LUẬN văn sư PHẠM vật lý cảm ỨNG điện từvà ỨNG DỤNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM

Luận văn tốt nghiệp đại học
Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ – TIN HỌC
Tên đề tài:

CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ VÀ ỨNG DỤNG

Giáo viên hướng dẫn:
ThS. Dương Quốc Chánh Tín

Sinh viên thực hiện:
Trần Trung Hiếu
MSSV: 1080273
Lớp: SP Vật lý – Tin học K34

Cần Thơ, 2012


LỜI CẢM ƠN
Người xưa có câu “uống nước nhớ nguồn, ăn quả nhớ kẻ trồng cây”, lời dạy
này mãi ghi sâu trong lòng em. Những tri thức mà bốn năm qua em nhận được, đúc
kết được là nhờ vào lòng nhiệt thành, tận tình chỉ dạy của quý thầy cô. Công lao ấy
có thể ví như biển cả, không có gì đền đáp được. Em xin chân thành cảm ơn công
ơn của quý thầy cô. Kiến thức mà quý thầy cô cho em là nền tảng vững chắc giúp
em thực hiện đề tài này, cũng như hành trang vô cùng quý báu vào đời.
Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy Dương Quốc Chánh Tín, thầy luôn
gần gũi, thân thiện và tận tình chỉ bảo em hoàn thành đề tài này. Thầy đã giúp em
định hướng được mục tiêu của đề tài, chỉ dạy cho em biết phương pháp nghiên cứu
khoa học và cách thức trình bày bài luận. Ngoài ra, thầy đã dành nhiều thời gian sửa

chữa từng câu từng chữ trong bài viết, giải đáp kịp thời các vướng mắc trong quá
trình em thực hiện đề tài sao cho bài luận của em hoàn thành kịp tiến độ và hoàn
thiện nhất. Em không những học được ở thầy tri thức khoa học mà còn học được
nhiều đức tính tốt đẹp của thầy.
Em xin chân thành cảm ơn những tác giả của các tài liệu, đã cung cấp cho
em nguồn thông tin chính xác, hỗ trợ em thực hiện tốt đề tài và giúp em mở mang
được nhiều tri thức khoa học mới.
Em cũng gửi lời cảm ơn đến các bạn em: Hồ Quốc Khánh, Huỳnh Hoàng
Ba,… đã cổ vũ, động viên và góp ý cho em trong quá trình thực hiện đề tài này.
Do còn thiếu kĩ năng, kinh nghiệm về nghiên cứu khoa học nên không thể
tránh được các sai sót dù đã cố gắng nhiều. Vì vậy, em rất mong quý thầy cô và các
độc giả quan tâm đóng góp ý kiến.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, bạn bè đã luôn đồng
hành trong suốt những năm vừa qua. Em xin gửi lời chúc sức khỏe và thành công
đến tất cả mọi người
Xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
Lời cảm ơn
Nhận xét của giáo viên
Mục lục

Trang
Phần I. MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
2. Đối tượng nghiên cứu
3. Phạm vi nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên cứu
5. Mục đích nghiên cứu

6. Mục tiêu nghiên cứu
7. Tài liệu tham khảo
Phần II. NỘI DUNG
Phần 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
1.1.1. Thí nghiệm Faraday ............................................................................3
1.1.2. Định luật Lenz.....................................................................................3
1.1.3. Suất điện động cảm ứng......................................................................4
1.1.4. Dòng điện Foucault.............................................................................5
1.1.5. Hiệu ứng bề mặt ..................................................................................6
Phần 2. ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
Chương 1 Khái niệm chung về máy điện......................................................6
Chương 2 Máy điện 1 chiều ..........................................................................8
Chương 3 Máy biến áp................................................................................28
Chương 4 Máy điện không đồng bộ ...........................................................48
Chương 5 Máy điện đồng bộ.......................................................................70
Chương 6 Một số ứng dụng khác................................................................73
Phần III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
2. Kiến nghị
3. Những dự định trong tương lai


