Giáo trình Máy điện 1 (Bản mới)

ậy nên đoạn dây chung có thể quấn dây có tiết diện bé hơn, điều này tiết kiệm được dây đồng.. * Sự truyền đạt công suất bằng 2 đường như sau: U1 W1 W2 U2 I1 I2 U2 Z W2 W1 Hình 8.1: Sơ đồ mạch điện máy biến áp tự ngẫu U1 U U2 I2 A1 X AI1 I2 AI1 X x U1 W1 W2 aA1 Hình 8.2 : Sơ đồ mạch điện 44 W1 W2 Zt U2 I2 I1 I U1 X U I I1 I2 U2 Zt I1 C U1-U2 I1 A1 X a) b) U2 ZtIW2 I2A1 I1 I1 U2 U1-U2 I1 W1-W2 W1-W2 U1-U2 U2 Zt I=I - I W2 U2 I1 I1A1 x Zt I1 1 2 c) d) Hình 8.3: Sơ đồ chứng minh sự truyền đạt công suất của máy biến áp tự ngẫu Theo nguyên lý xếp chồng dòng điện. Trong đoạn CA1 ta tách hai dòng I1 từ (hình 8.3.a) ngược nhau thành (hình 8.3.b), nếu quan niệm cuộn dây có số vòng (W1 - W2 ) là cuộn sơ cấp, thì cuộn dây thứ cấp W2 có thể tách tiếp từ (hình 8.3.c) thành (hình 8.3.d).Trên (hình 8.3.d) ta thấy thứ cấp được tách thành 2 phần: - Truyền theo con đường từ trường trong đó cuộn sơ cấp là (W1 - W2 ) điện áp đặt vào sơ cấp là (U1 – U2). Dòng điện sơ cấp và thứ cấp là I1 và I = I2 – I1; còn cuộn thứ cấp là W2, điện áp là U2 Thật vậy: nếu bỏ qua tổn hao không tải I0  0 thì từ phương trình cân bằng từ ta có: (W1 - W2 )I1 = (I2 – I1)W2 Hay W1I1 – W2I1 = W2I2 – W2I1  W1I1 = W2I2 Điều này trở về với máy biến áp bình thường. - Công suất truyền theo con đường dẫn trực tiếp: Từ nguồn U2 truyền qua tải theo dây dẫn, dòng là I1; * Công suất dẫn: Sd = U2I1 = U2 2 1 2 1 . I I S I K  Công suất từ: St =(U1 – U2)I1 = U2(I2 – I1) = U2I2 – U2I1 = S-S 1 1 (1 )S K K   Như vậy công suất tổng của biến áp là: 45 u U1 -U2U2 W Hz V W1 U1 W2 St = Sd + St = 1 1 2 2 1 1 (1 )S S S U I U I K K      4) Ưu nhược điểm: - Tiết kiệm được dây đồng và lõi thép so với máy biến áp thường cùng công suất, vì S truyền theo 2 con đường. - Tổn hao trong lõi thép và dây quấn bé hơn. - Mọi sự thay đổi nhiễu loạn bên phía sơ cấp đều ảnh hưởng sang phía thứ cấp, nhất là khi K càng lớn. - Không an toàn cho người vận hành, sử dụng khi tiếp xúc với thứ cấp. - Điện áp ngắn mạch nhỏ, nên giá trị dòng ngắn mạch lớn 5 ) Ứng dụng: - Thực tế có thể thay đổi K bằng cách thay đổi W1 hoặc W2 để thay đổi được điện áp bằng các con trượt để dùng cho sinh hoạt, dân dụng. - Dùng để khởi động cơ điện, hoặc trong các lĩnh vực điều khiển, đo lường và thí nghiệm. II) Biến áp đo lường: 1) Khái niệm: Để đo các giá trị điện áp cao, người ta dùng một biến áp hạ áp có K>>1. Đó là biến áp đo lường.W1>>W2 2) Đặc điểm: - W1>>W2 =>K>>1 - Làm việc ở chế độ không tải, hoặc tải có nội trở vô cùng lớn như các đồng hồ vôn mét, hec mét, cuộn U của Woat met 1 1 1 20 2 20 W W U K U KU U     : K được chuyển đổi qua các vạch chia độ của đồng hồ đo, do đó căn cứ số chỉ trên đồng hồ, biết được điến áp U1 cần đo. - Điện áp U2 thường chuẩn hóa U20 = 100v - Thứ cấp nối mát để an toàn cho người sử dụng - Sai số điện áp : coi I2  0 Hình 8.5: Đồ thị véc tơ biểu thị sai số góc 20 1 1 % .100 KU U U U    