Giáo trình máy điện 2 bộ môn máy công nghiệp

tr−êng ®¹i häc B¸CH KHOA
khoa ®iÖn
bé m«n: §IÖN C¤NG NGHIÖP







m¸y ®iÖn ii

m¸y ®iÖn ®ång bé
m¸y ®iÖn mét chiÒu
m¸y ®iÖn xoay chiÒu cã vμnh gãp

Phần thứ t
Máy điện đồng bộ
Chơng 1. Đại cơng về máy điện đồng bộ
- Hầu hết các nguồn điện xoay chiều công nghiệp v dân dụng đều đợc sãn xuất từ
máy phát điện đồng bộ.
- Động cơ đồng bộ đợc dùng trong các tải lớn v có thể phát ra công suất phản kháng
- Máy bù đồng bộ để nâng cao hệ số công suất
1.1 Phân loại v kết cấu m.đ.đ.b
1. Phân loại
Theo kết cấu cực từ: Máy cực ẩn
(2p = 2); Máy cực lồi (2p 4)
Dựa theo chức năng: Máy phát
(Tuabin nớc; tuabin hơi; diêzen);
Động cơ ( P 200 KW); máy
bù đồng bộ
2. Kết cấu.
Hình 1-1 mô tả máy phát đồng bộ
cực lồi công suất vừa v hình 1-2 l
máy phát tuabin hơi (máy cực ẩn).

Kết cấu của stato của máy điện đồng bộ hon ton giống nh stato của m.đ.k.đ.b, nên ở
đây chỉ giới thiệu phần kết cấu của rôto.
Hình 1-1. Máy phát điện đồng bộ cực lồi
Hình 1-2 Máy phát đồng bộ cực ẩn:
1. bệ máy; 2. lỏi thép stato; 3. Vỏ máy; 4. Giá đở stato; 5. ống dẫn chống cháy; 6. Dây quấn

stato; 7. Vnh ép stato; 8. Lá chắn ngoi; 9. Lá chắn trong; 10. Lá chắn thông gió; 11. Che lá
chắn; 12. Cán chổi; 13. Tay giữ chổi; 14. Chổi; 15. ổ trục; 16. Miếng lót; 17. ống phun dầu; 18.
Giá đở ống phun; 19. Tấm mỏng; 20. Rôto; 21. Cực; 22. Máy kích thích
Máy điện 2
1
a) Kết cấu máy đồng bộ cực ẩn
Rô to máy đồng bộ cực ẩn đợc lm bằng thép hợp
kim, gia công thnh hình trụ v phay rãnh để bố trí dây
quấn kích thích. Phần không phay rãnh tạo nên mặt cực
của máy. Mặt cắt ngang của lỏi thep rôto nh hình 1-3.
Vì máy cực ẩn có 2p = 2, (n = 3000 vg/ph) nên để
hạn chế lực ly tâm D

1,1 - 1,15 m, để tăng công suất ta
tăng chiều di rôto l đến 6,5m.
Dây quấn kích thích thờng l dây đồng trần tiết diện
hình chử nhật, quấn theo chiều dẹt thnh từng
bối, giữa các vòng dây có một lớp cách điện
bằng mica mỏng. Các bối dây đợc ép chặt
trong các rãnh rôto sau đó miệng rãnh đợc kín
bằng thanh thép không từ tính. Hai đâud ra của
dây quấn kích thích đợc nối với 2 vnh trợc
gắn trên trục. Máy phát kích thích thờng đợc
nối cùn trục với rôto.
Hình 1-3 M
ặ
t cắt n
g
an
g

lỏi thé
p

b) Kết cấu máy cực lồi.
Máy cực lồi thờng quay với tốc độ thấp nên
đờng kính rôto có thể lớn tới 15m, trong khi
chiều di lại bé. Thờng l/D = 0,15 - 0,2.
Với các máy nhỏ v vừa rôto đợc lm bằng
thép đúc, gia công thnh khối lăng trụ trên có các cực từ,
hình 1-4.
Hình 1-4. Cực từ của máy đồng bộ cực lồi
1. Lá thép cực từ; 2. Dây quấn kích thích;
3. Đuôi cực từ; 4. Nêm; 5. Lỏi thép rôto
Hình 1-5. Dây quấn cản
hoặc dây quấn mở máy
Với các máy công suất lớn rôto đợc ghép từ các lá thép
dy từ 1-6 mm, dập định hình v ghép trên giá đở rôto. Cực
từ đặt trên rôto ghép bằng các lá thép dy từ 1-1,5 mm.
Dây quấn kích thích đợc quấn định hình v lồng vo
thân cực từ, hình 1.4
Trên bề mặt cực từ có một bộ dây quấn ngắn mạch, nh
dây quấn lồng sóc của m.đ.k.đ.b. Với máy phát điệnđây l
dây quấn còn với động cơ l dây quấn mở máy, nh hình 1.5
Dây quấn mở máy có điện trở lớn hơn dây quấn cản.
1.2 Hệ thống kích từ.
1. Yêu cầu đối với hệ kích từ.
- Khi lm việc bình thờng có khả năng điều chỉnh đợc
dòng điện kích từ I
t
= U

t
/r
t
để duy trì điện áp định mức.
- Có khả năng cỡng bức dòng kích từ tăng nhanh khi
điện áp lới giảm thấp do có ngắn mạch ở xa. Thờng trong
khoảng 0,5 giây phải đạt
2
)5,0(


tdm
tdmtm
U
UU
, nh hình 1-6.
- Triệt từ kích thích khi có sự cố bằng điện trở triệt từ R
T


Hình 1-6. Cởng bức kích thích
Máy điện 2
2
2. Các hệ thống kích từ của máy điện đồng bộ.
a) Kích từ bằng máy phát điện một chiều gắn cùng trục với máy đồng bộ. Máy phát
điện 1 chiều kích thích thờng có 2 cuôn dây kích thích: 1 cuộn song song L
s
dùng để tự
kích thích v 1 cuộn độc lập L
n

, hình 1.7.
b) Kích từ bằng máy phát kích từ xoay chiều có chỉnh lu, hình 1.8a l máy kích từ có
phần cảm quay v phần ứng tĩnh v hình 1-8b l máy phát kích từ có phần cảm tĩnh v
phần ứng quay
c) Hệ thống tự kích thích hổn hợp, hình 1-9, theo sơ đồ ny điện áp v dòng điện kích từ
sẽ tỷ lệ với U
T
v U
I
của biến điện áp TU v biến dòng điện TI.



