Đồ án tìm hiểu máy điện không đồng bộ

Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

LỜI NÓI ĐẦU
3

Ngày nay với sự phát triển của nghành khoa học – công nghệ nói chung và nghành

kỉ thuật điện – điện tử nói riêng. Điện năng là một nhu cầu không thể thiếu đối với con
người. Ở bất kì quốc gia nào, năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng luôn
luôn được coi là nghành công nghiệp mang tính xương sống cho sự phát triển của nền
kinh tế. Đây là cơ hội và cũng là thách thức cho nghành điện trong việc phát triển điện
năng, phục vụ con người. Các phát minh, sáng chế cũng liên tục ra đời cũng thúc đẩy
hàng loạt những máy móc, thiết bị được sản xuất chế tạo, giúp con người được tự động
hóa.
Máy điện biến đổi cơ năng thành điện năng, bao gồm mạch từ và mạch điện liên
quan đến nhau. Mạch từ là gồm các bộ phận dẩn từ và khe hở không khí. Các mạch
điện bao gồm hai hay nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với nhau cùng với
các bộ phận mang chúng.
Máy điện không đồng bộ đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện, sự ổn định
của nó luôn đòi hỏi cao. Ổn định được điện áp đầu cực máy phát là nhờ vào các bộ ổn
định điện áp máy phát. Hiện nay do động cơ không đồng bộ làm việc hiệu quả hơn nên
máy phát điện không đồng bộ dần mất đi giá trị.
Chính vì thế em xin được nghiên cứu, tìm hiểu về “Máy phát điện không đồng bộ”
nhằm cũng cố, gia tăng thêm kiến thức về nghành điện, tìm hiểu sâu hơn về loại máy
điện có cấu tạo và vận hành đơn giản, giá thành rẻ, đã được sử dụng trong cuộc sống.

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi

Trang 1


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

LỜI CÁM ƠN
Khoảng thời gian một tháng đã trôi qua tuy ngắn ngủi nhưng em đã học tập được
rất nhiều điều qua việc làm đồ án, với sự giúp đỡ của nhiều người, điều đó giúp em
cũng cố thêm về kiến thức lý thuyết máy điện, nhất là dưới sự hướng dẫn tận tình chỉ
bảo, động viên của Thầy Phạm Tấn Hưng, xin cám ơn đến các Thầy cô bộ môn bộ
môn điện-điện lạnh đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để em có thể hoàn thành được đồ án
thành công.
Em đã học tập tiếp thu nhiều điều từ Thầy cô trong khoa, đã truyền đạt những
kiến thức của mình cho em, đó là những tài liệu quý báu sẽ giúp đỡ chúng em trong
bước đường thành công sau này.
Cuối cùng tuy kết quả học tập môn máy điện chưa cao, nhưng em dã dùng hết khả
năng của mình để hoàn thành đồ án một cách hoàn chỉnh nhất, tuy thế nhưng vẫn còn
nhiều thiếu sót mong Thầy, cô và các bạn bỏ qua.
Xin chân thành cám ơn.

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 2


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

MỤC LỤC

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 3


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỬ VIẾT TẮT

DC

: Một chiều

P

: Số đôi cực

AC

: Xoay chiều

F

: Tần số

n1

: Tốc độ từ trường quay

n

: Tốc độ rotor

MĐKĐB : Máy điện không đồng bộ
MPDKDB : Máy phát điện không đồng bộ

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 4


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Biến đổi thông số máy biến áp................................................................10
Hình 2.2: Các dạng của máy điện..........................................................................11
Hình 2.3: Minh họa chế độ máy phát điện..............................................................12
Hình 2.4: Minh họa chế độ động cơ điện................................................................13
Hình 3.1:Cấu tạo máy điện không đồng bộ............................................................19
Hình 3.2: Cấu tạo stator.........................................................................................20

Hình 3.3: Lá thép stator..........................................................................................21
Hình 3.4: Rotor lồng sóc chưa chén lõi sắt và đã chèn lõi sắt................................22
Hình 3.5: Nguyên lý làm việc của máy phát điện không đống bộ...........................25
Hình 3.6:Sơ đồ và đồ thị của máy phát điện làm việc độc lập................................27
Hình 3.7: Hệ tự đồng bộ 3 pha...............................................................................30
Hình 3.8: Hệ tự đồng bộ 1 pha...............................................................................31
Hình 4.1: Từ trường đập mạch một đôi cực (p=1) của dây quấn một pha.............33
Hình 4.2: Từ trường đập mạch 2 đôi cực (p=2) của dây quấn 1 pha.....................34
Hình 4.3: Từ trường tổng tại 3 thời điểm...............................................................36
Hình 4.4: Chiều của đường sức từ tại 3 thời điểm..................................................37
Hình 4.5: Từ trường trong máy phát tại 3 thời điểm..............................................38
Hình 4.6: Điều chỉnh tốc độ quay bằng thay đổi số cực.........................................37
GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 5


