MÁY ĐIỆN II

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN ---0---

GVC-ThS. NGUYỄN TRỌNG THẮNG

GIÁO TRÌNH

MÁY ĐIỆN II

TP. HCM Tháng 5/ 2006

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình MÁY ĐIỆN II là một cuốn sách trong bộ GIÁO TRÌNH MÁY ĐIỆN gồm 2 tập nhằm giúp sinh viên bậc đại học hoặc cao đẳng ngành Điện Công Nghiệp, Điện Tự Động của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM làm tài liệu học tập, hoặc có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Công nghệ Điện- Điện tử, Công nghệ Điện tử –Viễn thông và các ngành khác liên quan đến lĩnh vực điện –điện tử.

Giáo trình máy điện trình bày những lý thuyết cơ bản về: cấu tạo; nguyên lý làm việc; các quan hệ điện từ; các đặc tính cũng như các hiện tượng vật lý xảy ra trong:

Máy điện một chiều; Máy biến áp; Máy điện không đồng bộ; Máy điện đồng bộ và các loại máy điện đặc biệt.

Toàn bộ giáo trình máy điện được chia làm 2 tập:

Tập I gồm 2 phần: Máy điện một chiều và Máy điện một chiều đặc biệt.

Máy biến áp và các loại máy biến áp đặc biệt.

Tập II gồm 3 phần: Những vấn đề lý luận chung của các máy điện xoay chiều.

Máy điện không đồng bộ và các dạng khác của Máy điện không đồng bộ.

Máy điện đồng bộ và các loại máy điện đồng bộ đặc biệt.

Để giúp sinh viên dễ dàng tiếp thu kiến thức môn học, giáo trình trình bày nội dung một cách ngắn gọn, cơ bản. Ở mỗi chương có ví dụ minh họa, câu hỏi và bài tập để sinh viên có thể hiểu sâu hơn những vấn đề mình đã học.

Tác giả

(Email: t_nguyentrong@yahoo.com)

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

MỤC LỤC

Trang

Phần III: Các vấn đề lý luận chung của các máy điện xoay chiều

Chương 1: Sưcù điện động của dây quấn máy điện xoay chiều 2

Chương 2: Dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều 11

Chương 3: Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều 30

Phần IV: Máy điện không đồng bộ (MĐKĐB) 47

Chương 1: Đại cương về MĐKĐB 48

Chương 2: Các quan hệ điện từ trong MĐKĐB 54

Chương 3: Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 77

Chương 4: Máy điện không đồng bộ đặc biệt 90

Phần V: Máy điện đồng bộ (MĐĐB) 101

Chương 1: Đại cương về MĐĐB 102

Chương II: Các quan hệ điện từ trong MĐĐB 106

Chương III: Máy phát điện và động cơ điện đồng bộ 116

Chương IV: Máy điện đồng bộ đặc biệt 135

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1- Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Máy điện I,II . NXB khoa học và kỹ thuật - 1998 .

2- Nguyễn Trọng Thắng, Nguyễn Thế Kiệt, Công nghệ chế tạo và tính toán sửa chữa Máy điện , NXB Giáo dục, 1995 .

3- A.E. Fitzerald, Charles kingsley . Electrical Machines. Mc. Graw - Hill, 1990 . 4- Jimmie J. Cathey . Electric machines Analysis and Design Applying Matlab . Mc.

Graw - Hill - 2001 .

5- E.V.Armensky, G.B.Falk, Fractional Horsepower Electrical machines, Mir Publishers, Moscow, 1985.

6- Mohamed E. El-Hawary, Principle of Electric Machines with Power Electronic Applications, Prentice-Hall, 1986.

7- M.Kostenko, L.Piotrovsky, Electrical machines, vol.1,2, Mir Publishers Moscow, 1974.

8- Stephen J. Chapman, Electric machinery and Power System fundamental, Mc Graw Hill, 2002.

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn

Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

PHẦN III

CÁC VẤN ĐỀ LÍ LUẬN CHUNG CỦA

MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU

CHƯƠNG I: SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU

§ 1.1. ĐẠI CƯƠNG Sức điện động (s.đ.đ) xoay chiều có 3 đặc tính cơ bản:

- Độ lớn.

- Tần số.

- Dạng đường cong.

Thường người ta mong muốn có được s.đ.đ của máy điện dùng trong các thiết bị điện khác nhau có dạng hình sin. Đặc biệt đối vơiù máy phát điện các sóng điều hòa bậc cao không những có tác hại đối với các máy phát điện mà còn cả đối với phụ tải làm tăng tổn thất cũng như làm xuất hiện quá điện áp trên các đoạn khác nhau của đường dây. Trong chương này chúng ta nghiên cứu s.đ.đ của dây quấn và các biện pháp làm giảm hoặc triệt tiêu s.đ.đ bậc cao đưa dạng sóng về hình sin.

§ 1.2. SỨC ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN 1. Sức điện động cảm ứng trong dây quấn do từ trường cơ bản:

a) Sức điện động của một thanh dẫn:

Đặt 1 thanh dẫn trong stator và những cực từ của rotor song song với trục máy điện (h1–1). Khởi động máy và cho quay với tốc độ n = C^te = const khi đó trị số tức thời của s.đ.đ cảm ứng trong thanh dẫn là:

etd = Bx.l.v (V)

với Bx = Bmsinωt (T), Bx là từ cảm nơi thanh dẫn quét qua.

pn f

v πDn τ τ

60 2 2

60 = =

= (m/sec).

v: Vận tốc dài của thanh dẫn.

D: Đường kính phần ứng.

Với:

p 2 πD

=

τ (m)

l: Chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường.

t 2B

f l t B

v l

e_{td m m} ω

π π τ

= ω

= . . sin . . . . sin

VớiΦ=B_tblτ là từ thông trung bình tương ứng với một bước cực.

m

tb 2B

B = π

Hình 1.1 Chuyển động tương đối của thanh dẫn trong từ trường

tương đối hình sin.

