Real Group Efficiency Projects
Khi từ thông phần cảm xuyên qua dây quấn phần ứng biến thiên, thì trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra suất điện động. Có hai cách để tạo ra từ thông biến thiên trong máy điện quay.
- Cho dây quấn phần ứng chuyển động trong từ trường phần cảm.
- Cho xuyên dây quấn phần ứng đứng yên bởi từ trường phần cảm đập mạch.
1. Suất điện động do từ trường cơ bản
1.1. Suất điện động của một thanh dẫn
Suất điện động sinh ra trên thanh dẫn có chiều dài l, chuyển động trong từ trường B với vận tốc v có giá trị:
{e_{td}} = B.l.vTrong đó:
B = {B_m}.\sin \left( {\frac{{\pi x}}{\tau }} \right)l = \pi .\Phi .f.\sin \left( {\omega t} \right)v = \frac{{2\tau }}{T} = 2\tau .fSuất điện động hiệu dụng trên thanh dẫn:
{E_{td}} = 2,22.f.\Phi 1.2. Suất điện động của một bối dây
Suất điện động của một vòng dây gồm hai thanh dẫn đặt trong hai rãnh cách nhau một khoảng y (bước quấn dây), các suất điện động lệch nhau một góc (y/τ).π của hai thanh dẫn đó.
Hình 1. Suất điện động của một vòng dây.
Hình 2. Dây quấn bước đủ và dây quấn bước ngắn.
Đối với dây quấn có bước quấn đủ y = τ, suất điện động sinh ra bởi hai cạnh tác dụng có giá trị:
Ev = 2.Etd = 4,44.f.Φ
Đối với dây quấn có bước quấn ngắn y < τ, suất điện động sinh ra bởi hai cạnh tác dụng có giá trị:
{E_v} = 2.{E_{td}}.\sin \left( {\frac{{\beta \pi }}{2}} \right) = 4,44.f.\Phi .{K_n}
Hình 3. Vector suất điện động tương ứng với bước quấn dây.
Tiếp tục, nếu trong hai rãnh nói trên có đặt một bối dây gồm Ns vòng dây, thì sức điện động của bối dây đó bằng:
Es = 4,44.Ns.Φ.f.Kn
1.3. Suất điện động của một nhóm bối dây
Tùy thuộc vào số lượng rãnh, kiểu quấn dây và loại máy điện quay mà một nhóm bối dây sẽ chứa một hay nhiều bối dây khác nhau, có cùng hoặc khác số vòng dây.
Hình 4. Nhóm bối dây.
Giả sử, ta có q bối dây mắc nối tiếp và được đặt rải trong các rãnh liên tiếp nhau.
Góc lệch pha trong từ trường giữa hai rãnh liền kề:
\alpha = \frac{{180^\circ }}{\tau }Hệ số quấn rải:
{K_r} = \frac{{{E_q}}}{{q.{E_s}}} = \frac{{2R.\sin \frac{{q\alpha }}{2}}}{{2qR.\sin \frac{{q\alpha }}{2}}} = \frac{{\sin \frac{{q\alpha }}{2}}}{{q.\sin \frac{{q\alpha }}{2}}}Suất điện động sinh ra trong một nhóm bối dây:
{E_q} = 4,44.q.\Phi .f.N.{K_n}.{K_r} = 4,44.q.\Phi .f.{N_s}.{K_{dq}}
Hình 5. Vector sức điện động của một nhóm bối.
1.4. Suất điện động trong một pha dây quấn bước ngắn
Dây quấn một pha gồm một hoặc nhiều nhánh đồng nhất ghép song song, do đó suất điện động một pha là suất điện động của một nhánh song song.
Nếu trong một pha dây quấn có n nhóm bối dây, ta có số vòng dây của một pha là:
N = n.q.Ns
Suất điện động sinh ra trong một pha dây quấn:
Ef = 4,44.f.Φ.N.Kdq
2. Sức điện động do từ trường bậc cao
Biểu thức của các suất điện động từ trường sóng bậc cao lớn gấp γ lần từ trường sóng cơ bản. Vì vậy góc điện 2π của từ trường sóng cơ bản ứng với góc 2γπ của từ trường sóng bậc γ.
{\tau _\gamma } = \frac{\tau }{\gamma }Suất điện động của sóng bậc γ là:
Efγ = 4,44.fγ.Φγ.N.Kdqγ
Khi từ trường cực từ phân bố không phải dạng hình sin, sức điện động trong dây quấn một pha là tổng của một dãy các sức điện động điều hòa có tần số khác nhau. Trị hiệu dụng của sức điện động đó có giá trị:
Hình 6. Sức điện động bị biến dạng do tác động của sóng hài
3. Các phương pháp cải thiện sức điện động
3.1. Giảm khe hở không khí
Nguyên nhân khiến cho dạng sóng sức điện động không hình sin là do sự phân bố của từ trường khác hình sin, vì vậy để cải thiện dạng sóng sức điện động trước hết cần phải tạo ra được từ trường hình sin. Muốn vậy, mặt cực từ phải có một độ cong nhất định khiến cho khe hở nhỏ nhất ở giữa mặt cực và tăng dần khi ra tới các mỏm cực.
Giả sử b là bề rộng mặt cực thì:
b= (0,65 ~ 0,76).τ → δmax= (1,5 ~ 2,5).δ
Hình 7. Hình dạng cực từ dùng để giảm sóng hài
3.2. Rút ngắn bước dây quấn
– Khi y = τ thì tất cả suất điện động bậc cao đều tồn tại (Kny = ±1).
– Khi y < τ thì suất điện động bậc cao tương ứng sẽ bị triệt tiêu, cụ thể:
\beta = 1 - \frac{1}{\gamma }- Khi chọn sóng bậc 5:
γ = 5 ⇒ β = 4/5 ⇒ Kn5 = 0
- Khi chọn sóng bậc 7:
γ = 7 ⇒ β = 6/7 ⇒ Kn5 = 0
Biện pháp rút ngắn bước dây quấn không thể đồng thời làm triệt tiêu tất cả các suất điện động bậc cao, thường người ta chọn các bước dây quấn sao cho có thể làm làm giảm suất điện động ứng với các từ trường bậc cao mạnh nhất.
Đối với dây quấn máy điện xoay chiều thường chọn β = 0,80 ~ 0,86.
3.3. Quấn rải
- Khi q = 1 → Krγ = ±1 các sức điện động bậc cao không giảm.
- Khi q > 1 thì các sức điện động bậc cao đều giảm nhưng không đáng kể.
Phương pháp quấn rải không triệt tiêu được sóng điều hòa răng. Tuy nhiên, khi tăng q hệ số quấn rải giảm đi, do đó sóng điều hòa răng cũng giảm đi tương ứng và dạng sóng sức điện động giảm đi một phần.
Có thể giảm nhiều sóng điều hòa răng bằng cách dùng dây quấn có q là phân số.
3.4. Rãnh chéo
Người ta thực hiện rãnh chéo để triệt tiêu sóng điều hòa răng do răng rãnh gây nên. Với phương pháp này, tất cả các sóng điều hòa đều giảm đi rất nhiều.
Hình 8. Rotor được chế tạo với kiểu rãnh chéo
Tóm lại, suất điện động cảm ứng trong dây quấn phần ứng có dạng không sin. Do đó, trong thực tế máy điện quay thường được chế tạo với rãnh chéo, dây quấn bước ngắn,… nhằm cải thiện dạng sóng sức điện động để máy làm việc được tốt, đồng thời tiết kiệm nguyên vật liệu.