Bài Giảng Máy Điện Đặc Biệ

Về bản chất máy khuếch đại từ trường ngang là máy phát điện một chiều có thêm hai chổi than nối ngắn mạch cuộn dây tạo ra từ thông vuông góc với từ thông của máy phát điện qq.. Stator củ

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆNBỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

BÀI GIẢNG MÁY ĐIỆN ĐẶC BIỆT

NGƯỜI SOẠN : LÊ HỒNG SƠN

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 5 / 2010

Chương 1 : Máy Biến Aùp Đặc Biệt

§ 1.1 Máy biến áp tự ngẫu

§ 1.2 Máy biến áp ba dây quấn

§ 1.3 Máy biến điện áp

§ 1.4 Máy biến dòng điện

§ 1.5 Máy biến áp hàn

§ 1.6 Máy biến áp biến đổi số pha (MBA SCOTT)

§ 1.7 Máy biến áp chỉnh lưu

§ 1.8 Máy biến áp dùng trong các lò nung , lò đúc

§ 1.9 Máy biến áp dịch pha

Chương 2 : Máy Điện Một Chiều Đặc Biệt

§ 2.1.Máy điện khuyếch đại từ trường ngang

§ 2.2.Máy phát đo tốc độ

§ 2.3.Máy phát hàn điện

§ 2.4.Động cơ chấp hành một chiều (DC servo motor) § 2.5.Động cơ điện một chiều không chổi than (Brushless dc motor)

Chương 3 : Máy Điện Không Đồng Bộ Đặc Biệt

§ 3.1.Máy phát điện không đồng bộ

§ 3.2.Máy dịch pha

§ 3.3.Máy điều chỉnh cảm ứng

§ 3.4.Máy biến áp xoay

§ 3.5.Selsyl § 3.6.Máy phát tốc độ không đồng bo.ä

§ 3.7.Động cơ chấp hành không đồng bộ

Chương 4 : Máy Điện Đồng Bộ Đặc Biệt

§ 4.1.Máy biến đổi một phần ứng

§ 4.2.Máy phát cảm ứng tần số cao

§ 4.3 Động cơ điện phản kháng

§ 4.4 Động cơ bước

Chương 5 : Động Cơ Điện Xoay Chiều Có Vành Góp

§ 5.1 Động cơ ba pha có vành góp

§ 5.2 Động cơ điện một pha có vành góp

Chương 1 : MÁY BIẾN ÁP ĐẶC BIỆT

1.1 Máy biến áp tự ngẫu :

Cấu tạo :

Máy biến áp tự ngẫu là máy biến áp mà phần thứ cấp và phần sơ cấp chung một cuộn dây Bên phía cuộn dây thứ cấp ngoài dòng điện cảm ứng, còn có dòng điện chạy trực tiếp từ phía sơ cấp sang phía thứ cấp

Cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có thể có đường kính khác nhau

Ưu điểm :

♦ Kích thước nhỏ gọn

♦ Giá thành thấp

Nhược điểm :

♦ Mức độ an toàn kém hơn dạng cách ly

♦ Ít được sử dụng cấp nguồn cho các linh kiện điện tử

Ứng dụng :

♦ Dùng trong các ổn áp

Hình 1.1 ứng dụng máy biến áp tự ngẫu như một ổn áp

♦ Các máy biến áp cần điều chỉnh, thay đổi điện áp

Hình 1.2 Ứng dụng máy biến áp tự ngẫu như bộ variac

1.2 Máy biến áp ba dây quấn :

Cấu tạo :

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy biến áp 3 dây quấn

Loại máy biến áp này có 2 cuộn dây thứ cấp riêng biệt nhau, điện áp khác nhau và công suất cũng khác nhau, vì vậy đường kính dây của 2 cuộn dây này cũng khác nhau

Nguyên lý hoạt động :

Cũng giống như các loại máy biến áp thông thường Khi tính toán thiết kế loại máy này thì công suất của loại máy này được tính bằng tổng công suất của hai cuộn thứ cấp :