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

Hình 4.7: Sơ đồ nối cực..........................................................................................40
Hình 4.8: Sơ đồ đấu dây khi moment và công suất không đổi................................41
Hình 4.9: Đồ thị đặc tính cơ khi đấu Y/YY và /YY...................................................42
Hình 4.10: Đồ thị khi thay đổi điện áp cấp cho stator............................................43
Hình 4.11: Khung dây kín quay trong từ trường....................................................46

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 6


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài:
Ngày nay với sự phát triển của nghành khoa học – công nghệ nói chung và
nghành kỉ thuật điện – điện tử nói riêng. Điện năng là một nhu cầu không thể thiếu đối
với con người. Ở bất kì quốc gia nào, năng lượng nói chung và năng lượng điện nói
riêng luôn luôn được coi là nghành công nghiệp mang tính xương sống cho sự phát triển
của nền kinh tế. Đây là cơ hội và cũng là thách thức cho nghành điện trong việc phát
triển điện năng, phục vụ con người. Các phát minh, sáng chế cũng liên tục ra đời cũng
thúc đẩy hàng loạt những máy móc, thiết bị được sản xuất chế tạo, giúp con người được
tự động hóa.
Máy phát điện không đồng bộ (MPĐKĐB) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống
điện, sự ổn định của nó luôn đòi hỏi cao. Ổn định được điện áp đầu cực máy phát là nhờ
vào các bộ ổn định điện áp máy phát. Hiện nay do động cơ không đồng bộ làm việc hiệu
quả hơn nên MPĐKĐB dần mất đi giá trị.
1.2. Mục tiêu đề tài:
Qua đề tài giúp chúng em hiểu được tầm quan trọng, hiểu được nguyên lý hoạt
động, cấu tạo, định nghĩa, đặc tính của MPĐKĐB trong sãn xuất và đời sống.
1.3. Đối tượng, phạm vi đề tài:
Đối tượng: các công ty, nhà máy, khu công nghiệp, sinh viên, học sinh, những
người có nhu cầu tìm hiểu thêm về kiến thức MPDKDB.
Phạm vi: tìm hiểu trong sách vở, thư viện, thầy, cô, bạn bè và internet.
1.4. Phương pháp thực hiện đề tài:

Tìm kiếm tổng hợp tài liệu.
Lắng nghe tiếp thu ý kiến.
Nghiên cứu công trình có sẳn.
Tiếp xúc và quan sát để thực hiện đề tài.

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 7


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

1.5. Ý nghĩa chọn đề tài:
Trong quá trình hội nhập quốc tế, nước ta vẫn chưa bắt kịp với các nước phát triển,
qua đề tài, chúng ta hiểu được về nguyên lý, cấu tạo của MPĐKĐB, đó là những tài
liệu được tổng hợp và tìm hiểu, giúp ít cho những người nghiên cứu, góp phần lớn trong
sự nghiệp phát triển đất nước.
Đề tài là nguồn thông tin hữu ích giúp các bạn học sinh, sinh viên và những ai am
hiểu điện tử có cơ hội tìm hiểu, phát huy tính sáng tạo, ham học hỏi của mình.
1.6. Tóm tắt:
Đề tài cho ta hiểu biết thêm về kiến thức máy điện, cấu tạo, nguyên lý, hoạt động
và đặc tính MPĐKĐB.
Máy điện không đồng bộ (MĐKĐB) là loại máy điện có phần quay, làm việc với
điện xoay chiều, theo nguyên lí cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rotor khác với tốc độ
quay của từ trường.
MĐKĐB có tính thuận nghịch, có thể làm việc ở chế độ động cơ điện và máy phát
điện. MPDKDB có đặc tính làm việc không tốt nên ít được dùng.

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 8


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Giới thiệu chung về máy điện:
Máy điện là thiết bị điện hoạt động dựa trên nguyên lý thuyết cảm ứng điện từ. Về
cấu tạo máy điện gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (dây quấn) dùng để biến đổi các
dạng năng lượng khác như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc điện năng
thành cơ năng (động cơ điện) hoặc dùng để biến đổi các thông số điện như điện áp, dòng
điện, tần số pha…
Máy điện có nhiều loại được phân loại theo nhiều cách khác nhau: phân loại theo
công suất, theo cấu tạo, theo chức năng, theo dòng điện, theo nguyên lý làm việc…….ở
đây ta phân loại theo nguyên lý biến đổi năng lượng.
2.1.1. Máy điện tỉnh:
Máy điện tĩnh thường gặp là các loại máy biến áp. Máy điện tĩnh làm việc dựa trên
hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiện từ thông giữa các cuộn dây không có sự
chuyển động tương đối với nhau.
Máy điện tĩnh thường dùng để biến đổi thông số điện năng. Do tính chất thuận
nghịch của các quy luật cảm ứng điện từ, quá trình biến đổi có tính chất thuận nghịch.
Ví dụ: máy biến áp có thể biến đổi điện năng có các thông số U1, I1, F1 thành
điện năng có các thông số U2, I2, F2 và ngược lại.

MBA

~

~

U1 , I1 , f1

U2 , I2 , f2

Hình 2.1: Biến đổi thông số máy biến áp

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 9


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

2.1.2. Máy điện có phần động (quay hoặc chuyển động thẳng):
Nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, lực điện từ do từ
trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau gây ra. Loại
máy điện này thường dùng để biến đổi năng lượng.
Ví dụ: Biến điện năng thành cơ năng ( động cơ điện) hoặc biến cơ năng thành cơ
điện năng ( máy phát điện).Trong quá trình biến đổi có tính thuận nghịch nghĩa là máy
điện có thể làm việc ở chế độ máy phát hoặc động cơ điện.

Máy điện

Máy điện tĩnh

Máy điện có phần quay

Máy điện xoay chiều

Máy điện không đồng bộ

Máy
biến áp

Động cơ
không
đồng bộ

Máy phát
không
đồng bộ

Máy điện một chiều

Máy điện đồng bộ

Động cơ
đồng bộ

Máy

phát
đồng bộ

Động cơ
một
chiều

Máy
phát
1 chiều

Hình 2.2:Các dạng của máy điện
GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 10


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

2.2. Nguyên lý máy phát và động cơ:
2.2.1.

Chế độ máy phát điện:

Cho cơ năng của động cơ sơ cấp tác dụng và thanh dẫn 1 lực cơ học Fc, thanh
dẫn sẽ chuyển động với tốc độ trong từ trường của nam châm Ns trong thanh dẫn sẽ cảm
ứng một sức điện E. Nếu nối 2 cực của thanh dẫn điện trở R của tải thì dòng điện I chạy

trong thanh dẫn sẽ cung cấp điện cho tải. Nếu bỏ qua điện trở thành thanh dẫn thì điện áp
đặt vào tải U = E. Công suất điện máy phát cung cấp cho tải là P = UI = EI. Dòng điện I
nằm trong từ trường sẽ chịu tác dụng của lực điện từ Fđt – BIL có chiều như hình vẽ.
Khi máy quay với tốc độ không đổi lực điện từ sẽ cân bằng với lực cơ của động cơ
sơ cấp.
FC = Fđt --> FC.V = Fđt .V => BILV = LI
Như vậy công suất cơ của động cơ sơ cấp được biến đổi thành công suất điện
nghĩa là cơ năng đã được biến đổi thành điện năng.

N
B

I

Fđt

FC R

S

Hình 2.3: Minh họa chế độ máy phát điện

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 11


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

2.2.2. Chế độ động cơ điện:
Cung cấp điện cho máy điện, điện áp U của nguồn điện sẽ gây ra dòng I trong
thanh dẫn. Dưới tác dụng của từ trường sẽ có lực điện từ Fđt = BIL tác dụng lên thanh
dẫn làm thanh dẫn chuyển động với tốc độ V. Công suất điện đưa vào động cơ :
P = UI = EI = BILV = Fđt.V
Như vậy, công suất điện đưa vào động cơ đã biến thành công suất cơ trên trục Pc
= Fđt .V. Điện năng đã biến thành cơ năng.
Ta thấy, cùng một thiết bị điện từ, tuỳ theo dạng năng lượng đưa vào mà máy điện
có thể làm việc ở chế độ máy phát điện hoặc động cơ điện. Đây chính là tính chất thuận
nghịch của mọi loại máy điện.

