Khi máy điện làm việc, trong dây quấn phần ứng sẽ có dòng điện chạy qua. Tác dụng của từ trƣờng lên dây dẫn mang dòng điện sẽ sinh ra momen điện từ trên trục máy.
Giả thiết ở một chế độ làm việc nào
đó của máy điện một chiều, từ trƣờng và dòng điện phần ứng ở dƣới một cực từ nhƣ hình thì theo quy tắc bàn tay trái momen điện từ do lực điện từ
phải sang trái.
Lực điện từ tác dụng lên từng thanh dẫn bằng: f = Btb.l.iƣ
Nếu tổng số thanh dẫn của dây quấn bằng N, dòng điện trong mạch nhánh 𝑖ư= 𝐼ư
2𝑎 thì momen điện từ tác dụng lên dây quấn phần ứng bằng:
𝑀=𝐵𝑡𝑏2𝐼ư𝑎𝑙𝑁𝐷2 (2-8)
Trong đó: Btb là từ cảm trung bình trong khe hở (T);
Iƣ: là dòng điện phần ứng (A);
a: số đôi mạch nhánh;
l: chiều dài tác dụng của thanh dẫn (m);
D: đƣờng kính ngoài phần ứng (m). Do 𝐷 = 2𝑝𝜏 𝜋 ; 𝐵𝑡𝑏 =𝜙𝜏𝑙𝛿 nên ta có: 𝑀 = 𝑝𝑁 2𝜋𝑎 𝜙𝛿𝐼ư =𝐶𝑀𝜙𝛿𝐼ư (N.m) (2-09) Trong đó:
: từ thông khe hở dƣới mỗi cực từ (Wb);
𝐶𝑀 = 𝑝𝑁
2𝜋𝑎 là hệ số phụthuộc vào kết cấu của máy điện; Nếu tính bằng kG.m thì công thức phải chia cho 9,81:
𝑀 = 1
9,81
𝑝𝑁
2𝜋𝑎 𝜙𝛿𝐼ư (kG.m) (2-10)
Trong máy phát điện, khi quay máy theo một chiều nhất định trong từ trƣờng thì trong dây dẫn sẽ sinh ra s.đ.đ mà chiều đƣợc xác định theo quy tắc bàn tay phải. Khi có tải thì dòng điện sinh ra sẽ cùng chiều với s.đ.đ nên momen điện từ sinh ra sẽ ngƣợc chiều với chiều quay của máy. Vì vậy ở máy phát điện, momen điện từ là
momen hãm.
Trong động cơ điện, khi cho dòng điện vào phần ứng thì dƣới tác dụng của từ trƣờng, trong dây quấn sẽ sinh ra momen điện từ kéo máy quay, vì vậy chiều quay của máy trùng với chiều quay của momen hay momen điện từ là momen quay.
Công suất ứng với momen điện từ lấy vào (đối với máy phát điện) hay đƣa ra (đối với động cơ điện) gọi là công suất điện từ và bằng:
Hình 2. 29 Xác định Mđt trong ĐCMC
Pđt = M.
Trong đó : M là momen điện từ;
𝜔 =2𝜋𝑛
60 là tốc độ góc phần ứng. Thay vào công thức trên ta có:
𝑃𝑑𝑡 =2𝑝𝑁𝜋𝑎𝜙𝛿𝐼ư.260𝜋𝑛 =60𝑝𝑁𝑎𝑛𝜙𝛿𝐼ư
Pdt = EƣIƣ (W) (2-11)
Từ công thức này ta thấy đƣợc quan hệ giữa công suất điện từ với momen điện từ và sự trao đổi năng lƣợng trong máy điện. Trong máy phát điện công suất điện từ đã chuyển công suất cơ M thành công suất điện EƣIƣ. Ngƣợc lại trong động cơ điện công suất điện từ đã chuyển công suất điện thành công suất cơ.
2.4.2 Quá trình năng lượng và các phương trình cân bằng năng lượng