CHƯƠNG 1 : MÁY ĐIỆN
2. 3.4 Phương pháp đấu dây
2.5. Máy phát điện xoay chiều đồng bộ một pha
2.5.1. Cấu tạo
Cũng như các máy điện khác, máy điện đồng bộ cấu tạo gồm hai phần chính: Phần tĩnh (Stato) và phần quay (rôto)
2.5.1.1. Phần tĩnh (Stato)
Phần tĩnh thường là phần mà các dây quấn của nó cảm ứng ra những sức điện động gọi là phần ứng nó có cấu tạo giống phần tĩnh của máy điện không đồng bộ gồm lõi thép, dây quấn, vỏ máy và nắp máy
Phần tĩnh thường là phần mà các dây quấn của nó cảm ứng ra những sức điện động gọi là phần ứng nó có cấu tạo giống phần tĩnh của máy điện không đồng bộ gồm lõi thép, dây quấn, vỏ máy và nắp máy
Hình 1-42. Mặt cắt ngang trục máy
1. Lõi thép Stato; 2. Dây quấn Stato; 3. Lõi thép Roto; 4. Dây quấn roto
2.5.1.2. Phần quay (Rôto)
Phần quay thường là một nam châm điện dùng để tạo ra từ thơng chính cho máy gọi là phần cảm, nó gồm có lõi thép và dây quấn kích thích là dịng điện một chiều. Rơto máy điện đồng bộ có hai loại rơto cực ẩn và rơto cực lồi
Hình 1-43. Cấu tạo của rôto cực ẩn và cực lồi
* Rôto cực lồi: Lõi thép gồm những lá thép kỹ thuật điện (0,5 1) mm ghép cách điện với nhau có các cực từ lộ ra rõ rệt và có dây quấn xung quanh thân cực từ hai đầu của chúng được hàn với hai vành trượt qua hai chổi than tới nguồn điện một chiều.
Với loại rôto cực lồi này thường được áp dụng cho các máy điện đồng bộ có tốc độ quay dưới 1000 vịng/phút (Động cơ sơ cấp là các tuốc bin nước)
Cực từ của máy đồng bộ cực lồi Dây quấn cản 1. Lá thép cực từ hoặc dây quấn mở máy 2. Dây quấn kích thích
3. Đi cực từ
4. Nêm
5. Lõi thép stato
Hình 4-44 Cấu tạo của rôto cực ẩn và cực lồi
* Rơto cực ẩn:
Có lõi thép là một khối thép rèn hình trụ, mặt ngồi có phay thành các rãnh để đặt dây quấn kích thích. Có cực từ loại này khơng lộ ra rõ rệt, dây quấn kích thích đặt đều trên chu vi rơto. Với cấu tạo như vậy rơto có độ bền cơ khí cao
Những máy điện đồng bộ có tốc độ 1500 vịng /phút trở lên rơto đều chế theo kiểu cực ẩn mặc dù có phức tạp khó khăn hơn cực lồi (động cơ sơ cấp thường là tuốc bin hơi).
Một số ít máy điện đồngbộ cơng suất nhỏ (Sđm 100 KVA) thì Phần ứng là phần quay còn phần cảm đứng yên.
- Nguồn cung cấp dòng một chiều cho dây quấn kích thích máy điện đồng bộ gọi là nguồn kích thích, phần lớn nguồn kích thích là một máy phát điện một chiều kích thích song song có cơng suất từ (2 3)% cơng suất của máy điện đồng bộ.
- Yêu cầu đối với hệ kích từ.
+ Khi làm việc bình thường có khả năng điều chỉnh được dịng điện kích từ It = Ut/rt để duy trì điện áp định mức.
+ Có khả năng cưỡng bức dịngkích từ tăng nhanh khi điện áp lưới giảm thấp do có ngắn mạch ở xa. Thường trong khoảng 0,5 giây phải đạt
2 tdm tdm tm U U U như hình vẽ (4-4)
+ Triệt từ kích thích khi có sự cố bằng điện trở triệt từ RT
Hình 4.4 Cưỡng bức kích thích
- Các hệ thống kích từ của máy điện đồng bộ.
