Nguyên lý hoạt động của máy điện, Thân Ngọc Hoàn

Cuốn sách “Nguyên lý hoạt động của máy điện” là giáo trình dùng cho sinh viên các trường Đại học và Cao đẳng công nghệ, nó cũng giúp ích cho những kỹ sư và kỹ thuật viên chuyên ngành điện và cơ khí khi tìm hiểu về máy điện trong thực tế. Khi viết cuốn sách này, các tác giả đã bám sát các yêu cầu về giảng dạy và học tập môn máy điện trong các trường đại học và cao đẳng công nghệ và kỹ thuật, những yêu cầu của các kỹ sư khi tiếp cận với các mảy điện trong thực tế.

TSKH THÂN NGỌC HOÀN au NGUYEN TRONG THANG NGUYENLY _ HOAT DONG CUA MAY DIEN GS.TSKH THAN NGQC HOAN ‘TS NGUYEN TRONG THANG NGUYEN LY HOAT DONG CUA MAY ĐIỆN (Tái bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG HÀ NỘI-2019 LỜI NÓI ĐÀU “Cuốn sách “Nguyên lý hoạt động của máy điện” à giáo trình dùng củo sinh vgn ede trường Đại học và Cao đẳng công nghệ, nó cũng ship ich cho những lỹ sự và Kỹ thuật viên chôn ngành điện và cơ kÖí Hi tìm ld về “máy độn trong thực lề Khi vết cuỗn sách này, các tác giả đã bảm sắt các yêu cầu về giảng dạy à học tập môn máy đện trong các trường đại học và cao đẳng công nghệ ve AP shud, hing yeu edu eta ede Äÿ sự Khi tp côn với các máy điện trong thự tễ Cuấn súch cung cấp các Kến thức cơ bản về các loại máy điện thông «dung nb én dp, mây điện một chẳu, máy điện xoay chẳu không đẳng bộ à đồng bộ, Do hiện nay sự xuất hiện của vật liệu đất im cho phép chế uo ‘sie lai nam châm vĩnh cửu có mậtđ từ hồng lớn đã giáp phẩt trần các ‘may dién nam châm vĩnh cửu lại một chầu và xoay chiều, nên cuốn sách cũng cung cấp những kiến thức cơ bản về loi máy điện nam châm vinh: cứu, loqi động cơ đang được áp dụng nhiều ởô tô và xe điện đương đại “Chấn sách cũng cng cấp kiến thức một số máy đặc bia như động cơ bước, “my sensin lẫn đp quay giáp co sinh in các ngành đầu intự động Nội dang cuấn sách khôngđĩ nặng về ý hoi tnh toán, hết Rễ mà chủ “yết là giải dc về ngayn lý loạt động, những tính cắt ca bản của máy diện giập củo người đọc có thé hi vé nguyen I may điện ii úc giả by vọng rằng cuỗn “Nguyên lý ho động của mấy điện” sẽ “hẳn nào giúp bạn đọc giải đấp những yêu cầu, mong muẫn của mình vẻ ‘cic may din, bổ sung cho mình những vẫn đỀ đong cần tì hiễu Với các ‘han snk ibn cud sách là ti iu gip các ban hoc tt vd may in, Dé can sch mgt cing hoài tện hơn cức tắc gia mong nhỏn được “hững đúng góp ý kn của đẳng nghập và bạn đọc về nội dụng cuấn sách, Moi gp xin gửi về Nhà xuất bản Xây Dựng, 37 lẻ Dại Hành, Hà Nội “Các tác giả Chuong1 CAC PHAN CHUNG 1.1, HỆ THÔNG ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG Trong máy điện nói riêng và kỳ thuật điện nói chung người ta phải dựa vào những cđại lượng cơ bản như: độ dài, khối lượng, thời gian, độ thâm từ, cường độ dòng điện x Các đại lượng này hợp lại thành các hệ đo lường Ở bảng 1.1 cho các đại lượng, của 3 hệ do lường rên cùng tỷ số của chúng Băng 1.l: Các đại lượng của hệ MKSg,, SI và MKSA Tên gi ‘Ten go và kýhiệu7 đơn của hộ đo lường | Tytụnsốgcádcahđgại sedilưyg [TC = mia | MSA Sr [Thời gians Giyl] | Giwll | GiwBl 1 HesiÔ] | HesiH] | Hesitul 1 Di it M&im] | M&im] | Cenims[em] 1? (Tốc dộ di mà mà cmv 1 toi úc mis mit