Đồ án So sánh hệ thống truyền động điện động cơ 1 chiều kích từ độc lập khi sử dụng các bộ điều khiển PI, IP, PID và điều khiển mờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

SO SÁNH HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHI

SỬ DỤNG CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH PI,IP,PID VÀ

ĐIỀU KHIỂN MỜ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

HẢI PHÒNG - 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

SO SÁNH HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP KHI

SỬ DỤNG CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH PI,IP,PID VÀ

ĐIỀU KHIỂN MỜ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Sinh viên: Nguyễn Duy Chiến

Người hướng dẫn: GSTSKH Thân Ngọc Hoàn

HẢI PHÒNG - 2020

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

----------------o0o-----------------

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên : Nguyễn Duy Chiến– MSV : 1512102015

Lớp : ĐC1901- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp

Tên đề tài : So sánh hệ thống truyền động điện động cơ 1 chiều

kích từ độc lập khi sử dụng các bộ điều khiển PI,IP,PID và điều

khiển mờ

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (

về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).

.............................................................................................................................

2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán

.............................................................................................................................

3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp..........................................................................:

CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Người hướng dẫn thứ nhất:

Họ và tên

:

Thân Ngọc Hoàn

Học hàm, học vị

Cơ quan công tác

GSTSKH

:

Trường Đại học dân lập Hải Phòng

Toàn bộ đề tài

Nội dung hướng dẫn :

Người hướng dẫn thứ hai:

Họ và tên

:

Học hàm, học vị

Cơ quan công tác

:

Nội dung hướng dẫn :

Đề tài tốt nghiệp được giao ngày tháng năm 2019.

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày......tháng.......năm 2020

Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N

Sinh viên

Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N

Cán bộ hướng dẫn Đ.T.T.N

Nguyễn Duy Chiến

GSTSKH Thân Ngọc Hoàn

Hải Phòng, ngày........tháng........năm 2020

HIỆU TRƯỞNG

GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP

Họ và tên giảng viên: Thân Ngọc Hoàn...

Đơn vị công tác:

Đại học Dân Lập Hải Phòng

Họ và tên sinh viên:

.......................................... Chuyên ngành:

Nội dung hướng dẫn: ..........................................................

...................................................................................................................................

+ Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp

Có tinh thần trong khi làm đồ án nhưng phải cố gắng hơn.

...................................................................................................................................

- Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu

đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn,

tính toán số liệu…)

Hoàn thành đề cương đồ án đề ra, đã tìm hiểu về máy điện một chiều, dã thực

hiện so sánh các bộ điều chỉnh PI, PID và điều khiển mờ. Do trình độ có hạn lại

thiếu cố gắng nên việc tìm hiêuu chưa sâu, chưa dạt được kiến thức mong muốn.

Cần cố gắng hơn nữa khi ra đời vào làm thực tế....................

.............................................................................................................................

3. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp

Được bảo vệ

x

Không được bảo vệ

Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày 4 tháng 01 năm 2020

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn

QC20-B18

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN

Họ và tên giảng viên: ..............................................................................................

Đơn vị công tác:

Họ và tên sinh viên:

Đề tài tốt nghiệp:

........................................................................ .....................

...................................... Chuyên ngành: ..............................

......................................................................... ....................

............................................................................................................................

1. Phần nhận xét của giáo viên chấm phản biện

................................................................................................................................

2. Những mặt còn hạn chế

.........................................................................................................................................

................................................................................................................................

3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện

Được bảo vệ

Không được bảo vệ

Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm ......

