Máy Điện
Tài liệu tham khảo : 1. Máy điện nhỏ (Trần Tuấn)
2.Giáo trình máy điện 2 tập (4 tác giả)
3. Máy điện cho thiết bị tự động
Ôn tập
* MBA là một thiết bị điện từ gồm một lõi sắt và hai cuộn dây có số vòng dây lần lượt là
1
w
,
2
w
khác nhau . Khi có dòng điện xoay chiều vào cuộn sơ cấp thì xuất hiện một dòng
điện
1
i
. Dòng này sinh ra từ thông biến thiên trong lõi thép .Từ thông này móc vòng
sinh ra sđđ cảm ứng. Sđđ này sinh ra dòng điện ở cuộn thứ cấp (nếu mạch điện khép kín)
- Sức điện động là : lực đẩy điện động chuyển động trong mạch điện ( theo quán tính )
- Sức từ động là : lực đẩy từ động chuyển động trong mạch từ
- Nguyên lý làm việc của động cơ điện không đồng bộ 3 pha :i
1
U
1
i
2
U
2
Z

) +
.
I
1
.Z
1
Z
1
= r
1
+ j x
1
x
1
=
ω
1

×
L
1
= 2
×
Π

×
f
1
×
L

=
2
1
u
u

.
I
1
=
.
I
0
+ (-
.
I
2
’)

.
E
=
.
E
2
’ =
.
I
0
’

, E
2
( roto) trong dây quấn roto
Do dây quấn rôto luôn được khép kín
→
trong dây quấn roto xuất hiện dòng điện I
2
Theo định luật lực điện từ thì thanh dẫn roto mang điện nằm trong từ trường xuất hiện lực
điện từ
→
tạo ra momen quay
→
tạo nên tốc độ roto là n
≠
n
1
( tốc độ từ trường ) . Nếu
n = n
1
thì không tạo nên chuyển động tương đối
→
không có từ thông roto cảm ứng nên
E
2
→
0
→
không có I
2
n

I
0
-I'
2A1
I
A1
x
mA
r
mA
x'
RA
r'
RA
x
SA
r
SA

K =
2
1
w
w
Z
2
’ = k
e

×

sđđ cảm ứng < sđđ MBA
kc =
2
1
W
W
.
2
1
kdq
kdq
k
dq
= k
r
×

k
n
k
r
: krải
k
n
: kngắn
k
i
=
222
111

0
(1-s).r
'2
/s
Sơ đồ này thuận tiện hơn : khi I tải thay đổi thì chỉ có I
2
thay đổi
→
I
1
thay đổi tương
ứng
Còn sơ đồ trên I tải thay đổi
→
( I
0
, I
2
) thay đổi
→
I
1
thay đổi

1
.
U
= -(
1
E

2
’ - I
2
’. r
2
’ - j . I
2
’. x
2
’ – I
2
’ . (
s
s−1
. r
2
)
I
1
=
oI
.
+ (-
2
.
I
’) x
2
’ = ke. Ki . x
2

= arg ( E
roto
, I
roto
)
đây là biểu thức nguyên lý : C
m
∈
kết cấu .( 3fa , 1fa , … )
I
roto
≠
0
→
mạch r
oto
khép kín
Mạch roto thường có tính trở
Thường cos
Ψ
= 1
cos
Ψ
< 0
→
mômen sinh ra < 0
→
động cơ là động cơ không đồng bộ
.Động cơ quay ngược lại đảo chiều quay động cơ bằng cách đảo chiều Stato
⇔

⇒
Ta có đặc tính cơ:

