CHƯƠNG 4 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
MÔN HỌC : MÁY ĐIỆN 1
MÃ MÔN : 401041

CHƯƠNG 4:
MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

04/06/2013

401041 – Chương 4

1


CHƯƠNG 4: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
4.1. Đại cương về máy điện đồng bộ
4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha.
4.3. Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ:
4.4. Công suất của máy phát đồng bộ
4.5. Các đặc tuyến của máy phát đồng bộ.
4.6. Sự làm việc song song của các máy phát đồng bộ.
4.7. Động cơ và máy bù đồng bộ

04/06/2013

401041 – Chương 4

2


4.1. Đại cương về máy điện đồng bộ

Máy điện đồng bộ là những máy điện xoay chiều có tốc độ
rotor n bằng tốc độ quay của từ trường stator n1.
n = n1 = nđb : vận tốc đồng bộ
Máy điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp. Phạm vi sử dụng chính là biến đổi cơ năng thành điện
năng : Máy Phát Điện Đồng Bộ

04/06/2013

401041 – Chương 4

3


4.1. Đại cương về máy điện đồng bộ
Máy phát điện đồng bộ là nguồn năng lượng chính của
các lưới điện quốc gia, trong đó động cơ sơ cấp là các tuabin
hơi, tuabin khí hoặc nước. Ở các lưới điện công suất nhỏ
hoặc máy phát dự phòng, máy phát điện đồng bộ được kéo
bởi động cơ diesel hoặc các tuabin khí.

04/06/2013

401041 – Chương 4

4


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha

04/06/2013

401041 – Chương 4

5


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
1/ Stator:
Tương tự như của động cơ không đồng bộ, stator gồm
có lõi thép và dây quấn.
- Lõi thép làm bằng vật liệu sắt từ tốt, nghĩa là có từ trở nhỏ
và điện trở suất lớn.
- Dây quấn stator gọi là dây quấn phần ứng.
- Loại vận tốc chậm có chiều dài dọc trục ngắn; còn loại vận
tốc nhanh chiều dài dọc trục lớn gấp đường kính nhiều lần.
- Ngoài ra, trong stator còn có hệ thống làm mát (nước, khí
hydro)

04/06/2013

401041 – Chương 4

6


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha

04/06/2013

401041 – Chương 4

7


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
2/ Rotor
Rotor máy điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn
kích từ dùng để tạo ra từ trường cho máy (đối với máy nhỏ
rotor là nam châm vĩnh cữu).
Có hai dạng rotor : rotor cực lồi và rotor cực từ ẩn

Rotor cực từ ẩn

Rotor cực từ lồi
04/06/2013

401041 – Chương 4

8


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
a) Rotor cực lồi
Dạng của mặt cực được thiết kế sao cho khe hở
không khí không đều, mục đích để từ cảm trong khe hở
không khí có phân bố hình sin và do đó sức điện động
cảm ứng trong dây quấn cũng có hình sin. Loại rotor cực
lồi được dùng trong máy phát kéo bởi tuabin có vận tốc
chậm (tuabin thủy điện).

04/06/2013

401041 – Chương 4

9


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha

04/06/2013

401041 – Chương 4

10


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha

04/06/2013

401041 – Chương 4

11


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
a) Rotor cực lồi
Đường kính D của rotor cực lồi có thể lớn tới 15m
trong khi chiều dài l lại nhỏ, với tỷ lệ l/D=0,150,2.

Rotor của máy điện đồng bộ cực lồi công suất nhỏ
và trung bình có lõi thép được chế tạo bằng thép đúc và
gia công thành khối lăng trụ hoặc khối trụ (bánh xe) trên
mặt có đặt các cực từ. Ơ các máy lớn, lõi thép được
hình thành bởi các tấm thép dày 16mm được dập hoặc
đúc định hình sẵn để ghép thành các khối lăng trụ.

04/06/2013

401041 – Chương 4

12


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
a) Rotor cực lồi
Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần, tiết
diện chữ nhật quấn uốn theo chiều mỏng thành từng
cuộn dây. Cách điện giữa các vòng dây là các lớp mica
hoặc amiăng.

04/06/2013

401041 – Chương 4

13


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
a) Rotor cực lồi

Dây quấn cản (trường hợp máy phát đồng bộ) hoặc
dây quấn mở máy (trường hợp động cơ đồng bộ) được
đặt trên các đầu cực từ.

04/06/2013

401041 – Chương 4

14


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha

04/06/2013

401041 – Chương 4

15


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha

04/06/2013

401041 – Chương 4

16


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha

b) Rotor cực từ ẩn

04/06/2013

401041 – Chương 4

17


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
b) Rotor cực từ ẩn
Rotor của máy điện đồng bộ cực ẩn làm bằng thép
hợp kim chất lượng cao, được rèn thành khối hình trụ,
sau đó gia công và phay rãnh để đặt dây quấn kích từ.
Phần không phay hình thành mặt cực từ.

04/06/2013

401041 – Chương 4

18


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
b) Rotor cực từ ẩn
Máy điện đồng bộ cực ẩn thường chế tạo với số cực
2p = 2, tốc độ quay của rotor là 3000 vòng/phút (với tần
số f = 50Hz), và để hạn chế lực ly tâm, đường kính D
của rotor không được vượt quá 1,11,5m. Để tăng công
suất của máy, chỉ có thể tăng chiều dài l của rotor. Chiều

dài tối đa của rotor vào khoảng 6,5m.

04/06/2013

401041 – Chương 4

19


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
b) Rotor cực từ ẩn

04/06/2013

401041 – Chương 4

20


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha

04/06/2013

401041 – Chương 4

21


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
3/ Hệ kích từ của máy đồng bộ

Hệ kích từ là bộ phận tạo ra nguồn kích từ DC đưa
vào dây quấn kích từ ở rotor.
Ikt
Hệ
kích từ

+
_

Dây quấn Stator

Ukt

Chổi than

S1

M

Động cơ sơ cấp

S2
S3

nđb
Vành góp
Rotor

04/06/2013

401041 – Chương 4

22


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
3/ Hệ kích từ của máy đồng bộ
Hệ kích từ của máy điện đồng bộ phải bảo đảm:
- Điều chỉnh dòng kích từ để duy trì điện áp máy phát U
trong điều kiện làm việc bình thường (bằng cách điều
chỉnh điện áp kích thích Ukt)
- Cưỡng bức kích từ để giữ đồng bộ máy phát với lưới
điện khi điện áp lưới hạ thấp do xảy ra ngắn mạch ở xa.
- Triệt tiêu từ trường kích thích, nghĩa là giảm nhanh dòng
Ikt đến 0 (khi sự cố ngắn mạch nội bộ dây quấn stator)

04/06/2013

401041 – Chương 4

23


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
3/ Hệ kích từ của máy đồng bộ
Có 3 loại hệ kích từ máy điện đồng bộ :
a) Máy phát điện một chiều :

04/06/2013

401041 – Chương 4

24


4.2. Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
b) Bộ kích từ không chổi than (Brushless Excitation)

04/06/2013

401041 – Chương 4

25