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 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 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 lónh 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 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 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 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 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 Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 1 PHẦN III CÁC VẤN ĐỀ LÍ LUẬN CHUNG CỦA MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 2 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 bò 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 trò số tức thời của s.đ.đ cảm ứng trong thanh dẫn là: e td = B x .l.v (V) với B x = B m sin ω t (T), B x là từ cảm nơi thanh dẫn quét qua. f pn Dn v τ τ π 2 60 2 60 === (m/sec). v: Vận tốc dài của thanh dẫn. D: Đường kính phần ứng. Với: p2 Dπ =τ (m) l: Chiều dài của thanh dẫn nằm trong từ trường. tB 2 fltBvle mmtd ω π πτ=ω= sin sin Với τ=Φ lB tb là từ thông trung bình tương ứng với một bước cực. mtb B 2 B π = H ình 1.1 Chuyển động tương đối của thanh dẫn trong từ trường tương đo á i hình sin. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 3 Ta có : tEtfe tdtd ω ω π sinsin = Φ = Trò số hiệu dụng là: f222f 2 E td Φ=Φ π = , (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 E 1 , trong thanh dẫn 2 là E 2 thì s.đ.đ của một vòng dây bước đủ là: td21 E2EEE =+= ν f444f222x2 Φ = Φ= ,, + Trường hợp bước ngắn: Ta kí hiệu β là bước tương đối của dây quấn và p2 Z =τ (rãnh) τ =β y , π τ =βπ y Thì: 2 f444 2 E2E td β π Φ= βπ = ν sin,sin Đặt: 2 k n βπ = sin là hệ số bước ngắn của dây quấn thì: n fk444E Φ= ν , H ình 1.2 Sức điện động của một vòng dây π τ td E ′ ′ β τ =y td E ′ π π τ τ τ = y β π β π 1td E ′ & 1td E ′′ − & 1td E ′′ & v E & 1td E ′ & 1td E ′′ − & 1td E ′′ & v E & Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 4  Sđđ của một phần tử (bối dây) Nếu một bối dây có W s vòng thì s.đ.đ của một bối dây là: nss fkW444E 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: mp2 Z q = . 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 p2 Z ==τ thì 0 30= đ α và nếu tại thời điểm đang xét bối dây 1 nằm trên đường trung tính hình học thì trò số tức thời của sđđ cảm ứng trong các bối dây 1, 2, 3, 4 là: 0 sm1s 0EE sin= 0 smsm2s 30EEE sinsin đ =α= 0 smsm3s 60E2EE sinsin đ =α= 0 smsm4s 90E3EE sinsin đ =α= E sm : biên độ sđđ/phần tử. Ta có thể biểu diễn q r lệch nhau 1 góc α như h1-4 (q: số rãnh của 1 pha dưới một cực). Mỗi một vector biểu diễn trò số biên độ hay trò số hiệu dụng của s.đ.đ E s của một bối dây với những tỉ lệ tương ứng (h1-4a). Những vector gần nhau lệch nhau 1 góc α đ = 0 30 . Tổng hình học của 4 vector hình thành đa giác ABCDE (h1-4b) là vector AE biểu diễn trò số hiệu dụng tổng của s.đ.đ E q . Z 360p pZ 2 0 . đ = π =α H ình 1.4 Sức điện động của một vòng dây H ình 1.3 Nhóm bối dây q = 4 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 5 Để tính E q ta vẽ đường tròn ngoại tiếp với đa giác ABCDE có bán kính R. Cuối cùng ta tính được: E q = q E s k r (1-4) Trong đó: s.đ.đ các họcsố Tổng s.đ.