Rôto phần cảm Rôto máy điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ dùng để tạo ra từ trường cho máy.. 9.3.1.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ Cấp dòng điện kích từ dòng đ
Trang 1CHƯƠNG 9: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Trang 39.1.2 CÔNG DỤNG
I Máy điện đồng bộ được sử
dụng rộng rãi trong công
nghiệp Phạm vi sử dụng:
a Máy phát điện.
b Động cơ điện
1 Máy phát điện là nguồn điện
chính của lưới điện quốc gia,
trong đó động cơ sơ cấp là các
tua bin hơi, tuabin khí hoặc
tuabin nước Công suất mỗi
máy phát có thể đạt đến 600
MVA hoặc lớn hơn và chúng
thường làm việc song song.
Trang 4Ở CÁC LƯỚI ĐIỆN CÔNG SUẤT NHỎ , MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ ĐƯỢC KÉO BỞI CÁC ĐỘNG CƠ ĐIÊZEN HOẶC CÁC TUA BIN KHÍ, CÓ THỂ LÀM VIỆC ĐƠN LẺ
HOẶC HAI BA MÁY LÀM VIỆC SONG SONG
Trang 52. Động cơ đồng bộ thường được sử dụng trong truyền động
điện công suất lớn, có thể đạt đến vài chục MW( loạt ba pha) Trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh, động
cơ đồng bộ được sử dụng để truyền động các máy bơm, nén khí, quạt gió v.v với tốc độ không đổi
Động cơ đồng bộ một pha được dùng trong hệ thống điều khiển và thiết bị sinh hoạt trong gia đình
Mục đích sử dụng: tốc độ động cơ luôn không đổi khi tải thay đổi
(ổn định tốc độ).
Ngoài ra động cơ đồng bộ còn được dùng làm máy bù đồng bộ
trong hệ thống điện để cải thiện hệ số công suất cos của lưới điện và ổn định điện áp.
Trang 69.2.CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
9.2.1.Xtato ( phần ứng )
Xtato của máy điện đồng bộ
giống như xtato của máy điện
không đồng bộ, gồm hai bộ phận
chính là lõi thép xtato và dây
quấn ba pha xtato ( thường là
loại ba pha ) Dây quấn xtato còn
gọi là dây quấn phần ứng Lõi
thép Dây quấn
Trang 7Lá thép kỹ thuật điện
của lõi thép stato
Lõi thép stato
Lõi thép stato: Hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện dày
0,35 – 0,5 mm được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau có sơn cách điện để hạn chế dòng điện xoáy Trong các rãnh của lõi thép dùng để đặt dây quấn stato Lõi thép được ép vào trong vỏ máy.
Trang 89.2.2 Rôto ( phần cảm )
Rôto máy điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn
kích từ dùng để tạo ra từ trường cho máy Nguồn
kích thích là nguồn điện một chiều
Đối với máy nhỏ rôto là
nam châm vĩnh cữu.
Hai đầu của dây quấn kích
từ đi luồn trong trục và
nối với hai vòng trượt đặt
ở đầu trục, thông qua chổi điện để nối với nguồn kích từ.
Trang 9Có hai loại: rôto cực từ ẩn và
• Dùng ở máy có tốc độ thấp ,
có nhiều đôi cực , đường kính có thể lên tới 15m, trong khi chiều dài không quá 3m Đối với rôto cực lồi dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ
Trang 10b, Rôto cực ẩn
• Được chế tạo bằng thép hợp
kim rèn thành khối hình trụ, sau
đó phay rãnh để đặt dây quấn kích từ Phần không phay rãnh hình thành mặt cực từ.
• Rôto cực ẩn thường dùng ở máy
có tốc độ cao 3000v/ph, chỉ có duy nhất một đôi cực , đường
kính không vượt quá 1,1 – 1,15 m( hạn chế lực ly tâm), dài tối
đa 6,5 m.
• Đối với rôto cực ẩn, dây quấn kích từ được đặt trong các rãnh
Trang 11• Trục máy đồng bộ có thể đặt nằm ngang như động cơ đồng bộ, máy phát diezen hoặc máy phát tuabin nước có công suất nhỏ và tốc độ quay tương đối lớn
200vg/phút.