Ta có : e_td =πΦf sinωt=E_td sinωt

Trị số hiệu dụng là: f 222 f 2

E_td π Φ = Φ

= , (1 - 1)

b) Sđđ của một vòng dây và của một bối dây:

™ Sđđ của một vòng dây:

+ Trường hợp bước đủ:

Nếu vòng dây có 2 thanh dẫn 1 và 2 đặt cách nhau 1 khoảng là τ

=

y (dây quấn bước đủ) và gọi sđđ trong thanh dẫn 1 là E1, trong thanh dẫn 2 là E2 thì s.đ.đ của một vòng dây bước đủ là:

td 2

1 E 2E

E

E_ν = + =

=2x2,22Φf =4,44Φf

+ Trường hợp bước ngắn:

Ta kí hiệu β là bước tương đối của dây quấn và p 2

= Z

τ (rãnh)

= τ

β y, π

= τ βπ y Thì:

f 2 44 2 4

E 2

E _td βπ

Φ βπ =

ν = sin , sin

Đặt:

k_n =sinβπ2 là hệ số bước ngắn của dây quấn thì:

fk 44 4

E_ν = , Φ

Hình 1.2 Sức điện động của một vòng dây π

τ Etd′′

βτ

=

td y

E′

π π

τ τ

τ

= y

βπ βπ

td1

E′&

td1

E′′

− &

td1

E&′′

E&v td1

E′&

td1

E′′

− &

td1

E&′′

E&v

™ Sđđ của một phần tử (bối dây)

Nếu một bối dây có Ws vòng thì s.đ.đ của một bối dây là:

n s

s 444W fk

E = , Φ (1-3)

c) Sức điện động của 1 nhóm bối dây:

Ta tính s.đ.đ của 1 nhóm bối dây có q bối dây dưới 1 cực:

mp 2 q= Z . Thí dụ: hình 1.3: q = 4

Góc độ điện giữa 2 rãnh kề nhau là:

Trong đó Z/p là số rãnh dưới một đôi cực

(Z/2p là số rãnh dưới một mặt cực). Giả sử số rãnh dưới 1 mặt cực là 6

p 2

Z =

=

τ thì

300 đ =

α và nếu tại thời điểm đang xét bối dây 1 nằm trên đường trung tính hình học thì trị số tức thời của sđđ cảm ứng trong các bối dây 1, 2, 3, 4 là:

0 sm 1

s E 0

E = sin

0 sm

sm 2

s E E 30

E = sinα_đ = sin

0 sm

sm 3

s E 2 E 60

E = sin α_đ = sin

0 sm

sm 4

s E 3 E 90

E = sin α_đ = sin Esm: biên độ sđđ/phần tử.

Ta có thể biểu diễn qr lệch nhau 1 góc α như h1-4 (q: số rãnh của 1 pha dưới một cực). Mỗi một vector biểu diễn trị số biên độ hay trị số hiệu dụng của s.đ.đ Es của một bối dây với những tỉ lệ tương ứng (h1-4a). Những vector gần nhau lệch nhau 1 góc α_đ = 30⁰. Tổng hình học của 4 vector hình thành đa giác ABCDE (h1-4b) là vector AE biểu diễn trị số hiệu dụng tổng của s.đ.đ Eq.

Z 360 p p Z

2 . ⁰

đ= π =

α

Hình 1.4 Sức điện động của một vòng dây

Hình 1.3 Nhóm bối dây q = 4

Để tính Eq ta vẽ đường tròn ngoại tiếp với đa giác ABCDE có bán kính R. Cuối cùng ta tính được:

Eq = q Es kr (1-4)

Trong đó:

s.đ.đ các học số Tổng

s.đ.đ các học hình Tổng

=

=

s q

r qE

k E

qsin 2 2 q2Rsin 2

2

đ đ

đ đ

α α α

α q

Rsinq sin 2

=

= : hệ số quấn rải của dây quấn.

Chứng minh:

Ta có E^q E^s1 E^s2 E^s3 E^s4

. . . .

. = + + +

Về mặt trị số Eq = AE = 2AF = R 2

2 sinqα^đ . Tính R theo Eq , xét tam giác OO1A ta có:

R 2 2

E_s sinα^đ

=

2 2 R E^s

sinαđ

=

⇒

sin 2 2

sin 2 2

đ đ

α qα E E_q = ^s

⇒ s r

s

K qE q 2

q 2

qE =

α α

=

đ đ

sin sin

r n s

q w q fk k

E = Φ

⇒ 4,44 (1-5)

Đặt kdq = knkr : là hệ số dây quấn.

dq s

q w q fk

E = Φ

⇒ 4,44 (1-6)

d) Sức điện động của dây quấn 1 pha:

Một pha có n nhóm bối dây có vị trí giống nhau trong từ trường các cực từ nên sđđ của chúng có thể cộng số học với nhau:

dq s

f nqw fk

E = Φ

⇒ 4,44

Trong đó: w = n.q.ws là số vòng dây nối tiếp của 1 pha.

2. Sức điện động của dây quấn do từ trường bậc cao:

Giả thiết rằng đường cong cường độ tự cảm đối xứng với trục hoành (vì tính chất đối xứng với trục hoành nên đường cong chỉ chứa các sóng hài lẻ) cũng như đối với trục cực. Trong trường hợp này, đường cong cường độ tự cảm bao gồm sóng điều hoà bậc nhất hay sóng điều hoà cơ bản và vô số sóng điều hoà bậc cao

ν = 3, 5, 7, …, nghĩa là ν = 2k ± 1. Trong đó sóng điều hoà bậc 1 có biên độ Bm1

và bước cực τ tương ứng với số đôi cực p. Những sóng điều hoà bậc cao có biên fkdq

wΦ

=4,44

độ Bm3, Bm5, B_mν và những bước cực 3 τ,

5 τ,

ν

τ tương ứng với số đôi cực 3p, 5p,…, νp. Tần số f_ν =νf₁.

Từ đó từ thông tương ứng là:

1 m 1

tb

1 2 lB

B

l. ..

. τ

= π τ

=

Φ

3 3

3 ..

3 . 2

3.lB^tb τ lB^m π

τ ₌

= Φ

…

ν ν

ν ν

τ

= π ν

= τ

Φ _tb 2 lB_m

B

l. ..

.

Các sức điện động: _{td1 1 1} lB_tb1 f₁ 2 lB_m1f₁ 2

f 2

E . π τ.. . = .τ.. .

= π Φ

=

1 3 m 1

3 m 3

3 3

td 2B 3f 2 lB f

3 l 2 f

2

E .. . = .τ.. .

π τ

= π π Φ

=

…

1 m

td f 2 lB f

2

E _ν = π Φ_ν. _ν = .τ.. _ν. Sức điện động hiệu dụng tổng của thanh dẫn:

td =

E E²_td1+E²_td3 +...+E²_tdν

2

1 td td 2

1 td

3 td 1

td E

E E

1 E

E ⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝ +⎛

⎟⎟ +

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝ +⎛

= . ... ^ν

2

1 m m 2

1 m

3 m 1

td B

B B

1 B

E ⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝ +⎛

⎟⎟ +

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝ +⎛

= . ... ^ν

=E_td1. 1+k²_B3 +...+k²_{Bν 1}f₁ 1 k²_B3 k²_B

2 Φ + + ^ν

= π. . Những hệ số:

1 m m B 1

m 3 m 3

B B

k B B

k =B ,..., _ν = ^ν là tỉ số giữa biên độ từ cảm sóng bậc cao và biên độ từ cảm sóng hài cơ bản.

Mặc khác từ thông tổng của mỗi cực từ được biểu diễn bằng tổng đại số sau: Φ=Φ₁±Φ₃ ±Φ₅ ±...±Φ_ν

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

Φ

±Φ Φ ±

±Φ Φ

± Φ Φ

= ^ν

1 1

5 1 3

1 1 ...

