Người ta chẻ cực từ ra , vă cho văo đĩ một vịng đồng ngắn mạch F . Vịng
ngắn mạch được coi như dđy quấn phụ . Khi đặt điện âp văo cuộn dđy chính để
mở mây , dđy quấn chính sinh ra một từ trường đập mạch chính ΦC. Một phần
Φ’C của ΦC mĩc vịng qua vịng ngắn mạch
ΦN tâc dụng với Φ’C sinh ra từ thơng phụ ΦF đi qua vịng ngắn mạch . Kết quả
lă dưới phần cực từ khơng cĩ vịng ngắn mạch cĩ từ thơng (ΦC - Φ’C) đi qua , cịn
trong vịng ngắn mạch cĩ từ thơng ΦF đi qua . Giữa (ΦC - Φ’C) vă ΦF cĩ một gĩc
pha nhất định về thời gian vă một gĩc lệch về khơng gian tạo nín một từ trường
quay vă mây cĩ mơmen ban đầu lăm động cơ quay .
Loại động cơ năy được chế tạo với cơng suất nhỏ từ 0,5 - 30 W , dùng văo
câc cơ cấu truyền động tự động , vă thường gặp nhất lă quạt băn .
Nhìn chung , động cơ điện một pha cĩ câc khuyết điểm như cos thấp ,
hiệu suất thấp vì tổn hao ở rơto rất lớn , mơmen nhỏ , nín lăm việc kĩm ổn định ,
khả năng quâ tải kĩm .
Ngồi ra , trong thực tế , khi khơng cĩ nguồn điện ba pha , động cơ ba pha
cĩ thể nối dđy quấn xtato như hình vẽ sau đểđấu văo lưới điện một pha :
Nếu chọn trị số điện dung C thích hợp , cĩ thể đạt cơng suất 70 80 %
Động cơđiện một pha cĩ ưu điểm cấu tạo gọn , sử dụng lưới điện một pha
, nín được sử dụng nhiều trong câc hệ tự động vă dđn dụng ( quạt điện , mây
quay đĩa .v.v...) . Nhưng
khi sử dụng nếu khơng cĩ biện phâp cải thiện thì câc đặc tính kĩm so với
CHƯƠNG 8
♣ ♣♣
♣ 8.1 ĐỊNH NGHĨA VĂ CƠNG DỤNG
1. Định nghĩa
Những mây điện xoay chiều cĩ tốc độ quay rotor n bằng tốc độ quay của từ trường n1 gọi lă mây điện đồng bộ . ở chế độ xâc lập , mây điện đồng bộ cĩ tốc độ quay rotor luơn luơn khơng đổi khi tải thay đổi .
2. Cơng dụng
Mây phât điện đồng bộ lă nguồn điện chính của câc lưới điện cơng nghiệp , trong đĩ động cơ sơ cấp lă câc tuabin hơi hoặc tuabin nước . Cơng suất của mỗi mây phât cĩ thể đạt đến 500 MW hoặc lớn hơn , vă chúng thường lăm việc song song . ở câc lưới điện cơng suất nhỏ , mây phât điện đồng bộ được kĩo bởi câc động cơ diesel hoặc câc tuabin khí , cĩ thể lăm việc đơn lẻ hoặc hai ba mây lăm việc song song .
Động cơ đồng bộ được sử dụng khi truyền cơng suất lớn , cĩ thể đạt đến văi chục MW . Trong cơng nghiệp luyện kim , khai thâc mỏ , thiết bị lạnh , động cơđồng bộ được sử dụng để truyền động câc mây bơm , nĩn khí , quạt giĩ .v.v... với tốc độ khơng đổi . Động cơ đồng bộ cơng suất nhỏ được sử dụng trong câc thiết bị như đồng hồđiện , dụng cụ tự ghi , thiết bị lập chương trình , thiết bịđiện sinh hoạt .v.v...
Động cơ đồng bộ cĩ khả năng phât ra cơng suất phản khâng nín trong hệ thống điện , nĩ cịn được dùng như mây bù đồng bộ lăm việc phât cơng suất phản khâng cho lưới điện để bù hệ số cơng suất vă ổn định điện âp .
♣ ♣♣
♣ 8.2 CẤU TẠO MÂY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Cấu tạo mây điện đồng bộ gồm 2 bộ phận chính : Stator vă rotor
1. Stator
Giống như Stator của mây điện khơng đồng bộ , gồm hai bộ phận chính lă lõi thĩp Stator vă dđy quấn ba pha StatoR . Dđy quấn StatoR cịn được gọi lă dđy quấn phần ứng .
2. Rotor
Rotor mây điện đồng bộ cĩ câc cực từ vă dđy quấn kích từ (dđy quấn rotor) . Cĩ hai loại : rotor cực ẩn vă rotor cực lồi .
Rotor cực ẩn thường dùng ở mây cĩ tốc độ cao (3000 vg/ph) , cĩ 1 đơi cực .
Rotor cực lồi thường dùng ở câc mây cĩ tốc độ chậm , cĩ nhiều đơi cực .
Để cĩ sđđ hình sin , từ trường của cực từ rotor phải phđn bố hình sin dọc theo khe hở khơng khí giữa StatoR vă rotor , ởđỉnh câc cực từ cĩ từ cảm cực đại .
Đối với rotor cực ẩn , dđy quấn kích từ được đặt trong câc rênh . Đối với rotor cực lồi , dđy quấn kích từđược quấn xung quanh thđn cực từ .
Hai đầu của dđy quấn kích từ đi luồn trong trục vă nối với 2 vịng trượt đặt ởđầu trục thơng qua 2 chổi điện để nối với nguồn kích từ . ♣
♣♣
♣ 8.3 NGUYÍN LÝ LĂM VIỆC CỦA MÂY PHÂT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Cho dịng điện kích từ ( dịng điện khơng đổi ) văo dđy quấn kích từ sẽ tạo nín từ trường rotor . Khi quay rotor bằng động cơ sơ cấp , từ trường rotor sẽ cắt dđy quấn phần ứng (StatoR) vă cảm ứng sđđ xoay chiều hình sin , cĩ trị số hiệu dụng lă :
Eo = 4,44fW1kdq∅o
Trong đĩ : Eo , W1 , kdq vă ∅o lă sđđ pha , số vịng dđy một pha , hệ số dđy quấn vă từ thơng cực từ rotor .
Nếu rotor cĩ p đơi cực thì khi rotor quay được một vịng , sđđ phần ứng sẽ biến thiín p chu kỳ . Do đĩ , nếu tốc độ quay của rotor lă n (vg/ph) thì tần số f của sđđ sẽ lă :
f = 60 pn
Dđy quấn ba pha StatoR cĩ trục lệch nhau trong khơng gian một gĩc 120o điện , cho nín sđđ câc pha lệch nhau gĩc pha 120o .
Khi dđy quấn StatoR nối với tải , trong câc dđy quấn sẽ cĩ dịng điện ba pha . Giống như ở mây điện khơng đồng bộ , dịng điện ba pha trong 3 dđy quấn sẽ tạo nín từ trường quay , với tốc độ quay lă n1 = 60f/p , đúng bằng tốc độ quay n của rotor . Vì vậy kiểu mây điện năy được gọi lă mây điện đồng bộ .
Khi mây điện lăm việc , từ trường của cực từ rotor ∅o cắt dđy quấn StatoR cảm ứng sđđ Eo chậm pha so với từ thơng ∅o gĩc 90o . Dđy quấn StatoR nối với tải sẽ tạo nín dịng điện I cung cấp cho tải . Dịng điện I trong dđy quấn StatoR tạo nín từ trường quay gọi lă từ trường phần ứng ∅ cùng pha với dịng điện , quay đồng bộ với từ trường của cực từ ∅o . Gĩc lệch pha ψ giữa Eo vă I do tính chất trở , cảm hay dung của tải quyết định .
• Tải thuần trở ( hình a ) : Gĩc lệch pha ψ = 0 , Eo vă I cùng pha . Dịng điện I sinh ra từ trường phần ứng ∅ theo hướng ngang trục . Tâc dụng của từ trường phần ứng ∅ lín từ trường cực từ ∅o lăm mĩo từ trường cực từ , ta gọi lă phản ứng phần ứng ngang trục .
• Tải thuần cảm ( hình b ) : Gĩc lệch pha ψ = 90o . Dịng điện I sinh ra từ trường phần ứng ∅ ngược chiều với ∅o , cĩ tâc dụng lăm giảm từ trường tổng , ta gọi lă phản ứng phần ứng dọc trục khử từ .
• Tải thuần dung ( hình c ) : Gĩc lệch pha ψ = - 90o . Dịng điện I sinh ra từ trường phần ứng ∅ cùng chiều với ∅o , cĩ tâc dụng lăm tăng từ trường tổng , ta gọi lă phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ .
• Tải bất kỳ ( hình d ) : Ta phđn tích dịng điện I lăm hai thănh phần : thănh phần dọc trục Id = Isinψ vă thănh phần ngang trục Iq = Icosψ , dịng điện I sinh ra từ trường phần ứng vừa cĩ tính chất ngang trục vừa cĩ tính chất dọc trục , trợ từ hoặc khử từ tùy theo tính chất tải lă tính chất điện cảm hoặc tính chất điện dung .
Khi mây phât điện đồng bộ lăm việc , từ trường cực từ ∅o sinh ra sđđ Eo vă từ
trường phản ứng phần ứng ∅ sinh ra sđđ Eư ở dđy quấn StatoR . Khi mây cĩ tải sẽ cĩ dịng điện I vă điện âp U trín tải .
Phương trình cđn bằng điện âp của mây phât đồng bộ lă :
U& = E&o + E&ư- I&(Rư + jXt)
Trong đĩ : Rư vă Xt lă điện trở vă điện khâng tản của dđy quấn phần ứng .
• ở mây cực lồi vì khe hở dọc trục vă ngang trục khâc nhau nín ta phải phđn tích
ảnh hưởng của phản ứng phần ứng theo hướng dọc trục vă ngang trục : ư
E& = E&ưq + E&ưd
Trong đĩ :
Eưq lă sđđ ngang trục do từ trường phản ứng phần ứng ngang trục ∅ưq tạo nín , Eưq chậm pha so với từ thơng ∅ưq gĩc 90o . Biết ∅ưq vă Iq đồng pha . Do đĩ Eưq chậm pha so với I gĩc 90o :
ưq
E& = - jI&qXưq
Với Xưq lă điện khâng phản ứng phần ứng ngang trục .
Eưd lă sđđ dọc trục do từ trường phản ứng phần ứng dọc trục ∅ưd tạo nín , Eưd chậm pha so với từ thơng ∅ưd gĩc 90o . Biết ∅ưd vă Idđồng pha . Do đĩ Eưd chậm pha so với I gĩc 90o :
ưd
E& = - jI&dXưd
Với Xưd lă điện khâng phản ứng phần ứng dọc trục .
Từ thơng tản của dđy quấn StatoR đặc trưng bởi điện khâng tản Xt khơng phụ thuộc hướng dọc trục hoặc ngang trục . Tuy nhiín nếu phđn tích nĩ thănh câc thănh phần theo hai hướng đĩ thì ta được :
- jI&Xt = -j (I&qXt + d I & Xt) = - jI&qXt – j d I & Xt
Bỏ qua điện âp rơi I&Rư trín dđy quấn phần ứng , phương trình cđn bằng điện âp
của mây phât đồng bộ cực lồi lă :
U& = o E& - j q I & Xưq - j d I & Xưd - j q I & Xt – j d I & Xt = o E& - j q I & (Xưq + Xt) - j d I & (Xưd + Xt)
Đặt : Xưq + Xt = Xq lă điện khâng đồng bộ ngang trục Xưd + Xt = Xd lă điện khâng đồng bộ dọc trục Ta cĩ : U& = E&o - jI&qXq - j
d I
& Xd
Phương trình trín cho phĩp ta vẽ được đồ thị vectơ của mây phât đồng bộ cực lồi như hình A .
Từ phương trình cđn bằng điện âp vă đồ thị vectơ , ta thấy gĩc lệch pha θ giữa điện âp U vă sđđ Eo do tải quyết định .
Phương trình cđn bằng điện âp của mây phatựđồng bộ cực ẩn lă : U& = E&o - jI&Xđb
Đồ thị vectơ của mây phât đồng bộ cực ẩn được vẽ trín hình B .
♣ ♣♣
♣ 8.6 CƠNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÂY PHÂT ĐIỆN ĐỒNG BỘ