Tổng quan về máy điện pdf

Tổng quan về máy điện
1
Mục lục
Bài mở đầu: Khái niệm chung về máy điện
Chương 1: Máy điện một chiều
1.1 Cấu tạo máy điện một chiều
1.2 Bộ dây quấn phần ứng của máy điện một chiều
1.3 Nguyên lý làm việc của máy phát điện và động cơ điện một chiều.
1.4 Từ trường và sức điện động trong máy điện một chiều.
1.5 Máy phát điện một chiều.
1.6 Động cơ điện một chiều.
1.7 Kiểm tra
Chương 2: Máy biến áp.
2.1 Khái niệm chung về máy biến áp.
2.2 Cấu tạo của máy biến áp một pha
2.3 Nguyên lý làm việc của MBA một pha
2.4 Các trạng thái làm việc của MBA một pha
2.5 Máy biến áp ba pha.
2.6 Điều kiện làm việc song song của MBA 3 pha.
2.7 Các loại máy biến áp đặc biệt
Chương 3. Máy điện không đồng bộ
3.1 Khái niệm chung về máy điện không đồng bộ
3.2 Từ trường của máy điện không đồng bộ
3.3 Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ.
3.4 Sơ đồ thay thế và các phương trình của máy điện không đồng bộ.
3.5 Biểu đồ năng lượng và hiệu suất của động cơ điện không đồng bộ.
3.6 Mô men quay và phương trình đặc tính cơ của ĐCĐ không đồng bộ.
3.7 Mở máy và đảo chiều quay của động cơ không đồng bộ ba pha.
3.8 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB ba pha
3.9 Hãm động cơ KĐB
Bài tập

3.10 Động cơ không đồng bộ 1 pha.
3.11 Dây quấn động cơ điện không đồng bộ
Kiểm tra
Chương 4. Máy điện đồng bộ
4.1 Khái niệm, cấu tạo máy điện đồng bộ
4.2 Máy phát điện đồng bộ.
4.3 Động cơ điện đồng bộ
Tài liệu tham khảo:
1. Giáo trình máy điện: Nhà xb Giáo dục; Vụ Trung Học chuyên nghiệp – Dạy nghề.
Tác giả : Đặng Văn Đào – Trần Khán Hà – Nguyễn Hồng Thanh.
2. Kỹ thuật điện : (Tài liệu dùng cho các trường Trung Học Chuyên nghiệp và Dạy
nghề). Tác giả : Nguyễn Ngọc Lân – Nguyễn Văn Trọng – Nguyễn Thị Quỳnh Hoa.
2
Bài mở đầu: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
I. Những khái niệm về máy điện
1. Khái niệm:
- Máy điện là thiết điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào các định luật điện từ.
- Về cấu tạo máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (các dây quấn). Dùng để biến
đổi cơ năng thành điện năng như máy phát điện, biến đổi điện năng thành cơ năng như động
cơ điện và đồng thời dùng để biến đổi dòng điện và điện áp
2. Phân loại máy điện:
Máy điện có nhiều loại và có nhiều cách phân loại khác nhau: như phân loại theo
công suất, theo dòng điện, theo chức năng
Sơ đồ phân loại các máy điện cơ bản thường gặp:
II. Vật liệu dùng trong máy điện.
1. Vật liệu dẫn điện:
Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phần dẫn điện, vật liệu dẫn điện dùng trong máy
điện là đồng, nhôm và các hợp kim khác.
2. Vật liệu dẫn từ:
Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo các bộ phận của mạch từ, thường dùng các vật liệu sắt từ,

thép kỹ thuật điện
3
Máy điện
Máy điện tỉnh Máy điện có phần quay
Máy điện
xoay chiều
Máy điện
một chiều
Máy điện không
đồng bộ
Máy điện
đồng bộ
Máy
biến
áp
Động
cơ
điện
không
đồng
bộ
Máy
phát
điện
không
đồng
bộ
Máy
phát
điện

đồng
bộ
Động
cơ
điện
đồng
bộ
Máy
phát
điện
một
chiều
Động
cơ
điện
một
chiều
3. Vật liệu cách điện:
Vật liệu cách điện dùng để cách ly các bộ phận dẫn điện và không dẫn điện hoặc cách ly
giữa các bộ phận dẫn điện với nhau, vật liệu chủ yếu là giấy, vải lụa, mica, sợi thuỷ tinh,
sơn cách điện vv.
4
Chương I: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1. CẤU TẠO MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.1.1. Đại cương về máy điện 1 chiều:
Ngày nay, mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi, song máy điện một
chiều vẫn tồn tại, đặ
.+c biệt là động cơ điện một chiều.
Là loại máy điện sử dụng với lưới điện một chiều và có thể vận hành theo chế độ máy
phát hoặc chế độ động cơ.

Máy phát điện một chiều cung cấp nguồn điện một chiều cho động cơ và máy phát điện
đồng bộ, cho công nghệ mạ, nạp ắc quy.
Động cơ điện môt chiều có momen khởi động lớn, có thể điều chỉnh tốc độ trong phạm vi
rộng và bằng phẳng nên được dùng nhiều trong các máy công nghiệp có yêu cầu cao về
điều chỉnh tốc độ như máy mài, máy xúc, xe điện…
Nhược điểm chủ yếu của máy điện một chiều là cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền
và kém tin cậy, nguy hiểm trong mọi môi trường dễ nổ. Khi sử dụng động cơ điện một
chiều, cần phải có nguồn điện một chiều kèm theo (bộ chỉnh lưu hay máy phát điện một
chiều).
1.1.2. Cấu tạo máy điện một chiều.
Gồm có 2 bộ phận chính là phần tĩnh và phần quay.
1.Phần tĩnh (Stato)
Phần tĩnh còn gọi là phần cảm gồm cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, nắp máy và cơ cấu
chổi điện.
a) Cực từ chính
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm lõi thép cực từ và dây quấn cực từ chính.
Lõi thép làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm hoặc 1mm được ép lại và tán chặt ở
máy có công suất nhỏ thì được làm thép khối. Dây quấn cực từ chính làm bằng đồng có bọc
cách điện, được quấn định hình thành từng bối, sau đó được quấn băng và tẩm vécni cách
điện. Bối dây được lồng vào thân lõi thép cực từ và gắn chặt cực từ vào gông nhờ các
bulông.
b) Cực từ phụ:
Cực từ phụ gồm lõi thép và dây quấn. Lõi thép thường bằng thép khối, dây quấn tương
tự dây quấn cực từ chính và được mắc nối tiếp với dây quấn rôto. Cực phụ đặt xen kẽ cực từ
chính có tác dụng triệt tiêu tia lửa điện xuất hiện giữa chổi và cổ góp.
c) Gông từ:
Gông từ làm bằng thép đúc, trong các máy công suất nhỏ làm bằng thép tấm cuốn lại và
hàn hoặc bằng gang. Gông từ làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
d) Cơ cấu chổi điện:
Chổi điện làm bằng than hoặc graphít đôi khi được trộn bột đồng để tăng độ dẫn điện,

chổi điện được đặt trong một hộp nhờ 1 lò xo ép chổi tì sát vào cổ góp. Hộp chổi gắn chặt
vào giá đỡ có nhiệm vụ đưa dòng điện từ phần ứng ra ngoài hoặc ngược lại.
2. Phần quay (rôto)
Phần quay (rôto) là phần ứng, gồm lõi thép dây quấn, cổ góp và trục rôto.
a) Lõi thép rôto: Làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm, bề mặt có sơn cách
điện dập theo hình dạng rãnh rồi ghép lại thành rôto. Rãnh là nơi đặt dây quấn giữa có lỗ để
thông gió dọc trục.
b) Dây quấn rôto: Bằng dây đồng, có bọc cách điện, tiết diện tròn hay chữ nhật được bố
trí trong rãnh của lõi thép theo sơ đồ cụ thể, các mối dây được nối lên các phiến góp của cổ
góp ở đầu trục.
c) Cổ góp: Gồm các phiến góp bằng đồng có đuôi én được ghép hợp lại thành hình trụ
tròn, giữa các phiến góp được cách điện với nhau bằng lớp mica mỏng (0,2-1,2)mm và cách
5
điện với trục, phần cuối của phiến góp có rãnh để hàn các bối dây vào. Thông qua cổ góp và
chổi than dòng điện xoay chiều trong dây quấn rôto được đổi thành dòng 1 chiều đưa ra
mạch ngoài do đó cổ góp còn gọi là vành đổi chiều.
1.2. BỘ DÂY QUẤN PHẦN ỨNG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.2.1. Khái niệm: Dây quấn phần ứng là loại dây quấn rải, đó là hệ thống dây dẫn khép kín
đặt trong các rãnh của lõi phần ứng và được nối với các lá góp theo 1 quy tắc xác định hợp
thành bộ dây phần ứng.
1.2.2. Dây quấn phần ứng:
- Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử được nối lại với nhau theo một quy luật nhất định.
+ Phần tử: Là phần dây quấn nằm giữa hai phiến góp kế tiếp nhau theo sơ đồ nối dây
(một phần tử hay gọi là một bối dây gồm một hoặc nhiều vòng dây).
+ Cạnh tác dụng của phần tử là phần bối dây nằm trong rãnh rôto.
+ Hai đầu dây của phần tử được nối với hai phiến góp và nối với hai đầu dây của hai
phần tử khác.
Thông thương thì trong mỗi rãnh rôto ta đặt hai lớp dây quấn (hai bối dây), giữa hai lớp
dây quấn có sự cách điện. Một phần tử có 1 cạnh tác dụng đặt ở lớp trên của rãnh này thì
cạnh tác dụng còn lại đặt ở lớp dưới của rãnh khác. Nếu một rãnh có hai cạnh tác dụng thì

gọi là rãnh nguyên tố.
+ Rãnh nguyên tố:
Trong một rãnh có hai cạnh tác dụng được gọi là rãnh nguyên tố, để phân biệt với một
rãnh có nhiều cạnh tác dụng ta kí hiệu rãnh nguyên tố là Z
nt
. Nếu một rãnh có 2u cạnh tác
dụng thì bằng u rãnh nguyên tố.
Gọi S là số phần tử. (và một phần tử có hai cạnh tác dụng)
Gọi Z là số rãnh thực của Rôto.
Mối quan hệ giữa S,Z và Z
nt
là Z
nt
=u.Z=S
Mặc khác mỗi phiến góp được nối với hai đầu dây của hai phần tử khác nhau, nên số
phiến góp bằng số phần tử.
Gọi G là số phiến góp ta có G=S
Vậy ta có Z
nt
=Z=S=G. (Bao nhiêu rãnh có bấy nhiêu phiến góp)
1.2.3. Các phương pháp quấn dây:
Tuỳ theo cách nối phần tử với phiến góp mà ta có kiểu nối dây quấn xếp và dây quấn
sóng.
a. Quấn dây kiểu xếp:
Dây quấn kiểu xếp có hai loại là quấn xếp phải và quấn xếp trái.
Ở dây quấn xếp phải hai đầu phần tử được nối hai phiến góp gần nhau và hai phần tử nối
tiếp ở gần nhau. Phần tử thứ hai nối tiếp sau phần tử thứ nhất ở bên phải của nó.
6
1 2
1

3 4
1
Quấn xếp phải
3
1
2
1
1
Quấn xếp trái
1 2
1
3 4
1
Quấn xếp phải
phiến góp
1 2
1
3 4
1
phần tử 1
phần tử 2
Ở dây quấn xếp trái là phần tử thứ hai nối tiếp sau phần tử thứ nhất ở bên trái của nó.
(Để nối dây không bị chồng chéo nhau người ta thường dùng dây quấn xếp phải)
b. Dây quấn kiểu sóng: là dây quấn có hai đầu phần tử được nối với hai phiến góp cách
xa nhau và hai phần tử nối tiếp nhau ở xa nhau (giống như làn sóng)
1.2.4. Các đại lượng đặc trưng
a. Bước cực: Ký hiệu: τ (tô)
Bước cực là khoảng cách giữa hai cực từ kế tiếp nhau được tính bằng số rãnh nguyên tố.
p
Z

nt
2
=
τ
Với: Z
nt
số rãnh nguyên tố
2p là số cực từ của máy.
b. Bước dây quấn thứ nhất: Ký hiệu: y
1
Bước dây quấn là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của một phần tử, được tính bằng số
rãnh nguyên tố và cũng là khoảng cách của một bước cực.
p
Z
y
nt
2
1
=
c. Bước dây quấn thứ hai y
2
: là khoảng cách giữa cạnh tác dụng thứ hai của phần tử
thứ nhất và cạnh tác dụng thứ nhất của phần tử thứ hai nối tiếp sau nó theo sơ đồ dây quấn.
Bước dây quấn y
2
phụ thuộc vào kiểu dây quấn. y
2
= y
1
- y

d. Bước dây quấn tổng hợp y: là khoảng cách giữa hai cạnh tương ứng của hai phần tử
liên tiếp nhau. y = y
1
– y
2
e. Bước trên cổ góp: Kí hiệu y
G
Bước trên cổ góp là khoảng cách giữa hai phiến góp nối với hai cạnh tác dụng của một
phần tử. y
G
có thể có giá trị âm, dương, lớp hay nhỏ phụ thuộc vào kiểu dây quấn.
+ Với dây quấn xếp ta có y
G
= ± m, m là số tự nhiên. ( Dấu + là quấn xếp phải. Dấu - là
quấn xếp trái.
+ Với dây quấn sóng ta có y
G
=
,
p
mG 
m là số tự nhiên.(- dấu + là quấn phải- dấu - là quấn
trái).
7
y
2
y
G
y
y

1
1
Dây quấn sóng
y
G
1 2
1
3 4
1
y
y
2
y
1
y
G
1
y
y
2
y
1
1.2.5. DÂY QUẤN KIỂU XẾP
a. Dây quấn xếp đơn:
+ Tính toán bước dây quấn:
Cho máy điện một chiều có các thông số sau: Số rãnh Z = Z
nt
= S = G = 16 rãnh, số cực
từ 2p=4 cực, bước cổ góp y
G

= +1. Tính toán và vẽ sơ đồ khai triển dây quấn phần ứng (kiểu
xếp) của máy điện một chiều.
- Bước dây quấn thứ nhất:
y
1
=
4
4
16
2
==±
ε
p
Z
nt
- Bước cổ góp y
G
=1 (dây quấn xếp phải)
+ Biểu đồ nối dây:
- Biểu điễn biểu đồ nối dây có hai dòng, dòng trên chỉ cạnh tác dụng ở lớp trên và dòng
dưới chỉ cạnh tác dụng ở lớp dưới.
- Cách vẽ biểu đồ nối dây: Bắt đầu từ phần tử thứ nhất, phần tử này có cạnh tác dụng thứ
nhất đặt ở lớp trên của rãnh, cạnh tác dụng thứ hai đặt ở lớp dưới của rãnh 1+y
1
=1+4=5.
- Đầu dây của phần tử này được nối với phiến góp 1 và 2 (vì y
G
=1 dây quấn xếp phải).
- Tình tự nối các phần tử trong rãnh như hình vẽ:
Lớp

trên
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1
Lớp
dưới
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4
+ Sơ đồ khai triển dây quấn:
- Để vẽ sơ đồ khai triển dây quấn ta vẽ 16 rãnh và qui ước ở lớp trên vẽ bằng đường liền
nét và cạnh tác dụng ở lớp dưới vẽ bằng đường đứt nét.
- Cách vẽ sơ đồ khai triển dây quấn: đặt lần lược 16 phần tử vào 16 rãnh, bắt đầu từ phần
tử thứ nhất, cạnh thứ nhất của phần tử nối với phiến góp đổi chiều thứ nhất đặt vào rãnh 1
(đường liền nét) ở lớp trên và cạnh thứ hai của phần tử thứ nhất được đặt lớp dưới của rãnh
thứ 5 (đường đứt nét) và nối với phiến góp 2.
Tiếp tục nối tương tự với phần tử thứ hai, thứ ba… cho đến phần tử thứ 16 rồi trở về
phiến đổi chiều số 1. Ta được một mạch vòng khép kín được đặt đúng dưới các cực từ.
b. Dây quấn xếp phức:
- Điểm khác nhau giữa dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức là bước dây quấn y
G
=m,
với dây quấn phức m=2,3…, thông thường y
G
=2.
- Các bước dây quấn khác tính tương tự như dây quấn đơn.
+ Tính toán các đại lượng đặc trưng:
Cho máy điện có các thông số sau Z
nt
=24, 2p=4, y
G
=2. tính và vẽ biểu đồ nối dây, sơ đồ
khai triển dây quấn.
- Bước dây quấn y