Giảng viên chấm phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

1

LỜI CẢM ƠN

Khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này cũng là em kết thúc thời gian học tập

tại trường Đại học Dân lập Hải Phòng. Khoảng thời gian học tập và nghiên cứu

tại trường đã giúp em hiểu và yêu quý nơi đây nhiều hơn. Nhà trường và Thầy

Cô không những truyền đạt cho em những kiến thức chuyên môn mà còn giáo

dục cho em về lý tưởng, đạo đức trong cuộc sống. Đây là những hành trang

không thể thiếu cho cuộc sống và sự nghiệp của em sau này. Em xin bày tỏ lòng

biết ơn sâu sắc đến tất cả các Quý Thầy Cô đã tận tình chỉ bảo, dẫn dắt em đến

ngày hôm nay để có thể vững bước trên con đường học tập và làm việc sau này.

Đồ án tốt nghiệp đã đánh dấu việc hoàn thành những năm tháng miệt mài

học tập của em. Và đồ án này cũng đánh dấu sự trưởng thành trên con đường

học tập của em. Qua đây em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn

động viên và tạo mọi điều kiện để nhóm hoàn thành khóa học.

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến Thầy Thân Ngọc

Hoàn với sự nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi và sự định hướng đúng

đắn và kịp thời của Thầy đã giúp em rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Duy Chiến

2

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦ U ...................................................................................................... 5

CHƯƠNG 1 ........................................................................................................... 6

MẠCH ĐIỆN, MẠCH TỪ CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ......................... 6

1.1. KHÁI NIỆM ................................................................................................. 6

1.2. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU ............................................. 6

1.2.1. Cấu tạo của stato ........................................................................................ 6

yếu là loại rôto hình trống có răng được ghép lại bằng các lá thép điện kỹ thuật.

Ở những máy công suất lớn người ta còn làm các rãnh làm mát theo bán kính

(các lá thép được ghép lại từng tệp, các tệp cách nhau một rãnh làm mát).......... 8

1.3. MẠCH ĐIỆN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀ U ........................................ 9

1.3.1 Những thông số cuộn dây............................................................................. 9

1.3.2 Cuộn xếp..................................................................................................... 11

1.3.2.1 Cuộn xếp đơn .......................................................................................... 11

1.4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀ U ................ 12

1.5. BIỂU THỨC SĐĐ CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .................................. 13

1.6. PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG ........................................................................... 14

1.6.1.Khái niệm về phản ứng phần ứng. ............................................................. 14

1.6.2. Phản ứng phần ứng ngang ........................................................................ 14

1.7. CHUYỂN MẠCH DÒNG ĐIỆN Ở CỔ GÓP ............................................. 17

1.7.1 Bản chất ...................................................................................................... 17

1.7.2 Sđđ xuất hiện trong quá trình đảo chiều dòng điện ................................... 18

1.8. TIA LỬA Ở CHỔI VÀ CÁCH GIẢM TIA LỬA Ở CHỔI. ....................... 18

1.8.1 Nguyên nhân xuất hiện tia lửa điện. .......................................................... 18

1.8.2. Các phương pháp giảm tia lửa. ................................................................ 19

1.8.2.1 Giảm tia lửa do nguyên nhân cơ học ...................................................... 19

KẾT LUẬ N ......................................................................................................... 21

CHƯƠNG 2 ........................................................................................................ 22

2.1. PHÂN LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU ......................................... 22

2.2. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG SĐĐ CỦA MÁY PHÁT ......................... 22

2.4 MÁY PHÁT KÍCH TỪ ĐỘC LẬP ............................................................... 24

2.5. MÁY PHÁT KÍCH TỪ SONG SONG ........................................................ 26

............................................................................................................................. 29

3

2.6. MÁY PHÁT KÍCH TỪ NỐI TIẾ P .............................................................. 30

2.7 MÁY PHÁT KÍCH TỪ HỖN HỢP ........................................................... 31

2.8. CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU LÀM VIỆC SONG SONG .......... 32

2.8.1. Hai máy phát kích từ song song làm việc song song:............................... 32

2.8.2 Các máy phát hỗn hợp làm việc song song: .............................................. 34

2.9. PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ....................................... 35

2.10. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG SĐĐ CỦA ĐỘNG CƠ ....................... 35