Trong đó: KU20 là giá trị điện áp đọc được trên đồng hồ; U1: Điện áp thực cần đo. Tuỳ theo sai số mà chia thành các cấp chính xác: % : 0,5%; 1% ; 3% : 0,5 ; 1 ; 3 U CCX     Sai số góc : u là góc lệch giữa véc tơ U1 và véc tơ (-U2). u thường đo bằng phút Ví dụ nếu CCX là 0,5 và 1 ; thì u = 20’ và 40’. Nếu u càng nhỏ thì máy biến áp đo lường có chất lượng càng tốt. III. Máy biến dòng điện (biến dòng) 1) Khái niệm : Là máy biến áp tăng áp có K<<1 tức W1<<W2 . Hình 8.4: Sơ đồ máy biến áp đo lường 46 I I1 -I2I2 W A W2 W1I1 K Được dùng để hạ dòng điện cao xuống dòng điện thấp hơn để sử dụng cho các đồng hồ đo lường. Hình8.6: Sơ đồ máy biến dòng và sai số góc của nó 2) Đặc điểm và các thông số : - K<<1  W1<<W2 . - Làm việc ở chế độ ngắn mạch, hoặc tải có nội trở vô cùng bé Z 0 , vì coi I0  0. Nên gần đúng ta có: W1I1=W2I2 Suy ra: I1= 2 2 2 1 W . . W bd I K I I1 là dòng cần đo KbdI2 dòng chỉ trên đồng hồ đo, thông qua các thang chia độ. - Dòng thứ cấp thường chuẩn hoá I2= 5A - Thứ cấp nối mát để an toàn cho người sử dụng. - Sai số dòng điện : 2 1 1 . % .100bd K I I I I    - Sai số góc dòng điện . . 1 2( )i I I   , thường đo bằng phút. - Người ta chia biến dòng thành các CCX, i sau : ∆I% 0,2% 0,5 10% CCX 0,2 0,5 10 бi 10’ 40’ 80’ * Chú ý sử dụng: Khi tháo đồng hồ ra để thay thế, sửa chữa cần ngắn mạch thứ cấp bằng công tắc K vì:Từ phương trình cân bằng sức từ động: W1I0 = W1I1 + W2I2 Do đó nếu hở mạch thứ cấp thì I2 = 0 do đó: W1I0 = W1I1  hay I0 = I1 rất lớn sẽ gây bão hoà từ lõi thép và đốt nóng lõi thép. Từ thông có thành phần bậc cao và cảm ứng ra sức điện động bậc cao có điện áp rất lớn ở thứ cấp rất lớn, gây đánh thủng cách điện, do E 20 đạt tới hàng vạn vôn, làm hỏng máy biến áp. * Ứng dụng để chế tạo ra thiết bị đo dòng điện gọi là am pe kìm để đo dòng điện rất thuận tiện. * Không mắc cầu chì trong mạch thứ cấp. IV. Biến áp hàn Là máy biến áp hạ áp KW2. Tuỳ theo phương pháp hàn hoặc phương pháp điều chỉnh dòng hàn mà cấu trúc khác nhau. Nhưng nhìn chung tương tự biến áp thường, chỉ khác là cuộn W2 thường quấn bên ngoài để dễ phát nhiệt cho W2 vì có I2 rất lớn. 47 - Điện áp thứ cấp nhỏ : U20 = (60  70)V ; U2đm = (30  35)V - Làm việc ở chế độ ngắn mạch - Để đảm bảo cho hồ quang ổn định, người ta phải tạo cho đặc tính ngoài thật dốc bằng cách tạo ra từ thông tản lớn hoặc mắc thêm cuộn kháng L. - Để điều chỉnh dòng hàn cho phù hợp người ta có thể điều chỉnh giá trị của cuộn kháng, hoặc thay đổi khe khí của lõi thép, hoặc mắc thêm sun từ có thể điều chỉnh được khoảng cách sun từ. I1 1U W1 W2 l2 I2ng 20I U2 2I Hình 8.7 :Sơ đồ và đặc tính ngoài của máy biến áp hàn 48 PHẦN 2 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ( DỊ BỘ ) CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC I.1 Khái niệm chung. 1) Định nghĩa: Máy điện không đồng bộ (Dị bộ ) là máy điện xoay chiều quay, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của roto(n) khác với tốc độ từ trường quay (n1) trong máy. Tức là : n  n1 . 