Giáo trình Máy điện

Giỏo trỡnh 
mỏy điện 
Phần thứ nhất 
Máy điện một chiều 
Ch−ơng 1 
đại c−ơng về máy điện một chiều 
Ngày nay, mặc dù dòng điện xoay chiều đ−ợc sử dụng rất rộng rãi, song máy điện 
một chiều vẫn đ−ợc coi là một loại máy quan trọng. Nó có thể dùng làm động cơ điện, 
máy phát điện hay dùng trong những điều kiện làm việc khác. 
Động cơ điện một chiều có mô men mở máy lớn, có khả năng điều chỉnh tốc độ 
bằng phẳng, phạm vi điều chỉnh rộng nên chúng đ−ợc dùng nhiều trong các máy công 
nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nh− cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải... 
Máy phát điện một chiều dùng làm nguồn điện cho các động cơ điện một chiều, 
làm nguồn điện một chiều kích thích từ trong máy điện đồng bộ. Ngoài ra trong công 
nghiệp điện hoá học nh− tinh luyện đồng, nhôm, mạ điện... cũng cần dùng nguồn điện 
một chiều điện áp thấp. 
Máy điện một chiều cũng có những nh−ợc điểm của nó so với máy điện xoay chiều 
nh− giá thành đắt hơn, sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo và bảo quản cổ góp 
phức tạp,... nh−ng do những −u điểm của nó nên máy điện một chiều vẫn còn có một 
tầm quan trọng nhất định trong sản xuất. 
1-1. Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều 
Máy điện một chiều có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc chế độ động cơ 
điện dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ. 
1.1.1. Chế độ máy phát điện 
Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy điện một chiều nh− hình 1-1. Máy gồm có một 
khung dây abcd hai đầu nối với hai phiến góp (hai nửa vòng đồng). Hai chổi điện (chổi 
than) A và B đặt cố định và luôn tì sát vào phiến góp. Khung dây và phiến góp đ−ợc 
quay quanh trục của nó với một tốc độ không đổi trong từ tr−ờng của hai cực nam 
châm N - S. 
Khi khung dây quay, các thanh dẫn ab và cd sẽ cắt các đ−ờng sức từ tr−ờng. Theo 
định luật cảm ứng điện từ, trong các thanh dẫn xuất hiện sức điện động (s.đ.đ) cảm 
ứng, trị số tức thời của s.đ.đ. cảm ứng đ−ợc xác định theo biểu thức: 
 e = B.l.v (1-1) 
trong đó: B - từ cảm ở nơi thanh dẫn quét qua; 
 l - chiều dài thanh dẫn nằm trong từ tr−ờng; 
 v - vận tốc quét của thanh dẫn. 
Chiều của s.đ.đ. cảm ứng đ−ợc xác định theo quy tắc bàn tay phải. Theo vị trí của 
khung dây trên hình 1-1 và giả thiết chiều quay của khung dây ng−ợc chiều kim đồng 
hồ thì thanh dẫn ab đang nằm d−ới cực bắc N, s.đ.đ. cảm ứng e sẽ có chiều từ b đến a, 
 5
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 6
e, i
t 
2
1
Hình 1-2. S.đ.đ. và dòng điện trong 
khung dây (1) và ở mạch ngoài (2). 
Hình 1-1. Nguyên lý làm việc 
của máy phát điện một chiều 
A
B
-
+
b 
a
d
R
n
e
e
c
e
t 
Hình 1-3. S.đ.đ. ở mạch ngoài khi 
có 2 khung dây đặt lệch nhau 900 
còn thanh dẫn cd đang nằm d−ới cực 
nam S, chiều của s.đ.đ. cảm ứng trong 
nó sẽ từ d đến c. Nếu mạch ngoài 
khép kín qua tải thì s.đ.đ. trong khung 
dây sẽ sinh ra trong mạch ngoài một 
dòng điện chạy từ chổi than A đến 
chổi than B. Do khung dây quay nên 
các thanh dẫn ab và cd lần l−ợt thay 
đổi vị trí nằm d−ới các cực từ, do đó 
s.đ.đ. cảm ứng trong các thanh dẫn là 
s.đ.đ. xoay chiều. Nếu từ cảm trong 
khe hở không khí (nơi thanh dẫn quét 
qua) phân bố hình sin thì theo công 
thức (1-1) s.đ.đ. trong khung dây 
cũng là hình sin. 
Vì chổi điện A luôn tì lên phiến 
góp nối với thanh dẫn nằm d−ới vùng 
cực bắc N, còn chổi điện B luôn tì lên 
phiến góp nối với thanh dẫn nằm d−ới 
vùng cực nam S nên dòng điện ở 
mạch ngoài chỉ chạy theo một chiều 
từ chổi A (cực d−ơng) đến chổi B 
(cực âm). Nh− vậy, s.đ.đ. xoay chiều 
cảm ứng trong khung dây và dòng 
điện t−ơng ứng đã đ−ợc chỉnh l−u 
thành s.đ.đ. và dòng điện một chiều ở 
mạch ngoài nhờ hệ thống vành góp và 
chổi than (hình 1-2). 
