1)Khái niệm chung:
Hầu hết các máy phát điện xoay chiều có tần số công nghiệp(50Hz)
đều là máy điện đổng bộ. Máy điện đồng bộ là loại máy điện xoay chiều mà tốc độ quay rotor bằng tốc độ từ trường quay trong máy.
2)Cấu tạo của máy điện đông bộ ba pha:
Gồm hai bộ phận chính là stator và rotor. Ở các máy điện đồng bộ công
suất trung bình và lớn, phần tĩnh thường là phần mà các dây quấn của nó có
cảm ứng ra những suất điện động, còn gọi là phần ứng. Phần quay thường là
một nam châm điện dùng để tạo từ trường chính cho máy, còn gọi là phần cảm.
2.1)Stator(phần tĩnh): gồm có hai phần chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có thêm vỏ và nắp máy.
Lõi thép stator hình trụ gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện đày từ 0,35-0,5 mm ghép cách điện với nhau. Mặt trong có những rãnh để đặt dây quấn.
Dây quấn phần ứng máy điện đồng bộ ba pha gồm ba cuộn dây, đặt
cách nhau trong không gian 120° và thường nối thành hình sao.
Vỏ và nắp máy thường làm bằng gang hoặc thép đúc, dùng để bảo vệ
dây quấn phần ứng và đỡ trục rotor. 2.2)Rotor(phần quay):
Là một nam châm điện gồm lõi thép và dây quấn kích thích. Dòng điện vào dây quấn kích thích là dòng một chiều. Rotor máy điện đồng bộ có hai
kiểu là rotor cực lồi và rotor cực ẩn.
2.2.1)Rotor cực lỗi: có lõi thép gồm những lá thép kỹ thuật điện ghép
lại với nhau, các cực từ lộ ra rõ rệt. Phía ngoài cực từ là mỏm cực, có tác
dụng làm cho cường độ từ cảm phân bố dọc theo chu vi phía trong stator rất
gần với hình sin. Dây quấn kích thích quấn trên các cực từ, hai đầu của nó nối
với hai vành trượt, qua hai chổi than tới nguôn điện một chiều. Các máy điện
đồng bộ có tốc độ quay dưới 1000 vòng/phút, rotor thường là kiểu cực lỗi.
2.2.2)Rotor cực ẩn: có lõi thép là một khối thép rèn hình trụ, mặt ngoài
phay thành các rãnh để đặt dây quấn kích thích. Cực từ rotor cực ẩn không lộ
SVTH: Phạm Trần Nam Trung - Nghiêm Phan Nhựt Tuấn
ra rõ rệt. Dây quấn kích thích đặt đều trên chu vi rotor. Với cấu tạo như trên,
rotor cực ẩn có độ bến cơ khí cao, dây quấn kích thích rất vững chắc. Vì vậy
những máy điện đồng bộ có tốc độ từ 1500 vòng/phút trở lên, rotor đều chế
tạo theo kiểu cực ẩn, mặc dù có phức tạp và khó khăn hơn kiểu cực lôi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3)Nguồn kích thích:
Nguồn cung cấp đòng điện một chiểu cho dây quấn kích thích máy điện đồng bộ gọi là nguồn kích thích. Đa số trường hợp thì nguồn kích thích là một
máy phát điện một chiều kích thích song song, có công suất khoảng từ 0,3-2% công suất máy điện đồng bộ, rotor máy kích thích nối cùng trục với rotor máy đồng bộ.
Gần đây những động cơ đồng bộ đã dùng chỉnh lưu sêien để chỉnh lưu dòng điện từ lưới điện xoay chiểu thành dòng điện một chiều cung cấp cho
dây quấn kích thích. Các máy phát điện đồng bộ công suất nhỏ cũng có thể
dùng phương pháp tự kích thích, dựa vào từ dư của phần cảm. Tất nhiên nó
cũng cần một bộ chỉnh lưu để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành một
chiều cung cấp cho dây quấn kích thích.
3)Nguyên lý làm việc của máy điện đồng bô ba pha:
Khi động cơ sơ cấp(vd động cơ diesel) quay rotor máy phát điện tới tốc
độ định mức, máy kích thích thành lập được điện áp và cung cấp dòng điện
một chiều vào dây quấn phần cảm máy đồng bộ, phẫn cảm trở thành nam châm điện. Từ trường của phần cắm cắt các thanh dẫn dây quấn phần ứng làm cảm ứng trong dây quấn sức điện động hình sin. Nếu phần cảm máy phát điện có p đôi cực từ, tốc độ quay rotor là n thì tần số sức điện động cảm ứng:
f=pn/60
Trị số hiệu dụng của sức điện động cảm ứng trong mỗi pha dây quấn
phần ứng là:
Eo=4,44fWkoa®o (1)
Trong đó ¿ọ là từ thông dưới mỗi cực từ, w là số vòng đây một pha, lên
là hệ số quấn dây.
Nếu máy phát điện đồng bộ là máy ba pha, trong dây quấn phần ứng sẽ
có hệ thống sức điện động cảm ứng ba pha. Khi máy phát mang tải, dòng
điện ba pha chạy trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ:
GVHD: TS Hồ Ngọc Bá 32
ĐATN: Nghiên cứu hệ thống tự động giám sát, điều khiển trạm phát điện
SVTH: Phạm Trần Nam Trung - Nghiêm Phan Nhựt Tuấn
nị=60fp .
Ta thấy tốc độ từ trường quay n¡ bằng tốc độ quay rotor n. Do đó máy phát điện gọi là máy phát đồng bộ.
Máy phát điện đồng bộ trong quá trình biến đổi cơ năng thành điện
năng gây nên hai loại tổn hao: tổn hao không đổi Apga và tổn hao thay đổi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Apia. Tổn hao không đổi hầu như không phụ thuộc vào phụ tải, nó gồm:tổn
hao sắt từ ở lõi thép stato, tổn hao trên điện trở dây quấn kích thích, tổn thất
cơ do ma sát ở các ổ trục, quạt gió. Tổn hao thay đổi phụ thuộc vào phụ tải: gồm tổn hao đồng trong dây quấn stator và các tổn hao phụ khác.
Nếu công suất điện máy phát ra là P„=mUIcoso thì công suất cơ đưa vào phải
là: Pị=P2+Apka+APa
Hiệu suất của máy phát:
Tị=Pz/P.=(mUIcoso0)/(mUIlcos@+Apxa+Apia)
trong đó m là số pha dây quấn phần ứng.
4)Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ: 4.1)Đặc tính không tải:
Khi máy phát điện đồng bộ chạy không tải, nếu ta tăng dần dòng điện
kích thích I,¿, sức điện động Eọ và điện áp trên cực máy phát sẽ tăng theo. Quan hệ: Eo= ft)
n=không đổi Gọi là đường đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ.
Theo (1), nếu ta giữ không đổi tốc độ quay rotor máy phát thì Eo tỉ lệ
với Èo. Do đó đường Eo=f (lu) có dạng tương tự đường cong từ hóa vật liệu sắt
từ chế tạo lõi thép.
4.2)Đặc tính ngoài:
Đặc tính ngoài của máy phát là quan hệ giữa điện áp U trên cực máy
phát và dòng điện tải khi tính chất tải không đổi(coso=const), tần số và đồng kích thích không đổi.
Khi máy phát điện đồng bộ mang tải, trong dây quấn phần ứng có
dòng điện phụ tải I, nó gây nên điện áp rơi trên điện trở và điện kháng đồng
bộ dây quấn phần ứng. Ứng với tốc độ quay và dòng điện kích thích nhất
ĐATN: Nghiên cứu hệ thống tự động giám sát, điều khiển trạm phát điện
SVTH: Phạm Trần Nam Trung - Nghiêm Phan Nhựt Tuấn
định, điện áp trên cực máy phát càng giảm khi phụ tải(tnh chất điện cảm)
càng tăng.
Quan hệ: U=f(q)
n=không đổi lukhông đổi Gọi là đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ.
4.3)Đặc tính điều chỉnh: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đặc tính điều chỉnh là quan hệ giữa dòng điện kích từ và đòng điện tải khi điện áp U=Uđm=const
Các phụ tải như động cơ điện, đèn điện...yêu cầu điện áp đặt lên chúng
có trị số và tần số không đổi. Vì vậy, khi phụ tẩi(có tính chất điện cảm) tăng,
muốn duy trì điện áp trên cực máy phát là không đối, ta phải tăng sức điện
động Eo bằng cách tăng dòng điện kích thích lạ.
Quan hệ: lu=fq)
n=không đổi