2.11. ĐẶC TÍNH CƠ CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU ....................... 36

2.11.2. Đặc tính cơ của động cơ kích từ nối tiếp............................................. 37

2.12. KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU .................................... 39

2.13. ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU .............................. 40

2.13.1 . Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ....................................................... 40

2.13.2. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp nguồn nạp .............................. 40

2.13.3. Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông............................................... 42

2.13.4 Hệ thống máy phát động cơ ..................................................................... 42

2.14. HÃM ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀ U .................................................. 43

2.15. Tổn hao và hiệu suất máy điện một chiều .............................................. 45

KẾT LUẬ N ........................................................................................................ 46

CHƯƠNG 3: ...................................................................................................... 47

SO SÁNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN P -I, I-P, PID VÀ MỜ [2] ..................... 47

3.1. G ới thiệu ................................................................................................... 47

3.2. Mô hình toán học của động cơ một chiều.............................................. 48

3.3. Thiết kế các bộ điều khiể n ......................................................................... 50

3.3.1. Bộ điều khiển P -I:.................................................................................... 50

3.3.2. Bộ điều khiển I -P:.................................................................................... 51

3.3.3. Bộ điều khiển PID .................................................................................... 52

3.3 Phương pháp Zigler -Nichol tính chọn các tham số của bộ điều khiể n .. 52

3.4. Bộ điều khiển mờ........................................................................................ 53

3.5 Mô phỏng trên matlab ................................................................................ 55

3.6. Kết luậ n ....................................................................................................... 57

PHẦN KẾT LUẬN ............................................................................................ 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO . ............................................................................... 60

4

LỜI MỞ ĐẦU

Là một sinh viên đang học tập và rèn luyện tại trường đại học Dân lập Hải

Phòng, em cảm thấy một niềm tự hào và động lực to lớn cho sự phát triển của

bản thân trong tương lai. Sau năm năm học đại học, dưới sự chỉ bảo, quan tâm

của các thầy cô, sự nỗ lực của bản thân, em đã thu được những bài học rất bổ

ích, đựơc tiếp cận các kiến thức khoa học kĩ thuật tiên tiến phục vụ cho lĩnh vực

chuyên môn mình theo đuổi. Có thể nói, những đồ án môn học, bài tập lớn hay

những nghiên cứu khoa học mà một sinh viên thực hiện chính là một cách thể

hiện mức độ tiếp thu kiến thức và vận dụng sự dạy bảo quan tâm của thầy cô.

Chính vì vậy em đã dành thời gian và công sức để hoàn thành đồ án tốt nghiệp “

Tìm hiểu về máy điện 1 chiều” do thầy giáo T.S Thân Ngọc Hoàn hướng dẫn

Nội dung bao gồm các chương Chương 1: Giới thiệu về máy điện 1 chiều

Chương 2: Động cơ 1 chiều và điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều Chương 3: So

sánh các bộ điều khiển P-I, I-P, PID và Mờ

5

CHƯƠNG 1

MẠCH ĐIỆN, MẠCH TỪ CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1. KHÁI NIỆM

Máy điện một chiều là loại máy điện biến cơ năng thành năng lượng điện

một chiều (máy phát) hoặc biến điện năng dòng một chiều thành cơ năng (động

cơ một chiều).

Ở máy điện một chiều từ trường là từ trường không đổi. Để tạo ra từ

trường không đổi người ta dùng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện được

cung cấp dòng điện một chiều.

Có hai loại máy điện 1 chiều: loại có cổ góp, loại không có cổ góp.

Công suất lớn nhất của máy điện một chiều vào khoảng 5-10 MW. Hiện

tượng tia lửa ở cổ góp đã hạn chế tăng công suất của máy điện một chiều. Cấp

điện áp của máy một chiều thường là 120V, 240V, 400V, 500V và lớn nhất là

1000V. Không thể tăng điện áp lên nữa vì điện áp giới hạn của các phiến góp là

35V.

