Bài giảng Máy điện - Chương 4: Máy điện đồng bộ

MÁY ĐIỆN I

Nội dung

Chương 1. Máy biến áp

Chương 2. Những vấn đề chung về MĐ quay

Chương 3. Máy điện không đồng bộ

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Chương 5. Máy điện một chiều

1

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Nội dung

I. Khái niệm chung về MĐĐB

II. Từ trường trong MĐĐB

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V. MĐĐB làm việc song song

VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

2

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Nội dung

I. Khái niệm chung về MĐĐB

II. Từ trường trong MĐĐB

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V. MĐĐB làm việc song song

VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

3

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.1. Cấu tạo

Lõi thép stato gồm các

lá thép KTĐ dày 0,5 mm

khe hở không

nối trục

khí

rôto

vành

trượt

Động cơ

sơ cấp

trục

chổi than

dây quấn

kích từ

(rôto)

dây quấn

stato

_

+

Nguồn kích từ

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.2. Phân loại

 Theo kết cấu:

_-

+

I_t

Lõi thép

N

Dây quấn

kích từ

N

S



S

Dây quấn

kích từ

Cực từ

Lõi thép

N

Rôto cực ẩn

Rôto cực lồi

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.2. Phân loại (tiếp)

 Chức năng:

o Máy phát phát điện đồng bộ:

. Tua bin hơi: tốc độ cao, cực ẩn, trục máy đặt nằm ngang

. Tua bin nước: tốc độ thấp, cực lồi, trục máy đặt thẳng

đứng

. Máy phát công suất nhỏ: ĐC Diezen kéo rotor, cấu tạo

cực lồi

o Động cơ điện đồng bộ:

. Thường cực lồi, kéo tải ít thay đổi tốc độ, P ≥ 200 kW

o Máy bù đồng bộ:

. Cải thiện hệ số công suất cos

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.3. Kết cấu

 Máy đồng bộ cực ẩn:

o Rotor làm bằng thép hợp kim chất lượng cao.

o Rotor được rèn, phay rãnh đặt dây quấn kích từ.

o 2p = 2, n = 3000 (v/ph).

o D = 1,1 ÷ 1,15 m (nhỏ) => hạn chế lực ly tâm.

o L ≤ 6,5 m (dài) => tăng công suất của máy.

o Dây quấn: Cu, tiết diện chữ nhật, bọc cách điện, quấn

đồng tâm.

o Rãnh nêm kín bằng gỗ hoặc thép không từ tính.

o Máy kích từ nối trục, hoặc đồng trục.

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.3. Kết cấu (tiếp)

 Máy đồng bộ cực lồi:

 Tốc độ quay thấp, đường kính lớn D  15m, l ngắn: l/D =

0,15÷0,2.

 Máy nhỏ và TB: rotor được chế tạo từ thép đúc, gia công lại.

 Máy lớn: rotor được ghép từ lá thép KTĐ dày 1 ÷ 6 mm, cực từ

được ghép từ những lá thép dày 1 ÷ 1.5 mm.

 Bề mặt cực từ đặt dây quấn cản (MF) hay dây quấn mở máy

(ĐC).

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.4. Nguyên lý làm việc của MĐĐB

a. Máy phát điện

i_A

Rôto quay với tốc độ n. Rôto

đóng vai trò nam châm điện

(do có dòng kích từ) tạo ra từ

trường quay, cảm ứng trong

dây quấn stato các sức điện

động hình sin. Nếu MFĐĐB

mang tải (mạch kín) sẽ có dòng

điện 3 pha: i_A, i_B, i_C. Các dòng

i_A, i_B, i_Ctạo ra từ trường quay

với tốc độ n₁= n

A

N

n

-

n₁

i_B

Tải

+

S

B

C

i_C

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.4. Nguyên lý làm việc của MĐĐB (tiếp)

b. Động cơ điện

i_A

A

Đặt điện áp 3 pha vào dây

quấn stato. Trong dây quấn

stato sẽ có dòng điện 3 pha i_A,

i_B, i_Ctạo ra từ trường quay với

tốc độ n₁= 60f/p. Từ trường

trong dây quấn stato kéo rôto

quay với tốc độ n = n₁.

N

n

-

Nguồn

3 pha

n₁

i_B

+

S

B

i_C

C

I. Khái niệm chung về MĐĐB

1.5. Các đại lượng định mức

 Kiểu máy

 Số pha

 Tần số

 Công suất định mức (kW, kVA)

 Điện áp dây

 Hệ số công suất

 Tốc độ quay

 Cấp cách điện dây quấn stato, rôto.

Chương 4. Máy điện đồng bộ

Nội dung

I. Khái niệm chung về MĐĐB

II. Từ trường trong MĐĐB

III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV. MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V. MĐĐB làm việc song song

VI. ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

12

II. Từ trường trong MĐĐB

2.1. Khái niệm chung

 Bao gồm:

o Từ trường cực từ F_t(i_t– dòng kích từ).

o Từ trường phần ứng F_ư(i_ư– dòng phần ứng)

o Chế độ không tải:

 F_t– quét qua dây quấn stator => E_o.

o Chế độ có tải:

 Tồn tại cả F_t& F_ư.

 Tác dụng của F_tlên F_ư– phản ứng phần ứng.

 Mạch từ không bão hòa: sử dụng nguyên lý xếp chồng.

II. Từ trường trong MĐĐB

2.2. Từ trường của dây quấn kích thích

I_t(dòng kích từ) của cực từ sinh ra stđ

w_t.I_t

_t

F 

t

2.p

w_t: số vòng dây cuộn kích từ

p: số đôi cực từ

F_ttạo ra:

_t

N



S

Từ trường chính _t(đi qua

khe hở không khí để truyền

tải năng lượng).

N

Từ trường tản _tchỉ móc vòng

trong các dây quấn kích từ

II. Từ trường trong MĐĐB

2.2. Từ trường của dây quấn kích thích (tiếp)

stator

o



A

τ

rôtor

S

N

-

stato

B_t

B₁

B

C

+

S

rôto

B₅

x

B₃

 Phụ thuộc vào đường cong mặt cực từ, không sin

 Biên độ sóng cơ bản (B₁) được biểu thị theo trị số từ cảm cực đại

(B_t): B₁= k_tB_t,với k_t– hệ số dạng sóng (máy cực lồi: k_t= 0.95 ÷

1.15; máy cực ẩn: k_t= 0.965 ÷ 1.065

II. Từ trường trong MĐĐB

2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng

 Ở chế độ có tải: dòng điện stator sinh ra từ trường phần

ứng.

 Tác dụng của từ trường cực từ lên từ trường phần ứng –

phản ứng phần ứng

 Phản ứng phần ứng  tính chất của tải (dung, cảm, hay

trở).

 MĐ cực ẩn: khe hở đều.

 MĐ cực lồi: khe hở dọc trục, ngang trục => có phản ứng

dọc trục, ngang trục.

II. Từ trường trong MĐĐB

2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp)

a. Phản ứng phần ứng ngang trục

 Tải thuần trở:

o Tải đối xứng, thuần trở.

 I & E trùng pha (Ψ = 0)

 i_A= I_m=> F_ư I_A E_A.

 F_Avượt pha E_A90^O

 F_ư F_t

 Phản ứng ngang trục.

II. Từ trường trong MĐĐB

2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp)

b. Phản ứng phần ứng dọc trục

 Tải thuần cảm:

o Tải đối xứng, thuần cảm

 E_Avượt pha I_A90^O

 F_Avượt pha E_A90^O

 F_ưcùng phương ngược chiều F_t

 Phản ứng dọc trục, khử từ.

II. Từ trường trong MĐĐB

2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp)

b. Phản ứng phần ứng dọc trục

 Tải thuần dung:

o Tải đối xứng, thuần dung

 E_Achậm pha I_A90^O

 F_Avượt pha E_A90^O

 F_ưcùng phương cùng chiều F_t

 Phản ứng dọc trục, trợ từ.

II. Từ trường trong MĐĐB

2.3. Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp)

b. Phản ứng phần ứng dọc trục

 Tải hỗn hợp:

o E_A& I_Alệch pha Ψ.

o Phân tích F_ưthành 2 thành phần:

. Dọc trục: F_ưd= F_ưsinΨ

. Ngang trục: F_ưq= F_ưcosΨ

o 0 < Ψ < /2 – ngang trục, khử từ.

o - /2 < Ψ < 0 – ngang trục, trợ từ

Bài giảng Máy điện - Chương 4: Máy điện đồng bộ - Đặng Quốc Vương