N
B

I
Fđt ~ U
S

Hình 2.4: Minh họa chế độ động cơ điện
2.3. Sơ lược về các vật liệu chế tạo máy điện:
Các vật liệu dùng để chế tạo có thể chia làm 3 loại:
 Vật liệu tác dụng.
 Vật liệu kết cấu.
 Vật liệu cách điện.
2.3.1. Vật liệu tác dụng:
Đây là vật liệu dẫn từ và dẫn điện. Các vật liệu này được dùng để tạo điều kiện cần
thiết sinh ra các biến đổi điện từ.
GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 12


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

2.3.1.1. Vật liệu dẫn từ:
Để chế tạo mạch từ của máy điện, người ta thường dùng các loại thép khác nhau
như thép lá kỹ thuật điện, thép lá thường, thép đúc, thép rèn. Gang ít được dùng vì dẫn
từ không tốt lắm.
Người ta chủ yếu sử dụng thép lá kỹ thuật điện có hàm lượng silic khác nhau
nhưng không được vượt quá 4,5%. Hàm lượng silic này dùng để hạn chế tổn hao do từ
trễ, tăng điện trở của thép để giảm tổn hao do dòng điện xoáy.
Người ta hay sử dụng các lá thép dày 0,50 mm dùng trong máy điện quay, ghép lại
làm lõi thép để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây lên. Tuy theo cách chế tạo người ta
phân lá thép kỹ thuật điện làm 2 loại: cán nóng và cán nguội. Loại cán nguội có đặc tính
từ tốt hơn như độ từ thấm cao hơn, tổn hao thép ít hơn loại cán nóng. Thép lá cán nguội
lại chia làm 2 loại: đẳng hướng và vô hướng. Loại đẳng hướng có đặc điểm là dọc theo
chiều cán thì tính năng từ tính tốt hơn hẳn so với ngang chiều cán, do đó thường được
sử dụng trong máy biến áp còn loại vô hướng thì đặc tính từ đều theo mọi hướng lên
được dùng trong máy điện quay.
Ví dụ: Thép cán nóng J21 J31A, thép cán nguội: J410;J310
Chữ J chỉ thép kỹ thuật điện.
Chữ A chỉ tổn hao thấp.
Chữ O chỉ thép cán nguội.
Chỉ số thứ nhất chỉ hàm lượng silíc.
Chỉ số thứ hai chỉ tổn hao riêng của các loại thép.

2.3.1.2. Vật liệu dẫn điện:
Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận dẫn điện. Vật liệu đẫn điện dùng
trong máy tốt nhất là đồng vì giá thành không đắt lắm và có điện trở suất nhỏ. Ngoài ra
còn dùng nhôm và các hợp kim khác như đồng thau…..Để chế tạo dây quấn ta thường
GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 13


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

dùng đồng đôi khi dùng nhôm. Dây đồng và dây nhôm được chế tạo theo tiết điện tròn
hoặc chữ nhật, có bọc cách điện khác nhau như vải, sợi thuỷ tinh, giấy, nhựa hoá học, sơn
emay.
Với các loại máy có công suất nhỏ và trung bình, điện áp dười 700V thường dùng
sơn emay vì lớp cách điện của dây mỏng, đạt độ bền yêu cầu. Đối với các bộ phận khác
như vành đổi chiều, lồng sóc hoặc vành trượt; ngoài đồng, nhôm người ta còn dùng cả
các hợp kim của đồng hoặc nhôm hoặc có chỗ dùng cả thép để tăng độ bền cơ học và
giảm kim loại màu.
2.3.2. Vật liệu kết cấu:
Để cách điện các bộ phận mang điện trong máy, người ta sử dụng vật liệu cách
điện. Trong máy điện, vật liệu cách điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt,
tản nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học.
Độ bền vững về nhiệt của chất cách điện bọc day dẫn quyết định nhiệt độ cho
phép của dây và do đó quyết định tải của nó. Nếu tính năng chất cách điện càng cao thì
lớp cách điện có thể mỏng và kích thước của máy giảm.

Chất cách điện của máy điện chủ yếu ở thể rắn, gồm 4 nhóm:
Chất hữu cơ thiên nhiên như: giấy, vải, lụa…
Chất vô cơ như: amiăng, mica, sợi thuỷ tinh…
Các chất tổng hợp.
Các loại men, sơn cách điện.
Chất cách điện tốt nhất là mica, song tương đối đắt nên chỉ dùng trong các máy có
điện áp cao. Do đó, thường dùng các vật liệu có sợi như giấy, vải… Chúng có độ bền cơ
học tốt, rẻ tiền nhưng hút ẩm kém, dẫn nhiệt kém, cách điện kém. Vì vậy, dây dẫn cách
điện sợi phải được sấy, tẩm để cải thiện tính năng của vật liệu cách điện. Ngoài ra còn có
chất cách điện ở thể khí (không khí, hyđrô, khí trơ) hoặc thể lỏng (dầu máy biến áp).
Vật liệu khí: không khí là một chất cách điện tốt, tuy nhiên để cách điện tốt hơn
người ta thường dùng khí trơ. Hyđrô được sử dụng trong trường hợp cần cách điện và
làm mát bên trong vật liệu.

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 14


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

Vật liệu lỏng: đây là loại vật liệu cách điện rất quan trọng trong máy điện vì nó có
thể len lỏi vào các khe hở rất nhỏ và còn có thể sử dụng để dập hồ quang. Căn cứ vào độ
bền nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra nhiều loại.
2.4. Phát nóng và làm mát máy điện:
Trong quá trình làm việc có tổn hao công suất. Tổn hao năng lượng trong máy
điện gồm tổn hao sắt từ (do hiện tượng từ trễ và dòng xoáy) trong thép, tổn hao đồng

trong điện trở dây quấn và tổn hao do ma sát (ở máy điện quay). Tất cả tổn hao năng
lượng đều biến thành nhiệt năng làm nóng máy điện.
Khi đó do tác động của nhiệt độ, chấn động và các tác động lý hoá khác, lớp cách
điện sẽ bị lão hoá, nghĩa là mất dần các tính bền về điện và cơ. Thực nghiệm cho thấy khi
nhiệt độ tăng quá nhiệt độ cho phép 8÷100C thì tuổi thọ của vật liệu cách điện giảm đi
một nửa, ở nhiệt độ làm việc cho phép, độ tăng nhiệt của các phần tử không vượt quá độ
tăng nhiệt cho phép, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện vào khoảng 10÷15 năm.
Khi máy làm việc quá tải, độ tăng nhiệt độ sẽ vượt quá nhiệt độ cho phép. Vì vậy, khi sử
dụng máy điện cần tránh để máy quá tải làm nhiệt độ tăng cao trong một thời gian dài.
Để làm mát máy điện phải có biện pháp tản nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh.
Sự tản nhiệt không những phụ thuộc vào bề mặt làm mát của mặt máy mà còn phụ thuộc
vào sự đối lưu của không khí xung quanh hoặc của môi trường làm mát khác như dầu
máy biến áp… Thông thường, vỏ máy điện được chế tạo có các cánh tản nhiệt và máy
điện có hệ thống quạt gió để làm mát.

Chương 3 : Máy Phát Điện Không Đồng Bộ

3.1. Khái niệm chung:
MĐKĐB là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ
có tốc độ quay của rotor n khác với tốc độ quay của từ trường n1.
GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 15


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

MĐKĐB có 2 dây quấn: dây quấn stator (sơ cấp), với lưới điện tần số không đổi
f1, dây quấn rotor (thứ cấp) được n1 tắt lại hoặc khép kín trên điện trở. Dòng điện trong
dây quấn rotor được sinh ra nhờ sức điện động cảm ứng có tần số phụ f 2 phụ thuộc vào
rotor; nghĩa là phụ thuộc vào tải ở trên trục của máy. Từ trường stator và từ trường rotor
quay đồng bộ (không chuyển động tương đối nhau), tần số dòng điện rotor f2 quan hệ với
dòng stator f1 theo biểu thức: f2 = sf1, trong đó s là hệ số trượt:
S=

(1)

Cũng như các máy điện quay khác, MĐKĐB có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể
làm việc ở chế độ động cơ điện cũng như chế độ máy phát điện. Trong công thức (1) dấu
“+” ứng với chế độ hãm. Ở chế độ xác lập tốc độ quay của rotor có thể lớn hơn hoặc nhỏ
hơn tốc độ quay của từ trường, mặt khác chiều quay của rotor có thể trùng hoặc ngược
chiều quay từ trường ta có:


Khi 0 < < (0 < s < 1) rotor quay cùng chiều từ trường nhưng có tốc độ nhỏ hơn tốc độ
quay của từ trường, máy làm việc ở chế độ động cơ, điện năng đưa vào được biến đổi

thành cơ năng.
 Khi < < +(0 < s < 1) rotor quay ngược chiều từ trường nhưng có tốc độ lớn hơn tốc độ
quay của từ trường, máy làm việc ở chế độ máy phát, cơ năng đưa vào được biến đổi
thành điện năng.
 Khi = 0 (s = 1) máy làm việc ở chế độ biến áp, được sử dụng biến đổi độ lớn và pha điện
áp xoay chiều.
Ở chế độ máy phát, máy cần tiêu thụ công suất phản kháng từ lưới điện hoặc từ
nguồn cung cấp khác để hình thành từ trường khe hở, nên rất ít được sử dụng ở chế độ
máy phát.
Công suất định mức của máy phát là công suất cơ có ích trên trục, nên công suất

tác dụng của MPĐKĐB nhận từ lưới điện:
P1đm = = x Uđm Iđm cos
GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 16


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

3.2. Phân loại và kết cấu:
3.2.1. Phân loại:
MDKDB có nhiều loại, được phân loại theo nhiều cách khác nhau: Theo kết cấu
của nó, theo kết cấu của rotor, theo số pha trên dây quấn stator…
 Theo kết cấu rotor: MDKDB chia làm 2 loại: Loại rotor kiểu dây quấn và rotor
kiểu lồng sóc.
 Theo số pha trên dây quấn stator có thể chia làm 3 loại: 1 pha, 2 pha, 3 pha.

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 17


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

3.2.2. Kết cấu:
Giống như những máy quay khác, MĐKĐB gồm các bộ phận chính là phần quay
(rotor) và phần không quay (stator),dây quấn stator được nối với lưới điện còn rotor được
nối với tải có khớp nối trục cơ. Nếu không kể tới trục quay và vỏ máy thì stator và rotor
của máy điện giống như hai khối trụ rỗng đồng tâm. Mỗi khối trụ này ghép bởi các lá
thép hình xuyến. Stator và rotor cách nhau một khoảng không gian gọi là khe hở không
khí có rảnh để đặt dây quấn.

Hình 3.1: Cấu tạo máy phát điện không đồng bộ

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 18


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

3.2.2.1. Stator:

Hình 3.2: Cấu tạo stator
Lõi thép: được ép trong vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ. Lõi thép stator hình trụ do
các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh
theo hướng trục. Vì từ trường đi qua lõi thép lá, từ trường quay lên để giảm tổn hao lõi
thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.3 - 0,5mm ép lại. Mỗi lá
thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm hao tổn do dòng xoáy
(dòng Fucô) gây nên. Để giảm dao động từ thông, số rãnh stator và rotor không được
bằng nhau.

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 19


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

Hình 3.3: Lá thép stator
Dây quấn: dây quấn stator làm bằng dây dẫn bọc cách điện (dây điện từ) và được
đặt trong các rãnh của lõi thép.
Vỏ máy: làm bằng nhôm hoặc gang dùng để cố định lõi thép và dây quấn cũng
như cố định máy trên bệ, trên vỏ máy có đúc các gân tản nhiệt. Để tăng diện tích tản
nhiệt, tùy theo yêu cầu mà vỏ máy có để đế gắn vào bệ máy hay nền nhà hoặc vị trí làm
việc. Trên đỉnh có móc để giúp di chuyển thuận tiện. Không dùng để làm mạch dẫn từ.
Đối với máy có công suất tương đối lớn (1000kw) thường dùng thép tấm hàn lại thành
vỏ. Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau: Kiểu vỏ hở, vỏ bảo vệ, vỏ
kín hay vỏ phòng nổ… Hai đầu vỏ có nắp máy và ổ đỡ trục. Vỏ máy và nắp máy còn
dùng để bảo vệ máy.
3.2.2.2. Rotor: Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.
Lõi thép: nói chung người ta sử dụng lá thép kỹ thuật điện như ở stator. Lõi thép

được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy. Phía ngoài của lá thép có
xẻ rãnh để đặt dây quấn, rảnh của rotor có thể song song với trục hoặc nghiêng đi một
góc nhất định nhằm giảm dao động từ thông và loại trừ một số sóng bậc cao. Các lá thép
GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 20


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

điện kỹ thuật được gắn với nhau thành trụ, ở tâm lá thép mạch từ được đục lỗ để xuyên
trục, rotor gắn trên trục. Ở những máy có công suât lớn rotor còn đục các rãnh thông gió
dọc thân rotor.
Dây quấn rotor: Có 2 loại là rotor lồng sóc và rotor dây quấn.
Loại rotor kiểu dây quấn: Rotor có dây quấn giống như dây quấn stator. Trong
máy điện cỡ trung bình trở
lên thường dùng dây quấn
kiểu sóng 2 lớp vì bớt được
những đầu dây nối, kết cấu
dây quấn trên rotor chặt
chẽ. Trong máy điện cỡ nhỏ
thường dùng dây quấn đồng
tâm 1 lớp.

Hình 3.4:
rotor lồng sóc chưa chén
lõi sắt và đã chèn lõi sắt
Dây quấn ba pha của rotor thường đấu hình sao, còn ba đầu kia được nối vào ba
rãnh trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ở 1 đầu trục và thông qua chổi than có thể
đấu với mạch điện bên ngoài.
Đặc điểm của loại máy phát điện rotor kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than
đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rotor để cải thiện tính năng mở

máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy. Khi máy làm việc bình
thường, dây quấn rotor được nối ngắn mạch.
Loại rotor kiểu lồng sóc (ngắn mạch): Kết cấu của loại dây quấn này rất khác so
với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh của lõi thép rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay
nhôm dài ra khỏi lõi thép, nếu làm bằng nhôm thì được đúc trực tiếp vào rãnh rotor, 2 đầu
GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 21


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

được đúc 2 vòng ngắn mạch, cuộn dây hoàn toàn ngắn mạch, chính vì vậy gọi là rotor
ngắn mạch. Nếu làm bằng đồng thì được làm thành các thanh dẫn và đặt vào trong rãnh,
hai đầu được gắn với nhau bằng 2 vòng ngắn mạch cùng kim loại. Bằng cách đó hình
thành cho ta một cái lồng chính vì vậy loại rotor này còn có tên rotor lồng sóc.
Ở các máy công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh
lõi thép rotor tạo thành thanh nhôm 2 đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh quạt làm mát.
Dây quấn rotor lồng sóc không cần cách điện với lá thép. Để cải thiện tính năng mở máy,
trong máy công suất tương đối lớn, rãnh rotor có thể làm thành rãnh sâu hoặc làm thành 2
rãnh lồng sóc (rãnh lồng sóc kép). Trong máy điện cỡ nhỏ, rãnh rotor thường được làm
chéo đi một góc so với tâm trục.
Động cơ lồng sóc là loại rất phổ biến do giá thành rẻ và làm việc bảo đảm. Động
cơ rotor dây quấn có ưu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ, song giá thành cao và vận
hành kém, tin cậy hơn rotor lồng sóc nên chỉ được dùng khi động cơ rotor lồng sóc không
đáp ứng các yêu cầu về truyền động.
Khe hở: vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều, tạo thành giữa phần tĩnh và phần

quay. Khe hở trong MĐKĐB rất nhỏ (0,2÷1mm trong máy điện cỡ vừa và nhỏ) để hạn
chế dòng điện từ hoá và như vậy mới có thể làm cho hệ số công suất của máy cao hơn.
Khe hở càng lớn thì dòng điện từ hóa để gây ra từ thông cho máy càng lớn, hệ só cos của
máy càng giảm.

3.2.2.3. Thông số ghi trên nhản máy:
Ở trên vỏ máy ngừoi ta gắn bảng định mức với nội dung sau:

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 22


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

 Điện áp định mức U đm (V): đối với máy phát 3 pha là U dây, đối với máy
phát một pha thì U là điện áp đặt trên đầu cực của máy phát (pha – trung tính hoặc pha –
pha).
 Dòng điện định mức IA (A)

Vì dụ: Trên nhản máy ghi: / Y – 220/380V – 7,5/ 4,3 A. Có nghĩa là khi điện áp
dây lưới điện bằng 220V thì ta nối dây quấn stator theo hình tam giác và dòng điện dây
định mức tương ứng là 7,5 ; khi điện áp mạng điện là 380V thì dây quấn stator nối theo
hình sao, dòng điện dây định mức là 4,5A.
 Tốc độ định mức nđm (vòng/phút).
 Hệ số định mức.
 Công suât định mức (W, Kw, Hp ): công suất điện đưa ra.

