Luận văn máy phát điện một chiều kích từ song song

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
BỘ MÔN VẬT LÝ




MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ
SONG SONG
Luận văn tốt nghiệp
Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:
Ths. Lê Văn Nhạn Họ tên: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
MSSV: 1087048
Lớp: Sư phạm Vật lý- Tin học K34


Cần Thơ, 2012
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ và
những ý kiến đồng góp của rất nhiều người.
Trước tiên, xin được cảm ơn quý Thầy, Cô trong bộ môn Vật lý đã tận tình giảng
dạy, truyền đạt kiến thức lẫn phương pháp cho tôi trong suốt bốn năm học qua. Đây là
niềm tin và là cơ sở vững chắc nhất để tôi hoàn thành đề tài.
Xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Ths. Lê Văn Nhạn – Giáo
viên hướng dẫn, Thầy đã tận tình chỉ bảo, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian
thực hiện đề tài này.
Xin được gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Vĩnh Trường, Trưởng phòng thí nghiệm Kỹ
thuật điện, Khoa Công nghệ trường Đại học Cần Thơ, thầy đã tạo điều kiện thuận lợi và

đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm thí nghiệm.
Xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Hữu Thành, thầy đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong
suốt thời gian thực tập tại phòng thí nghiệm Cơ - Nhiệt, Bộ môn vật lý, Khoa sư phạm,
trường Đại học Cần Thơ.
Xin gửi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm Khoa Sư phạm, Bộ môn vật lý đã tạo điều
kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp của mình.
Xin gửi lời cảm ơn đến giáo viên cô vấn học tập thầy Nguyễn Bá Thành và những
người bạn của tôi – sinh viên lớp Sư phạm Vật lý – Tin học K34, cùng tất cả những người
đã giúp đỡ, quan tâm cổ vũ, động viên khích lệ tinh thần để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài
này.
Do kiến thức và thời gian có hạn nên luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi những
thiếu sót nhất định. Kính mong được sự chỉ bảo và đóng góp chân thành của quý Thầy, Cô
cùng các bạn để luận văn được hoàn chỉnh hơn.
Xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Chung Hoàng Oanh
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Mục lục
CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN 3
1.1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN 3
1.1.1. Định nghĩa 3
1.1.2. Phân loại 3
1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN 4
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
i
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
PHẦN MỞ ĐẦU

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
1.1. Hoàn cảnh thực tế
Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của khoa học và kỹ thuật, con người đã làm
được rất nhiều điều mà trước đây những điều đó chỉ nằm trong trí tưởng tượng. Thật vậy,
nếu như ngày xưa người ta phải mất hàng tháng, hàng năm để di chuyển từ vùng này sang
vùng khác, để di chuyển từ Quốc gia này sang Quốc gia khác, thì ngày nay không mất quá
nhiều thời gian để thực hiện được điều đó bằng các loại phương tiện giao thông hiện đại
như: ô tô, máy bay, tàu thủy, xe điện ngầm…Những loại máy móc thiết bị trên ngày càng
được ứng dụng rộng rãi, phổ biến và gắn liền với cuộc sống của chúng ta. Hơn 90% năng
lượng điện được sử dụng trong đời sống là năng lượng điện xoay chiều, tuy nhiên trong
một số lĩnh vực vẫn sử dụng điện một chiều. Trong nhà máy điện và trạm biến áp nguồn
điện một chiều đóng vai trò rất quan trọng. Nó đảm bảo cung cấp dòng điện một chiều cho
các phụ tải quan trọng và yêu cầu có độ tin cậy về điện rất cao như: kích từ máy phát điện,
các động cơ một chiều, bảo vệ rơle tự động, điều khiển từ xa, đảm bảo cho các phụ tải hoạt
động bình thường. Nếu dựa vào phương pháp cấp điện một chiều cho các trạm và nhà máy
thì ta phải kể đến các nguồn điện : máy phát điện một chiều, máy chỉnh lưu, ắcquy. Chính
vì những ứng dụng quan trọng mà năng lượng điện một chiều vẫn đóng vai trò không thể
thiếu trong đời sống và kỹ thuật. Đây cũng chính là lí do tôi chọn đề tài: “ Máy phát điện
một chiều kích từ song song “
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài được thực hiện với mong muốn trình bày những kiến thức cơ bản về cấu tạo
nguyên lý hoạt động, các đặc tuyến và những ứng dụng của máy phát điện một chiều kích
từ song song.
1.3. Các giả thuyết của đề tài
Nội dung của đề tài là tìm hiểu máy phát điện một chiều kích từ song song, nhưng tìm
hiểu điều đó trước tiên phải nghiên cứu về máy điện và máy điện một chiều.
2. CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
 Thu thập tài liệu ở thư viện trường, thư viện khoa, nhà sách.
 Tham khảo ý kiến của thầy hướng dẫn, thầy cô trong bộ môn.
 Tham khảo tài liệu có liên quan, chọn lọc ý hay, sát với nội dung đề tài.

3. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH
 Nhận đề tài.
 Sưu tầm tài liệu, tham khảo ý kiến của thầy hướng dẫn.
 Tiến hành nghiên cứu chọn lọc, sắp xếp nội dung đề tài.
 Lập đề cương cụ thể.
 Trao đổi nội dung với giáo viên hướng dẫn.
 Tập hợp ý kiến của giáo viên hướng dẫn, tài liệu tham khảo, viết đề tài, đánh máy,
nộp bản thảo, chỉnh sửa.
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 1
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
 Nộp đề tài cho giáo viên phản biện, tham khảo ý kiến, chỉnh sửa.
 Viết báo cáo, tóm tắt đề tài, tập báo cáo thử.
 Nộp đề tài cho hội đồng bảo vệ.
 Bảo vệ đề tài.
PHẦN NỘI DUNG
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 2
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY ĐIỆN
1.1. ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN
1.1.1. Định nghĩa
Máy điện là thiết bị điện từ , nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Về cấu tạo gồm mạch từ (lõi thép), mạch điện (dây quấn). Ứng dụng dùng để biến đổi các
dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng và ngược lại. Ngoài ra dùng để biến đổi điện
áp, dòng điện, tần số, số pha …
1.1.2. Phân loại
Có nhiều cách phân loại (theo công suất, cấu tạo, chức năng, dòng điện, nguyên lý
làm việc …). Nhưng tổng quát và cơ bản nhất đó là dựa vào nguyên lý biến đổi năng lượng
thì máy điện được chia làm các loại sau:

• Máy điện tĩnh
• Máy điện có phần động
1.1.2.1. Máy điện tĩnh
Đặc trưng cho máy điện tĩnh đó là máy biến áp. Máy điện tĩnh nhìn chung dùng để
biến đổi thông số điện năng, do tính chất thuận nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, sự
biến thiên từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối với nhau.
Ví dụ: Máy biến áp biến đổi các thông số U
1
, I
1
, f thành U
2
, I
2
, f hoặc ngược lại.

Hình 1.1:Sơ đồ biểu diễn tính thuận nghịch của máy biến áp và kí hiệu của nó trên sơ đồ
điện
1.1.2.2. Máy điện có phần động
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 3
U
1
; I
1
; f U
2
; I
2
; f

Máy biến áp
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
Thường gọi là máy điện quay. Nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện
từ, lực điện từ, do từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với
nhau gây ra. Thường gặp trong thực tế là động cơ hoặc máy phát.


Hình 1.2: Sơ đồ biến đổi thuận nghịch của máy điện
Hình 1.3: Sơ đồ phân loại các máy điện thường gặp
1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ CƠ BẢN DÙNG TRONG MÁY
ĐIỆN
1.2.1. Định luật cảm ứng điện từ
1.2.1.1. Trường hợp từ thông biến thiên xuyên qua vòng dây
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 4
P
điện
Máy điện
P
cơ
Máy điện
Máy điện tĩnh 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
không
đồng
bộ
Máy
phát
không
đồng
bộ
Động
cơ
đồng
bộ
Động
cơ
một
chiều
Máy
phát
một
chiều
Máy
phát
đồng
bộ
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
Khi từ thông Φ = Φ(t) xuyên qua vòng dây biến thiên trong vòng dây sẽ cảm ứng sức
điện động e(t). Suất điện động đó có chiều sao cho dòng điện do nó sinh ra tạo ra từ thông
chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó (hình 1.4).