1
=
6
4
24
2
==±
ε
p
Z
nt

- Bước cổ góp y
G
=2
8
+ Biểu đồ nối dây:
- Có các số liệu tính toán về bước dây quấn ta lập biểu đồ thứ tự nối dây các phần tử.
- Bắt đầu từ phần tử thứ nhất 1, phần tử này có cạnh tác dụng đặt ở lớp trên của rãnh 1,
vậy cạnh tác dụng còn lại phải đặt ở lớp dưới của rãnh là 1+y
1
=1+6=7.
- Hai đầu dây của phần tử này được nối vào phiến góp 1 và 3. vì y
G
=2.
- Do y
G
=2 nên phần tử nối tiếp với phần tử 1 theo sơ đồ dây quấn là phần tử
1+y
G

=1+2=3
Tiếp tục theo qui luật này cho các phần tử còn lại ta được biểu đồ nối dây như hình vẽ
bên, gồm các phần tử số lẽ và chúng nối với nhau tạo thành vòng kín.
Tiếp tục với phần tử chẳng, ta được biểu đồ nối dây tương tự.
Gồm các phần tử số lẽ.
Lớp
trên
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1
Lớp
dưới
7 9 11 1
3
15 17 19 21 23 1 3 5
Gồm các phần tử chẳn:
Lớp
trên
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 2
Lớp
dưới
8 10 12 1
4
16 18 20 22 24 2 4 6
+ Sơ đồ khai triển dây quấn:
Vẽ sơ đồ khai triển dây quấn với qui luật như dây quấn xếp đơn.
Dựa vào biểu đồ nối dây ta có phần tử 1 nối 3 và tiếp tục 5….đến khép kín mạch gồm
phần tử số lé và tiếp phần tử 2 nối với 4 tương tự đến hết phần tử chẳng.
Do y
G
=2 nên bề rộng chổi than lấy bằng hai phiến góp.
Từ dó ta vẽ được sơ đồ khai triển dây quấn như hình vẽ bên.

1.2.6. DÂY QUẤN KIỂU SÓNG
a. Dây quấn sóng đơn:
+ Tính toán bước dây quấn:
Đặc điểm của dây quấn sóng là hai đầu của một phần tử nối với hai phiến góp cách xa
nhau và hai phần tử nối tiếp nhau theo sơ đồ dây quấn nằm cách xa nhau.
- Bước dây quấn: y
1
=
ε
±
p
Z
nt
2

- Bước cổ góp y
G
=
p
mG ±

* Cho máy điện có thông số gồm Z
nt
=15, 2p=4, m=-1 dây quấn sóng đơn, quấn trái.
+ Tính các bước dây quấn:
9
y
1
=
3

4
3
4
15
2
=−=±
ε
p
Z
nt
chọn dây quấn bước ngắn Ε=-3/4.
y
G
=
7
2
115
=
−
=
−
p
mG
y
2
=y
1
-y=7-3=4
+ Biểu đồ nối dây:
- Sau khi có các số liệu tính toán về bước dây quấn y

1
, y
2
, y
G
… ta lập biểu đồ nối dây.
- Bắt đầu từ phần tử thứ nhất 1, phần tử này có cạnh tác dụng thứ nhất đặt ở lớp trên của
rãnh 1, vậy cạnh tác dụng cơn lại sẽ đặt ở lớp dưới của rãnh 1+y
1
=1+3=4.
- Đầu dây của phần tử này được nối với phiến góp 1 và phiến góp 1+y
G
=1+7=8.
- Do y
G
=7 nên phần tử nối tiếp với phần tử 1 theo sơ đồ dây quấn là 1+y
G
=1+7=8.
Tiếp tục thực hiện với phần tử tiếp theo theo qui luật ta vẽ được biểu đồ nối dây.
Lớp
trên
1 8 15 7 1
4
6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1
Lớp
dưới
4 11 3 10 2 9 1 8 15 7 14 6 13 5 12
+ Sơ đồ khai triển dây quấn (sơ đồ trải)
- Để vẽ sơ đồ khai triển dây quấn ta vẽ 15 rãnh và qui ước lớp trên vẽ bằng đường liền
nét, lớp dưới vẽ bằng đường đứt nét.

- Cách vẽ sơ đồ: Ta đặt lần lược 15 phần tử vào 15 rãnh, theo biểu đồ nối dây ta nối
phần tử 1 với phần tử 8, tiếp đến là phần tử 15…vv tiếp tục như thế ta được sơ đồ khai triển
dây quấn như hình vẽ.H
- Dây quấn đơn nên bề rộng chổi than lấy bằng một phiến góp
b. Dây quấn sóng phức:
- Điểm khác nhau giữa dây quấn sóng đơn và dây quấn sóng phức là bước dây quấn
y
G
=m, với dây quấn phức m=2,3,4…, thông thường y
G
=2.
- Các bước dây quấn khác tính tương tự như dây quấn đơn.
+ Tính toán bước dây quấn
Cho máy điện có số liệu gồm Z=Z
nt
=18, 2p=4, m=2. Tính bước dây quấn, vẽ sơ đồ nối
dây và khai triển dây quấn.
- Các bước dây quấn:
y
1
=
4
4
2
4
18
2
=−=±
ε
p

Z
nt
chọn dây quấn bước ngắn ε=2/4.
y
G
=
8
2
218
=
−
=
−
p
mG
+ Biểu đồ nối dây:
10
Có các số liệu tính toán về bước dây quấn ta lập biểu đồ thứ tự nối dây các phần tử.
- Bắt đầu từ phần tử thứ nhất 1, phần tử này có cạnh tác dụng đặt ở lớp trên của rãnh 1,
vậy cạnh tác dụng còn lại phải đặt ở lớp dưới của rãnh là 1+y
1
=1+4=5.
- Hai đầu dây của phần tử này được nối vào phiến góp 1 và 9. vì y
G
=8.
- Do y
G
=8 nên phần tử nối tiếp với phần tử 1 theo sơ đồ dây quấn là phần tử
1+y
G

=1+8=9 Tiếp tục theo qui luật này cho các phần tử còn lại ta được biểu đồ nối dây như
hình vẽ bên, gồm các phần tử số lẽ và chúng nối với nhau tạo thành vòng kín.
Tiếp tục với phần tử chẳn, ta được biểu đồ nối dây tương tự.
+ Biểu đồ nối dây
+ Phần từ số lẻ:
Lớp
trên
1 9 17 7 15 5 13 3 11 1
Lớp
dưới
5 1
3
3 11 1 9 17 7 15
+ Phần tử số chẳn:
Lớp
trên
2 10 18 8 16 6 14 4 12 1
Lớp
dưới
6 1
4
4 12 2 10 18 8 16
+ Sơ đồ khai triển dây quấn:
- Để vẽ sơ đồ khai triển dây quấn ta vẽ 18 rãnh và qui ước lớp trên vẽ bằng đường liền
nét, lớp dưới vẽ bằng đường đứt nét.
- Cách vẽ sơ đồ: Ta đặt lần lược 18 phần tử vào 18 rãnh, theo biểu đồ nối dây ta nối
phần tử 1 với phần tử 9, tiếp đến là phần tử 17, phần tử 7…vv tiếp tục như thế ta được sơ đồ
khai triển dây quấn như hình vẽ.H
- Dây quấn sóng phức nên bề rộng chổi than lấy bằng hai phiến góp
1.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT

CHIỀU.
1.3.1. Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp máy phát điện một chiều.
a. Nguyên lý làm việc:
1- Cực từ stato (nam châm vĩnh cửu)
2- Dây quấn phần ứng
3- Chổi than
4- Cổ góp
5- Mạch ngoài (tải)
11
Khi động cơ sơ cấp quay với tốc độ góc là ω
1
có chiều như hình vẽ, dẫn đến các dây dẫn
rôto cắt từ trường stato (từ trường cực từ), cảm ứng các sức điện động trong thanh dẫn.
(chiều sức điện động xác định theo qui tắc bàn tay phải) từ trường hướng từ cực N đến S.
Trong thanh dẫn ab có sức điện động E
1
Trong thanh dẫn cd có sức điện động E
2
Sức điện động trong dây dẫn rôto là E=E
1
+E
2
Xét tại thời điểm t: Lúc này dây dẫn quay một góc 180
0
, thanh ab ở cực S, thanh dc ở
cực N.
Khi thanh dẫn phần ứng quay nửa vòng, vị trí của thanh dẫn trong từ trường thanh dẫn:
ab ở cực S, thanh dc ở cực N, sức điện động trong phần tử đổi chiều, nhờ có chổi điện đứng
yên tỳ vào phiến góp nên chổi than A vẫn nối với phiến góp phía trên, chổi than B vẫn nối
với phiến góp phía dưới, chiều dòng điện mạch ngoài không thay đổi.

Ta có máy phát điện một chiều với cực dương ở chổi A và cực âm ở chổi B (nối 2 đầu
với tải (bóng đèn) ta có nguồn một chiều)
b. Phương trình điện áp đầu cực máy phát:
U = U
AB
= E
ư
- I
ư
.R
ư
Trong đó: I
ư
.R
ư
là điện áp rơi trên dây dẫn phần ứng.
R
ư
là điện trở dây dẫn phần ứng.
I
ư
là dòng điện phần ứng.
E
ư
là sức điện động phần ứng.
Đơn vị:U, E
ư
(V); I
ư
(A); R

ư
(Ω)
1.3.2. Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp của động cơ điện một chiều.
a. Nguyên lý làm việc:
Khi đặt điện áp một chiều vào hai đầu chổi than A và B, trong dây quấn phần ứng xuất
hiện dòng điện một chiều I
ư
, dưới tác dụng của từ trường sẽ chịu lực điện từ F
đt
tác dụng làm
cho rôto quay, chiều lực điện từ được xác định theo qui tắc bàn tay trái.
Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động E
ư
, ở động cơ
một chiều sức điện động phần ứng ngược chiều với dòng điện phần ứng nên sức điện động
phần ứng con được gọi là sức phản điện.
b. Phương trình điện áp
U = U
AB
= E
ư
+ I
ư
.R
ư
Trong đó: I
ư
.R
ư
là điện áp rơi trên dây dẫn phần ứng.

R
ư
là điện trở dây dẫn phần ứng.
I
ư
là dòng điện phần ứng.
E
ư
là sức điện động phần ứng.
Đơn vị:U, E
ư
(V), I
ư
(A), R
ư
(Ω)
1.4. TỪ TRƯỜNG VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.4.1. Từ trường của máy điện một chiều:
12
1
2
3
4
5
- Khi máy phát điện 1 chiều chạy không tải, trong máy chỉ có từ trường do cực từ chính
sinh ra gọi ra từ trường chính hay từ trường phần cảm.
- Khi máy mang tải, dòng điện chạy trong dây quấn phần ứng sinh ra từ trường phần
ứng.
- Tác dụng của từ trường phần ứng với từ trường phần cảm gọi là phản ứng phần ứng.
Tác dụng của phản ứng phần ứng làm méo từ trường tổng hợp của máy, ở mõm cực ra

của cực từ được trợ từ còn ở mõm cực vào bị khử từ. Nếu mạch từ không bão hoà thì tác
dụng trợ từ và khử từ bằng nhau, nên từ thông tổng không đổi. Nếu mạch từ bão hoà thì tác
dụng trợ từ ít hơn khử từ, nên từ trường tổng giảm do đó sức điện động cảm ứng trong thanh
dẫn giảm. Đồng thời, phản ứng phần ứng làm cho từ trường tại 2 điểm trên đường trung tính
hình học khác 0.
Đây là nguyên nhân làm xuất hiện tia lửa điện trên cổ góp.
Để tránh hiện tượng trên phải xoay đường trung tính hình học đến 1 vị trí mới lệch so
với trung tính hình học 1 góc β đó là đường trung tính vật lý O
’
O
’’
Hình vẽ
1.4.2. Sức điện động phần ứng.
a. Sức điện động thanh dẫn:
Khi quay rôto, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường, trong mỗi thanh dẫn
cảm ứng sức điện động là:
e = B
tb
.l.v
Trong đó: B
tb
từ cảm trung bình dưới cực từ.
v là tốc độ của thanh dẫn
l là chiều dài hiệu dụng thanh dẫn.
b. Sức điện động phần ứng Eư:
Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối tiếp nhau thành mạch vòng kín. Các chổi
than chia dây quấn thành nhiều nhánh song song. Sức điện động phản ứng bằng tổng các
sức điện động thanh dẫn trong một nhánh.
Gọi N là số thanh dẫn của dây quấn, a là số đôi nhánh.
Số thanh dẫn một nhánh là N/2a (với a là số nhánh song song)

Sức điện động phần ứng là E
ư
vlB
a
N
e
a
N
tb

2
.
2
==
Tốc độ dài v xác định theo độ quay n (vòng/phút) bằng công thức: v =
60
Dn
π
Thay v =
60
Dn
π
vào Eư =
e
a
N
2
=
lvB
a

N
tb
2
và chú ý rằng từ thông dưới mỗi cực từ là Φ =
p
Dl
2
π
Cuối cùng ta có: Eư =
φ
n
a
pN
60
hoặc Eư = k
e
nΦ.
Trong đó p là số đôi cực. Hệ số k
e
=
a
pN
60
phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn phần ứng.
13
Sức điện phản ứng tỷ lệ với tốc độ quay phần ứng và từ thông dưới mỗi cực từ. Muốn
thay đổi trị số sức điện động, ta có thể điều chỉnh tốc độ quay hoặc điều chỉnh từ thông,
bằng cách điều chỉnh dòng điện kích từ. Muốn đổi chiều sức điện động thì hoặc đổi chiều
quay hoặc đổi chiều dòng điện kích từ.
1.5. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.5.1. Phân loại máy phát điện một chiều.
Dựa vào phương pháp cung cấp dòng điện kích từ, để phân loại máy điện một chiều như
sau:
- Máy điện một chiều kích từ tự kích trong đó gồm:
+ Máy điện một chiều kích từ độc lập
+ Máy điện một chiều kích từ nối tiếp
+ Máy điện một chiều kích từ song song
+ Máy điện một chiều kích từ hỗn hợp.
1.5.2. Máy phát điện một chiều kích từ độc lập
a. Sơ đồ nối dây cơ bản:
- R
tải
là điện trở tải
- R
kt
là điện trở kích từ.
- R
dc
là điện trở điều chỉnh dòng điện kích từ.
- U
kt
là điện áp đưa vào mạch kích từ.
- U là điện áp tải lấy ra từ máy phát
- I
kt
là dòng điện kích từ.
- I
ư
là dòng điện phần ứng.
b. Phương trình

Mạch kích từ: U
kt
= I
kt
(R
kt
+R
dc
) (1)
Mạch phần ứng I
t
=I
ư
(2)
U = E
ư
- I
ư
.R
ư
(3)
* Khi dòng điện tải tăng I
t
thì dòng điện phần ứng tăng I
ư
(ptrình1) kéo theo điện áp giảm U
xuống (ptrình 2) do hai yếu tố:
- Do tác dụng của từ trường phần ứng làm cho từ thông φ giảm kéo theo sức điện động
E
ư

giảm (E
ư
=k
e
.n.φ)
- Điện áp rơi trong mạch phần ứng tăng.
* Quá trình xác lập đặc tính ngoài như sau:
- Khi dòng điện tải tăng thì điện áp giảm, để giữ cho điện áp máy phát không đổi ta phải
tăng dòng điện kích từ bằng cách điều chỉnh biến trở.
* Ưu nhược điểm:
- Ưu điểm: Dể điều chỉnh điện áp (được sử dụng trong các hệ thống máy phát và động
cơ để truyền động cho máy cán, máy cắt kim loại )
- Nhược điểm: Phải cần nguồn kích từ.
1.5.3. Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp.
a.Sơ đồ nối dây cơ bản:
14
R
dc
E
cư
I
R
kt
R
tải
U=f(I
t
)
U
I

t
E
cư
R
dc
I
R
kt
R
tải
b. Phương trình:
U = E
ư
- I
ư
(R
ư
+R
kt
+R
dc
) (1)
I
ư
=I
kt
=I
t
(2)
* Khi dòng điện tải tăng điện áp thay đổi rất nhiều, nên trong thực tế ít được sử dụng.

* Quá trình xác lập đặc tính ngoài như sau:
- Khi tải tăng, dòng điện phần ứng tăng, từ thông tăng dẫn đến sức điện động phần ứng
tăng lên rất nhiều do đó điện áp đầu cực máy phát tăng nhiều.
- Khi dòng điện tải I
t
=(2-2,5)I
đm
thì mạch từ của máy bị bão hòa, lúc này dòng điện tải
tăng thì điện áp giảm.
Đường đặc tính ngoài của máy phát điện một chiều kích từ độc lập:
(Từ đường đặc tính nhận xét: Khi dòng điện tải tăng bằng 2I
đm
máy phát lúc đó nếu I
tải
tiếp
tục tăng thì điện áp đầu cực máy phát giảm.)
1.5.4. Máy phát điện một chiều kích từ song song.
a. Sơ đồ nối dây cơ bản:
b. Phương trình:
U = E
ư
- I
ư
R
ư
(1)
I
ư
=I
kt

+ I
t
(2)
U = I
kt
(R
kt
+R
dc
) (3)
Ban đầu máy không có dòng kích từ, từ thông trong máy do từ dư của cực từ tạo ra
(nếu từ dư không có phải kích nguồn một chiều tạo ra từ dư hoạt dùng ngồn một chiều
khởi động máy phát sau đó tách ra)
* Khi quay phần ứng, trong dây quấn phần ứng sẽ có sức điện động cảm ứng do từ thông
dư tạo ra, sức điện động này khép mạch qua dây quấn kích từ sinh ra dòng điện kích từ, làm
tăng từ trường cho máy. Quá trình tiếp tục cho đến khi điện áp ổn định.
* Khi dòng điện tải tăng, dòng điện phần ứng tăng (ptrình2) làm cho điện áp đầu cực
máy phát giảm (ptrình1), dòng điện kích từ giảm (ptrình3). Do đó đường đặc tính ngoài dốc
so với máy điện kích từ độc lập.
1.5.5. Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp.
a. Sơ đồ nối dây cơ bản:
15
U=f(I
t
)
U
I
t
R
dc

E
cư
I
R
kt
R
tải
U=f(I
t
)
U
I
t
R
dc
E
cư
I
R
kt
R
tải
R
kt
- Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp gồm hai cuộn dây phần cảm
1. Khi nối thuận: chiều từ thông của dây quấn kích từ nối tiếp cùng chiều với từ thông
của dây quấn kích từ song song.(phần cuộn kích từ song song nối trực tiếp với chổi than)
Khi tải tăng, dẫn đến từ thông trong mạch nối tiếp tăng, làm cho từ thông của máy tăng,
dẫn đến sức điện động của máy tăng, điện áp đầu cực của máy phát được giữ hầu như không
đổi.

(Ưu điểm: máy phát kích từ hỗn hợp giữ cho điện áp không thay đổi khi dòng tải thay
đổi→ ứng dụng máy phát)
2. Khi nối ngược: chiều từ thông của dây quấn kích từ nối tiếp ngược chiều với từ thông
của dây quấn kích từ song song.
(Nhược điểm: máy phát kích từ hỗn hợp giảm điện áp tải
→
ứng dụng máy hàn điện một
chiều)
1.6. ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.6.1. Phân loại động cơ điện một chiều
Dựa vào phương pháp kích từ, phân loại động cơ điện một chiều như đối với máy phát
điện một chiều.
a. Động cơ kích từ độc lập.
b. Động cơ kích từ nối tiếp.
c. Động cơ kích từ song song.
1.6.2. Mômen và phương trình đặc tính cơ.
a. Mômen trong động cơ điện một chiều
+ Mômen quay: kí hiệu: M
- Khi đặc điện áp một chiều vào dây quấn phần ứng, trong dây quấn xuất hiện dòng điện
phần ứng, dưới tác dụng của từ trường stato trong dây quấn phần ứng xuất hiện lực điện từ
tác dụng dẫn đến xuất hiện mômen điện từ làm cho rôto quay. (Đối với động cơ mômen
điện từ được gọi là mômen quay)
16
E
cư
R
dc
R
kt
I

E
cư
I
R
dc
R
kt
R
dc
E
cư
I
R
kt
M=k
M
.I
ư
.φ (N.m)
+ Mômen cản.
- Khi động cơ mang tải xuất hiện lực cản, tác dụng vào trục động cơ, lực cản này cản trở
sự chuyển động của rôto do đó trên trục động cơ sẽ xuất hiện mômen cản.
- Mômen cản có chiều ngược với chiều chuyển động của rôto.
- Khi động cơ quay ổn định với một phụ tải xác định lúc đó ta có mômen tải cân bằng
với mômen động cơ.
1.6.2. Phương trình đặc tính cơ.
a. Phương trình đặc tính cơ động cơ kích từ độc lập hoặc kích từ song song.
- Khi điện áp đặc vào mạch kích từ và mạch phần ứng có công suất lớn thì phương trình
đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập và kích từ song song giống nhau.
+ Phương trình điện áp: U=E

ư
+ I
ư
R
ư
(1)
⇒ E
ư
=U - I
ư
R
ư
(2)
Mặc khác ta có: E
ư
=k
e
.n.φ (3)
Thay phương trình (3) vào pt (3) ta có:
k
e
.n.φ=U - I
ư
R
ư
⇒
Φ
−
=
.

.
e
uu
k
RIU
n
hay
Φ
−
Φ
=
.
.
.
e
uu
e
k
RI
k
U
n
(4)
Ta lại có mômen điện từ:
M=k
e
.I
ư
.φ ⇒ I
ư

Φ
=
.
M
k
M

thay I
ư
vào pt (4) ta có:
M
kk
R
k
U
n
Me
u
e
.

.
2
Φ
−
Φ
=
(5)
Nếu trong mạch phần ứng có điện trở phụ R
p

ta có phương trình tốc độ là:
M
kk
RR
k
U
n
Me
pu
e
.

)(
.
2
Φ
+
−
Φ
=
(6)
Trong đó điện trở phụ là R
p
là điện trở đặc vào mạch phần ứng để điều chỉnh dòng điện
phần ứng nhỏ hơn dòng điện giới han I
ư
<I
giới hạn.
Phương trình (6) là phương trình đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
hoặc kích từ song song.

Đường đặc tính cơ là đường quan hệ giữa tốc độ và mômen quay của động cơ khi điện
áp U và điện trở mạch phần ứng và mạch kích từ không đổi.
Với U, φ là hằng số, R
ư
, R
p
không đổi
n = A + B.M (n=f(M)) với A,B là hằng số.
- Lúc động cơ làm việc ở chế độ không tải (lý tưởng) tốc độ của động cơ là
Φ
=
.
0
e
k
U
n
(xem đang làm việc không tải ổn định)
17
n
M
A
B
C
n
o
n
1
0
M

c
=M
D
đường đặc tính
cơ
Đồ thị đặc tính cơ động cơ 1 chiều
kích từ độc lập hoặc kích từ song
song
- Giả sử ta cho động cơ mang tải vào lúc này trên truc động cơ xuất hiện mômen cản M
c
động cơ chuyển điểm làm việc từ điểm A đến điểm B trên đồ thi lúc này tốc độ của động cơ
sẽ giảm dần xuống là n
1
<n
0
và đồng thời mômen động cơ sẽ tăng dần cho đến khi cần bằng
mômen cản M
c
, khi đó động cơ làm việc ổn định từ điểm B trên đường đặc tính cơ với tải
bằng mômen cản và tốc độ n
1
.
* Nhận xét:
- Đối với động cơ một chiều kích từ độc lập hoặc kích từ song song thì phương trình đặc
tính cơ cứng, tốc độ hầu như không đổi khi công suất tải thay đổi (thay đổi nhỏ)
- Ứng dụng : thường được dùng trong cơ cấu truyền động máy cắt kim loại, các máy
công cụ gia công chi tiết có tải thay đổi lớn
- Khi có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ, thường dùng động cơ kích từ nối tiếp.
b. Phương trình đặc tính cơ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp.
Phương trình dòng điện: I

kt
=I
ư
(1)
Khi mạch từ bảo hoà dòng điện phần ứng và từ thông tỉ lệ với nhau:
I
ư
=k
I
.φ (2) với k
I
là hệ số tỷ lệ.
Phương trình tốc độ là:
Φ
−
=
∑
.
.
e
u
k
IRU
n
(3) trong đó: R
Σ
=R
kt
+R
p

+R
ư
Mặc khác ta có phương trình mômen: M=k
M
.φ.I
ư
(4)
Thay I
ư
=k
I
.φ vào phương trình (4) ta có: M=k
M
.k
I
φ
2
=k
2
.φ
2
(5) đặt k
2
=k
M
.k
I
lấy căn hai vế
phương trình (5) ta có từ thông:
k

M
=Φ
(6)
Thay phương trình (6) và (2) vào pt (3) ta có phương trình tốc độ:
Mk
MkRUk
k
M
k
k
M
kRU
k
IRU
n
e
I
e
I
e
u
.

.

.
.
∑
∑
∑

−
=
−
=
−
=
φ
e
I
e
k
kR
Mk
Uk
n
.
.
.
∑
−=
(7) đặc
e
k
k
a =
;
e
I
k
k

b =
ta có phương trình tốc độ là
∑
−= Rb
M
Ua
n .
.
Giả sử điện áp U và điện trở là hằng số, xây dựng đồ thị đặc tính tốc độ và mômen
n=f(M)
Dựa vào phương trình tốc độ ta xây dựng đường đặc tính cơ là đường có dạng hypebol,
đường đặc tính cơ mềm, khi mômen tăng thì tốc độ động cơ giảm nhiều.
Khi động cơ không tải hoặc tải nhỏ, mômen cản nhỏ dẫn đến tốc độ động cơ tăng lên rất
nhiều dẫn đến dể gây hỏng động cơ về mặc cơ khí (ma sát ở ổ bi lớn làm gãy trục ) Vì thế
không cho phép động cơ một chiều kích từ nối tiếp mở máy và làm việc ở chế độ không tải.
1.6.3. MỞ máy và điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
a. Dòng điện mở máy
18
E
cư
R
dc
R
kt
I
n
M
0
- Phương trình điện áp: U=E
ư

+I
ư
R
ư
(1) ⇒ I
ư
=
u
u
R
E−U
- Mặc khác ta có : E
ư
=k
e
.n.φ
- Khi mở máy ban đầu tốc độ n=0 nên E
ư
=k
e
.n.φ=0,
- Dòng điện phần ứng lúc này là I
ư
=
u
R
U
, vì điện trở phần ứng nhỏ R
ư
, nên dòng điện

phần ứng lúc mở máy rất lớn từ (20-30)I
đm
, dễ làm hỏng cổ góp và chổi than, đốt nóng dây
quấn rôto và cách điện bị già hóa.
- Để giảm dòng điện mở máy đạt từ I
mm
= (1,5-2)I
đm
, dùng các phương pháp sau:
+ Dùng biến trở mở máy R
mm
:
Bằng cách mắc biến trở mở máy vào mạch phần ứng lúc này dòng điện mở máy I
ưmm
mmu
RR
U
+
=
Lúc đầu để biến trở mở máy R
mm
lớn nhất, trong quá trình mở máy tốc độ tăng lên, dẫn
đến sức điện động tăng, dẫn đến dòng điện phần ứng mở máy giảm đần và ta giảm điện trở
R
mm
giảm dần về 0, lúc này động cơ làm việc đúng dòng điện định mức.
+ Giảm điện áp đặt vào mạch phần ứng:
Phương pháp này sử dụng khi có nguồn một chiều có thể điều chỉnh điện áp
(chú ý: để mômen mở máy lớn, thì lúc mở máy phải có từ thông lớn nhất (M=k
e

.I
ư
.φ) vì
thế phải điều chỉnh dòng kích từ lớn nhất
b. Mômen mở máy:
M
mm
=k
M
.φ.I
ưmm
Nếu dòng điện lúc mở máy I
mm
rất lớn dẫn đến mômen mở máy M
mm
cũng rất lớn, dể tạo
ra các xung lực lớn làm chô hệ truyền động động cơ giật, rung lớn dể vỡ bánh răng, bánh
đà làm hỏng động cơ và nguy hiểm cho người vận hành.
1.6.4. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều.
Từ phương trình điện áp : U=E
ư
+I
ư
R
ư
⇒E
ư
=U-I
ư
R

ư
Mà E
ư
=k
e
.n.φ ⇒ k
e
.n.φ=U-I
ư
R
ư
⇒ n
φ
.
.
e
uu
k
RIU −
=
(1)
Từ phương trình (1) ta nhân thấy để thay đổi tốc độ động cơ ta có một số phương pháp
sau:
- Để thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi điện áp U, dùng nguồn điện phải điều chỉnh
được điện áp cung cấp cho động cơ.
- Để thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi từ thông, tức là thay đổi dòng điện kích từ.
- Để thay đổi tốc độ bằng cách mắc điện trở điều chỉnh vào mạch phần ứng.
a. Điều chỉnh tốc độ động điện một chiều kích từ độc lập và song song bằng cách thay
đổi điện áp.
Theo trên ta có đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập hoặc kích

từ song song có dạng đường thẳng.
- Khi thay đổi điện áp ta được các đường đặc tính song song
- Khi điều chỉnh mômen không đổi vì từ thông và dòng điện phần ứng không đổi do sức
điện động và điện áp giảm.
19
n
M
A
B
U
đm
n
o
n
1
0
M
c
=M
D
đường đặc tính cơ
Đồ thị đặc tính cơ động cơ 1 chiều kích
từ độc lập hoặc kích từ song song
U
1
<U
đm
U
2
<U

1
n
M
B A
n
o1
n
A
0
M
c
=M
D
đường đặc tính cơ
Quá trình tăng tốc độ hay giảm
U
1
<U
đm
U
2
<U
1
M
B
D
* Quá trình giảm tốc:
Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm A trên đường đặc tính cơ với điện áp đặc vào
mạch phần ứng là U
1

lúc này động cơ quay đều với tốc độ n
A
. Ta giảm điện áp xuống U
2
nhỏ hơn điện áp U
1
động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đường đặc tính cơ U
2
, lúc
này mômen động cơ nhỏ hơn mômen cản M
D
<M
c
dẫn đến tốc độ giảm dần theo đường đặc
tính U
2
tới điểm D, tại điểm D mômen động cơ bằng mômen cản động cơ quay ổn định với
tốc độ n
D
<n
A
đó là quá trình giảm tốc của động cơ.
* Quá trình tăng tốc: Ngược lại
b. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.
Thay đổi từ thông bằng cách thay đổi dòng điện kích từ.
c. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch phần ứng
Khi thêm điện trở vào mạch phần ứng tốc độ giảm. Vì rằng dòng điện phần ứng lớn, nên
tổn hao công suất trên điện trở điều chỉnh lớn. Phương pháp này chỉ sử dụng ở động cơ công
suất nhỏ.
1.5.5. Hãm động cơ điện một chiều

Hãm động cơ là tạo mômen điện từ ngược chiều chuyển động của động cơ. Động cơ
điện một chiều được hãm bằng các phương pháp hãm là hãm tái sinh, hãm ngược và hãm
động năng.
a. Hãm tái sinh (trả năng lượng về lưới)
Hãm tái sinh xảy ra trong động cơ kích từ song song khi máy làm việc ở chế độ động cơ
với tốc độ lớn hơn tốc độ không tải lý tưởng.
Trong trường hợp này sức điện động E
ư
>U và dòng điện phần ứng đổi dấu nên mômen
điện từ cũng đổi dấu thành mômen hãm. Máy lúc này làm việc trong chế độ máy phát điện
vào lưới (trả lại lưới)
- Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp không thể chuyển sang chế độ hãm tái sinh.
Muốn hãm tái sinh ta phải chuyển sang chế độ kích từ song song.
b. Hãm ngược. Trạng thái này thực hiện bằng hai cách.
- Máy được truyền động làm quay động cơ theo chiều ngược mômen điện từ.
- Đổi chiều quay của động cơ bằng cách đổi chiều dòng điện phần ứng của động cơ.
c. Hãm động năng.
- Khi hãm động năng động cơ kích từ song song ta cắt phần ứng ra khỏi lưới và nối
mạch qua một điện trở hãm.
- Hãm động năng động cơ kích từ nối tiếp được thực hiện bằng cách chuyển động cơ
sang kích từ độc lập. Nếu động cơ kích từ nối tiếp thì khi tốc độ nhỏ, dẫn đến mômen hãm
yếu, khi tốc độ lớn mômen hãm mạnh
BÀI TẬP MẪU
Bài 1:
Một máy phát điện kích từ song song, công suất định mức P
đm
= 25kW, điện áp định mức
U
đm
= 115V, có các thông số sau: Điện trở dây quấn kích từ song song R

kt
= 12,5Ω; điện trở
dây quấn phần ứng Rư = 0,0238Ω, số đôi nhánh a=2, số đôi cực từ p = 2, số thanh dẫn N =
300, tốc độ quay n = 1300vg/ph.
a) Xác định sức điện động Eư, từ thông Φ.
b) Giả sử dòng điện kích từ không đổi, bỏ qua phản ứng phần ứng, hãy xác định điện áp
đầu cực máy khi dòng điện giảm xuống I = 80,8A.
Bài giải:
20
a) Dòng điện định mức
I
đm
=
dm
dm
U
P
=
115
25000
= 217,4A
Dòng điện kích từ
I
kt
=
kt
dm
R
U
=

5,12
115
= 9,2A
Dòng điện phần ưng
Iư = I
đm
+ I
kt
= 217,4+ 9,2 = 226,6A
Sức điện động của máy
Eư = U + Iư.Rư = 115 + 226,6. 0,0238 = 120,4V
Từ thông Φ
Φ =
1300.300.2
4,120.2.60
60
=
pNn
aE
w
= 1,852.10
-2Wb
Dòng điện phần ứng
Iư = I + I
kt
= 80,8 + 9,2 = 90A
Điện áp đầu cực máy phát.
U = Eư – IưRư = 120,4 – 90.0,0238 = 118,3V.
Bài 2:
Một máy phát điện một chiều kích từ song song, điện áp định mức U

đm
= 115V, cung cấp
dòng điện tải I
t
= 98,3A cho tải. Điện trở phần ứng Rư = 0,0735Ω, điện trở dây quấn kích
từ song song R
kt
= 19Ω. Tổn hao cơ, sắt từ và phụ bằng 4% công suất điện.
a) Xác định sức điện đông Eư và hiệu suất η của máy ở chế độ tải trên
b) Tính dòng điện ngắn mạch khi ngắn mạch hai dầu cực máy phát. Cho biết từ thông
dư bằng 3% từ thông của máy ở chế độ tải trên, và tốc độ máy không đổi.
Bài giải:
a) Dòng điện kích từ
I
kt
=
A
R
U
kt
05,6
19
115
==
Dòng điện phần ứng
Iư = I
1
+ I
kt
= 98,3 + 6,05 = 104,35A

Sức điện động phần ứng
Eư = U + IưRư = 115 + 104,35.0,735 = 122,7V
Tổn hao trong dây quấn kích từ song song.
∆P
kt
= I
2
kt
R
kt
= 6,05
2
.19 = 695W
Tổn hao trong dây quấn phần ứng
∆P
ư
= I
2
ư
R
ư
= 104,35
2
. 0,0735 = 800W.
Tổn hao cơ, sắt từ và phụ
∆P
cstf
= 4%P = 0,04.115.98,3 = 452W
Hiệu suất của máy
η =

PP
P
∆+
=
4528006953,98.115
3,98.115
+++
= 0,853
b) Khi ngắn mạch đầu cực, dòng điện ngắn mạch chạy trong dây quấn phần ứng
I
ưn
=
A
R
E
w
un
50
035,0
7,3
==
Trong đó Eưn = k
e
nΦ
dư
= 0,03k
e
nΦ = 0,03Eư = 0,03.122,7 = 3,7V
Ở máy phát kích từ song song, dòng điện ngắn mạch nhỏ hơn dòng điện định mức.
Bài 3:

21
Một động cơ điện một chiều công suất định mức P
đm
= 1,5kW, điện áp định mức U
đm
=
220V, hiệu suất η = 0,82; tốc độ n= 1500vg/ph. Tính momen định mức, tổng tổn hao trong
máy, dòng điện định mức.
Bài giải
Momen định mức
M
đm
= 9550
n
P
dm
= 9550
1500
5,1
= 9,55Nm
Công suất cung cấp cho động cơ
P
1
=
3,1829
82,0
10.5,1
3
==
η

dm
P
W
Dòng điện định mức
I
đm
=
A
U
P
31,8
220
3,1829
1
==
Tổng tổn hao trong máy
∆P = P - P
đm
= 1829,3 – 1500 = 329,3W
BÀI TẬP HỌC SINH TỰ GIẢI
Bài 1:
Một động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp điện áp định mức U
đm
= 220V, dòng điện định
mức I
đm
= 502A, hiệu suất định mức η = 0,905, điện trở dây quấn kích từ song song R
kt
=
50Ω, tổn hao cơ, sắt từ và phụ là 4136W

Tính công suất động cơ tiêu thụ, công suất định mức động cơ, tổng tổn hao trên các điện trở
phần ứng, điện trở kích từ nối tiếp và dây quấn cực từ phụ.
Đáp số: P
1
= 110,44kW; P
đm
= 100kW; ∆P
ư.nt.f
= 5336W
Bài 2:
Động cơ điện một chiều kích từ song song công suất định mức P
đm
= 10kW, điện áp định
mức U
đm
= 220V, hiệu suất định mức η = 0,905, tốc độ định mức n = 2250vg/ph, dòng điện
kích từ định mức I
kt
= 2,26A, điện trở phần ứng Rư = 0,178Ω
Tính dòng điện mở máy trực tiếp. Tính điện trở mở máy R
mm
để giảm dòng điện mở
máy xuống bằng 2 lần dòng điện định mức.
Đáp số: I
mm
= 1238A; R
mm
= 1,95
BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM
Câu 1: Động cơ điện một chiều kích từ song song U

đm
= 220V; I
đm
= 94A; I
kt
= 0,65A;
R
ư
= 0,15Ω; n
đm
= 1100vòng/phút.
1) Tính I
ưđm
. Đáp án nào dưới đây đúng:
a) I
ưđm
= 94A
b) I
ưđm
= 94,65A
c) I
ưđm
= 93,35A
2) Xác định tốc độ động cơ khi U = 180V, cho biết Iư, I
kt
và tình trạng mạch từ
không đổi.
Tìm đáp số đúng:
a) 910,6 vòng /phút.
b) 886,4 vòng /phút.

c) 1000 vòng /phút.
3) Khi mở máy động cơ điện một chiều kích từ song song, người ta nối thêm R
mở
vào mạch phần ứng nhằm mục đích sau:
a) Hạn chế dòng mở máy.
22
b) Tăng momen mở máy.
c) Vừa hạn chế dòng điện mở máy vừa tăng momen mở máy.
d) Để giảm thời gian mở máy.
Câu trả lời nào đúng trong các câu trên?
Câu 2: Máy điện một chiều kích từ độc lập U
đm
= 230V, I
đm
=100A, R
ư
= 0,1Ω. Tìm sức
điện động phần ứng Eư khi làm việc ở chế độ máy phát và chế độ động cơ.
Chọn phương án đúng:
a) 220V; 240V
b) 241V; 220V
c) 250V;215V
Câu 3: Động cơ điện một chiều kích từ độc lập I = 100A, U = 240V, Rư = 0,1Ω quay
với tốc độ 1000v/phút. Tìm momen điện từ. Chọn phương án đúng:
a) M = 218Nm.
b) M = 350Nm
c) M = 175Nm
Đáp án
Câu 1:
1) c.

