Chương 2 - Những vấn đề chung về máy điện quay. Sau khi học xong chương này, người học có thể hiểu được một số kiến thức cơ bản về: Nguyên lý biến đổi điện cơ, dây quấn máy điện xoay chiều, sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều, sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều.
Giảng viên: Tiến sĩ Đặng Quốc Vương Email: vuong.dangquoc@hust.edu.vn Phone: +84-963286734 Bộ Môn Thiết Bị Điện – Điện Tử Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội 11 MÁY ĐIỆN I Nội dung Chương Máy biến áp Chương Những vấn đề chung MĐ quay Chương Máy điện không đồng Chương Máy điện đồng Chương Máy điện chiều Chương Những vấn đề chung MĐ quay Nội dung I Nguyên lý biến đổi điện II Dây quấn máy điện xoay chiều III Sức điện động dây quấn MĐ xoay chiều IV Sức từ động dây quấn MĐ xoay chiều I Nguyên lý biến đổi điện Đại Cương 1.1 Kết cấu: Máy điện quay gồm phần mạch từ dây quấn, diễn biến đổi điện cơ: ! Mạch từ khối đồng trục cách khe hở đảm bảo chuyển động tương - Khối đứng yên gọi phần tĩnh hay stato - Khối quay gọi phần quay hay rotor ! Cả hai có mạch từ mạch điện (tức lõi thép dây quấn) 1.2 Nguyên lý làm việc: Dựa vào định luật là: " Định luật cảm ứng điện từ " Định luật lực điện từ I Nguyên lý biến đổi điện Đại Cương (tiếp) 1.3 Phân loại: ! Tùy theo cách tạo từ trường, kết cấu mạch từ dây quấn người ta chia máy điện quay làm loại: ! Máy điện không đồng ! Máy điện đồng ! Máy điện chiều ! Máy điện xoay chiều có vành góp I Nguyên lý biến đổi điện Đai Cương (tiếp) 1.4 Nguyên lý làm việc MĐKĐB ! Tạo từ trường quay lõi thép Stato với tốc độ : 60.f n1 = p ! ! ! f – tần số p – số đôi cực Từ trường quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch Roto cảm ứng sđđ dịng điện Từ trường dòng điện roto tạo kết hợp với từ trường Stato tạo thành từ trường khe hở Dòng điện roto tác dụng với từ trường khe hở tạo mô men quay, kéo rô to quay với tốc độ n ≠ n1 I Nguyên lý biến đổi điện 1.4 Nguyên lý làm việc MĐKĐB (tiếp) ! Trong phạm vi tốc độ khác chế độ làm việc máy khác ! Sự sai khác hai tốc độ biểu thị hệ số trượt s n1 − n s= n1 ! Chế độ làm việc MĐKĐB phụ thuộc vào quan hệ tốc độ n n1 - < s < : Chế độ động điện - s < : Chế độ máy phát điện - s >1 : Chế độ hãm I Nguyên lý biến đổi điện Tổng quan máy điện quay (tiếp) 1.5 Nguyên lý máy điện đồng ! Rotor với cực từ có từ trường Ft quay với tốc độ n1 cảm ứng lên dây quấn pha stato sức điện động xoay chiều eA eB eC với tần số f = p.n1/60 ! Các dòng điện iA iB iC day quấn stator sinh từ trường quay Fư có tốc độ n1 = 60f/p ! Do n = n1 nên gọi máy điện đồng I Nguyên lý biến đổi điện 1.6 Nguyên lý máy điện chiều Thực chất máy điện đồng mà sđđ xoay chiều chỉnh lưu thành chiều nhờ vành góp 1.7 Nguyên lý máy điện xoay chiều