M
s
HãmĐC
 
3
Tại s =1 ( n = 0 ) cho Momen . Điểm kởi động ( mở máy) Mômen đó là Mômen máy
Tại Mmax
⇒
có hệ số trượt tới hạn

M
s
M
max
M
mm
M
t
?
i
M
dm
1
(n=0)
s
max
s

'
21
'
2
xx
r
+
Mmax không phụ thuộc vào điện trở của roto. Khi tăng R của roto lên thì sm tăng .Biểu
diễn ở đồ thị màu đỏ§3.MÁY ĐỒNG BỘ
Cấu tạo : gồm hai phần : - Tĩnh ( phần cảm ) là phần tạo nên từ trường tĩnh bằng hai cách
⇒
kích thích điện từ : cuộn dây + lõi sắt . Thuộc loại kính thích từ điện : NCVC
- Quay (ứng) : lõi sắt + dây quán
Máy phát điện đồng bộ : cho điện một chiều vào kích từ
→

kichtu
Φ
không đổi : dùng
động cơ sơ cấp quay phần ứng . Theo định luật cảm ứng điện từ trong dây quấn phần
ứng tạo ra SĐĐ thanh dẫn chuyển động liên tục , lúc thì cực S , N
→
sđđ xoay chiều
máy phát điện ba pha xoay chiều , tạo ra từ trường quay với n
1
=
p

Fần ứng trên stato
⇒
Kết cấu của máy điện nhỏ
- Mạch điện từ
Mđt ( đồng bộ ) =
θ
ω
sin
.
.
1
011
d
x
EUm
+
)2sin()
11
(
2
2
1
θ
dq
xx
Um
+

1
.2 f×Π×=

3. Thực hiện các biến đổi không tương đương
VD: Biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu cơ và ngược lại . Biến đổi lượng giác ,thực
hiện biến đổi toạ độ , biến đổi tần số , biến đổi điện áp , biến đổi dạng sóng
Thiết bị điện từ : bền
Thiết bị điện tử : không bền bằng thiết bị điện từ
VD : n =
θω
=
( góc xung roto )

dt
d
θ
ω
=
U = C’ .
dt
d
θ
→
Tín hiệu đầu vào là góc xoay roto
Tín hiệu đầu ra là một hàm của góc xoay roto :
θ
Phần một : cầu
Tín hiệu được đưa vào một bộ biến đổi ( tần số hoặc dạng sóng ) sau đó được đưa vào
khuếch đại và tiếp tục được đưa vào động cơ chấp hành ( ĐCCH ) rồi qua một cơ cấu để
giảm tốc độ xung
Có hai cơ cấu phản hôì : phản hồi tốc độ : tín hiệu sau động cơ chấp hành với bộ giảm tốc
qua khâu ứng để biến đổi để điện trở
Vị trí I : cầu cân ( thực hiện chưa biến đổi thành hệ thống nằm yên đưa vị trí con trượt từ

Động lực : quay cơ cấu Biến áp xoay : đo góc xoay
§3. CÁC YÊU CẦU KINH TẾ KỸ THUẬT
1) Loại một : không phụ thuộc vào chức năng và nguyên lý làm việc , kết cấu
Nói cấu tạo của động cơ chấp hành và máy phát tốc độ một chiều
a) Dùng cho máy thông dụng : chỉ tiêu năng lượng :
ϕη
cos,
phải cao
- Làm việc lâu dài
- Cấu tạo đơn giản , dễ vận hành , sửa chữa , giá thành hạ
a) Dùng cho máy điều khiển :
- Độ chính xác cao ( độ chính xác về tín hiệu diều khiển )
- Đặc tính ra ổn định
- Tác động nhanh
- Độ tin cậy cao
2) Loại 2 : phụ thuộc vào lĩnh vực và điều kiện sử dụng
- Kích thước trọng lượng nhỏ
- Ổn định và bền với các tải trọng rung và đập
- Độ bền cao với các điều kiện khí hậu ( phóng xạ )
- Chống nổ : công nghiệp dầu khí , hầm mỏ .
- Ít tạo khí
7
§4. CÁC ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA MÁY NHỎ
A. Giống các máy lớn về nguyên lý cơ bản
B. Khác biệt với máy điện lớn
1. Yêu cầu rất cao về công nghệ và vật liệu , độ dung sai cho phép rất nhỏ
2. Điện trở R rất lớn so với điện kháng X
3. Công suất từ hoá và dòng không tải Io lớn
Máy có P = 100 MVA = 100 000 KVA = 109 VA
1VA có khe hở


α
: góc xác định vị trí trong không gian của điểm đang xét
→
Từ trường đập mạch là từ trường phân bố hình sin trong không gian biến đổi hình sin
theo thời gian
Có thể biểu diễn theo đồ thị không gian của khe hở trong không khí ( giữa roto và sato )
→
từ trường đập mạch kiểu quả tim
- Từ trường quay : xuất hiện với máy có số pha
≥
2 có 2 loại : Loại tròn
Loại quay elip
 Quay tròn :
Biểu thức toán học : Fq = Fqm.sin (
αω
±t
)
dấu ( - ) : quay thuận chiều ( quay cùng chiều với roto )
dấu (+) : quay ngược chiều ( quay ngược với roto )
Phương trình sóng chạy :
Biểu diễn theo không gian
Tại t1 : phân bố hình sin theo thời gian
Tại t2 : từ biểu đồ trên
⇒
đây là sóng chạy

11
2 f
πω

α
b. Nguồn đối xứng
Điện áp các pha trị số bằng : UA = UB = UC
IA = IB = IC
Góc lệch pha về thời gian là :
3
.2
π
9
2) Máy 2 pha
a. Kết cấu máy là đối xứng
dây quấn 2 pha là như nhau : UA = UB
góc lệch pha là :
2
π
( giữa I và điện áp )
b. Nguồn đối xứng
§1-3.QUAN HỆ GIỮA CÁC LOẠI TỪ TRƯỜNG
1. Từ trường đập mạch
- Có thể phân tích thành tổng 2 từ trường quay tròn ( thuận và nghịch ) : quay cùng tốc
độ
- Từ trường đập mạch có thể chia thành 2 phần :
Từ trường quay tròn thuận nghịch có cùng tốc độ quay
Biên độ 2 từ trường này bằng nhau và bằng biên độ từ trường đập mạch
Fđm =
t
F
.
+
n

1
F
2
=
+
-w
2
w
1
§1-4 MẠCH KHÔNG ĐỐI XỨNG HAI PHA
- Không đối xứng về kết cấu dây quấn
WA . kdqA
≠
WB . kdqB
+ Góc lệch không gian
2
π
θ
≠

- Không đối xứng về nguồn : UA
≠
UB
Góc lệch pha thời gian là
2
π
β
≠

Véctơ sức từ động do I đi vào các dây quấn tạo ra

.
2

1
B
B
B
F
FF ==
- Tổng hợp các sóng thuận nhau , nghịch với nhau
- Tổng hợp hai sóng thuận và nghịch
Vẽ đồ thị vecto xác định biểu thức các sóng thuận và nghịch
Góc
θ
bất kì
Góc
β
bất kì
UA
→
A
→
IA
→
FAđm
UB
→
B
→
IB

cos(
θβ
+
) = - ( 1 )

⇒
θβ
+
= 180
o

I
A
. k
dqA
.W
A
= I
B
. k
dqB
.W
B

o
180=+
βθ

⇒
Là điều kiện để có từ trường tròn


s
φ
: stot của stato
⇒
F1 + F2
IR : stot của roto
⇒
F1 + F2

⇒
M tỉ lệ với F2 ( M
2
F≡
)
Ta được: M2fa = CM . FA . FB . sin
βθ
sin.
Với máy thực tế thì
2
π
θ
=

β
sin,,
BA
IIM ∈⇒

11

Lệch fa π/2
 Roto : Lồng sóc
Rãnh nghiêng
2) Điều kiện có từ trường tròn:
 Tổng quát : F
A
= F
B
θ + β = 180°
Thực tế : θ = 90° → cần β = 90˚ từ thông
Nếu lấy F
A
làm chuẩn thì
. .
A B
F j F=

Là điều kiện có từ trường tròn F
A
= F
B
→ φ
A
= φ
B
 Ở dây quấn A : đặt vào điện áp U
A
→ I
A
→ φ

