Máy điện đồng bộ trong động cơ điện

6.2 CÔNG DỤNG: Hầu hết nguồn điện chính của lưới điện quốc gia đều được máy phát điện đồng bộ phát ra.. Ơû các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng bộ được kéo bởi động cơ diezen

Chương 6 Máy Điện Đồng Bộ

Chương 6 : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

6.1 KHÁI NIỆM CHUNG:

Máy điện đồng bộ là loại máy điện xoay chiều mà tốc độ quay rotor bằng tốc

độ từ trường quay (n1) trong máy

6.2 CÔNG DỤNG:

Hầu hết nguồn điện chính của lưới điện quốc gia đều được máy phát điện đồng

bộ phát ra Trong đó, động cơ sơ cấp là các tuabin hơi, tuabin khí hoặc tuabin

nước, … Điện áp của máy phát thường từ 13 kv đến 28kv, công suất có thể đến

1000 MVA Hệ thống điện năng bao gồm một số nhà máy điện liên kết thành

lưới điện và làm việc song song Ơû các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện

đồng bộ được kéo bởi động cơ diezen, có thể làm việc đơn lẻ hoặc hai ba máy

làm việc song song

Máy điện đồng bộ có tính thuận nghịch, nghĩa là nó có thể làm việc như động

cơ: nhận điện năng từ lưới để biến thành cơ năng Động cơ điện đồng bộ được

sử dụng trong truyền động điện công suất lớn,…

Một chế độ làm việc quan trọng khác của máy là chế độ máy bù động bộ, lúc

đó nó là một động cơ đồng bộ không tải để cung cấp hoặc tiêu thụ công suất

phản kháng, nhằm mục đích cải thiện hệ số công suất của lưới điện

6.3 CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3 PHA:

6.3.1 Stator:

Stator of a 3-phase, 500 MVA, 0.95 power factor, 15

kV, 60 Hz,

200 r/min generator

Internal diameter:

9250 mm;

effective axial length

of ion stacking:

Stator của máy điện đồng bộ giống như stator của máy điện không đồng bộ,

gồm có lõi thép và dây quấn Lõi thép làm bằng vật liệu sắt từ tốt, nghĩa là có

từ trở nhỏ và điện trở suất lớn Loại vận tốc chậm có chiều dài dọc trục ngắn,

loại vận tốc nhanh chiều dài dọc trục lớn gấp đường kính nhiều lần Ngoài ra

trong stator còn có hệ thống làm mát

6.3.2 Rotor:

Là một nam châm điện gồm lõi thép và dây quấn kích từ dùng để tạo ra rừ

trường cho máy, nguồn kích thích vào dây quấn kích thích là nguồn điện một

chiều Đối với máy nhỏ rotor là nam châm vĩnh cửu

Rotor máy điện đồng bộ có hai kiểu là rotor cực lồi và rotor cực ẩn

a) Rotor cực lồi:

Dạng của mặt cực được thiết kế sao cho khe không khí không đều, mục đích để

từ cảm trong khe không khí có phân bố hình sin và do đó sức điện động cũng

có hình sin Dây quấn trên các cực từ, hai đầu của nó được nối với hai vành

trượt, qua hai chổi than tới nguồn điện một chiều

Loại rotor cực lồi được dùng trong máy đồng bộ có tốc độ quay thấp, (được kéo

bởi tuabin vận tốc chậm như tuabin thủy điện)

Chương 6 Máy Điện Đồng Bộ

36 pole – rotor is being lowered into the stator The 2400A dc exciting current

is supplied by a 330 V, electronic rectifier

b) Rotor cực ẩn:

Khe không khí đều, lõi thép là một khối thép hình trụ, mặt ngoài phay thành

rãnh để đặt dây quấn kích thích, rotor cực ẩn có độ bền cơ khí cao, dây quấn

kích thích vững chắc Vì vậy thường được sử dụng ở những máy điện đồng bộ

có tốc độ từ 1500v/phút trở lên, công suất lớn (1000 – 1500 MVA)

Hai đầu của dây quấn kích từ được nối với hai vành trượt đặt ở hai đầu trục

thông qua hai chổi than để nối với dòng kích từ 1 chiều

Chương 6 Máy Điện Đồng Bộ

Rotor with its 4 pole dc winding, the dc exciting current of 11.2 kA is

supplied by a 600 V dc brushless exciter bolted to the end of the main shaft

Stationary field

Pilot exciter

Alternator Main exciter

3 phase bridge rectifier

air gap

3 phase rotor

Typical brushless exciter system

Alternator terminals

3 phase stator winding Exciting coil

rotor pole

stator

Chương 6 Máy Điện Đồng Bộ

6.3.3 Bộ kích từ: (nguồn kích thích)

Nguồn cung cấp dòng điện một chiều cho dây quấn kích thích (dòng một chiều

dùng để tạo ra từ thông không đổi theo thời gian) Bộ nguồn kích thích có các

dạng sau:

a) Máy phát 1 chiều:

Đa số là máy phát điện một chiều kích thích song song, có công suất khoảng

0,3÷2% công suất máy điện đồng bộ, máy phát này được gắn ở đầu trục của

máy đồng bộ

b) Bộ kích từ dùng chỉnh lưu:

Điện áp 3 pha của máy phát đồng bộ (ban đầu được sinh ra do từ dư) được

chỉnh lưu thành một chiều, xong đưa đến dây dây quấn kích từ qua hệ thống

chổi than, vành trượt

Một số ít các máy điện công suất nhỏ thì phần quay lại đóng vai trò phần ứng,

phần tĩnh đóng vai trò phần cảm

6.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC:

