giới thiệu về máy phát điện xoay chiều

Giới thiệu về máy phát điện đồng bộ xoay chiều
I.1 Định nghĩa:
Máy phát điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n bằng tốc độ quay của từ trờng
n
1
gọi là máy phát điện đồng bộ. ở chế độ xác lập máy phát điện đồng bộ có tốc độ
quay rôto luôn không đổi khi tải thay đổi.
I.2 Cấu tạo máy phát điện đồng bộ
Cấu tạo máy phát điện đồng bộ
gồm hai bộ phận chính là xtato và rôto.
Trên hình I-1 vẽ mặt cắt ngang trục
máy.
Trong đó 1: lá thép xtato; 2: dây quấn
xtato; 3: lá thép rôto; 4: dây quấn rôto.
Xtato và Roto của máy đồng bộ cực ẩn.
Rôto của máy phát điện đồng bộ cực từ cực lồi.
I.3 Nguyên lí làm việc của máy phát điện đồng bộ
Cho dòng điện kích từ (dòng điện một chiều) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên
từ trờng rôto. Khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp, từ trờng của rôto sẽ cắt dây quấn
phần ứng xtato và cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệu dụng là:
E
o
= 4,44fW
1
k
gq

o
Trong đó: E
o
, w

1
, k
dq
,

o
: Sức điện động pha, số vòng dây một pha, hệ số dây quấn,
từ thông cực từ roto.
Nếu rôto có p đôi cực, khi rôto quay đợc một vòng, sđđ phần ứng sẽ biến thiên
p chu kỳ. Do đó nếu tốc độ quay của rôto là n (v/s), tần số f của sđđ sẽ là:
f = p.n
Dây quấn ba pha stato có trục lệch nhau trong không gian một góc 120
0
điện,
cho nên sđđ các pha lệch nhau góc pha 120
0
.
Khi dây quấn stato nối với tải, trong các sẽ có dòng điện ba pha. Giống nh ở
máy phát điện không đồng bộ, dòng điện ba pha trong ba dây quấn sẽ tạo nên từ tr-
ờng quay, với tốc độ là n
1
= 60f/p, đúng bằng tốc độ n của rôto. Do đó kiểu máy điện
này là máy điện đồng bộ.
E0 =9000 N IS c) =-900
Eo I o 90o N S a) =00
Hình I-4
I.4 Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ
Khi máy phát điện làm việc, từ trờng của cực từ rôto
0
cắt dây quấn stato

cảm ứng ra sđđ E
0
chậm pha so với từ thông
0
góc 90
0
(hình A-4a). Dây quấn stato
nối với tải sẽ tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải. Dòng điện I trong dây quấn stato
tạo nên từ trờng quay gọi là từ trờng phần ứng quay đồng bộ với từ trờng của cực
từ
0
. Góc lệch pha giữa E
0
và I do tính chất của tải quyết định.
Hình I-4a:pha = 0, E
0
và I cùng pha. Dòng điện I sinh ra từ trờng phần ứng
cùng pha với dòng điện. Tác dụng của từ trờng phần ứng lên từ trờng cực từ
0
theo hớng ngang trục, làm méo từ trờng cực từ, ta gọi phản ứng phần ứng ngang trục.
Trờng hợp tải thuần cảm(hình I-4b) góc lệch pha = 90
0
, dòng điện I sinh ra
từ trờng phần ứng ngợc chiều với
0
ta gọi là phản ứng phần ứng dọc trục khử từ,
có tác dụng làm giảm từ trờng tổng.
Trờng hợp tải thuần dung = -90
0
(hìnhI-4c) dòng điện sinh ra từ trờng phần

ứng , cùng chiều với
0
, ta gọi là phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ, có tác dụng
làmg tăng từ trờng tổng. Trờng hợp tải bất kỳ (hìnhI-4d) ta phân tích dòng điện I làm
2 thành phần : thành phần dọc trục I
d
= Isin và thành phần ngang trục I
q
= Icos,
dòng điện I sinh ra từ trờng phần ứng vừa có tính chất ngang trục vừa có tính chất
dọc trục trợ từ hoặc khử từ tuỳ theotính chất của tải có tính chất điện cảm hoặc có
tính chất điện dung.
I.5 Phơng trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi
Khi máy phát điện làm việc, từ trờng cực từ
0
sinh ra sđđ E
0
ở dây quấn
stato.Khi có tải sẽ có dòng điện I và điện áp U trên tải.
Ta có phơng trình cân bằng điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi:
U = E
0
- ji
d
X
d
- ji
d
X
t

- ji
d
X
q
- ji
q
X
t

= E
0
ji
d
(X
d
+ X
t
) ji
q
(X
q
+ X
t
)
Gọi X
q
+ X
t
= X
d

là điện kháng đồng bộ dọc trục.
X
q
+ X
t
= X
q
là điện kháng đồng bộ ngang trục, ta có thể viết gọn lại;
U = E
0
ji
d
X
d
- ji
q
X
q

Phơng trình trên tơng ứng với đồ thị vectơ ta thấy góc lệch pha điện áp U và
sđđ E
0
do tải quyết định.
A E0 jIXdb B C I 0 (b)
E0 jIdXdJiqXq U Iq I Id (a)
Hình I-5
Đối với máyphát cực ẩn là trờng hợp đặc biệt của cực lồi X
đb
= X
đ

= X
q
gọi là
điện kháng đồng bộ X
đb
thì phơng trình cân bằng điện áp của máy phát điện đồng bộ
cực ẩn có thể viết :
U = E
0
jiX
đb
đồ thị vectơ của nó đợc vẽ trên hình I-5b
I.6 Công suất điện từ của máy phát điện đồng bộ cực lồi
I.6.1 Công suất tác dụng:
Công suất tác dụng của máy phát cung cấp cho tải là:
P = mUIcos