1.2. CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Trên hình 1.1 biểu diễn cấu tạo của máy điện một chiều. Ta sẽ nghiên

cứu cụ thể các bộ phận chính.

Hình 1.1 Kích thước dọ, ngang máy điện một chiều.1-Thép, 2-cực chính với cuộn

kích từ, 3-cực phụ với cuộn dây,4-Hộp ổ bi,5-Lõi thép, 6-cuộn phần ứng, 7-Thiết bị

chổi,8-Cổ góp, 9-Trục, 10-Nắp hộp đấu dây

1.2.1. Cấu tạo của stato

Giống như những máy điện quay khác nó cũng gồm phần đứng im

(stato) và phần quay (rô to). Về chức năng máy điện một chiều cũng được chia

thành phần cảm (kích từ ) và phần ứng (phần biến đổi năng lượng). Khác với

máy điện đồng bộ ở máy điện một chiều phần cảm bao giờ cũng ở phần tĩnh còn

phần ứng là ở rô to.

6

1

2

b)

a)

3

4

Hình 1.2 Cấu tạo các cực của máy điện một chiều a)Cực chính, b)Cực phụ

Stato máy điện một chiều là phần cảm, nơi tạo ra từ thông chính của

máy. Stato gồm các chi tiết sau: .

Cực chính

Trên hình 1.2a biểu diễn một cực chính gồm: Lõi cực 2 được làm bằng

các lá thép điện kỹ thuật ghép lại, mặt cực 4 có nhiệm vụ làm cho từ thông dễ đi

qua khe khí. Cuộn dây kích từ 3 đặt trên lõi cực cách điện với thân cực bằng một

khuôn cuộn dây cách điện. Cuộn dây kích từ làm bằng dây đồng có tiết diện

tròn, cuộn dây được tẩm sơn cách điện nhằm chống thấm nước và tăng độ dẫn

nhiệt. Để tản nhiệt tốt cuộn dây được tách ra thành những lớp, đặt cách nhau

một rãnh làm mất.

Cực phụ(hình 1.2.b)

Cực phụ nằm giữa các cực chính , thông thường số cực phụ bằng ½ số

cực chính số cực chính. Lõi thép cực phụ (2) thường là bột thép ghép lại, ở

những máy có tải thay đổi thì lõi thép cực phụ cũng được ghép bằng các lá thép.

cuộn dây 3 đặt trên lõi thép 2. Khe khí ở cực phụ lớn hơn khe khí ở cực chính.

A. Thân máy

Thân máy làm bằng gang hoặc thép, cực chính và cực phụ được gắn vào

thân máy. Tuỳ thuộc vào công suất của máy mà thân máy có chứa hộp ổ bi hoặc

không. Máy có công suất lớn thì hộp ổ bi làm rời khỏi thân máy. Thân máy được

gắn với chân máy. Ở vỏ máy có gắn bảng định mức với các thông số sau đây:

- Công suất định mức P_đm.

- Tốc độ định mức n_đm

- Điện áp định mức U_đm

- Dòng điện định mức I_đm

- Dòng kích từ định mức I_ktđm

D.Rô to

Rô to của máy điện một chiều là phần ứng. Ngày nay người ta dùng chủ

7

yếu là loại rôto hình trống có răng được ghép lại bằng các lá thép điện kỹ thuật.

Ở những máy công suất lớn người ta còn làm các rãnh làm mát theo bán kính

(các lá thép được ghép lại từng tệp, các tệp cách nhau một rãnh làm mát).

E. Cổ góp

Cuộn dây rôto là cuộn dây khép kín, mỗi cạnh của nó được nối với phiến

góp. Các phiến góp được ghép cách điện với nhau và với trục hình thành một cổ

góp. Phiến góp được làm bằng đồng, vừa có độ dẫn điện tốt vừa có độ bền cơ

học, chống mài mòn. (hình 1.3).

