Giáo trình máy điện 1

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HCM

KHOA ÑIEÄN

BOÄ MOÂN: CÔ SÔÛ KYÕ THUAÄT ÑIEÄN

------------0-----------

GVC-ThS.NGUYEÃN TROÏNG THAÉNG

GVC-ThS.NGOÂ QUANG HAØ

GIAÙO TRÌNH

MAÙY ÑIEÄN I

TP. HCM Thaùng 12 / 2005

LÔØI NOÙI ÑAÀU

Giaùo trình MAÙY ÑIEÄN I laø moät cuoán saùch trong boä GIAÙO TRÌNH MAÙY ÑIEÄN goàm 2

taäp nhaèm giuùp sinh vieân baäc ñaïi hoïc hoaëc cao ñaúng ngaønh Ñieän Coâng Nghieäp, Ñieän

Töï Ñoäng cuûa tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät TP.HCM laøm taøi lieäu hoïc taäp, hoaëc

coù theå duøng laøm taøi lieäu tham khaûo cho sinh vieân ngaønh Coâng ngheä Ñieän- Ñieän töû,

Coâng ngheä Ñieän töû –Vieãn thoâng vaø caùc ngaønh khaùc lieân quan ñeán lónh vöïc ñieän –ñieän

töû.

Giaùo trình maùy ñieän trình baøy nhöõng lyù thuyeát cô baûn veà: caáu taïo; nguyeân lyù laøm

vieäc; caùc quan heä ñieän töø; caùc ñaëc tính cuõng nhö caùc hieän töôïng vaät lyù xaûy ra trong:

Maùy ñieän moät chieàu; Maùy bieán aùp; Maùy ñieän khoâng ñoàng boä vaø Maùy ñieän ñoàng boä.

Toaøn boä giaùo trình maùy ñieän ñöôïc chia laøm 2 taäp:

Taäp I goàm 2 phaàn: Maùy ñieän moät chieàu vaø Maùy bieán aùp.

Taäp II goàm 3 phaàn: Nhöõng vaán ñeà lyù luaän chung cuûa caùc maùy ñieän xoay chieàu (daïng

maùy ñieän quay); Maùy ñieän khoâng ñoàng boä; Maùy ñieän ñoàng boä.

Ñeå giuùp sinh vieân deã daøng tieáp thu kieán thöùc moân hoïc, giaùo trình trình baøy noäi dung

moät caùch ngaén goïn, cô baûn. ÔÛ moãi chöông coù ví duï minh hoïa, caâu hoûi vaø baøi taäp ñeå

sinh vieân coù theå hieåu saâu hôn nhöõng vaán ñeà mình ñaõ hoïc.

Caùc taùc gæa

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

MUÏC LUÏC

Trang

Môû ñaàu 01

Phaàn I: Maùy ñieän moät chieàu (MÑMC)

Chöông 1: Ñaïi cöông veà maùy ñieän moät chieàu 07

Chöông 2: Maïch töø luùc khoâng taûi cuûa MÑMC 13

Chöông 3: Daây quaán phaàn öùng cuûa MÑMC 22

Chöông 4: Quan heä ñieän töø trong MÑMC 40

Chöông 5: Töø tröôøng luùc coù taûi cuûa MÑMC 48

Chöông 6: Ñoåi chieàu 56

Chöông 7: Maùy phaùt ñieän moät chieàu 68

Chöông 8: Ñoäng cô ñieän moät chieàu 83

Chöông 9: Maùy ñieän moät chieàu ñaëc bieät coâng suaát nhoû 96

Phaàn II: Maùy bieán aùp (MBA)

Chöông 1: Khaùi nieäm chung veà MBA 107

Chöông 2: Toå noái daây vaø maïch töø cuûa MBA 116

Chöông 3: Quan heä ñieän töø trong MBA 125

Chöông 4: Cheá ñoä laøm vieäc ôû taûi xaùc laäp ñoái xöùng cuûa MBA 138

Chöông 5: Caùc loaïi maùy bieán aùp ñaëc bieät 149

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO

1- Vuõ Gia Hanh, Traàn Khaùnh Haø, Phan Töû Thuï, Nguyeãn Vaên Saùu, Maùy ñieän I,II .

NXB khoa hoïc vaø kyõ thuaät - 1998 .

2- Nguyeãn Troïng Thaéng, Nguyeãn Theá Kieät, Coâng ngheä cheá taïo vaø tính toaùn söûa chöõa

Maùy ñieän , NXB Giaùo duïc, 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 .

5- E.V.Armensky, G.B.Falk, Fractional Horsepower Electrical machines, Mir

Publishers, Moscow, 1985.

6- Mohamed E. El-Hawary, Principle of Electric Machines with Power Electronic

Applications, Prentice-Hall, 1986.