2) Phân loại: a/ Theo chức năng: - Động cơ dị bộ . - Máy phát dị bộ. - Máy hãm dị bộ . b/ Theo số pha: 1 pha, 2 pha, 3 pha. c/ Theo cấu tạo rô to : - Có cổ góp.(đặc biệt ). - Không cổ góp : +/ Rôto dây quấn. +/ Rôto lồng sóc: Đơn; Kép; Rãnh sâu. d/ Ngoài ra còn phân loại theo kiểu làm mát: Kín ; Hở ; Nửa kín nửa hở. 3) Phạm vi sử dụng: Chủ yếu là động cơ 3 pha và 1 pha nhất là loại rôto lồng sóc vì loại động cơ này có nhiều ưu điểm so với động cơ 1 chiều và động cơ đồng bộ. 4) Các đại lưọng định mức: - Công suất định mức Pđm (KW) : Là công suất đưa ra trên trục động cơ. - Dòng điện dây và điện áp dây định mức (Iđm, Uđm). - Cách đấu dây Y, . - Tốc độ quay định mức nđm ( vg/ph). - Hiệu suất định mức đm, hệ số cosđm. - Nước sản xuất, năm sản xuất. * Chú ý: Có thể tính toán các đại lượng và thông số khác: Công suất tiêu thụ từ lưới: dm dm dmdmdmdm P IUP    cos31 . Hay nđm = 9,554. đm           dm dm dm dm dm dm dm n P phvgn WP srad WP mNM 554,9 /.104,0 ¦ / ¦ .          phvgn WPmNM mKGM dm dmdm dm / ¦ 975,0 8,9 . .  I.2 Cấu tạo máy điện không đồng bộ Gồm 2 phần cơ bản : - Phần tĩnh ( Stato). - Phần quay (Rôto). 49 A C B 1 23 4 5 1 thÕp 6-8 cm1cm   Hình 1.1 Lõi thép của Stator và Rôtor 1: Startor; 2: Dây quấn; 3: Rôto; 4: Trục máy; 5: Lỗ thông gió 1) Phần tĩnh – Stato: Bao gồm: - Vỏ máy: Nhiệm vụ là bảo vệ, và gá lắp lõi thép. Vỏ máy thường bằng gang đúc, hay hợp kim thép, máy công suất bé có thể làm bằng nhôm. 2 đầu vỏ máy có 2 nắp máy máy để đỡ 2 vòng bi.Bên ngoài vỏ với động cơ công suất lớn có các cánh tản nhiệt để làm mát máy. - Lõi thép: Nhiệm vụ của lõi thép là mạch từ dùng để dẫn từ trường và dùng để quấn dây trên lõi thép. Lõi thép được chế tạo từ các lá thép KTĐ có độ dày từ 0,35 mm đến 0,5 mm đựơc ghép cách điện với nhau để tránh dòng xoáy FuCô. Các lá thép được ghép lại thành 1 hình trụ rỗng , chu vi mặt trong được đục các rãnh đều đặn để đặt dây . Nếu chiều dài lớn, lõi thép chia thành nhiều thếp , mỗi thếp dài từ (6 – 8) cm ; các thếp cách nhau 1cm để làm mát lõi thép . - Dây quấn: ( học cụ thể sau ) - Dây quấn là mạch điện , làm bằng đồng bọc cách điện , êmay quấn rải đều trên toàn bộ chu vi mặt trong của lõi thép, nếu là dây quấn 3 pha, thì 3 cuộn đặt lệch nhau 1200 không gian . 2) Phần quay – Rôto Bao gồm : - Trục máy: Đỡ rôto , làm bằng thép , hợp kim của thép có độ bền cơ cao , 2 đầu trục là 2 vòng bi . - Lõi thép: Tương tự lõi thép stato, chỉ khác là các rãnh được đục đều trên chu vi mặt ngoài . - Dây quấn: có 2 loại : +) Dây quấn của rôto dây quấn: Giống như dây quấn của stato, và thường nối sao, 3 đầu đưa ra 3 vành trượt trên rôto. Dây quấn cách điện với lõi thép . +) Dây quấn rôto lồng sóc ( đơn , kép , rãnh sâu ) Thường là dây quấn bằng nhôm, cụ thể là các thanh nhôm, hoặc đôi khi là thanh đồng đặt trong các rãnh của lõi thép rôto, và chúng không cách điện với lõi thép . 2 đầu của các thanh nhôm Hình 1.2:Cấu tạo rôto lồng sóc 50 được hàn chặt vào 2 vòng ngắn mạch , do đó còn gọi là rôto ngắn mạch , hoặc rôto lồng sóc . Nếu loại lồng sóc kép thì rôto gồm 2 lồng , còn rôto lồng sóc rãnh sâu thì rãnh có kích thước chiều sâu lớn chiều rộng nhiều lần . Sau đây là sơ đồ nguyên lý và mạch điện của 2 loại : Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý động cơ Rôto dây quấn 3) Phần khe khí và các phần còn lại khác: - Khe khí giữa stato và rôto rất nhỏ,  = ( 0,2 – 1) mm.  càng nhỏ thì I0 càng nhỏ và cos càng cao . - Các bộ phận khác: Cánh quạt làm mát, trụ đấu dây, đế máy, nắp mỡ vòng bi, nếu là loại rôto dây quấn thì còn có 3 chổi than tì lên 3 vành trượt để đưa RP vào rôto. CBA A B C Hình 1.3 : Sơ đồ nguyên lý động cơ Rôto lồng sóc a b c A B C CBA b ca 51 I.3. Từ trường quay trong máy điện không đồng bộ 3 pha 1. Sự hình thành từ trường quay Điều kiện để có từ trường quay: - Quay 1 từ trường không đổi với tốc độ n1 - Cấp nguồn 3 pha đối xứng vào cuộn dây 3 pha đối xứng. Sau đây, xét cho trường hợp thứ 2: Giả sử đặt điện áp 3 pha vào stato của máy điện dị bộ 3 pha, thì trong cuộn dây stato xuất hiện hệ thống dòng điện 3 pha : iA = Im sinωt iB = Im sin (ωt - 120) IC = Im sin (ωt - 240 0) Đơn giản xét cho máy điện có 3 cuộn dây AX, BY, CZ có số cặp cực là p=1. Quy ước chiều dòng điện và tổng hợp chiều từ thông bằng quy tắc vặn nút chai ta có : + + + N S Y A B X N F () C X B A Y S N + + + ()F + + + A Y C X B()F ZZ Z 01 902 t     2 2 2 3 t      3 4 2 3 t      B (F) (F) B B (F) A A C B A C Hình1.6: Tổng hợp từ truờng tại các thời điểm khác nhau Trên cơ sở qui ước, và kí hiệu chiều dòng điện và tổng hợp từ trường theo quy tắc vặn nút chai ta được véc tơ stđ F hoặc  tổng như hình vẽ. iA iB iC i t t1 t1 t1 0 Hình 1.5 Quan hệ dòng 3 pha theo thời gian 52 R S T R S T n1 n n1 n Kết luận: véc tơ tổng có 2 cực N, S đang quay theo chiều kim đồng hồ. Nếu p = 1: thì góc cơ là  cơ =  điện p = 2: thì  cơ = 2 niÖ® p : thì  cơ = p ® Muốn có từ trường quay nhiều cực (P>1), thì cuộn dây của từng pha stato phải chia thành nhiều phần mắc nối tiếp nhau, lúc đó giữa góc điện và góc cơ khác nhau đ   c, Tổng hợp tương tự ta có từ trường quay nhiều cực. 2. Các tính chất của từ trường quay a. Tốc độ từ trường quay: Kí hiệu là n1 = P f60 1 (vòng/phút): Thật vậy : - Nếu p = 1; Thì khi dòng điện biến thiên được 1 chu kì, từ trường quay quay được 1 vòng tức n1 = 1 (vòng). Do đó nếu tần số dòng điện là f1 thì có nghĩa là trong 1 giây tốc độ từ trường quay là n1 = f1 (Vòng / giây). - Nếu p = 2; Tương tự khi dòng điện biến thiên được 1 chu kì, thì n1 = 2 1 vòng và nếu tần số dòng điện là f1 thì n1 = 2 1f (vòng/giây)  Tổng quát: Nếu số cặp cực là p thì tốc độ từ trường quay là n1 = P f1 (vòng/s); Hay tính theo đơn vị vòng/phút thì : n1 = P f60 1 (vòng/phút). b. Biên độ của từ trường quay Biên độ của từ trường quay là không đổi và bằng 3/2 từ trường cực đại của 1 pha: fm = 2 3 FmA ; F = Fmsincot = 2 3 FmAsincot. Thật vậy: Giả sử xét cho từ trường xuyên qua pha AX, thì vì các pha BY, CZ lệch với pha A một góc là 1200, 2400 nên từ trường tổng xuyên qua pha A sẽ là: F = FA + FBcos (-120 0) + FCcos (-240 0) Hay: F = FA - 2 1 FB - 2 1 FC = FA - 2 1 (FB + FC). Vì điện áp và dòng điện 3 pha là đối xứng, nên từ thông cũng đối xứng và: FA + FB + FC = 0 Hay : FA = - (FB + FC). Do đó: F = FA - 2 1 (-FA) = 2 3 FA . Vậy nếu: FA = FAmsincot thì : F = 2 3 FAm.sincot. Do đó Fm = 2 3 FAm Hình 1.9 : Sơ đồ đảo chiều từ trường quay Y1 C1 X1 B1 Z2 A1 Y2 C2 X2 B2 Z1 A2 NS SN Hình 1.7: Từ trường quay nhiều cực 53 c. Chiều quay của từ trường quay: Nếu đảo thứ tự 2 trong 3 pha cho nhau, 1 pha giữ nguyên thì chiều từ trường quay đảo chiều. Tính chất này được chứng minh tương tự mục 1 và nó được áp dụng để đảo chiều quay động cơ điện 3 pha. II. 4.Nguyên lý làm việc của máy điện dị bộ - các chế độ công tác của nó 1. Chế độ động cơ (0<n<n1) (0 < s <1) Khi đặt điện áp 3 pha đối xứng hình sin vào 3 pha Stato cuộn dây máy diện dị bộ 3 pha .Thì trong cuộn dây xuất hiện hệ thống dòng điện i3 pha. Do đó trong Stato hình thành từ trường quay, quay với tốc độ n1 = P f 160 . Từ trường quay này sẽ quét lên các thanh dẫn (dây quấn) rôto, do đó theo định luật cảm ứng điện từ, trên dây dẫn rôto xuất hiện sức điện động xoay chiều e2( có chiều xác định bằng quy tắc bàn tay phải). Nếu rôto kín mạch, thì e2 sinh ra dòng điện i2, dòng điện i2 lại sinh ra từ trường quay rôto, từ trường này cộng với từ trường stato thành từ trường quay tổng, còn gọi là từ trường khe khí f= f1 + f2. Từ trường tổng f tác động với dòng điện i2 chạy trong thanh dẫn rôto tạo ra lực F (có chiều xác định bằng quy tắc bàn tay trái). Lực sinh ra mô men quay M, làm quay rôto với tốc độ n, tốc độ rôto tăng dần lên, đến khi n = n1 thì không có sự chuyển động tương đối giữa từ trường quay và thanh dẫn rôto, nên e2 = 0, i2 = 0, F = 0, M = 0, nhưng theo theo quán tính cơ học thì tốc độ giảm dần, tức n < n1. Tương tự lúc đó e2  0; i2  0; F  0, M  0. Quá trình cứ như vậy n < n1. Để đặc trưng cho sự không đồng bộ nói trên, người ta đưa ra khái niệm hệ số trượt (độ trượt) s = 100.%; 1 1 1 1 n nn s n nn    1 S M¸y h·m§éng c¬M¸y ph¸t 0 Hình 1.10: Biểu diễn độ trựơt theo các chế độ Ở chế động cơ dị bộ: 0 < s <1, n < n1 và n1 , n quay cùng chiều. Dùng quy tắc bàn tay phải, quy tắc bàn trái để xác đinh SĐĐ e2, lực F và từ đó xác định được chiều của tốc độ n, có chiều cùng chiều với chiều của M; (Hình vẽ) Như vậy máy điện dị bộ đã biến năng lượng điện nhận từ lưới thành cơ năng trên trục động cơ. 2. Chế độ máy phát dị bộ: (s n1) n1 F M n MS/C Φ Hình 1.9: Nguyên lý của chế độ động cơ 54  M n + n1 F -Là chế độ tốc độ quay rôto, n cùng chiều với chiều từ trường quay n1 và n > n1 bằng cách dùng 1 động cơ sơ cấp bên ngoài quay rôto với tốc độ n, cùng chiều với n1 và n >n1. Lúc đó dùng quy tắc bàn tay phải, quy tắc bàn tay trái để xác định chiều e2, F2 và mô men M, ta thấy mô men M ngược chiều với mô men động cơ sơ cấp Ms/c và ngược chiều n, nó có tác dụng cản trở chuyển động rôtô. Dòng điện i2 đảo chiều so với chế độ động cơ. Máy điện đã biến cơ năng nhận được từ động cơ sơ cấp thành điện năng trả về lưới điện. Tuy nhiên vẫn nhận năng lượng điện dưới dạng công suất phản tác dụng Q từ lươí để tạo ra từ trường quay. Do P > 0; Q < 0. Tức là máy muốn phát ra công suất tác dụng trả về lưới thì máy vẫn phải nhận công suất phản tác dụng từ lưới. Đây là hạn chế của máy phát dị bộ, nên chế độ này không được sử dụng. Trong thực tế, chế độ này có thể xảy ra khi động cơ dị bộ hạ các vật có trọng lượng nặng, hoặc khi chuyển từ tốc độ cao xuống tốc độ thấp để thay đổi tốc độ quay rôto. Chế độ đó còn gọi là chế độ hãm tái sinh của động cơ dị bộ. 3. Chế độ máy hãm dị bộ: (s > 1; n < 0) Là chế độ rôto quay ngược chiều với chiều với chiều từ trường quay n1. tức n < 0 bằng cách dùng 1 động cơ sơ cấp bên ngoài quay rôto ngược chiều với chiều từ trường quay n1 . (s >1) Xác định tương tự ta cũng thấy chiều của lực F và mômen M ngược chiều với n và Ms/c, có tác dụng cản trở lại chuyển động của rôto và động cơ sơ cấp, làm hãm rôto lại, hay chế độ này còn gọi là chế độ máy hãm dị bộ, lúc này máy đã biến đổi cơ năng nhận từ động cơ sẽ cấp và năng lượng phản tác dụng Q từ lưới thành điện năng dưới dạng tổn hao nhiệt độ trong dây quấn máy điện, chủ yếu là tổn hao trên dây quấn rôto (ΔPcu2). Trong thực tế chế độ này có thể xảy ra khi động cơ cần đảochiều quay rôto, hay khi động cơ nâng các vật nặng mà được thêm điện trở phụ quá lớn vào mạch rôto dây quấn. Chế độ đó còn gọi là chế độ hãm nối ngược. M MS/C  n F n1 . Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý máy phát 55 Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý máy hãm CHƯƠNG 2: DÂY QUẤN PHẦN ỨNG CỦA MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Một số khái niệm về dây quấn 1. Phân loại dây quấn a. Theo số pha: 1,2,3 pha (ở dây xét cho dây quấn 3 pha ) b. Theo số lớp: 1,2 lớp. c. Theo bước dây quấn: - Bước đủ: y1 =  (Bước cực) - Bước ngắn: y1 <  ( Dùng cho dây quấn 3 pha ) - Bước dài: y1 > ( Dùng cho dây quấn 3 pha ) d. Theo hình dạng của phần tử dây: - Dây quấn hình xếp (rế) - Dây quấn hình sóng - Dây quấn đồng tâm: 1,2,3 mặt phẳng - Dây quấn đồng khuôn. e. Theo vùng pha (q) - Dây quấn chẵn (có q là số nguyên) - Dây quấn lẻ (có q là phân số) 2. Nguyên lý tạo nên dây quấn máy điện xoay chiều 3 pha 2.1. Cách đặt dây: Nếu máy điện có số pha là m, thì các pha phải đặt lệch nhau một góc cơ (góc không gian ) là : αcơ = m 2 độ. * Nếu số cặp cực p = 1 và m = 3 thì αcơ = αđ = 120 0 * Nếu số cặp cực p = 2 và m = 3 thì αcơ = αđ /2 = 60 0 * Tổng quát: Nếu số cặp cực là p, và m = 3 thì: αcơ = αđ /3p = mp 2 + A Y C X Z B Y2 C2 X2 B2 Z1 A2 Y1 C1 X1 B1 Z2A1 A2 C2 A1 B1 B2 C1 + + Hình 2.: Sơ đồ bố trí trục của các cuộn dây 56 N S   2.2. Phần tử cuộn dây (bin dây, môbin dây): Là 2 cạnh của vòng dây đặt ở 2 rãnh khác nhau. Bin dâycó thể có một vòng dây, hoặc nhiều vòng dây. Để dễ quansát thường người ta kí hiệu là 1 vòng dây.(hình vẽ) Để sức điện động của 2 cạnh tác dụng của cùng 1 môbin cộng với nhau thì 2 cạnh tác dụng của 1 môbin phải đặt dưới 2 cực khác tên. Nếu p = 1, m = 3 thì dưới 1 cực phải có 3 cạnh tác dụng của 3 môn bin khác nhau của 3 pha tương ứng. 2.3. Bước cực  : Là khoảng cách chiều rộng của 1 cực, được tính bằng số rãnh  = p Z 2 ; Trong đó: Z: là số rãnh trong toàn bộ chu vi, P: là số cặp cực. 2.4. Bước phần tử dây, (Bước dây quấn): y1 Là khoảng cách tính bằng số rãnh giữa 2 cạnh tác dụng của 1 môbin dây. y1 =  +  =  p Z 2 2.5. Vùng pha: q Là số rãnh của 1 pha dưới 1 cực. Như vậy dưới 1 cực có q rãnh của pha A, q rãnh phacủa B và q rãnh của pha C. q = pm Z m 2   2.6. Tổ bối dây (nhóm các môbin dây) Tổ nối dây được hình thành do việc đấu nối tiếp các phần tử dây. Các tổ bối dây lại có thể đấu nối tiếp, song song hoặc hỗn hợp để tạo thành dây quấn của 1 pha theo yêu cầu của số cặp cực P Ví dụ: A X A X M« bin Tæ bèi d©y AX: D©y quÊn cña 1 pha A R·nh a R·nh b Hình 2.2: Sơ đồ một phần tử dây Hình 2.3: Biểu diễn bước cực y1  qa qb qc Hình 2.4: Bước dây quấn và biểu diễn vùng pha Trong đó:  = 0: Bước đủ  > 0: Bước dài  < 0: Bước ngắn 57 2p=4(p=2) 2p=2(p=1) 2p=2(p=1) Hình 2.5: Sơ đồ đổi nối cực Chú ý: Khi đấu song song: Hình thành số cặp nhánh song song: a Đấu nối tiếp: Thì a = 1 2.7. Góc không gian và góc điện cơ: Là góc giữa 2 rãnh trong không gian : Zc   2  điện: Là góc điện giữa các véc tơ sức điện động của các dây dẫn nằm trên 2 cạnh kề nhau. Z P ZP d d c     22  2.8. Góc giữa các pha: f Là góc giữa các đầu đầu hoặc giữa các đầu cuối của các pha: Ví dụ A - B, B - C, C - A hoặc X – Y, Y – Z, Z - A. f = ; m 2 nếu m = 3 thì f = 120 0 2.9. Bước của dây quấn pha: yf Là số rãnh giữa các đầu đầu hoặc giữa các đầu cuối của các pha: mp Zp m y d f f  Z 2 : 2    Mặt khác: q2y mp2 Z q f  3. Các bước dựng sơ đồ dây quấn: Số liệu cho trước cần dựng là: Z , m, p, số lớp, kiểu dây quấn. Bước 1: Căn cứ vào số liệu để tính: y1, , q, đ, f , c, yf qy pz p mp z q p z p Z y f d cd 2;; 2 ; 2 ; 2 ; 21      Bước 2: Kẻ các đoạn thẳng song song tạo thành các rãnh, ký hiệu nét liền là lớp trên, nét đứt là lớp dưới (nếu là dây quấn 2 lớp). Đánh số thứ tự từ 1 đến Z. Bước 3: Mô tả chiều sức điện động của các môbin dây (Có tính chất quy ước ), ứng với số cặp cực p sau đó chia vùng pha tương ứng q. Bước 4: Căn cứ vào bước dây quấn để nối các môbin. Nếu là dây quấn 2 lớp thì mỗi mô bin có 1 cạnh là lớp trên cực này, một cạnh là lớp dưới ở cực tiếp theo. e1 e2 e1 e2 Hình 2.6: Sơ đồ biểu diễn góc cơ và góc điện 58 Bước 5: Có thể lập sơ đồ biểu diễn hoặc tiến hành đấu nối tiếp các môbin trong cùng một vùng pha thành tổ bối dây. Sau đó đấu nối tiếp hoặc song song các tổ bối dây thành dây quấn 1 pha. Bước 6: Căn cứ vào yf = 2q, vẽ cho các pha còn lại. II. Dây quấn xếp một lớp (Tham khảo thêm MĐ1 trang 126 128). Dựng sơ đồ dây quấn kiểu xếp, 1 lớp, bước đủ cho máy điện dị bộ có các số liệu sau: Z = 12, p = 1, m = 3. Tính toán: y1 =  = 6 2 12 p2 z  (rãnh); acơ = ađ = 12 360 = 300 2 3.1.2 12 pm2 z m q    (rãnh); yf = 2q = 4 (rãnh) Pha A: A - 1 - 7 - 2 - 8 – X ; Pha B: B - 5 - 11 - 6 - 12 – Y; Pha C: C - 9 - 3 - 10 - 4 - Z Hình 2.7: Sơ dồ dây quấn xếp một lớp bước đủ với z=12, p=1, m=3 III. Dây quấn xếp 2 lớp bước đủ Dựng sơ đồ dây quấn kiểu xếp, 2 lớp, có bước đủ và : Z = 12, m = 3, p = 1 Tính toán:  6 1.2 12 21 p z y ; acơ = ađ = 030 12 360  2 3 6 2  mp z m q  (rãnh); yf = 2q = 2.2 = 4 (rãnh) Pha A: A -1 -7' -2 - 8'  2' - 8 - 1' - 7 - X Pha B: B - 5 - 11' - 6 - 12'  6' - 12 - 5' - 11 - Y Pha C: C = 9 - 3' - 10 - 4'  10' - 4 - 9' - 3 - Z Chú ý: Vòng ngược lại vì một cực có 6 rãnh, q = 2 nên từ 8' đến 2' chứ không thể từ 8' đến 3 được.   A C B A C B Z A X B CY 59 S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 A C B A C B N 77 8 8 CXBZAY Hình 2.8: Sơ đồ dây quấn 2 lớp kiểu xếp bước đủ Z = 12, m = 3, p = 1 IV. Dây quấn x ếp 2 lớp bước ngắn * Dây quấn bước ngắn có ưu điểm là: Cải thiện được sóng bậc cao và tiết kiệm được dây đồng. * Ví dụ: Dựng sơ đồ dây quấn kiểu xếp, 2 lớp, bước ngắn cho máy điện có thông số sau: Z = 12; m = 3; p = 1; e =-1 * Tính toán: 5161 21  p z y rãnh; acơ = ađ = 0 0 30 12 360360.  z p 2 6 12 2  mp z m q  rãnh; yf = 2q = 2.2 = 4 rãnh * Theo vùng pha (ở dưới) ta có sơ đồ biểu diễn dây quấn: Pha A: A-1-6'-2-7' lïi 1'-8-12'-7-x Pha B: B - 5 -10'-6-11' lïi 5'-12-4'-11-y Pha C: C - 9-2'-10=3' lïi 9'-4=8'-3-z * Chú ý chiều lùi: lïiTiÕn 1121110987654321    - Theo chiều tiến: A, B, C lớp trên, X, Y, Z lớp dưới - Theo chiều lùi: a, b, c lớp trên, x, y z lớp dưới. 60 19 X A 2 1 2 1 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 aa c cb b BBC C A A bbCCaaBBccAA BCABCA 121110987654321 N S Y A Z B X C Hình 2.9: Sơ đồ dây quấn xếp 2 lớp bước ngắn V. Dây quấn sóng 2 lớp (Tham khảo thêm MĐ1 - trang 131) Kiểu quấn sóng được sử dụng rộng rãi cho máy nhiều cực, và cũng có dây quấn 1 lớp, 2 lớp. Loại này thường dùng cho rôto của máy điện dị bộ rôto dây quấn, các môbin dây thường có ít vòng dây. Ví dụ: Dựng dây quấn sóng 1 lớp cho máy điện có thông số sau: Z = 24; y1 = ; m = 3; p = 2 Tính toán: y1 =  = 6 2.2 24 p2 z  rãnh; 2 2.3.2 24 mp2 z q  rãnh. yf = 2q = 4 rãnh;  cơ =  đ.p = 030 24 2.360360  z p Xét cho Pha A: A-1-7-13-19  2-8-14-20-X; Pha B: B -5-11-17-23  6-12- 18-24-Y; Pha C: C -9-15-21-3  10-16-22-4-Z Hình 2.10: Sơ đồ biểu diễn các pha    íi­dLíp'C'B'A nªtrLípABC A,B,C, A',B',C', là chiều đi tiến 61 a, b, c Lớp trên a',b',c' Lớp dưới a, b, c, a', b', c' là chiều đi lùi: 1-12-11-10... Trong 1 rãnh chỉ có 1 lớp trên, 1 lớp dướ