Tiểu luận năng lượng tái tạo tìm hiểu các máy phát điện trong điện gió

TIỂU LUẬN: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠOTÌM HIỂU CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG ĐIỆN GIÓCHƯƠNG I: MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG ĐIỆN GIÓ Cơ năng của tuabin gió được chuyển đổi thành năng lượng điện bằng máy phát điện xoay chiều (AC) hoặc máy phát điện một chiều (DC). Máy phát điện xoay chiều có thể là máy đồng bộ hoặc máy cảm ứng, loại sau được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành điện gió.Máy điện hoạt động dựa trên nguyên lý tác dụng và phản ứng của cảm ứng điện từ. Việc chuyển đổi năng lượng cơ điện kết quả là có thể đảo ngượcCùng một loại máy có thể được sử dụng như một động cơ để biến đổi điện năng thành cơ năng hoặc như một máy phát điện để biến đổi cơ năng thành điện năng.Thông thường, có một bộ phận cố định bên ngoài (stato) và một bộ phận quay bên trong (rôto). Rôto được gắn trên các ổ trục cố định với stato. Cả stato và rôto đều mang lõi sắt hình trụ, được ngăn cách bởi một khe hở không khí. Các lõi được làm bằng sắt từ tính có độ thẩm thấu cao và có các dây dẫn được nhúng trong các khe phân bố trên bề mặt lõi. Ngoài ra, các dây dẫn được quấn ở dạng cuộn dây xung quanh các cực từ nổi bật.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

TIỂU LUẬN: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TÌM HIỂU CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ

Ngành: Kỹ thuật Điện – Điện tử

Lớp: 19DDCA2

Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG ĐIỆN GIÓ 2

CHƯƠNG II: MÁY PHÁT ĐIỆN DC TRONG ĐIỆN GIÓ 3

2.1 Máy phát điện DC 3

2.1.1.Cấu tạo máy phát điện một chiều: 3

2.1.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều 4

2.1.3 Phân loại máy phát điện một chiều 5

2.2 Máy phát điện DC nam châm vĩnh cửu 5

CHƯƠNG III: MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ TRONG ĐIỆN GIÓ 7

3.1 Máy phát điện đồng bộ 7

3.1.1 Cấu tạo của máy phát điện đồng bộ 7

3.1.2 Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện động b ộ 3 pha 8

3.1.3 Nguyên lý hoạt động 8

3.2 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu 9

3.2.1 Ưu điểm 9

3.2.2 Nhược điểm 10

3.3 Máy phát điện đồng bộ dẫn động trực tiếp 10

3.3.1 Ưu điểm 10

3.3.2 Nhược điểm 10

3.4 Lưới điện 10

CHƯƠNG IV: MÁY PHÁT ĐIỆN CẢM ỨNG 12

4.1 Giới thiệu về máy phát điện cảm ứng : 12

4.3 Nguyên lí hoạt động: 14

4.4.Tốc độ rotor và độ trượt: 15

4.5 Mạch tương đương: 17

4.6 Hiệu suất và làm mát 19

4.9 Sự tự kích của máy phát cảm ứng: 21

CHƯƠNG V: MÁY PHÁT ĐIỆN CẢM ỨNG NẠP KÉP (DFIG) 24

5.1 Giới thiệu cảm ứng kích từ kép (DFIG) 24

5.3 Nguyên lý hoạt động của DFIG 27

CHƯƠNG VI: MÁY PHÁT ĐIỆN TRỰC TIẾP 30

6.1.Giới thiệu Tuabin gió truyền động trực tiếp 30

6.2 Tổng quan và cấu tạo tuabin gió truyền động trực tiếp 30

6.2.1 Tuabin gió truyền động trực tiếp nam châm vĩnh cửa bên trong 37

6.3 Các ưu nhược điểm của công nghệ truyền động trực tiếp 42

CHƯƠNG I: MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG ĐIỆN GIÓ

Cơ năng của tuabin gió được chuyển đổi thành năng lượng điện bằng máy phát điệnxoay chiều (AC) hoặc máy phát điện một chiều (DC) Máy phát điện xoay chiều có thể

là máy đồng bộ hoặc máy cảm ứng, loại sau được sử dụng rộng rãi nhất trong ngànhđiện gió

Máy điện hoạt động dựa trên nguyên lý tác dụng và phản ứng của cảm ứng điện từ.Việc chuyển đổi năng lượng cơ điện kết quả là có thể đảo ngược

