Chương 8: Máy điện đồng bộ

155
Âải Hc  Nàơng - Trỉåìng Âải hc Bạch Khoa
Khoa Âiãûn - Bäü män Âiãûn Cäng Nghiãûp
Giạo trçnh K thût Âiãûn
Biãn soản: Nguùn Häưng Anh, Bi Táún Låüi, Nguùn Vàn Táún, V Quang Sån





Chỉång 8
MẠY ÂIÃÛN ÂÄƯNG BÄÜ


8.1. ÂẢI CỈÅNG
Mạy âiãûn âäưng bäü l mạy âiãûn xoay chiãưu cọ täúc âäü räto n bàòng täúc âäü tỉì
trỉåìng quay trong mạy n
1
. ÅÍ chãú âäü xạc láûp mạy âiãûn âäưng bäü cọ täúc âäü quay ca
räto n ln khäng âäøi.
Mạy phạt âiãûn âäưng bäü l ngưn âiãûn chênh ca lỉåïi âiãûn cạc qúc gia, trong
âọ âäüng cå så cáúp l tuabin håi, tuabin nỉåïc hồûc tuabin khê. Cạc mạy phạt thỉåìng
näúi lm viãûc song song våïi nhau. Cäng sút ca mäüt mạy phạt â chãú tảo trãn
1200MW.
Cn âäüng cå âiãûn âäưng bäü âỉåüc sỉí dủng khi truưn âäüng cäng sút låïn, cọ thãø
âảt âãún vi chủc MW v våïi u cáưu täúc âäü khäng âäøi. Âäüng cå âiãûn âäưng bäü dng
trong cäng nghiãûp luûn kim, khai thạc m, thiãút bë lảnh, mạy båm, khê nẹn, quảt
giọ...
8.2. CÁÚU TẢO CA MẠY ÂIÃÛN ÂÄƯNG BÄÜ
Cáúu tảo ca mạy âiãûn âäưng bäü gäưm cọ hai bäü pháûn chênh l stato v räto.

8.2.1. Stato (pháưn ỉïng)
Stato ca mạy âiãûn âäưng bäü giäúng nhỉ stato ca mạy âiãûn khäng âäưng bäü, gäưm
hai bäü pháûn chênh l li thẹp stato v dáy qún ba pha stato (xem lải pháưn mạy âiãûn
khäng âäưng bäü). Dáy qún stato cn gi l dáy qún pháưn ỉïng.
8.2.2. Räto (pháưn cm)
Räto ca mạy âiãûn âäưng bäü l nam chám âiãûn gäưm cọ li sàõt v dáy qún kêch
thêch. Dng âiãûn âỉa vo dáy qún kêch thêch l dng âiãûn mäüt chiãưu. Räto ca
mạy âiãûn âäưng bäü cọ hai kiãøu l räto cỉûc läưi v räto cỉûc áøn.

156
1.

Räto cỉûc läưi
:

Dảng màût cỉûc âãø khe håí khäng khê khäng âãưu, mủc âêch l lm cho tỉì cm
phán bäú trong khe håí khäng khê hçnh sin âãø sââ cm ỉïng åí dáy qún stato hçnh sin
(hçnh 8.1). Loải räto náưy dng åí cạc mạy phạt cọ täúc âäü tháúp, cọ nhiãưu âäi cỉûc nhỉ
mạy phạt kẹo båíi túc bin thy âiãûn.

Pháưn ỉïng
kêch tỉì
Vnh gọp

Cạnh
quảt
Cỉûc ûtỉì
Quảt giọ
Vnh trỉåüt
Âai




2.

Räto cỉûc áøn
:

Khe håí khäng khê âãưu v räto chè cọ hai cỉûc hồûc bäún cỉûc (hçnh 8.2). Loải räto
cỉûc áøn âỉåüc dng åí cạc mạy cọ täúc âäü cao nhỉ cạc mạy kẹo båíi túc bin nhiãût âiãûn.
Vç täúc âäü cao nãn âãø chäúng lỉûc ly tám, räto âỉåüc chãú tảo ngun khäúi cọ âỉåìng
kênh nh.

Hçnh 8.1
Räto cỉûc läư
i
Hçnh 8.2
Li thẹp v màût càõt ngang rotor ca mạy âiãûn âäưng bäü cỉûc áøn

N
S

157
8.3. NGUN L LM VIÃÛC CA MẠY PHẠT ÂIÃÛN ÂÄƯNG BÄÜ

C
B
A

Hçnh 8.3 Så âäư ngun l ca MF âäưng bä ba pha
1. Âäüng cå så cáúp (tuabin håi); 2. Dáy qún stato;
3. Räto ca mạy phạt âäưng bäü; 4. Dáy qún räto; 5. Vnh
trỉåüt; 6. Chäøi than t lãn vnh trỉåüt; 7. Mạy phạt âiãûn mäüt
chiãưu näúi cng trủc våïi mạy phạt âiãûn âäưng bäü.
1
+


2

Âäüng cå så cáúp 1 (túc bin håi) quay räto mạy phạt âiãûn âäưng bäü âãún gáưn täúc
âäü âënh mỉïc (hçnh 8.3), mạy phạt âiãûn mäüt chiãưu 7 âỉåüc thnh láûp âiãûn ạp v cung
cáúp dng âiãûn mäüt chiãưu cho dáy qún kêch thêch 4 mạy phạt âiãûn âäưng bäü thäng
qua chäøi than 5 v vnh gọp 6, räto 3 ca mạy phạt âiãûn âäưng bäü tråí thnh nam
chám âiãûn. Do räto quay, tỉì trỉåìng räto quẹt qua dáy qún pháưn ỉïng stato v cm
ỉïng ra sââ xoay chiãưu hçnh sin, cọ trë säú hiãûu dủng l:

0dq0
fNk2E Φπ=
(8.1)
Trong âọ: E
0
l sââ pha; N l säú vng dáy ca mäüt pha; k
dq
l hãû säú dáy qáún; Φ
0
tỉì
thäng cỉûc tỉì räto.
Nãúu räto cọ säú âäi cỉûc tỉì l p, quay våïi täúc âäü n thç sââ cm ỉïng trong dáy
qún stato cọ táưn säú l:
60
n.p

f =
(8.2a)
Hồûc

p
f60
n =
(vg/ph) (8.2b)
Khi dáy qún stato näúi våïi ti, trong dáy qún s cọ dng âiãûn ba pha chảy
qua. Hãû thäúng dng âiãûn ny s sinh ra tỉì trỉåìng quay, gi l tỉì trỉåìng pháưn ỉïng,
cọ täúc âä l :
7
6
5
4
3

158
p
f60
n
1
=
(vg/ph) (8.2c)
Tỉì (8.2b) v (8.2c), ta tháúy täúc âäü räto n bàòng täúc âäü tỉì trỉåìng quay trong
mạy n
1
, nãn gi l mạy âiãûn âäưng bäü.
8.4. PHN ỈÏNG PHÁƯN ỈÏNG MẠY PHẠT ÂIÃÛN ÂÄƯNG BÄÜ
Khi mạy phạt âiãûn lm viãûc, tỉì thäng ca cỉûc tỉì Φ

0
càõt dáy qún stato v cm
ỉïng sââ E
0
cháûm pha so våïi tỉì thäng Φ
0
gọc 90
0
(hçnh 8.4a). Dáy qún stato näúi våïi
ti nãn cọ dng âiãûn I cung cáúp cho ti. Dng âiãûn I chảy trong dáy qún stato tảo
nãn tỉì trỉåìng quay pháưn ỉïng. Tỉì trỉåìng pháưn ỉïng quay âäưng bäü våïi tỉì trỉåìng cỉûc
tỉì Φ
0
. Gọc lãûch pha giỉỵa E
0
v I do tênh cháút ti quút âënh. Tạc dủng ca tỉì
trỉåìng pháưn ỉïng lãn tỉì trỉåìng trỉåìng cỉûc tỉì gi l phn ỉïng pháưn ỉïng.
Trỉåìng håüp ti thưn tråí (hçnh 8.4a) : E
0
v I trng pha nãn ψ = 0. Dng âiãûn I
sinh ra tỉì thäng pháưn ỉïng Φ
ỉ
cng pha våïi dng âiãûn. Tỉì thäng pháưn ỉïng theo
hỉåïng ngang trủc, ta gi l phn ỉïng pháưn ỉïng ngang trủc. Tỉì thäng náưy lm mẹo
tỉì trỉåìng cỉûc tỉì.
Trỉåìng håüp ti thưn cm (hçnh 8.4b): E
0
v I lãûch pha nhau mäüt gọc ψ = 90
0
.

Dng âiãûn I sinh ra tỉì thäng pháưn ỉïng Φ
ỉ
ngỉåüc chiãưu våïi Φ
0
ta gi l phn ỉïng
pháưn ỉïng dc trủc khỉí tỉì, cọ tạc dủng lm gim tỉì trỉåìng täøng.






o
E
&

N
S
Φ
0
I
&

Φ
ỉ
ψ = 90
0
Hçnh 8.4b Ti thưn cm ψ = 90
0
0

E
&

N
S
Φ
0
I
&
Φ
ỉ
ψ = 90
0
Hçnh 8.4c Ti thưn dung ψ = - 90
0
0
E
&

N
S
Φ
0
q
I
&

Φ
ỉ
ψ

Hçnh 8.4d Ti häín håüp ψ > 0
I
&

d
I
&
o
E
&

N
S
Φ
0
I
&

Φ
ỉ
ψ = 0
Hçnh 8.4a Ti thưn tråí ψ = 0

159
Trỉåìng håüp ti thưn dung (hçnh 8.4c): E
0
v I lãûch pha nhau mäüt gọc ψ = -
90
0
. Dng âiãûn I sinh ra tỉì thäng pháưn ỉïng Φ
ỉ
cng chiãưu våïi Φ
0
ta gi l phn ỉïng
pháưn ỉïng dc trủc tråü tỉì, cọ tạc dủng lm tàng tỉì trỉåìng täøng.
Trỉåìng håüp ti häøn håüp (hçnh 8.4d, ti cọ tênh cm : 0 < ψ < π/2) : E
0
v I lãûch
pha nhau mäüt gọc ψ. Ta phán têch dng âiãûn I lm hai thnh pháưn: Thnh pháưn dc
trủc I
d
= Isinψ sinh ra tỉì thäng pháưn ỉïng dc trủc Φ
ỉd
cng chiãưu våïi Φ
0
v thnh
pháưn ngang trủc I
q

= Icosψ sinh ra tỉì thäng pháưn ỉïng ngang trủc Φ
ỉq
vng gọc våïi
Φ
0
ta gi chung l phn ỉïng pháưn ỉïng ngang trủc khỉí tỉì. Trỉåìng håüp ti cọ tênh
dung (-π/2 < ψ < 0), phn ỉïng pháưn ỉïng ngang trủc tråü tỉì.
8.5. PHỈÅNG TRÇNH CÁN BÀỊNG ÂIÃÛN ẠP MẠY PHẠT ÂIÃÛN ÂÄƯNG BÄÜ
8.5.1. Phỉång trçnh cán bàòng âiãûn ạp ca mạy phạt âiãûn cỉûc läưi
Khi mạy phạt âiãûn lm viãûc tỉì thäng cỉûc tỉì Φ
0
sinh ra sââ E
0
åí dáy qún stato.
Khi mạy cọ ti dng âiãûn I trong dáy qún stato sinh ra tỉì trỉåìng pháưn ỉïng Φ
ỉ
. ÅÍ
mạy cỉûc läưi do khe håí dc trủc v ngang trủc khạc nhau nãn ta phán têch Φ
ỉ
thnh
hai thnh pháưn: dc trủc Φ
ỉd
v ngang trủc Φ
ỉq
. Tỉì trỉåìng pháưn ỉïng ngang trủc Φ
ỉq

tảo nãn sââ ngang trủc
ỉqqq
XIjE

&&
−=
, våïi X
ỉq
l âiãûn khạng phn ỉïng pháưn ỉïng
ngang trủc v tỉì trỉåìng pháưn ỉïng dc trủc Φ
ỉd
tảo nãn sââ dc trủc
ỉddd
XIjE
&&
−=
,
våïi X
ỉd
l âiãûn khạng phn ỉïng pháưn ỉïng dc trủc.