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

±ν

±

±

± Φ

= ^ν

1 m m 1

m 5 m 1 m

3 m

1 B

B B

5 B B

3

1 B ...

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛

±ν

±

±

± Φ

= _{1 B3 B5} 1k_Bν 5k

k 1 3

1 1 ...

Từ đó ta có:

ν ν

±ν

±

±

+ + Φ +

= π

B 3

B

2 B 2

3 B 1

td

1k 3k

1 1

k k

f 1 2 E

...

. ...

+ Biểu thức tổng quát của sức điện động:

Hiện nay dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều được dùng nhiều nhất là loại dây quấn rải 2 lớp bước ngắn nên ta có:

Đối với sóng điều hoà bậc 1:

1 m 1 1 dq 1

1 1 r 1 n

1 2wk k f 2 2 lwk f B

E =π . . . .Φ . = .τ.. . . . (1) Đối với sóng điều hoà bậc ν:

ν ν ν

ν ν ν

ν =π 2wk_n k_r Φ f =2 2τlwk_dq f₁ B_m

E . . . .. . . . (2)

Ở đây, k_dq1 =k_n1.k_r1,...,k_dqν =k_nνk_rν là hệ số dây quấn cho sóng điều hoà bậc 1, …, bậc ν. Khi đó sức điện động tổng của dây quấn là:

( ) ( )

ν ν ν

±ν

±

±

+ + Φ +

= π

B 3

B

2 B 2

3 3 B 1

1 dq td

1k 3k

1 1

k k k

k f 1

k w 2 E 2

...

. ...

. . . .

Trong đó:

1 dq dq 1

dq 3 dq

3 k

k k k

k = k ,..., _ν = ^ν là trị số tương đối của hệ số dây quấn cho sóng điều hoà bậc cao.

§ 1.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG SỨC ĐIỆN ĐỘNG.

1. Chế tạo mặt cực từ của máy phát điện đồng bộ theo quy luật.

Nguyên nhân khiến cho dạng sóng sđđ không sin là do sự phân bố của từ trường khác hình sin. Thông thường B phân bố hình thang, muốn sđđ là hình sin thì cực từ phải gọt vạt 2 đầu theo hình dạng và kích thước thích hợp. Thường người ta chế tạo mặt cực theo quy luật:

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ τ π

= δ δ

x

x

cos

δ: là khe hở nhỏ nhất giữa mặt cực;

(

)

=

δ_max 1,5 2,6 với b=

(

)

Tuy nhiên biện pháp trên chưa cho được kết quả mong muốn. Vì vậy cần làm giảm hoặc triệt tiêu các sức điện động bậc cao bằng các cách sau:

2. Rút ngắn bước dây quấn:

Khi quấn bước đủ y=τbiết k_nν =±1, nghĩa là tất cả các sóng hài bậc cao đều tồn tại. Để cho các sđđ bậc cao bị triệt tiêu người ta phải chọn β thế nào đó để

0

k_nν = Mà

k_nν =sinνβπ2 nếu chọn

−ν

=

β 1

1

( )

⎢⎣⎡ π

− ν

⎥=

⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡ π

⎟ν

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛

−ν

=

⇒ _ν

1 2 2

1 1

k_n sin . sin

Khi ν=5⇒k_n5 =0⇒E₅ =0 tương ứng với 5

= 4 β . Khi ν=7⇒k_n7 =0⇒E₇ =0 tương ứng với

7

= 6 β .

Nghĩa là ta rút ngắn bước dây quấn đi 0 5

1τ τthìE₅ vàE₇ = 7

và1 . Rõ ràng là

biện pháp này không đồng thời triệt tiêu được tất cả các s.đ.đ bậc cao nên người ta chọn bước dây quấn sao cho giảm được các sức điện động bậc cao mạnh bậc 5, 7. Trong trường hợp đó thường rút ngắn bớt đi τ

6

1 . Lúc đó β=

(

)

3. Quấn rải:

Khi q = 1 thì k_rν =±1, tức là tất cả các sóng bậc cao đều tồn tại.

Khi q > 1 và q càng tăng thì kr_ν càng giảm, song kr_ν sẽ lập lại trị số ban đầu sau 1 số sóng bậc cao nào đó theo những chu kì tương ứng. Một số sóng bậc cao có

ν

kr = kr1 được gọi là sóng điều hoà tăng (ν=ν_z với ν_z =2mqk±1 và k = 1, 2, 3...). Tóm lại phương án này chỉ cải thiện dạng sóng được phần nào.

4. Rãnh chéo:

Tác dụng của nó để khử sóng điều hoà răng.

Từ hình vẽ ta thấy sức điện động có từ cảm

m z

B _ν cảm ứng trong thanh dẫn có chiều ngược nhau và bị triệt tiêu. Bước rãnh chéo cần phải chọn

z z

c 2 2

b ν

= τ τ

= _ν

p z

p b_c 2

±

= τ

(với k = 1 thì 1 p z

z = ±

ν )

Trong thực tế, thường chọn

z p

b_c = 2 τ là các sóng điều hoà răng đã giảm nhỏ đi nhiều.

Hình 1.5 Trường hợp rãnh chéo 1 bước răng

Δ E

= 0

Câu hỏi:

1. Vì sao yêu cầu sức điện động của máy điện xoay chiều phải có dạng hình sin.

Làm thế nào để đảm bảo yêu cầu đó?

2. Hãy xác định biểu thức sức điện động của dây quấn 1 pha khi từ trường không hình sin?

3. Các biện pháp để cải thiện dạng sóng sức điện động và hiệu lực của các biện pháp đó?

4. Khi dùng rãnh chéo thì trị số sức điện động do từ trường cơ bản của dây quấn thay đổi như thế nào?

Thí dụ:

1. Cho 1 máy phát điện có p = 2, đường kính trong của Stator D = 0.7m từ cảm trung bình Btb1 = 0,6T, chiều dài tính toán của Stator l = 1,3m. Cho biết

Btb3 = 0,325Btb1; Btb5 = 0,15Btb1. Hãy tính sức điện động E1, E3, E5 và sức điện động tổng Etd của 1 thanh dẫn (bỏ qua các sóng bậc cao hơn 5), f = 50Hz.

Đáp số: E1 = 47,6V; E3 = 15,5V; E5 = 7,1V; E = 50,6V.

Giải:

1. Ta có: Biểu thức tổng quát của sức điện động:

ν ν ν

ν ν ν

ν =π 2wk_n k_r Φ f =2 2τlwk_dq f₁ B_m

E . . . .. . . .

Đối với sóng điều hoà bậc 1:

E₁ =π 2.w.k_n1.k_r1.Φ₁.f₁ =2 2.τ.l.w.k_dq1.f₁.B_m1 Thanh dẫn: E1 = 2τ.l.Bm1.f1

Với 055

2 2

7 0 p 2

D ,

. ,

. =

= π

= π τ

_m1 B_tb1 B = π2

1 1 tb

1 B f

l 2 p 2 2 D

E = .π ..π .

⇒

50 6 0 3 2 1

7 0 2 4

2. , . , . , .

= π

= 47,63(V)

Tương tự: E3 = 2τ.l.Bm3.f3 = 0,325E1 = 15,5(V) E₅ = 2τ.l.B_m5.f₅ = 0,15E₁ = 7,14(V) Sức điện động tổng của 1 thanh dẫn:

2 5 B 2

3 B 1

td E 1 k k

E = + +

=47,63 1+0,325² +0,15² = 50,6(V)

Bài tập:

1.1. Tính hệ số dây quấn kdq của dây quấn hai lớp có q = 2; p = 2; z = 24;

6

= 5

β . Biết rằng mỗi bối dây có ws = 5 vòng và sức điện động của thanh dẫn Etd

= 5V. Hãy tính sức điện động của mỗi nhóm và s.đ.đ của mỗi pha của dây quấn đó.

Đáp số: Eq = 93,3V, Ef = 93,3V.

1.2. Cho 1 máy phát điện ba pha 6000kW; 6300V; 3000 vòng/phút; f = 50Hz;

cosϕ = 0,8; đường kính trong stator D = 0,7m; chiều dài stator l = 1,35m; Btb = 0,4890T; z = 36; dây quấn 2 lớp; y = 13; số vòng dây nối tiếp trong một pha W = 24. Hãy tính sức điện động pha của máy.

Đáp số: Ef = 3353,67V.

CHƯƠNG II: DÂY QUẤN PHẦN ỨNG MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU

§ 2.1 ĐẠI CƯƠNG

Dây quấn máy điện xoay chiều có nhiệm vụ cảm ứng được sức điện động (s.đ.đ) nhất định đồng thời cũng tham gia vào việc tạo nên từ trường cần thiết cho sự biến đổi năng lượng điện từ trong máy.

Kết cấu của dây quấn phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau:

+ Tiết kiệm dây quấn (phần đầu nối).

+ Bền về cơ, nhiệt, điện.

+ Chế tạo đơn giản, lắp ráp, sửa chữa dễ dàng.

Phân loại dây quấn:

+ Theo số pha: m = 1, 2, 3.

+ Theo số rãnh của một pha dưới mỗi bước cực q.

+ Theo lớp: 1 lớp, 2 lớp.

+ Theo hình dạng phần đầu nối: dây quấn đồng khuôn, đồng tâm, xếp, sóng .v.v.v...

Thường thì số rãnh của 1 pha dưới một cực q là số nguyên nhưng trong một số trường hợp cần thiết q có thể là phân số. Dây quấn máy điện xoay chiều có thể đặt trong rãnh thành 1 lớp hoặc 2 lớp và tương ứng là dây quấn 1 lớp và 2 lớp. Trong thực tế rất nhiều loại dây quấn, trong phần này ta đề cập đến 1, 2 loại phổ biến thường gặp và mỗi loại chỉ nêu phương pháp phân tích và sơ đồ nối dây.

§ 2.2. DÂY QUẤN 3 PHA CÓ Q LÀ SỐ NGUYÊN 1. Dây quấn 1 lớp:

Thường được dùng cho các động cơ điện có công suất < 7kW. Trong mỗi rãnh chỉ đặt 1 cạnh tác dụng nên số bối dây S = Z/2.

Thí dụ: Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn kiểu đồng khuôn tập trung 1 lớp, Z = 24, 2p = 4.

• Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn 1 lớp với q là số nguyên:

- Xác định góc độ điện giữa 2 rãnh liên tiếp:

0 0 0

24 30 360 2 Z 360

p = =

=

α . .

đ

Nên cạnh tác dụng từ 1 đến 12 dưới đôi cực thứ nhất làm thành hình sao s.đ.đ có 12 tia như hình 2 -1a. Do vị trí các cạnh 13 đến 24 dưới đôi cực thứ 2 hoàn toàn giống vị trí của các cạnh 1 đến 12 dưới đôi cực thứ nhất nên s.đ.đ của chúng được biểu thị bằng hình sao s.đ.đ trùng với hình sao s.đ.đ thứ nhất.

- Số rãnh của 1 pha dưới 1 cực:

2 2 3 2

24 mp 2

q= Z = =

. .

- Số phần tử dây quấn:

2 12 24 2

S= Z = =

- Số phần tử dây quấn trong một pha: 4 3 12 m

S_fa = S = = - Số nhóm bối dây trong một pha: 2

2 3 12 mq

n= S = = .

So sánh với số đôi cực 2p ta suy ra dây quấn đấu cực giả.

- Pha A cách pha B là 120⁰ điện tương đương với:

30 4 120 120

0 0

0 = =

α_đ rãnh.

- Bước dây quấn y=τ=6.

- Giản đồ khai triển dây quấn:

Hình 2.1 Hình sao sức điện động 12 tia

2. Dây quấn 2 lớp:

Là loại dây quấn mà trong mỗi rãnh đặt 2 cạnh tác dụng, nên số phần tử bằng số rãnh của lõi thép ⇒S = Z.

so với dây quấn 1 lớp dây quấn 2 lớp có những ưu điểm sau:

- Loại này có thể thực hiện được bước ngắn làm giảm sức điện động bậc cao, cải thiện được dạng sóng sức điện động, đặc tính làm việc của máy tốt hơn.

- Đầu nối của các bối dây chắc chắn, gọn, ít choán chỗ, tránh được phần đầu nối chạm vào nắp máy.

Tuy nhiên việc lồng dây cũng như sửa chữa gặp nhiều khó khăn hơn trong dây quấn 1 lớp.

Có 2 kiểu dây quấn: Quấn xếp và quấn sóng, đa số dùng dây quấn xếp.

Dây quấn sóng chỉ dùng với rotor dây quấn của động cơ điện không đồng bộ.

a) Dây quấn xếp:

Thí dụ: Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn xếp 3 pha, 2 lớp với Z = 24, 2p = 4.

• Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn xếp 3 pha 2 lớp với q là số nguyên:

1. Vẽ hình tia sức điện động.

Hình 2.2 Sơ đồ khai triển dây quấn 3 pha 1 lớp đồng khuôn tập trung với Z = 24; 2p = 4; q = 2.

Hình 2.3 Hình tia sức điện động

^{0 0} 30⁰ 24

360 2 Z 360

p = =

=

α . .

đ

p 2

= Z

τ : bước cực

= τ

β y: hệ số rút ngắn bước dây y: bước dây

- Số rãnh của 1 pha dưới 1 bước cực:

2 2 3 2

24 mp 2

q= Z = =

. .

- Số phần tử dây quấn: S = Z = 24

- Số phần tử trong 1 pha: 8 3 24 m

S_pha = S = = - Số nhóm bối dây trong 1 pha:

n = 2p ⇒ đấu cực thật (c – c, đ - đ)

2. Bước dây quấn: Quấn bước ngắn 6

5 6 5 5 y

y = =

= β τ

⇒

= τ β

= . .

AA ZZ BB XX CC yy AA ZZ BB XX CC yy A ZZ BB XX CC yy AA ZZ BB XX CC yy A

Cách vẽ:Đầu tiên ta phân bố cuộn dây theo vùng pha với q = 2 cho mỗi vùng. Nếu rãnh 1 và 2 thuộc vùng pha A thì vùng pha B phải đặt ở rãnh 5, 6 vì pha B cần phải dịch chuyển so với pha A là 120⁰ tức 4 rãnh (1 + 4 = 5, 2 + 4 = 6).

2 4 . 3

24

. = =

= mq n S

Hình 2.4 Dây quấn xếp 2 lớp với Z = 24, 2p = 2, q = 5, β =5/6.

Pha C cũng dịch chuyển tương đối với pha B và chiếm các rãnh (5 + 4 = 9, 6 + 4

= 10). Còn khoảng rãnh từ 13…24 cũng được phân bố xen kẽ các pha A, B, C với cùng 1 quy luật như vậy (pha A: 13, 14, pha B: 17, 18, pha C: 21, 22). Như vậy một nửa vùng pha và lớp trên đã được phân bố, còn các vùng pha khác cũng được phân bố theo các pha A, B, C và được kí hiệu tương ứng X, Y, Z. Lúc này vùng X thuộc pha A dịch chuyển so với vùng A là t = 6 tức là ở các rãnh (1 + 6 = 7, 2 + 6 = 8, 13 + 6 = 19, 14 + 6 = 20). Tương tự vùng Y thuộc pha B ở các rãnh (5 + 6 = 11, 6 + 6 = 12, 17 + 6 = 23, 18 + 6 = 24). Còn vùng Z thuộc pha C ở các rãnh (9 – 6 = 3, 10 – 6 = 4, 21 – 6 = 15, 22 – 6 = 16). Sự khác nhau ở các vùng pha A, B, C và X, Y, Z là sức điện động ở các cạnh tương ứng của nó.

b) Dây quấn sóng:

Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn sóng hai lớp:

Bước 1: Lấy số liệu Z, 2p. Suy ra τ và kiểm tra lại các điều kiện Z và τ. Bước 2: Chọn bước quấn dây tổng hợp y

p b y (Z± )

=

™ Khi Z = np (n là số nguyên) chọn b = 0. Trường hợp này tương ứng với Z là bội số của p.

™ Khi số cạnh tác dụng trong rãnh là 2 hay là bội số của 2 (4, 6, 8,…) ta thường chọn b = 1.

™ Khi trong một rãnh chỉ có một cạnh tác dụng, ta chọn b = 2.

Bước 3: Gọi N là tổng số cạnh tác dụng của bộ dây quấn.

¾ Nếu (N/6) là số chẵn thì một nhánh trong một pha có (N/6) cạnh tác dụng.

¾ Nếu (N/6) là số lẻ thì một nhánh trong một pha có ( 1 6 −

N ) cạnh tác dụng, nhánh còn lại có ( 1

6 +

N ) cạnh tác dụng.

Bước 4: Lập bảng số xác định cách quấn dây, bảng số thiết lập như sau:

• Chia bảng dây quấn thành 2p cột.

• Lần lượt ghi lớp trên, lớp dưới, lớp trên, lớp dưới, … vào đầu mỗi cột biểu thị cho cạnh tác dụng trên và dưới của mỗi bối dây. Sau đó, ghi số thứ tự rãnh vào mỗi ô. Gọi y1 là bước bối dây và bước y2 tính như sau:

y2 = y – y1.

Ta ghi số sau cách số trước một bước y1, rồi y2.

• Mỗi khi ghi hết một dòng, trước khi viết ô đầu của dòng tiếp theo, ta xem mạch có bị khép kín sớm hay không. Nếu có sự khép kín mạch sớm thì phải tăng hay giảm bước y2 một đơn vị.

• Nếu sơ đồ quấn dùng cho stator thì phải tiến hành biện pháp vừa nêu bình thường ở trên, ngược lại nếu dây quấn dùng cho rotor ta phải chú ý cách đặt đầu dây vào mỗi pha ở các số rãnh 1; ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝⎛ + 3

1 Z ; và ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝⎛ + 3

Z

1 2 vào vị trí ô thích hợp đứng đầu mỗi nhánh (trừ trường hợp 2p là bội số của 3).

2p cột

CH: Chuyển hướng

• Lập bảng số qui định đầu dây, suy ra số thanh nối chuyển hướng trong mỗi pha.

Bước 5: Thực hiện sơ đồ khai triển dây quấn. Nên vẽ các thanh chuyển hướng và các đầu vào ra của mỗi nhóm bối trước tiên.

Hình dạng của bảng số xác định các nhóm của các pha được mô tả trong hình vẽ sau.

Bảng xác định cách đấu các pha:

Lớp trên Lớp dưới Lớp trên Lớp dưới … Lớp trên Lớp dưới

Tổng số hàng của bảng xác định cách đấu cho bối dây gồm p U Z _r

2

. hàng, với U_r: là số cạnh tác dụng trong một rãnh.

Chú ý: Cũng như dây quấn xếp, dây quấn sóng bước ngắn cũng làm cho đặc tính điện của máy tốt hơn.

Thí dụ: Dây quấn sóng 3 pha, 2 lớp có Z = 24, 2p = 4.

Bước tổng hợp:

12

2 24 p

y= Z = =

Chọn bước bối dây y1 là bước ngắn, với y1 = 5 Bước dây y2 = 12 – 5 = 7.

Số rãnh của 1 pha dưới 1 cực:

2

4 3

24 mp 2

q= Z = =

. Số phần tử S = Z =24.

 Bảng xác định cách đấu các pha:

Bảng có 4 cột tương ứng với 4 cực. Số hàng = 12 4

2 .

24 = (hàng)

+(y + 1)

Đầu

Nhóm bối dây Pha Vào Ra CH

A C B A

Nhóm 1 Pha A.

Nhóm 2.

Pha C.

Nhóm 3 Pha B Nhóm 4 Pha A Nhóm 5 Pha C Nhóm 6 Pha B Lớp trên Lớp dưới Lớp trên Lớp dưới

1 +y1 6’ +y2 13 +y1 18’

2 7’ 14 19’

3 8’ 15 2’

4 9’ 16 21’

5 10’ 17 22’

6 11’ 18 23’

7 12’ 19 24’

8 13’ 20 1’

9 14’ 21 2’

10 15’ 22 3’

11 16’ 23 4’

12 17’ 24 5’

} }

} } } }

Hình 2.5 Dây quấn sóng 2 lớp với Z = 24, 2p = 4, q = 2, β =5/6

§ 2.3. DÂY QUẤN 3 PHA CÓ Q LÀ PHÂN SỐ

Ta có 2 phương pháp bố trí dây quấn (khi q là phân số) đó là phương pháp bố trí theo Clement và phương pháp bố trí theo Pyδo.

™ Đối với phương pháp Clement, ta có thể bố trí dây quấn theo dạng 1 lớp hay 2 lớp. Tuy nhiên dạng 2 lớp chỉ là biến dạng suy ra từ kết cấu 1 lớp.

Và phương pháp Clement sẽ không sử dụng được stator hay rotor có số rãnh lẻ, vì lúc đó dây quấn 1 lớp không bố trí được nên cũng không tìm ra được dạng dây quấn 2 lớp.

™ Phương pháp bố trí theo Pyδo chỉ thích hợp cho dây quấn 2 lớp với Z chẳn hay lẻ đều được.

Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn 1 lớp, q phân số theo Clement:

Bước 1:

Xác định Z. 2p, sau đó tính ra: τ,q,α_đ. Viết q dưới dạng sau:

d

b c q= +

Trong đó b, c, d là số nguyên (c < d và c/d là phân số tối giản không rút gọn được).

Bước 2: Lập bảng số xác định phân bố rãnh cho 3 pha.

• Bảng số thành lập gồm 3 cột (tương ứng 3 pha A, B, C) số hàng của bảng luôn luôn bằng 2p.

• Sau khi kẻ xong bảng, ta điền các giá trị vào các ô chứa trong bảng (tổng số ô trong bảng là 6p ô).

Giá trị của mỗi ô xác định như sau:

Nếu 05

d c⎟< ,

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ : ta ghi giá trị b cho mỗi ô trong bảng.

Nếu 05

d c⎟> ,

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ : ta ghi giá trị (b + 1) cho mỗi ô trong bảng.

Nếu 05

d c⎟= ,

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ : ta ghi giá trị b hay (b + 1) cho mỗi ô trong bảng.

Bước 3: Bảng số thành lập trong bước 2 là bảng phân bố rãnh cho mỗi pha trên mỗi khoảng bước cực. Nếu cộng tổng số các giá trị ghi cho các ô trong bảng, giá trị này có thể:

ƒ Nhỏ hơn tổng số rãnh thực Z của động cơ, nếu mỗi ô ghi giá trị b.

ƒ Lớn hơn tổng số rãnh Z của động cơ, nếu mỗi ô ghi giá trị (b + 1).

Như vậy trong bước 3 ta điều chỉnh các giá trị ghi theo bảng 2 để có phân bố rãnh đúng theo tổng số rãnh thực Z đang có trên stator.

Phương pháp tăng hay giảm số rãnh phân bố trong bảng phân bố rãnh ở bước 2 được thực hiện như sau:

¾ Từ ô đầu tiên ta đánh dấu *, sau đó bắt đầu đếm từ trái sang phải, từ trên xuống dưới một khoảng cách bằng đúng số cực 2p, dừng lại tại ô nào đánh tại ô đó; tiếp tục thực hiện phép đánh dấu bằng phương pháp này cho đến khi về đúng ô mở đầu.

¾ Trên cùng một cột ngay hàng bên dưới của các ô vừa được đánh dấu, ta đánh dấu tiếp. Thông thường, với phương pháp trên mỗi lần đánh dấu trên bảng ta có 6 hay bội số của 6 ô được đánh dấu.

¾ Tại các ô đã đánh dấu ta điều chỉnh giá trị ghi trong mỗi ô theo qui tắc sau:

o Nếu trị số ghi trong ô là b ta chỉnh thành (b + 1).

o Nếu trị số ghi trong ô là (b + 1) ta chỉnh thành b.

Bước 4: Căn cứ theo giá trị trong bảng phân bố theo Clement vừa hiệu chỉnh ta xác định phân bố rãnh cho mỗi pha trên mỗi bước cực.

Sau đó, tuỳ theo dạng sơ đồ dây quấn 1 lớp muốn thực hiện ta vẽ sơ đồ (phương pháp vẽ sơ đồ lúc này thực hiện tương tự như đã thực hiện ở dây quấn 1 lớp q nguyên).

Thí dụ: Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn cho động cơ 3 pha có Z = 30, 2p = 4.

Ta có: 75

4 30 p 2

Z = = ,

= τ

2 2 1 2 5 3 4

30 pm 2

q= Z = = = + .

Vậy b = 2, c = 1, d = 1.

Lập bảng phân bố:

A C B

2^* 2 2

2^* 2^* 2

2 2^* 2^*

2 2 2^*

A C B

3 2 2

3 3 2

2 3 3

2 2 3

Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn theo Pyδo.

Bước 1: Xác định Z, 2p, sau đó tính ra: τ,q,α_đ. Viết q dưới dạng sau:

d

b c q= +

Trong đó b, c, d là số nguyên (c < d và c/d là phân số tối giản).

Bước 2: Căn cứ các giá trị b, c, d ta lập nhóm số thứ tự theo qui tắc sau:

Viết con số có giá trị bằng (b + 1) thành c lần.

Viết con số có giá trị bằng b thành (d - c) lần.

Sau đó, tính tổng các số hạng của nhóm số thứ tự vừa lập, một cách tổng quát ta xác định như sau:

bc bd c bc c d b c 1

b+ + − = + + −

⎟⎟=

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ ( ) ( )

tự thứ số nhóm của

hạng số các Tổng

Xác định tỉ số M được định nghĩa là:

bd c M Z

= +

Vì d

c bd d b c

q= + = + Hay qd = bd + c Vậy

d p 2 3 p 2 d Z

Z 3 d 3

Z qd

M Z = .

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

= ⎛

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

= ⎛ τ

=

Hình 2.6 Dây quấn 1 lớp đồng khuôn tập trung, đầu vào 2 pha liên tiếp lệch 120⁰

(Z = 30; 2p = 4; Phân bố theo Clement).

Theo Pyδo, M chính là số lần viết lập lại nhóm số thứ tự và chuỗi số tuần hoàn tìm được bằng cách viết M lần nhóm số thứ tự xác định xác định phân bố rãnh cho mỗi pha dây quấn trên stator.

Bước 3: Chọn y và theo phân bố rãnh định ở bước 2 ta vẽ sơ đồ dây quấn 2 lớp.

Thí dụ: Dây quấn 3 pha với q là phân số, Z = 15, 2p = 4.

4 1 1 12 15 mp 2

q= Z = = +

Tức là b = 1, c = 1 và d = 4 và q = bd + c = 4 + 1 = 5 là số rãnh đương lượng (đẳng trị) của 1 pha dưới 1 cực.