Cùng một loại máy có thể được sử dụng như một động cơ để biến đổi điện năng thành

cơ năng hoặc như một máy phát điện để biến đổi cơ năng thành điện năng.Thông thường, có một bộ phận cố định bên ngoài (stato) và một bộ phận quay bêntrong (rôto) Rôto được gắn trên các ổ trục cố định với stato Cả stato và rôto đều manglõi sắt hình trụ, được ngăn cách bởi một khe hở không khí Các lõi được làm bằng sắt

từ tính có độ thẩm thấu cao và có các dây dẫn được nhúng trong các khe phân bố trên

bề mặt lõi Ngoài ra, các dây dẫn được quấn ở dạng cuộn dây xung quanh các cực từnổi bật

Các loại máy khác nhau về cơ bản khác nhau ở sự phân bố các dây dẫn tạo thành cuộndây, và ở các thành phần của chúng: liệu chúng có lõi có rãnh liên tục hay các cực nhô

ra hay không Hoạt động điện của bất kỳ máy cụ thể nào phụ thuộc vào bản chất củađiện áp đặt vào cuộn dây của nó Khe hở không khí hình khuyên hẹp giữa stato và rôto

là vùng quan trọng trong hoạt động của máy và lý thuyết về hiệu suất chủ yếu liênquan đến các điều kiện trong hoặc gần khe hở không khí

CHƯƠNG II: MÁY PHÁT ĐIỆN DC TRONG ĐIỆN GIÓ

2.1 Máy phát điện DC

Máy phát điện một chiều là một máy điện chuyển đổi cơ năng thành dòng điện mộtchiều  Việc chuyển đổi năng lượng này dựa trên nguyên tắc sản xuất emf cảm ứng

động. Bài viết này trình bày cấu tạo cơ bản và hoạt động của máy phát điện một chiều .

2.1.1.Cấu tạo máy phát điện một chiều:

Hình trên mô tả cấu tạo chi tiết của một máy điện một chiều 4 cực đơn giản  Một

máy DC bao gồm hai phần cơ bản; stato và rôto. Các bộ phận cấu tạo cơ bản của máyđiện một chiều được mô tả dưới đây

1 Yoke: Khung bên ngoài của máy dc được gọi là ách

2 Cột và giày cột: Cột được nối với ách bằng bu lông hoặc hàn

3 Cuộn dây trường: Chúng thường được làm bằng đồng. Các cuộn dây trường

trước đây được quấn và đặt trên mỗi cực và được mắc nối tiếp. Chúng được quấntheo cách mà khi được cung cấp năng lượng, chúng tạo thành các cực Bắc vàNam xen kẽ

4 Lõi phần ứng: Lõi phần ứng là rôto của máy điện một chiều

5 Dây quấn  phần ứng : Thường là cuộn dây đồng quấn trước đây nằm trong rãnh

phần ứng. 

6 Cổ góp và chổi than: Kết nối vật lý với cuộn dây phần ứng được thực hiện

thông qua bố trí cổ góp-chổi than. Chức năng của cổ góp, trong máy phát điện

một chiều, là thu thập dòng điện được tạo ra trong dây dẫn phần ứng. 

2.1.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều

Máy phát điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ của định luậtFaraday Theo định luật Faraday, bất cứ khi nào một dây dẫn được đặt trong từ trườngdao động (hoặc khi một dây dẫn được di chuyển trong từ trường) thì một EMF đượctạo ra trong dây dẫn. 

Nếu dây dẫn được dẫn hướng bằng một đường dẫn kín, dòng điện sẽ được cảm ứng.Chiều của dòng điện cảm ứng (theo quy tắc bàn tay phải của Fleming) thay đổi khichiều chuyển động của dây dẫn thay đổi

- Ví dụ, xem xét trường hợp, một phần ứng quay theo chiều kim đồng hồ và dây dẫn ởbên trái chuyển động theo hướng đi lên Khi phần ứng hoàn thành một nửa vòng quaycủa nó, hướng chuyển động của dây dẫn sẽ bị đảo ngược xuống dưới Chiều của dòngđiện sẽ xoay chiều Khi các kết nối của dây dẫn phần ứng bị đảo ngược, một sự đảongược hiện tại sẽ diễn ra Do đó, chúng tôi nhận được dòng điện một chiều tại các thiết

A = Số đường dẫn song song trong phần ứng

N = Tốc độ quay của cuộn dây phần ứng (vòng/phút)

ϕϕ= Từ thông sinh ra bởi mỗi cực

2.1.3 Phân loại máy phát điện một chiều

Máy phát điện một chiều quấn song song, trong đó cuộn kích từ chính được

bằng cách thay thế cuộn kích từ bằng nam châm vĩnh cửu, tạo ra Máy phát DC nam châm vĩnh cửu hay Máy phát PMDC .