S = U21 I21 + U22 I22 (VA)

Ứng dụng :

Trong một số máy cần sử dụng những cấp điện áp khác nhau Nhưng ứng với mỗi cấp điện áp đó sẽ cung cấp cho những phụ tải có công suất khác nhau Vì vậy, bên phía thứ cấp phải quấn bằng nhiều cuộn có đường kính dây khác nhau cho phù hợp với từng loại tải

1.3 Máy biến điện áp : (TU, PT)

Cấu tạo :

Máy biến điện áp là một máy biến áp cách ly với cuộn sơ cấp có số vòng nhiều và cuộn thứ cấp có số vòng ít

Hình 1.4 Đặc điểm cấu tạo của máy biến điện áp.

Mợt vài dạng TU thường gặp:

Hình 1.5 các dạng TU thường gặp

Nguyên lý làm việc :

Nguyên lý làm việc của máy biến điện áp cũng dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, cuợn

sơ cấp được mắc với nguờn điện cần đo hoặc cần lấy mẫu, còn cuợn thứ cấp được nới với đờng hờ đo

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý làm việc của PT

Ứng dụng :

♦ Trong đo lường

♦ Sử dụng trong việc đo đếm điện năng tiêu thụ tại các trạm biến thế

Hình 1.7 Ứng dụng TU trong đo lường

♦ Trong điều khiển

Hình 1.8 Ứng dụng PT trong các board mạch điều khiển

♦ Trong một số bộ điều khiển điện áp, điều khiển động cơ, các bộ AVR cần lấy điện áp mẫu về để so sánh từ đó điều khiển điện áp theo mong muốn Điện áp lấy mẫu về để đưa vào bộ AD hoặc bộ vi xử lý nên không thể đưa trực tiếp về mà phải qua bộ biến đổi điện áp

Hình 1.9 Ứng dụng PT trong các bộ đo đếm, lấy mẫu

1.4 Máy biến dòng điện : (TI, CT)

Cấu tạo :

Máy biến dòng cũng như một máy biến áp cách ly thông thường, cuộn dây sơ cấp thường được quấn rất ít vòng, thường chỉ có một vòng dây Dây quấn sơ cấp có tiết diện rất lớn do máy phải làm việc ở điều kiện gần như ngắn mạch Đường kính dây sơ cấp phụ thuộc vào cấp công suất của máy biến dòng Dây quấn thứ cấp của máy biến dòng thường có tiết diện nhỏ và có rất nhiều vòng

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý máy biến dòng.

Mợt vài dạng TI thường gặp :

Hình 1.11 Mợt vài dạng TI thường gặp

Nguyên lý làm việc :

Nguyên lý làm việc của máy biến dòng cũng dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, cuợn sơ cấp được mắc với dòng điện cần đo hoặc cần lấy mẫu, còn cuợn thứ cấp được nới với đờng hờ đo

Mợt điều cần lưu ý khi sử dụng biến dòng là tránh để hở thứ cấp của biến dòng vì điện áp thứ cấp của biến dòng lúc để hở thường rất lớn có thể làm hư lớp cách điện của máy

Hình 1.12 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của TI

Ứng dụng :

♦ Trong đo lường

♦ Sử dụng trong việc đo đếm điện năng tiêu thụ tại các trạm biến thế

Hình 1.12 Ứng dụng TI trong đo đếm công suất

♦ Trong điều khiển

Hình 1.13 Cách mắc TI

Trong các tủ điện điều khiển bù công suất phản kháng, cần lấy tin hiệu dòng điện đưa về bộ điều khiển

♦ Trong một số bộ biến tần, bộ driver servo, các bộ điều khiển khác, bộ biến dòng đóng vai trò như một cảm biến dòng điện Dòng điện lấy mẫu về để đưa vào bộ A/D hoặc bộ vi xử lý nên không thể đưa trực tiếp về mà phải qua bộ biến đổi điện dòng điện

Hình 1.14 ứng dụng TI trong các bộ điều khiển

1.5 Máy biến áp hàn :

Cấu tạo :

Máy biến áp hàn là loại máy biến áp cách ly, hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp không nối chung nhau Điện áp ra lúc không tải khoảng 70V – 80V, khi hàn điện áp giảm xuống còn khoảng 32V – 35V

Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy biến áp hàn

1.6 Máy biến áp biến đổi số pha (MBA Scott) :

Máy biến áp chuyển đổi số pha hay còn gọi là máy biến áp Scott dùng để thay đổi số pha của nguồn điện cho phù hợp với mục đích sử dụng

Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo một dạng máy biến áp Scott

Nguyên lý hoạt động :

Ứng dụng :

Hình 1.17 Máy biến áp Scott trong thực tế

♦ Để tạo ra nhiều pha trong các bộ chỉnh lưu đa pha

♦ Tạo ra điện áp 2 pha lệch nhau 900 cho các loại động cơ 2 pha

♦ Với các máy phát điện 2 pha, dùng biến áp Scott tạo ra điện áp xoay chiều 3 pha

1.7 Máy biến áp chỉnh lưu :

Hình 1.18 dạng máy biến áp chỉnh lưu 3 pha

♦ Máy biến áp chỉnh lưu là loại máy biến áp mà có yêu cầu là điện áp thứ cấp thay đổi trong 1 khoảng rộng với điều kiện dòng điện phải không thay đổi

♦ Vì hoạt động với xung tần số cao nên thường được đấu tam giác hơn để giảm tổn hao do dòng điện xoáy và do ngắn mạch

♦ Hầu hết các máy biến áp chỉnh lưu, từ trường do dòng điện lớn sinh ra sẽ bị tổn hao vào trong một phần cấu trúc của máy biến áp làm bằng vật liệu thép Vì vậy các phần này thường được làm bằng loại thép không từ tính

♦ Lõi thép của máy biến áp chỉnh lưu cung cấp nguồn cho các board mạch điện tử được thiết kế có một khe hở nhỏ ở giữa mỗi trụ để hạn chế từ thông dư do dòng điện cao và làm cho từ trường ổn định Điều này làm giảm dòng điện xung kích, bảo vệ các linh kiện điện tử khỏi bị hư hỏng

Khi muốn nâng cao công suất, người ta ghép hai hay nhiều cầu chỉnh lưu lại với nhau Việc ghép này được trợ giúp bởi một máy biến thế gọi là interphase transformer có nhiệm vụ làm cân bằng 2 điện áp một chiều của 2 cầu chỉnh lưu

Hình 1.19 Sơ đồ ghép nối hai máy biến áp để nâng công suất

Hình 1.20 dạng điện áp ngõ ra khi có interphase transformer

1.8 Máy biến áp trong các lò nung – lò đúc :

Máy biến áp trong các lò nung , lò đúc là loại máy biến áp được thiết kế đặc biệt, có thể chịu được sự ngắn mạch thứ cấp thường xuyên, đặc điểm của dòng điện bị trồi sụt trong một dải rộng và trong điều kiện không cân bằng Điều này dẫn đến vấn đề sụt áp và sóng hài cho nguồn điện Ta có thể làm giảm bớt bằng cách cấp riêng trực tiếp cho nó một nguồn điện cao áp công suất lớn Do điện áp sơ cấp lớn nên phải có các bộ chống dòng xung kích hoặc tụ điện giữa các cực sơ cấp và với đất Cần có những tấm cách điện giữa sơ cấp và thứ cấp

