Máy điện 1 - Chương 7
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (638.39 KB, 8 trang )
Chương 7
SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN
MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU
7.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Khi từ thông phần cảm xuyên qua dây quấn phần ứng biến thiên thì trong
dây quấn phần ứng sẽ sinh ra sđđ. Trong máy điện quay có hai cách để tạo ra sự
biến thiên của từ thông xuyên qua dây quấn phần ứng. Cách thứ nhất là cho dây
quấn phần ứng chuyển động tương đối với từ trường phần cảm, cách thứ hai ngược
lại, trong hai trường hợp sđđ cảm ứng đều là xoay chiều.
Để máy có thể làm việc được tốt yêu cầu sđđ xoay chiều phải biến thiên hình
sin theo thời gian. Muốn vậy thì từ trường phần cảm phân bố dọc khe hở của máy
hình sin để sđđ cảm ứng trong dây quấn có dạng hình sin.
Thực tế: không thể có, vì cấu tạo
máy, từ trường của cực từ và của dây
quấn đều khác hình sin. Vì vậy ta phân
tích từ trường thành sóng cơ bản (bậc 1)
và sóng bậc cao ν (bậc 3, 5,...).
Ở đây ta phân từ cảm B thành các
sóng hình sin B
1
, B
3
, B
5
, B
7
, ... (hình 7-
1). Với từ trường B
1
có bước cực τ còn
B
ν
có bước cực τ
ν
=τ/ ν.
Khi có sự chuyển động tương đối
của từ trường cực từ và dây quấn thì
tương ứng từ trường B
1
, B
3
, B
5
, B
7
, .. sẽ
cảm ứng trong dây quấn các sđđ e
1
, e
3
,
e
5
, e
7
, .. Do tần số f của các sđđ này khác
nhau nên sđđ tổng trong dây quấn sẽ có
dạng không sin.
Sau dây ta xét trị số của các sđđ cảm ứng và nghiên cứu lmf triệt tiêu hoặc
giảm các sđđ bậc cao để cải thiện dạng sóng sđđ tổng khiến nó gần giống dạng hình
sin.
130
Hình 7-1 Sự phân bố từ cảm của
từ trường cực từ của máy điện
đồng bộ cực lồi dọc bề mặt
stator
7.2. SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN
Xét sđđ cảm ứng trong dây quấn do sóng từ cảm B
1
, B
3
, B
5
, B
7
, .. tìm sđđ tổng.
7.2.1. Sđđ của dây quấn do từ trường sóng cơ bản.
1. Sđđ của một thanh dẫn:
Thanh dẫn có chiều dài l chuyển đổng với vận tốc v trong từ trường cơ bản
phân bố hình sin dọc khe hở như trên hình 7-2, ta có:
π
τ
=
x
sinBB
mx
(7-1)
Trong thanh dẫn cảm ứng sđđ:
xsinvlBvlBe
mxtd
τ
π
==
trong đó:
f
Tt
x
v
τ=
τ
==
2
2
do tốc độ góc ω = 2πf và từ thông
ứng với một bước cực từ:
τ
π
=Φ
lB
m
2
(7-2)
Nên sđđ cảm ứng trong một thanh dẫn:
e
td
= πfΦsinωt (7-3)
Trị số hiệu dụng sđđ đó bằng:
Φ=Φπ=Φ
π
=
f22,2f
2
2
f
2
E
td
(7-4)
2. Sđđ của một vòng dây. Sđđ của một phần tử (bối dây):
Sđđ của một vòng dây gồm hai thanh dẫn đặt trong hai rãnh cách nhau một
khoảng y (hình 7-3a) là hiệu số hình học các sđđ lệch nhau một góc (y/τ)π của hai
thanh dẫn đó.
Từ hình 7-3b, ta có:
ntd
''
td
'
tdV
kf
y
sinEEEE
Φπ=
π
τ
=−=
2
2
2
(7-5)
trong đó:
22
π
β=
π
τ
=
sin
y
sink
n
(7-6)
Thông thường
τ
=β
y
< 1, nên k
n
được gọi là hệ số bước ngắn, còn
β
được
gọi là tỉ số bước ngắn.
Nếu trong hai rãnh nói trên có đặt một bối dây (phần tử) gồm N
pt
vòng dây thì
sđđ của bối dây đó bằng:
Φπ=
ptn1p
fNk2E
(7-7)
131
B
x
B
m1
B
x
l
τ
v
0
Hình 7-2 Chuyển động tương đối của
thanh dẩn trong từ trường hình sin
x
B
m1
βπ
βπ
'
td
E
''
td
E
''
td
E
−
v
E
Hình 7-3 Sđđ của một vòng dây
τ
π
βπ
y=βτ
''
td
E
'
td
E
ν=1
(a)
(b)
3. S ca mt nhúm phn t :
Gi thit ta cú q phn t mc ni tip v c t ri trong cỏc rónh liờn tip
nhau nh trờn hỡnh 7-4. Gúc lch pha trong t trng gia hai rónh cnh nhau:
Z
p
p/Z
=
=
22
(7-8)
trong o : Z/p s rónh di mt ụi cc t.
Cỏc vect E
pt
lch pha nhau mt gúc
Gúc = q vựng pha.
S tng ca mt nhúm bi dõy E
q
l tng hỡnh hc ca q vect nh hỡnh 7-5:
2
2
1
2
2
2
22
2
2
==
==
sin
sin
E
sin
sin
AK
q
sinOAABE
q
pt
q
q
1
2
2
rpt
q
ptq
kqE
sinq
sin
qEE
==
(7-9)
Trong ú:
2
2
1
==
sinq
sin
sõõ caùc hoỹcsọỳ Tọứng
sõõ caùc hỗnh hoỹcTọứng
k
q
r
(7-10)
Vy: E
q
=
=
ptdqptrn
qNkf2qNkkf2
(7-11)
Vi: k
dq
: gi l h s dõy qun v bng:
132
/2
E
pt2
E
pt3
E
pt1
E
pt1
E
pt2
E
pt3
E
q
A
K
Hỡnh 7-4 Nhúm cú q=3 bi dõy trong t trng
Hỡnh 7-5 S nhúm cú q=3 bi dõy
= q
0
B
y=
B
m1
=1
k
dq
= k
n
k
r
(7-12)
4. Sđđ của dây quấn một pha:
Dây quấn một pha gồm một hoặc nhiều nhánh đồng nhất ghép song song do
đó sđđ của một pha là sđđ của một nhánh song song (hình 7-6).
Mỗi nhánh gồm n nhóm bối dây có vị trí giống nhau trong từ trường của các
cực từ nên sđđ của chúng cộng số học với nhau:
Φπ=Φπ=
Nfk2fnqNk2E
dqptdqf
(7-13)
trong đó: N = nqN
pt
vòng dây của một nhánh song song hay của một pha.
7.2.2. Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao.
Nhận xét: Biểu thức sđđ từ trường sóng bậc cao giống từ trường bậc một. Ở
đây ta chú ý rằng bước cực của từ trường bậc ν nhỏ ν lần từ trường sóng cơ bản
(hình 7-1) vì vậy góc điện 2π của từ trường sóng cơ bản ứng với góc 2νπ đối với từ
trường bậc ν, như vậy:
ν
τ
=τ
ν
Và
2
2
2
α
α
ν
ν
ν
ν
=
π
νβ=
sinq
sin
k
sink
q
r
n
(7-14)
Hệ số dây quấn của sóng bậc ν :
ννν
=
rndq
kkk
(7-15)
Tần số của sóng bậc ν : f
ν
= νf
Sđđ cảm ứng của sóng bậc ν :
νννν
Φπ=
Nfk2E
dq
(7-16)
Với:
τ
νπ
=τ
π
=Φ
νννν
lBlB
mm
22
133
Hình 7-6 Dây quấn một pha có hai nhánh song song
Từ những phân tích trên ta thấy rằng, khi từ trường cực từ phân bố không hình
sin, sđđ cảm ứng trong dây quấn một pha là tổng của một dãy các sđđ điều hòa có
tần số khác nhau. Trị hiệu dụng sđđ đó có trị số:
...E...EEEE
22
5
2
3
2
1
ν
++++=
(7-17)
7.3. CẢI THIỆN DẠNG SÓNG SĐĐ.
Nguyên nhân làm cho sđđ cảm ứng trong dây quấn không sin là sóng từ cảm B
không sin. Sau đây là các biện pháp để làm cho sđđ cảm ứng trong dây quấn có
dạng gần sin hơn.
7.3.1. Tạo độ cong mặt cực để B sin
Với δ là khe hở nhỏ nhất giữa mặt cực từ, khe hở δ tăng dần về 2 phía mõm
cực từ, để từ cảm B hình sin thì khe hở δ
x
cách giữa mặt cực bằng:
xcos
x
τ
π
δ
≈δ
(7-18)
Nếu gọi b là bề rộng mặt cực thì b =(0,65-0,76)τ và δ
max
= (1,5-2,5)δ.
7.3.2. Rút ngắn bước dây quấn
Khi không rút ngắn bước dây quấn (y = τ) thì tất cả các sđđ bậc cao đều tồn
tại vì
1
2
±=νβ=
π
ν
sink
n
Khi rút ngắn bước dây quấn (y <τ) thì sđđ bậc cao tùy ý sẽ bị triệt tiêu, như:
•
5
4
=
τ
=β
y
vậy rút ngắn dây quấn
τ
5
1
thì hệ số dây quấn và sđđ:
00
25
4
5
55
=→=
π
=
Esink
n
• Tương tự muốn E
7
= 0 thì rút ngắn
τ
7
1
Chú ý:
• Bước ngắn không đồng thời triệt tiêu tất cả sđđ bậc cao vì vậy phải chọn
bước ngắn thích hợp.
• Rút ngắn bước dây quấn sđđ bậc một cũng giảm đi một ít nhưng không
đáng kể.
7.3.3. Thực hiện dây quấn rải
Khi không quấn rải q = 1 thì k
r
ν
= ± 1 nghĩa là các sđđ bậc cao không giảm.
Khi quấn rải q > 1 thì các sđđ bậc cao đều giảm nhỏ.
Xem bảng, ta thấy rằng có một số bậc cao k
r
ν
không bị giảm yếu đi mà có trị
số k
r
ν
= k
r1
, tức là hệ số của sóng cơ bản, bậc của sđđ đó có thể biểu thị như sau:
ν
Z
= 2mqk ± 1 (7-19)
trong đó: k = 1, 2, 3,...; m: số pha;
q: số rãnh của một pha dưới một cực từ.
Vì: 2mq = Z/p nên (7-19) trở thành:
134