Hçnh 8.5
Âäư thë vectå mạy phạt âiãûn âäưng bäü
a. Mạy cỉûc läưi; b. Mạy cỉûc áøn
(b)
I
&
0
E
&
θ
ψ
ϕ

U
&
âb
jXI
&
ψ

I
&

0
E
&
q
I
&
d
I
&
qq
XIj
&
dd
XIj
&
ϕ
θ

(a)
U

&








Ngoi ra dng âiãûn ti I cn sinh ra tỉì thäng tn ca dáy qún stato âỉåüc âàûc
trỉng båíi âiãûn khạng tn X
t
khäng phủ thüc hỉåïng dc trủc hồûc ngang trủc,
tỉång ỉïng cọ sââ tn l :

tqtdtt
XIjXIjXIjE
&&&&
−−=−=
(8.3)
Phỉång trçnh âiãûn ạp ca mạy phạt âiãûn âäưng bäü cỉûc läưi :

tqqỉqtddỉd0
XIjXIjXIjXIjEU
&&&&&&
−−−−=


160

)XX(Ij)XX(IjEU
tqổqtdổd0
++=
&&&&
(8.4)
Boớ qua õióỷn aùp rồi trón õióỷn trồớ dỏy quỏỳn phỏửn ổùng R
I
&
ổ
, ta coù :

qqdd0
XIjXIjEU
&&&&
=
(8.5)
trong õoù: X
d
= X
ổd
+ X
t
laỡ õióỷn khaùnh õọửng bọỹ doỹc truỷc;
X
q
= X
ổq
+ X
t
laỡ õióỷn khaùng õọửng bọỹ ngang truỷc.

Phổồng trỗnh (8.5) tổồng ổùng vồùi õọử thở vectồ cuớa maùy phaùt õióỷn õọửng bọỹ cổỷc
lọửi, hỗnh 8.5a.
Tổỡ phổồng trỗnh õióỷn aùp vaỡ õọử thở vectồ ta thỏỳy goùc lóỷch pha giổợa sõõ E
0
vaỡ
õióỷn aùp U goỹi laỡ goùc cọng suỏỳt , do phuỷ taới quyóỳt õởnh.

8.5.2. Phổồng trỗnh õióỷn aùp cuớa maùy phaùt õióỷn cổỷc ỏứn
ọỳi vồùi maùy phaùt õọửng bọỹ cổỷc ỏứn laỡ trổồỡng hồỹp õỷc bióỷt cuớa maùy phaùt cổỷc lọửi,
trong õoù X
õb
= X
d
= X
q
, goỹi laỡ õióỷn khaùng õọửng bọỹ. Phổồng trỗnh õióỷn aùp cuớa maùy
phaùt õióỷn cổỷc ỏứn coù thóứ vióỳt laỡ:

bõ0
X.IjEU
&&&
=
(8.6)
ọử thở vectồ cuớa noù õổồỹc trỗnh baỡy trón hỗnh 8.5b.
8.6. CNG SUT IN Tặè CUA MAẽY PHAẽT IN ệNG Bĩ
8.6.1. Cọng suỏỳt taùc duỷng
1. Maùy phaùt cổỷc lọửi
Cọng suỏỳt taùc duỷng cuớa maùy phaùt õióỷn cung cỏỳp cho taới laỡ:
P = mUIcos (8.7)
Trong õoù: U, I tổồng ổùng laỡ õióỷn aùp pha, doỡng õióỷn pha. Coỡn m laỡ sọỳ pha.

Theo õọử thở vectồ hỗnh 8.5a, ta coù = - , do õoù :
P = mUIcos = mUIcos(-) = mUIcos.cos + mUIsin.sin .
P = mUI
q
.cos + mUI
d
.sin (8.8)
vồùi Icos = I
q
vaỡ Isin = I
d
.
Theo õọử thở vectồ hỗnh 8.5a, ta ruùt ra:

q
q
X
si
nU
I

=
vaỡ
d
0
d
X
cosUE
I

=

Thóỳ bióứu thổùc vaỡ vaỡo phổồng trỗnh (8.8), sau mọỹt vaỡi bióỳn õọứi vaỡ boớ qua
tọứn hao, ta coù cọng suỏỳt õióỷn tổỡ cuớa maùy phaùt õióỷn õọửng bọỹ cổỷc lọửi:
q
I
d
I

+= 2sin)
X
1
X
1
(
2
U
msin
X
E
mUP
dq
2
d
0
õt
(8.9)