Bài giảng Vật lý công nghệ 1 (Phần 2: Máy điện): Chương 9 - PGS.TS. Dương Hồng Quảng

Bài giảng Vật lý công nghệ 1

Chương 9
MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
PGS. TS Nguyễn Hồng Quảng

Trung tâm Thực hành thí nghiệm
Tp Vinh, ngày 28/04/2016
1


Nội dung
1.

Giới thiệu máy điện đồng bộ

2.

Cấu tạo máy điện đồng bộ

3.

Nguyên lý hoạt động của máy phát ĐB

4.

Nguyên lý hoạt động của động cơ ĐB

5.

Các đặc trưng của máy phát ĐB

6.

Sự làm việc song song của máy phát

28/04/2016

2


1. Giới thiệu
- Khái niệm
 Máy điện đồng bộ (MĐĐB) là máy điện xoay
chiều có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ quay

của từ trường
 Khác với máy điện không ĐB, MĐĐB có thể hoạt
động tốt ở cả hai chế độ: Máy phát và Động cơ

28/04/2016

3


1. Giới thiệu
- Máy phát điện đồng bộ

Thí nghiệm về cảm ứng điện
từ của Faraday, cơ sở của
máy phát điện xoay chiều

28/04/2016

…và chiếc đĩa phát điện đầu
tiên của ông (1831)

Nguồn: />
4


1. Giới thiệu
- Máy phát điện đồng bộ

Máy phát điện đầu
tiên của Jedlik (1870)

28/04/2016

Máy phát điện có tay quay
5


1. Giới thiệu
- Máy phát điện đồng bộ

Máy phát thuỷ điện của Hungary sản xuất đầu thế kỷ́ 20
28/04/2016

Nguồn />
6

1. Giới thiệu
- Động cơ điện đồng bộ

Động cơ đồng bộ
28/04/2016

Động cơ đồng bộ thường dùng
có công suất lớn
7


1. Giới thiệu
- Động cơ điện đồng bộ

28/04/2016

Hoặc công suất nhỏ

8


Nội dung
1.

Giới thiệu máy điện đồng bộ

2.

Cấu tạo máy điện đồng bộ

3.

Nguyên lý hoạt động của máy phát ĐB

4.

Nguyên lý hoạt động của động cơ ĐB

5.

Các đặc tuyến của máy phát ĐB

6.

Sự làm việc song song của máy phát

28/04/2016

9


2. Cấu tạo máy điện đồng bộ
Sơ đồ cấu tạo

28/04/2016

10

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ
Sơ đồ cấu tạo
Máy điện đồng bộ
Phần tĩnh

Phần quay

Bộ kích từ

(stator)

(rotor)

(exciter)

28/04/2016

11


2. Cấu tạo máy điện đồng bộ
2.1 Stator (phần tĩnh), gắn với vỏ máy, gồm:
a) Lõi thép (dẫn từ)
b) Các cuộn dây (dẫn điện)

Các cuộn
dây

Lõi
thép

28/04/2016

12


2. Cấu tạo máy điện đồng bộ
2.1 Stator (phần tĩnh), gắn với vỏ máy, gồm:
a) Lõi thép stator:
- Được ghép từ các lá thép KTĐ mỏng
(dày 0.35 ~ 0.5mm) sơn cách điện;
- Dùng làm mạch từ của máy
b) Dây quấn stator:
- Làm từ dây đồng (hoặc nhôm);
- Bọc cách điện, đặt trong rãnh (slot)
+ Dây quấn 3 pha  máy điện 3 pha;
+ Dây quấn 1 pha  máy điện 1 pha
28/04/2016

13


2. Cấu tạo máy điện đồng bộ
2.2 Rotor (phần quay), cực lồi hoặc cực ẩn
a) Rotor cực lồi:

b) Rotor cực ẩn:

- Các cực lồi hẳn ra ngoài

- Các cực ẩn trong lõi thép

- Có nhiều đôi cực từ (>=2)

- Chỉ có 1 đôi cực từ (p = 1)

- Dùng cho rotor có tốc độ quay
chậm (<50 vòng/s)

- Dùng cho rotor có tốc độ quay
nhanh (>=50 vòng/giây)

28/04/2016

14


2. Cấu tạo máy điện đồng bộ
2.2 Rotor (phần quay), cực lồi hoặc cực ẩn
a) Rotor cực lồi:

b) Rotor cực ẩn:

- Các cực lồi hẳn ra ngoài

- Các cực ẩn trong lõi thép

- Có nhiều đôi cực từ (>=2)

- Chỉ có 1 đôi cực từ (p = 1)

- Dùng cho rotor có tốc độ quay
chậm (<50 vòng/s)

- Dùng cho rotor có tốc độ quay
nhanh (>=50 vòng/giây)

28/04/2016

15


Cực ẩn hay cực lồi ?
Đối với máy phát thủy điện, người ta thường dùng loại
rotor cực ẩn hay lồi? Vì sao?
Tuabin máy thủy điện có tốc độ quay không lớn lắm
(200 ~ 400 vòng/phút)

Đối với máy phát nhiệt điện hoặc máy điện hạt nhân
thì cần dùng rotor loại nào? Cực ẩn hay lồi? Vì sao?
Tuabin của máy nhiệt điện hay điện hạt nhân đều là tua
bin hơi nước, có tốc độ quay rất lớn (>3000 vòng/phút)
28/04/2016

16


2. Cấu tạo máy điện đồng bộ
2.3 Bộ kích từ (exciter)
a) Tác dụng: Cung cấp dòng điện

DC cho cuộn dây rotor, giúp rotor
tạo ra từ trường.

b) Có 2 cách cung cấp nguồn
# Kích từ độc lập: Dùng nguồn một
chiều từ bên ngoài qua cổ góp và chổi than

# Tự kích từ: Trích từ nguồn DC nối
thẳng với trục máy thông qua bộ chỉnh lưu
(không cần chổi than và cổ góp
28/04/2016

17


2. Cấu tạo máy điện đồng bộ
2.3 Bộ kích từ (exciter)
Trình bày ưu điểm/nhược điểm của
mỗi loại kích từ nói trên ?
- Tránh được hầu hết những
nhược điểm của loại kích từ
độc lập
- Kết cấu phức tạp, đắt tiền
 Nên dùng với máy điện có
công suất lớn
28/04/2016

- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ
- Sự tiếp xúc giữa chổi than với cổ
góp  mòn chổi than bảo dưỡng;

 sụt áp trên chổi than hao điện

 dùng với máy công suất nhỏ

18


Nội dung
1.

Giới thiệu máy điện đồng bộ

2.

Cấu tạo máy điện đồng bộ

3.

Nguyên lý hoạt động của máy phát ĐB

4.

Nguyên lý hoạt động của động cơ ĐB

5.

Các đặc tuyến của máy phát ĐB

6.

Sự làm việc song song của máy phát

28/04/2016

19


3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB
 Nguồn kích từ cấp dòng
1 chiều cho dây quấn rotor
 Tác nhân ngoài làm rotor
quay

 Từ trường của rotor quay
cảm ứng lên các dây quấn
stator sđđ cảm ứng
Nguồn điện xoay chiều
được tạo ra (AC)
Dòng điện ra mạch ngoài
nhờ các vành khuyên
28/04/2016

20


3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB

28/04/2016

21

3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB

28/04/2016

22


3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB
Như vậy:
Một hệ thống máy phát điện cần có 3 bộ phận:




28/04/2016

Động cơ sơ cấp (để quay rotor),
Nguồn kích từ (cấp điện 1 chiều cho rotor) và
Máy phát (cảm ứng ra suất điện động xoay chiều)

23


3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB
Tác nhân làm quay
rotor:
- Thủy lực
- Gió

- Hơi nước (áp lực lớn)
- Địa nhiệt
- Thủy triều
- …

28/04/2016

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của một số loại tuabin24


3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB

28/04/2016

Mô hình nhà máy thủy điện (xem video)

25