CHƯƠNG 28 - MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ĐẶC BIỆT pdf

Máy phát điện đồng bộ một pha Về cấu tạo, máy phát điện đồng bộ một pha khác với máy phát điện đồng bộ ba pha ở chỗ trên phần ứng của nó chỉ có đặt dây quấn một pha.. Từ trường quay ngư

Chương 28

Máy điện đồng bộ đặc biệt 28-1 Máy phát điện đồng bộ một pha

Về cấu tạo, máy phát điện đồng bộ một pha khác với máy phát điện đồng bộ ba pha

ở chỗ trên phần ứng của nó chỉ có đặt dây quấn một pha Dòng điện xoay chiều chạy trong dây quấn đó sẽ sinh ra từ trường đập mạch với tần số của dòng điện Từ trường

đập mạch này có thể xem như tổng hợp của hai từ trường quay thuận và ngược Từ trường quay thuận có tốc độ quay đồng bộ với từ trường của cực từ và quan hệ điện từ giữa hai từ trường đó hoàn toàn giống như ở máy điện đồng bộ ba pha Từ trường quay ngược có tốc độ 2nđb so với từ trường của cực từ (hoặc so với rôto) và sẽ cảm ứng trong các dây quấn đặt ở rôto các dòng điện có tần số 2f Các dòng điện này sẽ sinh ra từ trường làm yếu từ trường quay ngược sinh ra chúng Nếu trên rôto có đặt dây quấn cản, thì từ trường quay ngược sẽ rất nhỏ vì bị giảm nhiều Trong trường hợp chỉ có dây quấn kích thích thì từ trường quay ngược chỉ bị giảm ở hướng dọc trục và vẫn mạnh ở hướng ngang trục Sự có mặt của từ trường ngược trong máy phát điện đồng bộ một pha làm cho tổn hao ở rôto tăng thêm, đồng thời cũng sinh ra dòng điện tần số 3f trong dây quấn phần ứng Vì vậy trong máy điện đồng bộ một pha luôn luôn có đặt dây quấn cản

để giảm nhỏ từ trường ngược

Đồ thị véctơ của máy điện đồng bộ một pha tương tự như của máy điện đồng bộ ba pha Tuy nhiên điện áp rơi trong máy điện đồng bộ một pha lớn hơn ở máy ba pha vì

điện kháng tản từ xσư của nó lớn hơn do ảnh hưởng của từ trường ngược

28-2 Máy biến đổi một phần ứng

Máy biến đổi một phần ứng là một loại máy điện quay dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều hoặc ngược lại - dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều Sự biến đổi đó được thực hiện trên cơ sở cấu tạo của máy điện một chiều Vì s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn phần ứng của máy điện một chiều là s.đ.đ xoay chiều và có thể biểu thị bằng hình đa giác s.đ.đ nên ở m điểm cách đều nhau trên

dây quấn đó, s.đ.đ sẽ lệch pha nhau góc 2π/m Nối m điểm đó với m vành trượt đặt

trên trục phía không có vành góp thì từ các chổi điện tiếp xúc với các vành trượt đó ta

sẽ được s.đ.đ m pha

Nếu máy được dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều thì đối với nguồn xoay chiều, máy làm việc như một động cơ điện đồng bộ và đối với lưới điện một chiều máy làm việc như máy phát điện một chiều

Trước kia máy biến đổi một phần ứng như vậy thường dùng để cung cấp dòng điện một chiều cho xe điện và các tuyến đường sắt dùng đầu máy điện

Nếu máy dùng để biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều thì đối với lưới điện một chiều máy làm việc như một động cơ điện một chiều và đối với lưới

điện xoay chiều máy làm việc như máy phát điện đồng bộ

0 +

−

Um U=

2 π /m

Hình 28-1 Các điện áp của dây quấn phần ứng của máy biến đổi một phần ứng

Cũng cần chú ý rằng nếu dùng một động cơ sơ cấp kéo máy biến đổi một phần ứng, dùng dòng điện một chiều do máy phát ra để cung cấp cho dây quấn kích thích và từ vành trượt lấy ra điện áp xoay chiều thì ta được máy phát điện đồng bộ tự kích thích biến đổi cơ năng lấy từ động cơ sơ cấp thành điện năng xoay chiều