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

PHẦN I: MỞ ĐẦU
I – LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay, Điện được xem là “máu” của nền công nghiệp hiện đại. Bên cạnh

việc sản xuất điện năng thì vấn đề truyền tải điện năng cũng hết sức quan trọng.
Vấn đề khó khăn trong việc truyền tải điện năng là sự tổn hao khi truyền tải từ nơi
sản xuất (nhà máy thủy điện, nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện hạt nhân,...) đến
nơi tiêu thụ. Kế đến là vấn đề tăng giảm điện áp trên đường dây tải điện và từ dây
tải điện xuống các nơi tiêu thụ điện sao cho phù hợp để đưa vào các thiết bị tiêu
thụ điện. Để giải quyết được vấn đề này, cần có một loại thiết bị làm thay đổi điện
áp à hoạt động dựa trên hiện tượng Cảm ứng điện từ, đó là Máy biến áp.
Và để nền công nghiệp phát triển thì máy móc được tiên tiến hóa hoạt động
nhờ tiêu thụ điện năng. Ví dụ: Máy phát điện, động cơ điện,...Những loại máy này
có hiệu suất lớn hơn các loại máy cơ – nhiệt (khoảng từ 90 – 98%). Các loại thiết
bị này được gọi chung là các Máy cảm ứng vì đều hoạt động dựa trên nguyên tắc
cảm ứng điện từ.
Nhằm giúp nhiều người hiểu rõ hơn về hiện tượng cảm ứng điện từ và những
ứng dụng quan trọng của nó, đề tài được chọn là: “Cảm ứng điện từ và ứng
dụng”.
II – ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

− Hiện tượng cảm ứng điện từ.
− Những ứng dụng trong thực tế của hiện tượng cảm ứng điện từ.
III – PHẠM VI NGHIÊN CỨU

− Lý thuyết về hiện tượng cảm ứng điện từ.
− Những ứng dụng quan trọng của hiện tượng ảm ứng điện từ: máy biến áp,
máy phát điện, động cơ điện, bếp điện từ, lò vi sóng, và một số ứng dụng
khác.
IV – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
+ Tham khảo các sách, giáo trình về Điện học, Máy cảm ứng.

+ Tham khảo thông tin từ Internet: các trang Website Vật lý – Kỹ thuật có
uy tín.

V – MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

− Cơ sở lý thuyết về hiện tượng cảm ứng điện từ:
− Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ trong thực tế:
VI – MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

− Nghiên cứu về hiện tượng cảm ứng điện từ:
Thí nghiệm Faraday.
Định luật Lenz.
Suất điện động cảm ứng.
Dòng điện Foucault

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

1

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

Hiệu ứng bề mặt
− Tìm hiểu về một số Ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ trong thực
tế:
Máy biến áp.
Máy phát điện.
Động cơ điện.
Lò vi sóng.

Động cơ truyền động thẳng.

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

2

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

PHẦN II: HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ VÀ ỨNG DỤNG
II.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

1.1.1. Thí nghiệm Faradary
Năm 1831, Michael Faraday đã chứng tỏ bằng thực nghiệm rằng từ trường có
thể sinh ra dòng điện. Thực vậy, khi cho từ thông gửi qua một mạch kín thay đổi
thì trong mạch xuất hiện một dòng điện. Dòng điện đó được gọi là dòng điện cảm
ứng. Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
1
2

1

G

S
N

2

Hình 1.1 – Thí nghiệm Faraday về hiện tượng Cảm ứng điện từ
Từ các thí nghiệm đó, Faraday đã rút ra những kết luận sau đây:
•

Từ thông gửi qua mạch kín biến đổi theo thời gian là nguyên nhân
sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch đó.

•

Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông gửi qua
mạch kín biến đổi.

•

Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến đổi của từ
thông.

•

Chiều của dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào sự tăng hay giảm của
từ thông gửi qua mạch.

1.1.2. Định luật Lenz
Ðồng thời với Michael Faraday, Lenz cũng nghiên cứu hiện tượng cảm ứng
điện từ và đã tìm ra định luật tổng quát giúp ta xác định chiều của dòng điện cảm
ứng, gọi là định luật Lenz. Nội dung định luật như sau: Dòng điện cảm ứng phải
có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh

ra nó
Ðiều này có nghĩa là khi từ thông qua mạch tăng lên, từ trường cảm ứng sinh
ra có tác dụng chống lại sự tăng của từ thông: từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều
với từ trường ngoài. Nếu từ thông qua mạch giảm, từ trường cảm ứng (do dòng
điện cảm ứng sinh ra nó) có tác dụng chống lại sự giảm của từ thông, lúc đó từ
trường cảm ứng sẽ cùng chiều với từ trường ngoài.
GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