Máy phát tuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm, trục máy đặt thẳng đứng
Trang 129.3.1.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN
ĐỒNG BỘ
Cấp dòng điện kích từ (dòng điện một chiều) vào dây quấn kích từ
sẽ tạo nên từ trường chính o Khi quay rôto bằng động cơ sơ
cấp, từ trường của rôto sẽ quay và biến thiên qua dây quấn phần ứng xtato theo quy luật hình sin xtato = w 1 k dqo sint và cảm ứng sức điện động xoay chiều e trong các pha của máy phát.
e = - d xtato /dt= - w 1 k dqo cos t = w 1 k dqo sin (t - /2)
e= E 0 sin (t - /2) ta có trị số hiệu dụng E o =4,44fw 1 k dqo
Tần số f của sức điện động sẽ là: f=pn/60 , n tốc độ quay của
rôto đo bằng vòng/phút.
w 1 : số vòng dây một pha xtato
k dq : hệ số dây quấn xtato
Trang 13Dây quấn ba pha xtato có trục lệch nhau trong không gian một
góc 120 0 điện, cho nên sức điện động các pha lệch nhau góc pha
Trang 149.3.2.Tổn hao của máy phát điện đồng bộ
1 Tổn hao sắt từ trong lõi thép xtato P st : tổn hao do dòng điện
xoáy và tổn hao từ trễ
2 Tổn hao trên điện trở mạch kích từ P mkt = I kt 2 R mkt
(R mkt là điện trở của mạch kích từ trên rôto
3 Tổn hao trên mạch phần ứng (xtato) P ư : P ư = 3I 2 R
(R là điện trở dây quấn xtato của một pha)
4 Tổn hao cơ P cơ : ma sát ở ổ trục, vòng bi.v.v
5 Tổn hao phụ P p
• Hiệu suất của máy phát:
P 2 : công suất máy phát đưa ra tải
P η
2 2
Trang 159.4.Phản ứng phần ứng của máy phát điện
• Khi máy phát điện đồng bộ chạy không tải, trong máy chỉ có
từ thông do phần cảm gây ra Từ thông này cảm ứng ra sđđ
Eo trong phần ứng, chậm pha so với từ trường một góc 900.
• Khi máy mang tải, dòng điện phụ tải qua dây quấn stato gây
ra từ trường gọi là từ trường phần ứng và làm thay đổi từ trường trong máy về cả độ lớn và sự phân bố
• Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường chính (rôto)
o gọi là phản ứng phần ứng của máy điện đồng bộ.
Trang 16Tải thuần cảm : Phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm giảm từ trường tổng.
Tải thuần dung : Phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ, có tác dụng tăng từ trường tổng
o
Tải thuần cảm ( = 90 0 )
Trang 17SN
Tải R-L : phản ứng phần ứng vừa dọc trục khử từ, vừa hướng
ngang làm méo từ trường cực từ (tác dụng giảm từ trường tổng )
Tải R-C : phản ứng phần ứng vừa dọc trục trợ từ, vừa hướng ngang trục làm méo từ trường cực từ (tác dụng tăng từ trường tổng)
Tóm lại: phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ vừa phụ thuộc dòng điện tải (độ lớn bé) vừa phụ thuộc tính chất của tải.
Trang 189.5.1.Phương trình điện áp của máy phát điện cực lồi
o
ư
Sức điện động cảm ứng trong dây quấn
xtato được sinh ra do biến thiên từ thông
trong khe hở giữa xtato và rôto.
Khi có tải, từ thông trong khe hở gồm
3 thành phần: o, ư , t
(X t là điện kháng tản của dây quấn xtato và ta bỏ qua điện trở của xtato)
Từ thông cực từ o, sinh ra sđđ E 0
Từ thông phần ứng ư sinh ra E ư. :
(X uq là điện kháng pưpư ngang trục,
X ud là điện kháng pưpư dọc trục)
Từ thông tản t sinh ra E t :
ud d
uq q
E
t q t
d t
Trang 19q q d
d o
t ud
d t
uq q
o q
t d d
u d uq
q o
t u
o
XIjXI
j
E
)XX
(Ij)XX
(IjEX
Ij-XIjX
Ij-XIjEE
EE
j
U
I
Trang 209.5.1.Phương trình điện áp của máy phát điện cực ẩn
q q
d d
) I I
( jX
E X
I j X
I j E
U o d db q db o db d q o db
IjX-oE
=U
Phương trình điện áp:
Trang 219.6.1.Đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ.
Đặc tính biểu thị sự phụ thuộc
của điện áp trên cực máy phát Eo
hoặc Uo đối với dòng điện kích
= U db
Trang 229.6.2.1Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ.
Đặc tính ngoài của máy phát
là quan hệ điện áp U trên cực
máy phát và dòng điện tải I
khi tính chất tải không đổi
(cos t = const), tần số và
dòng điện kích từ máy phát
không đổi
U= f(I) hay khi I kt =const,
n=const, cos t =const
( o = const, f= const, cos t =
const)
Đặc tính ngoài của máy phát
phụ thuộc vào tính chất của
Trang 239.6.2.2Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ khi có
điều chỉnh dòng kích từ
Điều chỉnh dòng kích từ sao cho
U=Uđm, sau đó giữ cho Ikt
Trang 249.6.3.Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ.