1.9 Máy biến áp dịch pha :

Hình 1.21 Máy biến áp dịch pha dạng đấu tam giác và giản đồ pha

Chương 2 : MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ĐẶC BIỆT

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện khuếch đại

Về bản chất máy khuếch đại từ trường ngang là máy phát điện một chiều có thêm hai chổi than nối ngắn mạch cuộn dây tạo ra từ thông vuông góc với từ thông của máy phát điện (qq) Stator của máy phát điện khuếch đại có đặt một số cuộn dây gồm: hai hoặc bốn cuộn dây điều khiển (CW) đặt dọc theo chiều từ thông dọc trục (dd) và một dây quấn bù C đặt đồng trục với các cuộn dây điều khiển Dây quấn bù được điều chỉnh bởi điện trở shunt R sh Cuộn dây đảo mạch CC được mắc thêm vào để tăng độ đảo mạch Đôi khi người ta còn mắc thêm cuộn dây có điện trở nhỏ (QW) nối

tiếp với phần ứng theo chiều vuông góc với từ thông ngang trục.

Nguyên lý hoạt đợng :

Giả sử động cơ sơ cấp quay với tốc độ định mức n = nđm và một trong các cuộn dây điều khiển được cấp điện áp V1 Khi đó, trong cuộn dây này xuất hiện từ thông Φ1(từ thông này luôn có giá trị nhỏ do ngõ vào của cuộn điều khiển luôn có công suất nhỏ), từ thông này cảm ứng nên sức điện động E2= km n Φ1ở hai đầu chổi than qq của dây quấn phần ứng (km là hệ số thiết kế của máy điện) Do hai đầu này được nối ngắn mạch với cuộn dây QW nên trong mạch xuất hiện dòng điện I2 có giá trị rất lớn (do điện trở của mạch rất nhỏ)

Hình b chỉ ra chiều của dòng điện I2 chạy trong dây quấn phần ứng và chiều của từ thông ngang trục Φ q, từ thông này cảm ứng nên sức điện động cảm ứng E 3 = k m n Φ qdọc trục phần ứng Trong mạch xuất hiện dòng điện I3 khi hai đầu dd được nối với tải

Hình c chỉ ra chiều của dòng điện I3 chạy trong dây quấn phần ứng Dòng điện này sẽ sinh ra từ thông Φd có chiều chống lại từ thông Φ1 của cuộn điều khiển Nếu máy hoạt động với từ thông Φd có giá trị lớn thì máy không có tác dụng khuếch đại từ Để triệt tiêu từ thông Φ d thì một cuộn dây bù C được mắc vào hai đầu cực stator như đã đề cập đến ở trên

Từ thông Φ d sẽ tỉ lệ với sức từ động Fd:

A 3

I3, đó là lý do người ta mắc cuộn bù nối tiếp với dây quấn phần ứng và tải như trên Sức từ động của cuộn bù:

C 3

C I W

F =Trong đó: WC là số vòng của cuộn bù C

Hệ số bù được xác định theo công thức:

d

CF

F

k=

Có ba trường hợp có thể xảy ra đó là FC > Fd⇔ k > 1,

1 k F

sh C

sh C

3

R.W.I

♦ Các hệ thớng điều khiển các bệ pháo dùng trong quân sự

2.2 Ma ́y phát tớc :

Cấu tạo :

Máy phát tớc mợt chiều là loại máy điện mợt chiều kích từ đợc lập hoặc loại nam châm vĩnh cữu, có cơng suất nhỏ Dùng để chuyển đởi tớc đợ quay thành điện áp tương ứng

Hình 2.2 Sơ đồ máy phát tốc một chiều kích thích độc lập

Đặc tính ngõ ra của máy phát tốc một chiều là mối quan hệ giữa điện áp ra ở giữa đầu cực của phần ứng và tốc độ quay của phần ứng khi tải thuần trở Rt có giá trị không đổi và từ thông Φ là hằng số Theo lý thuyết máy điện thì sức điện động EF của phần ứng tỉ lệ thuận với từ thông Φ và tốc độ quay của phần ứng Vì vậy, với từ thông Φ là hằng số thì ta có biểu thức sau:

Φ

= C n

EF ETheo định luật Ohm ta có dòng điện phần ứng như sau:

F F

F E I r U

U = − − ∆Trong đó:

EF là sức điện động phần ứng

IF là dòng điện phần ứng

F

r là điện trở cuộn ứng

ch U

∆ là điện áp rơi trên chổi than

Từ các biểu thức trên ta nhận được biểu thức đặc tính điện áp ra của máy phát tốc một chiều như sau:

t F

ch E

F

R

r1

Un CU

+

∆

−Φ

=

Nếu xem như điện áp rơi trên chổi than không đáng kể và có thể bỏ qua thì biểu thức 1.51 có thể viết lại như sau:

n.KR

r1

n CU

t F

Nếu từ thông Φ, điện trở phần ứng r F và điện trở tải Rt

không đổi thì quan hệ UF =f(n) là tuyến tính với hệ số khuếch đại (độ dốc) K được xác định như sau:

Khi CE, Φ, Rt càng lớn và r F càng nhỏ thì độ dốc của điện áp ra càng lớn Trong trường hợp máy hoạt động ở chế độ không tải (Rt = ∞) thì độ dốc của điện áp ra là lớn nhất

Hình 2.3 Đặc tính ra của máy phát tốc một chiều.

Ứng dụng :

♦ Dùng kết hợp vớ mợt đờng hờ đo điện áp để đo hiển thi tớc đợ quay của đợng cơ hoặc cơ cấu sản xuất Trục cần đo tớc đợ được nới với phát tớc, điện áp ngõ ra của phát tớc qua đờng hờ đo hiển thi tớc đợ quay

♦ Dùng như mợt sensor tớc đợ, lấy tớc đợ thực của đợng cơ để làm tín hiệu hời tiếp đưa về để điều khiển ởn định tớc đợ, moment đợng cơ

2.3 Đợng cơ chấp hành mợt chiều (DC servo Motor) :

Động cơ chấp hành thường đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

♦ Đặc tính làm việc ổn định ở mọi vận tốc

♦ Điều chỉnh tốc độ quay dễ dàng, bằng phẳng kinh tế và có phạm vi điều chỉnh rộng

♦ Dừng tức thời (động cơ phải dừng ngay lập tức khi mất tín hiệu điều khiển)

Cấu tạo :

Đợng cơ DC servo về cơ bản cũng có cấu tạo giớng như các loại đợng cơ mợt chiều thơng thường nhưng có mợt sớ điểm đặt biệt sau :

Stator là loại nam châm vĩnh cữu có từ trường rất lớn

Lõi thép rotor làm bằng lõi thép đặc biệt, từ trường có thể thay đởi rất nhanh khi dòng điện thay đởi

Được lắp theo trục đợng cơ hệ thớng encoder để theo dõi tớc đợ quay Encoder thường là loại phát tớc hoặc là loại ecoder quang

Hình 2.4 mợt sớ hình dạng đợng cơ DC servo

Nguyên lý hoạt đợng :

Đợng cơ DC servo khơng phải hoạt đợng riêng biệt mà phải kèm theo bợ điều khiển gọi là Driver hoặc bợ Amplifier đúng loại của nó

Hình 2.5 Dạng driver servo DCNếu ta cấp điện DC vào 2 đầu dây phần ứng thì động cơ trở thành một động cơ DC bình thường.

Động cơ servo có hai chế độ hoạt động : Điều khiển ổn định tốc độ (Ổn định moment) và điều khiển vị trí (Góc quay)

Đối với vấn đề điều khiển ổn định tốc độ, khi động cơ hoạt động sẽ lấy mẫu tốc độ thực về và so sánh với tốc độ mong muốn để từ đó ra lệnh tăng tốc hoặc giảm tốc đảm bảo giữ ổn định tốc độ khi phụ tải thay đổi Việc lấy mẫu tốc độ này nhờ vào phát tốc, encoder, cảm biến dòng điện từ đó qui đổi ra tốc độ