1

6

2

3

2

4

Hình 1.3.Kích thước ngang của cổ góp

1-Phiến góp,2-Ép vỏ ,3-cách điện, 4-

phiến cách điện,5-ống cổ góp,6-chổi

5

G. Thiết bị chổi.

Để đưa dòng điện ra ngoài phải dùng thiết bị chổi gồm: chổi than được

làm bằng than granit vừa đảm bảo độ dẫn điện tốt vừa có khả năng chống mài

mòn, bộ giữ chổi được làm bằng kim loại gắn vào stato, có lò so tạo áp lực chổi

và các thiết bị phụ khác.

a)

Hình 1.4 Thiết bị chổi.

a) Thanh giữ chổi, b)thiết

)

bị giữ chổi.1.Ốc vít,2-Dây

dẫn,3-Cách điện,4-Giữ

chổi, 5-Chổi, 6-Lò so,7-

Đòn gánh,8-Dây dẫn điện

ra,9-Ốc giữ chổi.

8

1.3. MẠCH ĐIỆN CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Mạch điện chính là cuộn dây máy điện, nó giữ một vai trò vô cùng quan

trọng bởi vì nơi đây xảy ra quá trình biến đổi năng lượng. Cuộn dây máy điện

cần phải thực hiện hết ít vật liệu nhất nhưng lại phải có hiệu suất lớn, phải đảm

bảo độ bền về cơ, về nhiệt và điện trong thời gian khai thác.

Cuộn dây máy điện một chiều khác cuộn dây máy điện xoay chiều ở chỗ

nó là cuộn kín, trong đó mỗi bin được nối với một phiến góp. Hiện nay cuộn dây

máy điện một chiều được sử dụng rộng rãi là cuộn dây có rô to rỗng.

Người ta chia cuộn dây máy điện một chiều thành:

-Cuộn xếp đơn

-cuộn sóng đơn

-Cuộn sóng kép

-Cuộn xép kép

1.3.1 Những thông số cuộn dây.

Phần lớn cuộn dây máy điện dòng một chiều dùng trong công nghiệp

hiện nay là loại cuộn dây đơn vì dễ thực hiện, tốn ít đồng, giá thành rẻ, sử dụng

đồng tốt. Không nên dùng cuộn dây máy điện có số vòng dây lớn vì điện áp

giữa các vòng dây lớn. Máy điện một chiều dùng cuộn dây nhiều vòng thường

có công suất nhỏ, đường kính cổ góp bé (vì phải giảm số lượng phiến góp để

tăng chiều rộng của phiến góp) .

Cuộn dây phần ứng là một cuộn dây khép kín gồm các dây dẫn cách

điện với nhau và với rãnh. Cuộn dây phần ứng là nơi biến đổi năng lượng nên có

một số yêu cầu sau:có tính điện tốt, tỏa nhiệt tốt , bền về cơ học, tốn ít nguyên

liệu có hiệu suất cao nhất. Hai thanh dẫn nối với nhau hình thành vòng dây, một

số vòng dây gộp lại với nhau tạo thành mô bin hình 1.5. Trong một rãnh thực

a)

d)

b)

c)

Hình 1.5 Vòng dây (a), Mô bin(b), một phần tử của rãnh (c) và 2 phần tử rãnh (d)

tế có thể có vài phần tử rãnh (hình 1.5 c,d)

1.Mô bin (hay còn gọi là bin).

Đây là phần tử cơ bản của cuộn dây, nó bao gồm 1 vòng dây hay nhiều

vòng dây có các cạnh cách nhau một bước cực, 2 đầu được nối với 2 phiến góp

cách nhau một bước cổ góp (hình 1.5 a,b). Từ đây ta chỉ nghiên cứu bin một

vòng dây và qui ước thanh dẫn của bin nằm ở lớp trên vẽ đường liền, ở lớp dưới

9

đường nét đứt. Căn cứ vào nối đầu cuộn dây ta chia cuộn dây thành chộn chéo

và cuộn không chéo(vòng tái hay vòng phải).

2- Bước cuộn dây theo chu vi phần ứng và theo cổ góp

-Bước thứ nhất y₁:đó là khoảng cách của cạnh tác dụng thứ nhất của bin

với cạnh tác dụng thứ 2 của bin (hình 1.6), thông thường y₁= 

Trong sơ đồ cuộn dây, y₁cho ta số rãnh nằm giữa 2 cạnh của mô bin. Ở

cuộn dây có bin nhiều vòng thì trong một rãnh nằm nhiều dây dẫn (hình 1.5) ở

đây mỗi thanh dẫn là một hình chữ nhật). Ở cuộn dây này ta dùng khái niệm

rãnh cơ bản. Rãnh cơ bản là rãnh chứa 2 thanh dẫn, vì bin một vòng dây có 2

thanh dẫn nên ta coi một rãnh cơ bản là một bin. Gọi U_mblà số cặp dây dẫn nằm

trong rãnh, Z là số rãnh thực tế vậy số rãnh cơ bản sẽ là:

Z_cb= ZU_mb

Đến một phiến góp được nối 2 đầu của hai bin khác nhau. Vậy ta có thể

coi cứ một phiến góp ứng với một bin (có 2 thanh dẫn). Gọi S là số bin của một

cuộn dây, K là số phiến góp thì:

Z_cb=K=S

y₁

Y₂

y

N

S

N

s

y₂

y

y_k

b)

a)

Hình 1.6 Biểu diễn các số đo của cuộn dây a)Xếp đơn; b)Sóng đơn

Với khái niệm như vậy thì y₁= ^Z_{2 p}(p-số đôi cực).

cb

Z_cb

Thông thường

là phép tính không chia hết, nhưng để thực hiện được

2 p

cuộn dây, y₁phải là số nguyên vậy:

y₁= ^Z

cb

2 p

Ở đây  -là đại lượng rút gọn hay kéo dài của cuộn dây.

b.Bước thứ 2 của cuộn dây theo chu vi rô to: Đó là khoảng cách của

cạnh tác dụng thứ 2 của bin trước với cạnh tác dụng thứ nhất của bin sau hình

1.11a. Bước này cũng đo bằng rãnh cơ bản.

10

c.Bước tổng hợp y: Đây là khoảng cách đo bằng rãnh cơ bản của 2 cạnh tác

dụng của 2 bin nằm cạnh nhau ở sơ đồ hình 1.6.

y=y₁+y₂(cuộn sóng)

y=y₁-y₂(uộn xếp)

d.Bước cổ góp :Đây là khoảng cách giữa 2 phiến góp mà các đầu dây

của 2 bin cạnh nhau nối vào (hình 1.10). Bước sổ góp được đo bằng các phiến

góp.

Bước cổ góp sóng đơn đo bằng: y_k= ^{K 1}

p

Còn vuộn xếp đơn:

y_k= 1

Ở đây dấu ‘+’ cho cuộn dây không chéo nhau, còn dấu’-‘ cho cuộn dây

chéo nhau.

Để thực hiện cuộn dây đối xứng thì bước cuộn dây theo cổ góp phải liên

quan chặt chẽ với bước cuộn dây theo chu vi rô to. Về số phải đảm bảo 2 bước

y_kvà y bằng nhau, tức là

y_k=y

(1.1)

Bước cực được tính như sau;

Z_cb

 =

(1.2)

2 p

1.3.2 Cuộn xếp.

Cuộn xếp có các đại lượng đặc trưng sau:

y=y₁-y₂

Nếu cuộn dây quay phải (y₁>y₂) thì y>0 còn nếu cuộn dây quay trái thì

y<0.

1.3.2.1 Cuộn xếp đơn

Ở cuộn dây xếp đơn tất cả các mô bin được nối tiếp với nhau liên tục

không ngắt quãng chỗ nào. Cách quấn như vậy ứng với :

y=y_k= 1

Cuộn xếp đơn là cuộn có só nhánh làm việc song song bằng số cặp cực

vây:

2a=2p

(1.3)

Sở dĩ như vậy vì cứ mỗi cặp chổi cho ta 2 nhánh làm việc song song

(a=1) mà chổi lại được đặt ở trung tuyến hình học (giữa 2 cực). Để sử dụng

được tất cả các nhánh song song thì số chổi phải bằng số cực. Các chổi dương

được nối với nhau, các chổi âm được nối với nhau.

Để đổi chiều dòng điện được tốt và giảm độ nhấp nháy sđđ ở lối ra nên

thực hiên cuộn xếp đơn theo điều kiện:

K/p=số lẻ.

11

1.4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Để xét nguyên lý hoạt đọng của máy điện một chiều ta lấy mô hình sau

(Hình 1.7)

b)

a)

c)

Hình 1.7 Nguyên lý hoạt động của máy điện một chiều a) Mô hình máy điện b) Dòng điện

được chỉnh lưu ở mạch ngoài khi có một vòng dây c)khi có nhiều vòng dây.

Một khung dây đặt trong từ trường một nam châm vĩnh cửu, khung dây

có cạnh là ab và cd được nối với 2 nửa vành khuyên 1,2. Hai chổi không chuyển

động A,B tiếp xúc với nửa vành khuyên và với mạch ngoài.

Bây giờ ta gắn vào khung dây một máy lai ngoài và quay với tốc độ

không đổi theo hướng xác định, ví dụ với hướng ngược kim đồng hồ. Theo định

luật cảm ứng, trong cuộn dây sẽ cảm ứng một sđđ

e = Blvsin

Trong đó B-độ cảm ứng từ đo bằng Tesla

(1.4)

l-độ dài tác dụng của dây dẫn tức là phần dây dẫn nằm trong từ tường

v-tốc độ dài chuyển động của dây dẫn

-góc hợp bởi giữa cảm ứng từ và tốc độ chuyển động của dây dẫn

(thông thường trong máy điện góc =90⁰do đó sin=1)

Nếu tại thời điểm t₁=0 dây dẫn ab nằm dưới cực N còn cạnh cd dưới cực

S, thì chiều sđđ ở cạnh ab có chiều từ ba, còn ở cạnh cd từ dc. Sau một thời

gian nửa chu kỳ, cạnh ab nằm dưới cực S còn cd lại dưới cực N, chiều sđđ ở

12

trong các cạnh đổi chiều so với trước, như vậy ta thấy sđđ trong vòng dây là

xoay chiều.

Mặt khác ta nhận thấy khi dòng điện trong khung dây đổi chiều thì nửa

vành khuyên 1, 2 đổi điểm tiếp xúc. Dòng điện ở mạch ngoài là dòng điện một

chiều. Như vậy nhờ có cặp nửa vành khuyên dòng xoay chiều được chuyển

thành dòng một chiều. Khi có dòng điện chạy trong dây dẫn thì giữa từ trường

và dòng điện tác động một lực xác định bằng biểu thức:

F=BIl

(1.5)

Chiều của lực xác định bằng qui tắc bàn tay trái. Do là ngẫu lực (vì 2

thanh dẫn nằm cách nhau một khoảng bằng đường kính rô to) nên tạo ra mô men

chống lại chiều quay của khung dây. Để khung dây quay với tốc độ không đổi

thì ta phải tiếp tục cấp cơ năng (qua máy lai) cho khung dây. Cơ năng này được

chuyển sang điện năng. Đây chính là nguyên lý hoạt động của máy phát điện.