2) b.
3) 3a
Câu 2:
b
Câu 3:
a
23
CHƯƠNG II: MÁY BIẾN ÁP
2.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
2.1.1. Khái niệm chung
Để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều từ điện áp cao xuống điện áp thấp, hoặc
ngược lại từ điện áp thấp lên điện áp cao, ngưòi ta dùng MBA. Ngày nay do việc sử dụng
điện năng phát triển rất rộng rãi nên có những loại MBA khác nhau: MBA 1pha, 2 pha,
3pha, nhưng chúng dựa trên 1 nguyên lý, đó là nguyên lý cảm ứng điện từ.
2.1.2. Định nghĩa:
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, nguyên lý làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện
từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành hệ thống dòng
điện xoay chiều điện áp khác nhưng có tần số không đổi.
+ Hệ thống đầu vào của MBA (trước lúc biến đổi): U
1
; I
1
; f
+ Hệ thống đầu ra của MBA (trước lúc biến đổi): U
2
; I
2
; f
+ Đầu vào của MBA nối với nguồn điện được gọi là cuộn sơ cấp (các đại lượng, thông
số sơ cấp trong kí hiệu có ghi chỉ số 1: W

1
,U
1
,I
1
, )
+ Đầu ra nối với tải gọi là cuộn thứ cấp (các đại lượng và thông số thứ cấp trong ký hiệu
ghi số 2: W
2,
U
2
, I
2
, )
2.1.3. Phân loại máy biến áp.
Có nhiều cách phân loại máy biến áp:
- Theo loại dòng điện ta chia ra máy biến áp là MBA một pha, ba pha hay nhiều pha.
- Máy biến áp có ít nhất là hai cuộn dây:
+ Dây quấn nối với nguồn gọi là dây quấn sơ cấp.
+ Dây quấn nối với tải gọi là dây quấn thứ cấp.
+ Dây quấn nối với nguồn cao áp gọi là dây quấn cao áp.
+ Dây quấn nối với nguồn hạ áp gọi là dây quấn hạ áp.
- Máy biến áp có điện áp sơ cấp lớn hơn điện áp thứ cấp gọi là máy biến áp giảm áp.
- Máy biến áp có điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp tăng áp.
- Máy biến áp có ba cuộn dây (1 cuộn sơ, 2 cuộn thứ)
- Máy biến áp tự ngẫu. (ngoài liên hệ về từ còn liên hệ về điện)
- Máy biến áp đặc biệt như máy biến áp hàn, máy biến áp đo lường, máy biến áp điều
khiển.
2.1.4. Vai trò của máy biến áp.
Để dẫn điện từ Trạm phát điện đến hộ tiêu thụ cần có đường dây truyền tải.

Hình 2-1: Sơ đồ truyền tải điện năng
- Để truyền tải điện năng đi xa phải dùng các đường dây tải điện có điện áp cao để giảm
tổn thất điện năng trên đường dây. (Điện áp mà các máy phát phát ra bị hạn chế bởi điều
kiện cách điện của máy và thường là 1-21kV). Để tăng điện áp lên cao ta phải dùng máy
biến áp.
24
Đường dây truyền
tải
∼
MBA tăng áp
Hộ tiêu thụ
MBA hạ áp
Máy phát điện
- Tại hộ tiêu thụ điện do không thể trực tiếp sử dụng điện áp cao, vì lý do an toàn phải hạ
thấp điện áp xuống 6kv cho các động cơ công nghiệp hoặc 0,4kV, 220V cho các thiết bị
điện dân dụng.
- Để làm được hai điều trên cần phải dùng máy biến áp.
Máy biến áp được sử dụng rộng rải trong kỹ thuật, máy biến áp làm nhiệm vụ truyền tải
và phân phối năng lượng.
2.1.5. Các đại lượng định mức của máy biến áp.
Các đại lượng định mức của máy biến áp qui định điều kiện làm việc của máy và do nhà
chế tạo ghi trên biển máy.
- Điện áp định mức: Điện áp sơ cấp định mức ký hiệu là U
1đm
, là điện áp quy định cho
dây quấn sơ cấp. Điện áp thứ cấp định mức ký hiệu là U
2đm
, là điện áp quy định cho dây
quấn thứ cấp, khi dây quấn thứ cấp hở mạch và điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là định
mức. Người ta quy ước, với máy biến áp một pha điện áp định mức là điện áp pha, với máy

biến áp 3pha là điện áp dây. Đơn vị điện áp ghi trên máy thường là V hoặc KV.
- Dòng điện định mức: Dòng điện định mức là dòng điện đã quy định cho mỗi dây quấn
của máy biến áp, ứng với công suất định mức và điện áp định mức. Đối với máy biến áp
một pha, dòng điện định mức là dòng điện pha. Đối với máy biến áp 3 pha, dòng điện định
mức là dòng điện dây. Đơn vị dòng điện ghi trên máy thường là A. Dòng điện sơ cấp định
mức ký hiệu I
1đm
, dòng điện thứ cấp định mức ký hiệu I
2đm
.
- Công suất định mức: Công suất định mức của máy biến áp là công suất biểu kiến định
mức. Công suất định mức ký hiệu là S
đm
. Đơn vị là VA, KVA. Đối với máy biến áp một pha
công suất định mức là:
S
đm
= U
2đm
.I
2đm
= U
1đm
.I
1đm
Đối với máy biến áp ba pha công suất định mức là:
S
đm
=
3

U
2đm
.I
2đm
=
3
U
1đm
.I
1đm
Ngoài ra trên biển máy còn ghi tần số định mức f
đm
, số pha, sơ đồ nối dây, điện áp ngắn
mạch, chế độ làm việc,
2.1.6. Các loại máy biến áp chính.
* Có rất nhiều loại máy biến áp cụ thể như sau:
Máy biến áp điện lực để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện.
Máy biến áp chuyên dùng sử dụng ở các lò luyện kim, chỉnh lưu, máy biến áp hàn
Máy biến áp tự ngẫu dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động cơ không đồng
bộ có công suất lớn.
Máy biến áp đo lường để giảm điện áp và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ đo tiêu
chuẩn.
Máy biến áp thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao.
2. 2. CẤU TẠO CỦA MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA
Máy biến áp một pha có hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn.
2.2.1. Lõi thép máy biến áp: (Mạch từ)
Lõi thép máy biến áp dùng để dẫn từ thông chính của máy, được chế tạo từ những vật
liệu dẫn từ tốt. Để giảm dòng điện xoáy trong lõi thép, người ta dùng thép lá kỹ thuật điện
dày 0,35mm đến 0,5mm, hai mặt có sơn cách điện) ghép lại với nhau tạo lõi thép. Lõi thép
gồm hai bộ phận chính là trụ và gông

+ Trụ là nơi để đặt dây quấn.
+ Gông là phần khép kín mạch từ giữa các trụ.
+ Giữa các trụ và gông tạo thành mạch từ khép kín.
- Theo kết cấu lõi thép ta chia ra máy biến áp kiểu trụ và máy biến áp kiểu bọc (kiểu chữ
U và chữ E).
25