Bước cực 1:

Bước cực 2:

Bước cực 3:

Bước cực 4:

- Bước cực: . .( ) ( )

4 3 3 4 1 1 3 q

m = + = +

=

τ (tính bằng số rãnh)

Chúng ta có thể lấy bước rãnh y = 3.

Khi đó: 08

5 4 4 3 3

3

y = = ,

+ τ =

= β

Trong trường hợp này ta có d = 4 nhóm bối dây phân bố trên 4 cực, phải có d - c = 4 - 1 = 3 nhóm có b = 1 bối dây, phải có c = 1 nhóm có b + 1 = 1 + 1 = 2 bối dây.

48⁰ 15

360 2 Z 360

p = =

=

α . .

đ

Rãnh 1 2 3 4 Pha A A C B

Rãnh 5 6 7 8 Pha A C C B

Rãnh 9 10 11 12 Pha A C B B

Rãnh 13 14 15 Pha A C B

Hình 2.7 Dây quấn 3 pha 2 lớp với Z = 15, 2p = 4,

4 1 1 q= + , phân bố theo pyδo

§ 2.4. DÂY QUẤN NGẮN MẠCH KIỂU LỒNG SÓC

Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc được tạo bởi các thanh dẫn bằng đồng đặt trong rãnh, 2 đầu hàn với 2 đầu ngắn mạch cũng bằng đồng. Các thanh dẫn và vòng ngắn mạch nói trên cũng có thể được đúc bằng nhôm.

Sức điện động của các thanh dẫn kế tiếp lệch pha 1 góc pha

z p 2. .

đ

= π

α và

có thể biểu thị thành hình sao sức điện động có z/t vector, trong đó t là ước số chung lớn nhất của z và p. Ở trường hợp dây quấn lồng sóc mỗi vector sức điện động ứng với 1 pha và như vậy số pha

t

m= Z và nếu có t hình sao sức điện động trùng nhau thì mỗi pha có t thanh dẫn ghép song song. Trên thực tế, lúc tính để đơn giản thường xem như mỗi thanh dẫn ứng với 1 pha và như vậy m = z, số vòng dây của 1 pha w = 1/2 và các hệ số bước ngắn, hệ số quấn rải đối với tất cả các sóng điều hoà knv = krv = 1.

Sơ đồ mạch điện của dây quấn lồng sóc như hình 2-8a.

Trong đó:

+ rt là điện trở thanh dẫn.

+ rv là điện trở từng đoạn giữa 2 thanh dẫn của vành ngắn mạch.

Để xem dây quấn m pha đấu hình sao và bị nối ngắn mạch, ta thay thế mạch điện thực nói trên bằng mạch điện tương đương (hình 2-8b) dựa trên cơ sở tổn hao trên điện trở của 2 mạch điện đó phải bằng nhau.

Đối với 1 nút bất kỳ, thí dụ nút 2 ta có:

it2 = iv23 – iv12

Do dòng điện trong các đoạn chia của vành ngắn mạch cũng lệch pha nhau góc α như trên hình (2-9) nên:

z l p 2 2 l 2

l_t = _vsinα = _vsin π và

z 2 p l_v l^t

= π sin

Vì tổn hao trên điện trở của mạch

điện thực và mạch điện thay thế của cuộn dây phải bằng nhau, nghĩa là:

r Zl r Zl 2 r

Zl²_{t t} + ²_{v v} = ²_t

Hình 2.8 Sơ đồ mạch điện thực (a) và tương đương (b).

Hình 2.9 Quan hệ dòng điện trong thanh dẫn và dòng điện trong vòng

é

nên kết hợp với lv suy ra được điện trở mỗi pha của dây quấn:

z 2 p r r r

2 v

t + π

=

sin

§ 2.5. CÁCH THỰC HIỆN DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU Dây quấn máy điện xoay chiều được đặt trên các rãnh trên stator hoặc rotor. Các rãnh này có thể có miệng rãnh nửa kín, nửa hở và hở như trên hình 2.9.

Rãnh nửa kín thường được dùng cho dây quấn stator của máy công suất tới 100kW và điện áp đến 650V. Cách điện rãnh thường dày khoảng (0,35÷0,65)mm và gồm những phần tử nhiều vòng tiết diện tròn với đường kính (2,2÷2,5)mm. Khi lồng dây phải cho từng một hoặc hai vòng dây qua miệng rãnh. Rãnh nửa hở thường được dùng cho các máy có công suất lớn từ (300 ÷

400)kW ở tốc độ 1500vg/ph và đến 650V. Ở trường hợp này, bối dây (hay phần tử) được chia làm 2 nửa bối theo chiều rộng của rãnh, các nửa bối đó gồm nhiều vòng dây tiết diện chữ nhật quấn theo khuôn định hình. Các nửa bối dây được bọc vải và khi lồng dây cho cả nửa bối qua miệng rãnh. Rãnh hở thường dùng với các loại máy có công suất lớn, điện áp cao. Trong trường hợp này dây quấn được chế tạo từ dây dẫn có tiết diện hình chữ nhật và các bối được cách điện trước khi đặt vào rãnh.

Sau khi lồng dây vào rãnh, miệng rãnh được nêm kín bằng các thanh nêm bằng vật liệu cách điện như tre, gỗ đã được xử lý

Hình 2.10 Rãnh nửa kín (a), rãnh nửa hở (b) và rãnh hở của máy điện xoay chiều.

Hình 2.11 Cố định phần đầu nối của dây quấn rotor.

1. Vòng thép 2. Vành ép thép.

3. Bulong

gêtinắc, textôlit,… và như vậy tác dụng của bối dây được ép chặt trong rãnh.

Nếu dây quấn được đặt ở rotor thì phần đầu nối của nó được đai chặt bằng dây thép để tránh bị tung ra do lực li tâm khi rotor quay. Ở các máy điện công suất lớn, để tránh các lực điện từ rất mạnh lúc xảy ra ngắn mạch làm hỏng phần đầu nối dây quấn Stator, bộ phận này được buộc chặt vào các vòng thép có bulông bắt vào thân máy như hình (2-11).

§ 2.6. DÂY QUẤN 1 PHA.

1. Khái niệm

Trong phần ứng stator động cơ 1 hay 2 pha, ta thường bố trí hai dây quấn lệch pha không gian 90⁰, và tạo dòng điện qua 2 bộ dây này lệch pha thời gian 90⁰ (hay gần 90⁰) để tạo ra một từ trường quay tròn khởi động cho động cơ.

Nếu pha phụ được cắt khỏi nguồn điện khi tốc độ quay rotor đạt được khoảng 75% tốc độ đồng bộ, động cơ ở dạng 1 pha.

Tương tự như dây quấn stator động cơ 3 pha, dây quấn stator động cơ 1 pha cũng được phân loại thành các dạng:

o Dây quấn 1 lớp đồng khuôn hay đồng tâm.

o Dây quấn 2 lớp.

o Dây quấn sin; hình dạng nhóm bối dây quấn sin giống như nhóm bối dây đồng tâm, nhưng số vòng của mỗi bối trong nhóm bối dây quấn sin không bằng nhau (chênh lệch số vòng giữa mỗi bối dây quấn sin trong 1 nhóm tuân theo 1 tỉ lệ định trước).

Đặc điểm của dây quấn động cơ 1 pha thường không có dạng q phân số như trong dây quấn động cơ 3 pha. Do đó, tổng số rãnh stator phải phân bố theo tỉ lệ định trước cho pha chính và pha phụ.

Thông thường, nếu gọi QA: Tổng số rãnh phân bố cho pha chính.

QB: Tổng số rãnh phân bố cho pha phụ.

Ta có tỉ lệ phân bố như sau:

ƒ QA = 3QB

ƒ QA = 2QB

ƒ Q_A = Q_B

Phân bố tỉ lệ này chỉ dùng cho trường hợp dây quấn ở dạng 1 lớp hay 2 lớp.

 Các công thức và kí hiệu hay dùng cho dây quấn 1 lớp hay 2 lớp:

Gọi qA : Số rãnh phân bố cho pha chính trên một bước cực từ.

qB : Số rãnh phân bố cho pha phụ trên một bước cực từ.

Với các định nghĩa trên, ta có quan hệ sau:

QA + QB = Z (2-1)

p 2

q_A =Q^A (2-2)

p 2

q_B =Q^B (2-3)

τ

= + _B

A q

q (2-4)

Tuỳ theo loại động cơ 1 pha hay 2 pha, khi dùng dây quấn 1 hay 2 lớp ta có thể chọn phân bố:

™ QA = 2QB hay QA = QB khi động cơ ở dạng 2 pha dùng tụ thường trực.

™ QA = 3QB hay QA = 2QB khi động cơ ở dạng 1 pha dùng pha phụ khởi động hay dùng tụ khởi động.

Tuy nhiên, với 1 kết cấu stator, tương ứng với 1 số rãnh stator Z có trước và với 1 giá trị 2p yêu cầu ta không thể chọn một trong các phân bố trên tuỳ ý mà phải có điều kiện để cho qA và qB không phải ở dạng phân số.

Các yêu cầu điều kiện được xác định như sau:

 Điều kiện sử dụng phân bố QA = QB: Muốn dùng phân bố

2 Q Z

Q_A = _B = cho dây quấn stator, ta cần có qA và qB là các số nguyên.

Khi τnguyên⇔τlà bộisốcủa2.

=

=q 2

q_{A B}

Tóm lại:

Muốn sử dụng phân bố QA = QB ta cần có điều kiện τ là bội số của 2.

 Điều kiện sử dụng phân bố QA = 2QB:

Khi 3

Z 3

Z Q 2

2

Q_A = _B tacóQ_A = vàQ_B = Muốn qA và qB là các số nguyên

3 của số bội là

nguyên q

và

nguyên _B

τ

⇔

= τ

= τ

⇔ 3 3

q_A 2

Tóm lại:

Muốn sử dụng phân bố QA = 2QB ta cần có điều kiện τ là bội số của 3.

Tương tự, khi xét phân bố QA = 3QB, ta suy ra điều kiện như sau:

Muốn sử dụng phân bố QA = 3QB ta cần có điều kiện τ là bội số của 4.

2. Trình tự xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn 1 lớp:

Tương tự như ở trường hợp động cơ 3 pha, ta cũng tiến hành tuần tự theo các bước sau đây:

Bước 1: Xác định Z và 2p, sau đó tính ra các giá trị τ và α_đ, ta có:

= τ α

=

τ 180⁰

p 2

Z và đ

Tuỳ theo τ là bội số của 2, 3 hay 4, chọn phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ. Tính q và q .

Bước 2: Phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ theo τ, qA và qB. (phương pháp thực hiện tương tự như trong trường hợp động cơ 3 pha).

Bước 3: Tuỳ theo dạng dây quấn cần vẽ, ta tạo đầu nối cho các nhóm bối dây, vẽ cho pha chính rồi pha phụ.

Một điều khác biệt cho dây quấn của động cơ 3 pha so với 1 pha là đầu vào pha phụ so với pha chính không cần lệch pha 90⁰ điện. Việc xét lệch pha không gian giữa pha chính và pha phụ được xét theo phương pháp khác.

Thí dụ1: Xây dựng các sơ đồ khai triển dây quấn 1 lớp cho stator động cơ 1 pha có Z = 36 và 2p = 4.

Giải:

Bước 1: Với Z = 36 và 2p = 4, ta tính được:

• Bước cực τ = 9rãnh/bướccực, vậy τ có giá trị lẻ và là bội số của 3, do đó chỉ có thể dùng phân bố QA = 2QB.

Vậy

phụ.

pha rãnh

chính.

pha rãnh 12 3Z Q 1

24 3Z Q 2

B A

=

=

=

=

• Số rãnh phân bố cho pha chính trên 1 bước cực qA = 6rãnh/pha chính/bước cực.

Số rãnh phân bố cho pha phụ trên 1 bước cực qB = 3rãnh/pha phụ/bước cực.

• Góc lệch điện giữa 2 rãnh liên tiếp _đ 180 20⁰ điện.

τ =

= α Bước 2: Phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ.

Căn cứ theo các giá trị τ, q_A và q_B ta phân bố rãnh cho stator dây quấn 1 lớp như sau (hình 2-12).

Bước 3: Xây dựng sơ đồ khai triển dây quấn 1 lớp.

Aùp dụng phép vẽ đầu nối tạo các nhóm bối dây như trong trường hợp dây quấn stator động cơ 3 pha, ta có:

Hình 2.12 Phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ Z = 36, 2p = 4, QA = 2QB

Trong hình 2.13, dây quấn 1 lớp dạng đồng khuôn phân tán đơn giản.

Trong đó, ta kí hiệu các đầu pha chính là A, X và pha phụ là B, Y.

3. Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn 2 lớp:

Bước 1: Xác định các tham số Z và 2p. Từ đó tính các tham số:

a. Bước cực từ τ, căn cứ theo giá trị chẵn hay lẻ của τ chọn phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ. Tính QA, QB suy ra qA và qB.

b. Chọn bước bối dây y, với y_min ≤y≤(τ−1) Trong đó = τ

3 y_min 2

ƒ Tính α_đ : Góc lệch điện giữa 2 rãnh liên tiếp.

Bước 2:

ƒ Căn cứ theo τ, qA, qB ta xác định phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ.

ƒ Phân bố này xác định vị trí cho các cạnh tác dụng trên của các bối dây trong dây quấn 2 lớp.

Bước 3:

ƒ Tuỳ theo giá trị y ta vẽ lần lượt từng nhóm bối dây cho pha chính và pha phụ.

ƒ Vẽ hoàn