Máy điện 1 - Chương 6

PHẦN THỨ HAI
LÝ THUYẾT CHUNG
Chương 6
DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU
6.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Dây quấn của máy điện xoay chiều được bố trí ở hai bên khe hở trên lõi thép
của phần tĩnh và phần quay, và là bộ phận chính để thực hiện sự biến đổi năng
lượng cơ điện trong máy. Một cách tổng quát có thể chia dây quấn máy điện xoay
chiều ra làm hai loại : dây quấn phần cảm (dây quấn kích từ ); dây quấn phần ứng.
Dây quấn phần cảm có nhiệm vụ sinh ra từ trường ở khe hở lúc không tải. Từ
trường này trong các máy điện quay thường có cực tính thay đổi (hinh 6-1 và 6-2),
nghĩa là bố trí cực bắc N và nam S xen kẻ nhau dọc khe hở, kết quả là nếu ở cực S
đường sức từ đi vào mặt rotor theo hướng kính thì ở cực N đi ra khỏi mặt rotor.
115
Hình 6-1 Dây quấn kích từ quấn tập trung của máy điện đồng bộ
N
N
S
S
Rotor
Stator
N S SN
Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sđđ nhất định khi có
chuyển động tương đối trong từ trường khe hở và tạo ra stđ cần thiết cho sự biến
đổi năng lượng cơ điện. Rõ ràng rằng nếu từ trường khe hở có cực tính thay đổi thì
sđđ cảm ứng là sđđ xoay chiều. Do tính phức tạp của dây quấn phần ứng nên sau
đây ta chỉ xét chủ yếu dây quấn phần ứng ba pha máy điện máy điện xoay chiều.
6.2. DÂY QUẤN PHẦN ỨNG MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU
116
N S
Hình 6-2 Dây quấn kích từ quấn rãi của máy điện đồng bộ

N
S
Stator
Rotor
Để hình thành từ trường khe hở có cực tính N và S xen kẻ nhau, dây quấn
phần ứng (hình 6-3a) được tạo thành từ tổ hợp các bối dây (phần tử) với nhau. Mỗi
bối dây của dây quấn xếp (hình 6-3a) hoặc dây quấn sóng (hình 6-3b) gồm có N
vòng dây. Các phần ab, cd được đặt trong rãnh của lõi thép gọi là các cạnh tác
dụng, còn ad, bc nằm ngoài rãnh gọi là phần đầu nối.
Nói chung dây quấn máy điện xoay chiều phải đảm bảo được các yêu cầu sau
đây:
117
(a)
y
b
a
c
d
(b)
Hình 6-3. Dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều;
(b) Phần tử dây quấn xếp; c) Phần tử dây quấn sóng
y
b
a
c
d
(c)
Cạnh tác dụng
Phần dầu nối
(a)

• Đối với dây kích từ thì tạo ra từ trường hình sin ở khe hở, còn dây quấn
phần ứng đảm bảo có sđđ và dòng điện tương ứng với công suất điện từ
của máy.
• Kết cấu dây quấn phải đơn giản.
• Ít tốn nguyên vật liệu.
• Bề về cơ, điện, nhiệt, hóa.
• Lắp ráp và sửa chữa dễ dàng.
6.2.1. Các tham số đặc trưng của dây quấn máy điện xoay chiều
a. Bước cực:
Bước cực τ là khoảng cách giữa hai cực từ liên tiết nhau.
p2
Z
=τ
/số rãnh/. (6-1)
Trong đó, Z là số rãnh và 2p số cực từ của máy.
b. Bước dây quấn y:
Bước dây quấn y là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của một phần tử tính
bằng số rãnh (hình 6-3). Muốn có sđđ cảm ứng trong phần tử dây quấn lớn nhất
e
pt.max
thì bước dây quấn phải bằng bước cực nghĩa là y = τ và y còn phải là số
nguyên thì hai cạnh tác dụng của một phần tử dây quấn mới đặt được trong hai
rãnh cách mhau một khoảng y. Nếu y = τ gọi là dây quấn bước đủ, nếu y < τ ta có
dây quấn bước ngắn.
c. Bước tương đối
β
:
Bước tương đối β là tỉ số giữa bước dây quấn y và bước cực τ.
τ
=β

y
(6-2)
Trong đó, β = 1: dây quấn bước đủ.
β < 1 : dây quấn bước ngắn.
d. Số rãnh của một pha dưới một cực từ q:
pm
Z
q
2
=
/số rãnh/. (6-3)
Trong đó, m là số pha; còn q có thể là số nguyên, cũng có thể là phân số.
e. Góc độ điện giữa hai rãnh cạnh nhau:
Z
.p
p/Z
360360
==α
/độ điện/ (6-4)
f. Vùng pha của dây quấn:
α=γ
q
/độ điện/. (6-5)
6.2.2. Các loại dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều
118
Nếu trong một rãnh chỉ đặt một cạnh tác dụng của một phần tử, ta có dây
quấn một lớp như trình bày
trên hình 6-4. Như vây số
phần tử của dây quấn bắng
nửa số rãnh (S = Z/2, trong