Hình 1.4: Chiều dương suất điện động cảm ứng phù hợp với từ thông theo qui tắc vặn nút
chai
Suất điện động cảm ứng trong một vòng dây được tính theo công thức Măcxoen:
e =
dt
d
Φ
−
(1.1)
Nếu cuộn dây có N vòng, suất điện động cảm ứng là:
e =
dt
d
dt
d
N
Ψ
−=
Φ
−
(1.2)
Trong đó,
Φ=Ψ
N
(Wb) gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây.
Đơn vị của từ thông là Webe (Wb), đơn vị của suất điện động là Vôn (V).
1.2.1.2. Trường hợp thanh dẫn chuyển động thẳng góc trong từ trường
Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức từ trường (đó là trường hợp
thường gặp nhất trong máy phát điện), trong thanh dẫn cảm ứng suất điện động có trị số là :
e = Blv (1.3)

trong đó : B: độ lớn của vectơ cảm ứng từ đo bằng Tesla (T)
l : chiều dài tác dụng của thanh dẫn (m)
v: vận tốc dài của thanh dẫn (m/s)
Còn chiều suất điện động cảm ứng xác định theo qui tắc bàn tay phải
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 5
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
Hình 1.5: Sơ đồ biểu diễn chiều của suất điện động
1.2.2. Định luật lực điện từ
Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường, thanh dẫn sẽ
chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:
F
đt
= B.l.i (1.4)
Trong đó:
B: độ lớn của vectơ cảm ứng từ đo bằng Tesla (T)
l: chi
ề
u dài hi
ệ
u
dụng của
thanh
dẫn đo bằng mét
(m).
i: dòng đi
ệ
n ch
ạ
y trong thanh

dẫn đo bằng Ampe
(A).
F
đt
: lực đi
ệ
n từ đo bằng Newton (N)
Chi
ề
u của lực điện từ xác định theo quy
tắc
bàn tay trái
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 6
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
Hình 1.6 Sơ đồ biểu diễn chiều của lực điện từ
1.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN.
Máy điện có tính thuận nghịch, nghĩa là nó có thể làm việc ở chế độ máy phát điện
hoặc động cơ điện.
1.3.1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện
Dùng động cơ sơ cấp tác dụng vào thanh dẫn một lực cơ học F
cơ
, thanh dẫn sẽ chuyển
động với vận tốc v trong từ trường của nam châm N – S , trong thanh dẫn sẽ cảm ứng suất
điện động cảm ứng e. Nếu hai đầu thanh dẫn được nối với tải (R), sẽ có dòng điện i chạy
qua thanh dẫn và tải. Nếu bỏ qua điện trở của thanh dẫn và nối, điện áp đặt vào tải là:
u = e
Công suất máy phát cung cấp cho tải là:
P = ui = ei ( 1.5)
Dòng điện i nằm trong từ trường của nam châm N – S lại chịu tác dụng của lực điện từ

(F
đt
):
F
đt
= Bli (1.6)
Và có chiều như hình vẽ:
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 7
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
Hình 1.7: Sơ đồ biểu diễn chiều của dòng điện trong từ trường của nam châm N - S
Khi lực điện từ cân bằng lực cơ của động cơ sơ cấp, tức F
cơ
= F
đt
, máy sẽ quay đều.
Nhân hai vế của biểu thức trên với tốc độ v ta có:
F
cơ
v = F
đt
v = B.l.i.v = e.i (1.7)
Điều này có nghĩa là công suất của động cơ sơ cấp P
cơ
= F
cơ
v đã được biến đổi thành công
suất điện P
điện
= e.i , tức là cơ năng đã được biến thành điện năng ở máy phát điện.

1.3.2. Nguyên lý làm việc của động cơ điện.
Nếu đặt một điện áp U từ nguồn điện bên ngoài vào một thanh dẫn trong từ trường
của nam châm N – S.
Trong thanh dẫn sẽ có dòng điện i chạy qua theo định luật lực điện từ, thanh dẫn sẽ chịu tác
dụng của lực điện từ:
F
đt
= Bli
Và chuyển động với vận tốc v có chiều như hình vẽ:
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 8
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
Hình 1.8: Sơ đồ biểu diễn chiều của dòng điện trong thanh dẫn
Công suất điện đưa vào động cơ là:
P
đ
= ui = ei = Blvi = F
đt
v (1.8)
Nghĩa là, công suất điện P
đ
= u.i đưa vào động cơ đã được biến thành công suất cơ
P
cơ
= F
đt
v trên trục động cơ, tức điện năng đã biến thành cơ năng trong động cơ điện.
1.3. ĐỊNH LUẬT MẠCH TỪ
Trong các máy điện, lõi thép là mạch từ của máy. Mạch từ là mạch khép kín dùng để
dẫn từ thông. Định luật mạch từ là định luật dòng điện toàn phần áp dụng vào mạch từ. Nội

dung của định luật dòng điện toàn phần như sau:

Nếu
H
→
là vectơ cường độ từ trường do một tập hợp dòng điện i
1,
i
2, …
i
k, …,
i
n.
tạo ra và nếu L
là một đường cong kín bao quanh chúng thì:
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 9
Hình 1.9.1 . Minh
họa định luật dòng
điện toàn phần
Hình1.9.3. Mạch từ
có khe hở không khí
và hai cuộn dây
Hình1.9.2 . Mạch
từ đồng nhất có
một cuộn dây
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
( )
k
L

H dl i
→ →
=
∑
∫
Ñ
(1.9)
Với
→
ld
là độ dời vi phân trên (L) .Dấu của i
k
xác định theo qui tắc vặn nút chai: quay cái
vặn nút chai theo chiều
→
ld
, chiều tiến của vặn nút chai trùng với chiều dòng điện i
k
thì
dòng điện i
k
mang dấu dương, còn ngược lại lấy dấu âm.
Định luật dòng điện toàn phần áp dụng vào mạch từ đồng chất có một cuộn dây như hình
1.9.1 ta có như sau:
H.l=Ni=F (1.10)
Với: H
l
=
1B l
l R

S
µ
µ µ
= Φ = Φ
Vậy H
l
=
Φ
µ
R
=Ni=F
Trong đó:
H (A/m): Cường độ từ trường trong mạch từ
B=µH (T): Tự cảm (mật độ từ thông) trong mạch từ.
µ=µ
r.
µ
o
(H/m): Độ từ thẩm tuyệt đối của mạch từ.
µ
o
=4π.10
-7
(H/m): độ từ thẩm của không khí.
µ
r
= µ/ µ
o
: độ từ thẩm tương đối của mạch từ.
l

(m): chiều dài trung bình của mạch từ.
N: số vòng dây của cuộn dây
i (A): gọi là dòng điện từ hóa, tạo ra từ thông cho mạch từ.
F= Ni (A): gọi là sức từ động (stđ)
H.
l
: gọi là từ áp rơi trong mạch từ.
R
µ
=
S
l
µ
1
(A/Wb) từ trở của mạch từ.
S (m
2
): tiết diện ngang của mạch từ
Cũng áp dụng định luật dòng điện toàn phần vào mạch từ gồm hai đoạn có chiều dài l
1
và l
2
tiết diện S
1
và S
2
, hình 1.9.3,ta có:
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 10
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song

H
1.

l
1
– H
2
.
l
2
=N
1
i
1
– N
2
.i
2
(1.11)
Trong đó:
H
1
, H
2
(A/m): cường độ từ trường tương ứng trong đoạn mạch từ 1, 2.
l
1,
l
2
(m): chiều dài trung bình của đoạn mạch 1, 2.

N
1
.i
1
, N
2
. i
2
(A): suất từ động của cuộn dây 1, 2.
Một cách tổng quát, mạch từ gồm m đoạn ghép nối tiếp định luật mạch từ được viết:
1 1 1 1
m m m m
j j j k k
k
j j k k
H l R N F F
i
µ
= = = =
= Φ = = =
∑ ∑ ∑ ∑
(1.12)

Trong đó, dòng điện i
k
nào có chiều phù hợp với chiều từ thông φ đã chọn theo qui tắc vặn
nút chai sẽ mang dấu dương, còn ngược lại sẽ mang dấu âm; j: chỉ số tên đoạn mạch từ; k:
chỉ số tên cuộn dây có dòng điện.
1.5. CÁC VẬT LIỆU CHẾ TẠO MÁY ĐIỆN
Vật liệu chế tạo máy điện gồm vật liệu cấu trúc, vật liệu tác dụng và vật liệu cách

