Bài giảng máy điện xoay chiều - Máy điện đồng bộ doc

BÀI GIẢNG MÁY ĐỆN XOAY CHIỀU
PHẦN II: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
(6 GIỜ)
NỘI DUNG
1.ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐiỆN ĐỒNG BỘ
2.PHÂN LoẠI, KẾT CẤU MÁY ĐiỆN ĐỒNG
BỘ
3.NGUYÊN LÝ LÀM ViỆC MÁY ĐiỆN
ĐỒNG BỘ
4.TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY ĐiỆN ĐỒNG
BỘ
5.ĐẶC TÍNH LÀM ViỆC CỦA MÁY ĐiỆN
ĐỒNG BỘ
6.HÒA SONG SONG CÁC MÁY PHÁT
7.ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ VÀ MÁY BÙ ĐỒNG
BỘ
1. ĐẠI CƯƠNG VỀ
MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
3Bài giảng NUE046

Dòng AC chạy trong phần ứng (thường nằm trên stato), và kích thích DC đặt
vào dây quấn kích từ (thường nằm trên rôto). Rôto cực ẩn thường dùng cho máy
phát tuabin, còn kết cấu cực lồi thích hợp cho máy phát thủy điện.

Công suất kích từ (khoảng vài % công suất định mức) thường được cung cấp
thông qua một vành trượt từ một máy phát DC, gắn vào trục của máy đồng bộ.
Các máy phát lớn dùng máy kích thích AC kết hợp với bộ chỉnh lưu bán dẫn.

Máy phát đồng bộ cung cấp công suất cho tải sẽ đóng vai trò một nguồn áp có
tần số xác định bởi động cơ sơ cấp của nó. Dòng điện và hệ số công suất được
xác định bởi từ trường kích từ và trở kháng của máy phát và tải.


Tuy nhiên, máy đồng bộ thường được nối vào hệ thống điện gồm có nhiều máy
đồng bộ khác. Điện áp và tần số ở đầu cực phần ứng do hệ thống xác định.
Máy điện đồng bộ – Khái niệm
4Bài giảng NUE046

Khi tải các dòng nhiều pha cân bằng, phần ứng tạo ra một từ trường trong khe
hở quay ở tốc độ đồng bộ xác định bởi tần số hệ thống.

Để tạo ra mômen ổn định đơn hướng, các từ trường stato và rôto phải quay
cùng tốc độ, do đó rôto cũng phải quay ở tốc độ đồng bộ. Do đó, một động cơ
đồng bộ nối vào một nguồn áp tần số không đổi sẽ hoạt động ở tốc độ xác lập là
một hằng số, bất chấp tải.

Bản thân động cơ đồng bộ không có mômen khởi động và cần được khởi động
bằng chế độ động cơ không đồng bộ đến tốc độ đồng bộ, nhờ dây quấn mở máy.

Mômen điện từ (tác động theo chiều kéo các từ trường thẳng hàng) của máy
đồng bộ cho bởi
Khái niệm (tt)
( )
rrsr
FpT
δ
π
sin
2
2
Φ=
(N.m)

5Bài giảng NUE046

Ở điều kiện thông thường, điện áp rơi trên điện trở phần ứng không
đáng kể, và từ thông tản phần ứng là nhỏ so với từ thông khe hở Φ
sr
.
Điện áp cảm ứng bởi Φ
sr
xem như cân bằng với điện áp đầu cực U
t
.

Khi các cực phần ứng được nối vào một lưới vô hạn cân bằng, từ
thông khe hở sẽ xấp xỉ hằng số, độc lập với tải trên trục máy. Sức từ
động rôto F
r
do dòng kích từ DC xác định và cũng không đổi trong điều
kiện bình thường. Do đó, sự thay đổi mômen sẽ hoàn toàn được thực
hiện bởi việc thay đổi góc mômen
δ
r
.
Khái niệm (tt)
phdq
t
sr
Nfk
U
44,4
=Φ

(Wb)
6Bài giảng NUE046

Khi
δ
r
= 90
0
máy đạt đến mômen cực đại hay công suất cực đại (mômen hay
công suất mất đồng bộ), với điện áp đầu cực và kích từ không đổi. Mômen mất
đồng bộ giới hạn khả năng quá tải ngắn hạn của động cơ.
Khái niệm (tt)
Mômen mất
đồng bộ
Góc mômen
Động cơ
Máy phát
Công suất hoặc mômen

Chế độ máy phát ứng với vùng
mômen T < 0. Nếu nối máy ĐB vào
một hệ thống AC với điện áp và tần
số không đổi, có khả năng hấp thụ
hay cung cấp công suất điện, máy
ĐB sẽ cung cấp công suất cho lưới
khi rôto được quay sao cho sóng
sức từ động rôto chạy trước sóng
sức từ thông khe hở.
7Bài giảng NUE046


Xét máy đồng bộ có 2 cực với dây quấn phần
ứng N vòng. Từ cảm có dạng hình sin theo góc
lệch, do đó sức điện động cảm ứng sẽ là hình sin
theo thời gian khi rôto quay ở tốc độ không đổi.

Điện áp phần ứng biến thiên đủ 1 chu kỳ khi
máy quay đủ 1 vòng => máy đồng bộ.
Máy đồng bộ cơ sở
Kích
từ
Phần
ứng

Máy đồng bộ thường có nhiều đôi cực, các cực kề nhau sẽ khác cực tính. Các
điều kiện từ cơ được lặp lại ở mỗi đôi cực => sử dụng góc điện thay cho góc cơ.
Góc điện và góc cơ có quan hệ
với p là số cực
m
p
θθ
=
hay
120
n
pf =
n là tốc độ tính bằng vòng/phút (rpm)
8Bài giảng NUE046

Máy tốc độ thấp thường có kết cấu cực lồi, còn máy tốc độ cao thường dùng
kết cấu cực ẩn.


Máy phát đồng bộ thường là máy 3 pha, do ưu điểm của hệ thống 3 pha
trong việc tạo ra, truyền tải và tiêu thụ công suất lớn. Máy 2 cực sẽ có bộ dây
quấn 3 pha lệch nhau 120
0
trong không gian, máy p đôi cực sẽ cần p bộ dây
quấn như vậy. Dây quấn 3 pha có thể được nối với nhau dạng Y hay ∆.

Dòng tải (phần ứng) trong máy phát tạo ra từ thông quay ở tốc độ đồng bộ.
Từ thông này tương tác với từ thông kích từ sinh ra mômen có khuynh hướng
làm cho 2 từ trường này thẳng hàng. Ở máy phát, mômen này ngược chiều
quay và cần dùng một động cơ sơ cấp để giữ nguyên tốc độ.

Với động cơ, dòng điện AC 3 pha được đặt vào phần ứng, và dòng điện DC
chạy qua dây quấn kích từ. Mômen điện từ cùng chiều quay với mômen tải.
Máy đồng bộ cơ sở (tt)