3

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

Như vậy, theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng bao giờ cũng có tác dụng
chống lại sự dịch chuyển của thanh nam châm. Do đó, để dịch chuyển thanh nam
châm, ta phải tốn công. Chính công mà ta tốn được biến thành điện năng của dòng
điện cảm ứng.
Định luật cảm ứng Faraday (còn gọi là định luật Faraday-Lenz) cho biết mối
liên hệ giữa biến thiên từ thông trong diện tích mặt cắt của một vòng kín và điện
trường cảm ứng dọc theo vòng đó.
Định luật cảm ứng Faraday đã được nhóm lại cùng với các định luật khác của
điện từ học thành các phương trình Maxwell, tổng hợp mọi kết quả của điện từ
học.
1.1.2. Suất điện động cảm ứng
Thực nghiệm cho thấy rằng: tốc độ biến thiên (theo thời gian) của từ thông
dΦ

xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng . Nhà bác học Maxwell, sau khi
dt

phân tích các thí nghiệm của Faradary và chú ý đến chiều dòng điện cảm ứng theo
định luật Lenz, đã trình bày các kết quả đó dưới dạng toán học:
ξ c =-

dΦ
dt

(1.2)

Định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ phát biểu như sau: “Suất
điện động cảm ứng luôn luôn bằng về trị số, nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên
của từ thông gửi qua diện tích của mạch”.
Suất điện động cảm ứng là dương nếu nó có khả năng sinh ra dòng điện cùng
chiều dương của mạch, còn dòng điện cảm ứng là dương nếu nó trùng với chiều
dương của mạch. Với quy ước đó thì dấu (-) trong công thức (1.2) nói lên rằng: sự
tăng của từ thông ( dΦ > 0) gây ra một suất điện động tác dụng theo chiều âm của
mạch (gây ra dòng điện ngược chiều dương của mạch), còn sự giảm của từ thông
( dΦ < 0) gây ra một suất điện động tác dụng theo chiều dương của mạch. Nhờ đó,
công thức (1.2) cho biết đồng thời cả độ lớn lẫn chiều tác dụng của suất điện động
cảm ứng.
Công thức (1.2) được viết trong hệ SI, trong đó hệ số tỷ lệ bằng đơn vị. Trong
hệ SI, đơn vị từ thông là Wb (vêbe), đơn vị thời gian là s (giây), đơn vị của suất
điện động cảm ứng là V (vôn) ⇒ 1Wb = 1V.1s.
Như vậy: Vêbe là từ thông gây ra trong một vòng dây dẫn bao quanh nó một
suất điện động cảm ứng 1V khi từ thông đó giảm đều xuống 0 trong 1s.
1.1.4. Dòng điện Foucault
Dòng điện cảm ứng cũng xuất hiện trong các khối kim loại (hoặc khối vật dẫn

nói chung) khi các khối này chuyển động trong một từ trường, hoặc chúng đặt

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

4

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

trong một từ trường biến thiên theo thời gian. Những dòng điện cảm ứng đó được
gọi là dòng điện Foucault.
Vì khối vật dẫn thường có điện trở R nhỏ, nên cường độ các dòng điện
Foucault IFC trong vật dẫn thường khá lớn ( I FC =

ξc
). Mặt khác, vì suất điện động
R

cảm ứng tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông nên nếu vật dẫn được đặt trong từ
trường biến thiên càng nhanh (do dòng điện có tần số cao), hoặc nếu vật dẫn
chuyển động nhanh trong từ trường, thì cường độ các dòng Foucault càng mạnh.
Dòng điện Foucault có nhiều ứng dụng thực tiễn:
- Tác dụng hãm của vật dẫn chuyển động trong từ trường của dòng điện
Foucault được ứng dụng rộng rãi trong nhiều dụng cụ đo điện - từ như các máy
đếm điện năng, các tốc kí, các bộ phận hãm dao động trong các máy đo, trong các
bộ phanh điện từ của những ô tô hạng nặng.