2.2 Máy phát điện DC nam châm vĩnh cửu

Máy điện một chiều nam châm vĩnh cửu (DC) có thể được sử dụng làm động cơ thôngthường hoặc máy phát điện tuabin gió DC vì về mặt cấu tạo không có sự khác biệt cơbản giữa hai loại này. Trên thực tế, cùng một máy PMDC có thể được điều khiển bằngđiện như một động cơ để di chuyển tải cơ học, hoặc nó có thể được điều khiển bằng cơhọc như một máy phát điện đơn giản để tạo ra điện áp đầu ra. Sau đó, điều này làm cho

máy phát điện một chiều nam châm vĩnh cửu (máy phát điện PMDC) trở nên lý tưởng

để sử dụng như một máy phát điện tua-bin gió đơn giản

Các máy DC này bao gồm một stato có nam châm vĩnh cửu đất hiếm như Neodymiumhoặc Samarium Cobalt để tạo ra từ thông trường stato rất mạnh thay vì cuộn dây quấn

và một cổ góp được nối qua chổi than với phần ứng dây quấn như trước đây

Khi được sử dụng làm máy phát điện DC nam châm vĩnh cửu, động cơ PMDC thườngphải được điều khiển nhanh hơn rất nhiều so với tốc độ động cơ định mức của chúng

để tạo ra bất cứ thứ gì gần với điện áp động cơ định mức của chúng, vì vậy máy DCđiện áp cao, vòng tua máy thấp tạo ra máy phát điện DC tốt hơn

*Ưu điểm:

Ưu điểm chính so với các loại máy phát điện một chiều khác là máy phát điện mộtchiều nam châm vĩnh cửu phản ứng rất nhanh với những thay đổi về tốc độ gió vìtrường stato mạnh của chúng luôn ở đó và không đổi

Máy phát điện một chiều nam châm vĩnh cửu thường nhẹ hơn so với máy stato dâyquấn đối với định mức công suất nhất định và có hiệu suất tốt hơn vì không có cuộndây kích từ và tổn hao cuộn kích từ

*Lưu ý

Ngoài ra, do stato được trang bị hệ thống cực nam châm vĩnh cửu nên nó có khả năngchống lại tác động của bụi bẩn có thể xâm nhập. Tuy nhiên, nếu không được đóng kínhoàn toàn, nam châm vĩnh cửu sẽ hút bụi sắt từ và mạt kim loại (còn gọi là mạt sắthoặc mạt kim loại) có thể gây hư hỏng bên trong

CHƯƠNG III: MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ TRONG ĐIỆN GIÓ

3.1 Máy phát điện đồng bộ

Máy phát điện đồng bộ hay còn được gọi là máy phát điện xoay chiều Đây là máyđiện biến đổi cơ năng từ động cơ một chiều thành công suất điện xoay chiều ở mộtđiện áp và tần số xác định Động cơ máy phát đồng bộ luôn chạy với tốc độ không đổi,được gọi là tốc độ đồng bộ. 

3.1.1 Cấu tạo của máy phát điện đồng bộ

Máy phát điện đồng bộ xoay chiều 3 pha gồm hai thành phần chính :

+Rotor (Phần Cảm)

Stato là phần đứng yên của máy phát xoay chiều Nó mang cuộn dây phần ứng, trong

đó điện áp được tạo ra Đầu ra của máy phát điện có dạng stator. 

