Tài liệu máy điện động bộ giúp cho giáo viên, sinh viên, kỹ sư tham khảo trong quá trình nghiên cứu, dạy học, làm cơ sở cho các kỹ sư thiết kế các hệ thống điều khiển kỹ thuật ứng dụng trong cuộc sống, đây là thiết bị mà nghiều người hiểu chưa đúng về nó tài liệu máy điện động bộ giúp cho giáo viên, sinh viên, kỹ sư tham khảo trong quá trình nghiên cứu, dạy học, làm cơ sở cho các kỹ sư thiết kế các hệ thống điều khiển
MÁY ĐI ỆN ĐỒN G B Ộ ĐỊN H NGH ĨA VÀ CÔNG D Ụ NG Địn h ngh ĩa Những Máy điện xoay chiều có tốc độ quay rơto n tốc độ quay từ trường stato n gọi Máy điện đồng Ở chế độ xác lập, Máy điện đồng có tốc độ quay rôto không đổi tải thay đổi Công dụng Chế độ Máy phát Máy phát điện đồng nguồn điện lưới điện quốc gia, động sơ cấp tua bin hơi, tuabin khí tuabin nước ( hình 9.1.2 ) Hìn h 9.1.2 Ở lưới điện công suất nhỏ, Máy phát điện đồng kéo động điêzen xăng, làM việc đơn lẻ hai ba Máy làM việc song song Chế độ động Động đồng công suất lớn sử dụng công nghiệp luyện kiM, khai thác Mỏ, thiết bị lạnh, truyền động Máy bơM, nén khí, quạt gió v.v Động đồng cơng suất nhỏ sử dụng thiết bị đồng hồ điện, dụng cụ tự ghi, thiết bị lập chương trình, Máy bù đồng C ẤU T ẠO MÁY ĐI ỆN ĐỒ NG B Ộ Cấu tạo Máy điện đồng gồM hai phận stato rơto Stato phần tĩnh (còn gọi phần ứng ), rơto phần quay (còn gọi phần cảM ) PH ẦN TĨNH ( STATO) Stato Máy điện đồng giống stato Máy điện không đồng Lõi thép Lõi thép stato hình trụ thép kỹ thuật điện dập rãnh bên trong, ghép lại với tạo thành rãnh theo hướng trục lõi thép ép vào vỏ Máy Dây quấn Dây quấn stato làM dây dẫn điện bọc cách điện (dây điện từ) đặt rãnh lõi thép PH ẦN QUAY ( RƠTO) Rơ to Máy điện đồng bao gồM lõi thép, cực từ dây quấn kích từ Dây quấn kích từ cấp nguồn điện Một chiều để tạo từ trường cho Máy Hình 9.2.2.a Hai đầu dây quấn kích từ nối với hai vòng trượt đặt đầu trục, thông qua hai chổi than để nối với nguồn chiều Có hai loại: rơto cực từ ẩn rôto cực lồi Rôto cực lồi Dùng Máy có tốc độ thấp, có nhiều đơi cực Rơto cực lồi dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ Rơto cực ẩn Thường dùng Máy có tốc độ cao 3000v/ph có Một đơi cực Rơto cực ẩn dây quấn kích từ đặt ẩn rãnh NGUYÊN LÝ LÀM VI ỆC C ỦA MÁY PHÁT ĐI ỆN ĐỒ NG B Ộ Dòng điện kích từ (dòng điện khơng đổi) vào dây quấn kích từ tạo nên từ trường rôto fi o Khi quay rôto động sơ cấp, từ trường rôto cắt dây quấn phần ứng stato cảM ứng sức điện động xoay chiều hình sin có trị số hiệu dụng: E 0=4,44fiW1kdqfio Nếu rơto có p đơi cực, tần số fi sức điện động: fi = pn/60 Dây quấn ba pha stato có đặt lệch khơng gian Một góc 120 điện, sức điện động pha lệch góc pha 1200 Trong dây quấn stato xuất Một nguồn điện ba pha đối xứng Khi dây quấn stato nối với tải, dây quấn có dòng điện ba pha: iA = IMax sinWt iB = IMaxsin(Wt – 1200) iC = IMaxsin(Wt – 2400) Dòng điện ba pha tạo giống Máy điện không đồng tạo nên từ trường quay, với tốc độ n1 = 60fi/p (n = 60fi/p =n1), tốc độ quay n rơto Do Máy điện gọi Máy điện đồng PH ẢN ỨNG PH ẦN ỨNG C ỦA MÁY PHÁT ĐI ỆN ĐỒ NG B Ộ Khi Máy phát điện làM việc, từ thông cực từ rôto fi cắt dây quấn stato cảM ứng sức điện động E0 chậM pha so với Một góc 900 Dây quấn stato nối với tải tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải, dòng điện I tạo nên từ trường quay phần ứng (stato) Tác dụng từ trường phần ứng (stato) lên từ trường cực từ (rôto) gọi phản ứng phần ứng Tải trở Từ thông phần ứng fiư (stato) theo hướng ngang trục,làm lệch hướng từ trường cực từ (rôto) fi ta gọi phản ứng phần ứng ngang trục (hình 9.4.a) Hình 9.4.a Tải cảm Từ thơng phần ứng fiư ngược chiều fi0 gọi phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm giảm từ trường tổng (hình 9.4.b) Hình 9.4.b Tải dung Từ thông phần ứng fiư chiều fi0, gọi phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ có tác dụng làm tăng từ trường tổng Hình 9.4.c Tải Phân tích từ trường phần ứng thành hai thành phần: Thành phần ngang trục làm lệch hướng từ trường tổng Thành phần dọc trục khử từ trợ từ tùy theo tính chất tải (hình 9.4.d) Hình 9.4.d Phản ứng phần ứng Máy phát điện đồng vừa phụ thuộc vào dòng điện tải I (độ lớn bé) vừa phụ thuộc vào tính chất tải ( trở, cảm dung) PH ƯƠNG TRÌNH CÂN B ẰNG ĐI ỆN ÁP VÀ CÁC ĐƯỜ NG ĐẶC TÍNH C ỦA MÁY PHÁT ĐI ỆN ĐỒ NG B Ộ PH ƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐI ỆN ÁP C ỦA MÁY PHÁT ĐI ỆN ĐỒNG B Ộ Phương trình điện áp Máy phát điện đồng cực ẩn Xđb =Xd=Xq gọi điện kháng đồng Phương trình cân điện áp: CÁC ĐƯỜ NG ĐẶC TÍNH C ỦA MÁY PHÁT ĐI ỆN ĐỒNG B Ộ Đặc tính khơng tải U0 = E0 = fi(Ikt) Itải =0, n =const ( fi=const) Ta có: Eo= 4,44fi.W1.kdq.fio = K.fio Đặc tính khơng tải đường fi0 =fi(Ikt), gọi đường cong từ hóa vật liệu sắt từ Đặc tính ngồi Máy phát điện đồng Mối quan hệ điện áp U cực Máy phát dòng điện tải I tính chất tải cosP t khơng đổi, tần số fi dòng điện kích từ Ikt khơng đổi U = fi(I) Ikt =const, n= const (fi=const) , cosPt =const Đặc tính ngồi Máy phát phụ thuộc tính chất tải Đặc tính điều chỉnh Máy phát điện đồng Mối quan hệ dòng điện kích từ với dòng điện tải điện áp U điện áp định Mức, tần số fi tính chất tải khơng đổi Ikt = fi(I) U =const, n= const ( fi =const), cosPt =const ĐỘNG C Ơ ĐI ỆN ĐỒNG B Ộ Nguyên lý làm việc Khi cho dòng điện ba pha Ia, Ib, Ic vào ba dây quấn stato, dòng điện ba pha stato sinh từ trường quay với tốc độ n1 = 60fi/p Khi cho dòng điện Một chiều vào dây quấn rôto, rôto biến thành nam châm điện Khi từ trường stato quay với tốc độ n1, lực tác dụng kéo rôto quay với tốc độ n = n1 Phưong trình điện áp động điện đồng bộ: Mở Máy động điện đồng Muốn động làm việc, phải tạo MôMen Mở Máy để quay rôto đồng với từ trường quay stato Trên mặt cực từ rôto, người ta đặt dẫn, nối ngắn mạch lồng sóc động khơng đồng ( hình 9.6.2) Hình 9.6.2 Khi Mở Máy, nhờ có dây quấn Mở Máy rôto động làm việc đồng khơng đồng Trong q trình Mở Máy dây quấn kích từ cảm ứng điện áp lớn, phá hỏng dây quấn kích từ, dây quấn kích từ khép Mạch qua Mạch điện có điện trở lớn để bảo vệ dây quấn kích từ Khi rơto quay đến tốc độ tốc độ đồng n 1, đóng nguồn điện Một chiều vào dây quấn kích từ, động làM việc đồng Máy bù đồng Động điện đồng làm việc chế độ khơng tải dòng điện kích từ điều chỉnh q kích thích để động phát cơng suất phản kháng với mục đích nâng cao hệ số cơng suất lưới điện Công suất phản kháng: Q= MU (E0cosq-U)/Xđb Mà E0 phụ thuộc Ikt Tăng Ikt suy tăng E0 suy Q >0 động phát công suất phản kháng vào lưới điện, động làm việc q kích thích Hệ số cơng suất lưới điện cosPL Tăng Ikt suy tăng Q suy giảm QLsuy cosPL tăng ngược lại ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng xây dựng đổi đất nước ngày phát triển cao lĩnh vực, công nghiệp, giao thông dịch vụ sống hàng ngày.Xã hội không ngừng phát triển,sinh hoạt nhân dân không ngừng nâng cao nên cầnphát triển nhiều loại máy điện Các động điện xoay chiều dùng nhiều sản xuất thường động điện khơng đồng bộ,vì loại động điện có đặc ưu điểmnhư cấu tạo đơn giản,làm việc chắn,bảo quản dễ dàng giá thành hạ.Tuy nhiên động điện đồng có ưu điểm định nên thời gian gần sử dụng rộng rãi so sánh với động không đồng lĩnh vực truyền động điện.Về ưu điểm ,động điện đồng kích thích dòng điện chiều nên làm việc với cosυ=1 không cần lấy công suất phản kháng từ lưới điện, nênhệ sốcông suất lưới điện nâng cao giảm điện áp rơi tổn hao công suất đường dây.Trong thời gian học môn máy điện em giao nhiệm vụ thiết kế động đồng ba pha với số liệu cho sẵn.Bản thiết kế bao gồm phần sau: Phần Giới thiệu chung động đồng Phần Thiết kế tính tốn động đồng Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với cố gắng nỗlực thân với giúp đỡ bảo tận tình thầy cô giáo môn Thiết kế máy điện, đặc biệt giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Anh Tuấn, em hoàn thành xong thiết kếcủa Trong trình thiết kế đồ án, với kiến thức hạn chế nên đồ án khó tránh khỏi khiếm khuyết Em mong nhận nhận xét, góp ý thầy cô giáo để thiết kế em hoàn chỉnh Em xin chân thành cảmơn ! PHẦN GIỚI THIỆU CHUNG VỀĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ CHƯƠNG NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC,KẾT CẤUĐỘNG CƠ ĐIỆNĐỒNG BỘ I Đại Cương Về Động Cơ Điện Đồng Các động điện xoay chiều dùng nhiều sản xuất thường động điện khơng đồng bộ,vì loại động điện có đặc điểm cấu tạo đơn giản,làm việc chắn,bảo quản dễ dàng giá thành hạ.Tuy nhiên động điện đồng có ưu điểm định nên thời gian gần dược sử dụng rộng rãi so sánh với động khơng đồng lĩnh vực truyền động điện.Về ưu điểm ,động điện đồng kích thích dòng điện chiều nên làm việc với cosυ=1 không cần lấy công suất phản kháng từ lưới điện,kết hệ số công suất lưới điện nâng cao bên cạnh giảm điện áp rơi tổn hao công suất đường dây.Ngồi ưu điểm động điện đồng chịu ảnh hưởng thay đổi điện áp lưới điện momen động điện đồng tỷ lệ với U momen động không đồng tỷ lệ với U2 Vì điện áp lưới điện sụt thấp có cố khả giữ tải động đồng lớn hơn;trong trường hợp tăng kích thích,động điện đồng làm việc an toàn cải thiện điều kiện làm việc lưới điện.Củng phải nói thêm rằng,hiệu suất dộng điện đồng thường cao hiệu suất động điện không đồng động đồng có khe hở tương đối lớn nên tổn hao sắt phụ nhỏ Khác với động không đồng bộ,động đồng có khả phát cơng suất phản kháng,nhờ động đồng dùng thiết bị loại lớn.Các động đồng công suất nhỏ (đặc biệt động kích từ nam châm vĩnh cữu ) dùng rộng rãi thiết bị điều khiển Nhược điểm động đồng so với động không đồng chổ cấu tạo phức tạp,đòi hỏi phải có máy kích từ nguồn cung cấp dòng điện chiều khiến cho giá thành cao Hơn việc mở máy động đồng phức tạp việc điều chỉnh tốc độ thực cách thay đổi t ần số nguồn điện.Việc so sánh động đồng với động không đồng có phối hợp với tụ điện cải thiện cosυ giá thành tổn hao lượng đẫn đến kết luận Pđm 300 kWdùng động đồng với cosυđm=0,9 Pđm>1000 kW dùng động đồng với cosυđm=0,8 có lợi dùng động không đồng II Phân Loại Và Kết Cấu Của Động Cơ Điện Đồng Bộ 1.Phân loại Theo kết cấu chia động điện đồng thành hai loại: Động đồng cực ẩn thích hợp với tốc quay cao (số cực 2p=2) động đồng cực lồi thích hợp với tốc độ quay thấp (2p≥4) Động điện đồng thường chế tạo theo kiểu cực lồi dùng để kéo cá tải khơng đòi hỏi phải thay đổi tốc độ,với cơng suất chủ yếu từ 200kW trở lên Ngồi ra,còn có động điện đồng cơng suất nhỏ dùng tự động động đồng nam châm vĩnh cữu,động đồng phản kháng,động đồng b ộ từ trễ,dộng bước, 2.Kết cấu Để thấy rõ đặc điểm kết cấu máy điện đồng bộ,ta xét riêng rẽ cấu tạo máy cực ẩn máy cự lồi a.Kết cấu động cơđiện đồng cực ẩn Roto động điện đồng cực ẩn làm thép hợp kim chất lượng cao,được rèn thành khối hình trụ,sau gia cơng phay rãnh để đặt dây quấn kích từ.Phần khơng phay rãnh roto hình thành mặt cực từ.Mặt cắt ngang trục lõi thép roto hình đây: Hình 1.Roto cực ẩn máy điện đồng Các động điện đồng đại cực ẩn thường chế tạo với số cực 2p=2,tốc độ quay roto 3000v/ph để hạn chế lực li tâm,trong phạm vi an toàn thép hợp kim chế tạo thành lõi thép rot,đường kính D roto khơng vượt q 1,1÷1,5m Để tăng cơng suất máy,chỉ tăng chiều dài roto.Chiều dài tối đa roto vào khoảng 6,5m Dây quấn kích từ đặt rãnh roto chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật,quấn theo chiều mỏng thànhđược cách điện với lớp mica mỏng.Để cố định vầ ép chặt dây quấn kích từ rãnh,miệng rãnh nêm kín nêm thép khơng từ tính.Phần đầu nối (nằm ngồi rãnh) dây quấn kích từ đai chặt ống trụ thép khơng từ tính Hai đàu nối dây quấn kích từ luồn trục nối với hai vành trượt đặt đầu trục thông qua hai chổi điện để nối với dòng kích từ chiều.Máy kích từ thường nối trục với trục động đồng có trục chung với động cơđồng bộ.Stato động đồng cục ẩn bao gồm lõi thép,trong có đặt dây quấn pha thân động cơ, nắp động cơ.Lõi thép stato ép tôn silic dày 0,5mm,hai mặt có phủ sơn cách điện.Dọc chiều dài lõi thép stato cách khoảng 3÷6cm lại có rãnh thơng gió ngang trục,rộng 10mm.Lõi thép stato đặt cố định thân máy.Trong động điện đồng cơng suất trung bìnhvà lớn,thân máycủa động chế tạo theo kết cấu khung thép,mặt bọc thép dát dày.Thân máycủa động phải thiết kế chế tạo để cho nóhình thành hệ thống đường thơng gió làm lạnh máy động cơđiện.Nắp máycủa động cơđiệncũng chế tạo từ thép từ gang đúc.Ở máy đồng công suất trung bình lớn,ổ trục khơng đặt nắpcủa động mà giá đỡ,ổ trục đặt cố định bệ máycủa động b Kết cấu động đồng cực lồi Động đồng cực lồi thường có tốc độ quay thấp,vì khác với động đồng cực ẩn,đường kính roto D lên tới 15m chiều dài l lại nhỏ,với tỷ lệ l/D=0,15÷0,2.Roto máy động cơđiện đồng cực lồi công suất nhỏ trung bình có lõi thép chế tạo thép đúc gia công thành khối lăng trụ khối hình trụ (bánh xe) mặt có đặt cực từ.Ở cácđộng lớn,lõi thép hình thành thép dày 1÷6mm,và dập đúc định hình sẳn để ghép thành khối lăng trụ lõi thép thường không trực tiếp lồng vào trục máy mà đặt giá đỡ roto.Giá lồng vào trục động Cực từ đặt lõi thép roto ghép thép dày1÷1,5mm hình vẽ đây: Việc cố định cực từ lõi thép thực nhờ hình T bulong xuyên qua mặt cực từ vít chặt vào lõi thép roto Dây quấn kích từ chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn uốn theo chiều mỏng thành cuộn dây.Cách điện vòng dây lớp mica amiăng.Các cuộn dây sau gia công lồng vào thân cực Dây quấn mở máy động đặt đầu cực.Các dây quấn giống dây quấn kiểu lồng sóc máy điện khơng đồng bộ,nghĩa làm đồng đặt vào rãnh đầu cực nối với haivòng ngắn mạch.Dây quấn mở máy khác dây quấn cản chỗ điện trở dẫn lớn Stato động cơđồng có cấu tạo tương tự cấu tạo động đồng cực ẩn.Trụcmáy động đồng cực lồi đặt nằm ngang động không đồng ,máy bù đồng bộ,máy phát điện điêzen máy phát tuabin nước công suất nhỏ tốc độ quay tương đối lớn (khoảng 200v/ph) III.Nguyên Lý Làm Việc Của Động Cơ Đồng Bộ Giống với tất loại động khác, nguyênlý làm việc động đồng bộlà dựa trênđịnh luật lực điện từ f tác dụng lên dẫn có chiều dài l có dòng điện i nằm từ trường co từ cảm B Chiều độ lớn lực f xác định theo tích vectơ f Đây định luật động biến đổi điện thành Như động đồng (hình 4), roto với cực từ có từ trường quay với tốc độ n làm cảm ứng dây quấn pha đặt stato s.đ.đ xoay chiều có tần số (với p số đơi cực roto).Các dòng , pha sinh từ trường quay Fư có tốc độ Từ hai biểu thức ta có n= n1, nghĩa,là tốc độ quay n roto đồng với tốc độ n1 từ trường quay Đó ngun lí làm việc động điện đồng 10 ... Dòng điện ba pha tạo giống Máy điện không đồng tạo nên từ trường quay, với tốc độ n1 = 60fi/p (n = 60fi/p =n1), tốc độ quay n rơto Do Máy điện gọi Máy điện đồng PH ẢN ỨNG PH ẦN ỨNG C ỦA MÁY PHÁT... BẰNG ĐI ỆN ÁP C ỦA MÁY PHÁT ĐI ỆN ĐỒNG B Ộ Phương trình điện áp Máy phát điện đồng cực ẩn Xđb =Xd=Xq gọi điện kháng đồng Phương trình cân điện áp: CÁC ĐƯỜ NG ĐẶC TÍNH C ỦA MÁY PHÁT ĐI ỆN ĐỒNG... (fi=const) , cosPt =const Đặc tính ngồi Máy phát phụ thuộc tính chất tải Đặc tính điều chỉnh Máy phát điện đồng Mối quan hệ dòng điện kích từ với dòng điện tải điện áp U điện áp định Mức, tần số fi tính