Xét dây quấn sóng phức tạp có m = 2; 2p = 4; Znt = Z = S = G = 18.
a) Tính các bước dây quấn
18 2 4 2 4 4 nt Z y p (bƣớc ngắn) 18 2 8 2 u G G m y y p
(dấu “-“: quấn trái)
0 0 0 .360 2.360 40 18 p Z b) Trình tự nối các phần tử B1 2 10 18 8 16 6 14 4 12 2 Khép kín Lớp trên Lớp dƣới 6 14 4 12 2 10 18 8 16 1 9 17 7 15 5 13 3 11 1 Khép kín Lớp trên Lớp dƣới 5 13 3 11 1 9 17 7 15
c) Giản đồ khai triển
Đây là dây quấn sóng phức tạp có hai mạch nhánh vòng kín. Giản đồ khai triển nhƣ hình 2.26. Bề rộng chổi than ít nhất bằng 2 phiến đổi chiều để lấy điện ở các mạch nhánh song song. Dây quấn sóng phức tạp với m ≥ 2 có thể coi nhƣ gồm m dây quấn sóng đơn hợp lại, do đó số đôi mạch nhánh của nó bằng m lần số đôi mạch nhánh của dây quấn sóng đơn. Nó có thể gồm nhiều mạch kín độc lập hay cũng có thể chỉ nối thành một mạch kín. Khi máy làm việc hai loại dây quấn đó không có gì khác nhau.
Hình 2. 26 Giản đồ khai triển dây quấn sóng phức tạp m = 2; Z = S = G = 18; 2p = 4 Hình 2. 25 Hình sao (a) và đa giác s.đ.đ (b) của dây quấn sóng phức tạp
1-10 2-11 3-12 4-13 5-14 6 -15 7 -16 8 -17 9 -18 α = 400 a) 1-10 9-18 8-17 7-16 6-15 5-14 4-13 3-12 2-11 2 10 18 11 10 9 14 15 5 6 A2 A1 B1 B2 + - b)
Nói chung, nếu a = m có ƣớc số chung lớn nhất là t thì có t mạch vòng độc lập.
2.3.4 Dây quấn hỗn hợp
Trên thực tế, dây quấn hỗn hợp gồm hai loại dây quấn xếp đơn và sóng phức tạp cùng nối lên cổ góp. Nhƣ vậy số đôi mạch nhánh bằng tổng số đôi mạch nhánh của hai loại dây quấn đó.
Hai dây quấn đều đặt chung trong các rãnh và đều nối chung lên vành góp, vì vậy số phần tử S của chúng phải bằng nhau.Mặt khác, hai dây quấn đó đƣợc ghép song song thông qua chổi than tì lên vành góp nên s.đ.đ cảm ứng của chúng phải bằng nhau và số mạch nhánh của chúng cũng phải bằng nhau.
Loại dây quấn này thƣờng đƣợc dùng trong máy điện công suất lớn, tốc độ cao và đổi chiều khó khăn.
Trong máy điện công suất lớn, số đôi cực p > 1, nếu dùng dây quấn xếp đơn thì theo công thức về số đôi mạch nhánh ta phải dùng dây quấn sóng phức tạp có m = p để cho số đôi mạch nhánh của chúng bằng nhau. Quan hệ giữa dây quấn sóng và xếp
trong dây quấn hỗn hợp nhƣ ở hình 2.27.
Ngoài ra trong máy điện một chiều công suất lớn còn có dây cân bằng điện thế.
Dây quấn máy điện một chiều tƣơng ứng nhƣ một mạch điện gồm một số nhánh song song ghép lại. Trong điều kiện bình thƣờng, s.đ.đ sinh ra trong các mạch nhánh đó bằng nhau, khi có tải dòng điện phân bố đều trên các mạch nhánh. Nhƣng nếu có nguyên nhân gì đó làm cho dòng điện trong các nhánh không đều nhau thì máy làm
B A C D yGx yGx yx 2τ yS yGS +
việc sẽ không có lợi. Để tránh tình trạng đó ta nối dây cân bằng điện thế để đảm bảo sự phân phối đều đặn dòng điện trong các mạch nhánh.
+ Dây cân bằng loại một
Dây dẫn của các mạch nhánh dây quấn xếp đơn đƣợc đặt ở dƣới những cực từ khác nhau. Nếu từ thông qua khe hở dƣới các cực từ bằng nhau thì s.đ.đ cảm ứng trong các mạch nhánh sẽ nhƣ nhau và máy làm việc bình thƣờng. Tuy nhiên, trên thực tế do lắp ghép hay chế tạo không tốt hoặc do làm việc lâu ngày ổ bi bị mòn nên khe hở dƣới các cực từ không bằng nhau và s.đ.đ cảm ứng trong các mạch nhánh sẽ không giống nhau. Sự mất cân bằng s.đ.đ trong các mạch nhánh sẽ làm cho trong dây quấn sinh ra dòng điện cân bằng. Vì điện trở dây quấn rất nhỏ nên một sự không cân bằng rất nhỏ ở s.đ.đ cũng đủ sinh ra dòng điện cân bằng lớn làm cho máy khi có tải thì dòng điện trong các mạch nhánh mất đối xứng nghiêm trọng, tổn hao đồng trong dây quấn tăng lên, máy nóng,... Ngoài ra, do dòng điện qua chổi than không đối xứng nên có thể làm cho chổi than bị quá tải, đổi chiều khó khăn.
Để giải quyết vấn đề đó, ta nối các điểm về lý luận là đẳng thế lại với nhau.
Nhƣ trong hình 2.19 các phần tử 1 và 9; 2 và 10; 3 và 11;… nằm ở vị trí tƣơng ứng giống nhau dƣới các cực từ cùng cực tính nên các điểm tƣơng ứng trên hai phần tử đó đẳng thế với nhau và ta có thể nối dây cân bằng. Từ đó ta thấy bƣớc thế yt bằng số phiến đổi chiều dƣới mỗi đôi cực và vì trong dây quấn xếp đơn a = p nên ta có:
t
G G
y
p a
Thƣờng ngƣời ta không đấu hết các dây cân bằng điện thế mà chỉ nối quãng 1/3 hay 1/4 số dây cân bằng có thể nối đƣợc (hình 2.19).
Dây cân bằng điện thế trên làm mất sự không đối xứng của mạch từ trong máy điện để cân bằng điện thế ở các mạch nhánh của dây quấn xếp, nằm dƣới các cực có cùng cực tính đƣợc gọi là dây cân bằng loại một.
+ Dây cân bằng loại hai
Dây quấn sóng đơn chỉ có một đôi mạch nhánh nên không có điểm đẳng thế.
Có thế thấy từ công thức G 1 G y p . Do yt G p
không thể là số nguyên nên không thể có điểm đẳng thế đƣợc. Thực tế thì ở dây quấn sóng đơn cũng không cần nối dây cân bằng điện thế vì các phần tử nối tiếp để làm thành một mạch nhánh song song đều phân bố ở dƣới các cực từ cho nên dù từ thông dƣới các cực từ khác nhau thì s.đ.đ trong hai mạch nhánh vẫn bằng nhau.
Trong dây quấn sóng phức tạp thì a > 1, cũng vì lí do trên nên không thể có trƣờng hợp s.đ.đ không bằng nhau trong các mạch nhánh. Tuy nhiên khi có tải, dòng điện giữa các mạch nhánh có thể phân bố không đều do điện trở giữa các mạch nhánh không bằng nhau (nhƣ điện trở tiếp xúc giữa chổi than với vành góp ở hai mạch nhánh không bằng nhau chẳng hạn). Dòng điện trong các mạch nhánh khác nhau làm cho sự phân bố điện áp giữa các phiến đổi chiều kề nhau không đều nhau và làm cho tình trạng làm việc của máy xấu đi. Để tránh điều đó ngƣời ta dùng dây cân bằng điện thế nối các điểm đẳng thế về lý thuyết của các mạch vòng của dây quấn sóng phức tạp, đảm bảo dòng điện phân bố đều trên các phiến đổi chiều.
Dây cân bằng dùng để làm mất sự phân bố không đối xứng của điện áp trên vành góp này gọi là dây cân bằng loại hai.
Bƣớc thế của dây cân bằng loại hai:
t
S G
y
a a
Trong dây quấn xếp phức tạp thì các dây quấn xếp đơn phải dùng dây cân bằng loại một và giữa các dây quấn xếp đơn đó với nhau dùng dây cân bằng loại hai. Tiết diện của dây cân bằng điện thế có thể nhỏ hơn tiết diện dây dẫn của các phần tử một ít.
2.4 Quan hệ điện từ trong máy điện một chiều
2.4.1 S.đ.đ phần ứng, momen và công suất điện từ