Stato của máy phát điện đồng bộ bao gồm một số bộ phận như khung, lõi stato, cuộndây stato hoặc phần ứng và cách bố trí làm mát Cụ thể: 

 Khung stato có thể làm bằng gang đối với máy cỡ nhỏ và bằng thép hàn đối vớimáy cỡ lớn

 Lõi stator được lắp ráp bằng các lớp thép có hàm lượng silicon cao cấp Các lớpthép silicon này làm giảm độ trễ và tổn thất dòng điện xoáy trong lõi stato

 Các rãnh được cắt ở ngoại vi bên trong của lõi stato Người ta đặt dây quấnphần ứng 3 pha vào các khe này

 Cuộn dây phần ứng của máy phát điện được nối hình sao Cuộn dây của mỗipha được phân bố trên một số khe Khi dòng điện chạy qua cuộn dây phần ứngphân bố, nó tạo ra phân bố không gian hình sin thiết yếu của EMF (suất điệnđộng)

Nhiệm vụ: tạo từ trường kích thích DC

+Stator (Phần Ứng)

Roto là bộ phận quay của máy phát điện xoay chiều Roto tạo ra từ trường chính Rotocủa máy phát điện đồng bộ mang cuộn dây kích từ được cung cấp dòng điện một chiều

nói chung là một máy phát shunt (từ trở mắc song song) DC nhỏ được gắn trên trụccủa máy phát điện.

Đối với máy phát điện đồng bộ, có hai loại cấu tạo roto được sử dụng là loại roto cựcnổi và loại roto hình trụ

Nhiệm vụ: tạo thành nguồn áp 3 pha khi động cơ sơ cấp quay tròn đều phần cảm

trong phần ứng

3.1.2 Sơ đồ nguyên lý của máy phát điện động b ộ 3 pha

Hình 3.1 sơ đồ nguyên lý 3.1.3 Nguyên lý hoạt động

Đưa nguồn một chiều (dòng Ikt không đổi ) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trườngrôto bằng động cơ sơ cấp, từ trường của rôto sẽ cắt dây quấn phần ứng stator và cảmứng sức điện động xoay chiều hình sin có trị hiệu dụng là:

Với n đo bằng vòng/phút

Dây quấn ba pha stator có trục lệch nhau trong không gian một góc 1200 , cho nên sứcđiện động các pha lệch nhau một góc 1200 Khi dây quấn stator nối với tải, trong các dây quấn sẽ có dòng điện ba pha giống như ở máy điện không đồng bộ, dòng điện ba pha trong ba dây quấn sẽ tạo nên ba từ trường quay với tốc độ là: n1=60f p đúng bằng tốc độ n của rôto, do đó loại máy điện này gọi là máy điện đồng bộ

*Chú thích:

Máy phát điện đồng bộ sản xuất hầu hết năng lượng điện tiêu thụ trên thế giới Vì lý

do này, máy đồng bộ là một máy đã được thiết lập Máy hoạt động ở tốc độ không đổiliên quan đến tần số cung cấp cố định Do đó, nó không phù hợp để vận hành với tốc

độ thay đổi trong các nhà máy điện gió mà không có bộ chuyển đổi tần số điện tử côngsuất Hơn nữa, máy đồng bộ thông thường yêu cầu dòng điện một chiều để kích thíchtrường rôto, theo truyền thống đã sử dụng chổi than trượt trên các vòng trượt trêntrục rôto Điều này giới thiệu một số không đáng tin cậy trong việc sử dụng nó Cácmáy đồng bộ hiện đại được chế tạo không chổi than bằng cách tạo ra dòng điện một chiều cần thiết trên chính rôto Độ tin cậy được cải thiện rất nhiều trong khi giảm chi phí

3.2 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Hình 3.1: Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu 3.2.1 Ưu điểm

Máy phát điện loại này có một hiệu quả và năng suất tốt, các máy phát điện có chi phí

đầu tư rẻ, phát điện không có chổi than, được sử dụng cả hai trong 50 hz và 60 hz lưới,

khả năng lỗi lưới là ít phức tạp hơn, độ tin cậy cao hơn do sự vắng mặt của các thànhphần cơ khí như các vòng trượt.