Hình 1-7 Kích từ bằng máy
phát kích từ một chiều

Phần quay Phần tĩnh Phần quay Phần tĩnh
Hình 1-8 Má
y
kích từ xoa
y
chiều có chỉnh lu

Hình 1-9 Hệ thống tự kích thích hổn hợp của máy điện đồng bộ
Máy điện 2
3
1.3 Nguyên lý lm việc cơ bản của máy điện đồng bộ
Khi ta đa dòng điện kích thích một chiều i
t
vo dây quấn kích thích đặt trên cực từ,

dòng điện i
t
sẽ tạo nên một từ thông
t
. Nếu ta quay rôto
lên đến tốc độ n (vg/ph), thì từ trờng kích thích
t
sẽ
quét qua dây quấn phần ứng v cảm ứng nên trong dây
quấn đó S.Đ.Đ v dòng điện phần ứng biến thiên với tần
số f
1
= p.n/60. Trong đó p l số đôi cực của máy.
Với máy điện đồng bộ 3 pha, dây quấn phần ứng nối
sao (Y) hoặc nối tam giác () nh hình 1.10.
Khi máy lm việc dòng điện phần ứng I

chạy trong
dây quấn 3 pha sẽ tạo nên một từ trờng quay (đã biết ở
phần 2 MĐ). Từ trờng ny quay với tốc độ đồng bộ n
1
=
60.f
1
/p.
Hình 1-10 Nguyên lý LVCB
Nh vậy ở máy điện đồng bộ ta thấy: n = n
1
chính vì vậy m ta gọi nó l máy điện
đồng bộ.

1.4 Các trị số định mức.
Kiểu máy; số pha; tần số (Hz); công suất định mức (kW hay KVA); điện áp dây (v); Sơ
đồ dấu dây stato; Các dòng điện stato v rôto; Hệ số công suất; Tốc độ quay (vg/ph); Cấp
cách điện.

























Máy điện 2

4
Chơng 2.
Từ trờng trong máy điện đồng bộ
2.1 Đại cơng.
Từ trờng trong m.đ.đ.b bao gồm: Từ trờng cực từ F
t
do dòng điện kích thích i
t
v từ
trờng phần ứng F

dòng điện phần ứng I

tạo nên.
Khi không tải (I = 0), trong máy chỉ có từ trờng F
t
. Nếu roto quay F
t
quét qua dây
quấn stato v cảm ứng nên trong đó S.đ.đ không tải E
0
Khi có tải (I

0) , trong máy ngoi F
t
còn có F

. Với máy 3 pha F

l từ trờng quay, từ

trờng ny bao gồm từ trờng cơ bản v từ trờng bậc cao. Trong đó từ trờng cơ bản l
quan trọng nhất.
Tác dụng của từ trờng phần ứng F

lên từ trờng cực từ F
t
gọi l phản ứng phần ứng.
Khi mạch từ không bảo ho ta xét riêng F
t
v F

rồi xếp chồng để đợc F

.
Trong chơng ny ta cũng xác định các điện kháng do các từ trờng trên sinh ra.
2.2 Từ trờng của dây quấn kích thích (F
t
).
1. Máy cực lồi.
Sức từ động của một cực từ:
p2
iw
F
tt
t
= 2-1
Từ thông do F
t
sinh ra khi p = 2 nh hình 2.1. Trong đó:

t
l từ thông chính, nó đi qua
khe hở không khí v móc vòng với dây quấn Stato;


t
l từ thông tản của cực từ.
Sự phân bố của từ trờng v từ cảm trong khe hở nh hình 2.1 v 2.2.

Hình 2.1 Sự phân bố của từ trờng kích thích Hình 2.2 Phân bố của từ cảm trong khe hở
Máy điện 2
5
Trên hình 2.2 sự khác nhau giữa từ cảm cơ bản v từ cảm kích từ B
B
t
đợc biểu thị qua
hệ số dạng sóng.

tm
B
tm1
B
t
k =
(2-2)
Trong đó: B
B
tm1
l biên độ của sóng từ cảm cơ bản; B
tm

B l trị số cực đại của từ cảm
k
t


m
/

;

= b
c
/

. Thờng

m
/

= 1-2,5;

= 0,67-0,75 v k
t
= 0.95-1,15
Từ 2.2 ta có:
t
.k
2p
t
.i

t
w
.
d
.kk
0
t
.k
.
d
.kk
t
F
0
tm
.B
t
k
tm1
B








===
(2-3)

k

l hệ số khe hở ; k

d
l hệ số bão ho dọc trục cực từ.
Từ thông ứng với sóng cơ bản

t
k
p
t
.i
t
w
.
.
d
.kk
.l
.
2
0
.l.
tm1
B
2
t1

==

(2-4)
Từ thông móc vòng

td
= w.k
dq
.

t1
.cos

t v sức điện động hổ cảm trong dây quấn
stato

tsin
0m
Etsin
t1

dq
.w.k

dt
td
d
0
e ===

Khi rô to quay với tốc độ góc

= 2.

.f thì từ thông móc vòng với dây quấn phần ứng
sẽ l:

td
= W.k
dq
.

t1
.cos

t
Sức điện động hổ cảm trong dây quấn sẽ l:

t sinEt sin.W.k
dt
d
e
0mt1dq
tud

0


===


Trong đó:
tudtudt
tt
d
0
dq0m
.ix.i.M.i
p
.kW
.
kk
.l
.W.kE ===





2-5

Vậy hệ số hổ cảm của dq kích thích v dq phần ứng l

p
.kW

.
kk
.l
M
tt
d
0
ud




=
2-6
v điện kháng hổ cảm x
d
=

.M
d
2-7
Hệ số tự cảm của dây quấn kích thích.
L
t
= L
t

+ L

t

2-8
Với: L

t
l hệ số tự cảm do từ trờng tản gây ra (tra ti liệu TK); L
t

l hệ số tự cảm do
từ trờng khe hở

t


gây ra.
Nếu gọi k

l tỷ số giữa diện tích giới hạn bởi đờng 1 v đờng 2 hình 2.2 thì.


t

= k

.

t1

.k.k
p
W
.
kk
.l
i
.W
L
t
2
t
d
0
t
tt
t
==

2-9
Máy điện 2
6
2. Máy cực ẩn.
Hình 2.3 biểu diễn sự phân bố của từ cảm cực từ v sóng cơ bản. Lấy trục cực từ lm
gốc ta tính đợc.

tm
2

2
)(1
tm
2
).(1
0
tm
2

2

ttm1
B
2

2

sin

4
).cos.d
2

(B
.
2
.

4
dcosB

4
dcosB

2
B =+==






Vậy với máy cực ẩn:
2

2

sin
.

