Giáo trình máy điện I, Nguyễn Trọng Thắng, PDF, 162 trang, 5 MB
NỘI DUNG:
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 Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn 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 Ñeå moät sinh giuùp caùch vieân ñieän sinh coù quay); ngaén theå vieân goïn, hieåu Maùy deã cô saâu ñieän daøng Ban baûn. hôn khoâng quyen tieáp ÔÛ nhöõng moãi thu ñoàng © Truong chöông kieán vaán boä; ñeà thöùc Maùy D mình coù H moân ví Su ñieän ñaõ duï pham hoïc, hoïc. minh ñoàng giaùo Ky hoïa, boä. Caùc thuat trình caâu taùc TP. trình gæa hoûi HC vaø baøy M baøi noäi taäp dung ñeå Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn 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 Chöông Chöông Chöông Chöông II: 1: 2: 3: 4: Maùy Khaùi Toå Quan Cheá noái bieán ñoä nieäm heä daây laøm aùp ñieän chung vaø vieäc (MBA) Ban töø maïch trong quyen ôû veà taûi töø MBA xaùc MBA cuûa © Truong laäp MBA ñoái D xöùng H Su cuûa pham MBA Ky thuat TP. 138 125 107 116 HC M Chöông 5: Caùc loaïi maùy bieán aùp ñaëc bieät 149 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn 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. 5- 6- 7- Graw - E.V.Armensky, Publishers, Mohamed Applications, M.Kostenko, Hill - 2001 . G.B.Falk, Fractional Horsepower Moscow, 1985. E. Prentice-Hall, L.Piotrovsky, El-Hawary, Ban quyen Principle Electrical 1986. © Truong of machines, Electric D H Su pham Machines Ky Electrical thuat with TP. Power HC machines, M vol.1,2, Mir Publishers Mir Electronic Moscow, 1974. 8- Stephen J. Chapman, Electric machinery and Power System fundamental, Mc Graw Hill, 2002. Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn 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 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: Maùy ñieän ↓ ↓ ↓ Maùy ñieän tónh Maùy ñieän quay ↓ ↓ ↓ Maùy ñieän AC Maùy ñieän DC ↓ ↓ ↓ ↓ Maùy ñieän KÑB Maùy ñieän ÑB ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ Maùy Ñoäng Maùy Ñoäng Maùy Ñoäng Maùy bieán cô phaùt cô phaùt cô phaùt aùp ñieän ñieän ñieän ñieän ñieän ñieän KÑB KÑB ÑB ÑB DC DC 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 1 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 CGSμ 0 vaø SI. Quan heä giöõa caùc ñôn vò cuûa heä MKSA, SI vaø CGSμ 0 Teân caùc ñaïi löôïng Thôøi gian Taàn soá Chieàu daøi Toác ñoä daøi Gia toác Khoái löôïng Töø thoâng Töø caûm Ñieän dung Ñieän trôû Teân vaø kí hieäu caùc ñôn vò cuûa Teân vaø kí hieäu caùc ñôn vò cuûa Ñôn vò MKSA baèng bao nhieâu ñôn vò cuûa heä MKSA vaø SI heä CGSμ 0 heä CGSμ 0 Giaây s Giaây s 1 Hertz Hz Hertz Hz 1 Meùt m centimetre cm 102 Meùt treân giaây m/ s cent. treân giaây cm/s 102 Meùt treân giaây2 m/s2 cent.treân