7- M.Kostenko, L.Piotrovsky, Electrical machines, vol.1,2, Mir Publishers Moscow,

1974.

8- Stephen J. Chapman, Electric machinery and Power System fundamental, Mc

Graw Hill, 2002.

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HCM

KHOA ÑIEÄN

BOÄ MOÂN: CÔ SÔÛ KYÕ THUAÄT ÑIEÄN

------------0-----------

GVC-ThS.NGUYEÃN TROÏNG THAÉNG

GVC-ThS.NGOÂ QUANG HAØ

GIAÙO TRÌNH

MAÙY ÑIEÄN I

TP. HCM Thaùng 12 / 2005

LÔØI NOÙI ÑAÀU

Giaùo trình MAÙY ÑIEÄN I laø moät cuoán saùch trong boä GIAÙO TRÌNH MAÙY

ÑIEÄN goàm 2 taäp nhaèm giuùp sinh vieân baäc ñaïi hoïc hoaëc cao ñaúng ngaønh Ñieän

Coâng Nghieäp, Ñieän Töï Ñoäng cuûa tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät

TP.HCM laøm taøi lieäu hoïc taäp, hoaëc coù theå duøng laøm taøi lieäu tham khaûo cho

sinh vieân ngaønh Coâng ngheä Ñieän- Ñieän töû, Coâng ngheä Ñieän töû –Vieãn thoâng

vaø caùc ngaønh khaùc lieân quan ñeán lónh vöïc ñieän –ñieän töû.

Giaùo trình maùy ñieän trình baøy nhöõng lyù thuyeát cô baûn veà: caáu taïo; nguyeân lyù

laøm vieäc; caùc quan heä ñieän töø; caùc ñaëc tính cuõng nhö caùc hieän töôïng vaät lyù

xaûy ra trong: Maùy ñieän moät chieàu; Maùy bieán aùp; Maùy ñieän khoâng ñoàng boä vaø

Maùy ñieän ñoàng boä.

Toaøn boä giaùo trình maùy ñieän ñöôïc chia laøm 2 taäp:

- Taäp I goàm 2 phaàn : Maùy ñieän moät chieàu vaø Maùy bieán aùp.

- Taäp II goàm 3 phaàn : Nhöõng vaán ñeà lyù luaän chung cuûa caùc maùy ñieän

xoay chieàu (daïng maùy ñieän quay); Maùy ñieän

khoâng ñoàng boä; Maùy ñieän ñoàng boä.

Ñeå giuùp sinh vieân deã daøng tieáp thu kieán thöùc moân hoïc, giaùo trình trình baøy

noäi dung moät caùch ngaén goïn, cô baûn. ÔÛ moãi chöông coù ví duï minh hoïa, caâu

hoûi vaø baøi taäp ñeå sinh vieân coù theå hieåu saâu hôn nhöõng vaán ñeà mình ñaõ hoïc.

Caùc taùc giaû

1

MÔÛ ÑAÀU

1. Caùc loaïi maùy ñieän vaø vai troø cuûa chuùng trong neàn kinh teá quoác daân

Ñieän naêng ngaøy caøng ñöôïc söû duïng roäng raõi trong saûn xuaát vaø ñôøi soáng cuûa

nhaân daân. Vieäc ñieän khí hoùa, töï ñoäng hoùa trong coâng nghieäp, noâng nghieäp, giao

thoâng vaän taûi ngaøy caøng ñoøi hoûi caùc thieát bò ñieän khaùc nhau. Trong ñoù caùc loaïi maùy

ñieän chieám moät vai troø chuû yeáu ñeå bieán cô naêng thaønh ñieän naêng vaø ngöôïc laïi hoaëc

ñeå bieán ñoåi daïng ñieän naêng naøy thaønh daïng ñieän naêng khaùc (xoay chieàu ñeán moät

chieàu).

Bieán ñoåi cô naêng thaønh ñieän naêng nhôø caùc maùy phaùt ñieän coù ñoäng cô sô caáp

keùo nhö tuoác bin hôi, tuoác bin nöôùc, ñoäng cô ñoát trong.

Bieán ñoåi ñieän naêng thaønh cô naêng duøng trong truyeàn ñoäng ñieän ngöôøi ta duøng

caùc loaïi ñoäng cô ñieän.

Vieäc truyeàn taûi vaø phaân phoái ñieän naêng xoay chieàu töø traïm phaùt ñieän ñeán caùc

hoä tieâu thuï ñieän, vieäc bieán ñoåi ñieän aùp ñöôïc thöïc hieän nhôø maùy bieán aùp.