B dqB
A dqA
A
B B dqB
U
f W k
U
f W k
W k
U
k
U W k
θ
θ
=
=
→ = =
k : tỉ số biến áp
→ U
A
= U
’
B
= k . U
B
§2.2 CÁC PHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN VÀ SƠ ĐỒ THAY
THẾ
 Chú ý : Xem lại lý thuyết MĐKĐB : cách tính toán và phương pháp
Lập pt tính toán giống như ở máy 3 fa → lập cho 1 fa
a) Sơ đồ thay thế :

hệ số thứ tự nghịch
1
2 1
1
( )
2 2
n n
s s s
n
− −
= = − = −
b) Pt cân bằng : giống máy 3 fa
r
1
, x
1
: điện trở, điện kháng của dây quấn stato
. . . .
1 1 1
1
1 1
, , , ,
. . . . .
, , ,
2 2 2 2
2
2 2 2
,
. . .
1 0 2

. . . . 0
A C A
A C A
k r r k x
k r x k r
α α
α α

+ − =


+ + =


k : tỉ số biến áp
.
.
A dqA
B dqB
W k
k
W k
=
α : hệ số tín hiệu
A
B
U
U
α
=

Tổng hợp các loại lực tác động lên roto = 0
td
0F =
∑
Từ trường đập mạch : φ
1
+ φ
2
= φ
đm
φ
1
cảm ứng ra các sức điện động cảm ứng ở roto tạo nên I thuận ( i
1
) ở roto
φ
1
→ E
21
→ I
21
→ M
1
( momen thuận )
sự tương tác giữa I
21
và E
21
tạo nên M
1

M2(S2)
Cộng : M
1fa
= M
1
+ M
2

Tại s = 2 ( n = 0 ) thì M
1fa
= 0 , tức là động cơ mở máy được
Dùng lực bên ngoài tác động theo chiều thuận n > 0 → s < 1 → M > 0 → quay trở lại
Nếu quay theo chiều nghịch n < 0 → s > 1 → Nhận được M < 0 → động cơ tiếp tục
chạy theo chiều ngược.
15
§3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ MÁY
Muốn mở máy động cơ pải có momen quay , có M
q
khi có φ
q
→ phải có 2 dây quấn và I
trong dây quấn phải lệch pha : M
2fa
= I
A
. I
B
. sinβ . sinθ
ĐCKĐB 1 fa có 2 dây quấn đặt lệch nhau 1 góc θ = π/2
Giả thiết coi 2 dây quấn là giống nhau. Khi đó sơ đồ động cơ 2 dây quấn này sẽ là :

= r
B
+ R + jx
B
≠ Z
A
→ dây quấn B có tính chất trở hơn
→ I của góc U
B
nhỏ hơn
β = U
A
– U
B
≠ 0
Vậy momen M ≠ 0 → khởi động
⇒ động cơ tự quay
 Phần tử dịch pha là L :
Fa B có tính cảm hơn : Z
B
= r
B
+ j( x
B
+ x
L
) ≠ Z
A
) ≠ Z
B

U
AC
I
B
I
A
ϕ
Β
ϕ
β
ϕ
Α
β khá lớn nếu chọn tụ C thích hợp có thể nhận được β = U
A
+ U
B
= π/2
Khi đó M
kđ
đạt max
 Nhận xét :
 Hai phương pháp đầu dùng R và L :
 Ưu điểm : đều có momen mở máy
 Nhược : Mạch có R thì tăng tổn hao
Mạch có L làm cosϕ thấp đi → momen sinh ra là nhỏ
Thực tế không dùng phương pháp mở máy = L , chỉ dùng phương pháp mở máy = R
 Dùng C thì cosϕ của máy tốt hơn → momen mở máy là max. Do đó thực tế dùng

tỉ số tín hiệu
Trị số R
fụ
mắc vào fa B
Trị số C mắc vào fa B
Chọn thích hợp 1 trong 4 thành phần trên thì có φ quay tròn → M max nhưng chỉ ở 1 tốc
độ nhất định , M nhất định.
 Muốn mở máy động cơ ta đóng khoá k , như phân tích ở trên ta có:

I
B
B
A
I
A
I
K
R
17
U∼ , I
A
, I
B
, θ , β → M ≠ 0
Động cơ khởi động → n ↑ → n ≈ n
đm
mở K
→ động cơ từ 2 fa trở thành động cơ 1 fa đã khởi động → tiếp tục làm việc đến khi M
đc
=

M
m
a
A
s
0,5
Khoá K có thể là rơle
 Thực tế người ta không mắc điện trở vào giống sơ đồ 1 mà tăng điện trở = cách giảm
tiết diện dây → R của cuộn dây ↑. Cuộn khởi động làm việc trong thời gian ngắn nên cho
phép nó làm việc với mật độ dòng lớn. một số động cơ tăng R = cách quấn chập đôi dây
→ ↓ điện kháng → ↑ điện trở
 Thường gặp trong thực tế là các loại tủ lạnh Hitachi
2) Động cơ mở máy = tụ điện
Quá trình làm việc ( mở máy ) lâu dài giống động cơ ở trên nhưng khác là động cơ này
cho momen mở máy lớn.

LV
mm
K
C
Tụ C thường được tính toán sao cho có φ tròn lúc mở máy
Ưu điểm : M mở máy lớn
Tụ dễ cháy → tốn tiền
3) Động cơ có tụ mở máy và tụ làm việc
 Khi khởi động ta đóng khoá k → Ta có C
kđ
:
C
kđ
= C

ứng với từ trường tròn
Khi n = n
đm
→ M = M
đm

Chú ý : φ tròn trong máy điện 2 fa chỉ tốn tại ở 1 M nhất định và 1 tốc độ nhất định →
cấu tạo động cơ này khác các động cơ trên
Q
A
= Q
B
= Q/2
 Ưu điểm : M
mm
lớn , M
đm
lớn , cosϕ cao . Đây là động cơ của hầu hết tất cả các loại tủ
lạnh
4) Động cơ có điện dung
 Đây là động cơ 2 fa , mở máy làm việc liên tục Q
A
= Q
B
= Q/2 . Số vòng dây và tiết
diện dây ở 2 fa khác nhau.

U
I
I

K
 Lõi thép stato có dạng cực từ. Bối dây quấn tập trung. Ở 1/3 cực từ ta sẻ rãnh và đặt
vào đó 1 vòng đồng có tiết diện lớn . Nối giữa các mỏm cực từ dùng tôn liên cực.
 U∼ → I → φ trên stato chia thành 2 phần là φ’ và φ’’
φ = φ’ + φ’’
LVLVLV
LVLV
Từ thông φ’’ xuyên qua vòng ngắn mạch sinh ra Evòng nhỏ vì R của vòng cu cũng rất
nhỏ nên ta có I vòng là khó lớn. Iv tạo nên từ thông φ
nm
. Có φ
nm
luôn ngược chiều với φ
Tại vùng cực từ tiết diện nhỏ ta có :
φ
v
= φ’’ + φ
nm
φ đi từ stato sang roto
 từ thông khép mạch là φ’ và φ’’. Hai từ thông này ngược fa nhau . Vì vậy về mặt hiện
tượng vật lý giống như đây là 1 động cơ 2 fa có 1 cuộn dây lệch nhau 1 góc θ.
 Trên thực tế góc β rất nhỏ → M khởi động là nhỏ → động cơ tự quay được
 Ưu điểm : cấu tạo đơn giản , giá thành hạ
 Nhược :
 Do Iv = I
nm
lớn → tổn hao lớn → η ≤ 0,2.
 Từ thông ở vòng ngắn mạch bão hoà → tạo nên từ thông tản lớn → x lớn → cosϕ
thấp + tổn hao do bão hoà.
 Để giảm từ thông tản này người ta đã dùng tôn liên cực

x
UmE
P
0
=
∈ E
0
→ ∈ φ
t
→ ∈ It → máy phải có kích từ








−=
dq
u
xx
mU
P
11
2
2
∈ x
q
, x

M
= M
pk

§4.1:ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ ROTO NAM CHÂM VĨNH CỬU
1) Cấu tạo :
 Stato có lõi Fe trên đó đặt 2 dây quấn lệch 2 fa nhau và thường có tụ ở 1 dây quấn.
Tạo nên từ trường quay

U
AC
N
b,
S
 Roto là 1 NCVC 2 hay nhiều cực (nhiều cực gọi là roto cánh sao)
 Ưu điểm : Dễ chế tạo
 Nhược : Từ cảm bị tổn hao
 Từ hoá sau : Dùng vật liệu chế tạo NC nhưng chưa từ hoá . Sau khi chế tạo xong thành
stato và roto rồi mới từ hoá. Phương pháp này chính xác hơn về từ cảm nhưng tốn kém
hơn.
2) Cách làm việc :
 Trên bề mặt NC ( mặt cực từ ) ta đặt dây quấn lồng sóc U∼ → tạo ra φquay → sức
điện động ở dây quấn lồng sóc ở roto hoặc ở bề mặt roto → tạo nên momen khôngđồng
bộ giống ở ĐCKĐB → làm cho roto quay. Khi tốc độ roto gần = tốc độ từ trường quay
thì mới xuất hiện momen đồng bộ. M đồng bộ kéo roto lên tốc độ đồng bộ.
 Lúc này M
kđb
= 0 và M
đb
tạo nên tốc độ quay n = n

→ x
d
≠ x
q

θθ
2sin
11
2
sin
2
0








−+=
dqd
xx
mU
x
UmE
M
Động cơ phản kháng là loại động cơ có x
d
≠ x

 Đặt U∼ vào stato tạo nên φ quay. φ quay đầu tiên từ hoá lõi thép roto.
 Vật liệu từ cứng gồm các phần tử lưỡng cực rất nhỏ sắp xếp 1 cách hỗn độn. Dưới tác
động của từ trường thì nó sẽ sắp xếp lại như hình vẽ sau:

S
N
N
S
S
N
N
S
S
N
N
S
 Khi φ dịch chuyển đến do tính chất trễ của vật liệu nên các vật liệu lưỡng cực vẫn giữ
nguyên trạng thái. Lúc này xuất hiện F
đt
hút. Các f
đt
này tạo nên momen từ trễ và kéo roto
luôn quay với tốc độ n = n
1

CHƯƠNG 5: ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU
§5.1: ĐẶC ĐIỂM CHUNG
1. Quan hệ điện từ:
U = E + Iư
×

cách điện vd : nhựa êpôcxy
 Ưu điểm : giống của phần trên ( không có răng rãnh , không có đổi chiều → tốt hơn )
 Đồng thời kéo tải → cần momen quán tính lớn
⇒ Dùng cho động cơ công suất nhỏ và trung bình
 Phần ứng đĩa mạch in :
24

 Không có vành góp, có chổi than tì lên đĩa roto, đĩa roto tì chổi than lên dây quấn
 Ưu điểm : không có răng rãnh, không có vành góp , momen quán tính rất nhỏ. Loại
này trong công nghiệp chế tạo hàng loạt
3) Mạch khử nhiễu :
Máy điện 1 chiều khi làm việc xuất hiện tia lửa ở vành góp và chổi than do I trong phần
ứng là dòng xoay chiều qua cơ cấu vành góp chổi than → tạo thành 1 chiều
Tần số đổi chiều f = G . n
Tia lửa = nguồn phát …
→ Gây nhiễu cho thiết bị điện tử.
 Dùng dây bọc kim và vỏ bọc kim loại. động cơ 1 chiều đều có vỏ bọc chắn tất cả các
sóng bậc cao. Dây dẫn điện 1 chiều nối các động cơ 1 chiều là các dây bọc kim.
 Dùng mạch lọc thông cao. :

-
+
C
1
C
1
C
2
C
2