Kết cấu của rotor cực lồi, 2p = 4 rotor chƣa đƣợc đóng vào trục, trên rotor đã có quấn dây quấn kích thích.
Hình 4.21: Hình dạng của rotor cực từ ẩn, rotor chưa được quấn dây.
- Bộ kích từ: Muốn tạo thành từ trƣờng kích thích một chiều trên phần cảm chúng ta cần cấp dòng một chiều vào dây quấn phần cảm đƣợc lắp trên Rotor. Khi Rotor đƣợc kéo quay bởi động cơ sơ cấp, để tránh tình trạng các dây nối bị xoắn, dịng một chiều đƣợc cấp vào Rotor thơng qua hệ thống vành trƣợt và chổi than. Bộ nguồn kích thích có các dạng sau:
Máy phát một chiều: đa số là máy phát điện một chiều kích thích song song, có cơng suất khoảng 0.3 đến 2% cơng suất máy.
Bộ kích từ dùng chỉnh lƣu: điện áp 3 pha của máy phát đồng bộ (ban đầu đƣợc sinh ra do từ dƣ) đƣợc chỉnh lƣu thành dòng 1 chiều.
b. Nguyên lý hoạt động.
Khi động cơ sơ cấp quay, kéo Roto máy phát đồng bộ và máy phát một chiều quay theo tới tốc độ định mức, máy phát kích thích thành lập đƣợc điện áp và cung cấp dòng điện một chiều vào dây quấn phần cảm (Roto) máy phát đồng bộ do đó phần cảm trở thành nam châm điện. Do Roto quay nên từ trƣờng phần cảm cắt các thanh dẫn dây quấn phần ứng (Stato) làm cảm ứng trong dây quấn sức điện động hình sin, nếu phần cảm máy phát có p đơi cực từ, tốc độ quay rotor là n thì tần số sức điện động cảm ứng là:
.
60
n p
Khi phần ứng cung cấp điện cho tải, dòng điện 3 pha chạy trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trƣờng quay với tốc độ:
n1 60.f n p
Ta thấy tốc độ từ trƣờng quay n1 bằng tốc độ quay của Roto n, nên gọi là máy phát điện đồng bộ.
4.2.1. Máy phát điện đồng bộ rotor dây quấn – WRSG (Wound Roto Synchronous Generator.). Generator.).
WRSG là sức kéo chính của ngành cơng nghiệp năng lƣợng điện. Các cuộn dây Stato của WRSG kết nối trực tiếp vào lƣới điện và do đó tốc độ quay là cố định đúng tần số của lƣới điện cung cấp. Các cuộn dây rotor đƣợc kích thích với dịng bằng cách sử dụng các vòng trƣợt và chổi than hoặc với một kích thích khơng chổi than với một bộ chỉnh lƣu quay. Không giống nhƣ các máy phát điện cảm ứng, máy phát điện đồng bộ không cần thêm bất kỳ hệ thống bù công suất phản kháng nào. Các cuộn dây Roto, thơng qua đó dịng điện trực tiếp tạo ra các trƣờng kích thích, quay với tốc độ đồng bộ. Tốc độ của máy phát điện đồng bộ đƣợc xác định bởi tần số của các trƣờng quay và số cặp cực của rotor. Nó có lợi thế là khơng cần một hộp số.
4.2.2. Máy phát điện nam châm vĩnh cửu – PMSG (Permanent magnet synchronous generator). generator).
Trong cơng nghiệp điện gió, máy phát điện nam châm vĩnh cửu đƣợc áp dụng trong tua-bin điện gió từ năm 1993. Loại máy phát điện này hiện nay gồm 3 loại: - Máy phát điện nam châm vĩnh cửu với tốc độ cao (High speed PM generators – HS PMG) hoạt động với tốc độ từ 1000 đến 2000 v/p, loại máy phát điện này thƣờng đƣợc thiết kế hoạt động sau hộp số nhƣ những máy phát điện thơng thƣờng. Máy phát có điện thế từ 690 V đến 3300 V và ứng dụng trong những tua-bin điện gió với cơng suất đến 7 MW.
- Máy phát điện nam châm vĩnh cửu với tốc độ trung bình (Medium speed PM generators – MS PMG) hoạt động khoảng từ 100 đến 500, thông thƣờng là 400 v/p, loại máy phát điện này thƣờng đƣợc thiết kế kết hợp với hộp số tốc độ thấp trong nội
vi máy phát điện. Điện thế của máy phát có thể từ 690 V đến 3300 V và đƣợc ứng dụng trong những tua-bin điện gió với cơng suất đến 7 MW hoặc cao hơn.
- Máy phát điện nam châm vĩnh cửu với tốc độ thấp (Low speed PM generators – HS PMG) hoạt động khoảng từ 5 đến 30 v/p, điện thế từ 690 V đến 3300 V và đƣợc ứng dụng trong những tua-bin điện gió với công suất đến 10 MW hoặc cao hơn. Nguyên tắc của loại máy phát điện này là sử dụng nam châm vĩnh cửu kết hợp nhiều cực trong một vòng khung và đƣợc gắn trực tiếp với hệ thống rotor nhƣ trong tua-bin điện gió Enercon hoặc đơi khi cũng ở phía sau rotor nhƣ tua-bin ScanWind – GE 4,1- 113 vì thế cịn đƣợc gọi là máy phát điện vịng (Annular Generator).