3.2.2 Nhược điểm

Bộ chuyển đổi lớn hơn, thiệt hại trong chuyển đổi cao hơn bởi vì tất cả công suất được

xử lý bằng cách chuyển đổi, chi phí của nam châm vĩnh cửu cao, khó khăn để xử lýtrong sản xuất, khử từ của nam châm vĩnh cửu ở nhiệt độ cao

3.3 Máy phát điện đồng bộ dẫn động trực tiếp

Hình 3.2 Máy phát điện đồng bộ dẫn động trực tiếp 3.3.1 Ưu điểm

Dẫn động trực tiếp, bộ truyền động đơn giản bởi bỏ qua hộp số, hiệu quả và độ tin cậycao, bộ dẫn động có độ ồn thấp

Lưới điện siêu nhỏ có thể kết hợp nhiều nguồn năng lượng truyền thống và tái tạo khácnhau, chẳng hạn như bộ máy phát điện diesel hoặc khí đốt tự nhiên, tua-bin gió, tấm pin mặt trời, pin nhiên liệu và bộ lưu trữ năng lượng. Làm việc với một nhà cung cấp

hệ thống điện có uy tín, người hiểu đầy đủ về không gian thiết kế hệ thống điện (Hình 3.3) có thể đảm bảo một giải pháp được thiết kế tốt sẽ đạt được các mục tiêu của dự án

Hình 3.3 Cummins gần đây đã tổ chức lễ khai trương phòng thí nghiệm lưới điện siêu

nhỏ mới có tên là Trung tâm Tích hợp Điện (PIC) tại cơ sở Hệ thống Điện của hãng ở Fridley, Minnesota. PIC là một cơ sở hiện đại cho phép cấu hình, tích hợp và thử nghiệm các công nghệ hệ thống điện bao gồm bộ máy phát điện diesel và khí tự nhiên, tấm pin mặt trời quang điện (PV), hệ thống lưu trữ pin, pin nhiên liệu, công tắc chuyển đổi , thiết bị đóng cắt và điều khiển cấp hệ thống. Được phép: Cummins Inc.

Máy Đồng Bộ (Bộ Máy Phát Điện). Trong khi các tấm PV và pin là các thiết bị

nguồn DC, hầu hết các thiết bị điện đều sử dụng nguồn AC. Về bản chất, một bộ máy phát điện tạo ra nguồn điện xoay chiều và có thể được sử dụng trực tiếp để cấp nguồn cho tải xoay chiều theo yêu cầu và có thể được đấu song song với các nguồn điện xoaychiều khác, chẳng hạn như lưới điện

Việc kết hợp máy đồng bộ vào ứng dụng lưới điện siêu nhỏ mang lại nhiều lợi ích, vìchúng là nguồn năng lượng đáng tin cậy, có thể gửi đi, nếu có sẵn nhiên liệu, luôn cóthể được sử dụng để đáp ứng nhu cầu phụ tải điện (Hình 2). Máy phát điện, với mật độcông suất cao, có thể khởi động nhanh chóng, chấp nhận khối tải lớn và cung cấp thamchiếu cho các thành phần theo sau lưới điện, chẳng hạn như PV hoặc bộ biến tầnpin. Với các điều khiển thông minh trong các tổ máy phát điện hiện đại, việc đồng bộhóa tự động và chia tải có thể được thực hiện ở cấp độ thiết bị

CHƯƠNG IV: MÁY PHÁT ĐIỆN CẢM ỨNG

4.1 Giới thiệu về máy phát điện cảm ứng :

- Máy phát điện cảm ứng do Nikola Tesla phát minh và được tài trợ bởi George

Westinghouse vào cuối những năm 1880

-Máy phát điện cảm ứng, còn được gọi là máy phát điện không đồng bộ, là một loại máy phát điện xoay chiều sử dụng các nguyên tắc của động cơ cảm ứng để tạo ra năng lượng điện

- Máy phát điện cảm ứng có hai loại là roto lồng sóc và roto dây quấn.Trên thực tế, máy phát điện cảm ứng dựa trên loại máy có động cơ cảm ứng lồng sóc được sử dụng rất phổ biến vì chúng rẻ, đáng tin cậy và sẵn có ở nhiều kích cỡ điện từ máy công suất

mã lực nhỏ đến công suất nhiều megawatt khiến chúng trở nên lý tưởng để sử dụng

4.2 Cấu tạo

Stato: Stator gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy vànắp máy Lõi thép stator có dạng hình trụ, từ các lá thép kỹ thuật điện, có dập rãnh bên trong, ghép lại tạo thành các rãnh theo hướng trục Lõi thép được ép vào trong vỏ máy

Roto:Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.Lõi thép rotor gồm các

lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên trong của lõi thép stator ghép lại, mặt ngoài dập rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để lắp trục

Dây quấn rotor của máy điện không đồng bộ có hai kiểu : rotor ngắn mạch còn gọi là rotor lồng sóc và rotor dây quấn