Nếu máy phát điện một chiều có 
một khung dây nh− ở hình 1-1 thì 
điện áp giữa hai chổi điện A, B có 
dạng nh− đ−ờng 2 ở hình 1-2, gọi là 
điện áp đập mạch. Trên thực tế, để có 
s.đ.đ. lớn giữa các chổi than và để 
giảm sự đập mạch của s.đ.đ. đó, 
ng−ời ta dùng nhiều khung dây đặt 
lệch nhau một góc trong không gian 
làm thành dây quấn phần ứng. Cũng 
chính vì vậy nên không phải chỉ có 
hai phiến góp mà có nhiều phiến góp 
ghép lại với nhau thành một cổ góp 
điện. Các phiến góp cách điện với 
nhau bằng mica mỏng. Điện áp giữa 
hai chổi điện là tổng các s.đ.đ. trên các thanh dẫn nối tiếp trong một mạch nhánh, nên 
nó có trị số lớn và giảm bớt sự đập mạch. Dạng điện áp giữa hai chổi điện trong tr−ờng 
hợp máy có hai khung dây đặt lệch nhau trong không gian một góc 900 nh− ở hình 1-3 
(đ−ờng nét liền). 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
1.1.2. Chế độ động cơ điện 
Ng−ợc lại với máy phát, nếu ta nối hai chổi điện A và B vào nguồn điện một chiều, 
dòng một chiều chạy trong các thanh dẫn nằm trong từ tr−ờng của nam châm N - S, 
d−ới tác dụng của từ tr−ờng nam châm lên các thanh dẫn có dòng điện sẽ sinh ra lực 
điện từ có độ lớn: 
 F = Btb.l.i (1-2) 
trong đó: Btb- cảm ứng từ trung bình trong khe hở; 
 l - chiều dài của thanh dẫn; 
 i - dòng điện chạy trong thanh dẫn. 
Chiều của lực điện từ đ−ợc xác định theo quy tắc bàn tay trái. 
Nếu chổi điện A nối vào cực (+) và chổi B nối vào cực (-) của nguồn điện thì thanh 
dẫn nào nằm d−ới vùng cực S, dòng điện trong nó sẽ chạy từ trong ra ngoài (từ c đến d 
trên hình 1-1), còn thanh dẫn nào nằm d−ới vùng cực N, dòng điện sẽ chạy từ ngoài 
vào trong (từ a đến b). 
Do đó lực điện từ tác dụng lên các thanh dẫn ở mỗi vùng cực có chiều không đổi, 
mô men do lực điện từ sinh ra có chiều không đổi làm cho khung dây quay theo một 
chiều nhất định. Đó là nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều. 
1-2. kết cấu của máy điện một chiều 
Kết cấu chủ yếu của máy điện một chiều nh− ở hình 1-4 và có thể chia thành hai 
phần chính: phần tĩnh (stato) và phần quay (rôto). 
5 6 7 8 9
10 11
 7
1
2
3
4
a) 
8
6
7
12
13
9
b) 
Hình 1-4. Mặt cắt dọc (a) và mặt cắt ngang(b) của máy điện một chiều
1. trục; 2. ổ bi; 3. nắp; 4. cánh quạt; 5. vỏ; 6. lõi thép cực từ chính; 7. lõi 
sắt phần ứng; 8. dây quấn cực từ chính; 9. dây quấn phần ứng; 10. chổi 
than; 11. cổ góp; 12. dây quấn cực từ phụ; 13. lõi sắt cực từ phụ. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
1.2.1. Phần tĩnh (stato) 
Phần tĩnh còn đ−ợc gọi là phần cảm, gồm cực từ chính, cực từ phụ, gông từ, nắp 
máy và cơ cấu chổi điện. 
a. Cực từ chính 
Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ tr−ờng, gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ 
lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi thép cực từ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện hay thép 
các bon dày 0,5 đến 1mm đ−ợc ép lại và tán chặt. Trong máy điện nhỏ có thể dùng thép 
khối. Cực từ đ−ợc gắn chặt vào vỏ máy bằng bu lông (hình 1-5). Dây quấn kích từ đ−ợc 
làm bằng đồng bọc cách điện, đ−ợc quấn thành từng cuộn, mỗi cuộn dây đều đ−ợc bọc 
cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện tr−ớc khi đặt trên các cực từ. Các 
cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ chính đ−ợc nối nối tiếp nhau sao cho khi có dòng 
điện chạy qua chúng thì hình thành các cực từ trái dấu xen kẽ. 