emis? Tạ Khối lượng Kilôgam | “Kilôgam Gam 10° [Live co hoe Nhten[N] | Niaten[NỊ Din 10 ‘Cvaoninng ghwong | lun} Jun Ere (ee) ov [Cong sult Woat[W] | Woat (W) cas 107 [ign eh Curing iC} | Curlna (Cl | eels lơ) [Cu4podninggdin] _Ampe(A] |_Ampe{A] | sa tớ Cường độ từ tường | Ampem | Ampem | Ostd(Og) 10 Từ thông Wen-be [Wo] | Wen-be [Wo] | Maxoen (Mx) oF Cam ứng từ Woin? | Tesla7} wi dụng Fan[l | Famlfl 1 Dig we ©hm|9] | Ohm (2) ty Trong kỹ thuật điện hệ MKSA khác hệ Sĩ là độ cảm ứng từ Hệ MKSA thì độ cảm ứng từ đo bằng [Wb/m”] còn ởhệ Sĩ thì đo bằng Tesla [T] Trong thực tế tính toán, việc áp dụng các hệ đo lường đều có những phức tạp, do vậy người ta sử dụng các hệ đo lường một cách hỖn hợp, Do đó xuất hiện các hệ số ở các công thức cho trước, Ví dụ biểu thức suất điện động (sửđ) dòng một chiều thường gặp e = BW.10%, Để sđd đo bằng von [V] thi B phải đo bằng Gaus, độ dài đo bằng [em] còn tốc, độ v do bing {emis} "Nếu muốn viết công thứctrên không có hệ số 10 ma B, í, v vẫn do bằng các dại lượng cũ thì sđớ sẽ đo ở đơn vj MKS} (không có tên gọi) Nếu B đo bằng [T], / đo bằng [m], vđo bằng [1s] thie đo bằng [VỊ, biểu thúc không có 10 12 CÁC ĐỊNH LUẬT DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 1.3.1, Định luật mạch từ 'Như ta đã bi, giða dòng diện và từ trường có mối quan hệ mặt thiết với nhau "Những định luật về điện động đã xác định mỗi quan hệ giữa chúng và cho phép t2 lập những công thức tính toán các đại lượng cần thiế Muốn nghiên cứu các hiện tượng của từ trường, ta phải xây dựng được hình ảnh chính xác của từ trường Theo Faraday thỉ từ trường là một không gian, trong đó có phân bổ các đường sức ật ý gợi à đường súc ừ trường Đường súc tờ trường (gọi tắt là dưỡng sức) giúp ắc định cường độ từ trường bằng cách đo số đường sức đi qua một tết diện theo phương vuông góc với vé tơ của cường độ từ trường Trong chân không hoặc rong mỗi trường gằn như thể, véc tơ cường độ từ trường TỈ và độ cảm ứng từ trùng phương Ở những môi trường khác Tiva B khong trùng phương nhau, quan hệ giữa fi va B ta quan he phi tuyển Một đường sức từ bi diễn bằng một đường khép kit không đầu không cu Các đường sức ừ không th cất ra im đứt quãng và ìm kiểm các dẫu của nổ trong bắt kỹ một qui tình nào xây ra trong tờ trường "Như vậy, từ thông toàn phần xuyên qua một mặt kí sẽ bằng không VỀ toán học mối quan hệ trên biểu điễn như sau: $=BensBds= ay 6 đây Beloà sthà0nh phần vuông gốc của véc tơ cảm ứng từ Ta có thể đặc trưng trường của khoảng không gian không có đông điện bằng từ thế võ hướng thay dồi theo từng điểm, Gradien hoặc tốcđộ thaydBi của trường theo một hướng nhất định bằng cường độ của từ trường theo hướng đó với dẫu ngược Ì “Thể từ cho a biểu diễn mặt phẳng từ thành những lớp cất vuông góc với đường sức Bằng cách đó nhận được mặt phẳng đẳng thể từ U = const và hệ thống đường sức F=const Thế từ được biểu diễn bằng phương nh Laplace: ođềeu ttaut aoeu ũ ø (12) Nếu cắt một từ trường thành những ống tử có tiết điện sao cho mọi điểm của tiết diện có H không đổi ¡¡ lượng của từ thông cơ bản tự xuyên qua một tiết điện bắt kỷ nào đó của ống từ sẽ bằng: w=pHS 3) trong đó: S - tiết diện của ống từ Nhận đường ch phân theo đường trụ và vì Ống cảm ứng từ khốp kí nên định luật từ thông toàn phần có thể biểu diễn như sau: trong dé: fia = fat cosalyt= Fi aa) Al = đoạn chuyển dịch cơ bản heo một đường nào độ từ điểm Ai "sÂy tong từ trường tình 1.Dy i -téng dng điện cổ trong ving ích phẩn; cos(i.d)- hf sb g6e giữa hướng chuyén dich và hướng của đường súc từ đình L1) a ink 11 Mint 12 "Như vậy, nếu a ký hiệu là tổng từ thông thì ta có thé bigu diễn bằng công thức; wedi Khi tính Xi phải chú ý tới dấu của dòng điện Ví dụ ở hình 1.2, có 2 vòng 0; vi 0, 6 vanO}g66: w=Si= +, lA 6 vong 02 66: w„=i=l,+ly+ly+l,=§5+2+6~1=12A, `i ; nằm ngoài vòng nên không tính Thông thường đường tích phân được chọn là đường sức nén cos(H,di=)1 ‘Vay định luật mạch từ phát biểu như sau: "Tích phân theo một đường khép kín th tích của cường độ từ trường với đoạn di theo phương di có giá trị bằng tổng từ thông có ở trong vòng này” Ở máy điện, từ thông khép kín chủ yếu trong mạch từ Mạch từ máy điện gồm hiều dogn: stato, khe ha khng Kh, rotor, thân mấy cường độ từ trường các đoạn ny coi như không đổi vậy biểu thức (14) có thể viết: đI= H/, +, +-.H,l, = Sỉ 05) Phía phải của (1.5) côn gọi là độ sụ từ của mạch, tương ứng với độ sụt điện ấp ở mạch điện Cên phía trái được gọi là sức từ động (S9) Ta thường gặp một từ trường sinh ra do đồng điện chạy qua một cuộn đây tập trang Néu s6 vòng của cuộn dây là W, cường độ đông điện là this biểu diễn bở tiểu thức: F=1W as) Điều thức (L6) giải thích rõ vì sao đối Khi gọi sif là am-pe vòng Nếu trong mot "mạch từ chỉ có một tờ thông, có tẻ in đôi pia tri ea (15) nu sau: đFsilaka» #$ a=i~Iw aa D Da vo din at Ohm of thé vid ịnh luật mạchtừ như sau: woree OF (8) ws ‘is “Trong đố R, là tở tú, còn Fla std te dung theo mạch từ Khi tiết điện mạch từ lộ dặi của nó tì định luật mạch từ giống như định luật Ohm của mạch cđiện Trong những mạch từ phức tạp ngoài từ thông khép kín trong mạch từ còn có từ thông khép kín ngoài mạch từ được gọi là từ thông tần Nhu vậy, giữa và S của mạch từ ở những đoạn khác nhau sẽ khác nhau, Nếu giả thiết giá tr ea I, u, S của n phần từ thuộc mạch từ như nhau thì có th viết: $~nự~n lw os 49) nà chĐỀ đơn gi tinh oda ta hia meh a lm thinking don sing bit, Ie ` dị Giả thiết rằng = HS "HS HS: MS, nding cho mach a S, = cosnt ta duge công thức y= const va Đây là định luật Hopkinson Định luật này không thể hoàn toàn tương đương với định luật Ohm ở mạch điện vì điện trở của mạch điện không phụ thuộc vào dòng điện côn trở tử của mạch từ thì phụ thuộc vào từ thông 1.2.2 Định luật cảm ứng từ Định luật cảm ứng từ phát biểu như sau (hình 1-3): Khi từ thông mốc vòng với một cuộn dây nào đó thay đổi thì trong vồng đây sẽ tt hiện một sẻi” Về giá tị sdđ này có th iu diễn theo biểu thức: độ at (104) nh L3: Giải tích định luật cm ing tie ign twong xuit hig sd trong vòng dây kh từ thông móc vòng với nó Ihay đổi "hoàn toàn độc ập với nguyễn nhân biển đổi ừ thông Sự biển dỗi từ thông có thé do đồng điện in đồi chạy trong vòng dây (tự cảm) hoặc do cuộn dây ngoại li (cảm ứng) hoc bởi sự dịch chuyên bộ phận sinh ra từ trường (đo địch chuyên cuộn đây) hay do cả 2 nguyên nhân nêu trên ủy giờ ta Xế chiều của sdd cam img, Theo Lens th chiễu của sửf cảm ứng là chiều sao cho đồng diện do nó sinh ra sẽ tạo ra từ thông có chiều chống lại sự biễn dồi của từ thông đó Điều đó có nghĩa là nễ từ thông tăng tỉ sdd cảm ứng có chiều go ra đồng điệ sỉnh ratừ thông ngược chu từ thông mức vòng, còn nếu ừ thông giảm thử chiề từ thông do sdđ cảm ứng sinh ra cùng chiễu với từ thông móc vòng ĐỂ xác dịnh chiều của sảd ta dùng mũi tên chỉ hưởng Với dòng một chiều, “của mỗi tênsẽ không thay đỗi côn với đồng xoay chiều thì chiễu mũi tên sẽ thay đồi Bay giờ ta xét qui luật thay đổi đó Khi đồng mũi tên chỉ hướng a qui din nh sau: 1, Với gii tị tức thời dương của từ thông, thì chiêu đường sức từ trùng với chiều mũi tên chỉ hướng, côn vớ gi tie thời từ thông âm th chiều đường sức từ ngược với chiều của mỗi tên chỉ hướng, `Với giá tí tức thời đương của sdd thì chi mũi tên chỉ hướng điện áp sẽ hướng tới điểm có điện th cao (+) côn ngược li sẽ hướng tới điểm có điện tế thấp ©) Ta 6 thé ding 2 phương pháp đánh mồi tên chỉ hướng cho cùng một biện tượng (hình 1.4&ð) Theo qui tốc trên đây thì hiện tượng xây ra ong vòng đây khi từ thông thay đôi có thể biễu diỄn như sau: Minh 1 Hai phương pháp kỷ hiệu chiều của sói cảm ứng trong cuộn đây ) Phương pháp ngược chu; B) Phương pháp thuận chiều 10 ~ Nếu $s ots cim ứng rong cuộn dâở yhình 1.4, b đều có chu i eve a đến cục b, Tuy nhiên trên hình l.áa ta dùng mũi tên chỉ hướng sử ngược, còn trên ình I.4b mồi tên chỉ hướng sửd thuận Như vậy, nếu tinh sd theo (1.10a) ở trường, hợp hình 14a, ta phải đặt dấu trừ (-) rước biểu thúc, cồn rong trường hợp ình 1.4 ta đặt đầu công (+) trước biểu thức Cụ thể là: - (Cho Cho hin hình 1.48:Ì.4œ ° ì auany = Cho hin 1-4: ,rn (ta) "Tương tự Nếu fea thi sdd cém img trong cuộn dây ở hình 1.4a,b đều có chiều từ cực b dn cục a Trong trường hợp này trên hình I.âa mũi tên chỉ hướng sử thuận, còn trồn hình 1.40 mũi tên chỉ hướng sử ngược Như vậy, nêu tinh sd Uo (1.103) ở trường hợp hình Ï-4a ta phải đạt đấu trừ (-) trước biểu thức, còn trong trường hợp nh 1.4 ta đặt đấu công (©) trước biêu thức Do đó để nhận được kết quả tính súd cảm ứng trong cuộn đây đúng khi đạo hàm SdaỔộ < 0thì phải đặt dấu trừ (~) trước biểu {ie (1100) cho trudng hyp đính mỗi tên như hinh 14a vi pha dt fu (+) ee biểu thúc (1.104) cho tường hợp đính mũi tên như bình 1.4b Ta nhận được một tiệuthốce= —S (ho trường hợp hình I4) và CỔ tho trường họp hình Lá, Nhu vay, du () hoặc (+) ở biểu thức (I-11, 11a) có một ý nghĩa vật lý nhất dịnh Khi đã xác định chiều mũi tên chỉ hướng của e và ở, dấu này cho phép xác dịnh một cách nhất quần chiều của diện ấp cảm ứng trong cuộn dây tại thi điểm bắt kỷ khi từ thông móc vòng với cuộn đây thay đổi Phương pháp nhận chiều véc tơ nhự biểu thức (1.11, 1.113) là nhận chiều mũi tén theo qui ắc vặn nút cha Giáo trình này nhận chiều véc tơ theo cơ sở này Nếu từ thông móc vòng với W vòng dây thay đôi thì sử cảm ứng trong cuộn dây biễu diễn bằng biểu thức ae me dt (112) “Thực ra các vồng đây của cuộn diy nằm cạnh nhau trong một không gian nh dinh, nên những vồng dây khác nhau móc vòng với số lượng từ thông khác nhau nên iểu thúc (I.12) không hoàn toàn đúng (Ninh 1.5)