Đồ án tốt nghiệp - Nhà máy điện Phả Lại P3

Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ

24
Chương 3
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ
Tổng quan về động cơ đồng bộ.
Động cơ đồng bộ là máy điện xoay chiều có hai dây quốn. Một
loại nói với lưới điện có tần số f
1
không đổi, còn dây cuốn thứ hai
được kích thích bằng dòng điện một chiều, trong đó dây quấn xoay
chiều ba pha được được gọi là dây quấn phần ứng, ứng với nó là bộ
phận máy có đặt dây cuốn kích thích được gọi là phần cảm. Ngày nay
các động cơ đồng bộ thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp,
đặc biệt dòng để truyền động các máy có công suất lớn như máy nén
khí, máy thu, máy quạt gió, máy nghiền...
Cấu tạo của động cơ đồng bộ:

3-1. Stator.








Lâi thÐp
Cùc tõ
D©y quÊn Stator
~ 3pha

Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ

25

Cấu tạo rôto gồm hai phần chính là lõi thép stator và dây quấn 3 pha
stator.
3.2. Rôto: Gồm có rôto cực ẩn và roto cực lồi.
Rôto cực lồi:






Roto cực lồi thường sử dụng rộng rãi ở các động cơ có tốc độ
thấp, số đối cực lớn (2p ≥ 4).
Rôto cực ẩn:






D©y quÊn
Cùc tõ
D©y quÊn kÝch tõ
Lâi thÐp
Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ

26

Rôto cực ẩn thường gặp ở động cơ có tốc độ quay cao và có số
lực 2p=2.
3.3- Hệ thống kích thích của động cơ đồng bộ.
Để cung cấp nguồn cho dây quấn kích thích của động cơ đồng bộ
cần phải có nguồn điện một chiều. Dưới đây là xét hệ thống kích thích
dùng máy phát kích thích trong các động cơ đồng bộ có công suất lớn.
a. Sơ đồ:












Hình 3.1. Hệ thống kích thích dùng máy phát kích thích
MC
§C§B
K2cb
R2cb
KTFK1
Fkp
KTFkp
RV2
K1
K2

Rdt
Fk
R1cb
RV1
KTFK2
i
kt
Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ

27
trong các động cơ đồng bộ công suất lớn.
Trong đó:
MC: máy cắt được điện áp lưới ba pha mà dây quấn stator của
động cơ đồng bộ.
ĐCĐB: Động cơ đồng bộ.
FK: Máy phát kích thích là máy một chiều kích thích song song
và độc lập.
FKP: Máy phát kích thích phụ là máy phát 1 chiều kích thích
song song.
R
1Cb
, R
2Cb
: Các điện trở cưỡng bức, sẽ bị nối tắt khi kích thích
cưỡng bức.
RV
1
, RV
2
: Các biến trở điều chỉnh.

K
1Cb
, K
2Cb
: Các công tắc tơ để cưỡng bức kích thích.
K
1
, K
2
: Công tắc tơ.
R
1t
: Điện trở lặp từ.
KTFK
1
: Cuộn dây kích thích song song của máy phát kích thích.
KTFK
2
: Cuộn dây kích thích độc lập của máy phát kích thích FK.
KTFKP: Cuộn kích thích song song của máy phát kích thích phụ.
Ngoài bản thân máy phát kích thích ra, hệ thống còn có máy phát
kích thích phụ cung cấp cho cuộn dây kích thích độc lập KTFK
2
của
máy phát kích thích phụ.
b- Điều chỉnh dòng kích thích của động cơ đồng bộ.
Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ

28
Dòng kích thích I

KT
trong các động cơ đồng bộ rất lớn và cỡ hàng
100A vì thế điều chỉnh nó bằng biến trở đặt trong mạch vòng dây
quấn kích thích là không tinh tế vì tổn hao trong biến trở làm giảm
đáng kể hiệu suất của động cơ đồng bộ.