Đối với vấn đề điều khiển vị trí, động cơ phải sử dụng Encoder quang Khi động cơ thực hiện được một vòng quay, encoder sẽ phát về cho driver số lượng xung nhất định tùy thuộc vào loại encoder Số xung này càng lớn thì độ chính xác càng cao, nhưng vấn đề điều khiển càng phức tạp Dưới đây là sơ đồ khối thể hiện nguyên lý điều khiển cho loại này

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên tắc điều khiển động cơ DC servo

Ứng dụng :

Hình 2.7 Sử dụng trong máy gia công bằng tia lửa điện

Hình 2.8 Sử dụng điều khiển các trục của máy CNC

Hình 2.9 Sử dụng trong điều khiển Robot

2.4 Đợng cơ điện mợt chiều khơng chởi than (Brushless DC Motor) :

Động cơ một chiều với cấu trúc bình thường có hàng loạt nhược điểm do bộ phận đổi chiều, vành góp gây ra làm hạn chế phạm vi sử dụng của chúng Trong thời gian gần đây đã xuất hiện và đưa vào sử dụng ngày càng rộng rãi, nhất là trong các hệ thống điều khiển tự động một loại động cơ với tên gọi là động cơ một chiều không chổi than Động cơ một chiều không chổi than với bộ phận đổi chiều điện tử đã thoã mãn các yêu cầu cao về độ tin cậy trong các điều kiện làm việc đặc biệt (chân không, nhiệt độ thay đổi, va đập mạnh, rung động nhiều ) Bộ phận đảo chiều có cấu tạo từ các linh kiện điện tử thay thế cho vành góp_chổi than làm cho động cơ một chiều không chổi than mất đi những nhược điểm của động cơ một chiều thông thường

Cấu tạo :

Hình 2.10 Cấu tạo đợng cơ Brushless DC

Hình 2.11 Hình dạng mợt đợng cơ Brushless DCCấu tạo động cơ một chiều không chổi than gồm 3 thành phần chính sau :

Stator và rotor, stator được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện có xẻ rảnh, bên trong có đặt cuộn ứng m pha và rotor được làm bằng nam châm vĩnh cửu

Cảm biến vị trí đặt cùng trục với động cơ có chức năng cảm nhận vị trí của rotor và biến đổi tín hiệu đó thành tín hiệu điều khiển xác định thời điểm và thứ tự đổi chiều Thường thì sử dụng loại cảm biến Hall, góc lệch pha của tín hiệu ngõ ra thường là 600 hoặc

1200 phụ thuợc vào vị trí vật lý của cảm biến này

Nguyên lý hoạt đợng :

Động cơ Brushless DC hoạt động trên nguyên tắc tương tác giữa hai nam châm của stator và rotor Mỗi một lần chuyển mạch thì sẽ có một cuộn dây được cấp nguồn điện dương (dòng điện chạy vào cuộn dây) và một cuộn dây được cấp nguồn điện âm (dòng điện chạy

ra khỏi cuộn dây) , cuộn dây còn lại không được cấp điện

Hình 2.12 Thứ tự cấp điện tương ứng với cảm biến hall

Hình 2,13 Dạng tín hiệu cảm biến hall, dòng điện các pha và moment

Hình 2.14 Một mạch điều khiển động cơ Brushless DCCứ mỗi góc quay 600 điện, tín hiệu ngõ ra cảm biến Hall sẽ thay đổi trạng thái, nó mất 6 bước để hoàn thành một chu kỳ

Chương 3 : MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ĐẶC BIỆT 3.1 Máy phát điện không đồng bộ

♦ Khi máy điện khơng đờng bợ làm việc ở trạng thái ∞ < s < 0 thì máy khơng đờng bợ làm việc ở chế đợ máy phát điện

♦ Khuyết điểm chính của máy phát điện khơng đờng bợ là tiêu thụ nhiều cơng suất phản kháng làm hệ sớ cơng suất của lưới giảm

♦ Khi làm việc với lưới thì máy phát điện đờng bợ cũng có những ưu điểm như vấn đề mở máy và hòa vào lưới dể dàng, hiệu suất vận hành cao vì vậy nó có thể làm nguờn điện hở trợ nhỏ

