Tài Liệu Máy Phát Điện Đồng Bộ 3 Pha

Stator: Gồm có lõi thép và dây quấn. Lõi thép làm bằng vật liệu sắt từ tốt, nghĩa là có từ trở nhỏ và điện trở suất lớn. Loại vận tốc chậm có chiều dài dọc trục ngắn; còn loại tốc độ nhanh chiều dài dọc trục lớn gấp đường kính nhiều lần, ngoài ra trong stator còn có hệ thống làm mát. Rotor. Rotor cực lồi: dạng của mặt cực được thiết kế sao cho khe0p không khí không đều, mục đích để từ cảm trong khe không khí có phân bố hình sin và do đó sức điện động cảm ứng trong dây quấn cũng có hình sin. Loại rotor cực lồi được dùng trong máy phát kéo bởi tua bin vận tốc rất chậm. Lúc đó rotor sẽ có nhiều cực và chiều dài ngắn. Rotor cực ẩn: khe không khí đều và rotor chỉ có hai hoặc bốn cực, loại rotor cực ẩn được dùng trong máy phát kéo bởi tuốc bin vận tốc nhanh. Vì vận tốc quay lớn nên để chống lực ly tâm, rotor được chế tạo nguyên khối và có đường kính nhỏ. Bộ kích từ: Dây quấn kích từ trên rotor được cung cấp dòng một chiều để tạo ra từ thông không đổi theo thời gian.

MÔN MÁY ĐIỆN 2

NỘI DUNG HỌC PHẦN

MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

- Máy phát điện đồng bộ 3 pha.

- Động cơ điện đồng bộ 3 pha.

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

- Máy phát điện một chiều.

- Động cơ điện một chiều.

Tài liệu Tham khảo

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1

MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3 PHA

Ứng dụng

Máy phát một pha , thường

có công suất nhỏ, phát điện dự

phòng cho các hộ gia đình.

Máy phát ba pha , có công suất lớn, phát điện cho các khu, tòa nhà văn phòng, siêu thị, bệnh viện…

Ứng dụng

Máy phát ba pha công suất lớn, phát điện cho các khu, tòa nhà văn

phòng, siêu thị, bệnh viện…

Ứng dụng

Máy phát trong nhà máy nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử.

1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Hệ số công suất định mức Công suất biểu kiến.

THÔNG

SỐ ĐẦU VÀO

1.2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

1.2.1 Stator: giống như stator của máy điện không đồng bộ

Ba cuộn dây được quấn lệch nhau 1200 trong không gian trên stator

1.2.1 Stator máy phát đồng bộ 3 pha

1.2.1 Stator: giống như stator của máy điện không đồng bộ

Stator đang được thi công

1.2.1 Stator máy phát đồng bộ 3 pha

Stator máy phát đang được bảo trì

1.2.1 Stator máy phát đồng bộ 3 pha

Stator nhà máy thủy điện đang được lắp đặt

1.2.1Stator máy phát đồng bộ 3 pha

Stator máy phát của NM nhiệt điện

1.2.1 Stator máy phát đồng bộ 3 pha

(stator máy phát nhiệt điện)

1.2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

1.2.2 Rotor: Có hai loại rotor: rotor cực ẩn và rotor cực lồi

Mặt cắt của rotor

1.2.2 Rotor máy phát đồng bộ ba pha

(Rotor cực từ ẩn)

Loại rôto cực ẩn được dùng trong máy phát kéo bởi tuốc bin vận tốc nhanh

(tuốc bin nhiệt điện, điện nguyên tử).

1.2.2 Rotor máy phát đồng bộ ba pha

(Rotor cực từ ẩn)

Dây quấn rotor đang được sửa chửa

1.2.2 Rotor máy phát đồng bộ ba pha

(Rotor cực từ ẩn)

Mặt cắt rotor của máy phát cực từ ẩn hoạt động

Rôto cực lồi Loại rôto cực lồi được dùng trong máy phát kéo

bởi tuốc bin vận tốc chậm (tuốc bin thủy điện).

1.2.2 Rotor máy phát đồng bộ ba pha

(Rotor cực từ lồi)

1.2.2 Rotor máy phát đồng bộ ba pha

(Rotor cực từ lồi)

Hình ảnh rotor nhà máy thủy điện đang được lắp đặt

1.2.2 Rotor máy phát đồng bộ ba pha

(Rotor cực từ lồi)

1.2.2 Rotor máy phát đồng bộ ba pha

(Rotor cực từ lồi)

Mặt cắt rotor của máy phát cực từ lồi hoạt động

Dây quấn kích từ trên rôto được cung cấp dòng một chiều để tạo ra từ thông không đổi theo thời gian

1.2.3 Bộ kı́ch từ

Từ thông trong máy phát kích từ cực từ lồi

1.2.3 Bộ kı́ch từ

Từ thông trong máy phát kích từ cực từ ẩn

Máy phát điện kích từ trực tiếp

1.2.3 Bộ kı́ch từ (Kích từ trực tiếp)

Bộ kích từ không chổi than

1.2.3 Bộ kı́ch từ

(Kích từ không chổi than)

1.2.3 Bộ kı́ch từ

(Kích từ không chổi than)

1.2.3 Bộ kı́ch từ

(Kích từ không chổi than)

Máy phát điện có dùng máy phát

đầu trục1.2.3 Bộ kı́ch từ

(Kích từ không chổi than)

1.3 Nguyên lý hoạt động

Từ thông nhận được trên các cuộn dây

) cos(

) sin(

.

N

e AX  dq m  

) 120 sin(

.

e BY dq m  

) 240 sin(

.

e CZ dq m  

Sức điện động cảm ứng trên 1 pha có N vòng dây

Tương tự ta tính được sức điện động cảm ứng trên 2 pha còn lại:

1.3 Nguyên lý hoạt động

) sin(

.

)) cos(

.

(

t dt

t d

) sin(

.

2

) sin(

.

44 , 4 2

) sin(

44 , 4

2

) sin(

2

2

2

) sin(

2

.

.

) sin(

.

.

t E

t f

k N

t f

k N

t f

k N

t f

k N

t k

N e

p

m dq

m dq

m dq

m dq

m dq

Vậy: E p = 4,44.N.k dq  m .f là sức điện động hiệu dụng

1.3 Nguyên lý hoạt động (Sức điện động cảm ứng)

Với f

K dq hs dây quấn

Ta có sđđ hiệu dụng E p = 4,44.N.k dq  m f

- Sức điện động cảm ứng tỷ lệ thuận với dòng

kích từ (không tuyến tính).

- Sức điện động cảm ứng tỷ lệ thuận và tuyến

tính với tốc độ quay.

1.3 Nguyên lý hoạt động (Sức điện động cảm ứng)

Từ công thức trên ta rút ra được.

Gọi n là tốc độ quay của rotor [vòng/giây]

f là tần số máy phát ra [Hz]

p là số đôi cực từ (cặp)

Máy phát có 1 đôi cực từ khi thực hiện quay một vòng/giây thì điện áp cảm ứng trên stator cũng thực hiện được một chu kỳ/giây hay 1 Hz

Tương tự, với máy phát có hai đôi cực từ thì khi quay một vòng thì sức điện động cảm ứng thực hiện được 2 chu kỳ/giây hay 2 Hz.

1.3 Nguyên lý hoạt động (Mối quan hệ tần số – tốc độ quay)

4Hz 3Hz

2Hz 1Hz

Tần số tương ứng

4 3

2 1

Số đôi cực từ (cặp)

Vậy khi rotor quay 1 vòng/ giây ta có mối quan hệ giữa cực từ và tần số như bảng sau:

Từ đó ta rút ra được công thức:

f = p.n Trong đó n có đơn vị vòng/giây

60

pn

f 

Như vậy, tần số máy phát ra tỷ lệ thuận

với tốc độ quay và số cực từ.

1.3 Nguyên lý hoạt động (Mối quan hệ tần số – tốc độ quay)

Và Nếu n có đơn vị là vòng/phút

Hay

p f

n  60

1.4 Từ trường trong máy phát đồng bộ

1.4 Từ trường trong máy đồng bộ

Từ trường trong máy phát đồng bộ.

Khi hoạt động không tải thì từ trường trong máy phát là từ trường do kích từ trên rotor tạo ra.

Khi hoạt động có tải thì trên stator cũng sinh

ra một từ trường quay cùng chiều và cùng tốc độ với từ trường trên rotor Lúc này từ trường trong

máy phát là từ trường tổng hợp của từ trường rotor và từ trường stator.

Khi có sự xuất hiện của từ trường stator tác động lại từ trường rotor, ta gọi hiện tượng

này là phản ứng phần ứng.

1.4 Từ trường trong máy phát đồng bộ

(Hiện tượng phản ứng phần ứng)

1.4 Từ trường trong máy phát đồng bộ

(Hiện tượng phản ứng phần ứng)

1.5 Mạch tương đương MF cực từ ẩn

jX R

I U

E

t

s f

.

) (



U

 Góc công suất (góc lệch giữa U và E)

 Góc lệch pha giữa dòng

và áp của máy phát

1.5 Mạch tương đương MF cực từ ẩn

(Giản đồ vector)

1.6 Độ thay đổi phần trăm điện áp

Khi vận hành ở chế độ

%

f

f f

1.7 Máy phát mang tải

(tải có tính cảm)

Lưu ý khi tính toán đối

với tải mang tính cảm:

0 sin

; 0 cos

i

máy phát E f sẽ có giá tri ̣lớn hơn giá tri ̣điện áp U f

Dựa vào giản đồ vectơ, tính theo pp hình học ta được

Dựa vào mạch điện, tính bằng phương pháp số phức:

1.7 Máy phát mang tải

(tải có tính cảm)

)

p p

;0cos

i u

1.7 Máy phát mang tải

(tải có tính dung)

Khi tải có tính dung cần lưu ý:

Công thức tính toán cho máy

được trình bày trong phần tải

cảm, tuy nhiên cần lưu ý về

giá tri ̣cos và sin phi

Chú ý: Khi máy phát mang tải dung, thường sức điện động sẽ có giá tri ̣nhỏ hơn điện áp của máy phát.

Ví dụ

Như vậy khi chuyển chế độ làm việc của máy phát từ

trạng thái phát ra nguồn áp tần số 60Hz sang trạng thái nguồn

áp tần số 50Hz, ta cần giảm tốc độ quay của động cơ sơ cấp Ngoài ra muốn đảm bảo điều kiện duy trì sức điện động hiệu dụng Ep = 380V; Như vậy ta phải thay đổi từ thông của kích từ.

Ví dụ

Ta có:

Tóm lại: Muốn duy trì điện áp không đổi, ta phải tăng từ thông của kích từ lên.

Ví dụ 2

6 , 0 )

87 , 36 sin(

87 , 36

87 , 36 8

, 0 cos

100 127

127 23

0 E





q

q X I j





) 2 (

d I jX I jX

U E

Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi

(Không bỏ qua điện trở phần ứng)

1.9 Phương trình máy phát cực từ lồi

q q

d

d I jX I jX

I R U

1.9 Phương trình máy phát cực từ lồi

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng

thái xác lập máy cực từ ẩn

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng thái xác lập máy cực từ ẩn

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng

thái xác lập máy cực từ ẩn

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng

thái xác lập máy cực từ ẩn

(1)

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng

thái xác lập máy cực từ ẩn

(2)

(3)

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng

thái xác lập máy cực từ ẩn

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng

thái xác lập máy cực từ ẩn

Tương tự ta tính cho công suất phản kháng

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng

thái xác lập máy cực từ ẩn

Tương tự ta tính cho công suất phản kháng

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng

thái xác lập máy cực từ ẩn

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng

thái xác lập máy cực từ ẩn

Tương tự ta tính cho công suất cho nguồn phát

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng

thái xác lập máy cực từ ẩn

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng

thái xác lập máy cực từ ẩn

1.10 Đặc tính góc – công suất ở trạng

thái xác lập máy cực từ ẩn

1.11 ĐẶC TUYẾN CỦA MÁY PHÁT

ĐỒNG BỘ.

8.11.1 Đặc tuyến không tải

Mối quan hệ giữa dòng kích từ và điện áp phát ra

I kt

E 0

0

Đặc tuyến ngoài miêu tả mối quan

hệ giữa điện áp phát ra và dòng tải

E

E0

It0

1.11 ĐẶC TUYẾN CỦA MÁY PHÁT

ĐỒNG BỘ.

1.11 ĐẶC TUYẾN CỦA MÁY PHÁT

ĐỒNG BỘ.

1.12 Hiệu suất của máy phát điện

đồng bộ

100 P

P

P

th 2







1.13 Máy phát đồng bộ làm việc

song song

Hoà đồng bộ máy phát vào hệ thống

Đúng thứ tự pha, đúng điện áp nhưng

S’

R

T S

S

1.14 Hai hay nhiều máy phát kết nối song song cùng cung cấp cho tải.

Tính công suất biểu kiến và hệ số

công suất cho mỗi máy

Tính hệ số công suất cho máy 1

Tính hệ số công suất cho máy 2

t

n I I

I I

Bài tập