- Dòng điện Foucault cũng gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Joule. Tính chất này
được ứng dụng trong các lò cảm ứng, đặc biệt là các lò điện cảm ứng để nấu chảy
kim loại và sản xuất hợp kim trong chân không (nhờ đó hợp kim tránh được tác
dụng Oxy hóa của không khí).
1.1.5. Hiệu ứng bề mặt
Khi có dòng điện cao tần chạy qua một dây dẫn thì do hiện tượng cảm ứng,
dòng điện ấy hầu như không chạy trong lòng vật dẫn mà chỉ chạy ở lớp ngoài của
nó. Hiệu ứng đó gọi là hiệu ứng bề mặt.
Tần số dòng điện càng cao (tức là dòng điện biến đổi càng nhanh), tác dụng
của các dòng điện tự cảm trong dây càng mạnh, phần dòng điện chạy trong ruột
của dây càng giảm. Khi tần số của dòng điện khá cao, phần dòng điện chạy trong
ruột dây dẫn hầu như bị triệt tiêu: dòng điện cao tần chỉ chạy ở lớp bề mặt rất
mỏng của vật dẫn. Thực vậy lý thuyết và thực nghiệm chứng tỏ rằng: với tần số
1000Hz, dòng điện chỉ chạy ở lớp bề mặt dày 2mm của dây dẫn; còn với tần số
100.000Hz, dòng điện chỉ chạy ở một lớp bề mặt dày 0,2mm. Vì lý do đó, khi
dùng dòng điện cao tần, người ta làm các dây dẫn rỗng để tiết kiệm kim loại.
Một ứng dụng quan trọng của hiệu ứng bề mặt là dùng nó để tôi kim loại ở lớp
bề mặt các chi tiết máy (để đạt yêu cầu kỹ thuật là bề mặt phải thật cứng, song bên
trong của nó cũng phải có một độ dẻo thích hợp), muốn vậy cho dòng điện cao tần
chạy qua chi tiết máy cho đến khi bề mặt của chi tiết được nung đỏ (do hiệu ứng
bề mặt) thì đem nhúng vào nước.

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

5

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

II.2. NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ.

Chương 1:

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

• KHÁI NIỆM MÁY ĐIỆN:
Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện
từ và tương tác giữa từ trường và dòng điện. Về cấu tạo máy điện gồm mạch từ
(lõi
thép)
và mạch điện (các dây quấn) dùng để biến đổi dạng năng lượng như cơ năng
thành
điện
năng (máy phát điện) hoặc ngược lại biến đổi điện năng thành cơ năng (động cơ
điện),
hoặc dùng để biến đổi thông số điện như biến đổi điện áp, dòng điện, tần số, số
pha …
Máy điện thường gặp nhiều trong các ngành kinh tế như công nghiệp, giao thông
vận tải…. và trong các dụng cụ sinh hoạt gia đình.
• 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:
Máy

Máy điện tỉnh

Máy điện có phần quay

Máy điện
xoay chiều

Máy điện
không đồng bộ

Máy
biến
áp

Động
cơ
điện
không
đồng

Máy
phát
điện
không
đồng

Máy điện
một chiều

Máy điện
đồng bộ

Máy
phát
điện
đồng
bộ

Động
cơ
điện
đồng
bộ

Máy
phát
điện
một
chiều

Động
cơ
điện
một
chiều

Hình 2.1. – Phân loại máy điện

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

6

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

• VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN:
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.
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...
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.
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 động.
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

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

7

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

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 động (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 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
GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

8

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

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 Znt. 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 Znt là Znt=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 Znt=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.
phần tử 1

phần tử 2

1

2

1

3

4

3

1

1

Quấn xếp phải

2

1

1234

1

Quấn xếp trái

phiến góp

Hình 2.2 – Quấn dây kiểu xếp
GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

9

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

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)
y1
y

y2

1
yG
Dây quấn sóng

Hình 2.3 – Quấn dây kiểu 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.
τ=

Z nt
2p

Với:

Znt số rãnh nguyên tố
2p là số cực từ của máy.

b. Bước dây quấn thứ nhất: Ký hiệu: y1

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.
y1 =

Z nt
2p

y1
y1

y2

y2
y

y

1

1234

yG

yG

Hình 2.4 – Bước quấn dây thứ 1
GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

10

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

c. Bước dây quấn thứ hai y2: 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 y2 phụ thuộc vào kiểu dây quấn. y2 = y1 - y
d. Bước dây quấn tổng hợp y: là khoảng cách giữa hai cạnh tương ứng của
hai phần tử liên tiếp nhau. y = y1 – y2
e. Bước trên cổ góp: Kí hiệu yG
Bước trên cổ góp là khoảng cách giữa hai phiến góp nối với hai cạnh tác dụng
của một phần tử. yG có thể có giá trị âm, dương, lớp hay nhỏ phụ thuộc vào kiểu
dây quấn.
+ Với dây quấn xếp ta có yG = ± m, m là số tự nhiên. ( Dấu + là quấn xếp phải.
Dấu - là quấn xếp trái.
+ Với dây quấn sóng ta có yG =