6.4.1 Máy phát:

Khi động cơ sơ cấp quay, kéo rotor máy phát đồng bộ và máy phát một chiều

quay theo tới tốc độ định mức, máy phát kích thích thành lập được điện áp và cung

cấp dòng điện một chiều vào dây quấn phần cảm máy đồng bộ, phần cảm trở thành

nam châm điện Do rotor (phần cảm) quay nên từ trường phần cảm cắt các thanh

dẫn dây quấn phần ứng (stator) làm cảm ứng trong dây quấn sđđ hình sin Nếu

phần cảm máy phát có p đôi cực từ, tốc độ quay rotor là n thì tần số sđđ cảm ứng

là:

f = 60 pn

trị số hiệu dụng sđđ cản ứng trong mỗi pha dây quấn phần ứng là:

E0 = 4,44.f.kdq.w1.Φ0

Trong đó: w1: số vòng dây 1 pha stator

Kdq: hệ số dây quấn stator

Φ0: từ thông dưới mỗi cực từ rotor

Dây quấn 3 pha stator có trục lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện,

cho nên sđđ các pha lệch nhau 1 góc 1200

eA = E0 2 sinωt

eB = E0 2sin(ωt – 1200)

eC = E0 2sin(ωt – 2400) các sđđ này có thể ghép hình Y hoặc Δ

Khi phần ứng cung cấp điện cho tải, dòng điện 3 pha chạy trong dây quấn phần

ứng sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ:

Chương 6 Máy Điện Đồng Bộ

n1 = p

f

60

Ta thấy tốc độ từ trường quay n1 bằng tốc độ quay rotor n → gọi là máy phát

điện đồng bộ

6.4.2 Động cơ: (phần sau)

Bài tập:

1 Một máy phát điện 4 cực có vận tốc rotor 1800 vòng /phút

a Tính tần số do nó phát ra

b Muốn phát 50Hz, vận tốc rotor phải là bao nhiêu?

2 Xác định sức điện động hiệu dụng sinh ra trong mỗi pha của một máy

phát đồng bộ, biết các số liệu sau: f = 50Hz, số vòng mỗi pha w1 = 230 ;

từ thông cực đại mỗi cực Φm = 0,04 wb Xét 2 trường hợp:

a Dây quấn tập trung (kdq = 1)

b Dây quấn phân bố với kdq = 0,925

9

8

7 4

3

2 1

F1

F2

F2R R1

Z2

U4

U1 U6 U5

U3

Product Specifications Range

Supply Voltage upto 11,000V

Output 750 kVA to 8000kVA

Supply Frequency 50 Hz and 60 Hz

Number of Poles 4 Pole to 12 Pole

Type Salient Pole / Cylindrical rotor

Enclosure SPDP, CACW

Cooling IC01A1, IC8A1W7

Degree of Protection IP23, IP55,

Mounting Horizontal foot mounted

Drives Diesel Engine, Hydro, Steam, Gas Turbine

Standards

: Specification IEC34 - 1, IS 4722

: Degree of protection IEC34 - 5, IS 4691

: Cooling IEC34 - 6, IS 6362

: Construction & mounting IEC34 - 7, IS 2253

: Noise level IEC34 - 9, IS 12065

: Vibration IEC34 - 14, IS 12075

: Testing IEC34 - 1, IS 4722

Quality Management System ISO 9001-1994

Applications

Isolated operations for base load, standby, emergence load, etc

Parallel operations with other generators

Parallel operations with grid

Chương 6 Máy Điện Đồng Bộ

SALIENT VS CYLINDRICAL ROTOR

There are two (2) basic rotor structures used, depending

on speed

For low speed machines, such as hydraulic turbines, a

relatively large number of poles are required to produce

rated frequency, hence a rotor with salient poles is well

suited to this application Such rotors often have

damper windings (amortisseurs) in the form of copper

or brass rods embedded in the pole face, they are

intended to dampen out speed oscillations

For high speed machines, such as steam and gas

turbines, a relatively small number of poles ( 2 to 4 ) are

required to produce rated frequency, hence a cylindrical

rotor is well suited to this application

Salient pole rotors are too weak mechanically and

develop too much wind resistance and noise to be used

in large, high speed machines

Cylindrical rotor machines have a relatively uniform air

gap, therefore, it can be assumed that a cylindrical rotor

field will produce a uniform air-gap flux regardless of

angular direction

This cannot be said of a salient -pole machine as the airgap

is much larger between the poles (i.e along the

quadrature axis) than it is at the centres of the poles

(i.e on the direct axis)

Depending upon rating and design, the generator stator

core and windings may be cooled by air, oil, hydrogen or

water For direct cooled generators, the coolant is in

direct contact with the heat producing members such as

the stator winding For indirect cooled generators, the

coolant cools the generator by relying on heat transfer

through the insulation

For any generator, a failure of the cooling system can

result in rapid deterioration of the stator core

lamination insulation and/or stator winding conductors

and insulation

AIR COOLED GENERATORS

Air cooled generators are produced in two (2) basic

configurations: open ventilated (OV) & totally enclosed

water -to-air-cooled (TEWAC)

In the OV design, air is drawn from outside the unit

through filters, passes through the generator and is

discharged outside the generator

In the TEWAC design, air is circulated within the

generator passing through frame mounted air-to-water

heat exchangers

GENERATOR COOLING