1.1. Định nghĩa ..........................................................................................
2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ
2.1. Cấu tạo:
Máy điện đồng bộ gồm có ba bộ phận cấu tạo chính là phần cảm, phần ứng và hệ thống kích từ.
Phần cảm để tạo ra từ thơng chính o trong máy thơng thường phần cảm có thể đặt trên rơto hoặc stator.Về cấu tạo, phần cảm là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu (máy nhỏ) và có hai dạng cấu tạo chính: cực ẩn và cực lồi. Rơto cực lồi ( hình 4-1b) gồm có cực từ chế tạo dưới dạng cực làm bằng thép kỹ thuật điện, trên cực có quấn cuộn dây kích từ, kiểu cấu tạo này cho phép chế tạo rôto nhiều cực nên được áp dụng cho máy điện nhiều cực tức máy tốc độ thấp . Do lắp nhiều cực nên đường kính rơ to lớn và do đó chiều dài của rơto thường bé.
98
Hình 4-1 Stato và rôto cực lồi
Đối với máy điện tốc độ cao, số cực ít (thường 2p = 2 hoặc 2p = 4) để tăng cường khả năng bến chắc chịu lực ly tâm, đồng thời để tận dụng lõi thép stato người ta chế tạo rơto cực ẩn. Nó gồm lõi thép hình trụ, do số cực ít nên đường kính rơto bé và chiều dài lớn.
Cuộn dây rơto đưa tới hai vịng tiếp xúc ở gần cổ trục từ động có hai chổi than áp vào để dẫn tới nguồn điện kích từ.
Rơto cực ẩn thường dùng cho máy phát điện tua bin hơi, tốc độ thường dùng là 3000 vòng/ phút nên rơto có hai cực. Ngược lại, máy phát điện tua bin nước có tốc độ thấp, số cực đạt tới hàng chục, nên dùng loại rôto cực lồi.
- Phần ứng máy điện đồng bộ có thể đặt ở stato hoặc rơtor, nó gồm lõi thép phần ứng là thép lá kỹ thuật dập định hình ghép lại, trên mặt phay rãnh đặt dây quấn ba pha tương tự như stato của máy phát điện không đồng bộ, dây quấn stato là dây quấn xoay chiều.
Đối với một số máy phát điện nhỏ chuyên dùng, người ta đặt phần cảm ở stato cịn phần ứng ở rơto.
- Hệ thống kích từ làm nhiệm vụ cung cấp dịng điện một chiều cho phần cảm để luyện từ. Hệ thống này chỉ cần thiết cho loại máy phần cảm là nam châm điện. Phần lớn các máy điện đồng bộ cơng suất lớn nguồn kích từ là máy phát điện một chiều gọi là máy kích từ lắp trên cùng một trục với máy điện đồng bộ. Hiện nay người ta đang có xu hướng thay thế máy kích từ bằng hệ thống nắn điện bằng đèn cơ khí hay đèn bán dẫn, mắc vào stato máy điện đồng bộ nhận điện áp xoay chiều ở stato nắn thành một chiều cấp cho phần cảm.
Trong hệ thống kích từ cịn có biến trở điều chỉnh kích từ và các thiết bị tự động điều chỉnh.
2.2. Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ
a. Chế độ máy phát điện
Khi làm việc ở chế độ máy phát stato của máy phát điện đấu tới mạng ba pha chưa có điện , cịn rơto được đấu tới nguồn kích từ. Hình 4-2 là sơ đồ mạch điện đơn giản của máy phát điện đồng bộ ba pha.
99
Hình 4-2. Sơ đồ mắc dây máy phát điện đồng bộ
Rôto nối tới động cơ sơ cấp và quay với tốc độ n, dịng điện kích từ qua cuộn dây phần cảm tạo ra từ thông phần cảm 0 (hình 4-3). Khi rơto quay, từ thơng máy quét qua dây quấn ba pha lệch nhau trong không gian 1200, khi rôto lần lượt quét qua chúng tạo ra các sức điện động lệch nhau về thời gian 1200
. t sin 2 E eA 0 0 0 B E 2sin t 120 e 0 0 C E 2sin t 240 e
Trị số hiệu dụng E của s.đ.đ xác định theo công thức E0 = 4,44. kqd1. W1. 0. f
Hình 4-3 Sự hình thành s.đ.đ ba pha trong máy phát điện đồng bộ
Ở đây kqd1 và W1 lần lượt là hệ số quấn dây và số vịng nối tiếp mơt pha của dây quấn phần ứng, còn f là tần số s.đ.đ xác định theo
60 n p f
Từ đó tần số góc của s.đ.đ = 2f
Sức điện động ba pha sẽ cung cấp dòng điện ba pha cho mạch ngồi, dịng điện này qua dây quấn phần ứng sẽ tạo ra từ thông quay, gọi là từ thông phần ứng, ký hiệu là , có tốc độ xác định theo: n
p f 60 n1
100
Như vậy, khi máy điện đồng bộ làm việc tốc độ từ trường quay ln bằng tốc độ rơto. Hình 4-4 vẽ quan hệ từ máy điện đồng bộ hai cực n0 s0 biểu thị từ trường của phần cảm còn hai cực NS là từ trường phần ứng.
Hình 4-4 Quan hệ từ trong máy phát đồng bộ
Giả sử máy điện làm việc ở chế độ không tải, tức mômen sơ cấp M1 vừa đủ để thắng mơmen cản do ma sát, quạt gió… Gọi mơmen khơng tải M0 lúc đó, từ trường phần cảm và phần ứng trùng trục với nhau, góc lệch giữa chúng bằng khơng, khơng có sự truyền cơng suất qua khe khơng khí (hình 4.4a).
Khi động cơ sơ cấp tăng M1> M0 từ thông phần cảm sẽ trở thành vượt trước từ thơng phần ứng, góc lệch lớn hơn không, lúc này sẽ xuất hiện lực hút giữa các cực N - S0, S - N0, có xu hướng kéo cho hai từ thơng trùng trục với nhau, do đó xuất hiện mơmen điện từ M giữa rôto và stato ngược chiều với mômen sơ cấp M1, có tác dụng cản trở sự quay của rơto. Muốn tiếp tục quay như cũ, mômen sơ cấp phải đủ thắng được mômen điện từ và mômen không tải
M1 = M + M0
Như vậy, rôto đã truyền được công suất điện từ Pđt qua khe hở khơng khí Pđt = M. = M. 1
đó chính là cơng suất điện chuyển từ rơto sang để cung cấp cho tải. Khi công suất tải yêu cầu càng lớn mômen điện từ càng lớn và góc cũng tăng theo
b. Chế độ động cơ điện
Để máy điện đồng bộ làm việc ở chế độ động cơ, dây quấn kích từ nối với nguồn kích từ để tạo ra 0; dây quấn phần ứng nối với lưới điện; trục rôto nối với máy công tác. Sơ đồ ương tự ở chế độ máy phát điện
Do phần cảm có 0, khi phần ứng có dòng điện chạy qua sẽ tạo ra từ trường quay q tương tác với 0 sinh ra mômenđiện từ làm quay rôto với tốc độ n = n1 kéo máy công tác.
3. ĐẤU DÂY VẬN HÀNH, ĐIỀU CHỈNH MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3.1. Sơ đồ đấu dây máy phát điện và các cuộn dây phân ứng ở Stato.
101
Hình 4-5: Sơ đồ đáu dây máy phát
Hình 4-6
102
3.2. Thao tác vận hành :
a. Mở máy:
- Đóng điện vào động cơ kéo rơ to của máy phát điện - Điều chỉnh Rkt theo dõi điện áp trên V – mét (400V) - Đóng cầudoa của máy phát cấp điện điện cho lưới - Đóng cầu dao cấp điện cho phụ tải
- Khi MF làm việc theo dõi dòng điện trên A – mét
b. Dừng máy:
- Cắt cầu tải
- Giảm Ikt (tăng Rkt) - Cắt cầu dao máy phát
- Cắt cầu dao của động cơ kéo - Vệ sinh công nghiệp
4. ĐỘNG CƠ VÀ MÁY BÙ ĐỒNG BỘ 4.1. Động cơđồng bộ : 4.1. Động cơđồng bộ :
Khi máy điện đồng bộ làm việc ở chế độ động cơ nó tiêu thụ cơng suất của lưới điện, biến thành công suất cơ làm quay máy cơng tác. Lúc đó góc < 0, mơmen điện từ trở thành mơmen quay.
Đặc tính của động cơ n = f(M) là một đường nằm ngang. Vì tốc độ n = n1 = hằng số không phụ thuộc mômen, điện áp mà chỉ phụ thuộc tần số vì tần số của mạng thực tế hầu như khơng đổi. Vì thế động cơ được dùng để truyền động các máy công tác cần tốc độ ổn định.
Động cơ đồng bộ chạy khơng tải cịn được ứng dụng để cải thiện cos của mạng vì khi đó nó phát ra cơng suất phản kháng cho mạng lúc mạng biến thiên và tiêu thụ công suất phản kháng lúc mạng thừa.
Để mở máy động cơ đồng bộ, người ta thường sử dụng phương pháp mở máy không đồng bộ. Để thực hiện cách mở máy này người ta làm thêm bộ dây quấn lồng sóc ở rơto. Trình tự mở máy tiến hành như sau (hình 4-8)
- Cắt điện cuộn dây kích từ nối nối với một điện trở diệt từ để hạn chế dòng điện cảm ứng lúc mở máy.
- Đóng điện vào stato của động cơ. Lúc đó trong máy xuất hiện từ trường quay stato, qt qua thanh dẫn lồng sóc của rơto làm xuất hiện dịng điện cảm ứng và mômen quay như một động cơ không đồng bộ.
- Khi động cơ đạt tốc độ gần đồng bộ, ta đóng dịng điện kích từ vào rơto, máy sẽ tự động vào đồng bộ.
Khi máy đã vào đồng bộ, tốc độ tương đối giữa rôto và từ trường bằng không, trong lồng sóc khơng cịn dịng điện cảm ứng, mơmen khơng đồng bộ cũng hết, khơng ảnh hưởng gì đặc tính động cơ.
103
Hình 4-8 Sơ đồ mở máy động cơ đồng bộ
Để hạn chế dịng điện mở máy, có thể mắc stato qua cuộn kháng như mở máy động cơ không đồng bộ
4.2. Máy bù đồng bộ
Máy bù đồng bộ là động cơ đồng bộ làm nhiệm vụ điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng, không kéo phụ tải cơ.
Khi cần điều chỉnh cos và điều chỉnh điện áp ta đặt ở đó một máy bù đồng bộ. Máy chỉ tiêu thụ một lượng nhỏ công suất tác dụng để thăng M0 để rôto quay ở chế đọ đồng bộ. Bằng cách điều chỉnh Ikt ta cho máy phát ra hoặc tiêu thụ cơng suất phản kháng để duy trì điện áp ở nơi đó ổn định.
Cách mở máy bù giống như động cơ đồng bộ.
Máy bù đồng bộ so với tụ điện bù có ưu điểm là phạm vi rộng và liên tục. Nhược điểm là giá thành cao, vận hành phức tạp, tốn năng lượng.
NỘI DUNG THỰC HÀNH 1.Chuẩn bị dụng cụ thiết bị TT Thiết bị, dụng cụ SL Ghi chú 1 -Bàn thực hành máy phát điện đồng bộ. 01 bàn 2 -Đồng hồ vạn năng 01 chiếc 3 Dây nối, Jắc cắm… 01 bộ 2. Nội dung: B1. Phân tích bản vẽ B2. Nhận vật tư
104 B4. Lắp đặt động cơ đồng bộ
B5. Kiểm tra động cơ đồng bộ sau khi lắp đặt B6. Lắp đặt mạch động lực theo sơ đồ
B7. Kiểm tra bộ điều khiển và tải B8. Vận hành thử bộ điều khiển và tải
Bài tập:
1, Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ . 2, Nêu phương pháp mở máy động cơ đồng bộ .
3, Trên máy phát điện (MPĐ) đồng bộ 3 pha có các số liệu sau: 10kVA; nđm= 1500 vòng/phút; Y-220V; = 0,87 ; cosđm= 0,8; f = 50Hz; lõi thép stato có 24 rãnh. a. Giải thích nhãn mác trên ? Dùng MPĐ trên cung cấp cho phụ tải 3 pha. Tải mỗi pha là đèn sợi đốt loại 100W-220V. Muốn đèn các pha sáng ở chế độ định mức thì phải đấu các đèn như thế nào? Tính số đèn tối đa đấu trong mỗi pha.
b. Nếu khi máy phát làm việc mà điện áp phát ra trên các pha của máy không đảm bảo điện áp định mức thì phải sử lý như thế nào? Hãy giải thích.
105
BÀI 5: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
MÃ BÀI: MĐĐCN17-5
Mục tiêu:
- Mơ tả được cấu tạo, trình bày được nguyên lý làm việc của máy điện một
chiều
- Trình bày được cơng suất điện từ và sức điện động cảm ứng trong máy điện - Giải thích được nguyên nhân gây ra tia lửa và biện pháp khắc phục
- Mô tả được các loại máy phát một chiều theo phương pháp kích từ. Trình bày được đặc tính làm việc của chúng
- Trình bày được các phương pháp đảo chiều quay, điều chỉnh tốc độ và mở máy động cơ một chiều.
- Bảo dưỡng, sửa chữa được những hư hỏng thông thường đảm bảo kỹ thuật và an toàn
- Đấu lắp vận hành được máy phát điện, động cơ điện một chiều
Nôi dung:
1. ĐẠI CƢƠNG VỀ MÁY ĐIÊN MỘT CHIỀU
Máy điện một chiều là máy điện làm việc với dịng điện một chiều. Nó có thể dùng làm máy phát điện hoặc động cơ điện.
Động cơ điện một chiều có những ưu điểm rất quan trọng mà máy điện khác khơng có . Đó là tốc độ có thể điều chỉnh trong phạm vi rộng và mômen mở máy lớn. Vì thế nó được sử dụng rất rộng rãi làm động cơ kéo trong giao thông vận tải, trong các trang bị điện cần điều chỉnh tốc độ trơn và rộng (các máy gạt kim loại, máy công nghiệp chuyên dùng, trang bị tự động)
Máy phát điện một chiều dùng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như làm nguồn cung cấp cho các thùng điện phân, nguồn nạp ăcquy, hàn điện chất lượng cao, nguồn cung cấp cho động cơ điện một chiều...
Cả máy pháy điện và động cơ điện còn được sử dụng trên ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, máy bay tạo thành hệ thống điện một chiều trên tổ máy đó.
Khuyết điểm chủ yếu của máy điện một chiều có liên quan đến bộ phận cổ góp và chổi than. ở đây dễ phát sinh tia lửa làm giảm tính tin cậy khi làm việc của máy. Cũng do có bộ phận này cấu tạo và quản lý vận hành máy trở nên phức tạp. Ngoài ra các động cơ điện một chiều địi hỏi phải có nguồn cung cấp riêng (máy phát điện một chiều hoặc bộ nắn điện) chứ không thể đấu thẳng vào mạng điện xoay chiều.
Hiện nay máy điện một chiều đã được sản xuất với nhiều cỡ công suất và điện áp khác nhau. Từ loại tí hon (vài watt) đến loại khổng lồ tới 6 MW.
2. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU2.1. Cấu tạo 2.1. Cấu tạo
Máy điện một chiều có ba bộ phận cấu tạo chính đó là phần cảm, phần ứng và bộ phận cổ góp – chổi than.
106
a. Phần cảm: là bộ phận tạo từ trường, đặt ở stato thông thường phần cảm là nam châm điện gồm có cực từ và dây quấn kích từ. ở các máy nhỏ cực từ làm bằng thép từ mềm, còn ở các máy lớn từ trường làm băng thép lá ghép lại. Phần đầu cực làm loe ra để từ cảm phân bổ dọc khe khơng khí cso dạng hình thang. Đối với các máy công suất nhỏ phần cảm là một nam châm vĩnh cửu
b. Phần ứng: là lõi thép đặt ở rơto, trên mặt có phay rãnh để đặt dây quấn phần ứng. Lõi thép rôto cũng làm bằng thép lá ghép lại tương tự như máy điện xoay chiều. Mỗi bối dây của dây quấn phần ứng được nối tới hai lá góp của cổ góp điện. Phần ứng làm nhiệm vụ tạo ra sức điện động cảm ứng ở chế độ máy phát hoặc dẫn dòng điện một chiều ở chế độ động cơ.
c. Cổ góp –chổi than: thực hiện chức năng nắn điện tức là biến sức điện động xoay
chiều trong các bối dây thành sức điện động một chiều lấy ra ở chổi than (ở máy phát điện) hoặc ngược lại, đổi dịng điện một chiều ở mạch ngồi thành dịng điện xoay chiều trong các bối dây (ở động cơ điện). Cổ góp gồm các lá góp làm bằng đồng ghép lại với nhau giữa chúng là mica cách điện. Cổ góp được lắp ở một đầu rôto, chổi than là những thỏi than kỹ thuật điện lắp ở giá chổi than và áp sát vào cổ góp nhờ lực ép của lị xo. Chổi than dẫn điện từ phần ứng ra ngoài hay ngược lại.
2.2. Nguyên lý làm việc
Cũng như các máy điện khác, máy điện một chiều có thể làm việc ở chế độ