Trong saûn xuaát thöôøng duøng caû doøng ñieän xoay chieàu vaø moät chieàu neân

ngöôøi ta chia caùc loaïi maùy ñieän thaønh hai loaïi maùy ñieän xoay chieàu vaø maùy ñieän

moät chieàu. Coù theå ñöôïc moâ taû baèng moät sô ñoà toång quaùt sau:

Ngoaøi ra do caùc yeâu caàu khaùc nhau cuûa ngaønh saûn xuaát, giao thoâng vaän taûi neân

xuaát hieän caùc loaïi maùy ñieän ñaëc bieät nhö maùy ñieän xoay chieàu coù vaønh goùp, maùy

khueách ñaïi ñieän töø, caùc maùy ñieän cöïc nhoû ...

2. Ñaïi cöông veà caùc maùy ñieän: Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa caùc maùy ñieän döïa treân cô

sôû cuûa ñònh luaät caûm öùng ñieän töø (e = -dφ / dt). Söï bieán ñoåi naêng löôïng trong maùy

ñieän ñöôïc thöïc hieän thoâng qua töø tröôøng. Ñeå taïo ñöôïc nhöõng töø tröôøng maïnh vaø

Maùy ñieän

Maùy ñieän tónh Maùy ñieän quay

↓ ↓ ↓

Maùy ñieän AC Maùy ñieän DC

↓ ↓

↓

Maùy ñieän KÑB Maùy ñieän ÑB

↓ ↓

↓ ↓

Maùy

phaùt

ñieän

DC

Ñoäng

cô

ñieän

DC

Maùy

phaùt

ñieän

ÑB

Ñoäng

cô

ñieän

ÑB

Maùy

bieán

aùp

Maùy

phaùt

ñieän

KÑB

Ñoäng

cô

ñieän

KÑB

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

↓ ↓

2

taäp trung ngöôøi ta duøng vaät lieäu saét töø ñeå laøm maïch töø. ÔÛ caùc maùy bieán aùp maïch

töø laø moät loõi theùp ñöùng yeân, coøn trong caùc maùy ñieän quay maïch töø goàm hai loõi theùp

ñoàng truïc: Moät quay vaø moät ñöùng yeân vaø caùch nhau moät khe hôû. Theo tính chaát

thuaän nghòch cuûa caùc ñònh luaät caûm öùng ñieän töø moät maùy ñieän coù theå laøm vieäc ôû

cheá ñoä maùy phaùt ñieän hoaëc cheá ñoä ñoäng cô ñieän. Nhöng vì ñaëc tính kyõ thuaät ngöôøi

ta chæ tính toaùn thieát keá ñeå laøm vieäc ôû moät cheá ñoä nhaát ñònh. Trong caùc maùy ñieän,

naêng löôïng ñöôïc bieán ñoåi vôùi hieäu suaát cao töø 93% ñeán 95%. Khi laøm vieäc do toån

hao cuûa doøng Fucoâ (Foucault) treân loõi theùp vaø taùc duïng Joule treân daây quaán neân

maùy noùng, ta coù theå laøm nguoäi maùy baèng nhieàu caùch.

3. Phöông phaùp nghieân cöùu maùy ñieän

Nhö ñaõ noùi ôû treân söï bieán ñoåi naêng löôïng trong caùc maùy ñieän ñöôïc thöïc hieän

thoâng qua töø tröôøng trong maùy. Nhö vaäy vieäc nghieân cöùu caùc maùy ñieän coù theå xuaát

phaùt töø lyù thuyeát tröôøng ñieän töø. Song do caáu truùc vaät lyù vaø hình hoïc phöùc taïp cuûa

caùc boä phaän trong maùy ñieän, vieäc xaùc ñònh cöôøng ñoä ñieän tröôøng E vaø cöôøng ñoä töø

tröôøng H ôû khe hôû khoâng khí töø heä phöông trình Maxwell gaëp raát nhieàu khoù khaên.

Vì vaäy khi nghieân cöùu caùc maùy ñieän ngöôøi ta khoâng duøng tröïc tieáp lyù thuyeát tröôøng

maø duøng lyù thuyeát maïch ñeå nghieân cöùu.

4. Caùc ñôn vò: Trong maùy ñieän thöôøng söû duïng hai loaïi heä ñôn vò

- Heä ñôn vò tuyeät ñoái laø caùc ñôn vò coù thöù nguyeân. Hieän nay thöôøng söû

duïng hai loaïi ñôn vò tuyeät ñoái laø CGSµ0 vaø SI.