KT
KT
KT
R
U
I =

Trong đó: R
KT
Điện trở cuộn dây kích thích của động cơ đồng bộ.
Theo từng chế độ làm việc của động cơ đồng bộ mà ta phải dữ
dòng kích thích ở những giá trị khác nhau ứng với những giá trị ổn
định khác nhau của điện áp U
KT
của máy phát kích thích.
Trong sơ đồ (hình 1) các biến trở RV
1
và RV
2
tương ứng trên các
mạch của cuộn kích thích song song của các máy FK để điều chỉnh
U
KT
ta thực hiện theo hai cách sau.

⊕ 1. Điều chỉnh dòng kích thích của máy FK bằng cách điều
chỉnh RV1 phương pháp này thường dùng cho các máy phát kích
thích có công suất nhỏ. Máy không cần phải điều chỉnh rộng.
⊕ 2. Điều chỉnh dòng kích thích của máy phát FKP bằng cách
điều chỉnh RV
2
. Nhờ biến trở RV
2
ta điều chỉnh được dòng kích thích
từ của máy phát kích phụ. I
KT
F
KP
làm thay đổi điện áp U
J
K
P
cấp cho
cuộn kích thích độc lập của máy FK để thay đổi dòng kích thích của
máy FK do đó ta điều chỉnh được dòng kích thích của động cơ đồng
bộ. Do đưa máy F
UP
vào sơ đồ nên giới hạn điều chỉnh máy kích thích
FK được mở rộng. Trong các động cơ có công suất lớn ta không cần
dùng thêm máy kích thích phụ.
Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ

29

c- Dập từ trường kích thích trong khi sự cố.
Trong sơ đồ kích thích có một cơ cấu đặc biệt có thể giảm khá
nhanh dòng kích thích về 0 (gọi là động từ) khi sự cố.
Dập từ được thực hiện khi vận hành bình thường cũng như khi sự
cố nhờ các công tắc tơ k
1
, k
2
và R
td
. Dùng công tắc tơ k
1
trực tiếp cắt
mạch kích thích ra khỏi dây quấn kích thích của động cơ đồng bộ là
đạt mục đích nhanh nhất. Tuy nhiên tất cả năng lượng tích tụ trong từ
trường kích thích sẽ phóng ra, trên điện trở hồ quang sẽ xuất hiện giữa
các lớp điểm của k
1
.
Trong các động cơ đồng bộ năng suất lớn. Năng lượng đã có có
thể lớn tới mức phá hỏng các tiếp điểm của công tắc tơ khi cắt mạch
trực tiếp. Ngoài ra khi giảm nhanh dòng kích thích như thế trong dây
quấn xuất hiện suất điện động cảm ứng rất lớn.

dt
dI
Le
KT
KTTC
−=

LKT: Điện cảm của quấn kích thích nó có giá trị rất lớn của suất
điện động tự cảm e
TC
vượt nhiều lần điện áp định mức của dây quấn
kích thích và sẽ làm hỏng cách điện của nó. Để khắc phục điều kiện
đó dập từ được tiến hành theo phương pháp sau: Trong khi K
1
đóng để
chuẩn bị dập từ K
2
nối dây quấn kích thích với điện trở dập từ R
dT
, sau
khi tách máy phát F
K
R
1
khỏi dây quấn kích thích của động cơ đồng
bộ. Điện trở động từ trường được chọn là R
Td
= 5 R
KT
để đảm bảo cho
Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ

30
việc động từ chỉ nhanh mà không xuất hiện điện áp cao giá trị số cho
phép của điện áp, theo độ bền cách điện của dây quấn kích thích.

d- Quá trình cưỡng bức kích thích.
Mỗi khi làm việc động cơ đồng bộ bị mất đồng bộ. Nếu muốn
đưa vào đồng bộ ta phải tăng cưỡng bức dòng kích thích. Sự tăng
cưỡng bức được rơle bảo v
ệ mất đồng bộ thực hiện tự động bằng cách
đóng các công tắc tơ K
1CB
, K
2CB
(hình 1) khi đó điện trở cưỡng
bứcR
1Cb
và R
2Cb
các biến trở điều chỉnh RV
1
và RV
2
đều bị nối ngắn
mạch làm cho dòng kích thích của máy phát kích thích F
K
và F
KP
tăng
lên đến giá trị tới hạn U
HTmax
, dòng kích thích của động cơ đồng bộ đạt
tới giá trị tới hạn I
KT max
. Với một sự chậm trễ do hằng số thời gian của

dây quấn kích thích của động cơ đồng bộ khẳng định.

KTdm
KTKTdm
KT
U
UI
I
max
max
×
=
(Công thức 3-1)
3.4. Mở máy động cơ đồng bộ.
Khi vận hành một động cơ đồng bộ vấn đề đặt ra là đưa động cơ
đồng bộ vào đồng bộ một cách hình tố nhất song vẫn phải đảm bảo
các yêu cầu về kỹ thuật vì vậy ta xét một số phương pháp cơ bản sau
đây.
1- Phương pháp vào đồng bộ chính xác.
Khi vận hành động cơ vào làm vi
ệc phải đưa rô to của động cơ
tới tốc độ quay bằng tốc độ quay đồng bộ. Phương pháp này thích hợp
Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ

31
cho các động cơ đồng bộ được trang bị các động cơ phụ (Động cơ
tăng tốc) đưa rôto của chúng tới tốc độ quay bằng tốc độ đồng bộ
phương pháp vào đồng bộ được tiến hành chính xác theo các bước
sau:
a. Dùng động cơ tăng tốc đưa tốc độ góc w của rôtor động cơ

đồng bộ tới tốc độ đồng bộ.
w =
Wdb
p
f
=
12
π

Trong đó: W Tốc độ góc của rôtor động cơ đồng bộ.
P: Số đối cực của động cơ đồng bộ.
Wđm: Tốc độ đồng bộ.
b.Dòng công tắc tơ K
1
mở công tắc tơ k
2
(Hình 1) để nối dây
quấn kích thích của động cơ đồng bộ với các điểm chổi than máy phát
kích thích (FK) và cắt điện trở dập từ R
dT
ra khỏi mạch kích thích. Khi
dùng động cơ này ta sẽ ta sẽ mở núng động cơ đồng bộ một cách
chính xác vì vậy lực điện từ nhỏ hơn so với các phương pháp khác
nhau. Tuy vậy thời gian vào đồng bộ lâu và cần có động cơ tăng tốc
và mạch điều khiển phức tạp.
2- Phương pháp tự vào đồng bộ.
Để giảm bớt thời gian mở máy ta dùng phương pháp tự vào
đồng
bộ, phương pháp này không đòi hỏi phải điều chỉnh chính xác tốc độ
quay của rôtor động cơ đồng bộ.

Phương pháp tự vào đồng bộ được tiến hành theo các bước sau:
Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ

32
a-Nhờ động cơ tăng tốc độ, đưa tốc độ w của rôtor động cơ đồng
bộ lên gần đến tốc độ quay đồng bộ W
đb
. Hệ số trượt 3% không vượt
quá 1 ÷4%.

1
1
||
%
W
WW
S
−
=
(Công thức 3-2)
Trong đó: S hệ số trượt.
W
1
: Tốc độ góc đồng bộ.
W: Tốc độ góc của rôto.
Trong quá trình mở máy dây quấn kích thích được tách ra khỏi
máy phát kích thích lúc này k
1
mở còn k
2

đóng (Hình 1).
b-Tốc độ W của rôtor đã đạt tốc độ gần đồng bộ ta đóng k
1
và mở
k
2
đưa kích từ một chiều vào dây quấn kích thích, kéo rôtor của động
cơ lên tới gần W
1
.
Nhược điểm của phương pháp này là dòng quá độ và lực điện từ
làm theo chúng quá lớn làm yếu dần kết cấu cố định của dây quấn
phần ứng làm chúng mau bị hỏng. Phương pháp này thường dùng cho
trường hợp dòng quá độ không gây nguy hại cho động cơ đồng bộ còn
những trường hợp còn lại mà sử dụng phương pháp này là khi phải
buộc mở máy động cơ đồng bộ nhanh.




Chương 3: Giới thiệu về động cơ đồng bộ

33

6kV
MC
§C§B
380/220 V
AT
§K
K2
K1
Ukt