Bài giảng máy điện I - Phần 1 Máy điện một chiều - Chương 4 pps

 4-1: TỪ TRƯỜNG LÚC KHÔNG TẢI
 4-2: TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI
Next
Phần I
Back
CHƯƠNG 4 : TỪ TRƯỜNG
TRONG MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
 4-1: TỪ TRƯỜNG LÚC KHÔNG TẢI
1.Từ trường chính và từ trường tản:
Từ thông chính là từ thông đi qua
khe hở không khí giữa phần ứng và
cực từ trong phạm vi 1 bước cực.

0
Từ thông của cực từ được tính như sau:

c
= 
0
+

= 
0
(1+

) = 
0
.
t
Next

Chương 4
Back
0



Với 
t
= 1+ là hệ số tản từ của cực từ chính.


2. Sức từ động cần thiết để sinh ra từ thông:
- Do mạch từ hoàn toàn đối xứng và sức từ động ở các cực từ như
nhau nên ta chỉ cần tính cho 1 đôi cực.
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
- Để có từ thông chính 
0
ta cần cung cấp cho dây quấn kích
thích 1 sức từ động F
0
nào đó. Để đơn giản cho việc tính toán ta dùng
cách phân đoạn mạch từ thành 5 đoạn: khe hở không khí (), răng
phần ứng (h
r
), lưng phần ứng (l
ư
), cực từ (h
c
), gông từ (l
G

).
Next
Chương 4
Back

B
S

Khi đó sức từ động cần thiết cho 1 đôi cực sẽ tính như sau:
F
0
=  I.W =  H.l = 2H

. + 2H
r
.h
r
+ H
ư
.l
ư
+ 2H
c
.h
c
+ H
G
.l
G
= F


+ F
r
+ F
ư
+ F
c
+ F
G
Trong đó: h chỉ chiều cao, l chỉ chiều dài.
Trong mỗi đoạn đó cường độ từ trường được tính: H = với B =
, S,  là từ thông, tiết diện, hệ số từ thẩm của các đoạn.
a) Sức từ động trên khe hở F

: F

= 2H

.
* Khi phần ứng nhẵn:
- Do khe hở giữa cực từ và phần ứng không đều: ở giữa thì khe hở
nhỏ, 2 đầu mép cực từ khe hở lớn: 
max
= (1,5  2,5) nên phân bố từ
cảm ở những điểm thẳng góc với bề mặt phần ứng cũng khác nhau.
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
h
c
h
c

h
r
h
r

l
ư
l
G


B


b

- Để đơn giản ta thay đường cong từ cảm thực tế
bằng 1 hình chữ nhật có chiều cao là B

và đáy là
b

= 

. sao cho diện tích hình chữ nhật bằng
diện tích bao bởi đường cong thực tế. (b

là cung
tính toán của cực từ còn 


là hệ số tính toán
cung cực).
Trong MĐMC có cực từ phụ thì 

= 0,62  0,72;
ở MĐMC không có cực từ phụ thì 

= 0,7  0,8
NextBack
- Phân bố từ cảm dưới 1 cực từ biểu diễn
như hình vẽ. Từ cảm ở giữa cực từ có giá trị lớn
nhất còn ở 2 mép cực trị số giảm dần và ở đường
trung tính hình học giữa 2 cực từ thì bằng 0.
Chương 4
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Gọi l
ư
là chiều dài phần ứng theo dọc trục
và l
c
là chiều dài cực từ thì ta có chiều dài tính
toán l

= . Với l
ư
= l
1
- n
g
.b

g
n
g
,b
g
là số rãnh và chiều rộng rãnh thông gió.
2
ll
c


B

l

l
c
l
1
Từ cảm khe hở không khí:
Sức từ động được tính:










blS
B
.









.


bl
2
B
2H2F
00
1
* Khi phần ứng có răng:
- Khi tính toán ta phải quy đổi phần ứng
có răng về phần ứng nhẵn bằng cách tăng
khe hở không khí là ' = K

. với ' được
gọi là trị số tính toán của khe hở.
K


là hệ số khe hở:
t
1
là bước răng;
b
r1
là chiều rộng đỉnh răng





10b
10t
K
1r
1
Ta có sức từ động phần ứng khi có răng :
F

= 2.H

.' F

= 2.H

. K

. = 2.F
1

. K

= 2. .K

' = K

.





.
bl
0
Next
Chương 4
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
b
r1
t
1
b) Sức từ động trên răng phần ứng:
H
rtb
H
r1
t
1

b
r1
x
b
r2
t
2
H
r2
Từ thông đi qua 1 bước răng t
1
là 
t
= B

.l

.t
1
Xét 1 tiết diện đồng tâm với mặt phần
ứng, cách đỉnh răng 1 khoảng x thì từ thông
đi qua tiết diện đó gồm 2 thành phần:
xrrxt






Chia 2 vế của (1) cho S

rx
(tiết diện răng) ta có:
(1)
rx
xr
rx
rx
rx
t
SSS






rx
rx
t
B
S



rx
rx
rx
B
S



là trị số từ cảm tính toán và thực tế của răngvà
Next
Chương 4
Back
(1’)
Với phần ứng có răng và rãnh khi từ thông đi qua khe hở
không khí thì phân làm 2 mạch song song đi vào răng và rãnh phần
ứng. Do từ dẫn của thép lớn hơn không khí nhiều nên đại bộ phận từ
thông đi vào răng. t
1
là bước đỉnh răng
t
2
là bước chân răng
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
*) ý nghĩa của B’
rx
:
Coi toàn bộ từ thông đều đi qua răng phần ứng (mạch từ chưa
bão hoà). Khi B
’
tx
> 1,8 Tesla thì mạch từ bắt đầu bão hoà, từ trở tăng
dần, ta không thể bỏ qua từ cảm trên rãnh. Khi đó thành phần thứ 2
của biểu thức (1') biểu diễn như sau:
rxxr0rxxr
rx
xr
xr

xr
rx
xr
KHKB
S
S
SS









(2)
- Giả thiết rằng những mặt cắt hình trụ ngang răng và rãnh ở các độ
cao x đều là những mặt đẳng trị của từ trường thì khi đó có thể xem
như H
rx
= H
r’x
Thay vào (1'):
rxrx0rxrx
KHBB





(3)
Giá trị biểu thức này có thể tìm được từ đường cong từ hoá B = f(H)
và qua các bước tính cụ thể sau:
+ Vẽ đường cong từ hoá của lõi sắt phần ứng
Khi đã biết kích thước của răng và rãnh ta có:
1
klb
lt
S
S
K
crx
x
rx
xr
rx




Với: K
c
là hệ số ép chặt lõi sắt; S
tx
,t
x
là tiết diện răng và bước răng
ở độ cao x; l
ư
, l


là chiều dài thực và tính toán của lõi sắt.
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
B
(2)
(1)
0
H
rx
H
rxrx0
KH

B
rx
+ Từ đường cong từ hoá cho các trị số của từ
cảm B
rx
ta tìm được H
rx
tương ứng  B’
rx
theo (3).
Sau đó vẽ đường biểu diễn (đường 2).
- Ngoài ra trị số từ cảm tính toán của răng cũng có
thể xác định theo biểu thức:
crx
1
rx
t

rx
klb
ltB
S
B






(4)
* Thực tế khi tính toán sức từ động răng chỉ cần tính H ở 3 điểm theo
chiều cao răng: đỉnh răng, chân răng và giữa chiều cao răng. Khi đó
trị số tính toán của cường độ từ trường trung bình bằng:


2rrtb1rr
HH4H
6
1
H 
(5)
Gọi h
r
là chiều cao răng thì sức từ động răng đối với 1 đôi cực là:
F
r
= 2. H
r

. h
r
(6)
* Để đơn giản ta chỉ cần xác định từ cảm và từ trường ở tiết diện cách
chân răng 1/3 làm trị số tính toán. Khi đó ta có: F
r
= 2. H
r1/3
. h
r
(7)
Trong máy điện 1 chiều từ cảm ở nơi hẹp nhất của răng = 1,8  2,3 T.
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
c) Sức từ động trên lưng phần ứng:
Từ thông sau khi đi qua khe hở không khí vào phần ứng qua
răng và rãnh sẽ phân bố không đều: ở gần răng có từ cảm lớn hơn
nhưng sự khác biệt không lớn lắm nên có thể lấy từ cảm trung bình ở
lưng phần ứng để tính toán.
Từ cảm ở lưng phần ứng:
c
00
klh2S2S
B











Trong đó: là từ thông phần ứng;
là tiết diện lưng phần ứng.
2
0



c
klhS


Theo đường cong từ hoá từ B
ư
 H
ư
Khi đó sức từ động trên lưng phần ứng được tính: F
ư
= H
ư
.l
ư
Next
Chương 4
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
d) Sức từ động trên thân cực từ và gông từ:
Tính toán sức từ động cực từ ta phải xét đến ảnh hưởng của từ

thông tản. Khi đó từ thông ở cực từ lớn hơn từ thông chính: 
c
= 
0
.
t
với 
t
= 1,15  1,25 là hệ số tản từ.
Thực tế do 

tản ra khắp cực từ nên từ thông ở các phần trên
cực từ và gông từ cũng khác nhau. Nhưng để đơn giản hoá tính toán
ta coi như trên cực từ và gông từ có từ thông không đổi. (
G
= 1/2
c
)
Ta có: và
Với S
c
và S
G
là tiết diện cực từ và gông từ
c
c
c
S
B



G
c
G
S2
B


Sức từ động cực từ và gông từ:
F
c
= 2.H
c
.h
c
h
c
: chiều cao cực từ
F
G
= H
G
.l
G
l
G
: chiều dài trung bình của gông từ.
Next
Chương 4
Back

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
3. Đường cong từ hoá của MĐMC:
Đường biểu diễn quan hệ giữa 
0
và F
0
gọi là đường cong từ hoá của MĐMC.

F
0
a b c

đm
Nếu kéo dài đoạn tuyến tính ta được quan
hệ 

= f(F

). Khi từ thông đạt giá trị định mức
thì đoạn ab đặc trưng cho sức từ động khe hở
còn đoạn bc đặc trưng cho sức từ động rơi trên
các phần sắt của mạch từ.
ab = F

 F
0
= ac = F

+ F
r

+ F
ư
+ F
c
+ F
G
bc = F
r
+ F
ư
+ F
c
+ F
G
Đặt thì k

là hệ số bão hoà của mạch từ.
ab
ac
k
F
F
0



Trong các MĐ để triệt để lợi dụng vật liệu và công suất khi điện
áp là định mức ta chọn điểm làm việc là điểm chớm bão hoà (điểm c:
điểm mà đường cong từ hoá bắt đầu cong với k


= 1,1 1,35).
Next
Chương 4
Back
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
 4-2: TỪ TRƯỜNG CỦA MÁY ĐIỆN KHI CÓ TẢI
1. Từ trường cực từ chính:
N
S
Từ hình vẽ phân bố từ trường của cực từ
chính của máy 2 cực ta thấy từ trường chính
nhận trục cực làm trục đối xứng và không thay
đổi vị trí trong không gian.
2. Từ trường phần ứng:
a) Chiều của từ trường phần ứng:
* Khi chổi than đặt trên trung tính hình học:
Chương 4
Back Next
- Trục sức từ động tổng của cả dây quấn sinh
ra luôn luôn trùng với trục chổi than.
Trung tính
hình học
N
ư
S
N
n
S
ư
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

* Nếu dịch chổi than khỏi trung tính hình
học ứng với 1 đoạn b trên phần ứng:
- Phân tích sức từ động phần ứng F
ư
thành 2 thành
phần: + Sức từ động ngang trục F
ưq
.
+ Sức từ động dọc trục: F
ưd
.
b) Sự phân bố từ trường trên bề mặt phần ứng:
* Khi chổi than ở trên đường trung tính hình học: (*)
Ta xét 1 mạch vòng đối xứng với điểm giữa của 2 chổi than thì
ở 1 điểm cách gốc là x sức từ động được tính như sau:
F
ưx
= A.2x (A/đôi cực)
A = (A/cm): là phụ tải đường của phần ứng.
i
ư
= là dòng trong thanh dẫn.


.
.
D
iN

a

2
I

Next
Back
Sức từ động sẽ lớn nhất khi x = . Khi đó: F
ư
= A.2. = A..
2

2

Chương 4
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
N
n
S
Trung tính
vật lý
Trung tính
hình học
N
C
D
n
S
A
B
b
b

(*)
F
ưd
F
ưq
F
ư
Next
Chương 4
Back
- Nếu bỏ qua từ trở của lõi thép thì
từ trở của mạch phần ứng chỉ còn là 2
khe hở không khí nên từ cảm của phần
ứng dưới mặt cực từ được biểu diễn:
B
ưx
= 
0
.H
ưx
= 
0
. = 
0
.
= 
0
. .x

2

F
x

2
x2A.

A
Dưới mỗi bước cực trong phạm vi 2b dòng điện sinh ra sức từ động
dọc trục còn trong phạm vi ( - 2b) dòng điện sinh ra sức từ động
ngang trục: F
ưd
= A.2b (A/đôi cực)
F
ưq
= A. ( - 2b)
F
ưx
A
/2
B
ưx
N S
Đ
F
* Khi chổi than dịch khỏi trung tính
hình học 1 khoảng b nào đó:
Tóm lại: từ trường phần ứng phụ thuộc vào vị trí của chổi than và
mức độ của tải.
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
(*)

Next
Chương 4
Back
3. Phản ứng phần ứng:
a) Khi chổi than đặt trên đường trung tính hình
học:
m
N
S
F
Đ
(4)
(3)
(1)
(2)
m
- Sự phân bố của từ trường do
từ trường cực từ chính và từ
trường phần ứng hợp lại như
sau:
(4): Từ trường tổng khi mạch từ
bão hoà.
(1): Từ cảm của cực từ chính.
(2): Từ trường phần ứng.
(3): Từ trường tổng khi mạch từ
chưa bão hoà.
*)Tóm lại:
Khi chổi than đặt trên trung tính hình học chỉ có phản ứng ngang trục
làm méo dạng từ trường khe hở và xuất hiện đường trung tính vật lý
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

m
m
Next
Chương 4
Back
b) Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học:
Phân tích sức từ động phần ứng thành 2 phần: F
ưq
và F
ưd
.
- Thành phần ngang trục F
ưq
có tác dụng làm méo dạng từ trường
cực từ chính và khử từ 1 ít nếu mạch từ bão hoà.
- Thành phần dọc trục F
ưd
ảnh hưởng trực tiếp đến từ trường cực từ
chính. Nó có tác dụng khử từ hoặc trợ từ tuỳ theo chiều xê dịch của
chổi than. (*)
Do yêu cầu của đổi chiều chỉ cho phép quay chổi than theo
chiều quay của phần ứng trong trường hợp máy phát còn động cơ
thì ngược lại.
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
4. Từ trường cực từ phụ:
S
f
N
N
f

S
S
f
Next
Back
F
Đ
(2)
(3)
(1)
Hb-1
Hb-2
Hb-3
(1): Sức từ động cực từ chính.
(3): Sức từ động cực từ phụ.
(2): Sức từ động phần ứng.
Hình b-3: Phân bố từ cảm.
Hình b-2: Sức từ động tổng.
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
Chương 4
Tác dụng của cực từ phụ
là sinh ra 1 sức từ động triệt
tiêu từ trường phần ứng
ngang trục và tạo ra từ
trường ngược chiều với từ
trường phần ứng ở khu vực
đổi chiều.
Next
Chương 4
Back

Hình c
3
: Cực từ phụ có
tác dụng trợ từ.


Hc
3
Hc
2
Hc
1
SN
N
f
S
f
S
F
Đ
Hình c
1
: Cực từ phụ
không ảnh hưởng tới từ
trường tổng.
Hình c
2
: Cực từ phụ có
tác dụng khử từ.


MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
- Khi chổi than đặt trên trung tính hình học thì cực từ phụ
không ảnh hưởng đến cực từ chính.
Cách nối cực từ phụ:
F
Đ
N
f
S
f
N
S
5. Từ trường dây quấn bù:
(1)
(2)
F
Đ
Next
Chương 4
Back
- Tác dụng của dây quấn bù là
sinh ra từ trường triệt tiêu phản
ứng phần ứng làm cho từ trường
khe hở về căn bản không bị méo
dạng nữa.
Đường (1): Sức từ động của
phản ứng phần ứng ngang.
Đường (2): Sức từ động của
dây quấn bù.
Đường (4): Phân bố từ trường tổng

khi có cả dây quấn bù và cực từ phụ.
Cách nối dây quấn bù:
Đường (3): Sức từ động khi không tải.
N N
f
S S
f
S
(3)
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
(4)