Bài giảng máy điện xoay chiều - Phân loại, kết cấu của máy điện đồng bộ pot

2. PHÂN LOẠI, KẾT CẤU
CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
2.1. PHÂN LOẠI, KẾT CẤU
CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
2.1. Phân loại

Theo kết cấu, máy điện đồng bộ được chia thành hai loại sau:
- Máy điện đồng bộ cực ẩn: tốc độ cao, số cực 2p = 2.
- Máy điện đồng bộ cực lồi: tốc độ quay thấp, số cực 2p ≥ 4.

Theo chức năng, máy điện đồng bộ được chia thành các loại sau:
- Máy phát điện đồng bộ: biến cơ năng thành điện năng.
- Động cơ điện đồng bộ: biến điện năng thành cơ năng.
- Máy bù đồng bộ: bù công suất phản kháng, cải thiện hệ số công
suất cosφ cho lưới điện.

Ngoài ra còn có các máy điện đồng bộ đặc biệt như: máy biến đổi một
phần ứng, máy đồng bộ tần số cao, các máy điện đồng bộ công suất
nhỏ dùng trong tự động hoá như động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu,
động cơ đồng bộ phản kháng, động cơ đồng bộ từ trễ…
2.2. Kết cấu của máy điện đồng bộ
1. Kết cấu của máy điện đồng bộ cực ẩn
Lõi thép rôto làm bằng thép hợp kim chất
lượng cao, được rèn thành khối hình trụ, sau
đó gia công phay rãnh để đặt dây quấn kích
từ, phần không phay rãnh làm thành mặt
cực từ.
Mặt cắt ngang của lõi thép rôto như ở hình
19-3.
Các máy điện đồng bộ cực ẩn hiện đại
thường chế tạo với số cực 2p = 2, tốc độ quay

của rôto là 3000 vg/ph.
Để hạn chế lực ly tâm, đường kính D của
rôto không vượt quá 1,1 ÷ 1,15 m. Để tăng
công suất, người ta tăng chiều dài l của rôto.
Chiều dài tối đa của rôto vào khoảng 6,5 m.
Hình 19-3. Mặt cắt ngang trục
của lõi thép rôto
•
Dây quấn kích từ đặt trong rãnh rôto
(hình 19-4), được chế tạo từ dây đồng
trần tiết diện hình chữ nhật, quấn theo
chiều mỏng thành các bối dây đồng
tâm. Các vòng dây được cách điện với
nhau bằng mica mỏng.
•
Để cố định và ép chặt dây quấn kích từ
trong rãnh, miệng rãnh được nêm chặt
bằng các thanh thép phi từ tính.
•
Phần đầu nối ngoài rãnh cũng được đai
chặt bằng các ống thép phi từ tính.
•
Hai đầu của dây quấn kích từ đi luồn
trong trục và nối với hai vòng trượt ở
đầu trục, thông qua hai chổi điện để
đưa dòng kích từ vào.
•
Dòng kích từ là dòng một chiều, được
cung cấp từ hệ thống kích thích.
Đường sức từ

Dây quấn kích từ
Lõi thép rôto
Dây quấn stato
Vòng trượt
Lõi thép stato
Dây quấn kích từ
Hình 19-4. Mặt cắt ngang của
máy điện đồng bộ cực ẩn
Nguyên lý của hệ thống kích thích
•
Máy phát điện muốn phát ra điện được, ngoài việc phải có động cơ sơ
cấp kéo, còn phải có dòng điện kích từ. Dòng điện kích từ là một dòng
điện một chiều, được đưa vào Rô to của máy phát để kích thích từ
trường của Rô to máy phát.
•
Hệ thống thiết bị tạo ra dòng điện một chiều này gọi chung là hệ thống
kích thích máy phát. Dòng điện kích thích máy phát, ngoài việc tạo từ
trường cho rôto, còn có thể dùng để điều chỉnh điện áp máy phát.
Ngoài ra, dòng điện này còn điều chỉnh công suất vô công của máy
phát khi máy phát nối vào lưới.
1. Hệ thống máy kích thích một chiều: Đây là hệ thống kích thích
sử dụng máy phát điện một chiều.
Dòng điện kích từ của máy điện đồng bộ được điều khiển bằng
cách thay đổi điện áp ra của máy kích thích một chiều.
Máy điện một chiều này được kéo trực tiếp cùng trục với hệ thống
Tua bin - máy phát hoặc qua bộ giảm tốc đối với các máy có dung
lượng nhỏ và trung bình.
Đối với các máy lớn hơn, sẽ được kéo bằng một động cơ riêng biệt.
Hệ thống kích thích một chiều (DC)
Tua bin

