Giáo trình Máy điện II - Chương 6: Dây quấn phần ứng máy điện một chiều

Phần V 
Máy điện một chiều 
Ch−ơng 6. Dây quấn phần ứng máy điện một chiều. 
6.1 Đại c−ơng. 
Đây lμ phần dây quấn đặt trong các rãnh của lỏi thép phần ứng, nó có thể có 1 hoặc 
nhiều mạch vòng kín. Dây quấn phần ứng lμ bộ phận tham gia trực tiếp quá trình biến đổi 
năng l−ợng điện từ trong máy vμ chiếm tỷ giá đáng kể của giá thμnh máy. 
Yêu cầu đối với dây quấn phần ứng: 
- Sinh ra đ−ợc S.đ.đ cần thiết, cho Iđm đi qua lâu dμi mμ không phát nóng quá mức cho 
phép. Sinh ra đ−ợc mômen đủ lớn vμ đổi chiều tốt. 
- Tiết kiệm đ−ợc vật liệu, kết cấu đơn giản, lμm việc tin cậy vμ an toμn. 
- Phân loại dây quấn: 
 Dây quấn xếp đơn giản, phức tạp 
 Dây quấn sóng đơn giản, phức tạp 
1. Cấu tạo của dây quấn phần ứng. 
Hình 1.2 Phần 
Hình 1.1 (a) dây quấn xếp, (b) dây quấn 
Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối với nhau theo 
quy luật xếp hoặc sóng, nh− hình 1.1. Phần tử lμ phần cơ bản 
nhất của dq, nó lμ một bối dây có 1 hoặc nhiều vòng. Hai đầu 
của 1 phần tử nối với 2 phiến góp 
Dây quấn phần ứng th−ờng đ−ợc 
thực hiện 2 lớp, nên 2 cạnh tác dụng 
của 1 phần tử đ−ợc phân bố, 1 ở lớp 
trên vμ 1 ở lớp d−ới, hình 1.2. Trong 
một rãnh có thể có 1 hoặc nhiều cặp 
cạnh tác dụng, hình 1.3. Gọi Z lμ số 
rãnh thực (số rãnh của lõi thép phần 
ứng) vμ Zngt = u.Z lμ số rãnh nguyên 
tố (số rãnh chứa các cặp cạnh tác 
dụng). Gọi S lμ số phần tử, G lμ số phiến góp, ta có quan hệ: S = G = Zngt = u.Z 
Hình 1.3 (a) u 
= 1, 
Hình 1.4 (a) dq 
đồng đều 
Khi u > 1 các phần tử dây quấn có thể thực hiện đồng đều hoặc phân cấp, hình 1.4 
Máy điện 2 30
2. Các b−ớc dây quấn. 
B−ớc dây quấn thứ nhất, ký hiệu y1, lμ khoảng cách giữa 2 cạnh tác dụng của 1 phần tử 
B−ớc dây quấn thứ 2, ký hiệu y2, lμ khoảng cách giữa cạnh tác dụng thứ 2 của phần tử 
thứ nhất vμ cạnh tác dụng thứ nhất của phần tử thứ hai 
B−ớc tổng hợp, ký hiệu y, lμ khoảng cách giữa các cạnh tác thứ nhất của phần tử thứ 
nhất vμ phần tử thứ hai 
B−ớc phiến góp, ký hiệu yG, lμ khoảng cách giữa hai phiến góp nối với hai đầu ra của 
một phần tử. 
6.2 Dây quấn xếp đơn giản 
1. Các b−ớc dây quấn. 
a) B−ớc dây quấn thứ nhất. 
B−ớc dây quấn thứ nhất, hình 1.5 đ−ợc tính: ε
2p
Z
y ngt1 ±= 1.1 
Nếu ε ≠ 0 dùng dây quấn 
b−ớc ngắn đở tốn đồng hơn. 
b) B−ớc y vμ yG 
Dây quấn xếp đơn giản 
y = yG = 1 1.2 
c) B−ớc dây quấn thứ hai. 
Dây quấn xếp đơn giản 
y2 = y1 - y 1.3 Hình 1.5 B−ớc y1: (a) b−ớc đủ, (b) b−ớc ngắn, (c) 
2. Giản đồ khai triển dây quấn 
Xét dây quấn xếp đơn giản 
có Zngt = S = G = 16; 2p = 4 Lớp trên 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 
15 16 1 
a) Các b−ớc dây quấn: 
 4
4
16
21
==±= ε
p
Z
y ngt 
dqb−ớc đủ 
y = yG = 1 vμ y2 = y1 - 1 = 4 - 1 = 
3 
b) Thứ tự nối các phần tử vμ giản đồ 
khai triển dây quấn, hình 1.6 
Quy −ớc: 
- Cạnh phần tử lớp trên vẽ bằng nét 
liền, lớp d−ới nét đứt 
- Vị trí cực từ phải đối xứng, bề rộng 
bc = bG = 0,7τ. Hình 1.4 Giản đồ khai triển dây 
- Chiều quay, chiều s.đ.đ 
- Chổi than đặt chính giữa trục cức từ 
để có Emax vμ dòng điện trong phần tử bị nối ngắn mạch bé. 
Hình 1.6 Giản đồ khai triển dq xếp 
Máy điện 2 31
3. Số đôi mạch nhánh song song. 
Xác định chiều s.đ.đ theo quy tắc bμn tay phải thì 
chiều A1 vμ A2 lμ cực (+), còn BB1 vμ B2B lμ cực (-). Nối A1 
với A2 vμ BB1 với B2B nhìn từ ngoμi vμo ta đ−ợc sơ đồ nh− 
hình 1.7. 
4. Đa giác sức điện động của dây quấn phần ứng. 
Nếu từ cảm d−ới cực từ phân bố hình sin thì Ept lμ 
hình sin vμ ta có thể biểu diễn Ept bằng 1 véc tơ mμ trị 
tức thời lμ hình chiếu lên trục tung. 
Góc lệch giữa 2 rãnh nguyên tố kề nhau. 
S
p.360
Z
p.360
α
0
ngt
0
== 1.4 
Với thí dụ ở trên ta tính đ−ợc α = 450 vμ vẽ đ−ợc hình tia vμ đa giác s.đ.đ, hình 1.8 
Hình 1.7 Sơ đồ ký hiệu 
của 
- Đa giác s.đ.đ khép kín chứng tỏ tổng s.đ.đ trong mạch vòng bằng 0 điều kiện lμm việc 
bình th−ờng không có dòng cần bằng 
- Hình chiếu đa giác s.đ.đ lên trục tung lμ 
E− vμ thấy có sự đập mạch s.đ.đ 
- Mỗi đa giác s.đ.đ ứng với một đôi mạch 
nhánh 
- Đỉnh của đa giác s.đ.đ lμ các điểm đẳng 
thế, có thể nối dây cân bằng. 
5. Sự đập mạch của điện áp ra. 
/2)cosUU 21 α= ; 
Hình 1.8 (a) hình sao sức điện động, (b) đa giác sức điện 
Hình 1.9 Sự đập mạch của sức 
/2)cos(1
2
1
2
UUU 21tb α+=+= 1.5 
Máy điện 2 32
/2)cos(1U
2
1UUUUΔU 21tbtb2 α−=−=−= 1.6 
Sự đập mạch đ/a ra đ−ợc biểu thị trên hình 1.9 vμ đ−ợc xác định: 
 α/2tg
/2)cos(10,5.U
/2)cos(10,5.U
U
ΔU 2
2
2
tb
=+
−= α
α
 1.7 
G/2p
180
S/2p
180
S
p.360
α
000
=== Khi G/2p = 8 thì độ đập mạch < 1% 
6.3 Dây quấn xếp phức tạp. 
1. B−ớc dây quấn. 
Sự khác nhau giữa dq xếp đơn vμ xếp phức lμ ở b−ớc phiến 
góp yG . Dq xếp phức có yG = m (m = 2, 3...) th−ờng m = 2. 
Nếu yG = 2 thì cạnh tác dụng của phần tử thứ nhất không nối 
với phần tử thứ 2 mμ nối với phần tử thứ 3, cứ thế cho đến khi 
khép kín mạch. Nếu đi hết chu vi phần ứng mμ một nửa số 
phần tử đ−ợc chừa ra, ta thực hiện tiếp mạch vòng thứ hai. Dq 
xếp phức bây giờ gồm 2 dq xếp đơn xen kẽ nhau, hình 1.10. Hình 1.10 
Nối các pt ở dq 
2. Giản đồ khai triển dq. 
Xét dq xếp phức tạp có yG = m = 2 với 2p = 4; Znt = S = G = 24. 
a) Các b−ớc dq. 
426yyy2;yy6;
6
24
ε
2p
Zy 12G
nt
1 =−=−=====±=
b) Trình tự nối các phần tử. 
Với các b−ớc dây quấn đã xác 
định ở trên, ta thực hiện trình tự nối 
dây quấn vμ đ−ợc 2 dây quấn xếp đơn 
độc lập với nhau, nh− hình bên. 
c) Giản đồ khai triển dây quấn 
 Theo thứ tự nối các phần tử dây 
quấn ta vẽ đ−ợc giản đồ khai triển 
nh− hình 1.11 
 d) Hình tia vμ đa giác s.đ.đ 
Với số liệu dây quấn trên ta xác 
định đ−ợc góc lệch giữa hai phần tử 
liên tiếp lμ: 
Hình 1.11 Giản đồ khai triển dq xếp phức 
 0
00
30
24
2.360
S
p360
α === 
Từ đấy vẽ đ−ợc hình tia vμ đa giác s.đ.đ nh− hình 1.12 
Máy điện 2 33
 3. Số mạch nhánh song song 
Dây quấn sóng phức tạp có số đôi mạch nhánh song song lμ a = mp. Với dây quấn đang 
xét có số đôi mạch nhánh song song a = mp = 2.2 = 4 
Khi ε±=
p
Zy nt
21
 nếu ε = 0 ta có 
dây quấn xếp phức gồm 2 mạch điện 
độc lập, còn nếu ε ≠ 0 ta có 2 mạch 
điện không độc lập nh− hình 1.13. 
Hình 1.13 Dây quấn có: a) 2 mạch điện 
 kín độc lập; b) không độc lập Hình 1.12 Hình tia vμ đa giác s.đ.đ của dq 
a) 
6.4 Dây quấn sóng đơn 
1. B−ớc dq. 
B−ớc dây quấn thứ nhất nh− dây quấn xếp đơn; 
B−ớc dây quấn tổng hợp 
p
1Gyy G
±== 1.8 
Biểu thức 1.8 khi lấy dấu (-) ta có dây quấn trái (th−ờng dùng), lấy dấu (+) ta có dây 
quấn phải 
B−ớc dây quấn thứ hai y2 = y - y1 1.9 
Từ biểu thức 1.8 có thể viết: 
p
1
p
Z
p
1Z
p
1Gyy ntntG ±=±=±== 
Vì τ2=
p
Znt nên hai cạnh tác dụng của hai phần tử nối tiếp nhau sẽ lệch nhau một góc 
1/p b−ớc rãnh trong từ tr−ờng. 
2. Giản đồ khai triển dq. 
Xét một dây quấn sóng đơn có: G = S = Znt = 15; 2p = 4. 
a) B−ớc dq 
3
4
3
4
15
ε
2p
Zy nt1 =−=±= dây quấn b−ớc ngắn; 72
115
p
1GyyG =−=±== dây quấn trái 
y2 = y - y1 = 7 - 3 = 4 
Máy điện 2 34
b) Thứ tự nối các phần tử. 
c) Giản đồ khai triển dây quấn 
 Từ thứ tự nối các phần tử dây quấn 
ta vẽ đ−ợc giản đồ khai triển nh− hình 1.14. 
Trên giản đồ ta thấy phần tử 1 nối với phần tử 8 
vμ 15 đều cách nhau 7 phần tử vμ đều nằm d−ới 
cùng một cực tính (cực S), nh−ng khi nối đến 
phần tử 5 trở đi thì chúng đều nằm d−ới cực N. 
Nh− vậy quy luật nối lμ nối hết các phần tử 
nằm d−ới các cực cùng cực tính lại rồi nối các 
phần tử ở d−ới các cực tính khác cho đến hết. 
 d) Hình tia vμ đa giác s.đ.đ 
Hình 1.14 Giản đồ khai triển dq 
Với số liệu dây quấn trên ta xác 
định đ−ợc góc lệch giữa hai phần tử 
liên tiếp lμ: 
 0
00
48
15
2.360
S
p360
α === 
Từ đấy vẽ đ−ợc hình tia vμ đa 
giác s.đ.đ nh− hình 1.15 
Hình 1.15 Hình tia vμ đa giác s.đ.đ của dq 
3. Số đôi mạch nhánh 
Dây quấn sóng đơn có a = 1 
6.5 Dây quấn sóng phức tạp 
1. B−ớc dây quấn. 
Dây quấn sóng phức tạp, khi các phần tử nối tiếp nhau đi hết 1 vòng quanh bề mặt phần 
ứng nó không trở về bên cạnh phần tử xuất phát mμ cách 2 hoặc m phần tử, từ đấy khi nối 
hết tất cả các phần tử nó sẽ tạo nên 2 hoặc m mạch vòng kín khác nhau. B−ớc vμnh góp. 
p
mGyy G
±== 1.10 
Các b−ớc dây quấn khác giống nh− dây quấn xếp đơn giản. 
2. Giản đồ khai triển. 
Xét dây quấn xếp phức tạp có: m = 2; 2p = 4; S = G = Znt = 18 
Máy điện 2 35
a) Các b−ớc dây quấn. 
4
4
2
4
18
ε
2p
Zy nt1 =−=±= 
b−ớc ngắn 
8
2
18
p
m-GyyG =−=== 2 
y2 = y - y1 = 8 - 4 = 4 
Hình 1.16 Giản đồ dq sóng phức tạp với 
b) Trình tự nối dây quấn 
Dây quấn nμy có 2 mạch vòng 
kín. 
c) Giản đồ khai triển. 
Từ trình tự nối các phần tử ta 
vẽ đ−ợc giản đồ khai triển dây 
quấn nh− hình 1.16 
d) Hình tia vμ đa giác s.đ.đ 
Với số liệu dây quấn trên ta 
xác định đ−ợc góc lệch giữa hai phần 
tử liên tiếp lμ: 
0
00
40
18
2.360
S
p360
α === 
Từ đấy vẽ đ−ợc hình tia vμ đa giác 
s.đ.đ nh− hình 1.17 
3. Số đôi mạch nhánh. 
Dây quấn sóng phức có: 
a = m 
1.5 Dây quấn hổn hợp 
Dây quấn hổn hợp lμ sự kết hợp 
giữa dq xếp vμ dq sóng, nh− hình 1.18. 
Hình 1.17 Hình tia vμ đa giác s.đ.đ của dq 
1.6 Dây cân bằng điện thế. 
1. Dây cân bằng loại một. 
Dây cân bằng loại 1 dùng cho dây quấn xếp đơn, nối các 
điểm đẳng thế trên dq với nhau, điểm 1 vμ 9; 2 vμ 10; 3 vμ 11,... 
trên hình 1.6 vμ hình 1.8(b). Dây cân bằng loại một nhằm cân 
bằng điện thế của các nhánh d−ới các cặp cực khác nhau. 
2. Dây cân bằng loại hai. Hình 1.18 Dq 
Dây cân bằng loại 2 dùng cho dây quấn sóng phức tạp. Với 
dq xếp phức tạp thì các dq xếp đơn dùng dây cần bằng loại 1 giữa các dq xếp đơn dùng dây 
cần bằng loại 2. 
Dây cân bằng loại 2 th−ờng đ−ợc nối ở phía các phiến góp, để khắc phục sự phân bố 
điện áp giữa các phiến đổi chiều kề nhau không đều nhau. 
Máy điện 2 36