Đường đặc tính điều chỉnh là
quan hệ giữa dòng điện kích từ
và dòng điện tải khi điện áp U
không đổi bằng định mức.
I kt = f(I) khi n=const (f=const),
U=const, cos t =const.
Các máy phát có mạch điện tử
điều chỉnh dòng kích từ giữ cho
điện áp không đổi.
C
Trở lại trang PƯP Ư
Trang 259.7.Sự làm việc song song của các máy phát điện đồng bộ
I Để các máy làm việc song song, phải bảo đảm các điều kiện
sau:
1 Điện áp của máy phát phải bằng điện áp của lưới điện và trùng
pha nhau.
2 Tần số của máy phát phải bằng tần số của lưới điện
3 Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của lưới điện.
II Để đóng máy phát điện vào lưới ta dùng thiết bị hoà đồng
bộ.
Thiết bị hoà đồng bộ gồm các dụng cụ để kiểm tra điện áp, tần số,
và thứ tự pha của mạng điện và máy phát Khi các điều kiện hoà đồng bộ đã thỏa mãn, thiết bị tự động đóng máy phát vào mạng điện.
Đối với máy phát công suất nhỏ, có thể đóng vào lưới điện bằng
phương pháp tự hoà đồng bộ.
Trang 269.8.Động cơ điện đồng bộ
8.8.1.Nguyên lý làm việc, và đồ thị véc tơ
Khi cho dòng điện ba pha vào ba dây quấn xtato, tương tự như động
cơ điện không đồng bộ, dòng điện ba pha sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ n 1 = 60f/p.
Khi cho dòng một chiều vào rôto, rôto biến thành một nam châm
điện.Từ trường quay sẽ hút cực từ của nam châm và kéo rôto quay theo với tốc độ n.
Tốc độ rôto n
= tốc độ từ trường quay xtato n 1 =60f/p
Trang 27Song khi mới mở máy động cơ, lúc rôto còn đứng yên, ta hãy xác định chiều lực tác dụng lên rôto mỗi khi dòng điện dòng điện
trong dây quấn xtato đổi chiều hoặc cực từ rôto đổi tên.
Khi mới mở máy, lực tác dụng lên rôto luôn đổi chiều theo sự đổi chiều của dòng điện xtato và sự đổi chiều xảy ra quá nhanh,
do đó rôto không quay được.
Muốn mở máy phải có 2 biện pháp:
• Dùng động cơ phụ kéo rôto quay
Trang 289.8.2.Mở máy bằng phương pháp không đồng bộ
Để tạo nên mômen mở máy, trên các mặt cực từ rôto, người ta đặt các thanh dẫn, được nối ngắn mạch như lồng sóc ở động cơ không đồng bộ.
Khi mở máy,ta chưa cấp dòng một chiều cho dây quấn kích từ
rôto, nhờ có dây quấn mở máy ở rôto, động cơ sẽ khởi động như đồng cơ không đồng bộ Trong quá trình mở máy ở dây quấn kích
từ sẽ cảm ứng điện áp rất lớn, có thể phá hỏng dây quấn kích từ,
vì thế dây quấn kích từ sẽ được khép mạch qua điện trở phóng
điện có trị số điện trở rất lớn so dây quấn kích từ Khi rôto đã quay đến tốc độ bằng tốc độ đồng bộ n 1 , đóng nguồn điện 1 chiều vào dây quấn kích từ, động cơ sẽ làm việc đồng bộ
Trang 29• 9.8.3.Máy bù đồng bộ
Động cơ điện đồng bộ công suất lớn làm việc không tải và dòng điện kích từ điều chỉnh được để cho động cơ phát ra công suất phản kháng hoặc tiêu thụ công suất phản kháng mục đích điều chỉnh điện áp lưới điện.
Công suất phản kháng: Q= mU (E 0 cos-U)/X đb
mà E o phụ thuộc I kt.
Tăng I kt tăng E 0 Q>0 động cơ phát ra công suất phản kháng
vào lưới điện, động cơ làm việc quá kích thích.
Giảm I kt giảm E o Q <0 động cơ tiêu thụ công suất phản kháng
của lưới điện, động cơ làm việc thiếu kích thích.
Tăng I kt Q tăng Q L giảm cosL tăng và ngược lại.
2 L 2
L
Q P
P cos