Nối lưới
Máy phát Máy kích thích
Bộ điều
áp
•
Hệ thống kích thích xoay chiều (hệ
thống không tiếp xúc, hệ thống
không chổi than): mạch kích thích
kết hợp giữa một máy phát đồng bộ
và hệ thống chỉnh lưu.
•
Máy phát đồng bộ dùng để kích
thích gọi là máy kích thích xoay
chiều, bao gồm một máy phát điện
đồng bộ có phần cảm là phần tĩnh,
phần ứng là phần quay, kết hợp với
bộ chỉnh lưu quay lắp đặt ngay trên
trục. Do đó, dòng điện kích thích sẽ
đi trực tiếp từ phần ứng của máy
kích từ, qua bộ chỉnh lưu, vào thẳng
Rotor, mà không qua bất kỳ mối
tiếp xúc của vòng nhận điện với chổi
than nào.
•
Hệ thống này thường được gọi là hệ
thống kích thích không chổi than.
Hệ thống kích thích xoay chiều
Máy phát
Máy kích thích AC
Máy kích thích phụ

Máy phát
Máy kích thích AC
Biến áp kích thích
Bộ điều áp
Nối lưới
Nối lưới
Bộ điều áp
•
Hệ thống kích thích tĩnh : Hệ thống này nói đến loại máy kích thích có sử dụng
phối hợp biến áp kích thích và bộ chỉnh lưu.
•
Đối với loại máy kích thích có sử dụng Thyristor cho mạch chỉnh lưu gọi là hệ
thống kích thích thyristor.
Biến áp kích thích
Máy phát
Nối lưới
Bộ điều áp
Hệ thống kích thích tĩnh
•
Stato của máy điện đồng bộ cực ẩn gồm lõi thép, dây quấn ba pha,
thân máy và nắp máy.
•
Lõi thép stato được ép bằng các lá tôn silic dầy 0,5 mm, hai mặt có
phủ sơn cách điện. Dọc chiều dài lõi thép cứ khoảng 3 ÷ 6 cm lại
có một rãnh thông gió ngang trục rộng 10 mm.
•
Lõi thép stato được cố định trong thân máy. Thân máy được chế
tạo theo kết cấu khung thép, mặt ngoài bọc bằng các tấm thép dát
dày, trong thân máy hình thành hệ thống đường thông gió làm
mát máy.

•
Nắp máy được chế tạo từ thép tấm hoặc gang đúc. Ở các máy
công suất trung bình và lớn, ổ trục đặt ở giá đỡ ổ trục riêng cố
định trên bệ máy.
Stator
Máy phát điện tuabin hơi Rôto của một máy phát
điện tuabin hơi (cực ẩn)
Kết cấu của một máy phát điện tuabin hơi (cực ẩn)
1
2
4
5
3
Hình 19-5.
Máy phát điện tuabin
hơi (cực ẩn)
1. Phần kích thích
2. Vỏ máy
3. Lõi thép stato
4. Bộ phận làm máy
bằng hydro
5. Rôto
2. Kết cấu của máy điện đồng bộ cực lồi
•
Máy điện đồng bộ cực lồi
thường có tốc độ quay thấp,
đường kính rôto D có thể tới
15 m, chiều dài l nhỏ. Tỉ lệ
l/D = 0,15 ÷ 0,2.
•

Rôto của máy điện đồng bộ
cực lồi như ở hình 19-6.
Hình 19-6. Rôto của máy điện đồng bộ cực lồi.
•
Lõi thép rôto của máy điện đồng bộ công suất nhỏ và trung bình được
chế tạo bằng thép đúc, được gia công thành khối hình lăng trụ hoặc
hình trụ, trên mặt có đặt các cực từ.
•
Ở các máy công suất lớn, lõi thép được chế tạo từ các tấm thép dày 1 ÷
6mm, được dập hoặc đúc định hình sẵn để ghép thành khối hình lăng
trụ. Lõi thép không trực tiếp lồng vào trục mà được đặt trên giá đỡ
của rôto, giá này lồng vào trục máy.
•
Cực từ được ghép bởi các lá thép dày 1 ÷ 1,5 mm. Cực từ cố định trên
lõi thép nhờ các đuôi hình T hoặc bằng bulông xuyên từ mặt cực bắt
chặt vào lõi thép (hình 19-7).
•
Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện hình chữ
nhật, quấn theo chiều mỏng thành từng cuộn dây. Cách điện giữa các
vòng dây bằng mica hoặc amiăng. Các cuộn dây được lồng vào thân
cực từ.
•
Trên mặt cực từ có đặt dây quấn cản (với máy phát điện) hoặc dây
quấn mở máy (với động cơ điện). Các dây quấn này giống như dây
quấn kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ (hình 19-8).
•
Điện trở của các thanh dẫn của dây quấn mở máy lớn hơn so với dây
quấn cản.
1 2
5

4
3
Hình 19-7. Cực từ của máy điện đồng bộ cực
lồi. 1- lõi thép cực từ; 2- Dây quấn kích từ; 3-
Đuôi hình T; 4- Nêm; 5- Lõi thép rôto
Hình 19-8.
Dây quấn cản (dây quấn mở máy)
của máy điện đồng bộ
Mặt cắt ngang của máy điện đồng bộ cực lồi 4 cực như ở hình 19-9.
Hình 19-9. Mặt cắt ngang của máy điện đồng bộ cực lồi có 2p = 4
Dây quấn stato
Lõi thép stato
Dây quấn kích từ
Mặt cực từ
Trục
Giá đỡ rôto
Mặt trong stato
Mặt cực từ
Lồng sóc
khuyết
Dây quấn kích từ
•
Trục của máy điện đồng bộ cực lồi có thể đặt nằm ngang (động cơ
đồng bộ, máy bù đồng bộ, máy phát điezen hoặc máy phát điện tuabin
nước công suất nhỏ…) hoặc đặt thẳng đứng (máy phát tuabin nước
công suất lớn, tốc độ chậm).
•
Khi trục máy đặt thẳng đứng, ổ đỡ trục có thể đặt ở đầu trên của trục
(máy kiểu treo), có thể đặt ở đầu dưới của trục (máy kiểu dù) như ở
hình 19-10.

Hìnhn 19-10.
Sơ đồ ết cấu của máy điện đồng bộ trục đứng kiểu treo (a) và kiểu dù (b). 1- Rôto; 2- Ổ đỡ
trục; 3- Ổ trục định hướng; 4- Xà đỡ trên; 5- Xà đỡ dưới; 6- Nối trục; 7- Tuabin; 8 - Nền máy.
a)
4
2
1
3
5
3
7
6
8
b)
1
2
3
5
6
7
•
Trên cùng trục với máy phát, tuabin, người ta thường đặt thêm máy
phát phụ (máy kích thích) để cung cấp dòng một chiều cho cực từ của
máy phát điện và máy phát điều chỉnh.
•
Kết cấu của máy phát điện đồng bộ cực lồi được trình bày trên hình
19-11.
Hình 19-11. Máy phát điện tuabin nước
1- Phần kích từ; 2- Vỏ stato; 3- Lõi thép stato; 4- Cực của rôto;
5- Lưng rôto; 6- Ống lót rôto; 7- Xà đỡ.

7
1
2
4
5
6
3
Rôto của MFĐ nhà máy thuỷ điện ĐAMI
Stato của MFĐ nhà máy thuỷ điện ĐAMI
Hàm Thuận