1
2
3
4
a) b)
Hình 1-5. Cực từ chính trong máy điện một chiều: a) Bốn cực; b) Sáu cực 
1. Cuộn dây kích từ; 2. Gông từ; 3. Lõi thép cực từ; 4. Bu lông 
b. Cực từ phụ 
Cực từ phụ đ−ợc đặt giữa các cực từ chính (hình 1-4) và dùng để cải thiện đổi 
chiều. Lõi thép th−ờng làm bằng thép khối, trên thân cực từ có đặt dây quấn mà cấu tạo 
giống nh− dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ đ−ợc gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. 
c. Gông từ 
Gông từ làm mạch từ nối liền các cực từ, 
đồng thời làm vỏ máy. Trong máy điện công 
suất lớn gông từ làm bằng thép đúc. Trong 
máy điện công suất nhỏ và vừa th−ờng dùng 
thép tấm cuốn lại và hàn. Có khi trong máy 
điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy. 
d. Cơ cấu chổi than 
Cơ cấu chổi than (hình 1-6) gồm có chổi 
than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò 
xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than đ−ợc cố 
Hình 1-6. Cơ cấu chổi than: 1. chổi 
than; 2. hộp chổi than; 3. lò xo; 4. giá 
đỡ; 5. dây dẫn điện; 6. cò mổ 
 8
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay đ−ợc để điều 
chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt 
lại. Chổi than làm bằng than hay graphit, đôi khi đ−ợc trộn thêm bột đồng để tăng độ 
dẫn điện. Chổi than có nhiệm vụ đ−a dòng điện từ phần ứng ra ngoài hoặc ng−ợc lại. 
e. Nắp máy 
Nắp máy để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm h− hỏng dây quấn và 
đảm bảo an toàn cho ng−ời khỏi chạm phải điện. Trong các máy điện công suất nhỏ và 
vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong tr−ờng hợp này nắp máy th−ờng 
làm bằng gang. 
1.2.2. Phần quay (rôto) 
Phần quay còn gọi là phần ứng, gồm các bộ phận sau: 
 9
a. Lõi thép phần ứng 
Lõi thép rôto dùng để dẫn từ, th−ờng làm bằng 
các lá thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 
0,5mm, bề mặt có phủ sơn cách điện rồi ghép lại 
để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên 
lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ghép lại 
thì đặt dây quấn vào. Trong những máy cỡ trung 
bình trở lên, ng−ời ta còn dập những lỗ thông gió 
để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo đ−ợc những lỗ 
thông gió dọc trục (hình 1-7). 
Trong máy điện hơi lớn thì lõi sắt đ−ợc chia 
thành từng đoạn nhỏ, giữa các đoạn ấy có để một 
khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. Khi máy 
làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn 
và lõi sắt. Trong những máy điện nhỏ, lõi sắt phần 
ứng đ−ợc ép trực tiếp vào trục. Trong máy điện 
lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto. Dùng giá 
rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm 
nhẹ trọng l−ợng rôto. 
b. Dây quấn phần ứng 
Dây quấn phần ứng là phần sinh ra s.đ.đ. cảm 
nêm 
Cách điện 
rãnh 
Dây dẫn 
Hình 1-7. Lá thép phần ứng 
Hình 1-8. Mặt cắt rãnh phần ứng
ứng và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng làm bằng đồng có bọc cách điện, 
tiết diện hình tròn (trong máy công suất bé) hay hình chữ nhật (trong máy công suất 
lớn), đ−ợc đặt trong các rãnh của lõi thép theo một sơ đồ cụ thể và đ−ợc cách điện cẩn 
thận với rãnh. Để tránh khi quay bị vung ra do lực ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm 
để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể bằng tre, gỗ hay bakêlít (hình 1-8). 
c. Cổ góp 
Cổ góp (còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều) dùng để chỉnh l−u dòng điện xoay 
chiều trong dây quấn phần ứng thành dòng điện một chiều đ−a ra ngoài. 
Kết cấu của cổ góp nh− hình 1-9, gồm có nhiều phiến đồng có đuôi én (hình 1-9a 
và b) ghép lại thành hình trụ tròn (hình 1-9c), giữa các phiến đồng đ−ợc cách điện với 
nhau bằng các tấm mi ca dày 0,4 đến 1,2mm. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình 
chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và phiến góp cũng đ−ợc cách điện bằng các tấm mi ca. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Đuôi vành góp nhô cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các 
phiến góp đ−ợc dễ dàng. 
 10
Hình 1-9. Phiến đổi chiều (a), (b) và cổ góp (c) 
1. phiến góp; 2, 3. ốp hình chữ V; 4. cách điện 
bằng mi ca; 5. rãnh nối dây; 6. vành đệm cách 
điện; 7. bulông xiết. 
5 1 
23 
4 
4
6 7 
b)a) 
d. Các bộ phận khác 
Các bộ phận khác gồm có: 
Cánh quạt dùng để quạt gió làm mát 
máy. Máy điện một chiều th−ờng chế tạo 
theo kiểu bảo vệ, ở hai đầu nắp máy có lỗ 
thông gió. Cánh quạt lắp trên trục máy. 
Khi máy quay, cánh quạt hút gió từ ngoài 
vào máy. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi 
sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài 
làm nguội máy. 
Trục máy làm bằng thép các bon tốt. 
Trên trục máy lắp lõi sắt phần ứng, vành 
góp, cánh quạt. 
2 
c)
Hình 1-10. Rôto của máy điện một chiều 
Phần ứng (rôto) của máy điện một chiều nh− ở hình 1-10. 