Vì điện áp xoay chiều U~ và một chiều U= đều được thực hiện trên cùng một dây quấn nên giữa chúng có một tỷ lệ nhất định Để xác định tỷ lệ đó có thể dựa vào đồ thị trên hình 28-1 (với m = 6), và ta có:

m

U

sin 2

2

hay là:

m

U

sin 2

~ = Thí dụ với m = 3 thì U~ = 0,612U=

Từ phân tích trên ta thấy rằng, ở máy biến đổi một phần ứng, nếu điện áp xoay chiều U~ là tiêu chuẩn thì điện áp một chiều U= là không tiêu chuẩn và ngược lại Vì máy biến đổi một phần ứng đồng thời

làm việc ở hai chế độ máy phát điện và động cơ

điện, nên dòng điện trong dây quấn phần ứng là

hiệu số của dòng điện xoay chiều và dòng điện

một chiều, do đó tổn hao trong dây quấn phần

ứng nhỏ hơn tổn hao trong phần ứng của máy

điện xoay chiều Nếu số pha m lớn thì tổn hao

đó càng nhỏ

Máy biến đổi một phần ứng có thể mở máy

theo phương pháp mở máy không đồng bộ của

động cơ điện đồng bộ nếu có đặt dây quấn mở

máy ở các mặt cực Ngoài ra cũng có thể mở

máy như mở máy động cơ điện một chiều, sau

đó hoà đồng bộ với lưới điện xoay chiều

28-3 Động cơ điện phản kháng

Động cơ điện phản kháng thuộc loại máy điện đồng bộ không có dây quấn kích thích và nguyên lý làm việc của nó dựa vào sự khác nhau giữa từ trở dọc trục xd và ngang trục xq Công suất và mômen điện từ của nó đã được phân tích ở mục 22.4.1

Để thực hiện được xd ≠ xq, rôto của máy được chế tạo như trình bày trên hình 28-2 Với cấu tạo như trên hình 28-2a, rôto được ghép bằng những lá thép tròn có những chỗ khuyết để tăng khe hở giữa các cực từ và do đó tăng từ trở của mạch từ hướng ngang trục Để mở máy, trên rôto có đặt dây quấn mở máy kiểu lồng sóc ở trường hợp của các hình 28-2b và c, rôto được chế tạo bằng cách đổ nhôm vào các tập thép ở đây nhôm có tác dụng của dây quấn mở máy

Do không có dây quấn kích từ, động cơ phản kháng phải lấy dòng điện từ lưới điện

và có hệ số công suất cosϕ thấp Trọng lượng của động cơ điện phản kháng thường gấp

2p = 4

a)

2p = 2

b)

2p = 4

c) Hình 28-2 Cấu tạo của động cơ điện phản kháng

M

Hình 28-3 Đặc tính mômen của động cơ điện đồng bộ từ trễ

2-3 lần trọng lượng của động cơ điện không đồng bộ cùng công suất Thông thường các động cơ điện phản kháng được chế tạo với công suất 50 ữ 100 W

28-4 Động cơ điện đồng bộ kiểu từ trễ

Động cơ điện từ trễ khác với động cơ điện nam châm vĩnh cửu ở chỗ rôto của nó không được từ hoá sẵn mà chỉ được từ hoá khi làm việc dưới tác dụng của từ trường quay của stato Vật liệu chế tạo rôto là hợp kim từ cứng có chu trình từ trễ rộng Kết quả của sự từ hoá đó làm từ trường của rôto sẽ lệch sau từ trường của stato một góc từ trễ θtt có độ lớn phụ thuộc vào mômen tác dụng trên trục máy ở trường hợp động cơ

điện, từ trường quay của stato vượt trước từ trường

rôto và góc θtt là âm Ngược lại, ở trường hợp máy

phát điện, từ trường của stato chậm sau từ trường

rôto và góc θtt là dương Mômen điện từ sinh ra do

hiện tượng từ trễ có dạng như trên hình 28-3, nghĩa

là không phụ thuộc vào tốc độ

Máy điện đồng bộ kiểu từ trễ được dùng chủ

yếu làm động cơ điện So với động cơ điện phản

kháng thì động cơ điện từ trễ có ưu điểm hơn vì

không cần đến dây quấn mở máy, kích thước nhỏ và

hệ số công suất cosϕ cao hơn Công suất của động

cơ điện từ trễ có thể đến 300 ữ 400 W

28-5 Động cơ kiểu nam châm vĩnh cửu

ở các động cơ này, cực từ tạo bởi nam châm vĩnh cửu bằng hợp kim đặc biệt có độ

từ dư rất cao (0,5ữ1,5 T) Các cực từ này có cấu tạo của cực lồi và được đặt ở rôto Khoảng giữa các cực được đổ nhôm kín và toàn bộ rôto là một khối trụ Nếu máy dùng làm động cơ điện thì cần phải đặt thêm dây quấn mở máy kiểu lồng sóc Vì trên hợp kim nam châm rất khó gia công rãnh nên thường phải chế tạo lồng sóc như của động cơ không đồng bộ và đặt hai đĩa nam châm ở hai đầu Với kết cấu như vậy sẽ tốn vật liệu hơn và thường chế tạo đến công suất 30 ữ 40 W Trong trường hợp dùng như máy

Hình 28-4 Cấu tạo của máy phát điện đồng bộ cảm ứng

min

stato

Hình 28-5 Từ trường ở khe hở của máy phát đồng bộ kiểu cảm ứng

Rôto

phát, do không cần có dây quấn mở máy, công suất có thể lên tới 5 ữ 10 kW và đôi khi

đến 100 kW

28-6 Máy điện đồng bộ cảm ứng (máy phát cảm ứng tần số cao)

Trong sản xuất, một số

thiết bị dùng trong luyện kim,

vô tuyến điện, hàn, … cần

dòng điện xoay chiều một hoặc

ba pha tần số cao (400 ữ

3000Hz) Biện pháp tăng số đôi

cực p hoặc tốc độ quay n trong

các máy phát đồng bộ để thực

hiện tần số cao nói trên bị hạn

chế, do cấu tạo máy hoặc sức

bền vật liệu không cho phép

Trong trường hợp này phải dùng máy phát cảm ứng có tần số cao gây ra bởi sóng điều hoà răng của từ trường đập mạnh Cấu tạo của máy phát điện đồng bộ cảm ứng như hình 28-4 Trong các rãnh lớn ở stato có đặt dây quấn kích từ và trong các rãnh nhỏ đặt dây quấn xoay chiều Rôto có dạng bánh xe răng và không có dây quấn Sự phân bố từ trường dọc khe hở như trên hình 28-5

Khi rôto quay, từ trường đó đập mạch

và được xem như tổng của hai thành

phần Thành phần thứ nhất B0 có trị số

không thay đổi và không chuyển động

so với stato, do đó không sinh ra sức

điện động cảm ứng trong dây quấn

stato, thành phần thứ hai phân bố hình

sin có biên độ

2

min

B − và chuyển

động cùng với rôto sẽ cảm ứng trong

dây quấn xoay chiều sứcđiện động có

tần số f = Z2n, trong đó Z2 là số răng

của rôto

28-7 Động cơ bước

Động cơ bước là loại động cơ quay gián đoạn từng góc độ xác định dưới tác dụng của mạch điện xung đặt vào dây quấn stato của nó Các động cơ bước được dùng trong các mạch tự động và điều chỉnh, ví dụ trong máy cắt gọt làm việc theo chương trình Hình 28-6 trình bày cấu tạo của động cơ bước đơn, đơn giản nhất có ba đôi cực ở stato và hai đôi cực ở rôto Khi dây quấn ở đôi cực 1-1 có dòng điện thì rôto có vị trí như ở hình 28-6a Tiếp theo, khi dây quấn ở đôi cực 1-1, 2-2 có dòng điện thì rôto quay

1 N

3

2 3

2

1 1

1

1

1

N

N

S

Hình 28-6 Nguyên lý làm việc của động cơ bước

đi một góc 150 như trên hình 28-6b Ngắt dòng điện trong dây quấn của đôi cực 1-1 thì rôto quay tiếp thêm 150, v.v…

Góc quay có thể thay đổi được bằng cách tăng giảm số cực hoặc ghép vài đôi stato

và rôto lệch nhau một góc nhất định trên cùng một trục

Với cấu tạo khác nhau, động cơ bước có thể cho các góc quay từ 1800 đến 10 hoặc nhỏ hơn Tần số xung giới hạn khiến cho động cơ có thể mở máy và đứng mà không mất bước vào khoảng 100 ữ 10000 Hz

Câu hỏi

1 Có thể đem một máy phát điện ba pha không có dây trung tính dùng làm máy phát điện một pha được không? Khi dùng như vậy công suất của máy giảm đi bao nhiêu?

2 So sánh ưu khuyết điểm của ba loại động cơ đồng bộ phản kháng, nam châm vĩnh cửu và từ trễ

3 Để động cơ bước có thể làm việc được, dòng điện xung đưa vào các dây quấn của stato phải là dòng điện một chiều hay xoay chiều?

Tài liệu tham khảo

Máy điện 1, 2 - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật - 2001

2 Trần khánh hà

Máy điện 1, 2 - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật - 1997

3 CHâu ngọc thạch

Hướng dẫn sửa chữa máy biến áp, động cơ điện, máy phát điện công suất nhỏ -Nhà xuất bản Giáo dục - 1994

4 Nguyễn Đức Sỹ

Sửa chữa máy điện và máy biến áp - Nhà xuất bản Giáo dục - 2001

5 Vũ Gia Hanh

Máy điện 1, 2 - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật - 2003

6 Nguyễn Hồng Thanh – Nguyễn Phúc Hải

Máy điện trong thiết bị tự động - Nhà xuất bản Giáo dục - 1999.