4
B
B
k
tm
tm1
t

== 2-10
Thờng

= 0,6 - 0,85, nên k
t
= 1,065 - 0,965.
Hệ số hình dáng
t
k
.
3
2
1
.
2
k



=

2-11
Hệ số hổ cảm v tự cảm của máy cực ẩn cũng
đợc xác định theo biểu thức 2.6 v 2.9.
2.3 Từ trờng phần ứng.
Khi máy điện đồng bộ lm việc từ trờng do
dòng điện I

chạy trong dây quấn Stato sinh ra gọi
l từ trờng phần ứng F

. Tác dụng của F

lên F
t
gọi l phản ứng phần ứng. Tuỳ thuộc vo
tính chất của tải v dạng cực từ m phản ứng phần ứng có các dạng khác nhau.
Hình 2.3 Sự phân bố của từ cảm cực từ

1. Phản ứng phần ứng ngang trục v dọc trục
Xét một máy đồng bộ 3 pha (m = 3), 2p = 2, mỗi pha đợc tợng trng bằng một vòng
dây, thời điểm xét
I
&
A
= I
m
;
I
&
B
=
I
&
C
= - I
m
/2
a/ Khi tải thuần trở.
Khi tải đối xứng v thuần trở,

I
&
v
E
&

trùng pha nhau (

= 0). Tại thời điểm
xét i
A
= I
m
nên F




I
&
A



E
&
A
còn s.t.đ
sinh ra e
A

F
&
A
=
E
&
Am
sẽ vợt pha trớc
E
&
t
A

một góc

/2. Nh vậy trong trờng hợp
ny
u
F
&



, phản ứng phần ứng l
ngang trục. Đồ thị véc tơ thời gian
F
&
I
&
,

E
&

v không gian , nh hình 2.4
u
F
&
t
F
&
Hình 2. 4 Phản ứng phần ứng khi tải thuần trở

Máy điện 2
7
b/ Khi tải thuần cảm.
E
&
A
vợt pha trớc
I
&
A
một góc

/
2 v vợt pha trớc
t
F
&
E

&
A
một góc


/2, nên v trùng phơng nhng
ngợc chiều, phản ứng phần ứng l
dọc trục khử từ. Đồ thị véc tơ thời
gian
u
F
&
t
F
&
I
&
,
E
&
v không gian , nh
hình 2.5
u
F
&
t
F
&
Hình 2.5 Phản ứng phần ứng khi tải thuần cảm
c/ Khi tải thuần dung.

E
&
A
chậm pha so với
I
&
A
một góc

/
2 v vợt pha trớc
t
F
&
E
&
A
một góc


/2, nên v trùng phơng, chiều
với nhau nên, phản ứng phần ứng l
dọc trục khử từ. Đồ thị véc tơ thời
gian
u
F
&
t
F
&

I
&
,
E
&
v không gian , nh
hình 2.6
u
F
&
t
F
&
d/ Khi tải hổn hợp.
E
&
A
lệch so với
I
&
A
một góc

, ta phân
thnh 2 thnh phần:
u
F
&
F
d

= F

.sin

- dọc trục
F
q
= F

.cos

- ngang trục
Vậy khi 0 <

<

/2, phản ứng
phần ứng l ngang trục v khử từ
Vậy khi -

/2 <

< 0, phản ứng
phần ứng l ngang trục v trợ từ
Hình 2.6 Phản ứng phần ứng khi tải thuần dung
Hình 2.7 Phản ứng phần ứng khi tải có tính

2. Từ cảm do từ trờng phần ứng v các điện kháng tơng ứng.
a/ Máy đồng bộ cực ẩn.
Với máy đồng bộ cực ẩn

đều, nếu mạch từ không bảo ho thì từ trở l hằng số, nh
vậy nếu F

l sin thì BB

cũng sin.
.I
p
W.k

2m.
..kk

.F
..kk

B
dq

0
u

0
um
==
2-12
v
.I
p

W.k

2m.
..kk
.l.2.
.l B

2
dq
2

0
umu


==
2-13
Sức điện động phần ứng do từ thông


cảm ứng nên có trị số:
udqudqu
f.W.k2 W.k
2

E

==
v
p

.kW
..k.k
.l.
4.m.f.
I
E
x
2
dq
2


0
u
u
u

==
2-14
Thờng x

= 1,1 - 2,3
Máy điện 2
8
b/ Máy đồng bộ cực lồi.
Máy đồng bộ cực lồi

dọc trục v ngang trục không giống nhau, nên mặc dầu s.t.đ l
sin nhng từ cảm sẽ không sin. Sự không sin của B
B

còn phụ thuộc vo tính chất của tải. Để
thuận lợi ta phân F

ứng với một tải bất kỳ thnh hai thnh phần dọc trục v ngang trục nh
hình 2.8
Hình 2.8 Sự phân bố của s.t.đ v từ cảm dọc trục v ngang trục
Ta có:
d
dqdq
uud
I
p
W.k

2m.
I.sin

p
W.k

2m.
.sin
FF === 2-15
q
dqdq
uuq
I
p
W.k

2m.
I.cos

p
W.k

2m.
.cos
FF === 2-16
v từ cảm tơng ứng.
ud
d
0
udm
F
..kk

B =
v
uq
q
0
uqm
F
.
.kk

B = 2-17
Thực tế B

B
d
v B
q
B phân bố không sin, phân tích thnh sóng cơ bản v sóng bậc cao. Với
các sóng cơ bản ta có hệ số dạng sóng:

udm
udm
ud
B
B
k
1
=
v
uqm
uqm
uq
B
B
k
1
=
2-18
Các hệ số k
d
v k
q
phụ thuộc vo

,

m
/

,

/

đợc tính sẵn trong ti liệu thiết kế
Các điện kháng tơng ứng xác định nh máy cực ẩn:
ud
2
dq
2
d
0
d
ud
ud
k
p
.kW
k.k
.l.
4.m.f.
I
E
x

==
2-19
uq
2
dq
2
q
0
q
uq
uq
k
p
.kW
k.k
.l.
4.m.f.
I
E
x




==
2-20

Thờng: x
d
= 0,5 - 1,5; x
q
= 0,3 - 0,9
Máy điện 2
9
2.4 Quy đổi các S.T.Đ trong máy điện đồng bộ
Chế độ lm việc xác lập, tải đối xứng tác dụng của F

lên F
t
l trợ từ hoặc khử từ. Để
đánh giá đợc mức độ ảnh hởng đó ta phải quy đổi F

về F
t
v nh vậy khi xét các đặc
tính lm việc của máy ta có thể biểu thị chúng trên cùng một hệ trục toạ độ v đờng cong
không tải E = f(i
t
).
Chế độ quá độ ta phải quy đổi ngợc lại F
t
về F

.
Việc quy đổi phải đảm bảo điều kiện:
B
B

tm1
= B
m1
2-21
Chế độ xác lập, máy cực ẩn ta có:
t

0
ttmttm1
.F
.
.kk

.k.BkB ==
v
t

0
tmum1
.F
.
.kk

BB ==
2-22
Vậy
uu
t
u
u

.Fk
k
F
F ==

hay
t
u
k
1
k =

Với máy cực lồi theo hớng dọc trục:
t
d
0
ttmttm1
.F
.
.kk

.k.BkB ==
v
ud
d
0
ududmududm1
.F
.
.kk

.k.BkB ==
2-23
Sức từ động phần ứng dọc trục đã quy đổi về s.t.đ cực từ:
dud
t
ud
udud
.kF
k
k
FF ==

với k
d
= k
d
/ k
t
Cũng vậy, theo hớng ngang trục:

quq
t
uq
uquq
.kF
k
k
FF ==

với k
q
= k
q
/ k
t
Các hệ số k
d
v k
q
phụ thuộc vo

,

m
/

,

/

đợc tính sẵn trong ti liệu thiết kế.