1-3. Các đại l−ợng định mức 
Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện 
mà x−ởng chế tạo đã quy định. Chế độ đó đ−ợc đặc tr−ng bởi những đại l−ợng ghi trên 
nhãn máy và gọi là những l−ợng định mức. Trên nhãn máy th−ờng ghi những đại l−ợng 
sau: 
Công suất định mức Pđm (W hay kW); 
Điện áp định mức Uđm (V); 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Dòng điện định mức Iđm (A); 
Tốc độ định mức nđm (vg/ph). 
Ngoài ra còn ghi kiểu máy, ph−ơng pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu 
về điều kiện sử dụng v.v... 
Cần chú ý là công suất định mức ở đây là chỉ công suất đ−a ra của máy điện. Đối 
với máy phát điện, đó là công suất điện đ−a ra ở đầu cực của máy. Đối với động cơ 
điện thì đó là công suất cơ đ−a ra ở đầu trục. 
Câu hỏi 
1. Kết cấu của máy điện một chiều gồm những bộ phận chính nào, công dụng của 
các bộ phận đó? 
2. Tại sao lõi sắt phần ứng của máy điện một chiều phải làm bằng thép kỹ thuật 
điện, cực từ thì có thể dùng thép kỹ thuật điện hay thép lá th−ờng ghép lại, còn gông từ 
lại dùng thép đúc hoặc thép tấm uốn lại rồi hàn? Tại sao vỏ của máy điện một chiều 
không dùng gang là loại vật liệu rẻ tiền và dễ đúc? 
3. Cho biết ý nghĩa của trị số công suất định mức ghi trên nhãn máy? Công suất 
định mức của động cơ điện ghi trên nhãn máy là công suất cơ đ−a ra đầu trục hay công 
suất điện đ−a vào động cơ? 
 11
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Ch−ơng 2 
Dây quấn phần ứng máy điện một chiều 
2-1. Đại c−ơng 
Dây quấn là bộ phận quan trọng nhất của máy điện vì nó tham gia trực tiếp vào quá 
trình biến đổi năng l−ợng từ điện năng thành cơ năng hay ng−ợc 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 đ−ợc 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 th−ờng 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 d−ới 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 
hai cạnh tác dụng (một cạnh nằm ở lớp 
trên và một cạnh nằm ở lớp d−ới rãnh) thì 
ta gọi rãnh đó là rãnh nguyên tố (hình 2-
1a). Nếu trong một rãnh thực đó có đặt 2u 
cạnh tác dụng (trong đó u = 1, 2, 3... n) thì 
ta có thể chia rãnh thực đó ra thành u rãnh
 b) a) c) 
Hình 2-1 
Rãnh thực có 1, 2 và 3 rãnh nguyên tố 
nguyên tố (hình 2-1b và c). Vì vậy quan hệ giữa số rãnh thực Z của phần ứng với số 
 ... n. 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Mạch điện thay thế và đồ thị véc tơ ứng với các ph−ơng trình (12-2) và (12-3) đ−ợc 
trình bày nh− trên các hình 12-2a và hình 12-2b. 
 139
~ 
1 3 
2 
3
2
~
1
1 3 
~2 
~
Z1 
Z/3 
Z/2 
~
Z1
Z/3 
Z/2 
~ 
Z1
Z/3 
Z/2 
Hình 12-3. Sơ đồ và mạch điện thay thế ứng với 
thí nghiệm ngắn mạch của m.b.a ba dây quấn 
Hình 12-2. Mạch điện thay thế (a) 
và đồ thị véc tơ (b) của m.b.a ba dây quấn 
/
3U&−/
2U&−
1I&
/
3I&−
/
2I&−
Z1 
Z/3 
Z/2 
1U&
11xIj&
a) 
1U& 
11rI&
2I′− &
3I ′− & 
33 xIj ′′− & 22 xIj ′′− &
22rI&−/
2U&−
33rI&−/
3U&−
1I ′& 
b) 
Các tham số của mạch điện thay thế m.b.a ba dây quấn đ−ợc xác định từ ba thí 
nghiệm ngắn mạch theo hình 12-3. Theo các số liệu của những thí nghiệm đó ta đ−ợc: 
Zn12 = rn12 + jxn12 = (r1 + r
,
2) + j(x1 + x
,
2) 
Zn13 = rn13 + jxn13 = (r1 + r
,
3) + j(x1 + x
,
3) (12-4) 
Zn23 = rn23 + jxn23 = (r
,
2 + r
,
3) + j(x
,
2 + x
,
3) 
Các l−ợng trong các biểu thức trên đều đ−ợc tính đổi về dây quấn 1. Từ các biểu 
thức đó suy ra: 
2
2
2
122313,
3
132312,
2
231312
1
nnn
nnn
nnn
rrr
r
rrr
r
rrrr
++=
++=
++=
 (12-5) 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Các biểu thức của x1, x
,
2 và x
,
3 cũng có dạng t−ơng tự. Các thí nghiệm ngắn mạch 
cũng cho phép xác định đ−ợc các điện áp ngắn mạch un12, un13,un23 t−ơng ứng với các 
tổng trở ngắn mạch zn12, zn13 và zn23. 