Quan heä giöõa caùc ñôn vò cuûa heä MKSA, SI vaø CGSµ0

Thôøi gian

Taàn soá

Chieàu daøi

Toác ñoä daøi

Gia toác

Khoái löôïng

Töø thoâng

Töø caûm

Ñieän dung

Ñieän trôû

Giaây

Hertz

Meùt

Meùt treân giaây

Meùt treân giaây2

Kilogramme

Weber

Weber/meùt2

(heä MKSA)

Tesla (heä SI)

Farad

Ohm

Teân caùc ñaïi

löôïng

Teân vaø kí hieäu

caùc ñôn vò cuûa

heä MKSA vaø SI

Teân vaø kí hieäu

caùc ñôn vò cuûa

heä CGSµ0

Ñôn vò MKSA

baèng bao nhieâu

ñôn vò cuûa

heä CGSµ0

Giaây

Hertz

centimetre

cent. treân giaây

cent.treân giaây2

Gramme

Maxwell

Gauss

s

Hz

cm

cm/s

cm/s2

g

Mx

G

1

1

102

102

102

103

108

104

s

Hz

m

m/ s

m/s2

Kg

Wb

Wb/m2

T

F

Ω

3

- Trong khi nghieân cöùu, tính toaùn, thieát keá caùc maùy ñieän ñeå tieän lôïi ngöôøi

ta coøn duøng heä ñôn vò töông ñoái.

Trong ñoù:

I: Doøng ñieän coù ñôn vò laø A

U: Ñieän aùp coù ñôn vò laø V

P: Coâng suaát coù ñôn vò W

I

ñm, Uñm, Pñm : Laø caùc ñaïi löôïng ñònh möùc cuûa doøng ñieän, ñieän aùp, coâng suaát.

5. Sô löôïc veà caùc vaät lieäu cheá taïo maùy ñieän.

Caùc vaät lieäu duøng trong cheá taïo maùy ñieän goàm coù:

- Vaät lieäu taùc duïng: Bao goàm vaät lieäu daãn ñieän vaø vaät lieäu daãn töø duøng chuû yeáu ñeå

cheá taïo daây quaán vaø loõi theùp.

- Vaät lieäu caùch ñieän duøng ñeå caùch ñieän caùc boä phaän daãn ñieän vaø khoâng daãn ñieän

hoaëc giöõa caùc boä phaän daãn ñieän vôùi nhau.

- Vaät lieäu keát caáu duøng ñeå cheá taïo caùc chi tieát maùy vaø caùc boä phaän chòu löïc taùc

duïng cô giôùi nhö truïc, voû maùy, khung maùy, oå bi... noù bao goàm gang, saét theùp vaø

caùc kim loaïi maøu, hôïp kim cuûa chuùng. Ta xeùt sô löôïc ñaëc tính cuûa vaät lieäu daãn töø,

daãn ñieän caùch ñieän duøng trong cheá taïo maùy ñieän.

a. Vaät lieäu daãn töø.

Ngöôøi ta duøng theùp laù kó thuaät ñieän, theùp laù thoâng thöôøng laø theùp ñuùc , theùp reøn

ñeå cheá taïo maïch töø.

Caùc theùp laù kó thuaät ñieän (toân silic) thöôøng ñöôïc duøng coù caùc maõ hieäu: ∋11, ∋12,

∋13, ∋21, ∋22, ∋32, ∋310..

Trong ñoù - ∋ chæ theùp laù kó thuaät (∋lektrotexnik)

- Soá thöù nhaát chæ haøm löôïng silic chöùa trong theùp, soá caøng cao haøm

löôïng silic caøng nhieàu theùp daãn töø caøng toát, nhöng doøn deã gaãy.

- Soá thöù hai: Chæ chaát löôïng cuûa theùp veà maët toån hao, soá caøng cao thì

toån hao caøng ít.

- Soá thöù ba: Soá 0 chæ theùp caùn nguoäi (theùp daãn töø coù höôùng), thöôøng

söû duïng trong cheá taïo maùy bieán aùp.

Ngoaøi ra coøn caùc loaïi theùp kyõ thuaät ñieän mang maõ hieäu 3404, 3405, ...,

3408 coù chieàu daøy 0,3 mm, 0,35 mm

Ñeå giaûm toån hao do doøng ñieän xoaùy, caùc laù toân silic treân thöôøng ñöôïc phuû

moät lôùp sôn caùch ñieän moûng sau ñoù môùi ñöôïc gheùp chaët laïi vôùi nhau, töø ñoù sinh ra

moät heä soá eùp chaët Kc

: Laø tæ soá giöõa chieàu daøi cuûa loõi theùp thuaàn theùp vôùi chieàu daøi

I* = U* = P* = I P

Uñm Pñm

U

I

ñm

4

thöïc cuûa loõi theùp keå caû caùch ñieän sau khi gheùp.

b. Vaät lieäu daãn ñieän

Duøng chuû yeáu laø ñoàng (Cu) vaø nhoâm (Al) vì chuùng coù ñieän trôû beù, choáng aên

moøn toát. Tuøy theo yeâu caàu veà caùch ñieän vaø ñoä beàn cô hoïc ngöôøi ta coøn duøng hôïp

kim cuûa ñoàng vaø nhoâm. Coù choã coøn duøng caû theùp ñeå taêng söùc beàn cô hoïc vaø giaûm

kim loaïi maøu nhö vaønh tröôït.

c. Vaät lieäu caùch ñieän

Vaät lieäu caùch ñieän duøng trong maùy ñieän phaûi ñaït caùc yeâu caàu:

- Cöôøng ñoä caùch ñieän cao.

- Chòu nhieät toát, taûn nhieät deã daøng.

- Choáng aåm toát, beàn veà cô hoïc.

Caùc chaát caùch ñieän duøng trong maùy ñieän coù theå ôû theå hôi nhö khoâng khí, theå loûng

(daàu maùy bieán aùp) vaø theå raén.

Caùc chaát caùch ñieän ôû theå raén coù theå chia laøm 4 loaïi:

- Caùc chaát höõu cô thieân nhieân nhö giaáy, vaûi, luïa ..

- Caùc chaát voâ cô nhö mi ca. amiaêng, sôïi thuûy tinh ...

- Caùc chaát toång hôïp.

- Caùc chaát men, sôn caùch ñieän, caùc chaát taåm saáy töø caùc vaät lieäu thieân nhieân vaø toång

hôïp.

Tuøy theo tính chòu nhieät, caùc vaät lieäu caùch ñieän ñöôïc chia thaønh caùc caáp sau:

- Caáp Y: Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp 900 C, laøm baèng vaät lieäu sôïi xen lu loâ hay luïa

goã, caùc toâng khoâng taåm hay khoâng queùt sôn.

- Caáp A: Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp 1050 C, laøm baèng vaät lieäu caùch ñieän caáp Y coù

taåm sôn caùch ñieän.

- Caáp E: Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp 1200 C, laøm baèng caùc sôïi poâ ly me.

- Caáp B: Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp 1300 C, laøm baèng caùc saûn phaåm mi ca, a mi

aêng, sôïi thuûy tinh.

- Caáp F: Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp 1550 C, laøm baèng vaät lieäu caáp B duøng keát hôïp

vôùi caùc chaát taåm saáy töông öùng.

- Caáp H: Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp 1800 C, laøm baèng vaät lieäu mi ca khoâng chaát ñoän

hoaëc ñoän baèng vaät lieäu voâ cô, vaûi thuûy tinh taåm sôn.

- Caáp C: Nhieät ñoä giôùi haïn cho pheùp treân 1800 C, laøm baèng vaät lieäu goám mi ca, goám

thuûy tinh, thaïch anh duøng keát hôïp vôùi caùc chaát voâ cô.

Caáp caùch ñieän Y A E B F H C

t

0

cao nhaát cho pheùp (0

C) 90 105 120 130 155 180 >180

Ñoä taêng nhieät ∆t (0

C) 50 65 80 90 115 140 >140

ø

5

Ñoä taêng nhieät ñoä Δt coù theå tính: Δt = t1 - t2

Trong ñoù: t1

: Nhieät ñoä cuûa maùy.

t2: Nhieät ñoä moâi tröôøng.

Theo TCVN: Nhieät ñoä moâi tröôøng laø 400

c coøn cuûa maùy ñieän ta ño bình quaân.

Hieän nay thöôøng duøng caùc caáp caùch ñieän A, E, B.

Chuù yù: Treân nhieät ñoä cho pheùp 10% thì tuoåi thoï cuûa maùy giaûm ñi 1/2 neân khoâng

ñöôïc cho maùy laøm vieäc quaù taûi trong thôøi gian daøi.

6. Caùc ñònh luaät ñieän töø cô baûn duøng trong maùy ñieän

a. Ñònh luaät caûm öùng ñieän töø:

α. Tröôøng hôïp töø thoâng bieán thieân qua voøng daây

Naêm 1833 nhaø vaät lyù hoïc ngöôøi Nga laø Lenxô ñaõ

phaùt hieän ra qui luaät veà chieàu s.ñ.ñ caûm öùng. Ñònh

luaät caûm öùng ñieän töø ñöôïc phaùt bieåu nhö sau: Khi

töø thoâng ñi qua moät voøng daây bieán thieân seõ laøm

xuaát hieän moät s.ñ.ñ trong voøng daây, goïi laø s.ñ.ñ

caûm öùng. Söùc ñieän ñoäng caûm öùng coù chieàu sao

cho doøng ñieän do noù sinh ra coù taùc duïng choáng laïi

Neáu cuoän daây coù W voøng, söùc ñieän ñoäng caøm öùng trong cuoän daây seõ laø:

Trong ñoù laø töø thoâng moùc voøng cuûa cuoän daây.