Vẫn với mô hình trên bây giờ ta ngắt động cơ lai và nối tới chổi nguồn

điện một chiều. Vì mạch kín nên qua khung dây chạy một dòng điện I, dòng này

tác dụng với từ trường sinh ra mô men quay khung dây, khi khung dây quay thì

chiều của dòng điện chạy trong các thành dẫn lại đổi chiều, như vậy dòng trong

khung dây là dòng xoay chiều, còn mạch ngoài là dòng điện một chiều. Nhờ nửa

vành góp 1,2 dòng điện một chiều đã biến đổi thành dòng điện xoay chiều. Khi

khung dây quay, trong khung dây lại xuất hiện sđđ tạo ra dòng điện chống lại

vòng dây quay. Để khung dây tiếp tục quay thì năng lượng điện cấp từ mạch

ngoài phải liên tục, như vậy có một dòng năng lượng chạy từ điện sang cơ năng.

Đây chính là nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều.

Qua đây chúng ta thấy máy điện một chiều có thể làm việc như động cơ

hoặc như máy phát phụ thuộc vào năng lượng ở đầu vào. Người ta nói máy điện

một chiều là máy điện làm việc 2 mặt không có điều kiện.

1.5. BIỂU THỨC SĐĐ CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Sđđ xuất hiện trong một dây dẫn e_k=B_xlv. Nếu cuộn dâu có N dây dẫn,

2a nhánh làm việc song song thì một nhánh có N/2a dây dẫn mắc nối tiếp nhau.

Với cuộn xếp những thanh dẫn này nằm dưới 1 cực nào đó, còn với cuộn sóng

thì nằm dưới tất cả các cực có cùng cực tính, vậy sđđ trong cả cuộn dây sẽ bằng:

N / 2a

N

B



e

^N)lv 

B lv

x

E_a=e₁+e₂+...

_x=(B₁+B₂+....

(1.6)



2a

1

Với số mô bin đủ lớn thì:

N / 2a

N

B  B

 const



x

tb

2a

1

N

Vậy

E_a B_tb

lv

2a

D

2 p

Mà v=Dn =2p

n=2pn do đó:

13

N

E =

a

2lpn=_B^Nlpn

B

tb

^tb2a

a

nhưng B_tblp = do đó:

E_a=pn ^N=C_en

(1.7)

a

Trong đó C_e= p ^Nlà hằng số máy điện.

a

Từ thông  là từ thông có ích tham gia tạo sđđ . Nếu chổi đặt trên đường

trung tính hình học thi =_(_- từ thông ở khe khí), nếu chổi không nằm trên

trung tính hình học thì <_.Nếu ta dịch chổi đi một góc /2 thì từ thông có ích

bằng 0 và sđđ cũng bằng không.

1.6. PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG

1.6.1.Khái niệm về phản ứng phần ứng.

Khi không tải (I_ư=0) trong máy điện chỉ có một từ trường do kích từ tạo

ra gọi là từ trường chính. Khi có tải (I_ư0) dòng tải tạo ra một từ trường nữa

được gọi là từ trường tải. Bây giờ trong máy điện tồn tại 2 từ trường, chúng tác

động lên nhau tạo ra một từ trường tổng.

Sự tác động của từ trường tải lên từ trường kích từ gọi là phản ứng phần

ứng(pưpư). Phản ứng phần ứng gây nên nhiều hậu quả xấu cả ở chế độ máy phát

và chế độ động cơ.

1.6.2. Phản ứng phần ứng ngang.

a.Từ trường chính

Trên hình 1.8 biểu diễn hình ảnh từ trường chính, còn trên hình 1.8b

biểu diễn hình ảnh độ cảm ứng của từ trường này khi không tải.

N

S

+

+ + + +



 



+

+ +



n

x



B_n

S

F_n

a)

b)

Hình 1.8 Hình ảnh từ trường chính (a) và độ cảm ứng của từ trường chính

khi không tải(b)

14