106
Chương 3. SỨC TỪ ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN MĐXC

Mục tiêu: Sau khi học xong chương này SV phải :
 Mô tả được sức từ động quay và sức từ động đập mạch.
 Phân tích sức từ động dây quấn 1, 2 , 3 pha bằng phương pháp giải tích.
 Khảo sát được sức từ động dây quấn bằng phương pháp đồ thò.
 Khái quát được đặc điểm sức từ động dây quấn 1 pha, 2 pha, 3 pha.
 Kết luận về điều kiện để có từ trường quay tròn đối với dây quấn 2, 3 và n
pha.
Nội dung:ĐẠI CƯƠNG
Dòng điện đi trong dây quấn của các máy điện quay tạo ra sức từ động (stđ) của
dây quấn F= I.W và sinh ra từ trường bao quanh dây quấn đó.
Từ trường của dây quấn máy điện quay bao gồm: từ trường trong khe hở không
khí, từ trường trong rãnh và từ trường phần đầu nối. Trong đó từ trường trong khe
hở có tác dụng lớn nhất trong việc tạo
sđđ trong dây quấn. Vì vậy, trong
chương này ta chỉ xét đến từ trường
trong khe hở không khí với giả thiết
khe hở đều và từ trở của lõi thép là
không đáng kể.
I.SỨC TỪ ĐỘNG DÂY QUẤN 1
PHA:
Sức từ động day quấn 1 pha hình
thành từ stđ từng vòng dây, phần tử
dây quấn(bối dây), nhóm bối dây và
từng pha dây quấn, các pha dây quấn.
1.Stđ của một phần tử:

d

F
s1

F
s3

g
e
iw
s
/2





Hình 3.2……Đường biểu thò s.t.đ dọc khe
hở không khí máy điệntrục cực từ

1 phần tử
dây quấn

a d

2
p
vadaFs cos
2/
2/




4
np
F
s
sin
p
2
 thay vào trên cho kết quả : F
s
=

iw
s
/2 =

tvaF
v

Từ trường này phân bố hình sin trong không gian, biến đổi hình sin theo thời
gian. Đây là một sóng đập mạch. Từ trường tương ứng biến đổi theo qui luật của
sóng đập mạch gọi là từ trường đập mạch. S.t.đ này tạo nên từ trừơng có cường độ
tính theo: H =



. Xác đònh được mật độ từ thông (cảm ứng từ) B theo quan hệ
B(H) của vật liệu dẫn từ và tính được từ thông
Sức điện động cảm ứng tới các
dây quấn có trò số được tình theo đònh luật Faraday : e = -
df
dt
(xem chương 2, phần
xác đònh s.đ.đ trong dây quấn máy điện xoay chiều)

2.Sức từ động của dây quấn 1 pha .
Với phân tích như trên. Để tính toán cụ thể s.đ.đ của một pha dây quấn, ta tiến
hành như sau: Giả thiết dây quấn cụ thể có kiểu đồng khuôn tập trung, dưới mỗi
cực từ có nhóm q bối dây (tập trung). Người ta tính s.t.đ của từng vòng dây, bối
dây, nhóm bối dây. Tổng s.t.đ F
q
của nhóm q bối dây, mỗi bối dây cách nhau góc
độ điện =
p360
0
z
có trò số là tổng ba từ trường đập mạch, có trò số tính được bằng:
F
q

5,3,1


Với k
nv
là hệ sồ bước
ngắn của dây quấn. F
fv
= 0,9.
wk
dqv
vp
I.
Cả hai biểu thức trên cho thấy s.t.đ đều là các sóng đập mạch hay từ trường đập
mạch.
Như vậy, s.t.đ dây quấn một pha là một s.t.đ đập mạch(trò số vừa biến thiên
theo thời gian vừa biến đổi theo không gian). Khi chỉ xét thành phần cơ bản( bậc 1)
của từ trường này, s.t.đ có dạng:
F = F
m
cos. sint. Ta thường gọi đó là s.t.đ hình sin
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
108
Nếu thực hiện biến đổi lượng giác đại lượng này, ta có: F

= F
m
cos. sint =

s
=
1
2
F
m
cos( + t) - gọi là s.t.đ quay ngược( sóng quay nghòch);

Có nghóa rằng, một sóng đập mạch có thể phân tích thành hai sóng quay,
hay một sóng đập mạch, hay một từ trường đập mạch là tổng của hai sóng quay (
hay hai từ trường quay) . Kết luận này có ý nghóa quan trọng khi phân tích từ trường
1 pha và ba pha.

II. SỨC TỪ ĐỘNG CỦA DÂY QUẤN BA PHA
1.Biểu thức toán học s.t.đ 3 pha đối xứng.
Cộng 3 s.t.đ một pha với trục pha dây quấn đối xứng(lệch nhau góc 120
0
điện).

Ta có:
F
3p
= F
sA
+ F
sB
+ F
sC

Thành phần sóng cơ bản của s.t.đ ba pha lệch nhau góc 120

0
)
Biến đổi lượng giác:
F
A
= F
m
cos. cost =
1
2
F
m
cos( -t) +
1
2
F
m
cos + t)
F
B= F
m
cos(+ 120
0
)cos(t + 120
0
) =
1

F
m
cos( + t -240
0
)

Cộng hai vế, ta được:
F
3p
= F
A
+ F
B
+ F
C
=
3
2
F
m
cos( -t) +
1
2
F
m
[cos( + t) + cos( + t
+240
0
) + cos( + t -240
0

) + cos( + t -240
0
)] = 0
( – là s.t.đ quay ngược)
Vậy : F
3p
=
3
2
F
m
cos(

-

t) =F(

t)
Với F
3p
= F(t), t + : Góc không gian quay với tộc độ rad/s); 
0
– góc
không gian tương ứng vò trí ban đầu của s.t.đ ; (
 -t) =const ; biên độ (
3
2
F
m
) . tính chất

m
cos( -t) =
3
2
F
m
cos() =
3
2
F
m
= const.
Trường hợp máy có P đôi cực từ (2P = 4, 6,…), vì mỗi cặp cực tương ứng góc quay
2, nên tốc độ quay của trục từ trường dọc theo chu vi máy điện sẽ giảm P lần so với máy
có 1 đôi cực, s.t.đ quay trong không gian với tộc độ

1
=
w
P
; đổi ra vòng/ phút :
  n
1
=
2pf 60
P2p
=
60f
p
(vòng /phút), đây chính là tốc độ quay của từ trường

3p
= F(t), t + 
0
: Góc không
gian quay với tộc độ rad/s); 
0
– góc không gian tương ứng vò trí ban đầu của ts.đ
quay.
2.Phân tích từ trường quay 3 pha bằng đồ thò véc tơ
Giả thiết xét từ trường 3 pha dây quấn stato máy điện xoay chiều, mỗi pha dây
quấn có một phần tử (hình vẽ), dòng điện đưa vào dây quấn là dòng 3 pha đối xứng (hình
vẽ), số cực từ tương ứng 2p = 2. Chiều dòng điện như theo mặt cắt ngang chỉ thò ( + :chiều
dòng đi vào, - :chiều dòng đi ra). Chúng tạo nên các s.t.đ có phương, chiều và trò số tương
quan theo thời gian thể hiện bằng các véc tơ (hình vẽ).

,


/2
/2 + 2

/3

/2 +4/3

m
, i
A
= i
A
=
I
m
2

Nên s.t.đ pha A cực đại, F
A
= F
m
, còn F
B
= F
C
= - F
m
/2. (dấu trừ ở đây với ý nghóa chỉ
chiều s.t.đ pha B,C ngược với pha A tại thời điểm xét). Dựa vào quan hệ hình học các véc
tơ s.t.đ củ 3 pha, chúng ta có: F
3p
=
3
2
F
A
=

, còn F
A
= F
C
= - F
m
/2. (dấu trừ ở đây với ý
nghóa chỉ chiều s.t.đ pha A,C ngược với pha B tại thời điểm xét). Dựa vào quan hệ hình học
các véc tơ s.t.đ củ 3 pha, chúng ta có: F
3p
=
3
2
F
B
=
3
2
F
m
– s.t.đ 3 pha có biên độ gấp
3
2
lần
biên độ của pha B, phương chiều trùng với phương chiều trục từ trường pha B, lệch với
trục s.t.đ ban đầu ( tại thời điểm

t =

góc 120

= - F
m
/2. (dấu trừ ở đây với ý nghóa
chỉ chiều s.t.đ pha B,A ngược với pha A tại thời điểm xét). Dựa vào quan hệ hình
học các véc tơ s.t.đ củ 3 pha, chúng ta có: F
3p
=
3
2
F
C
=
3
2
F
m
– s.t.đ 3 pha có biên
độ gấp
3
2
lần biên độ của pha C, phương chiều trùng với phương chiều trục từ
trường pha C, lệch với trục s.t.đ ban đầu ( tại thời điểm

t =

góc 240
0


(hình3.4 c)

F
B

F
A

a, tại t = /2
b, tại t = /2 +2/3
c, tại t = /2 + 4/3
A

X

•

•

B

Y

C

Z

F
3p

= (3/2)F
m


F
3p

= (3/2)F
m

Hình3.4 : phân tích từ trường quay 3 pha bằng đồ thò véc tơ
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
111
máy có số cực từ 2p bất ky, có tốc độ góc dòch chuyển 




rad/s)hay tốc độ quay
của nó là : n
1
=
60f
p
(vòng/ph)
Như vậy, s.t.đ quay(từ trường quay) máy điện xoay chiều 3 pha đối xứng, là
s.t.đ có trò số không đổi, có phương chiều biến đổi theo q tích vòng tròn, tốc độ quay n
1
=
60f
p

2.Sức từ động quay tròn(hay từ trường quay tròn) hai pha
Bằng tính toán và thực tiễn cho thấy :
Nếu hai s.t.đ đập mạch(tạo bởi hai dây quấn 1 pha) có góc lệch nhau trong
không gian và thời gian góc
2/

thì s.t.đ quay 3 pha là s.t.đ quay tròn(tương tự
s.t.đ 3 pha đối xứng, góc lệch pha 2/3). Trong máy điện xoay chiều 1 pha, để tạo
nên từ trường quay như vậy, người ta cấu tạo hai dây quấn(tương ứng hai pha dây
quấn) có góc lệch không gian góc
2/

(góc độ điện) và tạo độ lệch pha góc
2/


bằng nối tiếp 1 pha dây quấn với tụ điện(C), điện cảm(L),…
3.Sức từ động quay ( hay từ trường quay) elíp
Xuất hiện khi hai stđ đập mạch lệch nhau trong không gian hoặc thời gian
góc
2/



.

*****

CHỦ ĐỀ GI Ý THẢO LUẬN


đm
 = 0,8;
đm
 = 0,85. Mỗi
pha có một mạch nhánh song song.

Gợi ý
P: công suất cơ trên đầu trục động cơ, thường được ghi trên nhãn máy.
P =
.cos.I.U.3
Dây quấn đấu Y có dòng điện I
d
= I
f
= I
đm
.
Sức từ động cơ bản tương ứng với sóng bậc

= 1.
Trước tiên cần tính các thông số của bộ dây quấn:
Bước cực:

=
p
Z
2
(rãnh).
Số rãnh của một pha dưới một bước cực: q =
m

(A.vòng).
Hệ số dây quấn k
dq
của bộ dây quấn: k
dq
= k
n
.k
r
.
Hệ số quấn rải: k
r
=
2
sin.q
2
.qsin
đ
đ


và hệ số bước ngắn: k
n
= sin
2
.

 (với



o
30
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
113
Hệ số dây quấn: k
dq
= k
n
.k
r
= sin(
2
.

 ).
2
sin.q
2
.qsin
đ
đ



= sin(
2
.
6

P
đm
đm
=
85,0.8,0.380.3
10.5,5
3
= 12,29 (A).
Dây quấn đấu sao (Y) nên dòng điện I
d
= I
p
= I
đm
= 12,29 (A).
Do mỗi pha có một mạch nhánh song song nên dòng điện I
đm
= 12,29 (A) chính là
dòng điện trên mỗi mạch nhánh song I.
Biên độ sức từ dộng đập mạch là:
F
m
= I.
p
k
.W.
2.2
dq

= 29,12.

đm
= 380 V, máy
phát đấu tam giác (

), cos
đm
 = 0,8. Stato có tổng số rãnh Z = 36, 2p = 4, số vòng dây
trong một bối dây W
s
= 20 vòng, dạng dây quấn xếp 2 lớp, mỗi pha có 2 mạch nhánh song
song. Tính sức từ động cơ bản của một pha dây quấn?.
Gợi ý
P
đm
: công suất điện trên hai cực của máy phát, thường được ghi trên nhãn máy.
P
đm
=
đmđmđm
cos.I.U.3 
Dây quấn đấu

có dòng điện I
d
= 3 I
f
= I
đm
.
Sức từ động cơ bản tương ứng với sóng bậc

k
.q.p2.W.
2.2
dq
S

(A.vòng).
Với I dòng điện chạy trong một mạch nhánh song song.
Sức từ động của một pha được biểu diễn dưới dạng sau:
F
f
=

cos.sin. tF
m

Hệ số dây quấn k
dq
của bộ dây quấn: k
dq
= k
n
.k
r
.
Hệ số quấn rải: k
r
=
2
sin.q

= 9 (rãnh).
Số mạch nhánh / pha / bước cực: q =
3

=
3
9
= 3 (rãnh).
Góc lệch pha về điện:


o
đ
180
= 
9
180
o
o
20
Dây quấn xếp 2 lớp có bước dây quấn nằm trong khoảng sau:
)1(y
3
2
 tương ứng 86


y
Do đó chọn bước dây quấn y = 7.
Hệ số dây quấn: k

20
.3sin
o
o
= 0,902
(với hệ số tải

=

y
=
9
7
).
Tổng số vòng dây trong một mạch nhánh song song.
W = W
s
.2p.q = 20.2.3 = 120 (vòng).
Dòng điện dây đònh mức:
I
đm
=
đmđm
đm
cos.U.3
P

=
8,0.380.3
10.10

I
p
=
2
96,10
= 5,48 (A).
Biên độ sức từ động đập mạch là:
F
m
= I.
p
k
.W.
2.2
dq

=
48,15.
3
902,0
.120.
2.2

= 178
(A.vòng).
Sức từ động của một pha biểu diễn dưới dạng phương trình sau:
F
f
=


=
2
230
A.vòng.

Bài 2
Cho một máy phát điện ba pha tốc độ quay n = 75 vg/ph, dây quấn 1 lớp, dòng
điện đi qua mỗi phần tử I = 230 A (trò số hiệu dụng), số rãnh phần tónh Z = 480, trong mỗi
rãnh có 8 thanh dẫn, tần số f = 50 Hz. Tính:
a/ Biên độ sóng điều hóa sức từ động bậc 1, 3, 5 của mỗi phần tử khi dòng điện pha
là cực đại.
b/ Biên độ của các sức từ động bậc 1, 3, 5 của dây quấn của mỗi pha.
ĐS: a/
5,3,1
F

= 1656; 552; 331,2 A.vòng.
b/
5,3,1
F

= 3200; 1066,4; 640 A.vòng.
*****
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM