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
khí rôto
vành
trượt
trục

nối trục

Động cơ
sơ cấp

chổi than

dây quấn
kích
từ
(rôto)

_
Nguồn kích từ

+

dây quấn
stato


I. Khái niệm chung về MĐĐB
1.2. Phân loại
 Theo

_-

kết cấu:

+
Lõi thép

It

N

N



S



S

S

Dây quấn
kích từ

Cực từ
Lõi thép

N
Rôto cực ẩn

Dây quấn
kích từ

Rôto cực lồi


I. Khái niệm chung về MĐĐB
1.2. Phân loại (tiếp)
Chức năng:



o

Máy phát phát điện đồng bộ:





o

Động cơ điện đồng bộ:


o

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

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)
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).

 Máy







I. Khái niệm chung về MĐĐB
1.4. Nguyên lý làm việc của MĐĐB
a. Máy phát điện

iA
N

-

n
+

A

S

n1
iB
iC

Tải
B
C

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: iA, iB, iC. Các dòng
iA, iB, iC tạo ra từ trường quay
với tốc độ n1 = n


I. Khái niệm chung về MĐĐB
1.4. Nguyên lý làm việc của MĐĐB (tiếp)
b. Động cơ điện

iA
N

+

A

n

S

n1

iB
iC

Nguồn
3 pha
B
C

Đặt điện áp 3 pha vào dây
quấn stato. Trong dây quấn
stato sẽ có dòng điện 3 pha iA,
iB, iC tạo ra từ trường quay với
tốc độ n1 = 60f/p. Từ trường
trong dây quấn stato kéo rôto
quay với tốc độ n = n1.


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 Ft (it – dòng kích từ).
o Từ trường phần ứng Fư (iư – dòng phần ứng)
o

Chế độ không tải:

 Ft – quét qua dây quấn stator => Eo.

o

Chế độ có tải:
 Tồn tại cả Ft & Fư.
 Tác dụng của Ft lên Fư – 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
It (dòng kích từ) của cực từ sinh ra stđ
wt .I t
Ft 
2. p
wt: số vòng dây cuộn kích từ
p: số đôi cực từ
Ft tạo ra:

S
Từ trường chính t (đi qua
khe hở không khí để truyền
tải năng lượng).
Từ trường tản t chỉ móc vòng
trong các dây quấn kích từ



t

t

N
S

N


II. Từ trường trong MĐĐB
2.2. Từ trường của dây quấn kích thích (tiếp)


A

stator
o

τ
N

N

-

stato
+

B

S

Bt

rôtor

S

B1
B5

rôto



C

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
(Bt): B1 = ktBt, với kt – hệ số dạng sóng (máy cực lồi: kt = 0.95 ÷
1.15; máy cực ẩn: kt = 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)
 iA = Im => Fư  IA  EA.
 FA vượt pha EA 90O

 Fư  Ft
 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
 EA vượt pha IA 90O
 FA vượt pha EA 90O
 Fư cùng phương ngược chiều Ft
 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
 EA chậm pha IA 90O
 FA vượt pha EA 90O
 Fư cùng phương cùng chiều Ft
 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 EA & IA lệch pha Ψ.
o Phân tích Fư thành 2 thành phần:
 Dọc trục: Fưd = FưsinΨ
 Ngang trục: Fưq = FưcosΨ
o 0 < Ψ < /2 – ngang trục, khử từ.
o - /2 < Ψ < 0 – ngang trục, trợ từ


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

21


III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB
3.1. Khái niệm chung
 Quan hệ điện từ bao gồm:
o

o
o

Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị véc tơ MĐĐB

Giản đồ cân bằng năng lượng MĐĐB
Công suất điện từ của MĐĐB

 Điện kháng phần ứng: Cần phải xác định vì trong sơ đồ thay thế
MĐĐB có sử dụng đại lượng này.
It → Ft → t → cảm ứng E trong dây quấn phần ứng.
Nếu mạch phần ứng khép kín (có tải) sẽ có Iư → Fư → ư
→ cảm ứng Eư .
Xư là điện kháng phần ứng, đặc trưng cho khả năng tích luỹ năng
lượng từ trường của phần ứng, Xư = Eư/Iư


III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB
3.1. Khái niệm chung (tiếp)
 Với tải bất kỳ:
Iư (I) →

Id (Iưd) → Fưd → ưd → Eưd = Xưd.Id
Iq (Iưq) → Fưq → ưq → Eưq = Xưq.Iq

Xưd - điện kháng phần ứng dọc trục
Xưq - điện kháng phần ứng ngang trục

EA

IB

Ft

Iq

Fưq


IA

Fư
Fưd
Id
IC


III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB
3.2. Phương trình cân bằng điện áp (CBĐA) và đồ thị véctơ
MĐĐB
 Tải đối xứng ta xét riêng từng pha và phương trình cân bằng ĐA
.

.

U  E   I  ru  jx u 

o Máy phát:
.

o Động cơ, máy bù đồng bộ:

.

.

.

U  E  I  ru  jx u 

Trong đó:
 U – điện áp đầu cực máy
 rư – điện trở, điện kháng tản dây quấn phần ứng
 E - sđđ cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe hở
o Mạch từ không bão hòa => ứng dụng nguyên lý xếp chồng
E = E0 + Eư
o Mạch từ bão hòa => F = F0 + Fư => sđđ E


III. Quan hệ điện từ trong MĐĐB
3.2. Phương trình CBĐQ và đồ thị véc tơ MĐĐB (tiếp)
a.

Máy phát điện
 Mạch từ không bão hòa.
 Tải đối xứng, tính cảm (0 < Ψ < 900)
 Máy cực ẩn:

.

  j I xu

Điện kháng đồng bộ = 0.7 ÷ 1.6
25