giaây2 cm/s2 102 Kilogramme Kg Gramme g 103 Weber Wb Maxwell Mx 108 Weber/meùt2 Wb/m2 Gauss G 104 (heä MKSA) Tesla (heä SI) T Farad F Ohm Ω 2 - 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 I* = I I ñm U* = U P* = P U ñm P ñm , U ñm , P ñm : 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 K c : Laø tæ soá giöõa chieàu daøi cuûa loõi theùp thuaàn theùp vôùi chieàu daøi 3 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 t0 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 4 - Ñoä taêng nhieät ñoä Δt coù theå tính: Δt = t 1 t 2 Trong ñoù: t 1 : Nhieät ñoä cuûa maùy. t 2 : Nhieät ñoä moâi tröôøng. Theo TCVN: Nhieät ñoä moâi tröôøng laø 400c 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: S α. Tröôøng hôïp töø thoâng bieán thieân qua voøng daây Naêm 1833 nhaø vaät lyù hoïc ngöôøi Nga laø Lenxô ñaõ N 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 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 e = − d dt Φ Neáu cuoän daây coù W voøng, söùc ñieän ñoäng caøm öùng trong cuoän daây seõ laø: e = − wd dt Φ = − d dt Ψ Trong ñoù Ψ = w Φ 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 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. ø 5 Hình1.1 Qui öôùc chieàu döông cho voøng daây coù töø thoâng xuyeân qua. E Hình1.2 Qui taéc baøn tay phaûi. S N Φ e B v 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). 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 = = F B Hdl I n 1i ii L m W 1j 6 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) M,n ↓ ⎞ MF → ÑC U - ...I - Hình 1.1. Sô ñoà khoái chæ cheá ñoä laøm vieäc cuûa maùy ñieän moät chieàu 1. Maùy phaùt 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 Phaàn caûm U - ...I - → Phaàn öùng Choåi than M,n ↓ ⎞ Phieán goùp 7 Taûi 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. B, e a. Töø caûm hay s.ñ.ñ hình sin trong khung daây tröôùc chænh löu e, i b. S.ñ.ñ vaø doøng ñieän ñaõ ñöôïc chænh löu nhôø vaønh goùp Hình 1.3 Caùc daïng soùng s.ñ.ñ §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 8 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 F: Löïc ñieän töø 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 1.6. 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. 9 Hình 1.7. Cô caáu choåi than 1) Hoäp choåi than 2) Choåi than 3) Loø so eùp 4) Daây caùp daãn ñieän 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 ø 2. Phaàn quay hay rotor a. Loõi saét phaàn öùng: Ñeå daãn töø thöôøng duøng theùp laù kyõ thuaät ñieän daøy 0,5 mm coù sôn caùch ñieän caùch ñieän hai maët roài eùp chaët laïi ñeå giaûm toån hao do doøng ñieän xoùay gaây neân. Treân caùc laù theùp coù daäp caùc raõnh ñeå ñaët daây quaán. Raõnh coù theå hình thang, hình quaû leâ hoaëc