Tài liệu Lý thuyết máy điện đồng bộ doc

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương T©B
Chương 3: Máy điện đồng bộ 1
Chương 3: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
VI.1. Tổng quan
V.1.1. Khái niệm:
Máy điện đồng bộ là các máy điện xoay chiều có tốc độ của rôto bằng với
tốc độ của từ trường quay. Dây quấn stato được nối với lưới điện xoay chiều, dây
quấn rôto được kích thích (kích từ) bằng dòng điện một chiều. Ở chế độ xác lập,
máy điện đồng bộ có tốc độ quay của rôto luôn không đổi khi tả
i thay đổi.
Máy điện đồng bộ thường được dùng làm máy phát trong hệ thống điện, với
cơ năng được cung cấp bằng một động cơ sơ cấp (các loại tuabin, động cơ kéo, ...).
Công suất của máy phát có thể đến 1000 MVA hay lớn hơn, và các máy phát
thường làm việc song song với nhau trong hệ thống.
Động cơ đồng bộ được sử dụng khi cần công suất truyền động lớ
n, có thể
đến hàng chục MW. Ngoài ra, động cơ đồng bộ còn được dùng làm các máy bù
đồng bộ (động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ không tải), dùng để cải thiện hệ số
công suất và ổn định điện áp cho lưới điện.
VI.1.2. Cấu tạo:
Stator: Y hay Δ (giống ĐCKĐB)
Rotor: Cực lồi hay Cực ẩn (Chỉ phân tích cho máy cực ẩn)
Có thêm bộ kích từ m
ột chiều,
(có chổi than hay không có chổi than)
Công suất cơ hữu ích trên trục P
đm
(W, kW, HP) đối với động cơ, công suất biểu
kiến S
đm
(VA, kVA) đối với máy phát

Điện áp dây stato U
1đm
(V, kV)
Dòng điện dây stato I
1đm
(A)
Tần số dòng điện stato f (Hz)
Tốc độ quay rôto n
đm
(vòng/phút)
Hệ số công suất cosϕ
đm
(đối với động cơ)
Hiệu suất η
đm

VI.1.3. Nguyên lý làm việc:
60
n
pf =
, n tính bằng vòng/phút (rpm).
mdqm
.N.k.f.2E Φπ=

e
a
=
2
E
m

.cos(ωt)
e
b
=
2
E
m
.cos(ωt – 120
o
)
e
c
=
2
E
m
.cos(ωt – 240
o
)
VI.1.4. Đặc điểm cơ bản:
Tần số khi máy phát hoạt động độc lập và song song.
Động cơ ĐB không tự mở máy được.
Phản ứng phần ứng:
Ngang: Tải thuần trở
Dọc: Thuần cảm (khử từ) hay thuần dung (trợ từ)
Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương T©B
Chương 3: Máy điện đồng bộ 2
VI.2. Mạch tương đương
Điện kháng đồng bộ:
X

đb
là là tổng của điện kháng tản phần ứng và điện kháng phản ứng phần
ứng. Z = R
ư
+ jX
đb

Mạch tương đương:


()
uudbu
IZUIjXRUE
&&&&
+=++=


100.
U
UE
%U
−
=Δ

■
Gốc U:

()( )
ϕ−ϕ++= sinjIcosIjXRUE
uudbu

&

■
Gốc I:

()( )
udbuu
IXsinUjIRcosUE +ϕ++ϕ=
&


VI.3. Đặc tính không tải, ngắn mạch
Thí nghiệm không tải:
Xác định tổn hao không tải P
q
và tổn hao sắt từ P
s
.

Thí nghiệm ngắn mạch:
Đo được P, E
n
, I
1n
.
P
đ
= P – P
s

Từ đó tính được R
n
= R
ư
= P
đ
/3I
2
1n
.
Tính được Z ⇒ X
đb
.
VI.4. Đặc tính công suất - góc

VI.5. Các đặc tính vận hành
Giản đồ phân bố công suất – đặc tính hiệu suất:


Hiệu suất max khi tổn hao không phụ thuộc tải = tổn hao phụ thuộc tải
Đặc tính điều chỉnh: I
k
(I
ư
)
Đặc tính ngoài: U
t
(I
ư
)

Đặc tính hình V: Động cơ đồng bộ
I
ư
(I
k
) khi công suất không đổi
I
ư
(I
k
) khi hệ số công suất không đổi
cosϕ(I
k
) khi công suất không đổi
Thiếu kích từ (I
ư
trễ)
Thừa kích từ (I
ư
sớm)
Mở máy động cơ đồng bộ:

Động cơ đồng bộ không tự mở máy được:
Gắn động cơ một chiều
Momen từ trở, cuộn đệm (cuộn cản): giống một động cơ KĐB
Mở máy non tải hay không tải (do gia tốc lớn), hay
Mở máy ở điện áp thấp để dòng điện phần ứng không quá cao
Cuộn đệm không có tác dụng khi đã đồng bộ
Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương T©B
Chương 3: Máy điện đồng bộ 3

VI.6. Ghép song song máy phát điện đồng bộ

_____ Tần số không đổi

Các điều kiện cần đảm bảo trước khi đóng máy phát vào hệ thống:

– Sức điện động của máy phải bằng điện áp hệ thống.
– Tần số của máy phải bằng tần số hệ thống.
– Thứ tự pha của các sức điện động của máy phải giống với thứ tự pha của hệ
thống. Góc pha giữa các sức điện động và các điện áp hệ thống phải bằng không.
Khi các đ
iều kiện trên được thoả và điện áp hai đầu máy ngắt bằng không, ta đóng
máy ngắt để hoà đồng bộ.
Sau khi hoà đồng bộ, cần chú ý:

– Việc thay đổi dòng điện kích từ I
kt
chỉ làm thay đổi công suất phản kháng mà máy
nhận từ hệ thống, điện áp của máy phát sẽ không thay đổi và bằng điện áp chung
cho cả hệ thống.
– Để điều chỉnh công suất tác dụng cho hệ thống, phải tăng công suất của động cơ
sơ cấp, trong khi vẫn giữ tốc độ của máy không đổi.