bäúi dáy (pháön tæí) våïi nhau. Caïc pháön ab, cd âæåüc âàût trong raînh cuía loîi theïp goüi laì caïc caûnh taïc duûng, coìn ad, bc nàòm ngoaìi raînh goüi laì pháön âáöu näúi. a)[r]
(1)Đại Học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách Khoa Khoa Điện - Nhóm Chun mơn Điện Cơng Nghiệp
Giáo trình MÁY ĐIỆN
Biên soạn: Bùi Tấn Lợi
Chæång
DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU
9.1.KHÁI NIỆM CHUNG
Dây quấn máy điện quay bố trí hai bên khe hở lõi thép phần tĩnh phần quay Nó phận để thực biến đổi lượng điện máy Một cách tổng quát chia dây quấn máy điện quay làm hai loại : dây quấn phần cảm (dây quấn kích từ ); dây quấn phần ứng
Dây quấn phần cảm có nhiệm vụ sinh từ trường khe hở lúc không tải Từ trường máy điện quay thường có cực tính thay đổi (hinh 9.1 9.2), nghĩa bố trí cực N S xen kẻ
Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng sđđ định có chuyển động tương đối từ trường khe hở tạo stđ cần thiết cho biến đổi lượng điện Rõ ràng từ trường khe hở có cực tính thay đổi sđđ cảm ứng sđđ xoay chiều
N
N
S S
Stator
Rotor
N
S
N
S
(2)Nếu cực từ N S xen kẻ quanh khe hở, dây quấn phần ứng hình thành từ tổ hợp
bối dây (phần tử) với Mỗi bối dây dây quấn xếp (hình 9.3a) dây quấn sóng (hình 9.3b) gồm có N vịng dây Các phần ab, cd đặt rãnh lõi thép gọi cạnh tác dụng, ad, bc nằm rãnh gọi phần đầu nối
Yêu cầu dây quấn:
N
S
Hình 9.2Dây quấn kích từ quấn rãi máy điện đồng
N
S Stator
Rotor
y b
a
c
d
(a)
y b
a
c
d
(b)
Hình 9.3 Bối dây a) Dây quấn xếp; b) Dây quấn sóng
• Đối với dây kích từ tạo từ trường hình sin khe hở, dây quấn phần ứng đảm bảo có sđđ dịng điện tương ứng với cơng suất điện từ máy
• Kết cấu dây quấn phải đơn giản
• Ít tốn ngun vật liệu
• Bề cơ, điện, nhiệt, hóa
(3)9.1.1.Các đại lượng dặc trưng dây quấn máy điện xoay chiều 1. Bước cực:
Bước cực khoảng cách hai cực từ liên tiết p
2 Z =
τ /số rãnh/ Trong đó, Z số rãnh, 2p số cực từ
2. Bước dây quấn y :
Bước dây quấn y1 khoảng cách hai cạnh tác dụng phần tử
ε ± =
p
Z
y /số rãnh/
Vậy y1 phải số nguyên Có trường hợp:
• ε=0→y= τ dây quấn bước đủ
• ε>0→y> τ dây quấn bước dài
• ε<0→y<τ dây quấn bước ngắn
Muốn có sđđ cảm ứng phần tử dây quấn lớn ept.max y = τ 3. Bước tương đối β :
Bước tương đối β tỉ số y τ
τ = β y
Trong đó, β = dây quấn bước đủ β > dây quấn bước dài β < dây quấn bước ngắn Số rãnh pha cực từ :
p m
Z q
2
= /số rãnh/
Trong đó, m số pha; cịn q số nguyên, phân số Góc độ điện hai rãnh cạnh :
Z p p / Z
360
360 =
=
α /độ điện/
6. Vùng pha dây quấn:
/độ điện/
(4)9.1.2.Phân loại dây quấn máy điện xoay chiều: 1. Phân theo số lớp rãnh:
+ Dây quấn lớp : Hình 9.4 dây quấn lớp, rãnh đặt cạnh tác dụng Như vây số phần tử dây quấn :
Hình 9.4Dây quấn lớp
Z S=
trong S số phần tử; Z số rãnh
+ Dây quấn hai lớp: Hình 9.5 dây quấn hai lớp, rãnh đặt hai cạnh tác dụng hai phần tử khác Như vây số phần tử :
Hình 9.5Dây quấn hai lớp
Z S=
2. Phân theo số pha
• Dây quấn pha
• Dây quấn hai pha
• Dây quấn ba pha
3. Phân theo bước dây quấn
• Dây quấn bước đủ
• Dây quấn bước dài
• Dây quấn bước ngắn
4. Phân theo cách nối phần tử
• Dây quấn xếp
• Dây quấn sóng
5. Phân theo hình dạng phần tử dây quấn
• Dây quấn đồng khn
• Dây quấn đồng tâm
(5)Để hiểu rõ cách nối phần tử dây quấn ta dùng sơ đồ khai triển Sơ đồ khai triển sơ đồ nhận cách cắt phần ứng đường thẳng song song với trục máy trải mặt phẳng
9.2 DÂY QUẤN BA PHA CĨ q L SỐ NGUN 9.2.1.Dây quấn lớp:
Xét sơ đồ khai triển dây quấn lớp máy điện xoay chiều có số liệu sau: Z = 24; 2p = 4; m =3
• Vẽ hình sđđ rãnh phần tử:
+ Tính đại lượng đặc trưng dây quấn:
0
30 24
360 Z
360 p
= =
=
α (độ điện)
2
24 mp
2 Z
q= = =
6 24 p
Z = =
= τ
6 y=τ=
(độ điện)
0
60 30 q
= =
α = γ
(a) (b)
+ Ta thấy:
Cạnh tác dụng thứ 1÷12 hình thành hình sđđ, tia lệch pha 300,
đôi cực từ thứ (hình 9.6a)
Cạnh tác dụng thứ 13÷24 hình thành hình sđđ, đơi cực từ thứ hai, có vị trí giống từ trường, nên hồn tồn trùng với hình đôi cực từ thứ
(6)Đặc cung γ = 600 xác định vùng pha, từ ta biết cạnh tác dụng pha
+ Cách nối dây quấn: y = 6, nối sau: Pha A: (1-7), (2-8); (13-19), (14-20) Pha B: (5-11), (6-12); (17-23), (18-24) Pha C: (9-15), (10-16); (21-3), (22-4)
• Sơ đồ khai triển dây quấn:
Từ sơ đồ khai triển ta thấy:
+ Mỗi pha có hai nhóm phần tử dây quấn + Mỗi nhóm có q phần tử dây quấn
+ Các phần tử nhóm phải mắc nối tiếp nhau.(Không song song ?) + Các nhóm mắc nối tiếp mắc song song phụ thuộc vào điện áp
+ Dây quấn gồm phần tử có kích thước giống gọi dây quấn đồng khn (hình 8.6)
A1 X1 B1 C1 A2 X2
τ
τ τ τ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hình 9.7Dây quấn đồng khn
• Xạc âënh sââ ca mäüt pha:
Cäüng cạc vectå thüc pha âọ lải
Ta nhận thấy trị số sđđ pha không phụ thuộc thứ tự nối cạnh tác dụng thuộc pha Ví dụ pha A nối cạnh tác dụng theo thứ tự (1-8), (2-7) đôi cực từ thứ (13-20), (14-19) đôi cực từ thứ hai Như ta nối cạnh tác dụng phần tử pha theo thứ tự sau:
(7)Với cách nối dây quấn trên, ta có sơ đồ khai triễn dây quấn hình 9.8