 Tần số định mức (Hz).
Ngoài ra còn một vài thông số nửa.
Giá trị điện áp và dòng cho ở bảng định mức liên quan tới cách nối dây cuộn dây
stator. Cuộn dây stato có thể nối sao hoặc tam giác.
3.2. Công dụng của máy phát điện không đồng bộ:
MĐKĐB là loại máy điện xoay chiều, chủ yếu làm động cơ điện. Do kết cấu đơn
giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ không đồng bộ là một
loại máy được dùng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài
chục đến vài nghìn kw. Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm
nguồn động lực cho các máy cán thép vừa và nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy
công nghiệp nhẹ… Trong các hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nông
nghiệp dùng làm máy bơm hay gia công nông sản. Trong đời sống hàng ngày, MĐKĐB
cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh… Tóm lại,
theo sự phát triển của nền sản xuất, điện khí hoá và tự động hoá, phạm vi ứng dụng của
máy điện không đồng bộ có phần bị hạn chế.
MĐKĐB có thể dùng làm máy phát điện nhưng đặc tính không tốt lắm so với máy
phát điện đồng bộ nên chỉ trong một vài trường hợp đặc biệt nào đó (như trong quá trình
GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 23


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

điện khí hoá nông thôn) cần nguồn điện phụ hay tạm thời thì nó cũng có ý nghĩa quan
trọng.
3.3. Nguyên lý làm việc của máy phát điện không đồng bộ:

Khi trong lõi thép stator của MĐKĐB, ta tạo một từ trường quay với tốc độ n 1 = ,
hệ số trượt của tốc độ : s = , thì từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch
đặt trên lõi thép rotor và cảm ứng trong dây quấn đó suất điện động và dòng điện. Từ
thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe
hở. Dòng điện trong dây quấn tác dụng với từ thông khe hở

Hình 3.5: Nguyên lý làm việc của máy phát điện không đống bộ

sinh ra mômen, tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor. Trong
những phạm vi tốc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau.

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 24


Đồ án máy điện

Máy phát điện không đồng bộ

Khi rotor quay thuận với từ trường quay nhưng tốc độ nhỏ hơn tốc độ đồng bộ thì
dòng điện sinh ra trong dây quấn rotor cùng chiều với sức điện động và tác dụng từ
trường tổng trong khe hở sinh ra lực F và mômen M kéo rotor quay theo chiều từ trường
quay. Điện năng đưa tới rotor đã biến thành cơ năng trên trục, nghĩa là máy điện làm việc
trong chế độ động cơ. Những máy chỉ làm việc ở chế độ này khi n < n1 vì khi đó mới có
sự chuyển động tương đối giữa từ trường và dây quấn rotor và như vậy trong dây quấn
rotor mới có dòng điện và mômen kép rotor quay. Trong những phạm vi tốc độ khác
nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau.
Khi rotor quay thuận và nhanh hơn tốc độ đồng bộ dùng một động cơ sơ cấp nào

đó quay rotor của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ đồng bộ n > n1, khi đó chiều của
từ trường quay quét qua dây dẫn sẽ có chiều ngược lại, sức điện động và dòng điện trong
dây dẫn rotor cũng đổi chiều nên chiều của mômen cũng ngược chiều quay của n 1 nghĩa
là ngược với chiều của rotor nên đó là mômen hãm. Máy điện đã biến cơ năng tác dụng
lên trục động cơ điện, do động cơ sơ cấp kéo, thành điện năng cung cấp cho lưới điện
nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát điện.
Khi rotor quay ngược với chiều từ trường quay thì chiều của sức điện động, dòng
điện và cả mômen vẫn giống như lúc ở chế độ động cơ điện. Vì mômen sinh ra ngược với
chiều quay của rotor nên có tác dụng hạm rotor đứng lại. Trong trường hợp này máy điện
vừa lấy điện năng ở lưới điện vào vừa lấy cơ năng ở động cơ sơ cấp. Chế độ làm việc này
gọi là chế độ hãm điện từ.
Khi rotor đứng yên, tốc độ n = 0, hệ số trượt s = 1; khi rotor quay định mức Sđm =
0,02 0,08, ta có tốc độ động cơ là:
n=n1 (1-s) = (1-s) vg/vh
Như vậy động cơ khi làm việc ở chế độ định mức thường hệ số trượt trong khoảng
Sđm = 0,02 0,08, như vậy rotor có tốc độ n gần bằng tốc độ từ trường
quay (bộ đồng bộ) n1.
3.4. Máy phát điện không đồng bộ làm việc độc lập với máy điện:

GVHD: Ths. Phạm Tấn Hưng

SVTH: Nguyễn Trần Tuấn Thi
Trang 25