Gmm
, m là số tự nhiên.(- dấu + là quấn phảip

dấu - là quấn trái).
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 = Znt = S = G = 16
rãnh, số cực từ 2p=4 cực, bước cổ góp yG = +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:
y1=

Z nt
16
±ε =
=4
2p
4

- Bước cổ góp yG=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+y1=1+4=5.
- Đầu dây của phần tử này được nối với phiến góp 1 và 2 (vì yG=1 dây quấn
xếp phải).
- Tình tự nối các phần tử trong rãnh như hình vẽ:
Lớp
trên
Lớp
dưới

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

1

2

3

4

+ Sơ đồ khai triển dây quấn:

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

11

SVTH: Trần Trung Hiếu

1


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

- 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.

Hình 2.5 – Sơ đồ quấn dây
b. Dây quấn xếp phức:
- Điểm khác nhau giữa dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức là bước dây
quấn yG=m, với dây quấn phức m=2,3…, thông thường yG=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 Znt=24, 2p=4, yG=2. tính và vẽ biểu đồ nối

dây, sơ đồ khai triển dây quấn.
- Bước dây quấn y1=

Z nt
24
±ε =
=6
2p
4

- Bước cổ góp yG=2
+ 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+y1=1+6=7.
- Hai đầu dây của phần tử này được nối vào phiến góp 1 và 3. vì yG=2.
- Do yG=2 nên phần tử nối tiếp với phần tử 1 theo sơ đồ dây quấn là phần tử
1+yG=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.

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

12

SVTH: Trần Trung Hiếu

Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

Gồm các phần tử số lẽ.
Lớp
trên
Lớp
dưới

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

7

9

11

13

15

17

19

21

23

1

3

5

1

Gồm các phần tử chẳn:
Lớp
trên
Lớp
dưới

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

8

10

12

14

16

18

20

22

24

2

4

6

2

+ 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 yG=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.

Hình 2.6 – Sơ đồ quấn dây
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.
Z nt
±ε
2p
G±m
- Bước cổ góp yG=
p

- Bước dây quấn: y1=

* Cho máy điện có thông số gồm Znt=15, 2p=4, m=-1 dây quấn sóng đơn, quấn
trái.
GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

13

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

+ Tính các bước dây quấn:
y1=

Z nt
15 3
±ε = − =3
2p
4 4

chọn dây quấn bước ngắn Ε=-3/4.
yG=

G − m 15 − 1
= 7 y2=y1-y=7-3=4
=
p
2

+ Biểu đồ nối dây:
- Sau khi có các số liệu tính toán về bước dây quấn y1, y2, yG… 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+y1=1+3=4.
- Đầu dây của phần tử này được nối với phiến góp 1 và phiến góp
1+yG=1+7=8.
- Do yG=7 nên phần tử nối tiếp với phần tử 1 theo sơ đồ dây quấn là
1+yG=1+7=8.

Tiếp tục thực hiện với phần tử tiếp theo theo qui luật ta vẽ được biểu đồ nối
dây.
Lớp
trên
Lớp
dưới

1

8

15

7

14

6

13

5

12

4

11

3

10

2

9

4

11

3

10

2

9

1

8

15

7

14

6

13

5

12

1

+ 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

Hình 2.7 – Sơ đồ quấn dây
b. Dây quấn sóng phức:
- Điểm khác nhau giữa dây quấn sóng đơn và dây quấn sóng phức là bước dây
GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

14

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

quấn yG=m, với dây quấn phức m=2,3,4…, thông thường yG=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=Znt=18, 2p=4, m=2. Tính bước dây quấn, vẽ
sơ đồ nối dây và khai triển dây quấn.
- Các bước dây quấn:
y1=

Z nt
18 2
±ε = − =4
2p
4 4

chọn dây quấn bước ngắn ε=2/4.
yG=

G − m 18 − 2
=8
=
p
2

+ 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+y1=1+4=5.
- Hai đầu dây của phần tử này được nối vào phiến góp 1 và 9. vì yG=8.