♦ Khi làm việc đợc lập với lưới điện người ta thường mắc vào đầu cực máy phát mợt lượng điện dung thích hợp Trong máy phải có lượng từ dư, nhờ sức điện đợng do từ dư sinh ra mà trong tụ điện C sẽ có dòng điện dung làm cho từ thơng được tăng cường

♦ Do điện dung tương đới đắt, nên thường hạn chế cơng suất của máy phát điện khơng đờng bợ nhỏ hơn 20Kw Máy phát điện khơng đờng bợ tự kích thường là loại rotor lờng sóc và thường được sử dụng ở những nơi mà chất lượng điện khơng cao lắm

♦ Dây quấn stator nới với lưới điện sinh ra từ trường quay Dây quấn rotor thơng qua vành trượt và được nới với phụ tải

♦ Từ trường quay trong khe hở sinh ra sức điện đợng trong dây quấn stator là E1 và

E2 có trị sớ tỷ lệ với sớ vòng dây tác dụng của các dây quấn, còn góc pha phụ thuợc vào vị trí tương đới của chúng

Giả sử góc giữa pha A của dây quấn stator pha a của dây quấn rotor bằng 0 Sau đó qua pha A đi 1 góc β theo chiều của từ trường quayΦ thì E2 sẽ chậm sau E1 một góc β Căn cứ vào mạch điện thay thế (tương tự như máy điện không đồng bộ) và qua điện áp rơi trên tổng trở, ta có:

12

1 2 2Trong đó: k12 là tỉ số biến đổi điện áp

Đồ thị vector của máy dịch pha như hình 3.1

Căn cứ vào phân tích trên ta thấy điện áp ở mạch thứ cấp máy dịch pha về trị số không đổi, chỉ thay đổi về góc pha Máy dịch pha được dùng trong các thiết bị thí nghiệm

Hình 3.1 Nguyên lý máy dịch pha

Sức điện động e q này tỉ lệ với tốc độ của rotor và sinh

ra dòng điện I q Vì ΦI và Φk đập mạch với tần số f1 nên sức điện động eq và dòng điện Iq cũng biến đổi với tầng số

f1 Dòng điện tạo ra từ trường Φ q đập mạch qua cuộn dây WF

và cảm ứng trong đó một sức điện động xoay chiều eF có tần số f1 và độ lớn tỉ lệ với tốc độ quay n

Như vậy ở đầu ra của dây quấn wF sẽ nhận điện áp UF ần số f1 tỉ lệ với tốc độ n

Trên thực tế, khi máy phát tốc độ có tải phản ứng của dòng điện trong rotor gây nên sự biến dạng của từ trường và sự thay đổi của thông số của máy Hiện tượng này gây nên sai số về vị trí số và hàm mất tính chất tuyến tính của UF = f(n) nhất là khi tốc độ cao Vì vậy máy phát tốc độ không đồng bộ hiện tại thường dùng để đo tốc độ trong phạm vi

8000 10000÷ vòng / phút với ∆UF =(5÷10)V

3.3 Selsyl

Máy điện không đồng bộ làm việc trong hệ tự đồng bộ gồm nhiều máy đặt cách nhau (có thể xa) và chỉ nối với nhau bằng điện Khi một trong những máy đó (gọi là máy phát ) quay bất kỳ một góc nào thì những máy khác (máy

thu) cũng quay một góc như vậy Hệ thống này thường dùng trong kỹ thuật khống chế và đo lường Những máy tính này thường thuộc loại ba pha và một pha.

Hệ đồng bộ ba pha (xen xin ba pha).

Hình 3.2 Máy phát tín hiệu

Hệ đồng bộ ba pha đơn giản nhất gồm 2 máy không đồng bộ rotor dây quấn Dây quấn stator của chúng được nối với lưới điện còn dây quấn rotor được nối với nhau theo đúng thứ tự pha Như vậy, nếu ở 2 máy, vị trí của rotor khác nhau sức điện động E2 của chúng ngược nhau và dòng điện I2 trong mạch sẽ bằng không

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý xen xin ba pha

Gọi F là máy phát tín hiệu và T là máy thu tín hiệu thì khi có tín hiệu tác động vào máy phát F làm quay rotor của nó đi một góc θ Thì các sức điện động EAT và EaT sẽ có góc lệch

θ và do đó trong mạch rotor sẽ xuất hiện dòng điện I2:

aT aF

aT aF

2 Z Z

EEI

Hệ thống 2 máy trên sẽ làm việc cân bằng khi góc lệch θ

ở hai máy phát và thu bằng nhau Vì vậy khi giữ rotor của máy phát F ở góc θ thò rotor của máy phát thu cũng sẽ quay một góc đúng bằng θ Sự liên lạc như thế người ta gọi là liên lạc kiểu trục điện

Hệ từ đồng bộ một pha (xen xin một pha).

Ở hệ tự đồng bộ một pha, stator của máy phát và máy thu chỉ có một pha nối với lưới điện chung nhưng rotor của 2 máy vẫn là dây quấn 3 pha đấu với nhau theo đúng thứ tự pha.Khi cho dòng điện một pha vào dây quấn stator thì trong khe hở sinh ra từ trường đập mạch Ta có thể phân từ trường đó thành 2 từ trường quay ngược chiều nhau ΦA và ΦB và ta coi như có 2 hệ thống đồng bộ ba pha hợp lại Như vậy, có thể dùng nguyên lý làm việc của hệ ba pha tìm ra mômen từng phần và mômen tổng

Quay rotor máy phát theo chiều của ΦAF và ΦAT thì cũng giống như hệ tự đồng bộ ba pha, mômen MAF và MAT có khuynh hướng kéo hai rotor trở về cùng một vị trí Đối với phân lượng từ trường sinh ra rên mỗi máy cùng chiều nên trị số tuyệt đối của chúng là tổng của 2 mômen của từng phân lượng nên làm trục quay Như vậy nếu rotor máy phát một góc Φ thì rotor máy thu cũng quay đi một góc Φ

Thường người ta đặt dây quấn sơ cấp của một pha trên rotor còn dây quấn thứ cấp ba pha lắp trên stator, như vậy giảm đi một vành trượt Để có đặc tính mômen tốt, dây quấn một pha thường lắp trên cực từ lồi

Hình 3.4 Nguyên lý xen xin một pha

Ngày nay người ta đã chế tạo những xen xin một pha không vành trượt Hệ tự đồng bộ đang được áp dụng rộng rãi trong ngành tự động hóa và điều khiển

Hình 3.5 Cấu tạo xen xin một pha

3.4 Máy phát tốc độ không đồng bợ

Cấu tạo máy phát tốc không đồng bộ:

Máy phát tốc không đồng bộ có cấu trúc gần giống như động cơ chấp hành không đồng bộ, với rotor rỗng không dẫn từ Trên stator đặt hai cuộn dây quấn rải lệch pha nhau trong không gian 90 0điện, cuộn kích thích nối với điện áp nguồn cuộn còn lại đưa điện áp ra của máy phát tốc, gọi là cuộn phát

Hình 3.6 Hình dạng - Cấu tạo máy phát tốc không đồng bộ

Khác với rotor động cơ chấp hành, để đảm bảo điện trở lớn và ít thay đổi theo nhiệt độ nên rotor máy phát tốc không đồng bộ được chế tạo từ hợp kim Constantan, Maganin…

Máy phát tốc không đồng bộ thường được chế tạo với hai cực từ để đảm bảo tính đối xứng Chúng thường có 2 đôi cực, 2 p = 4

Nguyên lý làm việc máy phát tốc không đồng bộ:

Ta xét máy phát tốc không đồng bộ ở hai trạng thái: n = 0, và n≠ 0

Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý máy phát tốc không đồng

bộ khi n=0