hình chöõ nhaät... Trong caùc maùy lôùn loõi theùp thöôøng chia thaønh töøng theáp vaø caùch nhau moät khoaûng hôû ñeå laøm 3 nguoäi maùy, caùc khe hôû ñoù goïi laø raõnh thoâng gioù ngang truïc. Ngoaøi ra ngöôøi ta coøn daäp caùc raõnh thoâng gioù doïc truïc. b. Daây quaán phaàn öùng Laø phaàn sinh ra söùc ñieän ñoäng vaø coù doøng ñieän chaïy qua. Daây quaán phaàn öùng thöôøng laøm baèng daây ñoàng coù boïc caùch ñieän. Trong maùy ñieän nhoû thöôøng duøng daây coù tieát dieän troøn, trong maùy ñieän vöøa vaø lôùn coù theå duøng daây tieát dieän hình chöõ nhaät. Daây quaán ñöôïc caùch ñieän caån thaän vôùi raõnh vaø loõi theùp. Ñeå traùnh cho khi quay bò vaêng ra ngoaøi do söùc ly taâm, ôû mieäng raõnh coù duøng neâm ñeå ñeø chaët vaø phaûi ñai chaët caùc phaàn ñaàu noái daây quaán. Neâm coù theå duøng tre goã hoaëc ba keâ lít. c. Coå goùp 2 Daây quaán phaàn öùng ñöôïc noái ra coå goùp. Coå goùp thöôøng ñöôïc laøm bôûi nhieàu phieán ñoàng moûng ñöôïc caùch ñieän vôùi nhau baèng nhöõng taám mi ca coù chieàu daøy 0,4 ñeán 1,2 mm vaø hôïp thaønh moät hình truï troøn. Hai ñaàu truï troøn duøng hai vaønh eùp hình chöõ V eùp chaët laïi, giöõa vaønh eùp vaø coå goùp coù caùch ñieän baèng mi ca hình V. Ñuoâi coå goùp cao hôn moät ít ñeå haøn caùc ñaàu daây cuûa caùc phaàn töû daây quaán vaøo caùc phieán goùp ñöôïc deã daøng. Hình 1.9. Hình caét doïc cuûa coå goùp kieåu truï 1) Phieán goùp 2) Vaønh eùp hình V 3) Mi ca caùch ñieän hình V 4) OÁng caùch ñieän d. Choåi than 5) Ñaàu haøn daây Maùy coù bao nhieâu cöïc coù baáy nhieâu choåi than. Caùc choåi than döông ñöôïc noái chung vôùi nhau ñeå coù moät cöïc döông duy nhaát. Töông töï ñoái vôùi caùc choåi than aâm cuõng vaäy. e. Caùc boä phaän khaùc - Caùnh quaït duøng ñeå quaït gioù laøm nguoäi maùy. - Truïc maùy, treân ñoù coù ñaët loõi theùp phaàn öùng, coå goùp, caùnh quaït vaø oå bi. Truïc maùy thöôøng ñöôïc laøm baèng theùp caùc bon toát. 10 4 1 Hình 1.8. Laù theùp phaàn öùng 1) Truïc maùy 2) Loã thoâng gioù doïc truïc 3) Raõnh 4) Raêng ø §1.3 CAÙC TRÒ SOÁ ÑÒNH MÖÙC Cheá ñoä laøm vieäc ñònh möùc cuûa caùc maùy ñieän laø cheá ñoä laøm vieäc trong nhöõng ñieàu kieän maø nhaø cheá taïo ñaõ qui ñònh. Cheá ñoä ñoù ñöôïc ñaëc tröng bôûi nhöõng ñaïi löôïng ghi treân nhaõn maùy goïi laø caùc ñaïi löôïng ñònh möùc. - Coâng suaát ñònh möùc: P ñm (W hay KW) laø coâng suaát ñaàu ra cuûa maùy ñieän - Ñieän aùp ñònh möùc: U ñm (V hay KV): Laø ñieän aùp ôû hai ñaàu taûi ôû cheá ñoä ñònh möùc (maùy phaùt) Laø ñieän aùp ñaët vaøo ñoäng cô ôû cheá ñoä ñònh möùc (ñoäng cô) - Doøng ñieän ñònh möùc I ñm (A): Laø doøng ñieän cung caáp cho taûi ôû cheá ñoä ñònh möùc (maùy phaùt) Laø doøng ñieän cung caáp cho ñoäng cô ôû cheá ñoä ñònh möùc (ñoäng cô) - Toác ñoä ñònh möùc: n ñm (voøng / phuùt). - Hieäu suaát ñònh möùc: η ñm Ngoaøi ra coøn ghi kieåu maùy, caáp caùch ñieän, phöông phaùp kích töø, doøng ñieän kích töø, cheá ñoä laøm vieäc vv ... Hình 1.10. Nhaõn maùy cuûa moät ñoäng cô ñieän moät chieàu 11 ø Caâu hoûi 1. Haõy ñònh nghóa maùy ñieän moät chieàu? 2. Trình baøy nguyeân lyù laøm vieäc cuûa maùy phaùt ñieän vaø ñoäng cô ñieän moät chieàu? 3. Neâu caáu taïo cuûa maùy ñieän moät chieàu? 4. Neâu caùc ñaïi löôïng ñònh möùc cuûa maùy ñieän moät chieàu vaø yù nghóa cuûa chuùng? Baøi taäp 1. Maùy phaùt ñieän moät chieàu coù coâng suaát ñònh möùc P ñm = 85KW; U ñm = 230 V; n ñm = 1470v/phuùt; η ñm = 0.895. Tính doøng ñieän vaø Moment cuûa ñoäng cô sô caáp ôû cheá ñoä ñònh möùc. 2. Maùy phaùt ñieän moät chieàu coù P ñm = 95 Kw, U ñm =115V; n ñm = 2820v/ph; η ñm = 0,792. ÔÛ cheá ñoä ñònh möùc, tính: a. Coâng suaát cô cuûa ñoäng cô sô caáp keùo maùy phaùt P 1 . b. Doøng ñieän cung caáp cho taûi. c. Moment cô cuûa ñoäng cô sô caáp keùo maùy phaùt M 1 . 12 ø Trong ñoù: δ: Chieàu roäng khe hôû khoâng khí h g Chöông II MAÏCH TÖØ CUÛA MAÙY ÑIEÄN MOÄT CHIEÀU KHI KHOÂNG TAÛI. § 2.1 Ñaïi cöông Chöông naøy nhaèm trình baøy caùc phöông phaùp xaùc ñònh söùc töø ñoäng caàn thieát cuûa cöïc töø chính F 0 ñeå taïo ra töø thoâng chính Φ 0 trong khe hôû khoâng khí giöõa stator vaø rotor khi khoâng taûi. → → → → → → Hình 2-1. Maïch töø cuûa maùy ñieän moät chieàu khi khoâng taûi : Chieàu cao cuûa goâng stator . h raêng : Chieàu cao raêng phaàn öùng. h ö : Chieàu cao cuûa löng phaàn öùng . h c : Chieàu cao cuûa cöïc töø . L g : Chieàu daøi trung bình ñöôøng söùc töø cuûa goâng töø . L ö : Chieàu daøi trung bình ñöôøng söùc töø cuûa löng phaàn öùng . Treân hình 2-1 veõ sô löôïc moät phaàn cuûa maùy ñieän moät chieàu 4 cöïc vaø veõ hình töø thoâng do caùc cöïc chính gaây neân. Töø thoâng ñi töø cöïc N qua khe hôû vaø phaàn öùng roài trôû veà 2 cöïc S naèm keà beân. Do maùy hoaøn toaøn ñoái xöùng, neân töø thoâng do moãi cöïc taïo neân bò chia ñoâi vôùi ñöôøng truïc cöïc thaønh hai phaàn taïo thaønh hai maïch voøng töø gioáng nhau, ñaët ñoái xöùng caû veà hai phía ñoái vôùi ñöôøng truïc cöïc ñaõ cho. Soá maïch voøng baèng soá cöïc cuûa maùy, nhöng khi tính söùc töø ñoäng chæ caàn xeùt moät trong caùc maïch voøng ñoù. Phaàn töø thoâng ñi vaøo phaàn öùng goïi laø töø thoâng chính hay töø thoâng khe hôû Φ 0 . Töø thoâng naøy caûm öùng neân s.ñ.