- Do yG=8 nên phần tử nối tiếp với phần tử 1 theo sơ đồ dây quấn là phần tử
1+yG=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
Lớp
dưới

1

9

17

7

15

5

13

3

11

5

13

3

11

1

9

17

7

15

2

10

18

8

16

6

14

4

12

6

14

4

12

2

10

18

8

16

1

+ Phần tử số chẳn:
Lớp
trên
Lớp

dưới

1

+ 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

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

15

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

Hình 2.8 – Sơ đồ quấn dây
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)
1

2
3
4

5

Hình 2.9 – Cấu tạo máy phát điện 1 chiều
Khi động cơ sơ cấp quay với tốc độ góc là ω1 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 E1
Trong thanh dẫn cd có sức điện động E2
Sức điện động trong dây dẫn rôto là E=E1+E2

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

16

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

Xét tại thời điểm t: Lúc này dây dẫn quay một góc 1800, 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 = UAB = Eư - Iư.Rư
Trong đó: Iư.Rư là điện áp rơi trên dây dẫn phần ứng.
Rư là điện trở dây dẫn phần ứng.
Iư là dòng điện phần ứng.
Eư là sức điện động phần ứng.
Đơn vị:U, Eư (V); Iư (A); Rư (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 Iư, dưới tác dụng của từ trường sẽ chịu lực điện
từ Fđt 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 Eư, 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 = UAB = Eư + Iư.Rư
Trong đó: Iư.Rư là điện áp rơi trên dây dẫn phần ứng.
Rư là điện trở dây dẫn phần ứng.

Iư là dòng điện phần ứng.
Eư là sức điện động phần ứng.
Đơn vị:U, Eư (V), Iư (A), Rư (Ω)
1.4. TỪ TRƯỜNG VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
1.4.1. Từ trường của máy điện một chiều:
- 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.
GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

17

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

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 = Btb.l.v
Trong đó: Btb 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

Eư = N .e = N .Btb .l.v
2a

2a

Tốc độ dài v xác định theo độ quay n (vòng/phút) bằng công thức: v =
Thay v =
từ là Φ =

πDn
60

vào Eư =

πDn
60

N
N
e=
Btb lv và chú ý rằng từ thông dưới mỗi cực
2a
2a

πDl
2p

pN
nφ hoặc Eư = kenΦ.
60a
pN
phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn phần
Trong đó p là số đôi cực. Hệ số ke =
60a

Cuối cùng ta có: Eư =

ứng.
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.

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

18

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

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:
- Rtải là điện trở tải
- Rkt là điện trở kích từ.
- Rdc là điện trở điều chỉnh dòng điện kích từ.
- Ukt là điện áp đưa vào mạch kích từ.
- U là điện áp tải lấy ra từ máy phát
- Ikt là dòng điện kích từ.
- Iư là dòng điện phần ứng.

I

Rkt

Rdc

Ec

Rtải

Hình 2.10 – Sơ đồ nối dây
b. Phương trình
Mạch kích từ:

Ukt = Ikt(Rkt+Rdc)

(1)

Mạch phần ứng It=Iư
(2)
U = Eư- Iư.Rư
(3)
* Khi dòng điện tải tăng It thì dòng điện phần ứng tăng Iư (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 Eư giảm (Eư=ke.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
U biến trở.
U=f(It)

It

* 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.
GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

19

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

1.5.3. Máy phát điện một chiều kích từ nối tiếp.
a.Sơ đồ nối dây cơ bản:

Rkt

I

Rdc

Ec

Rtải

Hình 2.11 – Sơ đồ nối dây
b. Phương trình:
U = Eư - Iư(Rư+Rkt+Rdc) (1)
Iư =Ikt =It
(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 It=(2-2,5)Iđm 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:
U

U=f(It)

It

(Từ đường đặc tính nhận xét: Khi dòng điện tải tăng bằng 2Iđm máy phát lúc đó
nếu Itải 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:

I

Rkt

Rdc

Ec

Rtải

Hình 2.12 – Sơ đồ nối dây

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

20

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

b. Phương trình:
U = Eư - IưRư
(1)
Iư =Ikt + It
(2)
U = Ikt(Rkt+Rdc)
(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.
U

U=f(It)

It

1.5.5. Máy phát điện một chiều kích từ hỗn hợp.
a. Sơ đồ nối dây cơ bản:

I

Rkt

Rdc
Rkt
Ec

Rtải

Hình 2.13 – Sơ đồ nối dây
- 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)
GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

21

SVTH: Trần Trung Hiếu


Luận văn tốt nghiệp

Sư phạm Lý – Tin K34

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.
R
I

dc

Rkt

Ecư

b. Động cơ kích từ nối tiếp.
Ecư
Rkt

I

c. Động cơ kích từ song song.

Rdc

Ecư

I
Rkt

Rdc

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)

M=kM.Iư.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.

GVHD: ThS. Dương Quốc Chánh Tín

22

SVTH: Trần Trung Hiếu