Roto lồng sóc: gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu Với đồng cơ nhỏ, dây quấn rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát Các động

cơ công suất trên 100kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vào vành ngắn mạch

Rotor dây quấn: được quấn dây giống như dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ như dây quấn stator Dây quấn kiểu nầy luôn luôn đấu sao (Y) và có ba đầu ra đấu vào

ba vành trượt, gắn vào trục quay của rotor và cách điện với trục

4.3 Nguyên lí hoạt động:

-Một nguồn điện xoay chiều được kết nối với các cực của stato của một máy phát điệncảm ứng → trong khe hở không khí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1 /p.Tốc độ tương đối giữa trường quay và rôto tạo ra điện áp trong vòng kín của dây dẫnrôto liên kết với từ thông stato φ Độ lớn của điện áp cảm ứng được đưa ra bởi địnhluật cảm ứng điện từ của

Faraday:

e= dϕ dt

Do rôto kín mạch nên trong dây quấn có dòng điện I2 Từ thông do dòng điện I2 hợpvới từ thông của stato tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn rôtotác dụng với từ thông khe hở sinh ra mômen Độ lớn của mômen quay này được chobởi công thức sau:

T KI = kΦI2 cosφ2

Trong đó:

k = hằng số tỷ lệ

Φ = độ lớn của sóng từ thông stato

I2= cường độ dòng điện cảm ứng trong các vòng rôto

Φ2 = góc pha mà dòng điện rôto trễ pha so với điện áp rôto

Bây giờ, nếu rôto nằm trên các ổ trục không ma sát trong chân không không có tảitrọng cơ học đi kèm, thì nó sẽ hoàn toàn quay tự do với lực cản bằng không Trongđiều kiện này, rôto sẽ cùng tốc độ với từ trường stato, cụ thể là tốc độ đồng bộ Ở tốc

độ này, dòng điện cảm ứng trong rôto bằng không, không tạo ra mô-men xoắn vàkhông cần thiết Trong những điều kiện này, rôto tìm thấy trạng thái cân bằng và sẽtiếp tục chạy ở tốc độ đồng bộ

Nếu bây giờ rôto được gắn vào một tải cơ học như quạt, nó sẽ chạy chậm lại Từ thôngstato, luôn quay với tốc độ đồng bộ không đổi, sẽ có tốc độ tương đối đối với rôto Kếtquả là, điện áp, dòng điện và mô-men xoắn cảm ứng điện từ được tạo ra trong rôto.Mô-men xoắn được tạo ra phải bằng mô-men xoắn cần thiết để truyền tải ở tốc độ này.Máy hoạt động như một động cơ trong điều kiện này

Nếu chúng ta gắn rôto vào một tuabin gió và cho nó chạy nhanh hơn tốc độ đồng bộcủa nó thông qua một bánh răng tăng áp, thì dòng điện cảm ứng và mô-men xoắn trongrôto sẽ đảo ngược hướng Máy lúc này đóng vai trò là máy phát điện, biến đổi cơ năngcủa tuabin thành điện năng, cung cấp cho phụ tải nối với các cực của stato Nếu máyđược kết nối với lưới điện, nó sẽ cung cấp năng lượng cho lưới điện Do đó, máy cảm

ứng chỉ có thể hoạt động như một máy phát điện ở tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ Vì

lý do này, hoạt động của máy phát điện thường được gọi là hoạt động siêu đồng bộ củamáy điện cảm ứng

Máy điện cảm ứng không cần kết nối điện giữa stato và rôto Hoạt động của nó hoàntoàn dựa trên cảm ứng điện từ; do đó, tên Việc không có tiếp xúc điện cọ xát và cấutạo đơn giản làm cho máy phát điện cảm ứng trở thành một loại máy rất mạnh mẽ,đáng tin cậy và giá thành thấp Vì lý do này, nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứngdụng công nghiệp

4.4.Tốc độ rotor và độ trượt:

Độ trượt s là t độ chênh lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ quay của rotor

s= n1−n2 n1Gọi

n1 : vận tốc của từ trường quay ( hay tốc độ đồng bộ)

n2 : vận tốc của rotor

s : độ trượt của động cơ

Khi rotor quay với tốc độ quay là n2 trong khi từ trường quay có tốc độ là n1 > n2 , tốc

độ quay tương đối giữa từ trường quay và rotor là sn1 = (n1 – n2 ) Vì tần số dòng điệnphía rotor tỉ lệ thuận với tốc độ quét của từ trường quay lên thanh dẫn rotor ,ta có nhậnxét như sau;

