2.2. Máy phát điện hàn 
 Muốn cho mối hàn có chất lượng cao, nhiệt lượng ở mối hàn và dòng điện sinh 
ra nhiệt lượng đó phải ổn định. Để đáp ứng được yêu cầu đó máy phát điện cần phải có 
các đặc tính ngoài U=f có tốc độ cao. 
 Máy phát điện hàn phải thỏa mãn các yêu cầu sau: 
- Duy trì được chế độ ngắn mạch khi người thợ hàn làm việc nổi ngắn mạch các cực 
hàn. 
Phải đảm bảo được trị số dòng điện không đổi khi điện trở hồ quang thay đổi ( chiều 
dài hồ quang thay đổi). 
Để thực hiện điều đó , đặc tuyến ngoài của máy phát điện phải thật dốc. Do đó người 
ta chế tạo loại máy phát điện đặc biết có sơ đồ như sau. 
 82 
 Hình 6.7: Sơ đồ cấu tạo máy phát điện hàn. 
 Máy gồm một đôi cực kép , trong đó N1S1 thường có mạch từ không bão hòa, 
còn N2S2 thì rất bão hòa. 
Phần ứng của máy phát có thể xem như được chia làm 4 phần. Cca phần Ac và Bb tạo 
nên phản ứng phần ứng khử từ đối với cặp cực N1S1 , còn các phần Ab; Bc tạo nên 
phản ứng phần ứng trợ từ đối với các cực N2S2. 
Như vậy kho Iư tăng từ thông các cực N2S2 hầu như không đổi do lõi thép của nó bị 
bão hào. Kết quả là từ thông N1S1 – N2S2 giảm nhanh làm cho điện áp đầu cực UAB 
bị hạ thấp rất nhiều. 
2.3. Máy phát điện một chiều một cực 
 Để khống chế một đối tượng nào đó , tín hiệu có thể dẫn trực tiếp đến đối tượng 
điều khiển không cần qua hệ thống khuếch đại. Cũng có thể tín hiệu được qua bộ phận 
trung gian khuếch đại lên đưa đến đối tượng điều khiển. 
Máy phát điện 1 chiều một cực là một trong những thiết bị trung gian nhận tín hiệu 
đưa đến đối tượng điều khiển nó có nhiệm vụ biến đổi một tín hiệu điện áp hay dòng 
điện nhỏ để khống chế một công suất lớn. 
 Máy phát điện một chiều một cực cũng có thể xem như là một mô hình của máy 
điện khuếch địa, trong đó tín hiệu đầu vào là công suất kích thích Pt và tín hiệu đã 
được khuếch đại là công suất đưa ra ở Pđm ở đầu máy phát. 
2.4. Máy điện một chiều công suất bé 
 83 
 Động cơ điện một chiều công suất bé không thể đạt tới mô men quay cực đại từ 
khi vận tốc còn nhỏ, nó thường được sử dụng để ké tải công suất nhỏ. Một ứng dụng 
khác nữa là để khởi động các loại động cơ xăng hay động cơ điezen loại nhỏ. Tuy 
nhiên nó không bao giờ dùng trong các ứng dụng mà hệ thống truyền động có thể 
dừng (hay hỏng), như băng truyền. Khi động cơ tăng tốc, dòng điện phần ứng giảm 
(do đó cả trường điện cũng giảm). Sự giảm trường điện này làm cho động cơ tăng tốc 
cho tới khi tự phá hủy chính nó. 
 Đây cũng là một vấn đề với động cơ xe lửa trong trường hợp mất liên kết, vì nó 
có thể đạt tốc độ cao hơn so với chế độ làm việc định mức. Điều này không chỉ gây ra 
sự cố cho động cơ và hộp số, mà còn phá hủy nghiêm trọng đường ray và bề mặt bánh 
xe vì chúng bị đốt nóng và làm lạnh quá nhanh. Việc giảm từ trường trong bộ điều 
khiển điện tử được ứng dụng để tăng tốc độ tối đa của các phương tiện vận tải chạy 
bằng điện. Dạng đơn giản nhất là dùng một bộ đóng cắt và điện trở làm yếu từ trường, 
một bộ điều khiển điện tử sẽ giám sát dòng điện của động cơ và sẽ chuyển mạch, đưa 
các điện trở suy giảm từ vào mạch khi dòng điện của động cơ giảm thấp hơn giá trị đặt 
trước. 
 Khi điện trở được đưa vào mạch, nó sẽ làm tăng tốc động cơ, vượt lên trên tốc 
độ thông thường ở điện áp định mức. Khi dòng điện tăng bộ điều khiển sẽ tách điện trở 
ra, và động cơ sẽ trở về mức ngẫu lực ứng với tốc độ thấp. 
 84 
 ÔN TẬP 
1. Cấu tạo nguyên lý làm việc của máy biến áp, máy điện không ddoognf bộ, máy điện 
đồng bộ, máy điện một chiều, máy điện đặc biêt? 
2. Nêu điều kiện hòa đồng bộ máy phát điện đồng bộ ba pha? 
3. Nêu điều kiên ghép và vẽ sơ đồ ghép các máy biến áp 3 pha? 
4. Nêu đặc điểm củ các máy điện đồng bộ đặc biệt? 
 XÁC NHẬN KHOA 
 85 
 Bài giảng mô đun “ Máy điện ” đã bám sát các nội dung trong chương trình 
môn học, mô đun. Đáp ứng đầy đủ các nội dung về kiến thức, kỹ năng, năng lực tự chủ 
trong chương trình môn học, mô đun. 
Đồng ý đưa vào làm Bài giảng cho mô đun Máy điện thay thế cho giáo trình. 
 Người biên soạn Lãnh đạo Khoa 
 ( Ký, ghi rõ họ tên) ( Ký, ghi rõ họ tên) 
 Nguyễn Thị Thanh Hoa Đỗ Xuân Sinh 
 86