20-3. Từ trường phần ứng máy điện đồng bbooj

20-3. TỪ TRƯỜNG CỦA PHẦN ỨNG Khi máy điện làm việc có tải, dòng điện trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường - gọi là từ trường phần ứng. Tuỳ theo tính chất của tải mà trục của từ trường phần ứng sẽ làm thành một góc nhất định với từ trường cực từ. Như vậy, tác dụng của từ trường phần ứng với từ trường cực từ (phản ứng phần ứng) sẽ có tính chất khác nhau tuỳ theo tính chất của tải: trở, dung hay cảm. Ngoài ra, trong máy điện cực ẩn khe hở là đều, còn trong máy điện cực lồi khe hở dọc trục và ngang trục khác nhau nên s.đ.đ. cảm ứng trong dây quấn phần tĩnh do từ trường phần ứng sinh ra và các điện kháng của từ trường phần ứng của hai loại máy đó hoàn toàn khác nhau. 20.3.1. Phản ứng phần ứng ngang trục và dọc trục. a) Khi tải thuần trở Tải thuần trở nên dòng điện ba pha trong dây quấn stato trùng pha với các s.đ.đ. tương ứng (ψ = 0). Giả sử các s.đ.đ. và dòng điện trong ba pha là hình sin, tải ba pha đối xứng. Ở thời điểm i A = I m thì đồ thị véctơ dòng điện và s.đ.đ. như ở hình 20-4a. Xét tương quan về không gian giữa từ trường phần ứng và từ trường cực từ trong trường hợp máy có 2 cực, ba pha, mỗi pha tượng trưng bởi một vòng dây. Trị số các dòng điện bằng: i A = I m ; i B = i C = - I m /2 Chiều của các dòng điện trong các pha như ở hình 20-4b. Hình 20-4. Đồ thị véctơ s.đ.đ (a) và quan hệ về không gian giữa từ trường cực từ và từ trường phần ứng (b) ở tải thuần trở (ψ = 0) b) A X B C Y Z N S F ư F t n a) F ư F t E C E A E B I B I A I C Ta thấy: vị trí không gian của từ trường quay phần ứng F ư có chiều trùng với trục của dây quấn pha A - pha có dòng điện cực đại. Vì từ thông xuyên qua pha A cực đại trước s.đ.đ. trong pha đó 1/4 chu kỳ nên khi s.đ.đ. pha A cực đại (e A = E m ) thì cực từ đã quay đi được một góc π/2 so với vị trí trục cực từ trùng với trục pha A - lúc mà từ thông xuyên qua pha A có trị số cực đại. Như vậy, vị trí không gian của trục cực từ là thẳng góc với trục của pha A, tức là thẳng góc với chiều của từ trường phần ứng F ư (hình 20-4b). Kết luận: ở tải thuần trở, phương của Fư thẳng góc với phương của F t và phản ứng phần ứng là ngang trục. Các véctơ không gian F ư và F t cùng vẽ trên đồ thị véctơ thời gian của dòng điện và s.đ.đ. như trên hình 20-4a. b) Tải thuần cảm Tải thuần cảm, s.đ.đ. E vượt trước dòng điện I một góc ψ = + 90 0 . Ở thời điểm i A = I m thì cực từ đã quay thêm góc π/2 so với vị trí của nó ở trường hợp tải thuần trở (hình 20- 5b). Ta thấy Fư cùng phương với F t (nghĩa là dọc trục cực từ) nhưng ngược chiều. Phản ứng phần ứng là dọc trục khử từ. Đồ thị véctơ thời gian của E, I và véctơ không gian của F t , F ư như ở hình 20-5a. Hình 20-5. Đồ thị véctơ s.đ.đ. (a) và quan hệ về không gian giữa từ trường cực từ và từ trường phần ứng (b) khi tải thuần cảm. a) F u F t ψ = 90 o I A E A E C E B I B I C F u F t Z N S A Y B b) C n X F ư c) Tải thuần dung Nếu tải là thuần dung, s.đ.đ. E chậm sau dòng điện I một góc 90 0 (ψ = - 90 0 ). Khi i A = I m thì cực từ còn phải quay thêm góc π/2 nữa mới đến vị trí của nó ở trường hợp tải thuần trở, nghĩa là vị trí của nó như ở hình 20-6b. Ở đây chiều của F ư trùng với chiều F t , phản ứng phần ứng là dọc trục trợ từ. Đồ thị véctơ tương ứng như ở hình 20-6a. Hình 20-6. Đồ thị véctơ (a) và quan hệ không gian giữa từ trường cực từ và từ trường phần ứng (b) ở tải thuần dung (ψ = - 90 0 ) a) F ư F t ψ = 90 o I A E A E B E C I C I B F u F t Z Y N S A X B b) F ư C n Trường hợp tải hỗn hợp ta có thể phân tích F ư thành hai thành phần dọc trục và ngang trục như ở hình 20-7, trong đó: F ưd = F ư .sinψ F ưq = F ư .cosψ Ta thấy rằng, khi tải có tính chất cảm (0 < ψ < π/2) phản ứng phần ứng vừa ngang trục vừa dọc trục khử từ. Phân tích tương tự thấy, khi tải có tính chất dung (0 > ψ > π/2) thì phản ứng phần ứng vừa ngang trục vừa dọc trục trợ từ. Hình 20-7. Đồ thị véctơ (a) và quan hệ không gian giữa từ trường phần ứng và từ trường cực từ (b) ở tải hỗn hợp (0 < ψ < 90 0 ) a) F u F t F uq F ưd I A E A E B E C I B I C ψ b) F u F t Y S Z N A X B C F ư- n 20.3.2. Từ cảm do từ trường phần ứng và điện kháng tương ứng Ở máy cực ẩn, khe hở không khí giữa rôto và stato là đều. Nếu mạch từ không bão hoà thì từ trở là hằng số. Nếu s.t.đ. của dây quấn phần ứng phân bố hình sin thì từ cảm dọc khe hở cũng hình sin. Ta có: I p wk m kk F kk B dq πδ µ δ µ µδµδ 2 00 == ­­m (20-14) và từ thông tương ứng là: I p Wk m kk l lB dq 2 0 2 2 2 π δ τµ τ π µδ δ δ ==Φ ­m­ (20-15) Từ thông Φ ư quay đồng bộ với rôto và cảm ứng nên trong bản thân dây quấn phần ứng s.đ.đ.: ­­ φπ dq fwkE 2 = (20-16) Và điện kháng tương ứng là: p kw kk l mf E x dq 22 0 4 δπ τµ µδ δ == I ­ ­ (20-17) Thường x ư = 1,1 ÷ 2,3 Ở máy đồng bộ cực lồi, khe hở giữa stato và rôto theo hai hướng dọc và ngang trục là không đều nhau nên tuy s.t.đ. phần ứng là hình sin nhưng từ cảm phân bố dọc khe hở là không hình sin. Để tiện cho việc nghiên cứu, ta phân tích s.t.đ. F ư ở tải bất kỳ thành hai thành phần: dọc trục và ngang trục và xét từ cảm theo hai hướng đó. Ta có: d dqdq I p wk m I p wk m FF π ψ π ψ 2 sin 2 sin === ­­d q dqdq I p wk m I p wk m FF π ψ π ψ 2 cos 2 cos === ­­q (20-17) (20-18) Trong đó: I d = I.sinψ và I q = I.cosψ. Biên độ của F ưd và F ưq trùng với trục dọc và trục ngang của cực từ (hình 20-8). • Nếu khe hở theo các hướng là đều, từ cảm do chúng sinh ra sẽ phân bố hình sin (đường 1 trên hình 20-8) và có biên độ bằng: Hình 20-8. Từ trường phần ứng dọc trục (a) và ngang trục (b) trong máy điện cực lồi. δ m δ απ π a) d 1 B udm1 2 0 F -ưd B udm b) π απ /2 απ /2 δ m δ q F -ưq 1 2 B uqm1 B uqm ­d­dm F kk B δ µ µδ 0 = ­q­qm F kk B δ µ µδ 0 = (20-19) (20-20) [...]... về dây quấn phần ứng • Sau đây xét trường hợp quy đổi s.t.đ phần ứng về s.t.đ cực từ Việc quy đổi dựa trên cơ sở từ cảm hình sin do s.t đ Phần ứng và s.t đ Cực từ sinh ra phải bằng nhau Btm1 = Bưm1 (20-25) • Đối với máy cực ẩn ta có: Btml µ0 = k t Btm = k t Ft kδ k µ δ B­ml = B­ m µ0 = F­ kδ k µ δ (20-26) (20-27) Kết hợp (20-25) ÷ (20-27) suy ra được s.t.đ phần ứng quy đổi về s.t.đ cực từ (kí hiệu... tự như máy cực ẩn, ta có: 2 2 dq E­d µ 0τlδ w k x­d = = 4mf k ­d Id π kδ k µd δ p x ­q = E ­q Iq µ 0τlδ = 4mf πk δ k µ q δ Thường xưd = 0,5 ÷ 1,5; xưq = 0,3 ÷ 0,9 2 w 2 k dq p k ­q (20-23) (20-24) 20-4 QUY ĐỔI CÁC S.T.Đ TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ • Ở chế độ xác lập của tải đối xứng, tác dụng trợ từ hoặc khử từ của s.t.đ phần ứng đối với từ trường cực từ tương đương với một s.t.đ nhất định của cực từ Để... một s.t.đ nhất định của cực từ Để xét tác dụng nói trên, ta qui đổi s.t.đ phần ứng về s.t.đ cực từ, từ đó khi xét đến đặc tính của máy ta có thể dùng chung đường cong không tải E = f(it) • Trong quá trình quá độ, s.t.đ phần ứng thay đổi theo thời gian, dây quấn stato và rôto có quan hệ hỗ cảm như dây quấn sơ cấp và thứ cấp trong máy biến áp Lúc đó dây quấn stato coi như dây quấn sơ cấp, còn dây quấn... Ft kt ' ­ trong đó: k­ = 1 kt (20-28) • Với máy cực lồi, theo hướng dọc trục ta có: Btml µ0 = k t Btm = k t Ft k δ k µd δ B­dml = k ­d B­dm µ0 = k ­d F­d k δ k dµ δ (20-29) (20-30) S.t.đ phần ứng dọc trục quy đổi về s.t.đ cực từ là: k ­d F = Fud = F­d k d = Ft kt k ­d Trong đó: kd = kt ' ­d (20-31) (20-32) • S.t.đ phần ứng ngang trục quy đổi về s.t.đ cực từ là: F = F­q ' ­q trong đó: kq = k ­q kt k... (20-31) (20-32) • S.t.đ phần ứng ngang trục quy đổi về s.t.đ cực từ là: F = F­q ' ­q trong đó: kq = k ­q kt k ­q kt = F­q k q = Ft (20-33) (20-34) Các đại lượng kd, kq gọi là các hệ số quy đổi phản ứng phần ứng, chúng phụ thuộc vào α, δm/δ, δ/τ và đã được tính toán sẵn, lập thành các đường cong cho trong tài liệu thiết kế ...• Trên thực tế khe hở không đều, từ cảm dọc trục B ưd và ngang trục Bưq phân bố không hình sin (đường 2 ở hình 20-8) • Ta phân tíc các từ cảm đó thành các sóng cơ bản và các sóng bậc cao Các sóng bậc cao có biên độ rất nhỏ có thể bỏ qua Biên độ của các sóng cơ bản Bưdm1 và Bưqm1 nhỏ hơn . của từ trường phần ứng sẽ làm thành một góc nhất định với từ trường cực từ. Như vậy, tác dụng của từ trường phần ứng với từ trường cực từ (phản ứng phần ứng) . 20-3. TỪ TRƯỜNG CỦA PHẦN ỨNG Khi máy điện làm việc có tải, dòng điện trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường - gọi là từ trường phần ứng. Tuỳ