12.1.2 Độ thay đổi điện áp của m.b.a ba dây quấn 
Cũng nh− ở m.b.a hai dây quấn, các điện áp đầu ra U2, U3 của m.b.a ba dây quấn 
thay đổi theo trị số và tính chất của các dòng điện tải I2 và I3. Cần chú ý rằng, khi tải 
của một dây quấn thứ cấp thay đổi thì sẽ ảnh h−ởng đến điện áp của dây quấn thứ cấp 
kia do có điện áp rơi trong dây quấn sơ cấp z1I1, ... 
Độ thay đổi điện áp ở các tải I2, I3 với các hệ số công suất cosφ2, cosφ3 nh− sau: 
3)*3(3)*3(2*122*12
1
,
21
*12 sincossincos ϕϕϕϕ nxnrnxnr
dm
dm uuuu
U
UUU +++=−=∆ (12-6) 
trong đó: 
dm
nx
dm
nr
dm
n
nx
dm
n
nr U
Ixu
U
Iru
U
Ixu
U
Iru
1
,
31
)*3(
1
,
31
)*3(
1
,
212
*12
1
,
212
*12 ;;; ==== 
Biểu thức của ∆U13* cũng có dạng t−ơng tự: 
2)*2(2)*2(3*133*13
1
,
31
*13 sincossincos ϕϕϕϕ nxnrnxnr
dm
dm uuuu
U
UUU +++=−=∆ (12-7) 
trong đó: 
dm
nx
dm
nr
dm
n
nx
dm
n
nr U
Ixu
U
Iru
U
Ixu
U
Iru
1
,
21
)*2(
1
,
21
)*2(
1
,
313
*13
1
,
313
*13 ;;; ==== 
12-2. máy biến áp tự ngẫu 
Khi điện áp của l−ới điện sơ cấp và thứ cấp khác nhau không nhiều, tức là tỉ số 
biến đổi điện áp nhỏ, để kinh tế hơn về chế tạo và vận hành ng−ời ta dùng m.b.a tự 
ngẫu thay cho m.b.a hai dây quấn. 
M.b.a tự ngẫu là m.b.a trong đó một bộ phận của dây quấn đồng thời thuộc cả hai 
dây quấn sơ cấp và thứ cấp. Vì vậy, giữa các dây quấn sơ cấp và thứ cấp của m.b.a tự 
ngẫu ngoài sự liên hệ với nhau về từ còn có sự liên hệ trực tiếp với nhau về điện. 
Cũng nh− các m.b.a thông th−ờng khác, m.b.a tự ngẫu cũng có loại tăng áp, giảm 
áp, có loại một pha, ba pha. 
Hình 12-4 trình bày hai kiểu nối dây của m.b.a tự ngẫu trong đó: a) ứng với các 
s.đ.đ. E1 và E2 thuận nhau; b) ứng với chiều các s.đ.đ. ng−ợc nhau. 
Với cách nối dây nh− vậy, công suất truyền tải qua m.b.a tự ngẫu gồm hai phần, 
một phần qua từ tr−ờng của lõi thép và một phần truyền dẫn trực tiếp. Ta hãy so sánh 
dung l−ợng thiết kế Stk với dung l−ợng truyền tải Stt của m.b.a tự ngẫu. Giống nh− đối 
với m.b.a hai dây quấn, dung l−ợng thiết kế của m.b.a tự ngẫu là dung l−ợng truyền 
qua từ tr−ờng và bằng: 
 Stk = E1I1 = E2I2 (12-8) 
 140
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Tỉ số biến đổi của m.b.a tự ngẫu: 
1
2
2
1
2
1
I
I
E
E
U
Uk =≈= 
Trên thực tế, lúc vận hành dung l−ợng truyền tải của m.b.a tự ngẫu bằng: 
 Stt = UCAICA = UHAIHA (12-9) 
và tỉ số biến đổi điện áp của l−ới điện: 
CA
HA
HA
CA
I
I
U
Uk ==, 
Nh− vậy, theo hình 12-4a ta có: 
 ,
22 11
)(
kIU
IUU
IU
IE
S
S
CACA
CAHACA
CACAtt
tk −=−== (12-10) 
Với hình 12-4b ta có: 
 1
)( ,22 −=−== k
IU
IUU
IU
IE
S
S
CACA
HAHACA
CACAtt
tk (12-11) 
Ta thấy rằng kiểu nối dây theo hình 12-4a −u việt hơn vì với cùng trị số k, thì tỉ số 
Stk/Stt nhỏ hơn, do đó trên thực tế đ−ợc dùng nhiều. Nếu k, càng gần 1 thì càng có lợi. 
Thông th−ờng thì m.b.a tự ngẫu có k, ≤ 2,5 và dùng để nối liên lạc các l−ới điện có 
điện áp khác nhau: 110, 154, 220, 330, 500 kV. 
 141
AX 
U1 
ICAIHA
U2 
ax E2I2 
E1I1 UHA UCA
U2 
E2I2 x a
ICAIHA E1I1 
U1 
A XUHA UCA
UCA
UHA
U2 
U1 
E2, I2
E1, I1
ICA
IHA
UCA
UHA
U2 
U1 
E2, I2 
ICA
IHA
E1, I1 
a) b) 
Hình 12-4. Sơ đồ của m.b.a tự ngẫu 
một pha: a) nối thuận; b) nối ng−ợc
Nh− vậy là m.b.a tự ngẫu kinh tế hơn so với m.b.a hai dây quấn thông th−ờng về 
mặt chế tạo. Tổn hao trong m.b.a tự ngẫu cũng nhỏ hơn, vì nếu lấy tỉ số giữa tổn hao 
∑p với dung l−ợng truyền tải Stt, ta có: 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
 )11( ,kS
p
S
p
tktt
−Σ=Σ 
nghĩa là giảm còn )11( ,k
− lần so với tổn hao tính theo dung l−ợng thiết kế Stk hay là tổn 
hao của m.b.a hai dây quấn có cùng dung l−ợng. 
Cũng t−ơng tự nh− vậy, điện áp ngắn mạch của m.b.a tự ngẫu giảm còn )11( ,k
− so 
với điện áp ngắn mạch của m.b.a hai dây quấn, do đó độ thay đổi điện áp ∆U hay điện 
áp rơi trong m.b.a tự ngẫu cũng nhỏ hơn. Cần chú ý rằng do điện áp ngắn mạch của 
m.b.a tự ngẫu nhỏ nên dòng điện ngắn mạch của nó sẽ tăng lên t−ơng ứng. 
Ngoài ứng dụng trong hệ thống điện lực để truyền tải điện năng, m.b.a tự ngẫu còn 
đ−ợc dùng để mở máy động cơ điện không đồng bộ. M.b.a tự ngẫu còn đ−ợc dùng rộng 
rãi trong các phòng thí nghiệm để thay đổi liên tục điện áp. Trong tr−ờng hợp này điện 
áp đ−ợc thay đổi bằng cách dùng chổi than tiếp xúc tr−ợt với dây quấn. 
12-3. các máy biến áp đặc biệt 
12.3.1. Máy biến áp hàn 
 M.b.a hàn đ−ợc chia thành nhiều loại có cấu tạo và đặc tính khác nhau tuỳ theo 
ph−ơng pháp hàn (hàn hồ quang, hàn điện...). ở đây ta chỉ xét đến loại m.b.a hàn hồ 
quang (hình 12-5a). Các m.b.a hàn hồ quang đ−ợc chế tạo sao cho đặc tính ngoài U2 = 
f(I2) rất dốc (hình 12-5b) để hạn chế dòng điện ngắn mạch và bảo đảm cho hồ quang 
đ−ợc ổn định. Muốn điều chỉnh dòng điện hàn cần phải có thêm một cuộn cảm phụ có 
điện kháng thay đổi đ−ợc bằng cách thay đổi khe hở δ của lõi thép cuộn cảm. M.b.a 
hàn hồ quang th−ờng có điện áp không tải bằng 60 ữ 75 V và điện áp ở tải định mức 
bằng 30 V. Công suất của m.b.a hàn thông th−ờng vào khoảng 20 kVA và nếu dùng 
cho hàn tự động thì có thể tới hàng 100 kVA. 
 142
Hình 12-5. Sơ đồ nguyên lý m.b.a hàn 
có cuộn kháng (a) và đặc tính ngoài (b)
δ U2 
U1 
I2 
a) b) 
Chế độ làm việc của m.b.a hàn là chế độ làm việc ngắn mạch ngắn hạn thứ cấp. 
Cuộn dây sơ cấp nối với nguồn điện, cuộn dây thứ cấp một đầu nối với cuộn điện 
kháng và que hàn còn đầu kia nối với kim loại hàn. Khi đ−a que hàn vào tấm kim loại, 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
sẽ có dòng điện lớn chạy qua và làm nóng chỗ tiếp xúc. Khi nhấc que hàn cách tấm 
kim loại hàn một khoảng nhỏ, vì c−ờng độ điện tr−ờng lớn làm ion hoá chất khí sẽ sinh 
ra hồ quang có nhiệt l−ợng lớn làm nóng chảy chỗ hàn. 
12.3.2. Máy biến áp đo l−ờng 
M.b.a đo l−ờng gồm hai loại: máy biến điện áp và máy biến dòng điện, chúng dùng 
để biến đổi điện áp cao hoặc dòng điện lớn thành những l−ợng nhỏ đo đ−ợc bằng 
những dụng cụ đo tiêu chuẩn (1 ữ 100 V hoặc 1 ữ 5 A) hoặc dùng trong mạch bảo vệ. 
Máy biến điện áp đ−ợc chế tạo với công suất 25 ữ 1000 VA và máy biến dòng điện với 
công suất 5 ữ 100 VA. 
Máy biến điện áp có dây quấn sơ cấp nối song song với l−ới điện, còn dây quấn thứ 
cấp nối với vônmet, hoặc cuộn điện áp của oátmet, hoặc với cuộn dây của rơle bảo vệ 
(hình 12-6). Tổng trở z của những dụng cụ này rất lớn nên máy biến điện áp làm việc ở 
trạng thái gần nh− không tải, điện áp rơi trong máy 
nhỏ, do đó sai số về trị số và sai số về góc pha giữa 
U1 và U2 đều nhỏ. 
Sai số về trị số giữa U1 và U2 đ−ợc tính: 
 143
Hình 12-7. Sơ đồ nối dây và đồ 
thị vectơ của máy biến dòng
1I&
δi
A W 
,
2I&−
1I& 
V W1U&
,
2U&−
1U&
,
2U&
δu
Hình 12- 6. 
 Sơ đồ nối dây và đồ thị 
vectơ của máy biến điện áp
1
12
2
1
%
U
UU
w
w
U
−
=∆ (12-12) 
và sai số về góc δu nh− ở hình 12-6. 
Tuỳ theo mức độ sai số, máy biến điện áp có 
các cấp chính xác 0,5; 1; 3, nghĩa là ∆U% t−ơng 
ứng bằng ± 0,5 %; ± 1 %; ± 3 % và δu t−ơng ứng 
bằng ± 20, ; ± 40, (đối với cấp 3 không có qui định 
tiêu chuẩn về δu). Khi sử dụng máy biến điện áp 
cần chú ý không đ−ợc nối tắt mạch thứ cấp vì nh− 
vậy sẽ t−ơng đ−ơng với nối tắt mạch sơ cấp, nghĩa là gây sự cố ngắn mạch ở l−ới điện. 
Máy biến dòng điện có dây quấn sơ cấp gồm ít vòng dây và nối nối tiếp với mạch 
cần đo dòng điện, dây quấn thứ cấp gồm nhiều vòng dây đ−ợc nối với ampemet hoặc 
nối với cuộn dòng điện của oátmet hay rơle bảo vệ (hình 12-7). Tổng trở z của những 
dụng cụ này rất nhỏ nên trạng thái làm việc của 
máy biến dòng điện là trạng thái ngắn mạch, lõi 
thép không bão hoà (Φ = 0,8 ữ 1 Wb) và I0 ≈ 0, do 
đó các sai số đo l−ờng về trị số: 
 100%
1
1
,
2
1
2
I
II
w
w
i
−
=∆ (12-13) 
và sai số về góc δi cũng sẽ nhỏ. Tuỳ theo mức độ 
sai số, máy biến dòng điện có các cấp chính xác 
0,2; 0,5; 1; 3; 10, nghĩa là ∆i% t−ơng ứng bằng 
±0,2 %; ± 0,5 %; ... ± 10 % và δi t−ơng ứng bằng 
±10,; ± 40,; ± 80, (đối với hai cấp 3 và 10 không có 
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
qui định tiêu chuẩn về δi). Khỉ dụng cần chú ý không đ−ợc để dây quấn thứ cấp hở 
mạch vì nh− vậy dòng điện từ hoá rất lớn (I0 = I1), lõi thép bão hoà nghiêm trọng (Φ = 
1,4 ữ 1,8 Wb) sẽ nóng lên và làm cháy dây quấn. Hơn nữa, khi mạch từ bão hoà, từ 
thông bằng đầu sẽ sinh ra s.đ.đ. nhọn đầu, do đó ở dây quấn thứ cấp có thể xuất hiện 
điện áp cao hàng ngàn vôn, không an toàn cho ng−ời sử dụng. 
12.3.3. Máy biến áp chỉnh l−u 
M.b.a chỉnh l−u có đặc điểm là tải của các pha không đồng thời mà luân phiên 
nhau theo sự làm việc của các d−ơng cực của các bộ chỉnh l−u thuỷ ngân hoặc bán dẫn 
đặt ở mạch thứ cấp của m.b.a nh− trên hình 12-8. Nh− vậy, m.b.a luôn luôn làm việc 
trong tình trạng không đối xứng, do đó phải chọn sơ đồ nối dây sao cho đảm bảo đ−ợc 
điều kiện từ hoá bình th−ờng của các trụ thép và giảm nhỏ đ−ợc sự đập mạch của điện 
áp và dòng điện chỉnh l−u. Muốn vậy phải tăng số pha của dây quấn thứ cấp (th−ờng 
chọn số pha bằng 6) và ở phía thứ cấp có đặt thêm cuộn cảm cân bằng K giữa các điểm 
trung tính của ba pha thuận 
(a,b,c,) và ba pha ng−ợc 
(a,,b,,c,,). Tác dụng của cuộn 
cảm cân bằng K là làm cân 
bằng điện áp trong mạch của 
hai pha có góc lệch 600 làm 
việc song song, ví dụ nh− của 
pha a, và c,, trên hình 12-8. 
Khi hai dây quấn thứ cấp 
làm việc song song với nhau, 
bộ chỉnh l−u sáu pha làm việc 
t−ơng tự nh− bộ chỉnh l−u ba 
pha và mỗi mỗi d−ơng cực 
làm việc không phải trong 
thời gian một phần sáu chu kỳ 
mà trong một phần ba chu kỳ. 
a,
A
b,c,
K
b,,
c,,C 
B
_ + a,,
Hình 12-8. Sơ đồ máy biến áp chỉnh 
Câu hỏi 
1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc và đặc điểm của m.b.a ba dây quấn? 
2. Nguyên lý làm việc và đặc điểm của m.b.a tự ngẫu. So sánh m.b.a tự ngẫu với 
m.b.a hai dây quấn? 
3. Cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của m.b.a đo l−ờng. Những điểm cần 
chú ý khi sử dụng? 