Φ tính baèng Wb (veâbe), e tính baèng (V).

β. Tröôøng hôïp thanh daãn chuyeån ñoäng thaúng trong töø tröôøng

dt

d

e

Φ = −

dt

d

dt

wd

e

Ψ = − Φ = −

Ψ = wΦ

Khi thanh daãn chuyeån ñoäng thaúng trong töø

tröôøng, trong thanh daãn seõ caûm öùng s.ñ.ñ e coù trò soá

laø e = B.l.v

e: S.ñ.ñ caûm öùng (V); B: Töø caûm (T); l: Chieàu daøi

thanh daãn trong töø tröôøng (m).

Chieàu cuûa s.ñ.ñ ñöôïc xaùc ñònh baèng qui taéc baøn tay

phaûi: Cho ñöôøng söùc töø ñi vaøo loøng baøn tay phaûi.

Ngoùn tay caùi choaõi ra chæ chieàu chuyeån ñoäng cuûa daây

daãn, thì chieàu töø coå tay tôùi ngoùn tay chæ chieàu s.ñ.ñ.

B

v

E

Hình1.2 Qui taéc baøn tay phaûi.

Hình1.1 Qui öôùc chieàu döông cho

voøng daây coù töø thoâng xuyeân qua.

S

N

Φ

e

söï bieán thieân cuûa töø thoâng sinh ra noù. Chieàu quay cuûa caùn vaën nuùt chai seõ laø

chieàu döông cuûa voøng daây. Söùc ñieän ñoäng caûm öùng trong voøng daây seõ ñöôïc xaùc

ñònh theo coâng thöùc Maéùcxoen

6

b. Ñònh luaät löïc ñieän töø

Löïc ñieän töø coù öùng duïng raát roäng raõi trong

kyõ thuaät, laø cô sôû ñeå cheá taïo maùy ñieän vaø khí cuï

ñieän. Tröôøng hôïp ñôn giaûn nhaát laø löïc cuûa töø tröôøng

taùc duïng leân daây daãn thaúng mang doøng ñieän. Neáu

moät daây daãn thaúng coù doøng ñieän vuoâng goùc vôùi

ñöôøng söùc cuûa töø tröôøng, thanh daãn seõ chòu taùc

ñoäng cuûa löïc ñieän töø laø:

F = B.i.l (N)

B: Töø caûm (T); i: Doøng ñieän chaïy trong thanh daãn

(A); l: Chieàu daøi thanh daãn (m).

F

B

I

Hình1.3 Qui taéc baøn tay traùi.

Chieàu cuûa löïc ñieän töø ñöôïc xaùc ñònh baèng qui taéc baøn tay traùi: Ngöûa baøn tay traùi

cho ñöôøng söùc töø (hoaëc veùc tô töø caûm B) xuyeân qua loøng baøn tay, chieàu töø coå tay

ñeán ngoùn tay chæ chieàu doøng ñieän thì ngoùn tay caùi choaõi ra chæ chieàu löïc ñieän töø.

c. Caùc ñònh luaät veà maïch töø.

Caùc phaàn töû laøm baèng vaät lieäu saét töø gheùp vôùi nhau ñeå töø thoâng kheùp kín

trong maïch ñöôïc goïi laø maïch töø. Vì theùp kyõ thuaät ñieän coù töø daãn nhoû hôn nhieàu

so vôùi caùc vaät lieäu khaùc, neân töø thoâng taäp trung chuû yeáu trong maïch töø. Phaàn töø

thoâng chaïy ra ngoaøi maïch töø goïi laø töø thoâng taûn. Ñeå taïo ra töø thoâng trong maïch

caàn coù nguoàn gaây töø, thoâng thöôøng laø cuoän daây quaán treân maïch, goïi laø cuoän daây

töø hoaù. Khi cuoän daây coù doøng ñieän I ñi qua, noù taïo ra s.t.ñ F = IW, W laø soá voøng

cuûa cuoän daây. ∫ = ∑ =∑ Η = ∑ Ι = =

m

j 1

n

i 1

Hdl I iLi W

7

ø

PHAÀN MOÄT

MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU

Chöông 1

ÑAÏI CÖÔNG VEÀ MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU

Trong neàn saûn xuaát hieän ñaïi maùy ñieän moät chieàu vaãn luoân luoân chieám moät vò

trí quan troïng, bôûi noù coù caùc öu ñieåm sau:

Ñoái vôùi ñoäng cô ñieän moät chieàu: Phaïm vi ñieàu chænh toác ñoä roäng, baèng phaúng

vì vaäy chuùng ñöôïc duøng nhieàu trong coâng nghieäp deät, giaáy , caùn theùp, ...