+ Kích từ bằng máy phát điện một chiều gắn cùng trục với máy đồng bộ. Máy phát điện 1 chiều kích thích thường có 2 cn dây kích thích: 1 cuộn song song LS dùng để tự kích thích và 1 cuộn độc lập Ln, Hình (4.5)
Hình 1-45 Kích từ bằng máy phát kích từ một chiều
+Kích từ bằng máy phát kích từ xoay chiều có chỉnh lưu, hình 4-6a là máy kích từ có phần cảm quay và phần ứng tĩnh và hình 4-6b là máy phát kích từ có phần cảm tĩnh và phần ứng quay
a) b)
Hình 1-46 Máy kích từ xoay chiều có chỉnh lưu
+ Hệ thống tự kích thích hổn hợp, hình 4.7, theo sơ đồ này điện áp và dịng điện kích từ sẽ tỷ lệ với UT và U1 của biến điện áp TU và biến dịng điện TI
Hình 1-47 Hệ thống tự kích thích hỗn hợp của máy điện đồng bộ
2.5.2. Nguyên lý làm việc
Hình 1-48 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện đồng bộ
Khi động cơ sơ cấp 1 (tuốc bin hơi) quay rôto máy phát điện 2 tới tốc độ định mức, máy kích thích 3 thành lập điện áp và cung cấp dòng điện một chiều vào dây quấn phần cảm của máy phát đồng bộ, phần cảm trở thành nam châm điện. Từ trường phần cảm cắt thanh dẫn phần ứng, làm cảm ứng trong dây quấn sức điện động hình sin. Nếu phần cảm máy phát có p đơi cực, tốc độ quay rơto là n thì tần số sức điện động cảm ứng:
f = 60
pn
(Hz) (1 - 49)
Tương tự như máy điện không đồng bộ, trị số sức điện động cảm ứng trong mỗi pha dây quấn phần ứng:
E0 = 4,44. f. W. Kdq . 0 (1 - 50) Trong đó 0 Từ thông dưới mỗi cực từ
W Số vòng dây của mỗi pha Kdq Hệ số dây quấn của máy
Nếu máy phát điện đồng bộ là máy phát ba pha, dây quấn phần ứng có hệ thống sức điện động cảm ứng ba pha. Khi máy phát mang tải dòng điện ba pha chạy trong dây quấn sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ
n = p f . 60 (1 - 51)
So sánh giữa (1) và (3) ta thấy rằng tốc độ của từ trường quay n1 bằng tốc độ quay của rơto n. Do đó máy phát điện gọi là máy phát điện đồng bộ.
* Một số vấn đề trong vận hành
Cũng như các máy phát điện quay khác, máy phát điện đồng bộ trong quá trình vận hành có hai loại tổn hao. Tổn hao khơng đổi Pkđ và tổn hao thay đổi Ptđ.
Tổn hao không đổi (Pkđ) hầu như không phụ thuộc vào phụ tải bao gồm tổn hao sắt
từ ở lõi thép, tổn hao trên điện trở dây quấn kích thích, tổn hao cơ do ma sát ở các ổ trục, quạt gió.
Tổn hao thay đổi (Ptđ) phụ thuộc vào phụ tải gồm: tổn hao đồng trong dây quấn stato và các tổn hao phụ khác. Như vậy công suất điện của máy phát ra là
P2 = mUIcos thì cơng suất cơ đưa vào phải là P1 =P2+ ∆Pkđ + ∆Ptd và hiệu suất của máy phát: = 1 2 p P = td kd P P mUI mUI cos cos (1 - 52) Trong đó m là số pha dây quấn phần ứng.
2.5.3. Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ một pha
Để xác định được đặc tính của máy điện đồng bộ chúng ta tiến hành thí nghiệm theo sơ đồ trên hình 1-49 như sau:
Hình 1-49. Sơ đồ thí nghiệm đặc tính máy điện đồng bộ
Hệ đơn vị tương đối
Theo sơ đồ thí nghiệm hình 4.14. Mở cầu dao tải, quay máy phát đến tốc độ định mức, thay đổi dịng điện kích từ ta nhận được đường đặc tính khơng tải.
Đường (1) máy phát tuabin hơi, đường (2) máy phát tuabin nước. Ta thấy máy phát tuabin hơi bão hòa nhiều hơn máy tuabin nước.
b. Đặc tính ngồi
Đặc tính ngồi
Các đường đặc tính phụ thuộc vào tính chất tải. Dịng điện kích từ It ứng với U = Uđm, I = Iđm được gọi là dịng điện kích từ định mức Itđm
c. Đặc tính điều chỉnh
Đặc tính điều chỉnh: It = f(I); U = const; cosφ = const; f = const. Đặc tính điều chỉnhcho biết phảiđiều chỉnh dịng kích từ như thế nào để bù đượcđiệnáp rơi trên cuộn dây phần ứng và phản ứng phần ứng (giữ cho U không đổi) khi n và cosφ không đổi. hoặc giảm E0 bằng cách tăng hoặc giảm It (tùy tính chất của tải).
2.5.4. Thông số kỹ thuật
- Tần số đinh mức fđm - Điện áp định mức Uđm - Dòng điện định mức Iđm - Tốc độ định mức nđm - Công suất biểu kiến Sđm - Hệ số công suất