 144
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Tài liệu tham khảo 
1. Vũ gia hanh - Trần khánh hà - Phan tử thụ - Nguyễn văn sáu 
 Máy điện 1, 2 - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật - 2001. 
2. Trần Khánh hà 
Máy điện 1, 2 - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật - 1997. 
3. Châu ngọc thạch 
 H−ớng dẫn sử dụng và sửa chữa máy biến áp, động cơ điện và máy phát điện công 
suất nhỏ - Nhà xuất bản Giáo dục - 1994. 
4. Nguyễn đức sỹ 
 Sửa chữa máy điện và máy biến áp - Nhà xuất bản giáo dục - 2001. 
5. Nguyễn Văn Sáu 
Máy điện 1, 2 - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật - 2003. 
6. Nguyễn Hồng Thanh-Nguyễn Phúc Hải 
Máy điện trong thiết bị tự động- Nhà xuất bản Giáo dục - 1999 
 145
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
Mục lục 
 Lời nói đầu 3 
 Phần thứ nhất 
 Máy điện một chiều 
Ch−ơng 1 Đại c−ơng về máy điện một chiều 
1-1. Nguyên lý làm việc của máy điện một chiều 5 
1-2. Kết cấu của máy điện một chiều 7 
1-3. Các đại l−ợng định mức 10 
Ch−ơng 2 Dây quấn phần ứng máy điện một chiều 
2-1. Đại c−ơng 12 
2-2. Dây quấn xếp đơn 14 
2-3. Dây quấn sóng đơn 19 
2-4. Sức điện động cảm ứng trong dây quấn máy điện một chiều 21 
Ch−ơng 3 Từ tr−ờng trong máy điện một chiều 
 3-1. Từ tr−ờng cực từ 23 
3-2. Từ tr−ờng phần ứng 25 
3-3. Từ tr−ờng cực từ phụ 29 
3-4. Từ tr−ờng dây quấn bù 30 
Ch−ơng 4 Đổi chiều dòng điện 
4-1. Đại c−ơng 32 
4-2. Quá trình đổi chiều 34 
 4-3. Nguyên nhân phát sinh ra tia lửa và các biện pháp cải thiện đổi 
chiều 
38 
Ch−ơng 5 Quá trình điện từ trong máy điện một chiều 
5-1. Mômen điện từ và công suất điện từ 42 
5-2. Quá trình năng l−ợng và các ph−ơng trình cân bằng 43 
5-3. Tính chất thuận nghịch trong máy điện một chiều 46 
Ch−ơng 6 Máy phát điện một chiều 
6-1. Đại c−ơng 49 
6-2. Các đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích độc lập 50 
6-3. Đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích song song 54 
6-4. Đặc tính của máy phát điện một chiều kích thích nối tiếp 58 
6-5. Máy phát điện một chiều kích thích hỗn hợp 58 
 146
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
6-6. Máy phát điện một chiều làm việc song song 60
Ch−ơng 7 Động cơ điện một chiều 
7-1. Đại c−ơng 65
7-2. Mở máy động cơ điện một chiều 65
7-3. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 67
7-4. Đặc tính làm việc của động cơ điện một chiều 73
 Phần thứ hai 
 Máy biến áp 
Ch−ơng 8 Khái niệm chung về máy biến áp 
8-1. Đại c−ơng 77
8-2. Nguyên lý làm việc cơ bản của máy biến áp 78
8-3. Phân loại và kết cấu của máy biến áp 79
8-4. Các đại l−ợng định mức của máy biến áp 84
Ch−ơng 9 Tổ nối dây và mạch từ của máy biến áp 
9-1. Tổ nối dây của máy biến áp 86
9-2.. Mạch từ của máy biến áp 89
Ch−ơng 10 Các đặc tính làm việc ở tải đối xứng của m.b.a 
10-1. Các ph−ơng trình cơ bản của máy biến áp 98
10-2. Mạch điện thay thế và đồ thị véc tơ của máy biến áp 101
10-3. Xác định các tham số của máy biến áp 106
10-4. Giản đồ năng l−ợng của máy biến áp 113
10-5. Độ thay đổi điện áp của máy biến áp và cách điều chỉnh điện áp 114
10-6. Hiệu suất của máy biến áp 117
10-7. Máy biến áp làm việc song song 119
Ch−ơng 11 M.b.a làm việc với tải không đối xứng 
và quá trình quá độ trong m.b.a 
11-1. Đại c−ơng 125
11-2. Mạch điện thay thế và tổng trở của m.b.a đối với các thành phần 
đối xứng 
126
11-3. Tải không đối xứng của máy biến áp 127
11-4. Ngắn mạch không đối xứng của máy biến áp 129
11-5. Quá dòng điện trong máy biến áp 130
11-6. Quá điện áp trong máy biến áp 133
Ch−ơng 12 Các loại m.b.a khác và m.b.a đặc biệt 
 147
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - 
12-1. Máy biến áp ba dây quấn 138 
12-2. Máy biến áp tự ngẫu 140 
12-3. Các máy biến áp đặc biệt 142 
 Tài liệu tham khảo 145 
 148
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -