Chơng 2
Dây quấn phần ứng máy điện một chiều

2-1. Đại cơng

Dây quấn là bộ phận quan trọng nhất của máy điện vì nó tham gia trực tiếp vào quá
trình biến đổi năng lợng từ điện năng thành cơ năng hay ngợc lại. Về mặt kinh tế thì
giá thành của dây quấn chiếm một tỷ lệ khá cao trong toàn bộ giá thành máy.
Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm:
- Sinh ra đợc một s.đ.đ. cần thiết, có thể cho một dòng điện nhất định chạy qua để
sinh ra một mômen cần thiết mà không bị nóng quá một nhiệt độ nhất định, đồng thời
đảm bảo đổi chiều tốt.
- Triệt để tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn và an toàn.
Dây quấn phần ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếu sau:
- Dây quấn xếp đơn và xếp phức tạp.
- Dây quấn sóng đơn và sóng phức tạp.
Trong một số máy điện cỡ lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp, đó là sự kết hợp giữa
hai dây quấn xếp và sóng.
2.1.1. Cấu tạo của dây quấn phần ứng
Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử dây quấn nối với nhau theo một quy luật
nhất định. Phần tử thờng là một bối dây gồm một hay nhiều vòng dây mà hai đầu của
nó nối vào hai phiến góp. Các phần tử nối với nhau thông qua các phiến góp đó và làm
thành mạch vòng kín. Mỗi phần tử có hai cạnh tác dụng, đó là phần đặt vào rãnh của
lõi sắt. Phần nối hai cạnh tác dụng của phần tử nằm ngoài lõi sắt gọi là phần đầu nối.
Để dễ chế tạo, một cạnh tác dụng của
phần tử đặt ở lớp dới của một rãnh, còn
cạnh tác dụng kia đặt ở lớp trên của một
rãnh khác. Các phần tử khác cũng xếp
theo thứ tự nh vậy vào các rãnh kề bên
cho đến khi đầy các rãnh. Nếu trong một
rãnh phần ứng (gọi là rãnh thực) chỉ đặt

12
mỗi phiến góp lại nối hai đầu của hai phần tử lại với nhau, nên số phần tử S phải bằng
số phiến góp G. Ta có:
S = G. (2-2)
Do trong mỗi rãnh nguyên tố đặt hai cạnh tác dụng mà mỗi phần tử cũng có hai
cạnh tác dụng nên ta có quan hệ:
Z
nt
= S = G (2-3)

a) b) c)
Hình 2-2. Dây quấn có phần tử đồng đều (a) và theo cấp (b và c)
Tuỳ theo kích thớc của các phần tử mà ta chia dây quấn ra làm dây quấn có phần
tử đồng đều và dây quấn theo cấp.
Dây quấn có phần tử đồng đều là dây quấn mà kích thớc của các phần tử hoàn
toàn giống nhau (hình 2-2a).
Dây quấn theo cấp là dây quấn mà khi cạnh tác dụng thứ nhất của các phần tử cùng
nằm trong một rãnh thực thì cạnh tác dụng thứ hai của chúng lại nằm trong các rãnh
thực khác nhau (hình 2-2b và c). Vì vậy trong dây quấn theo cấp, kích thớc của các
phần tử không giống nhau.

13
y
1

2
3
y
G

15
15
8
b)
Hình 2-3. Các bớc dây quấn.
a) dây quấn xếp; b) dây quấn sóng
2.1.2. Các bớc dây quấn
Quy luật nối các phần tử dây quấn có thể đợc xác định theo các bớc dây quấn
sau (hình 2-3):
a. Bớc dây quấn thứ nhất y
1
. Đó là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của một
phần tử đo bằng số rãnh nguyên tố.
b. Bớc dây quấn thứ hai y
2
. Đó là khoảng cách giữa cạnh tác dụng thứ hai của
phần tử thứ nhất với cạnh tác dụng thứ nhất của phần tử thứ hai nối tiếp ngay sau đó và
đo bằng số rãnh nguyên tố.
c. Bớc dây quấn tổng hợp y. Đó là khoảng cách giữa hai cạnh tơng ứng của
hai phần tử liên tiếp nhau đo bằng số rãnh nguyên tố.
d. Bớc trên vành góp y
G
. Đó là khoảng cách giữa hai phiến góp có hai cạnh tác
dụng của cùng một phần tử nối vào đó và đo bằng số phiến góp.
Gọi khoảng cách giữa hai cực từ tính theo chu vi phần ứng là bớc cực

nt
2
1
=
. Nếu
p
Z
y
nt
2
1
=
không phải là
số nguyên thì phải chọn y
1
bằng một số nguyên gần bằng
p
Z
nt
2
. Tổng quát ta có:

==

p
Z
y
nt
2
1

Dây quấn thờng đợc thực hiện theo bớc ngắn vì đỡ tốn đồng hơn. Dù là bớc
dài hay bớc ngắn thì s.đ.đ. của phần tử cũng nhỏ hơn so với bớc đủ vì khi đó véctơ
s.đ.đ. của hai cạnh tác dụng không cùng phơng nữa, nên s.đ.đ. tổng bằng cộng vectơ
hai s.đ.đ. đó chứ không thể cộng trị số số học của chúng đợc (hình 2-4b và c).

14
15
N
S

y
1
=



-1
///
///
1
E
&

1
1
1
///
c)
b)
Hình 2-4. S.đ.đ. của phần tử: a) khi bớc đủ; b) bớc ngắn; c) bớc
dài
b. Bớc dây quấn tổng hợp y và bớc vành góp y
G
Đặc điểm của dây quấn xếp đơn là hai đầu dây của một phần tử nối liền vào hai
phiến góp kề nhau nên y
G
= 1.
Cũng từ đấy ta thấy bớc tổng hợp y cũng phải bằng 1, ta có:
y = y
G
= 1 (2-5)
c. Bớc dây quấn thứ hai y
2
Có thể xác định y
2
theo y

y = y
G
= 1
y
2
= y
1
- y = 4 - 1 = 3
b. Thứ tự nối các phần tử
Căn cứ vào các bớc dây quấn có thể bố trí cách nối các phần tử để thực hiện dây
quấn. Đánh số các rãnh từ 1 đến 16. Phần tử thứ nhất có cạnh tác dụng thứ nhất (coi
nh đặt nằm trên rãnh) đặt vào rãnh nguyên tố thứ nhất thì cạnh tác dụng thứ hai của
phần tử đó phải đặt vào phía dới của rãnh nguyên tố thứ 5 (vì y
1
= 5 - 1 = 4). Hai đầu
của phần tử nối vào phiến đổi chiều 1 và 2. Cạnh thứ nhất của phần tử thứ hai phải đặt
ở rãnh nguyên tố thứ hai và nằm ở lớp trên (vì y
2
= 5 - 2 = 3), và cứ tiếp tục nh vậy
cho đến khi mạch khép kín. Ta có thể diễn tả bằng sơ đồ sau:

L
ớp trên 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 kín mạch
L
ớp dới 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4
c. Giản đồ khai triển
Ta có thể theo trình tự nối các phần

A
2
B
2
+
+
A
1
C
+
_
D
chổi than với cực từ phải có một quan hệ nhất định. Chổi than phải đặt ở vị trí để s.đ.đ.
lấy ra ở hai đầu chổi than lớn nhất, đồng thời để dòng điện trong phần tử khi bị chổi
than nối ngắn mạch là nhỏ nhất. Dòng điện trong phần tử bị chổi than nối ngắn mạch là
nhỏ nhất khi hai cạnh của phần tử nằm ở vị trí trùng với đờng trung tính hình học của
phần ứng. Nh vậy thì vị trí của chổi than đặt trên vành góp phải trùng với trục cực từ.
Để tiện lợi, có khi trong một số hình vẽ ta quy ớc vẽ vị trí của các chổi than ở đúng
đờng trung tính hình học trên phần ứng.
Theo hình vẽ 2-5, khi chổi than trên vành góp đặt đúng giữa trục cực từ thì s.đ.đ.
của các phần tử giữa hai chổi than đều cộng với nhau nên s.đ.đ. giữa hai chổi than là
lớn nhất. Nếu dịch chổi than đến vị trí khác thì s.đ.đ. sẽ giảm đi.
d. Số đôi mạch nhánh
Giả thiết ở thời điểm nào đấy dây quấn quay đến vị trí nh trong giản đồ khai triển
trên. Ta thấy s.đ.đ. của các phần tử giữa hai chổi than cùng chiều và chổi than A
1
, A
2

cùng cực tính (cực +). Cực tính của các chổi than B

không đợc dùng.

17
14 15 16 1 2
16 1
4 5

y
1

y
2
y
Hình 2-7. Dây quấn xếp trái
A
2
E

i

E

i

E

i

B
2
e. Dùng đa giác s.đ.đ. nghiên cứu dây quấn phần ứng
Giả thiết từ cảm dới cực từ phân bố hình sin, nh vậy thì s.đ.đ. cảm ứng trong mỗi
phần tử cũng biến đổi hình sin và có thể dùng một vectơ quay để biểu thị, trị số tức thời
của s.đ.đ. phần tử là hình chiếu của vectơ lên trục tung. Nh vậy có thể biểu thị s.đ.đ.
của tất cả các phần tử bằng hình sao s.đ.đ. (hay còn gọi là hình tia s.đ.đ.).
Vì cứ qua mỗi đôi cực s.đ.đ. biến đổi một chu kỳ 360 độ điện và số rãnh nguyên tố
dới mỗi đôi cực là
p
Z
nt
, nên nếu coi nh các phần tử dây quấn phân bố đều trên bề
mặt phần ứng thì góc độ điện giữa hai rãnh nguyên tố (cũng là góc độ điện giữa hai
s.đ.đ. của hai phần tử kề nhau) sẽ là:

S
p
Z
p
pZ
ntnt
000
360360
/
360
===

= 45
0
1,9
5,13
7,15
3,11
2,10

6,14 8,16
4,12
a)
1,9
13,5
15,7
3,11

2,10
14,6
16,8
4,12

Vì tất cả các phần tử của dây quấn phần ứng đợc nối nối tiếp nhau sao cho cuối
phần tử trớc nối với đầu phần tử sau, nên s.đ.đ. sinh ra trong nó đợc cộng hình học
với nhau. Để thực hiện điều đó ta làm nh sau: từ cuối của véctơ 1 ta vẽ liên tiếp các
véctơ 2, 3, 4, Kết quả ta sẽ đợc đa giác s.đ.đ. Theo thí dụ trên ta thấy dây quấn này
có hai đa giác s.đ.đ. trùng nhau (hình 2-8b).
+

bằng 0 và trong điều kiện làm việc bình thờng không có dòng điện cân bằng.
2. Hình chiếu của đa giác s.đ.đ. lên trục tung là trị số cực đại của các véctơ s.đ.đ.
của một số phần tử nối với nhau trong mạch vòng phần ứng, nên muốn cho s.đ.đ. lấy ra
ở hai đầu chổi than cực đại thì chổi than phải đặt ở các phần tử ứng với các véc tơ ở
đỉnh và đáy của đa giác. Khi rôto quay thì đa giác cũng quay, hình chiếu của đa giác
lên trục tung có thay đổi chút ít theo chu kỳ. Điều đó nói lên điện áp phần ứng lấy ra ở
chổi than có đập mạch.
Ngời ta đã chứng minh đợc rằng, nếu
p
G
2
càng lớn thì sự đập mạch của điện áp
càng ít. Khi
p
G
2
= 8 thì sự đập mạch đó đã khó nhận thấy và điện áp của máy phát đợc
coi nh không đổi.
3. Các véctơ s.đ.đ. của đa giác cũng có thể biểu thị cho cách nối tiếp các phần tử.
Do đó từ đa giác s.đ.đ. có thể thấy số đôi mạch nhánh a (cứ mỗi một đa giác tơng ứng
với một đôi mạch nhánh).
4. Những điểm trùng nhau trên đa giác là những điểm đẳng thế của dây quấn, có
thể nối dây cân bằng điện thế đợc, nh điểm 1- 9, 2-10, v.v

2-3. Dây quấn sóng đơn

2.3.1. Bớc dây quấn
Đặc điểm của dây quấn sóng là hai đầu của phần tử nối với hai phiến góp cách rất
xa nhau và hai phần tử nối tiếp nhau cũng cách xa nhau nên nhìn cách đấu gần giống
nh làn sóng (hình 2-3b).

Nếu lấy dấu - ta có dây quấn trái, nếu lấy dấu + ta có dây quấn phải. Thờng
dùng dây quấn trái cho đỡ tốn đồng.
Theo định nghĩa của các bớc dây quấn ta có:
y = y
G
(2-10)
y
2
= y - y
1
(2-11)
Mặc dù hai phần tử nối tiếp nhau ở dới các cực từ cùng cực tính nhng vị trí tơng
đối trong từ trờng không hoàn toàn nh nhau, vì khoảng cách rãnh giữa hai phần tử đó
là:
y = y
G
=
pp
Z
p
Z
p
G
ntnt
1
1
1
=

=

1151
=

=

=
p
G
y
G
, (dây quấn trái).

19
y = y
G
= 7
y
2
= y - y
1
= 7 - 3 = 4.
b. Thứ tự nối các phần tử
L
ớ
p
trên 1 8 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 1

20
L
ớp dới 4 11 3 10 2 9 1 8 15 7 14 6 13 5 12
khép kín

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2
Chiều quay phần ứn
g
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
N
N
S

S
B
1
_
A
2
A
1
+ + _
B
2

+ _
C
D
Hình 2-9
Giản đồ khai triển dây quấn sóng đơn
cực thì quy luật nối dây của dây quấn này vẫn là: trớc hết nối nối tiếp tất cả các phần

21
H
ình
2
-10.
H
ình tia và đa
g
iác s.đ.đ của dâ
y

q
uấn són
g
đơn theo hình 1-
2
1
1

15
7
14
12
4
2
+
A
2
5 6
A
1
12 13

b
)
2 1
-
9
11
3
10
B
2
B
12-4. Sức điện động cảm ứng trong dây
quấn máy điện một chiều (MĐMC)

B
tb



=
,
trong đó: D - đờng kính ngoài phần ứng;
- bớc cực;
p - số đôi cực;
n - tốc độ quay phần ứng;

- từ thông khe hở dới mỗi cực từ.


Thay vào phơng trình (2-13), ta có:

60
2
n
pe
tb

=
(2-14)
Gọi N là tổng số thanh dẫn của dây quấn thì mỗi mạch nhánh song song sẽ có N/2a
thanh dẫn nối tiếp nhau, trong đó 2a là số mạch nhánh ghép song song, nh vậy s.đ.đ

22
của máy bằng:

15)
trong đó:
- tính bằng Wb ; n - tính bằng vg/ph.



a
pN
C
- hệ số phụ thuộc vào kết cấu
của máy và dây quấn.
e
60
=
Chiều của E

phụ thuộc vào chiều của từ thông


, chiều quay n và đợc xác định theo quy tắc bàn
tay phải (hình 2-11).
Sự phân tích trên dựa trên giả thiết dây quấn
bớc đủ, s.đ.đ. trên các thanh dẫn của phần tử đều
cộng số học với nhau. Nếu là bớc ngắn thì s.đ.đ.

Hình 2-11. Xác định s.đ.đ.
hần ứng và mômen điện từ
trong MFĐ1 chiều
p


Đáp số: a) y
1
= 4; y
2
= 5; y = y
G
= 9
d) a =1