Từ hình 9.8, ta thấy:
A1 B X1 A2 X2
1 C1
τ
τ τ τ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hình 9.8Dây quấn đồng tâm
• Các bối dây giống vịng trịn đồng tâm gọi dây quấn đồng tâm
• Đây dây quấn dễ tự động hóa trình đặt dây quấn vào rãnh
• Khi thực dây quấn đồng tâm phải bẻ phần đầu nối nhóm lên để chúng khơng chồng chéo
Các kiểu dây quấn đồng tâm, đồng khuôn gọi dây quấn tập trung nhóm phần tử tập trung cực từ định
Có thể nối cạnh tác dụng phần tử theo thứ tự khác (2-7), (8-13) (14-19), (20-1) Như ta nối cạnh tác dụng phần tử pha theo thứ tự sau :
A B X
τ
τ τ τ
Hình 9.9Dây quấn phân tán
(8)Pha A: (2-7), (8-13); (14-19), (20-1) Pha B: (6-11), (12-17); (18-23), (24-5) Pha C: (10-15), (16-21); (22-3), (4-9)
Với cách nối ta sơ đồ khai triễn hinh 9.9 gọi dây quấn phân tán
9.2.2.Dây quấn hai lớp
Có hai loại : dây quấn xếp dây quấn sóng
Ưu điểm : Làm bước ngắn để cải thiện dạng sóng sđđ Nhược điểm: Lồng dây sửa chữa khó khăn
a/ Dây quấn xếp:
Xét dq xếp hai lớp có: Z=24; 2p=4; m=3
+ Tính đại lượng đặc trưng dây quấn:
0 0 30 24 360
360 = =
=
α
Z p
điện
Hỗnh 9.10Hỗnh sõõ raợnh
2
24
2 = =
= mp Z q 24
2 = =
= τ p Z 5
1 = β= τ =
y ; y điện 0 60 30 q = = α = γ
+ Vẽ hình sđđ phần tử
Từ hình sđđ, ta thấy:
Các phần tử lệch pha góc 300 Từ hình 9.10, ta thấy :
+ Pha a có phần tử: 1,2,7,8; 13,14,19,20 + Pha a có phần tử: 5,6,11,12; 17,18,23,24 + Pha a có phần tử: 9,10,15,16; 21,22,3,4 Cách nối pha: y1 =
Pha A: lớp trên: 13 14 19 20 Lớp dưới: 12 13 18 19 24
Pha B: lớp trên: 11 12 17 18 23 24 Lớp dưới: 10 11 15 17 22 23
Pha C: lớp trên: 10 15 16 21 22 Lớp dưới: 14 15 20 21
Vẽ sơ đồ khai triễn: Vẽ cho pha a pha b c vẽ tương tự Ta thấy:
(9)+ Các phần tử nhóm phải mắc nối tiếp
+ Các nhóm mắc song song nối tiếp phụ thuộc điện áp + Số nhánh song song nhiều số cực từ (n ≤ 2p)
1
A B
τ
τ τ τ
C X
Hình 9.11 Dây quấn xếp hai lớp bước ngắn
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
b/ Dây quấn sóng : với Z = 18, 2p = 4, m = Hình 9.12
Hình 9.12Dây quấn sóng hai lớp bước ngắn
1
A1 A2
τ
τ τ τ
X2 X1
19
20
21
22
23
24
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
9.3 DÂY QUẤN CĨ q L PHÂN SỐ
Số phần tử pha cực từ: d
c b d a mp Z
q= = = +
2
Ta thấy:
(10)+ Nhóm có phần tử gọi nhóm nhỏ: b phần tử + Dưới d cực từ có c nhóm lớn (d-c) nhóm nhỏ
Xét ví dụ : Vẽ giản đồ khai triển dây quấn có Z = 18; 2p = ; m =
+ Tính đại lượng đặc trưng dây quấn:
0
0
40 18
360
360 = =
=
α
Z p
điện
2 1 1 2 3 2 3 2
18 mp 2
Z
q= = = = +
. .
0
60
40 =
= α =
γ q điện
5 4 18
2p
Z
= = =
τ ; y=4 Vậy a = 3; d = 2; b = c =
Nhóm lớn có b+1 = phần tử Nhóm nhỏ có b = phần tử
Phán vng pha:
Pha a: 1,2,6, 10,11,15; Pha b: 4,5,9, 13,14,18; Pha c: 7,8,3, 16,17,12
Sơ đồ nối dây pha: y =
Pha a: lớp trên:1 10 11 15 Lớp dưới: 10 14 15
Pha b: lớp trên: 13 14 18 Lớp dưới: 13 17 18
Pha c: lớp trên: 16 17 12 Lớp dưới: 11 12 16
Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn: (hình 9.13)
1
A B
τ
τ τ τ
C X
(11)9.4 DÂY QUẤN NGẮN MẠCH KIỂU LỒNG SÓC:
Đây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc tạo thành dẫn đồng đặt rãnh rôto, hai đầu chúng hàn với hai vành ngắn mạch đồng Các dẫn vành ngắn mạch nói đúc nhơm
Sđđ dẫn lệch pha góc: α = 2πp/Z Trong tính tốn thực tế, thường xem dẫn pha: m2 = Z2, số vòng dây
pha: N = 1/2, hệ số knν = krν =
Sơ đồ mạch điện dây quấn lồng sóc:
Hình 9.15Sơ đồ mạch điện thực (a) tương đương (b) dây quấn kiểu lồng sóc
1
rt
rv
12
v
I
& &Iv23 &Iv34
1
t
I
& I&t2 I&t3
12
v
I
& &Iv23 &Iv34 21 v I & 21 v I &
1
r
12
v
I
& I&v23 I&v34
1
t
I
& I&t2 I&t3
12
v
I
& I&v23 I&v34 21 v I & 21 v I &
(a) (b)
Sơ đồ mạch điện dây quấn lồng sóc hình 8.14a, đó: rt - điện
trở dẫn; rv - điện trở đoạn hai dẫn vành ngắn mạch;
Ta thay mạch điện thực nói mạch điện tương đương dựa sở tổn hao hai mạch điện (hình 8.14b)
Đối với nút bất kỳ, thí dụ nút hai ta có: it2 = iv23 - iv12
α 2 t I& 12 v
I& I&v23
Hình 9.15 Quan hệ dịng điện dẫn dòng vành ngắn mạch
Do dòng điện đoạn vòng ngắn mạch lệch pha góc α , ta có:
Z p sin I sin I
It = v α =2 v π
2 vaì Z p sin I
Iv t
π =
2
Vì tổn hao điện trở mạch điện thực mạch điện thay phải nhau, nghĩa là:
r ZI r ZI r
(12)Kết hợp với phương trình trên, ta tìm điện trở pha dây quấn kiểu lồng sóc:
Z p sin
r r
r t v
π +
=
2
9.5 CÁCH THỰC HIỆN DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU:
Dây quấn máy điện xoay chiều đặt rãnh stato hay roto Các rãnh nầy có dạng sau:
Hình 9.16Các dạng rãnh dây quấn máy điện
a) Rãnh kín b) Rãnh kín c) Rãnh hở d) Rãnh hở
Rãnh kín dùng cho dây quấn stato máy điện công suất P< 100 kW, điện áp U<1000V Loại rãnh nầy dùng dây dẫn tiết diện tròn dường kính < 2,5mm Rãnh hở dùng cho dây quấn stato máy điện có cơng suất lớn P = 300-400 kW, điện áp U<1000V
Rãnh hở dùng cho dây quấn stato máy điện công suất lớn, điện áp cao Dây quấn loại nầy thường dùng tiết diện chữ nhật, làm thành bối dây trước sau đặt vào rãnh
Ở máy điện công suất lớn, để tránh lực điện từ mạnh lúc xảy ngắn mạch tác dụng lên phần đầu nối, làm hỏng phần đầu nối dây quấn stato, phận nầy buộc chặt vào vịng thép có boulông bắt vào thân máy./
]R R^