đ các học hìnhTổng == s q r qE E k 2 qsin 2 2 q2Rsin 2 đ đ đ đ α α α α qq R sinsin2 == : hệ số quấn rải của dây quấn. Chứng minh: Ta có 4s3s2s1sq EEEEE +++= Về mặt trò số E q = AE = 2AF = 2 R2 đ q sin α . Tính R theo E q , xét tam giác OO 1 A ta có: 2 R2E s đ sin α = 2 2 E R s đ sin α =⇒ 2 sin2 2 sin 2 đ đ α α qE E s q =⇒ rs s KqE 2 q 2 qqE = α α = đ đ sin sin rnsq kfkqwE Φ =⇒ 44,4 (1-5) Đặt k dq = k n k r : là hệ số dây quấn. dqsq fkqwE Φ =⇒ 44,4 (1-6) d) Sức điện động của dây quấn 1 pha: Một pha có n nhóm bối dây có vò trí giống nhau trong từ trường các cực từ nên sđđ của chúng có thể cộng số học với nhau: dqsf fknqwE Φ =⇒ 44,4 Trong đó: w = n.q.w s 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, …, nghóa là ν = 2k ± 1. Trong đó sóng điều hoà bậc 1 có biên độ B m1 và bước cực τ tương ứng với số đôi cực p. Những sóng điều hoà bậc cao có biên dq fkw Φ = 44,4 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 6 độ B m3 , B m5 , νm B và những bước cực 3 τ , 5 τ , ν τ tương ứng với số đôi cực 3p, 5p,…, pν . Tần số 1 ff ν = ν . Từ đó từ thông tương ứng là: 1m1tb1 Bl 2 Bl τ π =τ=Φ 333 3 2 3 mtb BlBl τ π τ ==Φ … ννν ν τ π = ν τ =Φ mtb Bl 2 Bl Các sức điện động: 11m11tb111td fBl2fBl 2 f 2 E τ=τ π =Φ π = 13m13m333td fBl2f3B 2 l 3 2 f 2 E τ= π τ π =Φ π = … 1mtd fBl2f 2 E νννν τ=Φ π = Sức điện động hiệu dụng tổng của thanh dẫn: = td E 2 td 2 3td 2 1td EEE ν +++ 2 1td td 2 1td 3td 1td E E E E 1E ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ++ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ += ν 2 1m m 2 1m 3m 1td B B B B 1E ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ++ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ += ν 2 B 2 3B1td kk1E ν +++= 2 B 2 3B11 kk1f 2 ν ++Φ π = Những hệ số: 1m m B 1m 3m 3B B B k B B k 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: ν Φ ± ± Φ ± Φ ± Φ=Φ 531 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ Φ Φ ±± Φ Φ ± Φ Φ ±Φ= ν 11 5 1 3 1 1 ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ν ±±±±Φ= ν 1m m 1m 5m 1m 3m 1 B B B5 B B3 B 1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ν ±±±±Φ= νB5B3B1 k 1 k 5 1 k 3 1 1 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com [...]... Z = 30, 2p = 4 Z 30 = = 7,5 2p 4 Z 30 5 1 q= = = = 2+ 2pm 4.3 2 2 Ta có: τ = Vậy b = 2, c = 1, d = 1 Lập bảng phân bố: A 2* 2* 2 2 C 2 2* 2* 2 B 2 2 2* 2* A 3 3 2 2 C 2 3 3 2 B 2 2 3 3 19 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Trình tự xây dựng sơ đồ dây quấn theo Py δ o Bước 1: Xác đònh Z, 2p, sau đó tính ra: τ, q, α đ Viết q dưới dạng sau: q = b+ c d Hình 2. 6 Dây... Lớp dưới 13 +y1 18’ 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 19’ 2 21 ’ 22 ’ 23 ’ 24 ’ 1’ 2 3’ 4’ 5’ } } } } } } Nhóm 1 Pha A Nhóm 2 Pha C Nhóm 3 Pha B Nhóm 4 Pha A Nhóm 5 Pha C Nhóm 6 Pha B Hình 2. 5 Dây quấn sóng 2 lớp với Z = 24 , 2p = 4, q = 2, β = 5 / 6 17 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com § 2. 3 DÂY QUẤN 3 PHA CÓ Q LÀ PHÂN SỐ Ta có 2 phương pháp bố trí dây quấn (khi q... Z 24 = =2 2mp 2. 3 .2 11 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Số phần tử dây quấn: S= - Số Z 24 = = 12 2 2 phần tử dây quấn trong một pha: - Số nhóm bối dây trong một pha: S 12 = =4 m 3 S 12 = =2 n= mq 3 .2 S fa = Hình 2. 1 Hình sao sức điện động 12 tia So sánh với số đôi cực 2p ta suy ra dây quấn đấu cực giả - Pha A cách pha B là 120 0 điện tương đương với: 120 0 120 ... w.k nν k rν Φ ν f ν = 2 2 τ.l.w.k dqν f 1 B mν Đối với sóng điều hoà bậc 1: E 1 = π 2 w.k n1 k r1 Φ 1 f1 = 2 2 τ.l.w.k dq1 f 1 B m1 Thanh dẫn: E 1 = 2 .l.B m1 f1 πD π.0,7 = = 0,55 2p 2. 2 π B m1 = B tb1 2 πD π ⇒ E1 = 2 l B tb1 f 1 2p 2 Với τ = = 2 π 2 0,7 1,3.0,6.50 4 2 = 47,63(V) Tương tự: E 3 = 2 .l.B m 3 f 3 = 0, 325 E1 = 15,5(V) E 5 = 2 .l.B m 5 f 5 = 0,15E1 = 7,14(V) Sức điện động tổng của 1 thanh... mạch điện thực (a) và trên điện trở của 2 mạch điện đó tương đương (b) phải bằng nhau Đối với 1 nút bất kỳ, thí dụ nút 2 ta có: it2 = iv23 – iv 12 Do dòng điện trong các đoạn chia của vành ngắn mạch cũng lệch pha nhau góc α như trên hình (2- 9) nên: l t = 2l v sin và lv = lt α pπ = 2l v sin z 2 Hình 2. 9 Quan hệ dòng điện trong thanh dẫn và dòng điện trong vòng é Vì tổn hao trên điện trở của mạch điện. .. điện thay thế của cuộn dây phải bằng nhau, nghóa là: 2 sin pπ z Zl 2 rt + 2 Zl 2 rv = Zl 2 r t v t 22 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com nên kết hợp với lv suy ra được điện trở mỗi pha của dây quấn: r = rt + rv 2 sin 2 pπ z Hình 2. 10 Rãnh nửa kín (a), rãnh nửa hở (b) và rãnh hở của máy điện xoay chiều § 2. 5 CÁCH THỰC HIỆN DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU Dây quấn máy. .. bước cực: q= Z 24 = =2 2mp 2. 3 .2 - Số phần tử dây quấn: S = Z = 24 - Số phần tử trong 1 pha: S pha = - Số nhóm bối dây trong 1 pha: n= S 24 = =8 m 3 S 24 = =4 m.q 3 .2 n = 2p ⇒ đấu cực thật (c – c, đ - đ) 2 Bước dây quấn: Quấn bước ngắn y = β.τ = 5 ⇒ τ = y 5.6 = =6 β 5 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 Hình 2. 4 Dây quấn xếp 2 lớp với Z = 24 , 2p = 2, q = 5, β =5/6... = π 2 Φ.f 1 1 + k 2 3 + + k 2 ν B B 1 1 1 ± k B3 ± ± k Bν 3 ν + 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: E 1 = π 2 w.k n1 k r1 Φ 1 f 1 = 2 2 τ.l.w.k dq1 f 1 B m1 (1) Đối với sóng điều hoà bậc ν : E ν = π 2 w.k nν k rν Φ ν f ν = 2 2 τ.l.w.k dqν f 1 B mν (2) ... bước ngắn, với y1 = 5 Bước dây y2 = 12 – 5 = 7 Số rãnh của 1 pha dưới 1 cực: q= Z 24 = =2 2mp 3.4 Số phần tử S = Z =24 Bảng xác đònh cách đấu các pha: Bảng có 4 cột tương ứng với 4 cực Số hàng = +(y2 + 1) 16 24 .2 = 12 (hàng) 4 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Lớp trên Lớp dưới 1 +y1 6’ +y2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7’ 8’ 9’ 10’ 11’ 12 13’ 14’ 15’ 16’ 17’ Lớp trên... 3rãnh/pha phụ/bước cực Góc lệch điện giữa 2 rãnh liên tiếp α đ = 180 = 20 0 điện τ Bước 2: Phân bố rãnh cho pha chính và pha phụ 2 3 2 3 Trong đó y min = τ = 9 = 6 rãnh τ - 1 = 9 – 1 = 8 rãnh Vậy bước bối dây y chọn trong khoảng 6 ≤ y ≤ 8 Giả sử ta chọn y = 7 rãnh Bước 3: Ta có sơ đồ khai triển dây quấn 2 lớp theo hình 2. 14 Hình 2. 14 Sơ đồ dây quấn 2 lớp, y =7, Z = 36, 2p = 4, QA = 2QB Câu hỏi: 1 Nguyên tắc . 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. http://www.simpopdf.com 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. 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