Máy điện 2
10
Chơng 3.
Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ
3.1 Đại cơng.
Quan hệ điện từ trong m.đ.đ.b bao gồm các phơng trình điện áp, đồ thị véc tơ, giản đồ
năng lợng v công suất điện từ của máy điện đồng bộ.
3.2 Phơng trình điện áp v đồ thị véc tơ.
Chế độ tải đối xứng ta chỉ cần xét cho một pha.
Đối với máy phát điện:
3-1
)jx(rIEU
uu
+=
&&&
Đối với động cơ v máy bù đồng bộ:
3-2
)jx(rIEU
uu
++=
&&&

Trong đó: U l điện áp đầu cực của máy, r

v x


l điện trở v điện kháng tản của dây
quấn phần ứng;
E

l s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn do từ trờng khe hở.
Khi mạch từ không bảo ho, áp dụng nguyên lý xếp chồng ta có:
3-3
u
EEE
&&&
+=
0

Khi mạch từ bảo ho ta phải xác định rồi suy ra
u
FFF
&&&
+=
0

E
&
1. Trờng hợp máy phát điện.
a/ Khi mạch từ không bảo ho.
Giả sử tải đối xứng v có tính cảm

(0 <

< 90
0
)
-/ Máy cực ẩn:
Phơng trình cân bằng điện áp l:
)jx(rIEEU
uuu
++=
&&&&
3-4
Chơng 2 ta đã xác định đợc
nên
uu
xIjE
&&
=
Hình 3.1 Đồ thị s.đ.đ máy phát đồng bộ cực ẩn
udbuuu
.rI.xIjE.rI)jx(xIj.EU
&&&&&&&
=+=
3.5
trong đó x
đb
= x

+ x

l điện kháng đồng bộ, thờng x
đb
= 0,7 - 1,6
Đồ thị véc tơ nh hình 3.1
- / Máy cực lồi.
Ta phân s.t.đ phần ứng F

thnh F
d
v F
q
, từ thông tơng ứng với các s.t.đ đó sẽ cảm
nên các s.đ.đ: v Phơng trình cân bằng điện áp có dạng.
uddud
xIjE
&&
=
uqquq
xIjE
&&
=
Máy điện 2
11
3.6
uuuquduuuqud
rIxIjxIjxIjE)x(rIEEEU
&&&&&&&&&&
=+++=
Đồ thị véc tơ nh hình 3.2 có tên

gọi l đồ thị Blondel
Hình 3.2 Đồ thị s.đ.đ máy phát điện đồng bộ cực lồi
Véc tơ do từ thông tản
của từ trờng phần ứng sinh ra không
phụ thuộc vo từ dẫn hớng dọc v
ngang trục, tuy nhiên ta cũng có thể
phân tích chúng theo 2 hớng dọc v
ngang trục:
u
xIj

&

uduq
uuu
xIjxIj
)sinxIcosxIj(xIj.



&&
&&&
=
==

v phơng trình điện áp đợc viết lại:
uqqdduuuquudd
rIxIjxIjErI)x(xIj)x(xIjEU
&&&&&&&&&
=++=

3.7
Trong đó:
x
d
= x
d
+ x


gọi l điện kháng đồng bộ dọc trục, thờng x
d
= 0,7 - 1,2
x
q
= x
q
+ x


gọi l điện kháng đồng bộ ngang trục, thờng x
q
= 0,46 - 0,76
Đồ thị véc tơ ứng với phơng trình 3.7 nh hình 3.3
b/ Khi mạch từ bảo ho.
Khi mạch từ bảo ho vì các hệ số k

d
v k

q

rất khó tính chính xác nên ta phải vẽ kết
hợp đồ thị s.t.đ v s.đ.đ với đờng cong không tải. Đồ thị ny đợc gọi l đồ thị s.t.đ.đ, có
tên l đồ thị Pôchiê.
- Máy cực ẩn:
Giả sử U, I, cos

, r

, x


v đặc tính không tải đã biết, để thnh lập đồ thị s.t.đ.đ trên
trục tung của đặc tính không tải, ta đặt véc tơ U v véc tơ I chậm sau U một góc

.
Hình 3.3 Đồ thị s.đ.đ máy phát
điện đồng bộ cực lồi đã biến đổi
Hình 3.4 Đồ thị S.T.Đ.Đ máy phát điện đồng bộ cực ẩn
Máy điện 2
12
Cộng U với v đợc . Trên trục honh đặt rồi cộng với hợp với
trục honh một góc 90
u
rI
&
u
xIj
&

E

&

F
&

F
&
uu
FK
&
0
+ (

+

), tìm đợc . Từ đồ thị ny xác định đợc

U = E -
U
0
F
&
đm
, thờng = (5 - 10)%
- Với máy phát đồng bộ cực lồi, việc thnh lập chính xác đồ thị véc tơ l rất khó, vì

d

v

q
hổ cảm với nhau, hơn nữa mức độ bảo ho theo 2 hớng lại khác nhau. Nh vậy x
d
v x
q
phụ thuộc cả vo

d
v

q
. Để đơn giản ta coi x
d
chỉ phụ thuộc vo

d
v x
q
chỉ phụ
thuộc vo

q
v k

q
đã biết. Khi
đó sau khi đã vẽ các véc tơ U, Ir


v jI.x

đợc , hình 3.5a, theo
hớng jI.x

E
&


vẽ đoạn


cos
I.x
uq
uq
E
CD ==
v xác
định đợc phơng của E. Trị số
x
q
có thể tính hoặc lấy bằng 1,1
- 1,15. Từ hình 3.5b ta cũng xác
định đợc CD qua OA = F'
q
=
k
q
.F

q
, sau đó xác định đợc E

d

= OF = MP, lấy MN = F'
d
=
k
d
.F
d
chiếu lên ta đợc E
a) b)
Hình 3-6 Cách xây dựng đồ thị véc tơ s.t.đ.đ
của máy đồng bộ cực lồi
2. Trờng hợp động cơ điện.
Động cơ điện đồng bộ có cấu tạo cực lồi vì vậy phơng trình điện áp sẽ l:
uqqdduuuquduu
rIxIjxIjEjxrIEEEjxrIEU
&&&&&&&&&&&
+++=++++=++= )()(

3.8
Hình 3-7 Giản đồ năng lợng
a) máy phát; b) động cơ
a) b)
Hình 3-6 Đồ thị véc tơ Động cơ đồ
a) Thiếu kích thích; b) Quá kích thích
ng bộ

3.3 Giản đồ năng lợng của máy điện đồng bộ
Máy phát: P
đt
= P
1
- (p
cơ
+ p
t
+ p
f
) v P
2
= P
đt
- p
cu
- p
fe
Động cơ: P
đt
= P
1
- p
cu
- p
fe
v P
2

= P
đt
- (p
cơ
+ p
t
+ p
f
)

Máy điện 2
13
3.4 Các đặc tính góc của máy điện đồng bộ
1. Đặc tính góc công suất tác dụng.
P = f(

) khi E = const, U = const, với

l góc tải giữa véc tơ E v U.
Để đơn giản ta bỏ qua r

vì nó rất bé so với (x
đb
, x
d
, x
q
). Công suất đầu cực của máy
đồng bộ bằng: P = mUIcos

Theo đồ thị véc tơ hình 3.3 ta có:
Hình 3-8 Sự tạo nên P
U
d
d
x
UcosE
I

=
,
q
q
x
U.sin
I =
v

=

-

3.9
Do đó: P = mUIcos

= mUIcos(

-

)
= mU(Icos

.cos

+ Isin

.sin

)
P = mU(I
q
.cos

+ I
d
.sin

), thay I
d
v I
q
vo ta có:

cos sin
x
mU
sin
x
mEU

cos sin
x
mU
P
d
2
dq
2
+=

Hay
)sin2
x
1
x
1
(
2
mU
sin
x
mUE
P
dq
2
d
+=
= P
e
+ P

u
3.10
Từ biểu thức 3.10 ta thấy công suất tác dụng của máy đồng bộ cực ẩn có hai phần. Một
phần P
e
tỷ lệ với sin

v phụ thuộc vo kích từ; một phần P
u
tỷ lệ với sin2

không phụ
thuộc vo kích từ. Nh vậy đối với máy phát đồng bộ cực lồi khi mất kích từ công suất tác
dụng vẫn có một lợng nhỏ l P
u
. Ngời ta ứng dụng điều ny để chế ra các động cơ điện
phản kháng có công suất cơ vi chục oát.
- Với máy đồng bộ cực ẩn vì x
d
= x
q
nên
sin
x
UE
mP
db
=
3.11
Đặc tính góc công suất tác dụng máy điện đồng bộ nh hình 3.9

Động cơ Máy phát Động cơ Máy phát
Hình 3-9 Đặc tính góc công suất tác dụng. a) máy cực lồi; b) máy cực ẩn
Máy điện 2
14
2. Đặc tính góc công suất phản kháng.
Công suất phản kháng của máy điện đồng bộ đợc tính:
Q = mUIsin

= mUIsin(

-

) = mU(Isin

.cos

+ Icos

.sin

)

.cos

+ Icos

.sin

)

Q = mU(I
d
.cos

- I
q
.sin

) Q = mU(I
d
.cos

- I
q
.sin

)
Thay I
d
v I
q
vo ta có: Thay I
d
v I
q
vo ta có:
)
x
1
x

1
(
2
mU
)cos2
x
1
x
1
(
2
mU
cos
x
mUE
Q
dq
2
dq
2
d
++=

Đặc tính góc công suất phản kháng của máy điện đồng bộ nh hình 3.11.
Khi -

' <

< +

' máy phát công suất phản kháng vo lới, ngoi phạm vi trên máy
tiêu thụ công suất phản kháng.
Hình 3-10 Từ trờng khe hở
a) máy phát, b) động cơ
Hình 3-11 Đặc tính góc công
suất phản kháng máy cực lồi




















Máy điện 2
15
Chơng 4.
Máy phát điện đồng bộ lm việc với tải đối xứng

4.1 Đại cơng.
Chế độ tải đối xứng của máy điện đồng bộ đợc đặc trng bởi các đại lợng: U, I, I
t
,
cos

v tần số f hoặc tốc độ n.
Trong đó f = f
đm
; cos

phụ thuộc vo tải còn lại 3 đại lợng U, I, I
t
xác định cho ta các
đặc tính.
1. Đặc tính không tải U = f(I
t
) khi I = 0; f = f
đm
2. Đặc tính ngắn mạch I
n
= f(I
t
) khi U = 0; f = f
đm

3. Đặc tính ngoi U = f(I) khi I
t
= cte; f = f
đm

; cos

= Cte
4. Đặc tính điều chỉnh I
t
= f(I) khi U = cte; f = f
đm
; cos

= Cte
5. Đặc tính tải U = f(I
t
) khi I = cte; f = f
đm
; cos

= Cte
Các đặc tính trên đợc xác định bằng cách tính toán hoặc thí nghiệm.
Từ các đặc tính trên ta suy ra tỷ số ngắn mạch K;

U v các tham số x
d
; x
q
; x


4.2 Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ.
Sơ đồ thí nghiệm nh hình 4.1
Hình 4.1 Sơ đồ thí n

g
hiệm lấ
y
các đặc tính của má
y

p
hát điện đồn
g
bộ
1. Đặc tính không tải.
(E = U = f(I
t
) khi I = 0 v f = f
đm
)
Hệ đơn vị tơng đối E
*
= E/E
đm
; I
t*
= I
t
/ I
tđm0
Theo sơ đồ thí nghiệm hình 4.1 Mở cầu dao
tải, quay máy phát đến tốc độ định mức, thay đổi
dòng điện kích từ ta nhận đợc đờng đặc tính
không tải, nh hình 4.2