Phụ lục

Phần thứ ba

Lý luận chung về máy điện xoay chiều

Chương 13 Dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều

13-2 Dây quấn có q là phân số và dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc 8 13-3 Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều 10 13-4 Cải thiện dạng sóng sức điện động 14 Chương 14 Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều

14-2 Sức từ động của dây quấn một pha 19 14-3 Sức từ động của dây quấn ba pha 22 14-4 Sức từ động của dây quấn hai pha 24 14-5 Phân tích sức từ động của dây quấn bằng phương pháp đồ thị 25 14-6 Điện kháng của dây quấn máy điện xoay chiều 27

Phần thứ tư Máy điện không đồng bộ (KĐB)

Chương 15 Đại cương về máy điện không đồng bộ

15-1 Nguyên lý làm việc của máy điện không đồng bộ 34 15-2 Phân loại và kết cấu của máy điện không đồng bộ 36 15-3 Các đại lượng định mức của máy điện không đồng bộ 39 15-4 Công dụng của máy điện không đồng bộ 40 Chương 16 Quan hệ điện từ trong máy điện kđb

16-2 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto đứng yên 42 16-3 Máy điện không đồng bộ làm việc khi rôto quay 46 16-4 Các chế độ làm việc và giản đồ năng lượng của máy điện không

16-5 Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ 53 16-6 Mômen phụ của máy điện không đồng bộ 57 16-7 Các đặc tính của máy điện không đồng bộ 60 16-8 Các đặc tính của máy điện không đồng bộ trong điều kiện không

Chương 17 Đồ thị vòng tròn của máy điện không đồng bộ

17-2 Cách xây dựng đồ thị vòng tròn 67 17-3 Xác định đặc tính làm việc của máy điện không đồng bộ bằng đồ

17-4 Xây dựng đồ thị vòng tròn bằng số liệu thí nghiệm không tải và

ngắn mạch, cách vẽ thực tế 72

Chương 18 Mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ điện kĐB

18-1 Quá trình mở máy động cơ điện không đồng bộ 77

18-3 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện không đồng bộ 81 Chương 19 Các chế độ làm việc và các dạng khác của máy

điện không đồng bộ

19-1 Các chế độ làm việc đặc biệt của máy điện không đồng bộ 89 19-2 Các dạng khác của máy điện không đồng bộ 92 19-3 Máy điện không đồng bộ một pha 100 19-4 Máy điện không đồng bộứng dụng hiệu ứng mặt ngoài ở dây quấn

rôto lồng sóc

106

Phần thứ năm Máy điện đồng bộ

Chương 20 Đại cương về máy điện đồng bộ

20-1 Nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ 110 20-2 Phân loại và kết cấu của máy điện đồng bộ 112 20-3 Các đại lượng định mức của máy điện đồng bộ 116 Chương 21 Từ trường trong máy điện đồng bộ

21-2 Từ trường của dây quấn kích thích (của cực từ) 117

21-4 Quy đổi các sức từ động trong máy điện đồng bộ 124 Chương 22 Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ

22-2 Phương trình điện áp và đồ thị véctơ của máy điện đồng bộ 126 22-3 Cân bằng năng lượng trong máy điện đồng bộ 131 22-4 Các đặc tính góc của máy điện đồng bộ 133

Chương 23 Máy phát điện đồng bộ làm việc ở tải đối xứng

23-2 Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ 137 23-3 Cách xác định các tham số của máy phát điện đồng bộ 141 Chương 24 Máy phát điện đồng bộ làm

việc ở tải không đối xứng

24-2 Các tham số của máy phát điện đồng bộ khi làm việc ở tải không

24-3 ảnh hưởng của tải không đối xứng đối với máy phát điện đồng bộ 147

Chương 25 Máy phát điện đồng bộ làm việc song song

25-2 Ghép một máy phát điện đồng bộ làm việc song song 151 25-3 Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy

Chương 26 Động cơ và máy bù đồng bộ

Chương 27 Quá trình quá độ trong máy điện đồng bộ

27-2 Ngắn mạch đột nhiên ba pha của máy phát điện đồng bộ 168 Chương 28 Máy điện đồng bộ đặc biệt

28-1 Máy phát điện đồng bộ một pha 176

28-4 Động cơ điện đồng bộ kiểu từ trễ 178 28-5 Động cơ kiểu nam châm vĩnh cửu 178 28-6 Máy điện đồng bộ cảm ứng (máy phát cảm ứng tần số cao) 179