điện, vật liệu kết cấu. Vật liệu cấu trúc là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động
cơ học như trục, ổ trục, thân máy, nắp. Vật liệu tác dụng là vật liệu dùng để chế tạo những
bộ phận dẫn điện và từ. Vật liệu cách điện dùng để cách điện giữa phần dẫn điện với không
dẫn điện và giữa các phần dẫn điện với nhau. Còn vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các
chi tiết chịu các tác động cơ học.
1.5.1. Vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện để chế tạo máy điện tốt nhất là đồng vì chúng không đắt lắm và có
điện trở suất nhỏ. Ngoài ra còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau, đồng
photpho. Dây đồng hoặc dây nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn và trung bình, điện áp
dưới 1000V thường dùng dây dẫn bọc êmay vì lớp cách điện của nó mỏng và đạt độ bền
yêu cầu.
1.5.2. Vật liệu dẫn từ
Vật liệu dẫn từ trong máy điện là vật liệu sắt từ như thép kỹ thuật điện, gang, thép
đúc, thép rèn,…
Ở các phần dẫn từ có từ thông biến đổi với tần số 50Hz thường dùng thép lá kỹ thuật
điện dày 0,35 ÷ 1mm, trong thành phần thép có từ 2 ÷ 5% silic để tăng điện trở của thép,
giảm dòng điện xoáy. Thép kỹ thuật điện được chế tạo bằng phương pháp cán nóng hoặc
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 11
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
cán nguội. Hiện nay thường dùng thép cán nguội để chế tạo các máy điện vì thép cán nguội
có độ từ thẩm cao hơn và suất tổn hao nhỏ hơn thép cán nóng. Trên hình 1.10 trình bày
đường cong từ hóa của một số vật liệu dẫn từ khác nhau. Cùng một dòng điện kích từ, ta
thấy thép kĩ thuật điện có từ cảm lớn nhất, sau đó là thép đúc và cuối cùng là gang.
Ở các phần dẫn từ có từ thông thay đổi thường dùng thép đúc, thép rèn hoặc lá thép.
Hình 1.10 Đường cong từ hóa của một số vật liệu
1.5.3. Vật liệu cách điện
Vật liệu cách điện trong máy điện phải có cường độ cách điện cao , chịu nhiệt tốt, tản
nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học. Cách điện bọc dây dẫn chịu được nhiệt độ cao thì
nhiệt độ cho phép của dây càng lớn và dây dẫn chịu được dòng tải lớn.

Chất cách điện của máy điện phần lớn ở thể rắn và gồm có 4 nhóm:
a) Chất hữu cơ thiên nhiên như giấy, lụa.
b)Chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thủy tinh.
c) Các chất tổng hợp.
d)Các loại men và sơn cách điện.
Chất cách điện tốt nhất là mica nhưng đắt. Giấy, vải, sợi…. rẻ nhưng dẫn nhiệt và cách
điện kém, dễ bị ẩm. Vì vậy chúng phải được tẩm sấy để cách điện tốt hơn.
Căn cứ độ bền nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra các cấp như sau:
- Cấp Y: Nhiệt độ cho phép là 90
0
C, bao gồm bông, giấy, vải, tơ lụa, sợi tổng hợp,
không được tẩm sấy bằng sơn cách điện.
- Cấp A: Nhiệt độ cho phép là 150
0
C, bao gồm vải sợi xenlulô, sợi tự nhiên hoặc nhân
tạo được qua tẩm sấy bằng sơn cách điện.
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 12
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
- Cấp E: Nhiệt độ cho phép là 120
0
C, bao gồm màng vải, sợi tổng hợp gốc hữu cơ có
thể chịu được nhiệt độ tương ứng.
- Cấp B: Nhiệt độ cho phép là 130
0
C, bao gồm các vật liệu gốc mica, sợi thủy tinh
hoặc amiăng được liên kết bằng sơn hoặc nhựa gốc hữu cơ có thể chịu được nhiệt độ
tương ứng.
- Cấp F: Nhiệt độ cho phép là 155
0

C, giống như B nhưng được tẩm sấy và kết dính
bằng sơn hoặc nhựa tổng hợp có thể chịu được nhiệt độ tương ứng.
- Cấp H: Nhiệt độ cho phép là 180
0
C, giống như B nhưng dùng sơn tẩm sấy hoặc chất
kết dính gốc silic hữu cơ hoặc các chất tổng hợp có khả năng chịu được nhiệt độ tương
ứng.
- Cấp C: Nhiệt độ cho phép là >180
0
C, bao gồm các vật liệu gốc mica, thủy tinh và
các hợp chất của chúng dùng trực tiếp không có chất liên kết. Các chất vô cơ có phụ
gia liên kết bằng hữu cơ và các chất tổng hợp có khả năng chịu được nhiệt độ tương
ứng.
Ngoài ra còn có chất cách điện ở thể khí (không khí) và thể lỏng ( dầu biến áp)
Khi máy điện làm việc, do tác động của nhiệt độ, chấn động và các tác động lý hóa khác
cách điện sẽ bị lão hóa nghĩa là mất dần các tính bền về điện và cơ. Thực nghiệm cho biết,
khi nhiệt độ tăng quá nhiệt độ làm việc cho phép 8-10
0
C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện
giảm đi một nửa.
1.5.4. Vật liệu kết cấu
Vật liệu kết cấu là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như trục, ổ
trục, vỏ máy, nắp máy. Trong máy điện, các vật liệu kết cấu thường là gang, thép lá, thép
rèn, kim loại màu và hợp kim của chúng, các chất dẻo.
1.6. PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY ĐIỆN
Trong quá trình biến đổi năng lượng luôn có sự tổn hao. Tổn hao trong máy điện
gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy) trong thép, tổn hao đồng trong dây
quấn và tổn hao do ma sát ( ở máy điện quay). Tất cả các tổn hao năng lượng đều biến
thành nhiệt làm cho máy điện nóng lên.
Để làm mát máy điện, phải có biện pháp tản nhiệt ra môi trường xung quanh. Sự tản nhiệt

không những phụ thuộc vào sự đối lưu không khí xung quanh hoặc của môi trường làm
mát khác như dầu máy biến áp… Thường vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt
và máy điện có hệ thống quạt gió để làm mát.
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 13
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
Kích thước của máy, phương pháp làm mát phải được tính toán và lựa chọn để cho độ tăng
nhiệt của vật liệu cách điện trong máy không vượt quá độ tăng nhiệt cho phép, đảm bảo
cho vật liệu cách điện làm việc lâu dài, tuổi thọ của máy khoảng 20 năm.
Khi máy điện làm việc ở chế độ định mức, độ tăng nhiệt của các phần tử không được vượt
quá độ tăng nhiệt cho phép. Khi máy quá tải độ tăng nhiệt của máy sẽ vượt quá nhiệt độ
cho phép, vì thế không cho phép máy làm việc quá tải lâu dài.
1.7. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Việc nghiên cứu máy điện gồm các bước sau:
• Mô tả các hiện tượng vật lí xảy ra trong máy điện.
• Dựa vào các định luật vật lí, viết phương trình toán học mô tả sự làm việc của máy
điện. Đó là mô hình toán của máy điện.
• Từ mô hình toán thiết lập mô hình mạch, đó là sơ đồ thay thế của máy điện.
• Từ mô hình toán và mô hình mạch, tính toán các đặc tính và nghiên cứu máy điện,
khai thác sử dụng theo các yêu cầu cụ thể.
CHƯƠNG 2: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 14
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
Ngày nay mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rất rộng rãi, song máy điện một
chiều vẫn tồn tại và đóng vai trò quan trọng đặc biệt là động cơ một chiều. Động cơ một
chiều thường được sử dụng ở những nơi yêu cầu mômen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều
chỉnh tốc độ liên tục trong phạm vi rộng.
Trong các thiết bị tự động, ta thấy các máy điện khuyếch đại, các động cơ chấp hành cũng
là máy điện một chiều. Ngoài ra, các máy điện một chiều còn thấy trong các thiết bị điện

ôtô, tàu thủy, máy bay… Các máy phát điện một chiều điện áp thấp dùng trong các thiết bị
điện hóa, thiết bị hàn điện có chất lượng cao.Máy phát điện một chiều còn dùng làm máy
kích từ cho máy phát điện đồng bộ công suất lớn.
Thiếu sót chủ yếu của máy điện một chiều là có cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền
và kém tin cậy, nguy hiểm trong môi trường dễ nổ. Khi sử dụng động cơ một chiều, cần có
nguồn điện một chiều kèm theo (máy phát điện một chiều hay bộ chỉnh lưu).
2.1. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Máy điện một chiều có cấu tạo gần
giốn
g với máy điện xoay chiều rotor dây
qu
ấn, bao
gồm:

stator,
ro
tor, cổ góp và chổi
than.
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 15
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song


Hình 2.1. Các thành phần của máy điện một chiều
2.1.1. Stator
Còn gọi là phần cảm, gồm có 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 có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ
lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi thép cực từ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện hay thép

cácbon dày 0,5mm hay 1mm được ép chặt và tán lại. Trong máy điện nhỏ có thể dùng thép
khối. Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy bằng bulông. Dây quấn kích từ được làm bằng
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 16
stator rotor cổ góp nắp máy
Bợ trục
Trục
Cổ góp
Chổi quét
Nắp máy
Phần ứng
stator
Vỏ máy
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
đồng bọc cách điện, được quấn thành từng cuộn, mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ
thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi lồng vào thân lõi thép cực từ. Các cuộn dây
ở các cực từ chính được nối nối tiếp nhau sao cho khi có dòng điện chạy qua chúng thì hình
thành các cực từ trái dấu xen kẽ.

Hình 2.2. Cực từ chính trong máy điện một chiều: a) Bốn cực; b) Sáu cực
1. Cuộn dây kích từ; 2. Vỏ máy ( gông từ); 3. Lõi thép; 4. Bulông
b.Cực từ phụ:
Cực từ phụ gồm có lõi thép và dây quấn. Lõi thép thường làm bằng thép khối còn dây
quấn cực từ phụ có cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được đặt xen kẽ
với cực từ chính và được dùng để cải thiện đổi chiều. Dây quấn cực từ phụ được nối nối
tiếp với dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông.
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 17
3
1

2



4
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
c. Vỏ máy ( Gông từ ):
Gông từ làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong máy điện công
suất lớn gông từ làm bằng thép đúc, còn máy điện công suất vừa và nhỏ thường dùng thép
tấm cuốn lại và hàn.
d. Cơ cấu chổi than:
Gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo. Hộp chổi
than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được
để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì cố định lại bằng
vít. Chổi than làm bằng than hay gra-phít, đôi khi ta trộn thêm bột đồng để làm tăng độ dẫn
điện. Chổi than có nhiệm vụ đưa dòng điện từ phần ứng ra ngoài hay ngược lại.

e. Nắp máy:
Nắp máy để bảo vệ dây quấn và đảm bảo an toàn cho con người. Đối với các máy
điện công suất vừa và nhỏ, nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi và thường làm bằng
gang.
2.1.2. Rotor:
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 18
Hình 2.4. Cơ cấu chổi than
1) Hộp chổi than, 2) Chổi
than, 3) Lò so ép, 4) Dây cáp
dẫn điện
Hình 2.3. Cực từ phụ
1) Lõi; 2) Cuộn dây

Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
Còn gọi phần ứng gồm lõi thép, dây quấn phần ứng và cổ góp.
`
Hình 2.5 Cấu tạo của rotor
a. Lõi thép rotor:
Hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật dày 0,5 mm phủ sơn cách điện, ghép lại để
giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây ra. Các lá thép được rập có lỗ thông gió và rãnh để đặt
dây quấn phần ứng. Trong những máy cỡ trung bình trở lên đôi khi còn có lỗ để tạo sự
thông gió dọc trục còn ở máy lớn hơn thì lõi sắt được chia thành từng đoạn nhỏ, giữa các
đoạn ấy ta để một khe hở để thông gió ngang trục.

b. Dây quấn phần ứng:
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra sức điện động cảm ứng và có dòng điện chạy qua.
Dây quấn phần ứng làm bằng đồng có bọc cách điện, có tiết diện hình tròn (đối với máy có
công suất bé) hay hình chữ nhật (đối với máy công suất lớn) được đặt trong các rãnh của
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 19
lõi thép
Trục máy
Bợ trục
Cổ góp
Dây quấn phần ứng
Hình 2.6. Lá thép phần ứng
1) Trục máy, 2) Lỗ thông gió dọc
trục, 3) Rãnh, 4) Răng
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
lõi thép theo một sơ đồ cụ thể và được cách điện với rãnh. Để tránh dây quấn bị văng ra khi
rotor quay (lực ly tâm), ở miệng rãnh có dùng nêm bằng tre hay bakelit.
c. Cổ góp:
Cổ góp gồm có các phiến góp bằng đồng có đuôi én được ghép lại thành hình trụ tròn,

giữa các phiến góp được cách điện với nhau bằng các tấm mica dày 0,4 đến 1,2mm. Hai
đầu vành én có 2 vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và phiến góp cũng được
cách điện bằng các tấm mica. Đuôi vành góp nhô cao lên một ít để hàn các đầu dây của
phần tử nối với phiến góp. Thông qua chổi điện và cổ góp, dòng điện xoay chiều trong dây
quấn rotor được đổi thành dòng điện một chiều đưa ra mạch ngoài, do đó cổ góp còn gọi là
vành đổi chiều.

d. Các bộ phận khác
Các bộ phận khác gồm có:
Cánh quạt dùng để quạt gió làm mát máy. Máy điện một chiều thường chế tạo theo kiểu
bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục máy. Khi máy quay,
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 20
Hình 2.7. Phiến đổi chiều (a), (b) và cổ góp (c)
1. Phiến góp; 2,3. ốp hình chữ V; 4. cách điện bằng mi ca;
5. rãnh nối dây; 6. vành đệm cách điện; 7.bulông xiết.
(a) (c)(b)
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi
qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy.
Trục quay làm bằng thép cácbon tốt. Trên trục máy lắp lõi sắt phần ứng, vành góp, cánh
quạt.
2.2 CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC
Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà
xưởng chế tạo đã quy định. Chế độ đó được đặc trưng bởi những đại lượng ghi trên nhãn
máy và gọi là những lượng định mức. Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau:
• Công suất định mức P
đm
(W hay kW)
• Điện áp định mức U

đm
(V)
• Dòng điện định mức I
đm
(A)
• Tốc độ định mức n
đm
(vòng/phút)
Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu về điều
kiện sử dụng v.v…
Cần chú ý là công suất định mức ở đây là chỉ công suất đưa ra của máy điện. Đối với máy
phát điện, đó là công suất điện đưa ra ở đầu máy. Đối với động cơ điện thì đó là công suất
cơ đưa ra ở đầu trục.
2.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Máy điện một chiều có thể làm việc ở chế độ máy phát điện, động cơ điện dựa vào
nguyên lý cảm ứng điện từ.

Hình 2.8. Sơ đồ khối chỉ chế độ làm việc của máy điện một chiều
2.3.1. Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều
Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ
trường của cực từ, cảm ứng các sức điện động. Chiều sức điện động xác định theo quy tắc
bàn tay phải và giá trị tức thời được tính theo biểu thức:
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 21
Luận văn tốt nghiệp Máy phát điện một chiều kích từ song song
e=B.l.v (2.1)
· B: cảm ứng từ nơi thanh dẫn quét qua
· v: vận tốc quét của thanh dẫn; l: chiều dài tác dụng của thanh dẫn

Hình 2.9. Mô tả nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều trong đó dây quấn phần

ứng chỉ có 1 phần tử nối với 2 phiến đổi chiều.
Theo hình 2.9 từ trường hướng từ cực N đến S, chiều quay phần ứng ngược chiều kim
đồng hồ, ở thanh dẫn phía trên sức điện động có chiều đi từ b đến a. Ở thanh dẫn phía dưới
chiều sức điện động đi từ d đến c. Sức điện động của phần tử bằng 2 lần sức điện động của
thanh dẫn. Nếu nối 2 chổi điện A và B với tải, trên tải sẽ có dòng điện, điện áp của máy
phát điện có cực dương ở chổi A và cực âm ở chổi B.
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của phần tử thay đổi, thanh ab ở cực S,
thanh dc ở cực N, sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều. Nhờ có chổi điện đứng yên,
chổi A vẫn nối với phiến góp phía trên, chổi B nối với phiến góp phía dưới nên chiều dòng
điện ở mạch ngoài không đổi. Ta có máy phát điện một chiều với cực dương ở chổi A và
cực âm ở chổi B. Để điện áp lớn và ít chập mạch, dây quấn phải có nhiều phần tử và nhiều
phiến đổi chiều.
Ở chế độ máy phát điện, dòng điện phần ứng I
ư
cùng chiều với sức điện động phần ứng E
ư
.
Phương trình cân bằng điện áp là:
U= E
ư
-R
ư
I
ư
(2.2)
R
ư
I
ư
: là điện áp rơi trên dây quấn phần ứng; R

ư
là điện trở của dây quấn phần ứng
GVHD: Ths. Lê Văn Nhạn SVTH: Nguyễn Chung Hoàng Oanh
Trang 22