Đờng (1) máy phát tourbin hơi, đờng (2)
máy phát tourbin nớc. Ta thấy máy phát tourbin
hơi bảo ho nhiều hơn máy phát tourbin nớc.
Khi E = E
đm
= 1 máy phát tourbin hơi có k

d
=
k

= 1,2 còn máy phát tourbin nớc có k

= 1,06
Hình 4.2 Đặc tính không tải,
(1) MF tuabin hơi, (2) MF tuabin nớc


Máy điện 2
16
2. Đặc tính ngắn mạch, I
n
= f(I
t
) khi U = 0, f = f
đm
v tỷ số ngắn mạch K
Khi ngắn mạch nếu bỏ qua r

thì tải của máy phát l dây quấn của phần ứng nên nó

đợc coi l thuần cảm

= 0, I
q
= Icos

= 0 còn I
d
= Isin

= I
Mạch điện thay thế v đồ thị véc tơ nh hình 4.3, ta có
4.1
d
xIjE
&&
+=
0
Khi ngắn mạch vì từ
thông


cần thiết để sinh
ra E

= E - Ix
d
= Ix

rất
bé nên mạch từ không bảo
ho do đó quan hệ I = f(I
t
)
l đờng thẳng, hình 4.4
Tỷ số ngắn mạch K.
Đây l tỷ số giữa dòng điện
ngắn mạch I
n0
ứng với dòng
điện I
t
sinh ra E = U
đm
lúc
không tải v dòng điện
định mức I
đm
K = I
n0
/ I
đm
4.2
Từ hình 4.5 ta suy ra:
I
n0
= U
đm
/ x

d
4.3
Với x
d
l điện kháng đồng bộ dọc trục ứng với E = U
đm
Vậy K = U
đm
/ x
d
.I
đm
= 1/ x
đ*
Thờng x
đ*
> 1 nên K < 1, hay I
n0
< I
đm
Vậy
dòng điện ngắn mạch xác lập của máy phát điện
đồng bộ không lớn, đó l do tác dụng khử từ của
phản ứng phần ứng.
Qua hai tam giác đồng dạng OAA' v OBB' ta có:
tn
t
dm
n
I

I
I
I
K
00
==
4.4
I
t0

U
0
= U
đm
v I
tn


I
n
= I
đm
K l một tham số quan trọng của máy phát điện
đồng bộ.
Hình 4.3 (a) mạch điện thay Hình 4.4 Đặc tính ngắn mạch
thế; (b) đồ thị véc tơ của máy phát điện đồng bộ
Hình 4-5 Xác định tỷ số ngắn mạch
K
K lớn

U bé v P
đt
lớn

máy lm việc ổn
định, muốn K lớn thì x
đ*
phải lớn



lớn kích thớc của máy lớn giá thnh tăng.
Thờng máy phát tourbin nớc K = 0,8 - 1,8; v tourbin hơi K = 0,5 - 1,0

Máy điện 2
17
3. Đặc tính ngoi v độ thay đổi điện áp

U
đm

Đặc tính ngoi: U = f(I) khi I
t
= Cte; cos

= Cte ; f = f
đm
Các đờng đặc tính ngoi phụ thuộc vo tính

chất tải nh hình 4.6
Dòng điện kích từ I
t
ứng với U = U
đm
, I = I
đm
,
cos = cos
đm
v f = f
đm
đợc gọi l dòng điện kích
từ định mức I
tđm
Độ thay đổi điện áp U
đm

100%
0
dm
dm
dm
U
UE
U

=
4.5
Máy phát tourbin hơi có x

d
lớn hơn máy phát
tourbin nớc nên

U
đm
% của nó lớn hơn máy phát
tourbin nớc. Thờng

U
đm
% = (25 - 35)%
4. Đặc tính điều chỉnh I
t
= F(I) khi U = U
đm
= Cte,
cos

= Cte v f = f
đm.
Thờng cos

đm
= 0,8 (điện cảm), khi I tăng từ 0 đến
I
đm
với U = U
đm
thì dòng điện kích từ thay đổi 1,7 - 2,2

lần
5. Đặc tính tải U = f(I
t
) khi I = Cte, cos

= Cte ;
f = f
đm
Theo quan hệ trên, với các giá trị khác nhau của I v
cos

ta sẽ có các đờng đặc tính tải khác nhau. Trong
đó đặc biệt nhất l đờng đặc tính tải thuần cảm, khi
cos

= 0, (

= 90
0
) v I = I
đm
(đờng 3 trên hình 4.8)
Hình 4.6 Đặc tính ngoi của
máy phát điện đồng bộ
Hình 4.7 Đặc tính điều chỉnh
Hình 4.8 Đặc tính tải thuần cảm Hình 4.9 Đồ thị s.đ.đ má
y
đồn
g
bộ tải thuần cảm

Bỏ qua r

ta vẽ đợc đồ thị véc tơ nh hình 4.9




Máy điện 2
18
Tam giác điện kháng:
Lấy I
n
= I
đm
chiếu qua đặc tính ngắn mạch (2), chiếu xuống trục honh đợc điểm C.
Thì OC = I
tn
(dòng điện kích từ), dòng điện I
tn
gồm 2 phần:
Một phần BC = k
d
.F
d
khắc phục phản ứng phần ứng, vậy BC

I
đm
Một phần CB = OC - BC sinh ra E

= I
đm
.x


= AB
Nh vậy tam giác ABC có 2 cạnh AB v BC tỷ lệ với I
đm
.
Xây dựng đặc tính tải thuần cảm từ đặc tính không tải v tam giác điện kháng. Tịnh
tiến

ABC (hoặc

AOC) sao cho đỉnh A năm trên đờng (1) thì đỉnh C sẽ vẽ nên đờng
(3) với

A'B'C'
Khi có xét đến bảo ho đờng (3) l đờng đứt nét với

A"B"C" (hoặc O"A"C").
4.3 Cách xác định các tham số của máy phát điện đồng bộ
1. x
d
v x
q

AB
AC

I
E
x
n
d
==
4.6
Quan hệ x
d
= f(I
t
) l đờng (3) khi mạch từ
không bảo ho, ta có:

const
AB
AD
I
E
x
n
d
===


4.7
vì
d
k
E

E

=

nên
d
d
d
k
x
x


= 4.8
Hình 4.10 Xác định điện kháng
đồng bộ dọc trục
Máy cực lồi thờng x
q
= 0,6.x
d
;
Máy cực ẩn x
d
= x
q
= x
đb
2. Điện kháng tản x

.
Từ một điểm C' bất kỳ trên đờng (3), dựng đoạn C'O' // = OC, từ O' vẽ đờng // với
OA cắt đờng (1) tại A', từ A' hạ A'B'

C'O' thì x


= A'B'/ I
Khi xét đến bảo ho x
p
= A"B"/I x
p
> x


l điện kháng Pôchiê
Máy cực ẩn x
p
= (1,05 - 1,1) x



Máy cực lồi x
p
= (1,1 - 1,3) x


4.5 Tổn hao v hiệu suất
Tổn hao đồng: trên điện trở dây quấn phần ứng p
cu

= I
2
.r

Tổn hao thép: do dòng điện xoáy v từ trễ
Tổn hao kích từ: trên r
t
v tiếp xúc chổi than
Tổn hao phụ: do từ trờng tản v sự đập mạch của từ trờng bậc cao
Tổn hao cơ: ma sát ổ bị, ổ đỡ, lm mát
Hiệu suất của máy
=
+
=

pP
P
2
2

thờng

= 0,98 %

Máy điện 2
19
Chơng 5.
Máy phát điện đồng bộ lm việc với tải không đối xứng
5.1 Đại cơng.
Chế độ tải không đối xứng của máy điện đồng bộ xáy ra khi

