Tài liệu Kỹ thuật điện_ Chương 17 pptx

CHƯƠNG 17:
MÁY ĐIỆN DÙNG PHỤ TRỢ
17.1. BỘ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÀ ĐỘ DỊCH PHA.
Bộ điều chỉnh cảm ứng là máy điện dị bộ làm việc với rôto hãm để điều
chỉnh điện áp lưới. Sơ đồ bộ điều chỉnh 3 pha biểu diễn ở hình 17.1a.
Cuộn sơ cấp là rôto, có thể quay được bằng tay quay, còn cuộn thứ cấp
là stato. Nguyên lý hoạt động như sau: Dòng điện 3 pha đưa vào rôto sẽ tạo ra
một từ trường quay với tốc độ n
1
=
1
60
1
f
theo một hướng nhất định, ví dụ hướng
dây rôto vuông góc với trục cuộn dây stato (hình 17.1b), từ trường quay rôto cắt
đồng thời cuộn stato và rôto làm cảm ứng sđđ E
1
và E
2
. Vì 3 cuộn dây cùng nằm
trong một tình trạng nên ta chỉ cần nghiên cứu 1 cuộn. Ở điều kiện này sđđ E
2
trùng pha với U
1
, vì vậy điện áp U
2
trên các trụ đấu dây dẫn tới lưới điện là tổng
số học của U
1
và E

2
(hình.17.1c).
U
2
=U
max
=OA
1
=U
1
+E
2
(19.1)
Trong đó: U
1
- điện áp lớn nhất. Khi nhận vị trí của rôto, ta có thể tìm
được góc lệch pha. Quay rôto đi một góc +180
0
ta nhận được điện áp lưới nhỏ
nhất.
Đây là vị trí đặc trưng thứ 2 của bộ điều chỉnh: U
2
= U
min
=OA
2
=U
1
-E
2

.
Rôto có thể nhận được một góc bất kỳ, lúc đó sđđ U
2
là tổng hình học của U
1
và
E
2
.
α
cos2
21
2
1
2
22
EUUEU
=+=
(17.2)
Nếu máy điện có rôto dây quấn như hình 17.2 thì ta có bộ điều chỉnh
2
Rô to
stato
U
1
U
2
Tải
I
2

E
2
I
1
E
1
U
2

U
1
φ
Hình 17.1 Bộ điều chỉnh điện áp và dịch pha
U
2
U
2min
U
1
U
2max
E
2
A
2
A
A
3
E
2

A
1
pha. Khi quay rôto ta điều chỉnh được góc pha sđđ của rôto và như vậy nhóm
nối các cuộn dây cũng thay đổi. Bộ điều chỉnh pha dùng chủ yếu trong thí
nghiệm.
17.2. BIẾN ÁP QUAY
Trên tàu thuỷ biến áp quay được dùng khá rộng rãi trong các hệ thống tự
động. Căn cứ mối liên hệ giữa điện áp vào và ra ta có 3 loại biến áp sau đây:
Biến áp tuyến tính, biến áp sin và biến áp sin - cos.
17.2.1. Biến áp quay tuyến tính
Biến áp gồm hai phần: Stato (tĩnh) và rôto (quay). Ở lõi thép stato (hình
17.3) đặt hai cuộn dây 1 và 3 vuông góc với nhau, còn ở rô to đặt cuộn dây 2.
Cuộn 1 là cuộn kích từ (sơ cấp) được cấp một điện áp biến đổi U tạo
dòng điện và sinh ra một từ thông biến đổi. Từ thông biến đổi cắt cuộn thứ cấp 2
3
U
1
U
1
Hình 17.2 Bô dịch pha
Hình 17.3 Biến áp quay a)Tuyến tính, b)Biến áp quay hàm sin, c)Biến áp quay cô-sin
c)
U∼
3
1
2
a)
Z
tải
E

2
=KUα
U∼
1
2
b)
Z
tải
E
2
=E
2m
sinα
α
α
φ
φ
d
φ
q
U∼
1
2
2’
Z
tải
Z
tải
E
2m

cosα E
2m
sinα
φ’
q
φ
q
φ
kt
làm xuất hiện sđđ tỷ lệ với hàm sin của góc quay α. Nếu cuộn 2 hở mạch
(Z
tải
=∞) thì giá trị sđđ E
2
=K
1
sinα, trong đó K
1
- hệ số biến áp cuộn 1 và 2).
Nếu bây giờ ta tải mạch gồm cuộn 2 và 3 bằng một tổng trở Z
tải
thì sẽ có
dòng điện chạy qua cuộn 3 tạo ra ở cuộn 3 một từ thông phụ, từ thông phụ sẽ
cảm ứng trong cuộn 2 một sđđ phụ E
2
” có chiều ngược với sđđ E
2
, vậy sđđ tổng
hợp của cuộn 2 sẽ bằng:
E

2
=E’
2
- E
2
”
(17.3)
Sđđ E
2
tạo ra dòng điện thứ cấp (chạy qua cuộn 2 và 3) nên sđđ E
2
” xác
định bằng biểu thức:
E
2
” = K
2
E
2
cosα (17.4)
K
2
- hệ số truyền áp giữa cuộn 2 và 3. Thay E
2
’ và E
2
” vào biểu thức E
2
ta
được:

E
2
=K
1
Usinα- K
2
E
2
cosα (17.5)
Vậy:
α
α
cos1
sin
2
1
2
K
K
UE
+
=
(17.6)
Nếu góc quay rôto nằm trong phạm vi ± 60
0
và hệ số biến áp K = 0,5 thì
ta có:
αα
α
α

α
KU
K
UK
E
hay
KK
=
+
=
+
=
+
2
1
2
2
1
21
1
cos1
sin
(17.7)
Nghĩa là điện áp ra tỷ lệ tuyến tính với góc quay α. Tính chất này được
dùng để biến đổi sự dịch chuyển tuyến tính (cơ khí) sang điện áp và để tạo tích
hai đại lượng. Trong trường hợp thứ nhất điện áp phải không đổi, còn E
2
tỷ lệ
với α. Ở trường hợp thứ 2 điện áp U phải thay đổi tỷ lệ với hình chiếu sđđ trên
trục y, còn góc α tỷ lệ với hình chiếu của sđđ trên trục x, kết quả: E

2
=KUyαx.
17.2.2. Biến áp quay hàm sin (hình.17.3b):
Stato đặt cuộn 1, rôto đặt cuộn 2. Cuộn 1 được cấp điện áp xoay chiều.
Khi quay rôto sđđ cảm ứng trong cuộn 2 sẽ phụ thuộc vào góc quay α theo hàm
sin.
E
2
=E
2msin
α=KUsinα (17.8)
Trong đó: E
2m
=KU – giá trị cực đại sđđ cuộn rôto, (đạt được khi α=90
0
),
K- hệ số truyền áp.
17.2.3. Biến áp quay sin – cosin (hình.17.3c):
Biến áp quay sin – cosin: ở rôto có hai cuộn dây cùng số vòng nhưng
vuông góc với nhau. Nếu các cuộn dây này không tải thì ở cuộn 2 sẽ cảm ứng
sđđ tỷ lệ với sin của góc quay rôto α, còn cuộn 2’ sẽ tỷ lệ với cosin của góc này.
(E’
2
E
2mcos
α), vì vậy cuộn 2 gọi là cuộn sin, cuộn 2” là cuộn cosin.
Ta có: E
2
= KUsinα; E
2

’ = KUcosα (17.9)
Trong đó: E
2m
=KU là giá trị cực đại khi α = 90
0
cho cuộn 2 và khi α = 0
(cho cuộn 2’).
4
Các biểu thức sin và cosin chỉ đúng khi các cuộn dây không tải. Khi các
cuộn thứ cấp có tải thì điện áp ra sẽ bị biến dạng do có phản ứng của từ trường
rôto. Phản ứng từ trường rôto trong 2 biến áp sin và cosin có thể tách làm 2
thành phần: Dọc trục φ
d
và ngang trục φ
q
(hình 17.3b). Từ thông ngược chiều từ
thông kích từ φ
kt
nên từ thông tổng φ
t
= φ
kt
- φ
d
giảm, làm sức phản điện động
trong cuộn 1 giảm, kết quả làm dòng kích từ tăng dần với giá trị φ
kt
do nó sinh
ra sẽ đạt giá trị trước khi tải. Như vậy thành phần từ thông φ
d

ở bất kỳ góc α
nào cũng khử sự thay đổi dòng cuộn 1. Trong khi đó φ
q
không làm tăng dòng ở
stato, mà nó cảm ứng trong cuộn rôto một sđđ tự cảm E
q
= φ
q
cosα = φcosα
2
.
Chính sđđ này làm biến dạng mối quan hệ sin của điện áp ra với góc α. Để khử
ảnh hưởng của φ
q
người ta đặt ở stato 1 cuộn phụ vuông góc với cuộn sơ cấp (ví
dụ cuộn 3 như hình 17.3a), cuộn này phải được nối kín mạch qua điện trở có giá
trị bằng điện trở trong của nguồn cung cấp cho biến áp. Cuộn này khử được φ
q
và khi tải điện áp ra vẫn là hàm sin của góc α. Biến áp loại này được gọi là biến
áp có cuộn sơ cấp đối xứng. Nếu biến áp sin - cosin có hai cuộn rôto như nhau
và tải bằng 2 điện trở giống nhau thì thành phần φ
q
và φ
q’
sẽ ngược nhau,
chúng triệt tiêu nhau. Ta gọi là biến áp có cuộn thứ cấp đối xứng.
17.3. SEN - SIN
Hệ thống Sen - sin được dùng để chuyển giá trị góc đi xa. Hệ thống gồm
bộ phát và bộ thu. Bộ phát và thu là hai máy điện cảm ứng có cấu tạo giống hệt
nhau: ở lõi thép stato đặt cuộn dây 1 pha và được cấp dòng điện xoay chiều, còn

rôto là cuộn dây 3 pha, 3 đầu được nối với nhau, 3 đầu còn lại đưa ra 3 vòng
trượt đặt trên trục ( có cấu tạo giống rôto động cơ dị bộ dây quấn, hình 17.4).
Cuộn dây các pha tương ứng được nối với nhau qua chổi và vành trượt.

Giả thiết khi bắt đầu nghiên cứu vị trí rôto bộ phát và thu như hình 17.4,
khi có dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây stato bộ phát và thu, tạo ra từ
5
U
1
Thu
Phát
α
α
1
1
2
2
3
3
Hình 17.4 Sơ đồ sen-sin
trường biến đổi sẽ cảm ứng trong các pha tương ứng của rôto bộ phát và thu
những sđđ như nhau. Giữa các pha của rôto không có dòng điện chạy, trong bộ
phận phát và thu không có gì xảy ra.
Nếu bây giờ ta quay rôto của bộ phát đi 1 góc α và giữ lại vị trí đó thì
sđđ cảm ứng trong các pha 1, 2, 3 của bộ phát khác với sđđ trong các cuộn 1, 2,
3 bộ phận thu, cụ thể như sau:
Ở bộ phát:
E
1
=E

m
cosα,
E
2
=E
m
cos(α-120
0
);
E
3
=E
m
cos(α+120
0
). (17.9)
Còn ở bộ thu sđđ các pha có giá trị như sau:
E
1
= E
m
cos(0
o
);
E
2
=E
m
cos(0-120
0

); (17.9a)
E
3
=E
m
cos(0+120
0
).
Bây giờ sđđ các pha tương ứng của bộ thu và phát không bằng nhau nữa,
sẽ có 3 dòng điện chạy từ các pha của bộ thu tới bộ phát làm sinh ra mômen.
Mômen này có chiều làm giảm góc α. Nhưng vì rôto phát đã bị gắn chặt tại góc
α nên sẽ tạo ra phản lực quay rôto thu theo chiều quay rôto phát. Khi rôto quay
được một góc α thì sđđ trong các pha 1, 2, 3 ở bộ thu sẽ có giá trị như (17.9).
Dòng chạy trong các pha rôto bằng 0, mômen quay bằng 0, rôto nằm ở vị trí mới
lệch với vị trí đầu một góc α (như ở phát).
Bằng hệ thống này ta đã chuyển được góc α đi xa.
Hệ thống nghiên cứu có nhiều ưu điểm: Hệ thống tự đồng bộ, quay rất
láng, tốc độ truyền góc nhanh, có thể nhận được nhiều điểm thông báo ở những
vị trí khác nhau, không cần dùng bánh răng, độ chính xác cao.
17.4. HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐỒNG BỘ DÙNG SENSIN KHÔNG CÓ
VÀNH TRƯỢT
Hệ thống sensin dùng máy điện cảm ứng có tính đổi ngược nghĩa là rôto
có thể trở thành stato và stato có thể trở thành rôto. Điều đó nói lên là ta có thể
tạo một sensin rôto 1 cuộn dây, còn stato có 3 cuộn dây.
Hệ thống truyền góc bằng sensin không có vành trượt theo nguyên lý
hoạt động giống như hệ thống với sensin có một cuộn dây ở rôto (hình 17.5).
Cuộn dây sơ cấp và thứ cấp đặt ở stato, cuộn sơ cấp được cấp điện áp
xoay chiều một pha, 3 pha cuộn sơ cấp được nối tương ứng giữa các pha bộ phát
và bộ thu. Khi quay bộ phát rôto đi một góc , ví dụ α = 30
0

, từ trường biến đổi
tạo ra do cuộn kích từ cũng quay đi 30
0
vì các từ thông có xu hướng khép kín
qua đường có độ dẫn từ nhỏ nhất, nghĩa là qua tập lá thép điện kỹ thuật. Rôto
phát đã gây nên sự mất cân bằng của sđđ các pha làm chạy trong cuộn dây thứ
cấp những dòng điện, kết quả tạo mômen làm rôto phần thu cũng quay đi một
góc α như rôto phát, dẫn đến từ trường biến đổi của bộ phận thu cũng sẽ quay 1
6