ñ trong daây quaán khi phaàn öùng quay vaø taùc duïng vôùi doøng ñieän trong daây quaán ñeå sinh ra moâmen. Moät phaàn töø thoâng khoâng ñi qua phaàn öùng goïi laø töø thoâng taûn Φ σ . Noù khoâng caûm öùng neân söùc ñieän ñoäng trong phaàn öùng nhöng noù vaãn toàn taïi laøm cho ñoä baõo hoaø töø trong cöïc töø vaø goâng töø taêng. Neáu Φ c laø toaøn boä töø thoâng do cöïc töø gaây neân thì: σ t Φ c = Φ 0 + Φ σ = Φ 0 ⎛ ⎜ ⎝ 1 + Φ σ Φ 0 ⎞ ⎟ ⎠ = σ t . Φ 0 (2-1) laø heä soá taûn töø cuûa cöïc töø chính. σ t = 1,15 - 1,28. Söùc töø ñoäng F 0 caàn thieát ñeå taïo ra töø thoâng chính laø söùc töø ñoäng chính. h g → → → → → h C δ rr ö h raêng 13 → → → ø Theo ñònh luaät toaøn doøng ñieän: ∫ Hdl ∑ HiLi IWF (2-2) = 1 Trong ñoù: L i : Chieàu daøi trung bình cuûa ñöôøng söùc töø treân ñoaïn thöù i. H i : Cöôøng ñoä töø tröôøng treân ñoaïn thöù i. W: Soá voøng daây cuûa moät ñoâi cöïc töø. I: Cöôøng ñoä doøng ñieän chaïy qua daây quaán kích töø. Ñöôøng cong töø kheùp kín laø söï noái tieáp cuûa caùc ñoaïn ñöôøng söùc töø, caùc ñoaïn naøy ñi qua caùc phaàn maïch töø coù ñoä töø thaåm khaùc nhau, trong maùy ñieän moät chieàu goàm 5 ñoaïn: Khe hôû khoâng khí, raêng phaàn öùng, phaàn öùng, cöïc töø vaø goâng töø. Caùc ñoaïn naøy ñöôïc kyù hieäu töông öùng baèng caùc chæ soá: δ, raêng, ö, c vaø g. Ta coù: F 0 = 2H δ δ + 2H raêng h raêng + H ö L ö + 2H c h c + H g L g. F 0 = F δ + F raêng + F ö +F c +F g. (2-3) Do ñoù ñeå tính söùc töø ñoäng toång cuûa moät ñoâi cöïc töø F o ta phaûi tính söùc töø ñoäng treân töøng phaàn maïch töø treân. Töø phöông trình (2-3) ta thaáy muoán tính S.t.ñ ñoái vôùi moãi ñoaïn trong 5 ñoaïn caàn phaûi tìm cöôøng ñoä töø tröôøng H töông öùng vaø nhaân noù vôùi chieàu daøi maïch töø ñoù. Neáu ñaõ bieát töø thoâng Φ vaø kích thöôùc hình hoïc cuûa caùc ñoaïn thì coù theå tính B töø caûm cuûa caùc ñoaïn maïch töø theo coâng thöùc caùc phaàn maïch töø. B = Φ S . Trong ñoù S laø tieát dieän cuûa Trong khoâng khí μ o = 4π10-7 H/m. Nhöng trong saét töø μ = Cte neân ta khoâng tröïc tieáp tính H ñöôïc maø tìm H theo ñöôøng ñaëc tính töø hoùa cuûa vaät lieäu B = f(H) khi bieát B. Sau khi phaân ñoaïn tính ñöôïc s.t.ñ treân caùc ñoaïn coù theå tìm ñöôïc s.t.ñ toång döôùi moãi ñoâi cöïc töø F 0 . § 2.2 Tính söùc töø ñoäng khe hôû F δ Khe hôû laø trôû löïc chính ñoái vôùi töø thoâng. do ñoù S.t.ñ khe hôû F δ thöôøng chieám khoâng döôùi 60% s.t.ñ chính F o . Ñeå tính F δ ta tieán haønh : - Tröôùc tieân ta giaû söû beà maët phaàn öùng phaúng khoâng coù raõnh vaø raêng, khe hôû ôû giöõa cöïc töø laø beù nhaát thì söï phaân boá töø caûm döôùi cöïc töø coù daïng nhö hình 2-2. Hình daùng cuûa noù phuï thuoäc vaøo beà roäng cuûa maët cöïc töø vaø chieàu daøi cuûa khe hôû. ÔÛ giöõa töø caûm B lôùn nhaát, ôû hai meùp cöïc thì nhoû ñi nhieàu vaø baèng khoâng ôû ñöôøng trung n n = = = 14 ø tính hình hoïc (TTHH). Ñeå deã tính F δ chuùng ta ñôn giaûn hoùa ñöôøng phaân boá töø caûm theo phöông phaùp ñaúng trò, nghóa laø coi ñöôøng phaân töø caûm laø hình chöõ nhaät coù chieàu cao BB δ = δ max , chieàu ñaùy laø b' = α δ . τ sao cho dieän tích hình chöõ nhaät baèng dieän tích ñöôøng cong. Trong ñoù: τ = π D ö laø böôùc cöïc: khoaûng caùch giöõa 2 cöïc töø D ö p2 TTHH TTHH TTHH b ′ = α δ τ TTHH k = t 1 + b r 1 + (2-4) t 1 :ñöôøng kính phaàn öùng ; p : soá ñoâi cöïc töø α δ : heä soá tính toaùn cung cöïc töø; b/ chieàu daøi tính toaùn cung cöïc töø. Trong caùc maùy ñieän moät chieàu khoâng coù cöïc töø phuï α δ = 0,7 - 0,8. Caùc maùy ñieän moät chieàu coù cöïc töø phuï α δ = 0,62 - 0,72. - Treân thöïc teá maët cöïc töø coøn coù raêng vaø raõnh, neân töø tröôøng trong khe hôû phaân boá caøng khoâng ñeàu, treân raêng ñöôøng söùc töø daøy, coøn ôû raõnh thì thöa thôùt hôn. Kích thöôùc cuûa raêng vaø raõnh coù aûnh höôûng ñeán ñöôøng ñi cuûa ñöôøng söùc töø. Vì vaäy khi tính toaùn F δ caàn phaûi duøng chieàu daøi khe hôû tính toaùn δ': δ .' = k δ δ . Trong ñoù: k δ : heä soá khe hôû, ñöôïc cho trong caùc soå tay thieát keá maùy ñieän. Ñoái vôùi raõnh chöõ nhaät ta coù theå duøng coâng thöùc: δ : böôùc raêng theo chu vi phaàn öùng. b r1 b r1 : chieàu roäng cuûa ñænh raêng. - Ñoái vôùi maùy ñieän coâng suaát lôùn, theo chieàu daøi loõi saét coù caùc raõnh thoâng gioù höôùng kính neân töø caûm doïc truïc cuõng phaân boá khoâng ñeàu. Thay ñöôøng cong phaân boá töø caûm thöïc teá baèng hình chöõ nhaät coù chieàu roäng B δ = B δmax vaø chieàu daøi l δ = 0,5(l C + l). Hình 2-3. Töø caûm trong khe hôû khoâng khí khi phaàn öùng coù raêng vaø raõnh δ 10 10 δ 15 Hình 2-2. Ñöôøng phaân boá thöïc teá (1) vaø ñaúng trò (2) cuûa töø tröôøng trong khe hôû khoâng khí treân tieát dieän ngang cuûa phaàn öùng nhaün § 2.3 Tính söùc töø ñoäng raêng Raõnh phaàn öùng coù nhieàu kieåu. Ñeå ñôn giaûn ta laáy moät kieåu raõnh laø hình chöõ nhaät (raêng seõ laø hình thang).Töø thoâng Φ 0 sau khi ñi qua khe hôû khoâng khí thì phaân laøm 2 maïch song song ñi vaøo raêng vaø raõnh. Do töø daãn cuûa theùp lôùn hôn khoâng khí neân ñaïi boä phaän Φ 0 ñi vaøo raêng. t 1 b raõnhx x b raêngtb b raêng2 t 2 Hình 2-5. Söùc töø ñoäng raêng Töø thoâng trong khe hôû ñoái vôùi moät böôùc raêng (chæ caàn tính S.t.ñ cuûa caùc raêng ñoái vôùi 1 böôùc raêng laø ñuû vì taát caû caùc raêng ñeàu daãn töø thoâng song song vôùi nhau vaø taát caû chuùng ñeàu naèm trong nhöõng ñieàu kieän töø tröôøng gioáng nhau, treân chieàu daøi cuûa cung cöïc b') baèng: b raêng x Β/raêng x Trong ñoù : l δ laø chieàu daøi tính toaùn cuûa phaàn öùng . l C laø chieàu daøi cuûa cöïc töø theo höôùng doïc truïc. l = l ö – n g .b g chieàu daøi thöïc cuûa loõi saét phaàn öùng khoâng tính ñeán raõnh thoâng gioù. l ö chieàu daøi thöïc cuûa loõi saét. n g , b g : soá raõnh vaø chieàu roäng raõnh thoâng gioù. Nhö vaäy vôùi 1 töø thoâng chính Φ 0 naøo ñoù thì töø caûm laø : B δ = Φ ο α δ . τ . l δ Vaø söùc töø ñoäng trong khe hôû khoâng khí laø: F δ = 2 μ ο B δ . k δ . δ (A/ñoâi cöïc) (2-5) 16 ø b g Hình 2-4. Hình thaät vaø hình tính ñoåi cuûa töø tröôøng trong khe hôû treân tieát dieän doïc cuûa phaàn öùng l C l ö l δ ø Φ t = B δ .t 1 .l δ Laáy moät tieát dieän ñoàng taâm vôùi maët phaàn öùng caùch ñænh raêng moät khoaûng x ñeå xeùt, thì töø thoâng Φ t (2-6) ñi qua tieát dieän ñoù goàm 2 phaàn: - Φ raêng x ñi qua raêng. - Φ raõnhx ñi qua raõnh. Ta coù: Φ t =Φ raêng x + Φ raõnh x (2-7) Chia hai veá cuûa (2-7) cho tieát dieän maët caét cuûa raêng, ta coù: Φ t Φ t töø S raêngx thoâng = B raêngx / ñeàu S raêngx = Φ S raêngx raêngx + Φ S raêngx raõnhx (2-8) :Goïi laø töø caûm tính toaùn cuûa raêng. YÙ nghóa cuûa noù laø coi nhö toaøn boä ñi qua raêng. Khi B/ raêng x > 1,8T thì do maïch töø treân raêng töông ñoái baõo hoøa neân töø thoâng trong raõnh khoâng theå boû qua ñöôïc, phaûi phaân bieät B/ raêng x vaø B raên gx Φ raêngx S raêngx = Β raêngx : töø caûm thöïc teá trong raêng. Coù theå vieát: Φ raõnhx S raêngx = Φ S raõnhx raõnhx . S S raõnhx raêngx kH=kB= raõnhx . raêngx μ 0 . raõnhx . raêngx (2-9) Trong ñoù: S raõnhx : Tieát dieän ngang cuûa raõnh. B raõnhx : töø caûm tieát dieän trong raõnh ñaõ cho. H raõnhx : cöôøng ñoä töø tröôøng trong tieát dieän raõnh ñaõ cho. k raêngx : heä soá raêng. =k S S = S-S S = klb raêngx lt . .. 1- c (2-10) Trong ñoù: S tx raõnhx tx raêng x x raêngx raêngx raêng x δ : Tieát dieän böôùc raêng ôû ñoä cao x. t x : Böôùc raêng ôû ñoä cao x. l: Chieàu daøi loõi theùp thuaàn öùng (khoâng keå raõnh thoâng gioù höôùng kín). k c : Heä soá eùp chaët loõi theùp (tyû soá giöõa chieàu daøi thuaàn theùp cuûa loõi theùp vôùi chieàu daøi thöïc cuûa loõi theùp). 17 Hình 2-6. Caùc ñöôøng cong B/ raêng x = f(H raêng x ) nhö hình 2-7: Hình 2-7. Caùc ñöôøng cong B/ raêng x = f(H raêng x ) ñoái vôùi theùp kyõ thuaät ñieän ∋11, ∋12, ∋13 ø Thöôøng k c = 0,91 - 0,93 (khi giöõa caùc laù theùp coù boâi sôn caùch ñieän). Nhö vaäy coâng thöùc (2 - 8) trôû thaønh: B/ raêngx = B raêngx + B raõnhx . k raêngx = B raêngx + μ o .H raõnhx .k raêngx (2 - 11) Giaû thieát caùc maët hình truï caét ngang raêng vaø raõnh ôû caùc ñoä cao x khaùc nhau laø nhöõng maët ñaúng theá. Trong tröôøng hôïp naøy töø aùp rôi theo chieàu cao cuûa raêng vaø raõnh baèng nhau, do ñoù: H raõnhx = H raêngx vaø coâng thöùc (2 - 11) trôû thaønh: B/ raêngx = B raêngx + μ o H raêngx .k raêngx (2 - 12) Muoán duøng ñöôïc coâng thöùc treân ñeå tính söùc töø ñoäng cuûa caùc raêng ta tieán haønh nhö sau: - Veõ ñöôøng cong töø hoùa cuûa theùp duøng laøm phaàn öùng. - Tính heä soá k raêng theo (2 - 10). - Cho tröôùc töø caûm thöïc trong raêng B raêng xaùc ñònh H raêng theo ñöôøng 1. - Tính trò soá μ o H raêngx .k raêngx . - Duøng coâng thöùc (2-12) tính B/ raêngx . tieán haønh tính toaùn nhö theá ñoái vôùi nhieàu trò soá B raêng ta veõ ñöôïc ñöôøng 2 laø quan heä B/ raêngx = f(H raêngx ) vôùi nhieàu trò soá k raêngx ñaõ cho. raêng x μ 0 .H raêngx .k raêngx B raêng x H raêng x H raêng x Vôùi nhöõng trò soá k raêng / B x g ên a r khaùc B/ raêng nhau ta ñöôïc hoï ñaëc tuyeán B/ raêngx k raêng 18 = f(H raêngx )/k raêngx k raêng H raêng (A/cm) ø Bieát nhöõng ñöôøng cong ñoù ta coù theå söû duïng chuùng theo trình töï ngöôïc laïi, töùc laø ñaàu tieân tính töø caûm tính toaùn B/ raêngx vaø k raêngx , sau ñoù ta coù theå tìm ra H raêngx vaø B raêngx töø ñöôøng 2 vaø 1. Töø caûm tính toaùn cuûa raêng B/ raêngx ôû caùc ñoä cao x coù theå tính: Β / raêngx = lkb Β raêngx δ lt 1 δ c (2-13) Khi tính toaùn söùc töø ñoäng cuûa raêng chæ caàn tính töø caûm ôû 3 vò trí ñaàu, giöõa vaø chaân raêng: =B / 1raêng ltB δ .. 1 δ klb c1raêng .. tính k raêng1 Duøng ñöôøng cong hình (2 - 7) ta tìm ñöôïc H raêng1 c 2 . Β / raêngtb = Β δ lt 1 δ lkb raêngtb tính k raêngtb Duøng ñöôøng cong hình (2 - 7) ta tìm ñöôïc H raêngtb c . Β / raêng2 = Β δ lt 1 δ lkb raêng2 tính k raêng2 . Duøng ñöôøng cong hình (2 - 7) ta tìm ñöôïc H raêng2 . Trò soá tính toaùn cuûa cöôøng ñoä töø tröôøng trung bình: H raêng = 1/6 (H raên g1 + 4H raêngtb +H raên g2 ) (2 - 14) Suy ra: F raêng = 2H raêng .h raêng (A/ñoâi cöïc) (2 - 15) Thöôøng ñeå tính toaùn ñôn giaûn ngöôøi ta chæ xaùc ñònh töø caûm vaø cöôøng ñoä töø tröôøng töông öùng trong moät tieát dieän caùch chaân raêng 1/3 chieàu cao. luùc ñoù: F raêng = 2H raêng1/3 .h raêng (A/ñoâi cöïc) (2 - 16) § 2.4. Tính söùc töø ñoäng ôû löng phaàn öùng Trong tröôøng hôïp chung töø thoâng ôû löng phaàn öùng laø : Trò soá töø caûm trung bình ôû tieát dieän trung bình cuûa löng phaàn öùng laø : Trong ñoù S ö Φ ö = Φ 0 (Wb) =B ö Φ ö S ö = klh2 Φ cö .. 0 (T) = h ö .l.k c laø tieát dieän löng phaàn öùng . h ö : chieàu cao cuûa löng phaàn öùng h ö = dD ö − 2 − h r − 2 3 .dm a2 a2 19 ø D ö , d : ñöôøng kính ngoaøi vaø trong cuûa phaàn öùng. h raêng : chieàu cao cuûa raêng. m a2 : soá (thöôøng lôùp loã m thoâng a2 = gioù höôùng truïc theo chieàu cao cuûa löng phaàn öùng 1) d a2 : ñöôøng kính loã thoâng gioù. Khi khoâng coù loã thoâng gioù thì 2/3m a2 .d a2 = 0. Bieát treân löng B ö (T) phaàn döïa öùng vaøo : ñöôøng cong töø hoùa, suy ra H ö (A/m).Töø ñoù ta coù söùc töø ñoäng F ö = H ö .L ö (A/ñoâi c...
XEM VÀ TẢI VỀ:
[linkxem]https://drive.google.com/file/d/1dhuZiludAIMZZNFh5nE6Mnu72pE9D4tq/preview[/linkxem][linktai]https://drive.google.com/file/d/1dhuZiludAIMZZNFh5nE6Mnu72pE9D4tq/view[/linktai]