Maùy phaùt ñieän moät chieàu duøng laøm nguoàn ñieän moät chieàu cho ñoäng cô ñieän

moät chieàu, laøm nguoàn kích töø cho maùy phaùt ñieän ñoàng boä, duøng trong coâng nghieäp

maï ñieän vv ...

Nhöôïc ñieåm: Giaù thaønh ñaét do söû duïng nhieàu kim loaïi maøu, cheá taïo vaø baûo quaûn coå

goùp phöùc taïp.

§1.1 NGUYEÂN LYÙ LAØM VIEÄC CÔ BAÛN CUÛA MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU

Ngöôøi ta coù theå ñònh nghóa maùy ñieän moät chieàu nhö sau: Laø moät thieát bò ñieän

töø quay, laøm vieäc döïa treân nguyeân lyù caûm öùng ñieän töø ñeå bieán ñoåi cô naêng thaønh ñieän

naêng moät chieàu (maùy phaùt ñieän) hoaëc ngöôïc laïi ñeå bieán ñoåi ñieän naêng moät chieàu

thaønh cô naêng treân truïc (ñoäng cô ñieän)

Maùy goàm moät khung daây abcd hai ñaàu noái vôùi hai phieán goùp, khung daây vaø

phieán goùp ñöôïc quay quanh truïc cuûa noù vôùi moät vaän toác khoâng ñoåi trong töø tröôøng

cuûa hai cöïc nam chaâm. Caùc choåi than A vaø B ñaët coá ñònh vaø luoân luoân tì saùt vaøo

phieán goùp. Khi cho khung quay theo ñònh luaät caûm öùng ñieän töø trong thanh daãn seõ

caûm öùng neân söùc ñieän ñoäng theo ñònh luaät Faraday ta coù:

e = B.l.v (V)

B: Töø caûm nôi thanh daãn queùt qua. (T)

l: Chieàu daøi cuûa thanh daãn naèm trong töø tröôøng. (m)

v: Toác ñoä daøi cuûa thanh daãn (m/s).

Hình 1.2. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa maùy ñieän moät chieàu

Hình 1.1. Sô ñoà khoái chæ cheá ñoä laøm

vieäc cuûa maùy ñieän moät chieàu

Taûi

Phieán goùp

Phaàn caûm

Phaàn öùng

Choåi than

M,n

⎞

↓ ÑC

U-

...I-

→

1. Maùy phaùt ñieän

MF

U-

...I M,n -

⎞

↓

→

8

ø

Chieàu cuûa söùc ñieän ñoäng ñöôïc xaùc ñònh theo qui taéc baøn tay phaûi nhö vaäy theo hình

veõ söùc ñieän ñoäng cuûa thanh daãn cd naèm döôùi cöïc S coù chieàu ñi töø d ñeán c, coøn

thanh ab naèm döôùi cöïc N coù chieàu ñi töø b ñeán a. Neáu maïch ngoaøi kheùp kín qua taûi

thì söùc ñieän ñoäng trong khung daây seõ sinh ra ôû maïch ngoaøi moät doøng ñieän chaïy töø

A ñeán B. Neáu töø caûm B phaân boá hình sin thì e bieán ñoåi hình sin daïng soùng söùc ñieän

ñoäng caûm öùng trong khung daây nhö hình 1.3a . Nhöng do choåi than A luoân luoân tieáp

xuùc vôùi thanh daãn naèm döôùi cöïc N, choåi than B luoân luoân tieáp xuùc vôùi thanh daãn

naèm döôùi cöïc S neân doøng ñieän maïch ngoaøi chæ chaïy theo chieàu töø A ñeán B. Noùi

caùch khaùc söùc ñieän ñoäng xoay chieàu caûm öùng trong thanh daãn vaø doøng ñieän töông

öùng ñaõ ñöôïc chænh löu thaønh söùc ñieän ñoäng vaø doøng ñieän moät chieàu nhôø heä thoáng

vaønh goùp vaø choåi than, daïng soùng söùc ñieän ñoäng moät chieàu ôû hai choåi than nhö

hình 1.3b. Ñoù laø nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy phaùt ñieän moät chieàu.

2. Ñoäng cô ñieän

Neáu ta cho doøng ñieän moät chieàu ñi vaøo choåi than A vaø ra ôû B thì do doøng

ñieän chæ ñi vaøo thanh daãn döôùi cöïc N vaø ñi ra ôû caùc thanh daãn naèm döôùi cöïc S, neân

döôùi taùc duïng cuûa töø tröôøng seõ sinh ra moät moâ men coù chieàu khoâng ñoåi laøm cho

quay maùy. Chieàu cuûa löïc ñieän töø ñöôïc xaùc ñònh theo qui taéc baøn tay traùi. Ñoù laø

nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô ñieän moät chieàu.