đó S là số phần tử; Z là số
rãnh). Còn dây quấn hai lớp
là dây quấn mà trong một
rãnh đặt hai cạnh tác dụng
của hai phần tử khác nhau
như trình bày trên hình 6-5.
Như vậy số phần tử dây
quấn bằng số rãnh (
ZS
=
).
Ngoài ra, người ta còn
phân loại dây quấn theo số
phần tử của một pha dưới
một cực từ là dây quấn có q
là sô nguyên và dây quân có
q là phân số. Để hiểu rõ cách
nối các phần tử dây quấn ta
dùng sơ đồ khai triển. Sơ đồ
khai triển là sơ đồ nhận được
bằng cách cắt phần ứng bằng
một đường thẳng song song
với trục máy rồi trải nó ra
trên một mặt phẳng.
6.3. DÂY QUẤN BA PHA CÓ q LÀ SỐ NGUYÊN.
6.3.1. Dây quấn một lớp:
Dây quấn một lớp thường dùng trong các động cơ điện công suất dưới 7kW và
trong các máy pháy điện tuabin nước. Xét sơ đồ khai triển dây quấn một lớp của
máy điện xoay chiều ba pha có số liệu sau: Z = 24; 2p = 4; m =3. Trước hết ta thiết
lập hình sao sđđ cạnh tác dụng của dây quấn và sau đó vẽ giản đồ khia triễn.

Để vẽ hình sao sđđ cạnh tác dụng của dây quấn, ta tính các đại lượng đặc
trưng của dây quấn như sau:
0
00
30
24
360.2
Z
360p
===α
(độ điện);
2
2.3.2
24
mp2
Z
q
===
rãnh
6
4
24
p2
Z
===τ
;
6y
=τ=
;
00

602.30q.
==α=γ
(độ điện)
Ta vẽ hình sao cạnh tác dụng giữa hai rãnh cách nhau 30
0
, như trình bày trên
hình 6-6a. Cạnh tác dụng thứ 1÷12 hình thành hình sao sđđ, các tia lệch pha nhau
30
0
, ở đôi cực từ thứ nhất. Cạnh tác dụng thứ 13÷24 hình thành hình sao sđđ, ở đôi
cực từ thứ hai, do có vị trí giống nhau trong từ trường, nên hoàn toàn trùng với
hình sao của đôi cực từ thứ nhất. Chia hình sao sđđ đó thành 2m = 6 vùng pha, góc
mỗi vùng pha γ = q.α = 2.30
0
= 60
0
, lần lược gồm các vùng pha AX, BY, CZ, mỗi
119
Hình 6-4 Dây quấn một lớp
Hình 6-5 Dây quấn hai lớp
vùng pha có q = 2 rãnh và các pha A, B, C lệch pha 120
0
. Do hai cạnh tác dụng của
một bối dây cách nhau y = 6 rãnh nên ta biết được cạnh tác dụng của từng pha. Từ
hình sao sđđ ta thấy: pha A gồm hai bối dây (1-7), (2-8) dưới đôi cực từ thứ nhất
và (13-19), (14-20) dưới đôi cực từ thứ hai. Tương tự pha B gồm các bối dây (5-
11), (6-12); (17-23), (18-24) và pha C gồm các bối dây (9-15), (10-16); (21-3),
(22-4) (hình 6-6b). Như vậy mỗi pha có 4 bối dây, tổng số bối dây của dây quấn là
12. Cộng các véctơ sđđ của từng pha ta sẽ được sđđ pha của các pha A, B, C tương
ứng là

A
E

,
A
E

,
A
E

.
Đem mắc nối tiếp các phần tử thuôc cùng một pha với nhau ta được sơ đồ khai
triển dây quấn ba pha. Hình 6-7a trình bày một kiểu dây quấn với phần tử có kích
thước hoành toàn giống nhau có tên là dây quấn đồng khuôn. Trên hình 6-7b cho
ta thấy việc bố trí phần đầu nối dây quấn.
Từ sơ đồ khai triển dây quấn hình 6-7a, ta thấy:
+ Mỗi pha có hai (n =2) nhóm phần tử dây quấn.
+ Mỗi nhóm có hai (q =2) phần tử dây quấn.
+ Các phần tử của một nhóm phải mắc nối tiếp nhau. Không được nối
song song vì sđđ của các bối đây đặt liên tiếp nhau trong các rãnh lệch pha
nhau một góc α.
120
Hình 6-7 Sơ đồ khai triển dây quấn đồng khuôn (a) và bố trí phần đầu nối (b)
Hình 6-6 Hình sao sđđ rãnh (a) và phần tử (b)
(a)
(b)