Tóm lại: f2=s.f1

- Ở chế độ động cơ thì độ trượt âm và chế độ máy phát điện thì độ trượt dương

- Hệ số trượt s thường thay đổi từ 1 đến 10 phần trăm tùy thuộc vào kích cỡ và loạiđộng cơ

-Độ trượt cao hơn dẫn đến tổn thất điện năng lớn hơn, phải được tiêu tán hiệu quả khỏirôto để giữ nhiệt độ vận hành trong giới hạn cho phép

- Máy phát cảm ứng với tần số 60 Hz phải chạy ở tốc độ cao hơn 3600 vòng/phút trongthiết kế 2 cực, 1800 vòng/phút trong thiết kế 4 cực và 1200 vòng/phút trong thiết kế 6 cực Mặt khác, tốc độ tua-bin gió thay đổi từ vài trăm vòng/phút đối với máy công suất

kW đến vài chục vòng/phút đối với máy công suất MW Do đó, tuabin gió phải giao tiếp với máy phát thông qua một bánh răng cơ học Vì đây là một số yếu tố làm giảm hiệu quả và độ tin cậy, nhiều nhà máy nhỏ độc lập hoạt động với các máy phát điện được thiết kế riêng hoạt động ở tốc độ thấp hơn mà không có bất kỳ thiết bị cơ khí nào

4.5 Mạch tương đương:

Mạch điện tương đương của stato và rôto qua khe hở không khí

Mạch điện tương đương của máy điện cảm ứng quy về stato

Nguyên lí hoạt động của máy điện cảm ứng được biểu diễn bằng mạch tương đương trên

Phía bên trái mạch là stato và bên phải là roto

Trong đó:

- Dòng điện stato và rôto lần lượt được biểu diễn bằng I1 và I2

- Điện trở của dây dẫn stato và rôto lần lượt được biểu thị bằng R1 và R2

- Nhánh mạch thẳng đứng tại điểm nối mang dòng điện từ hóa (còn được gọi là kích thích hoặc không tải) Io

- Các tham số từ hóa Xm và Rm biểu thị tổn hao trong mạch từ của máy

- Hầu hết các từ thông liên kết cả cuộn dây stato và rôto Từ thông không liên kết cả hai cuộn dây được gọi là từ thông rò rỉ và được biểu thị bằng điện kháng rò rỉ tính bằng ôm trên mỗi pha Một nửa tổng điện kháng rò được quy cho mỗi bên, cụ thể là điện kháng rò stato X1 và điện kháng rò rôto X2

Từ sơ đồ thay thế có thể tính dòng điện stato, dòng điện rotor, moment, công suất cơ

và những tham số khác

Từ mạch , ra có: sE2=(R2+jsX2).I2

Chia hai vé cho s ta được:

=> E2=(R2/s + jX2)I2

Ví dụ, trong máy có R1 và R2 mỗi thứ 2%, ta viết R1 = R2 = 0,02 pu Khi đó, hiệu quảchỉ đơn giản là 1-2(0,02+0,02) = 0,92 pu hay 92% Trong số năng lượng đầu vào củamáy này, 8% bị mất trong quá trình chuyển đổi cơ điện.

Tổn thất xảy ra trong máy được giảm thiểu bằng cách làm mát đầy đủ Máy nhỏthường được làm mát bằng không khí Máy phát điện lớn nằm bên trong vỏ bọc có thểkhó làm mát bằng không khí Làm mát bằng nước, hiệu quả hơn nhiều so với làm mátbằng không khí trong những tình huống như vậy, có thể có lợi theo ba cách:

• Làm mát bằng nước giúp giảm trọng lượng máy phát điện trên vỏ bọc, do đó manglại lợi ích cho thiết kế kết cấu của tháp

• Nó hấp thụ và do đó làm giảm tiếng ồn và độ rung

• Nó loại bỏ việc hở vỏ bọc bằng cách gắn bộ trao đổi nhiệt bên ngoài, làm cho vỏ bọcchịu được thời tiết tốt hơn

Nhìn chung, nó làm giảm yêu cầu bảo trì, một lợi ích đáng kể đối với các máy móclớn thường đặt trên các tòa tháp cao trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt

4.7 Đặc điểm tốc đọ mô men xoay: