MÁY ĐIỆN I
Nội dung
Chương 1. Máy biến áp
Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay
Chương 3. Máy điện không đồng bộ
Chương 4. Máy điện đồng bộ
Chương 5. Máy điện một chiều

CuuDuongThanCong.com

/>
1


Chương 5. Máy điện một chiều
Nội dung
I.  Tổng quan về MĐMC
II. Quan hệ điện từ trong MĐMC
III. Từ trường trong MĐMC
IV. Đổi chiều trong MĐMC
V. Máy phát và ĐCĐMC

CuuDuongThanCong.com

/>
2


Chương 5. Máy điện một chiều
Nội dung
I.  Tổng quan về MĐMC

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC
III. Từ trường trong MĐMC
IV. Đổi chiều trong MĐMC
V. Máy phát và ĐCĐMC

CuuDuongThanCong.com

/>
3


I. Tổng quan về MĐMC
1. Cấu tạo máy điện một chiều
Máy điện một chiều (MĐMC) có hai phần chính là stato (phần cảm) và
roto (phần ứng). Hình 5.1 vẽ mặt cắt dọc trục và mặt cắt ngang trục
MĐMC hai đôi cực.

Hình 5.1: Mặt cắt dọc trục và mặt cắt ngang trục máy điện một chiều
CuuDuongThanCong.com

/>

I. Tổng quan về MĐMC
1. Cấu tạo máy điện một chiều (tiếp)

CuuDuongThanCong.com

/>

I. Tổng quan về MĐMC

1.1. Phần stator (phần cảm)
!  Stato cịn gọi là phần cảm gồm gơng từ làm bằng thép đúc, vừa để dẫn
từ vừa làm vỏ máy (hình 5.2b); các cực từ chính gồm cực từ và dây
quấn kích từ; các cực từ phụ gồm cực từ và dây quấn kích từ mạch
các bộ phận chính sau:

Hình 5.2:a) Cực từ chính b)Stato và roto

CuuDuongThanCong.com

/>

I. Tổng quan về MĐMC
1.1. Phần stator (phần cảm) (tiếp)
a. Cực từ chính
!  Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ
lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng thép lá kỹ thuật điện
hay thép các bon dày 0,5 đến 1mm ghép lại bằng đinh tán.
!  Vành cung mỏm cực từ (hình 5.2a) thường bằng 2/3 τ và có khe hở sao
cho phân bố từ trường dọc khe hở gần hình sin. Trên lõi cực có dây
quấn kích từ. Các cực từ được gắn chặt vào thân máy nhờ những bu
lơng.

Hình 5.2
CuuDuongThanCong.com

/>

I. Tổng quan về MĐMC
1.1. Phần stator (phần cảm) (tiếp)

b. Cực từ phụ
Được đặt giữa các cực từ chính dùng để cải thiện đổi chiều, triệt tia lửa trên
chổi than. Lõi thép của cực từ phụ cũng có thể làm bằng thép khối, trên thân
có đặt dây quấn kích từ.
Dây quấn cực từ chính
Cực từ phụ

Cực từ chính

Dây quấn cực từ phụ
Cực từ chính

Cực từ phụ

CuuDuongThanCong.com

/>

I. Tổng quan về MĐMC
1.1. Phần stator (phần cảm) (tiếp)
c. Vỏ máy (gông từ)
Vỏ máy làm nhiệm vụ kết cấu đồng thời dùng làm mạch từ. Trong MĐ nhỏ
và vừa thường dùng thép tấm để uốn và hàn lại. Máy có cơng suất lớn dùng
thép đúc.

d. Các bộ phận khác
- Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn. Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy có tác dụng làm giá đỡ ổ bi.
- Chổi than: Để đưa điện từ phần quay ra ngoài hoặc ngược lại. Chổi than
làm bằng than hay graphit, đôi khi chộn thêm bột đồng để tăng tính dẫn

điện

CuuDuongThanCong.com

/>

I. Tổng quan về MĐMC
1.2. Phần ứng (Rotor)
!  Roto còn được gọi là phần ứng, gồm lõi sắt phần ứng, dây quấn phần
ứng, vành góp. Dây quấn phần ứng nối với mạch ngồi qua vành góp và
hệ thống chổi than.

a. Lõi sắt phần ứng
!  Lõi sắt thường dùng thép lá kỹ thuật điện dày 0,5 mm có sơn cách điện
hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dịng điện xốy gây nên.
!  Trên các lá thép có dập các rãnh để đặt dây quấn. Rãnh có thể hình
thang, hình quả lê hoặc hình chữ nhật
Rãnh dây quấn

Lỗ thơng gió dọc
trục
CuuDuongThanCong.com

Lỗ nắp trục máy
/>

I. Tổng quan về MĐMC
1.2. Phần ứng (Rotor) (tiếp)
b. Dây quấn phần ứng
Dây quấn phần ứng MĐMC thực chất là dây quấn phần ứng MĐKĐB (hoặc

ĐB) gồm các phần tử nối tiếp nhau qua vành đổi chiều để chỉnh lưu sđđ xoay
chiều thành một chiều.
!  Dây quấn thường làm bằng đồng có bọc cách điện, với loại
máy điện nhỏ thì dây hình trịn, với loại máy điện vừa và lớn
dây hình chữ nhật.
!  Để tránh bị văng ra do sức ly tâm, miệng rãnh
thường có nêm hoặc đai chặt dây quấn. Nêm
có thể bằng tre hoặc nhựa bakelit.

Lâi sắt
Nêm
Cách
điện
rãnh

Dây quấn có hai kiểu quấn là quấn sóng và quấn
xếp (xem lại chương 2)

Dây
quấn
CuuDuongThanCong.com

/>

I. Tổng quan về MĐMC
1.2. Phần ứng (Rotor) (tiếp)
b. Dây quấn phần ứng
Dây quấn xếp

phần tử


phần tử 1

lớp trên

phần tử 2

lớp dưới

y1
y

y2

phiến góp

N
N

S

1

2

3

chổi than

1 2


S

Es
CuuDuongThanCong.com

/>
phiến góp


I. Tổng quan về MĐMC
1.2. Phần ứng (Rotor) (tiếp)
c. Cổ góp và chổi than
Dùng để đổi chiều dịng điện xoay chiều thành một chiều.
-  Cổ góp gồm nhiều phiến đồng hình đi nhạn, cách điện với nhau bằng Mica,
hợp thành hình trụ trịn.

Phiến góp đồng

Cách điện Mica

Vịng chặn
Bu lơng xiết

Trục máy
Tấm ốp kim
loại
Cổ góp
CuuDuongThanCong.com


/>

I. Tổng quan về MĐMC
1.2. Phần ứng (Rotor) (tiếp)
c. Cổ góp và chổi than
!  Chổi than (chổi điện) làm bằng than graphit. Các chổi tỳ chặt lên cổ
góp nhờ lị xo, giá chổi điện gắn trên nắp máy. Số chổi than bằng số
cực từ
!  Các chổi than dương được nối chung thành cực dương của máy, đồng
thời các chổi than âm cũng được nối chung tạo thành cực âm của máy.

d. Các bộ phận khác
!  Cánh quạt dùng để quạt gió làm nguội máy.
!  Trục máy, trên đó có đặt lõi thép phần ứng, cổ góp, cánh quạt. Trục
máy thường được làm bằng thép các bon.
!  Ổ bi

CuuDuongThanCong.com

/>

I. Tổng quan về MĐMC
1.3. Nguyên lý làm việc của MĐMC
a. Máy phát điện
!  Hình vẽ cấu tạo một MFMC đơn giản, stato là nam châm điện một đôi
cực từ (N - S); roto gồm dây quấn phần ứng chỉ có một phần tử (có hai
cạnh tác dụng ab và cd) nối với hai phiến đổi chiều; hai chổi than A và
B nối với tải là bóng đèn.
!  Khi dùng ĐC sơ cấp quay phần ứng,
các thanh dẫn ab và cd cắt dường

sức từ trường của cực từ, cảm ứng
sđđ. Chiều sđđ xác định theo quy
tắc bàn tay phải

CuuDuongThanCong.com

/>

I. Tổng quan về MĐMC
1.3. Nguyên lý làm việc của MĐMC
a. Động cơ điện
!  Khi đặt điện áp một chiều U vào AB, trong
dây quấn có dịng điện phần ứng Iư qua
các thanh dẫn ab và cd. Các thanh dẫn có
dịng điện, đặt trong từ trường, chịu lực tác
dụng, chiều lực tác dụng xác định theo quy
tắc bàn tay trái.

CuuDuongThanCong.com

/>

I. Tổng quan về MĐMC
1.4. Các đại lượng định mức của MĐMC
Chế độ làm việc định mức của các máy điện là chế độ làm việc trong
những điều kiện mà nhà chế tạo đã qui định. Chế độ định mức được đặc
trưng bởi những đại lượng định mức được ghi trên nhãn máy hoặc trong lý
lịch máy. Các đại lượng định mức bao gồm:
!  Công suất định mức: Pđm (W, kW) là công suất đầu ra, đối với MF là
công suất điện, đối với ĐC là công suất cơ trên trục của máy điện

!  Điện áp định mức: Uđm (V, kV): Là điện áp ra ở hai đầu cực ở chế độ
định mức.
!  Dòng điện định mức Iđm (A, kA): Là dòng điện qua hai cực MĐ ở chế
độ định mức..
!  Tốc độ định mức: nđm (vòng / phút).
!  Hiệu suất định mức: ηđm .

CuuDuongThanCong.com

/>

I. Tổng quan về MĐMC
1.5. Phân loại và ứng dụng

!  Dây quấn kích từ và nguồn kích từ độc lập với phần ứng. Để điều
chỉnh dịng kích từ người ta sử dụng Rđc. Cơng suất mạch kích từ vào
khoảng 1 ÷ 5% cơng suất máy tiêu thụ.
!  Dây quấn kích từ nối song song với phần ứng. Để điều chỉnh dịng kích
từ người ta sử dụng Rđc. Cơng suất mạch kích từ vào khoảng 1 ÷ 5%
cơng suất máy tiêu thụ
CuuDuongThanCong.com

/>

I. Tổng quan về MĐMC
1.5. Phân loại và ứng dụng

!  Dây quấn kích từ nối tiếp với phần ứng (hình 5.23c). Cơng suất mạch
kích từ vào khoảng 5 ÷ 10% cơng suất máy tiêu thụ
!  Dây quấn kích từ gồm hai phần: Dây quấn kích từ song song và dây

quấn kích từ nối tiếp. Thường thì dây quấn kích từ song song là phần
chính. Để điều chỉnh dịng kích từ người ta sử dụng Rđc. Cơng suất
mạch kích từ vào khoảng 5 ÷ 10% cơng suất máy tiêu thụ
CuuDuongThanCong.com

/>

Chương 5. Máy điện một chiều
Nội dung
I. Tổng quan về MĐMC
II. Quan hệ điện từ trong MĐMC
III. Từ trường trong MĐMC
IV. Đổi chiều trong MĐMC
V. Máy phát và ĐCĐMC

CuuDuongThanCong.com

/>
20


II. Quan hệ điện từ trong MĐMC
2.1 Sức điện động cảm ứng trong dây quấn MĐMC
Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối tiếp nhau thành mạch vịng kín.
Các chổi điện chia dây quấn thành 2a đôi mạch nhánh song song. Sđđ Eư
của MĐMC bằng tổng sđđ thanh dẫn etb trên một mạch nhánh song song.
a. Sđđ trung bình cảm ứng trong một thanh dẫn

etb = Btblv
•  Btb – từ cảm trung bình và được xác định: Btb =

•  l – chiều dài cạnh tác dụng
•  v – vận tốc dài của dây dẫn v =

Φδ
τl

π Dn

n
= 2τ p
60
60

D – đường kính ngồi, n – tốc độ quay, p – số cặp cực, τ - bước cực

etb = Btblv =
CuuDuongThanCong.com

Φδ 2τ pn
n
l
= 2 pΦδ
τ l 60
60

21
/>

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC
2.1 Sức điện động cảm ứng trong dây quấn MĐMC (tiếp)

b. Sức điện động phần ứng
Gọi số thanh dẫn của dây quấn là N, số thanh dẫn một nhánh là: N/2a. Sđđ
phần ứng được xác định:

N
N
n
pN
Eu =
etb =
2 pΦδ
=
Φδ n = CeΦδ n; (V )
2a
2a
60 60a
• 
• 

Ce là hệ số sđđ và ∈ kết cấu của máy & kiểu dây quấn
Chiều sđđ ∈ Φ, n => xác định theo quy tắc bàn tay phải

Nhận xét:
Từ biểu thức trên ta suy ra: Sđđ phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay của phần
ứng và từ thông dưới một cực từ. Muốn điều chỉnh sđđ (điện áp MF) ta
thay đổi tốc độ hoặc thay đổi dòng điện kích từ. Muốn đổi chiều sđđ (điện
áp MF) ta đổi chiều quay hoặc đổi chiều dịng điện kích từ.
22
CuuDuongThanCong.com


/>

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC
2.2
 Công
 suất
 và
 Mômen
 điện
 từ
 
 
!  Công suất điện từ được tính bằng cơng thức:
Pđt = EưIư
! 

Thay giá trị Eư theo biểu thức ta có: Pdt =

! 

Mơmen điện từ Mđt: M dt =

M dt =

Pdt

ω

pN
nΦIu

60a

(trong đó tốc độ góc của rotor: ω =

pN
ΦIu = CM ΦIu (trong đó: CM =
2πa

2πn
)
60

pN
)
2πa

Nhận xét:
Từ biểu thức trên ta suy ra: Mđt tỷ lệ với dịng điện phần ứng và từ thơng
dưới một cực từ. Muốn điều chỉnh Mđt ta thay đổi Iư hoặc thay đổi It. Muốn
đổi chiều Mđt ta đổi chiều Iư hoặc đổi chiều It.

23
CuuDuongThanCong.com

/>

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC
2.3 Cân bằng năng lượng trong MĐMC
a. Máy phát điện
!  Công suất cơ P1 quay MF biến đổi

thành điện năng P2 theo biểu thức:
P2 = P1 – ΣΔP = P1- ΔPt– ΔPcơ – ΔPst
– ΔPp – ΔPư

Giản đồ năng lượng của MFMC
kích từ //

Trong đó:
ΣΔPt: là tổng tổn hao trong máy, bao gồm: tổn hao ở dây quấn kích từ
(ΔPt), tổn hao cơ (ΔPcơ), tổn hao sắt từ trong lõi thép (ΔPst), tổn hao phụ
(ΔPp), tổn hao ở dây quấn phần ứng (ΔPư).
!  Công suất điện từ của MFMC:
Pđt = P1 – ΔPt – ΔPcơ – ΔPst – ΔPp.
Tổn hao ma sát chổi than và cổ góp thường vào khoảng 25%÷35% tổng
tổn hao cơ trong máy
CuuDuongThanCong.com

/>

II. Quan hệ điện từ trong MĐMC
2.3 Cân bằng năng lượng trong MĐMC (tiếp)
b. Động cơ điện
!  Công suất điện P1 từ lưới cung cấp cho
động cơ một phần tổn hao trong máy
Σ∆Pt, phần cịn lại biến đổi thành cơng
suất cơ P2 đưa ra trục máy, ta có biểu
thức:
P1 = P2 + ΣΔP= ΔPt + ΔPư + ΔPst + ΔPcơ + ΔPp

Giản đồ năng lượng của ĐCMC

kích từ //

Trong đó:
ΣΔP là tổng tổn hao trong máy, bao gồm: tổn hao ở dây quấn kích từ (ΔPt),
tổn hao ở dây quấn phần ứng (ΔPư), tổn hao sắt từ trong lõi thép (ΔPst), tổn
hao cơ (ΔPcơ), tổn hao phụ (ΔPp).
!  Công suất điện từ của ĐCMC:
Pđt = P1 – ΔPt – ΔPư

CuuDuongThanCong.com

/>