Giáo trình Máy điện II - Chương 8: Động cơ điện một pha có vành góp

Ch−ơng 8 : động cơ điện một pha có vμnh góp 
Động cơ 1 pha có vμnh góp có kết cấu t−ơng tự nh− động cơ điện 1 chiều, nh−ng điện 
áp đặt vμo lμ điện áp xoay chiều 1 pha. Loại động cơ nμy đ−ợc dùng nhiều trong các máy 
sinh hoạt dân dụng. 
8.1 Sức điện động biến áp vμ sức điện động quay. 
Khi động cơ điện 1 pha có vμnh góp lμm việc trong dây quấn phần ứng cảm ứng đ−ợc 2 
loại sức điện động lμ: s.đ.đ biến áp vμ s.đ.đ quay. 
1. S.đ.đ biến áp, Eba. 
Đặt điện áp xoay chiều 1 pha U~ vμo dây quấn kích từ K trên phần tĩnh, từ thông φ do 
dòng điện xoay chiều tạo nên sẽ đập mạch với tần số f của l−ới điện. Khi n = 0 từ thông đó 
sẽ biến thiên vμ xuyên qua dây quấn phần ứng vμ cảm ứng nên trong các thanh dẫn của dây 
quấn phần ứng các sức điện động nh− trong máy biến áp, Eba dây quấn kích thích lμ dây 
quấn sơ cấp vμ dây quấn phần 
ứng lμ thứ cấp. Chiều của s.đ.đ ở 
hai phía trục dây quấn kích từ K 
sẽ trái dấu nhau. 
Nếu chổi than đặt trên đ−ờng 
trung tính hình học thì s.đ.đ trong 
các thanh dẫn ở hai phía trục dây 
quấn kích từ sẽ triệt tiêu nhau, 
hình 8.1a, nên Eba = 0. 
Nếu chổi than đặt trên trục 
dây quấn kích từ thì Eba 
= Eba max, hình 8.1b. 
Trị hiệu dụng của s.đ.đ biến 
áp lμ: 
 Eba = 4,44 f Wkdqφmax. 8.1 
S.đ.đ biến áp chậm sau φ một góc 900, hình 8.1c. 
Khi chổi than lệch với đ−ờng trung tính hình học một 
góc α, hình 8.2, thì: 
 Eba(α) = Ebasinα. 8.2 
2. Sức điện động quay Eq 
Nếu φm = const, khi phần ứng quay với tốc độ n, các thanh 
dẫn của dây quấn phần ứng quét qua từ tr−ờng kích từ φ vμ sẽ 
cảm ứng đ−ợc s.đ.đ xoay chiều có tần số f = pn/60, nh−ng 
s.đ.đ lấy ra ở 2 đầu chổi than lμ s.đ.đ 1 chiều, nh− trong máy điện một chiều, 
n
a
pNE mq ..60
φ= 8.3 
Khi chổi than nằm trên trung tính hình học Eq = Eqmax vμ khi chổi than nằm trên trục 
dây quấn kích thích thì Eq = 0. 
Khi chổi than lệch với đ−ờng trung tính hình học một góc α, thì: 
Hình 8.1 S.đ.đ Eba do từ tr−ờng đập mạch sinh ra 
K K
Hình 8.2 Eba khi 
chổi than lệch TTHH, 
Máy điện 2 58
 Eq(α) = Eq.cosα. 
 8.4 
Nếu từ thông đập mạch với tần số f vμ phần ứng quay với 
tốc độ n thì trong mỗi phần tử dây quấn sẽ tồn tại cả 2 loại s.đ.đ: 
S.đ.đ quay có tần số fq = pn/60 vμ s.đ.đ biến áp có tần số fba = f. 
Khi chổi than đặt trên đ−ờng trung tính hình học thì Eba = 0 
còn Eq ≡ φm khi n = const. Chiều của Eq phụ thuộc chiều của n 
nh− hình 8.3. 
Khi chổi than lệch so với trung tính hình học một góc α nμo 
đó thì sẽ tồn tại cả hai loại Eba vμ Eq có cùng tần số f. Hình 8.3 
 αα 2222 cossin
qba
EEE += 8.5 
8.2 Động cơ nối tiếp một pha 
1. Sơ l−ợc cấu tạo vμ nguyên lý lμm việc. 
Về kết cấu động cơ điện một pha giống nh− động cơ điện 
một chiều kích thích nối tiếp. Nh−ng vì nó đ−ợc dùng với l−ới 
điện xoay chiều nên mạch từ của nó đ−ợc lμm bằng thép kỹ thuật 
điện. Động cơ nhỏ th−ờng có cấu tạo cực lồi, động cơ lớn có cấu 
tạo cực ẩn. Trên cực từ ngoμi dq kích thích K, để cải thiện đổi 
chiều ng−ời ta cũng bố trí dq bù B vμ cực từ phụ F nh− động cơ 
điện một chiều, hình 8.4. 
Nguyên lý: Khi đặt đ/a xoay chiều một pha vμo động cơ, từ 
thông φ tác dụng với dòng điện I chạy dây quấn phần ứng tạo nên mô men lμm cho động cơ 
quay. Vì phần ứng nối tiếp với dây quấn kích thích nên φ vμ I luôn cùng dấu với nhau, do 
đó mômen luôn d−ơng hay động cơ luôn quay theo một chiều xác định. 
Hình 8.4 
Đ/cơ điện nối tiếp 
Loại động cơ 1 pha nμy đ−ợc dùng nhiều trong các máy sinh hoạt. 
2. Mômen của động cơ. 
Giả sử: 
 i− = I−msinωt 8.6 
 φ = φmsin(ωt - γ) 8.7 
với γ lμ góc lệch giữa i− vμ φ do tổn hao sắt từ 
Giống nh− máy điện 1 chiều, ta có mômen tức thời 
 ).sin(.sin γωωφπφπ +== ttI
pNipNM mumut 8.8 Hình 8.5 Đ−ờng 
cong i, φ vμ M của động cơ 
Mômen trung bình 
 γφππ
π
cos
2
1
0
mut I
pNdtMM == ∫ = CMI−φmcosγ 8.9 
Với I− lμ trị hiệu dụng dòng điện trong một nhánh song song của dây quấn phần ứng. φm lμ biên độ từ thông kích từ, γ rất nhỏ nên cosγ ≈ 1 nên mômen của động cơ khá lớn. 
Đ−ờng cong dòng điện, từ thông vμ mômen của động cơ 1 pha có vμnh góp nh− hình 8.5. 
Máy điện 2 59
3. Đồ thị véc tơ 
Giả sử động cơ quay với tốc độ n vμ chổi than đặt trên trung tính hình học, thì khi đặt 
điện áp U vμo động cơ, dòng điện I chạy trong các dây quấn chậm pha so với U một góc 
ϕ. Từ thông chính φ chậm pha so với I một góc γ (tổn hao sắt). Sức điện động quay Eq 
ng−ợc pha so với, φ (chế độ động cơ, E ng−ợc chiều I). Sức điện động biến áp Eba = 0 (vì 
chổi than đặt trên trung tính hình học). Sức điện động rơi 
trên điện kháng của các dây quấn chậm pha so với I một 
góc 900: S.đ.đ cảm ứng trên dây quấn kích thích − (xKxIj & K 
lμ điện kháng của dây quấn kích thích); s.đ.đ tổng của các 
dây quấn khác (với lμ tổng điện kháng của 
dây quấn phần ứng, dây quấn bù vμ dây quấn cực từ phụ). 
Sụt áp trên các điện trở (với 
∑− xIj & ∑ x
∑− rI& ∑ r lμ tổng điện trở của 
các dây quấn kể cả điện trở tiếp xúc của chổi than) 
Ph−ơng trình điện áp của động cơ nối tiếp một pha. 
 8.10 ∑ +++−= )( xxIjrIEU Kq &&&& Hình 8.6 Đồ thị ∑
Từ sự phân tích ở trên vμ ph−ơng trình 8.10 ta vẽ đ−ợc đồ thị véc tơ nh− hình 8.6. 
Động cơ nối tiếp 1 pha có cosϕ = 0,7 - 0,95 tốc độ cμng cao hệ số cosϕ cμng cao. 
4. Các đặc tính lμm việc. 
Đặc tính cơ n = f(M) nh− động cơ điện 1 chiều kích thích nối tiếp, hình 8.7. Đặc tính 
hiệu suất η = f(M) vμ Cosϕ = f(M) nh− hình 8.8 
Để nâng cao hệ số cosϕ th−ờng các loại động cơ nμy đ−ợc chế tạo với khe hở rất bé, 
với máy bé hơn 100 kW, δ = 1,5 - 2,5 mm; máy có công suất lớn hơn δ = 2 - 4 mm 
Hình 8.7 Đặc tính cơ n Hình 8.8 Đặc tính η = f(M) vμ Cosϕ 
f(M)
5. ứng dụng. 
Động cơ điện có vμnh góp 1 pha đ−ợc dùng nhiều trong 
lĩnh vực đ−ờng sắt, đầu máy xe điện,...Với khả năng đạt tốc độ 
cao (3000 - 30.000 vg/ph) vμ phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng 
nên nó đ−ợc dùng cho máy hút bụi, máy mμi, máy khâu,... 
Với nguyên lý trên ng−ời ta chế các động cơ vạn năng để 
có thể sử dụng l−ới điện xoay chiều hoặc một chiều, sơ đồ 
nguyên lý nh− hình 8.9. Tụ điện C để giảm nhiễu vô tuyến. Hình 8.9 Đ/cơ 
Máy điện 2 60
8.3 Động cơ điện đẩy. 
 1. Động cơ điện đẩy 2 dây quấn phần tĩnh 
Động cơ nμy phần tĩnh có 2 dây quấn, kích từ K vμ bù B nối nối tiếp, đặt vuông trục với 
nhau, dây quấn phần ứng đ−ợc nối ngắn mạch. Khi đặt một điện áp xoay chiều vμo dây 
quấn phần tĩnh hình 8.8a. 
Nếu chổi than đặt trên đ−ờng trung tính hình học, ban đầu khi n = 0, S.đ.đ Eq = 0, từ 
thông của cuộn bù B cảm ứng nên Ebamax, hình b. Vì dây quấn phần ứng nối ngắn nên trong 
nó có dòng I2. Dòng điện nμy tác dụng với φK tạo nên mômen quay lμm động cơ quay. Lúc 
đấy ta thấy d−ơng nh− có một sự đẩy giữa từ tr−ờng phần ứng vμ từ tr−ờng cực từ để tạo ra 
mômen quay, nên nó có tên lμ động cơ điện đẩy. 
Khi chổi than nằm 
trùng với trục dây 
quấn K thì Eba = 0, 
hình c, nên I2 = 0 vμ 
mômen bằng không 
nên động cơ không 
quay. 
Biểu thức mômen 
quay vẫn có dạng quen 
thuộc: 
Hình 8.10 Động cơ điện đẩy 2 dây quấn ở 
 8.11 ),cos( 22 KKm IICM φφ &&=
Vì góc giữa I2 vμ φK gần bằng không nên: 
 M ≈ CmI2φK 8.12 
2 Động cơ điện đẩy có một dây quấn trên 
phần tĩnh (Đ/c Tômxơn) 
Trên phần tĩnh chỉ có một dây quấn w, 
hình 8.11a, nh−ng chổi than có thể xê dịch một 
góc α bất kỳ. Lúc nμy ta phân w thμnh hai 
phần w1 = wsinα đóng vai trò cuộn K vμ w2 = wcosα 
đóng vai trò cuộn B, hình 8.11b. Chiều quay của loại 
động cơ nμy phụ thuộc vμo chiều xê dịch chổi than đối 
với trục của của w. 
Hình 8.11 Đ/cơ chỉ có 1 dây quấn 
Khi α = 900, Eba = 0, M = 0, đây lμ chế độ không 
tải, hình 8.12a. 
Khi α = 0, Eba = Ebamax vμ trong dây quấn phần ứng 
có dòng điện I2, dòng điện nμy ng−ợc với dòng điện 
kích thích nên M = 0. Tại vị trí nμy của chổi than động 
cơ đ−ợc xem nh− m.b.a lμm việc ngắn mạch, vị trí chổi 
than đ−ợc coi lμ vị trí ngắn mạch, hình 8.12b. 
Hình 8.12 Vị trí chổi 
than khi không tải (a) vμ ngắn 
Tại các vị trí góc α khác đặc tính cơ vμ các đặc tính lμm việc giống nh− động cơ kích 
thích nối tiếp. Việc điều chỉnh n bằng cách xê dịch vị trí của chổi than. 
Máy điện 2 61