1. PHẦN 2 – VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU CHƯƠNG 5 MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN
  2. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN 1. TỪ TRƯỜNG MÁY ĐIỆN 1.1. Từ trường chính và từ trường tản Trong máy điện, các cực từ có cực tính khác nhau được bố trí xen kẽ nhau. Từ thông đi từ cực bắc N qua khe hở và vào phần ứng rồi trở về hai cực nam N nằm kề bên. Phần lớn từ thông dưới mỗi cực từ đi qua khe hở vào phần ứng, có một phần rất nhỏ từ thông không qua phần ứng mà trực tiếp qua các cực từ bên cạnh, gông từ, nắp máy ...
  3. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN Phần từ thông đi vào phần ứng gọi là từ thông chính hay từ thông khe hở Φ0, cảm ứng sđđ trong dây quấn khi phần ứng quay và tác dụng với dòng điện trong dây quấn để sinh ra mômen. Đây là phần chủ yếu của từ thông cực từ ΦC. Phần từ thông không đi qua phần ứng gọi là từ thông tản Fs. Nó không cảm ứng sđđ và sinh ra mômen trong phần ứng song nó vẫn tồn tại làm cho độ bảo hòa từ của cực từ và gông từ tăng lên. Từ thông của cực từ bằng:   c   0      0 (1  )   0 0  Với:   1  – hệ số tản từ của cực từ chính (σ = 1,15 ÷ 1,28) 0
  4. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN 1.2. Stđ cần thiết để sinh ra từ thông Cần phải có stđ F0 để sinh ra từ thông chính Φ0. Stđ này do số ampe vòng trên đôi cực từ của máy điện sinh ra. Theo định luật toàn dòng điện:  H.dl  N.i L Đối với một đôi cực: F0   N.i   H.l F0  2H   2H r h r  H u lu  2H clc  H g lg F0  F  Fr  Fu  Fc  Fg trong đó, các chữ nhỏ δ, r, ư, c, g chỉ khe hở, răng, phần ứng, cực từ và gông từ; h - chỉ chiều cao và l - chỉ chiều dài
  5. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN Cường độ từ trường được tính theo công thức: B H  Với B = Φ / S – từ cảm trên các đoạng mạch từ và Φ, S và µ lần lượt là từ thông, tiết diện và hệ số từ thẩm của các đoạn mạch từ. Trong không khí µ = 4π.10-7H/m. Tong lõi thép thì µ không phải là hằng số, vì vậy tìm trực tiếp H theo đường cong từ hóa của vật liệu B = f(H)
  6. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN 1.3. Tính stđ khe hở Fδ Stđ ở khe hở: 2 F  B k  0 Trong đó: µo = 4π.10-7H/m hệ số từ thẩm của không khí; Bδ từ cảm khe hở không khí ứng với từ thông chính Φ0 : 0 B    .l với: αδ – hệ số tính toán của cụm cực từ; αδ = bc/τ = 0,62 - 0,72. τ – bước cực từ.
  7. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN lδ là chiều dài tính toán của phần ứng lδ = 0,5 (lt – l) Với lt - chiều dài cực từ theo trục, l - chiều dài lõi sắt phần ứng không tính rãnh thông gió. l = l1 - ng.bg Còn l1 chiều dài thực lõi sắt; ng,bg số rãnh và bề rộng rãnh thông gió kδ hệ số khe hở liên quan đến răng rãnh, tính theo công thức: t1  10 k  b r1  10 với t1 và br1 là bước răng và bề rộng của đỉnh răng.
  8. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN 1.4. Tính stđ răng FZ Từ cảm tính toán của răng Brx ở độ cao x của răng có thể tính như sau:  t Bl t1 Brx   Srx b rx l1k c trong đó: Φt = Bδlδt1 từ thông đi qua một bước răng t1. lδ , l1 - chiều dài tính toán và chiều dài thực của lõi sắt. brx - chiều rộng của răng ở độ cao x. kc - hệ số ép chặt. t1 - bước răng của phần ứng.
  9. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN Trong thực tế tính toán stđ răng, chỉ cần tính H ở ba điểm trên chiều cao của răng ở tiết diện trên, giữa và dưới của nó là H r1, Hr.tb, Hr2. Trị số tính toán của cường độ từ trường trung bình: 1 H r  (H r1  4H r.tb  H r 2 ) 6 Stđ răng đối với một đôi cực từ bằng: Fr  2Hr h r Thường để đơn giản hơn, ta chỉ xác định từ cảm B và cường độ từ trường H ở tiết diện cách chân răng là h z/3 làm trị số trung bình để tính toán: Fr  2H 1 h r z 3
  10. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN 1.5. Tính stđ ở lưng phần ứng Từ cảm ở lưng phần ứng: u 0 Bu   Su 2h u l1k c trong đó: Φư = Φ0/2 từ thông phần ứng. Sư = hư l1kc tiết diện lưng phần ứng. hư – chiều cao phần ứng. Từ B ta tìm được H theo đường cong từ hóa B = f(H). Stđ trên lưng phần ứng: Fu  Hu lu
  11. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN 1.6. Tính stđ trên cực từ và gông từ Từ thông dưới cực từ:  c   0 t 1 1 Từ thông trong gông từ:  g   c   0 t 2 2 c g Từ cảm cực từ và gông từ: Bc  ; Bg  Sc 2.Sg trong đó: Sc, Sg là tiết diện cực từ và gông từ. Từ đường cong từ hóa của vật liệu chế tạo cực từ và gông từ, ta tìm được cường độ từ trường cực từ Hc và gông từ Hg .
  12. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN Stđ trên cực từ và gông từ: Fc  2Hch c ; Fg  Hglg Trong đó: hc chiều cao cực từ ; lg chiều dài trung bình của gông từ.
  13. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN 1.7. Đường cong từ hóa Muốn có từ thông Φ0 cần có stđ kích từ F0. Quan hệ Φ0 = f(F0) là quan hệ của đường cong từ hóa của máy điện. Khi từ thông tăng lên lõi sắt bão hòa, nên đường cong từ hóa nghiêng về bên phải. Kéo dài phần thẳng của đường cong từ hóa ta được quan hệ F0 = f(Fδ) Khi Φ0 = Φ0 định mức thì stđ khe hở bằng đoạn ab còn đoạn bc là s.t.đ rơi trên các phần sắt của mạch từ.
  14. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN Lập tỉ số: F0 ac k   F ab Với kµ - hệ số bão hòa của mạch từ, thường bằng từ 1,1÷1,35.
  15. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN 2. DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU 2.1. Khái niệm chung Dây quấn của máy điện quay được bố trí ở hai bên khe hở trên lõi thép của phần tĩnh hoặc của phần quay. Nó là bộ phận chính để thực hiện sự biến đổi năng lượng cơ điện trong máy. Một cách tổng quát có thể chia dây quấn máy điện quay ra làm hai loại : dây quấn phần cảm (dây quấn kích từ ); dây quấn phần ứng. Dây quấn phần cảm có nhiệm vụ sinh ra từ trường ở khe hở lúc không tải. Từ trường này trong các máy điện quay thường có cực tính thay đổi, nghĩa là bố trí cực N và S xen kẽ nhau.
  16. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sđđ nhất định khi có chuyển động tương đối trong từ trường khe hở và tạo ra stđ cần thiết cho sự biến đổi năng lượng cơ điện. Rõ ràng rằng nếu từ trường khe hở có cực tính thay đổi thì sđđ cảm ứng là sđđ xoay chiều.
  17. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN Nếu các cực từ N và S xen kẽ nhau quanh khe hở, dây quấn phần ứng được hình thành từ tổ hợp các bối dây (phần tử) với nhau.
  18. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN Mỗi bối dây của dây quấn xếp hoặc dây quấn sóng gồm có N vòng dây. Các phần ab, cd được đặt trong rãnh của lõi thép gọi là các cạnh tác dụng, còn ad, bc nằm ngoài rãnh gọi là phần đầu nối.
  19. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN Yêu cầu của dây quấn: • Đối với dây kích từ thì tạo ra từ trường hình sin ở khe hở, còn dây quấn phần ứng đảm bảo có sđđ và dòng điện tương ứng với công suất điện từ của máy. • Kết cấu dây quấn phải đơn giản. • Ít tốn nguyên vật liệu. • Bề về cơ, điện, nhiệt, hóa. • Lắp ráp và sửa chữa dễ dàng.
  20. CHƯƠNG 5: MẠCH TỪ VÀ DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN 2.2. Các đại lượng dặc trưng của dây quấn máy điện xoay chiều a. Bước cực: Khoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp nhau Z  2p Trong đó: Z – số rãnh, 2p – số cực từ. b. Bước dây quấn y1 : Khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của một phần tử Z y1   2p