4.7.1.Động cơ điện đồng bộ
Do cú những ưu điểm nhất định nờn trong thời gian gần đõy, động cơ điện đồng bộ đĩ được sử dụng rộng rĩi hơn và cú thể so sỏnh được với động cơ khụng đồng bộ trong lĩnh vực truyền động điện.
Ưu điểm: Trước hết phải núi động cơ điện đồng bộ do được kớch thớch bằng
dũng điện một chiều, nờn cú thể làm việc với cosφ = 1 và khụng cần lấy cụng suất phản khỏng từ lưới điện, kết quả là hệ số cụng suất của lưới điện được nõng cao, làm giảm được điện ỏp rơi và tổn hao cụng suất trờn đường dõy. Ngồi ưu điểm chớnh đú, động cơ điện đồng bộ cũn ớt chịu ảnh hưởng đối với sự thay đổi điện ỏp của lưới điện do mụmen của động cơ điện đồng bộ chỉ tỉ lệ với U trong khi mụmen của động cơ khụng đồng bộ tỉ lệ với U2. Cũng phải núi thờm rằng, hiệu suất động cơ điện đồng bộ thường cao hơn hiệu suất của động cơ khụng đồng bộ vỡ động cơ đồng bộ cú khe hở tương đối lớn, khiến cho tổn hao sắt từ phụ nhỏ hơn.
Nhược điểm: So với động cơ khụng đồng bộ, động cơ đồng bộ cú cấu tạo
phức tạp, đũi hỏi phải cú mỏy kớch từ hoặc nguồn cung cấp dũng điện một chiều khiến cho giỏ thành cao. Hơn nữa việc mở mỏy động cơ đồng bộ cũng phức tạp hơn và việc điều chỉnh tốc độ của nú chỉ cú thể thực hiện được bằng cỏch thay đổi tần số của nguồn điện.
Việc so sỏnh động cơ đồng bộ với động cơ khụng đồng bộ cú phối hợp với tụ điện cải thiện cosφ về giỏ thành và tổn hao năng lượng dẫn đến kết luận là khi Pđm < 200 ữ 300 kW, nờn dựng động cơ đồng bộ ở những nơi nào khụng cần thường xuyờn mở mỏy và điều chỉnh tốc độ. Khi Pđm > 300 kW dựng động cơ đồng bộ với cosφ = 0,9 và khi Pđm > 1000 kW dựng động cơ đồng bộ với cosφ = 0,8 là cú lợi hơn dựng động cơ khụng đồng bộ.
a. Mở mỏy động cơ điện đồng bộ.
Động cơ đồng bộ khụng tự khởi động được, như đĩ trỡnh bày ở phần nguyờn lý làm việc. Từ trường quay stato quột qua cỏc cực từ rụto với tốc độ đồng bộ, nờn lực tỏc dụng lờn rụto lũn phiờn kộo và đõ̉y, do rụto cú quỏn tớnh lớn, nờn mụmen trung bỡnh bằng khụng. Vỡ vậy rụto phải được quay đến bằng hoặc gần bằng tốc độ đồng bộ để giữ cho lực tỏc dụng tương hỗ giữa hai từ trường khụng đổi chiều trước khi động cơ cú thể làm việc.
Trong vài trường hợp, dựng động cơ một chiều gắn vào trục rụto để kộo rụto đến tốc độ đồng bộ. Trong động cơ nhỏ, ta dựng mụmen từ trở. Với động cơ cụng suất lớn, để tạo mụmen khởi động, trờn cỏc mặt cực từ của rụto đặt cỏc thanh dẫn
được nối ngắn mạch như kiểu rụto lồng súc ở động cơ khụng đồng bộ, gọi là dõy quấn khởi động (hỡnh 4-6).
b. Điều chỉnh hệ số cụng suất động cơ điện đồng bộ.
Phương trỡnh cõn bằng điện ỏp ở dõy quấn stato của động cơ đồng bộ cực õ̉n là:
U = E + (R + jX ) I0 ư đb (4-4)
Khi bỏ qua điện trở dõy quấn stato Rư, ta cú:
U = U + jX0 đbI (4-5)
Ở hỡnh 4-17 vẽ đồ thị vộctơ ứng với trường hợp thiếu kớch từ, dũng I chậm pha sau điện ỏp U. Khi sử dụng khụng để động
cơ làm việc ở chế độ này. Vỡ động cơ tiờu thụ cụng suất phản khỏng của lưới điện, làm cho hệ số cụng suất của lưới điện thấp. Trong cụng nghiệp thường động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quỏ kớch từ, dũng điện I vượt trước pha điện ỏp U, động cơ vừa tạo ra cơ năng, đồng thời phỏt ra cụng suất phản khỏng nhằm nõng cao hệ số cụng suất cosφ của lưới điện. Đõy là ưu điểm lớn nhất của động cơ đồng bộ.
Hỡnh 4-17. Đồ thị vộctơ khi cos = 1 và khi cos (vượt trước, chậm sau). Để thấy rừ sự thay đổi hệ số cụng suất của động cơ đồng bộ, hỡnh 4-17 là đồ thị vộctơ của ba trường hợp:
+ Khi cosφ ứng với chế độ thiếu kớch từ, I chậm pha U một gúc là . + Khi cosφ = 1 ứng với chế độ U và I trựng pha nhau.
Hỡnh 4-16. Mạch điện tương
+ Khi cosφ ứng với chế độ quỏ kớch từ, I vượt trước U một gúc là . Do U, f, P khụng đổi, nờn Icos = const và E0sin = const.
4.7.2.Mỏy bự đồng bộ
Mỏy bự đồng bộ thực chất là động cơ điện đồng bộ làm việc khụng tải với dũng điện kớch từ được điều chỉnh để phỏt hoặc tiờu thụ cụng suất phản khỏng, do đú duy trỡ được điện ỏp quy định của lưới điện ở khu vực tập trung hộ dựng điện. Chế độ làm việc bỡnh thường của mỏy bự đồng bộ là chế độ quỏ kớch thớch phỏt cụng suất điện cảm vào lưới điện, hay núi khỏc đi là tiờu thụ cụng suất điện dung của lưới điện. Ở trường hợp này, mỏy bự đồng bộ cú tỏc dụng như một bộ tụ điện và được gọi là mỏy phỏt cụng suất phản khỏng. Khi tải của cỏc hộ dựng điện giảm, thớ dụ về đờm hoặc những giờ khụng cao điểm, điện ỏp của lưới tăng thỡ mỏy bự đồng bộ làm việc ở chế độ thiếu kớch thớch, tiờu thụ cụng suất phản khỏng (điện cảm) của lưới điện và gõy thờm điện ỏp rơi trờn đường dõy để duy trỡ điện ỏp khỏi tăng quỏ mức quy định. Việc điều chỉnh dũng điện kớch thớch It để duy trỡ điện ỏp của lưới (ở đầu cực của mỏy bự đồng bộ) khụng đổi, thường được tiến hành tự động. Mỏy bự đồng bộ tiờu thụ rất ớt cụng suất tỏc dụng vỡ cụng suất đú chỉ dựng để bự vào cỏc tổn hao trong nú.
Mỏy bự đồng bộ thường cú cấu tạo theo kiểu cực lồi. Để dễ mở mỏy, mặt cực được chế tạo bằng thộp nguyờn khối trờn cú đặt dõy quấn mở mỏy. Trong trường hợp mở mỏy trực tiếp gặp khú khăn thỡ phải hạ điện ỏp mở mỏy, hoặc dựng động cơ khụng đồng bộ rụto dõy quấn để kộo mỏy bự đồng bộ đến tốc độ đồng bộ. Trục của mỏy bự đồng bộ cú thể nhỏ vỡ khụng kộo tải cơ. Cũng do mụmen cản trờn trục nhỏ (chủ yếu do ma sỏt của ổ trục và quạt giú) nờn yờu cầu làm việc ổn định với lưới điện khụng bức thiết, do đú khe hở giữa rụto và stato cú thể nhỏ, kết quả là làm giảm sức từ động và dõy quấn kớch từ khiến cho kớch thước mỏy nhỏ hơn.
CÂU HỎI ễN TẬP BÀI 4
1. Cấu tạo và nguyờn lý làm việc của mỏy phỏt đồng bộ và động cơ đồng bộ? 2. Phản ứng phần ứng của mỏy điện đồng bộ?
3. Tại sao động cơ đồng bộ khụng tự mở mỏy được? Cỏch mở mỏy? 4. Cỏc đặc tớnh điều chỉnh của mỏy phỏt điện đồng bộ?
5. Sự làm việc song song của mỏy phỏt điện đồng bộ? 6. Ưu nhược điểm của động cơ đồng bộ?