- Tải của 3 pha không bằng nhau.
- Khi có ngắn mạch không đối xứng trong hệ thống điện lực, hoặc đầu cực máy phát
Chế độ tải không đối xứng thờng gây nên các hiện tợng bất lợi, nh: điện áp không
đối xứng; các sóng điều ho s.đ.đ v dòng điện bậc cao; lm tăng tổn hao; rôto nóng v
máy rung.
Để phân tích chế độ tải không đối xứng ta dùng phơng pháp phân lợng đối xứng.
Phân dòng điện v điện áp thnh 3 thnh phần thứ tự thuận; ngợc v không.
0
2
1
2
2
1
1
111
I
I
I
aa
aa
I
I
I
c
b
a
&
&
&
&

&
&
=
5-1
0
2
1
2
2
1
1
111
U
U
U
aa
aa
U
U
U
c
b
a
&
&
&
&
&
&
=

5-2
trong đó: a = e
j2

/3
; a
2
= e
j4

/3
; 1 + a + a
2
= 0
Dòng điện kích từ i
t
chỉ sinh ra s.đ.đ ứng với thnh phần thứ tự thuận E
0
= E
1
còn các
s.đ.đ thứ tự ngợc v không, không tồn tại E
2
= E
t0
= 0 nh vậy:
; ; 5-3
1111
ZIUE
&&&

+=
222
0 ZIU
&&
+=
000
0 ZIU
&&
+=
Từ các phơng trình 5-1; 5-2 v 5-3 ta suy ra
5-4





=
=
=
0022
2
110
0022110
2
0022110
)(
)(
)(
ZIZIaZIEaU
ZIZIaZIEaU

ZIZIZIEU
c
b
a
&&&&&
&&&&&
&&&&&
Các phơng trình 5-1; 5-2 v 5-3 l cơ sở để phân tích chế độ tải không đối xứng. Nó
gồm 9 phơng trình có chứa 12 ẩn số, (E
0
, Z
1
; Z
2
; Z
0
đã biết), muốn giải đợc tuỳ từng
trờng hợp cụ thể ta phải bổ sung thêm 3 phơng trình nữa.
5-2 Các tham số của máy phát điện đồng bộ khi lm việc ở tải không đối xứng.
1. Tổng trở thứ tự thuận Z
1
= r
1
+ jx
1

Tổng trở thứ tự thuận Z
1
chính l tổng trở của máy lúc tải đối xứng, với x
1

= x
đb
máy
cực ẩn, máy cực lồi l x
d
theo hớng dọc trục v x
q
theo hớng ngang trục.
2. Tổng trở thứ tự thuận Z
1
= r
1
+ jx
1
S.t.đ của hệ thống ngợc, quay ngợc với tốc độ đồng bộ vì vậy tốc độ tơng đối của nó
so với rô to l 2n
1
. Nó cảm ứng dòng điện trong dây quấn rôto có tần số 2f . Với máy cực
lồi nếu ta coi rôto đứng yên thì từ trờng quay ngợc có tốc độ 2n
1
l do dòng điện 2 pha
tần số 2f ở stato lệch nhau về thời gian một góc 90
0
v không gian 90
0
tạo nên, hình 5-1.
Máy điện 2
20
Nh vậy từ trờng do các dòng điện dọc trục v ngang trục nh hình 5-1 sẽ không hổ
cảm với nhau v ta có mạch điện thay thế theo hớng dọc trục nh hình 5-2 v ngang trục

nh hình 5-3.
Hình 5-1 Mô hình máy phát Hình 5-2 Hớng dọc trục có Hình 5-3 Hớng ngang trục có
đồng bộ ứng với thứ tự ngợc dây quấn cản (a); không có (b) dây quấn cản (a); không có (b)
Trên các mạch điện thay thế: x


điện kháng tản phần ứng; x
d
điện kháng dọc trục
phần ứng; x
q
điện kháng ngang trục phần ứng; x

t
điện kháng tản của dây quấn kích thích;
x

cd
điện kháng tản dọc dây quấn cản; x

cq
điện kháng tản ngang trục dây quấn cản.
Theo các mạch điện thay thế trên ta xác định đợc điện kháng dọc trục v ngang trục.
- Khi có dây quấn cản: - Khi không có dây quấn cản
cdtdu
ud
xxx
xx

111
1
++
+=

5-5
tdu
ud
xx
xx


11
1
+
+=

5-6
cqqu
uq
xx
xx


11
1
+
+=

5-7

qquuq
xxxx =+
=


5-8
Nh vậy khi có dây quấn cản
2
2
qd
xx
x


+


= , thờng
qd
xx





nên 5-9
qd
xxx

=

=
2
Khi không có dây quấn cản
2
2
qd
xx
x

+

= 5-10
Thờng x


< x
2
< x
1
, với máy cực ẩn x
2*
= 0,12 - 0,25 còn máy cực lồi có dây quấn cản
x
2*
= 0,15 - 0,35 v không có dây quấn cản x
2*
= 0,3 - 0,6.
Điện trở thứ tự ngợc r
2

= r

+ r
r
/2 (Với r
r
l điện trở rôto đã quy đổi về phần ứng).
Xác định x
2
v r
2
bằng thí nghiệm: Đặt điện áp thấp vo dây quấn stato quay rôto ngợc
chiều từ trờng quay với tốc độ n
1
đo U
2
; I
2
; P
2
của một pha từ đó tính đợc:
2
2
2
I
U
Z =
;
2
2

2
2
I
P
r =
;
2
2
2
22
rzx =



Máy điện 2
21
3. Tổng trở thứ tự không Z
0
= r
0
+ jx
0
Dòng điện thứ tự không I
0
trong 3 pha cùng pha nhau về thời gian nhng lệch pha nhau
về không gian một góc 120
0
sinh ra trong khe hở các s.t.đ đập mạch cùng pha nhau về thời
gian nhng lệch pha về không gian 120
0

. Khi phân tích các s.t.đ thnh các sóng điều ho
thì chỉ có các s.t.đ bội của 3 l tồn tại, nh 3, 9, 15, Các dòng điện cảm ứng trong dây
quấn kích thích v dây quấn cản bởi từ trờng đó rất bé, do đó x
0
chủ yếu do từ trờng tản
rảnh v đầu nối gây nên. Với máy cực ẩn x
0*
= 0,02 - 0,10; máy cực lồi x
0*
= 0,02 - 0,20.
Điện trở thứ tự không r
0
lớn hơn r

không nhiều nên thờng coi r
0
= r

.
Các tham số Z
0
; r
0
; x
0
có thể xác định bằng thực nghiệm. Nối nối tiếp 3 pha dây quấn
stato đặt điện áp thấp vo v cho rôto quay với tốc độ đồng bộ, xác định các giá trị U
0
; P
0

v I
0
từ đó suy ra:

2
0
2
00
2
0
0
0
0
0
0
;
3
;
3
rZx
I
P
r
I
U
Z ===

5.3 ảnh hởng của tải không đối xứng đối với máy phát điện đồng bộ
Khi tải không đối xứng trong máy chỉ có thnh phần thứ tự thuận v ngợc, còn thnh

phần thứ tự không thờng rất bé hoặc không tồn tại vì dây quấn 3 pha thờng đợc nối Y
v trung tính nối đất. Từ trờng do dòng điện thứ tự ngợc thờng gây nên các hiện tơng
bất lợi cho máy phát, nh: Điện áp không đối xứng lm tăng tổn hao, rôto nóng v máy
rung động.
1. Điện áp khi tải không đối xứng.
Khi tải không đối xứng điện áp đầu cực của máy phát sẽ không đối xứng, nghĩa l
chúng có biên độ không bằng nhau v góc lệch pha khác 120
0
. Điều ny ảnh hởng xấu
đến hộ dùng điện.
2. Tổn hao tăng v rôto nóng.
Khi tải không đối xứng từ trờng quay ngợc sinh ra dòng điện có tần số 2f ở rôto lm
tăng tổn hao ở rôto v lm cho rôto nóng lên, đồng thời tăng tổn hao v giảm hiệu suất.
3. Hiện tợng máy rung.
Khi tải không đối xứng do tác dụng tơng hổ giữa từ trờng cực từ với từ trờng quay
ngợc của stato v từ trờng quay thuận với từ trờng của các dòng điện có tần số 2f ở
rôto. chúng sẽ gây nên các mômen quay có dấu thay đổi v lực đập mạch với tần số 2f tác
dụng tiếp tuyến với bề mặt rôto lm cho máy bị rung động v gây ồn.
Thờng chỉ cho phép máy đồng bộ lm việc lâu di với tải không đối xứng khi dòng
điện các pha không vợt quá định mức v mức độ sai lệch dòng điện các pha không quá
10% đối với máy cực ẩn; 20% với máy cực lồi.




Máy điện 2
22
5.4 Ngắn mạch không đối xứng.
Hình 5-4
Ngắn mạch 1 pha

1. Ngắn mạch một pha.
Giả sử pha a bị ngắn mạch mạch, hình 5-4, ta có:
0=
a
U
&
5-12
0==
cb
II
&&
5-13
Ba phơng trình ny kết hợp với 9 phơng trình (5-1); (5-2) v
(5-4) thnh hệ thống 12 phơng trình 12 ẩn số v giải đợc.
Trớc hết ta có: 5-14
1na
II
&&
=
Từ (5-13) v (5-1) ta suy ra:
5-15
21
II
&&
=

1210
3
1
3

1
na
IIIII
&&&&&
====
5-16
Thay (5-16) vo (5-4) ta đợc:

021
0
210
ZZZ
E
III
++
===
&
&&&
5-17
v dòng điện ngắn mạch một pha có trị số:

021
0
01
3
3
ZZZ
E
III
an

++
===
&
&&&
5-18
Điện áp các pha b v c xác định theo 2 biểu thức cuối của (5-4).
Bỏ qua r

ta có đồ thị véc tơ của dòng điện v điện áp khi ngắn mạch một pha, hình 5-5.
Hình 5-6 Mạch điện thay
thế khi ngắn mạch một pha
Hình 5-5 Đồ thị véc tơ dòng v điện áp khi ngắn mạch 1 pha
Từ sự phân tích trên ta lập mạch điện thay thế nh hình 5-6. Với E
0
biểu thị nguồn của
máy phát với tổng trở thự tự thuận Z
1
. v chổ ngắn mạch Z
2
; Z
0
giữa điểm M v N.
Mạch điện thay thế hình 5-6 hon ton phù hợp với biểu thức (5-17). Điện áp U
1
giữa
hai điểm M v N đặc trng cho chổ ngắn mạch, còn các điện áp rơi trên Z
2
v Z
0
l U

2
v
U
0
.
Mạch điện thay thế ny có thể áp dụng cho ngắn mạch một pha trong lới điện phức
tạp. Lúc đó Z
1
; Z
2
v Z
0
l các tổng trở thự tự thuận, ngợc v không của lới.


Máy điện 2
23
2. Ngắn mạch hai pha.
Hình 5-7 Ngắn mạch
hai pha máy phát đ.b
Giả sử ngắn mạch hai pha b v c nh hình 5-7, ta có:
5-19
cb
UU
&&
=
5-20
0=
a
I

&
5-21
0=+
ca
II
&&
Để tìm trị số dòng điện ngắn mạch hai pha trớc hết ta cộng
các phơng trình (5-1) sau đó kết hợp với (5-20); (5-21) v (5-22)t
ta đợc:
0;0;0
2100
=+== IIUI
&&&&
. Từ (5-19) suy ra thế vo phơng trình (5-2)
ta có: , thay vo (5-3) đợc:
0=
cb
UU
&&
21
UU
&&
=
hay l
1210
)( IZZE
&&
+=
21
21

ZZ
E
II
+
==
&
&&

Cuối cùng ta đợc
21
0
11
2
21
2
2
3
3)(
ZZ
Ej
IjIaaIaIaIII
cbn
+

===+===
&
&&&&&&&
(5-22)
Bỏ qua r

ta có đồ thị véc tơ dòng điện v điện áp khi ngắn mạch hai pha nh hình 5-8
v mạch điện thay thế nh hình 5-9.
Hình 5-9 Mạch điện thay
thế khi ngắn mạch 2 pha
Hình 5-8 Đồ thị véc tơ dòng v điện áp khi ngắn mạch 2 pha
Từ sự phân tích ở trên so sánh ngắn mạch 1 pha, 2 pha ở chơng ny v ngắn mạch 3
pha ở chơng 4 ta thấy: Vì Z
1
> Z
2
> Z
0
nên theo các biểu thức (5-18); (5-22) v (4-1) thì
với cùng một giá trị E nh nhau sẽ có I
n1
> I
n2
> I
n3
.
Nh vậy ngắn mạch 1 pha sẽ có dòng điện lớn nhất. Khi số pha bị ngắn mạch tăng lên
thì tác dụng của phản ứng phần ứng khử từ cũng tăng lên nên dòng điện ngắn mạch giảm
xuống.





Máy điện 2
24