Hình 1.4. Qui taéc baøn tay phaûi vaø

qui taéc baøn tay traùi

Trong ñoù:

B: Töø caûm

E: Söùc ñieän ñoäng caûm öùng

I: Doøng ñieän

Hình 1.3 Caùc daïng soùng s.ñ.ñ F: Löïc ñieän töø

a. Töø caûm hay s.ñ.ñ hình sin trong khung

daây tröôùc chænh löu

b. S.ñ.ñ vaø doøng ñieän ñaõ ñöôïc chænh löu nhôø vaønh goùp

§1.2 CAÁU TAÏO CUÛA MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU

Keát caáu cuûa maùy ñieän moät chieàu coù theå phaân laøm hai thaønh phaàn chính laø phaàn

tónh vaø phaàn quay.

1. Phaàn tónh hay stator

Ñaây laø phaàn ñöùng yeân cuûa maùy noù goàm caùc boä phaän chính sau:

a. Cöïc töø chính

Laø boä phaän sinh ra töø tröôøng goàm coù loõi saét cöïc töø vaø daây quaán kích töø loàng

ngoaøi loõi saét cöïc töø.Loõi saét cöïc töø 1laøm baèng theùp laù kyõ thuaät ñieän hay theùp caùc

→

B, e →

e, i

9

ø

bon daøy 0,5 ñeán 1mm gheùp laïi baèng ñinh taùn.

Loõi maët cöïc töø 2 ñöôïc keùo daøi ra (loõm vaøo) ñeå

taêng theâm ñöôøng ñi cuûa töø tröôøng.Vaønh cung cuûa

cöïc töø thöôøng baèng 2/3 τ (τ: Böôùc cöïc, laø khoaûng

caùch giöõa hai cöïc töø lieân tieáp nhau). Treân loõi cöïc

coù cuoän daây kích töø 3, trong ñoù coù doøng moät

chieàu chaïy qua, caùc daây quaán kích töø ñöôïc quaán

baèng daây ñoàng moãi cuoän ñeàu ñöôïc caùch ñieän kyõ

thaønh moät khoái, ñöôïc ñaët treân caùc cöïc töø vaø maéc

noái noái tieáp vôùi nhau. Cuoän daây ñöôïc quaán vaøo

khung daây 4, thöôøng laøm baèng nhöïa hoaù hoïc hay

giaáy bakeâlit caùch ñieän. Caùc cöïc töø ñöôïc gaén chaët

vaøo thaân maùy 5 nhôø nhöõng bu loâng 6.

b. Cöïc töø phuï

Ñöôïc ñaët giöõa cöïc töø chính duøng ñeå caûi

thieän ñoåi chieàu, trieät tia löûa treân choåi than. Loõi

theùp cuûa cöïc töø phuï cuõng coù theå laøm baèng theùp

khoái, treân thaân cöïc töø phuï coù ñaët daây quaán, coù

caáu taïo gioáng nhö daây quaán cuûa cöïc töø chính. Ñeå

maïch töø cuûa cöïc töø phuï khoâng bò baõo hoøa thì khe

hôû cuûa noù vôùi rotor lôùn hôn khe hôû cuûa cöïc töø

chính vôùi rotor.

Hình 1.5. Cöïc töø chính

1) Loõi cöïc

2) Maët cöïc

3) Daây quaán kích töø

4) Khung daây

5) Voû maùy

6) Bu loâng baét chaët cöïc töø vaøo

voû maùy

Hình 1.6. Cöïc töø phuï

1) Loõi; 2) Cuoän daây

c. Voû maùy (Goâng töø)

Laøm nhieäm vuï keát caáu ñoàng thôøi duøng laøm maïch töø noái lieàn caùc cöïc töø. Trong maùy

ñieän nhoû vaø vöøa thöôøng duøng theùp taám ñeå uoán vaø haøn laïi. Maùy coù coâng suaát lôùn

duøng theùp ñuùc coù töø (0,2 - 2)% chaát than.

d. Caùc boä phaän khaùc

- Naép maùy: Ñeå baûo veä maùy khoûi bò nhöõng vaät ngoaøi rôi vaøo laøm hö hoûng daây

quaán. Trong maùy ñieän nhoû vaø vöøa naép maùy coù taùc duïng laøm giaù ñôõ oå bi.

- Cô caáu choåi than: Ñeå ñöa ñieän töø phaàn quay ra ngoaøi hoaëc ngöôïc laïi.

Hình 1.7. Cô caáu choåi than

1) Hoäp choåi than

2) Choåi than

3) Loø so eùp

4) Daây caùp daãn ñieän