có vành góp Thực chất máy điện khơng đồng Vành góp sử dụng để đưa vào sđđ nhằm cải thiện hệ số công suất điều chỉnh tốc độ quay I Nguyên lý biến đổi điện Tổng quan biến đổi điện ! Năng lượng không tự nhiên sinh không tự nhiên đi, biến đổi từ dạng sang dạng khác ! Một máy điện quay thực nhiệm vụ biến đổi lượng từ điện sang hay ngược lại – tương ứng với động hay máy phát điện tỉn hao ®iƯn hƯ thèng ®iƯn tổn hao điện trừơng trừơng điện từ liên hệ tổn hao hệ thống động dòng chảy luợng máy phát ! Th hin trờn nh lut ! ! ! ! ! ! e = B.v.l Và f = B i l IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều Stđ dây quấn phần ứng a. Stđ dây quấn pha i = 2I sin ωt τ /2 τ b i iws / a Fs1 τ /2 c Fs d Fs δ Theo định luật tồn dịng điện ∫ H.dl = iws Stđ phân bố hình chữ nhật khơng gian biến đổi hình sin theo thời gian phân tích theo Fourier IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều Từ trở thép nhỏ (µ =∞) nên Hfe = stđ xem cần thiết để sinh từ thông qua hai lần khe hở δ Hδ = iws Stđ ứng với khe hở : Fs = iws Stđ phân bố hình chữ nhật khơng gian biến đổi hình sin theo thời gian phân tích theo Fourier Fs = Fs1cosα + Fs 3cos3α + Fs 5cos5α + + Fsυ cosυα = ∑ υ =1,3,5 Trong Fsυ cosυα Fsυ = π π /2 ∫π − /2 Fs cosυα dα IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều Và cuối tìm được: Fs = Với ∑ υ =1,3,5 Fsmυ cosυα sin ωt Fsmυ = 0,9 iws υ Như vậy: Sức từ động phần tử có dịng điện xoay chiều chạy qua tổng hợp ν sóng đập mạch phân bố hình sin khơng gian biến đổi hình sin theo thời gian IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều Stđ dây quấn lớp bước đủ với q phần tử ta có Fq = ∑ υ =1,3,5 qFsmυ kr cosυα sin ωt Stđ dây quấn pha lớp bước ngắn Ff = ∑ υ =1,3,5 2qFsmυ krυ knυ cosυα sin ωt Lưu ý số vòng dây pha w = 2pqws Như vậy: Sức từ động dây quấn pha tổng hợp dãy sóng đập mạch IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều b Stđ dây quấn m pha Các pha đặt lệch khơng gian góc 2π/m, dịng điện m pha đối xứng lệch thời gian góc 2π/m i1 = I sin ωt 2π i2 = I sin(ωt − ) m 2π ⎤ ⎡ im = I sin ⎢ωt − (m − 1) ⎥ m ⎣ ⎦ IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều F1 = ∑ υ =1,3,5 Ff υ sin ωtcosυα 2π 2π F2 = ∑ Ff υ sin(ωt − )cosυ (α − ) m m υ =1,3,5 2π ⎤ 2π ⎤ ⎡ ⎡ Fm = ∑ Ff υ sin ⎢ωt − (m − 1) cosυ ⎢α − (m − 1) ⎥ ⎥⎦ m m ⎣ ⎦ ⎣ υ =1,3,5 IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều Để có stđ dây quấn m pha ta lấy tổng m stđ đập mạch F1 = ∑ υ F2 = ∑ =1,3,5 υ =1,3,5 Ff υ sin ωtcosυα = Ff υ sin(ωt − Ff υ sin(ωt − υα ) + Ff υ sin(ωt + υα ) 2π 2π )cosυ (α − )= m m 2π ⎤ Ff υ 2π ⎤ ⎡ ⎡ sin ⎢(ωt − υα ) + (υ − 1) + sin ⎢ (ωt + υα ) + (υ + 1) ⎥ m⎦ m ⎥⎦ ⎣ ⎣ Ff υ Fm = 2π ⎤ 2π ⎤ ⎡ ⎡ F sin ω t − ( m − 1) c os υ α − ( m − 1) = ∑ fυ ⎢⎣ ⎥ ⎢ ⎥ m⎦ m⎦ ⎣ υ =1,3,5 2π ⎤ ⎡ sin ⎢(ωt − υα ) + (m − 1)(υ − 1) + ⎥ m⎦ ⎣ Ff υ 2π ⎤ ⎡ + sin ⎢(ωt + υα ) + (m − 1)(υ + 1) m ⎥⎦ ⎣ = Ff υ IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều Với ν = 1,3,5 chia làm nhóm: 1) ν = mk - từ trường đối xứng không nên xét 2) ν = 2mk+1 – quay thuận 3) ν = 2mk-1 – quay ngược IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều Xét nhóm quay thuận F1 = Ff υ Ff υ sin(ωt − υα ) 2π ⎤ ⎡ F2 = sin ⎢(ωt − υα ) + (υ − 1) m ⎥⎦ ⎣ Ff υ 2π ⎤ ⎡ Fm = sin ⎢(ωt − υα ) + ( m − 1)(υ − 1) m ⎥⎦ ⎣ IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều ! Với ν = mk 2π 2π 2π (υ − 1) = (mk − 1) = kπ − m m m Với trj số k m, stđ sóng hình sin quay tốc độ, véc tơ tương ứng lệch góc 2π/m làm thành hình đối xứng tổng ! Với ν = 2mk+1 2π (υ − 1) = 4kπ m Với trị số k, stđ quay thuận trùng pha có trị số: m Ft = ∑ Ff υ sin(ωt − υα ) υ = mk +1 IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều ! Với ν = 2mk-1 2π 4π (υ − 1) = 4kπ − m m Với trj số k, stđ quay với tốc độ lệch góc 4π/m, tổng IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều Tương tự với nhóm quay ngược: m Fn = ∑ Ff υ sin(ωt + υα ) υ = mk −1 Tổng hợp ta có: Với F( m) m = ∑ F f υ sin(ωt ∓ υα ) υ =2mk±1 w.kdq m F f υ = 0,45m I υp Với dây quấn pha F = ∑ F sin(ωt ∓ υα ) (3) fυ υ =6k±1 Và dây quấn pha F( 2) = ∑ F f υ sin(ωt ∓ υα ) υ =4k±1 IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều Tốc độ quay stđ quay bậc ν nυ = ± Với n υ 60 f n= p IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều Khi dòng m pha khơng đối xứng phân tích thành phân lượng đối xứng: m F1( m) = ∑ F1 f υ sin(ωt ∓ υα ) υ =2mk±1 m F2 f υ sin(ωt ± υα ) Với dòng thứ tự nghịch: F2( m ) = ∑ υ =2 mk ±1 Với dịng thứ tự khơng: i01 = i02 = i03 = = i0 m = I sin ωt Với dòng thứ tự thuận: Sinh dây quấn m pha stđ đập mạch pha thời gian lệch không gian góc 2π/m IV Từ trường dây quấn MĐ xoay chiều ⎧ F01 = F0 f υ sin ωtcosυα ⎪ ⎪ F = F sin ωtcosυ ⎡α − 2π ⎤ fυ ⎢⎣ ⎪ 02 m ⎥⎦ ⎨ ⎪ ⎪ 2π ⎤ ⎡ ⎪ F0 m = F0 f υ sin ωtcosυ ⎢α − ( m − 1) m ⎥⎦ ⎣ ⎩ Với ν = mk stđ đập mạch dịng thứ tự khơng m pha lệch 2kπ không gian công với nhau: F0( m ) = F ∑ υ =mk fυ sin ωtcosυα ... ngắn 20 21 22 23 24 II Dây quấn máy điện xoay chiều Z =24 , 2p = 4, m = , a = A 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X Sơ đồ trải dây quấn lớp bước ngắn Chỉ vẽ pha A 23 24 II Dây quấn máy điện... quấn máy điện xoay chiều Z =24 , 2p = 4, m = , a = A A Z Z BB X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C YY A BZ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 C X Y Sơ đồ trải dây quấn sóng II Dõy qun máy. ..MÁY ĐIỆN I Nội dung Chương Máy biến áp Chương Những vấn đề chung MĐ quay Chương Máy điện không đồng Chương Máy điện đồng Chương Máy điện chiều Chương Những vấn đề chung