May dien 1 chuong 5 6 7 MD dong bo va DC

Đường kính D của rotor cực lồi có thể lớn tới 15m trong khi chiều dài l lại nhỏ, với tỷ lệ l/D=0,15÷0,2.Rotor của máy điện đồng bộ cực lồi công suất nhỏ và trung bình có lõi thép được ch

Trang 1

CHƯƠNG 5

MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ

3 PHA

Trang 2

5.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG

Máy điện đồng bộ là những máy điện xoay chiều có tốc độ rotor n bằng tốc độ quay của từ trường stator n1.

n = n1 = nđb : vận tốc đồng bộ

Máy điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Phạm vi sử dụng chính là biến đổi cơ năng thành điện năng : Máy Phát Điện Đồng Bộ

Trang 3

Máy phát điện đồng bộ là nguồn năng lượng chính của các lưới điện quốc gia, trong đó động cơ

sơ cấp là các tuabin hơi, tuabin khí hoặc nước Ở các lưới điện công suất nhỏ hoặc máy phát dự phòng, máy phát điện đồng bộ được kéo bởi động

cơ diesel hoặc các tuabin khí.

5.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG

Trang 5

5.2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3 PHA

Máy điện đồng bộ gồm hai bộ phận chính là stator và rotor

Trang 6

Máy điện đồng bộ gồm hai bộ phận chính là stator và rotor

5.2.1 Stator

- Loại vận tốc chậm có chiều dài dọc trục ngắn; còn loại vận tốc nhanh chiều dài dọc trục lớn gấp đường kính nhiều lần

Ngoài ra, trong stator còn có hệ thống làm mát (nước, khí hydro)

Trang 7

Trang 8

5.2.2 Rotor

Rotor máy điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ dùng để tạo ra từ trường cho máy (đối với máy nhỏ rotor là nam châm vĩnh cữu).

Có hai dạng rotor : rotor cực lồi và rotor cực ẩn

Trang 9

1/ Rotor cực lồi

Trang 10

Dạng của mặt cực được thiết kế sao cho khe hở không khí không đều, mục đích để từ cảm trong khe hở không khí có phân bố hình sin và do đó sức điện động cảm ứng trong dây quấn cũng có hình sin Loại rotor cực lồi được dùng trong máy phát kéo bởi tuabin có vận tốc chậm (tuabin thủy điện).

Trang 11

Trang 12

Trang 13

Đường kính D của rotor cực lồi có thể lớn tới 15m trong khi chiều dài l lại nhỏ, với tỷ lệ l/D=0,15÷0,2.

Rotor của máy điện đồng bộ cực lồi công suất nhỏ và trung bình có lõi thép được chế tạo bằng thép đúc và gia công thành khối lăng trụ hoặc khối trụ (bánh xe) trên mặt có đặt các cực từ Ơû các máy lớn, lõi thép được hình thành bởi các tấm thép dày 1÷6mm được dập hoặc đúc định hình sẵn để ghép thành các khối lăng trụ.

Trang 14

Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần, tiết diện chữ nhật quấn uốn theo chiều mỏng thành từng cuộn dây Cách điện giữa các vòng dây là các lớp mica hoặc amiăng.

Trang 15

Dây quấn cản (trường hợp máy phát đồng bộ) hoặc dây quấn mở máy (trường hợp động cơ đồng bộ) được đặt trên các đầu cực từ.

Trang 16

Trang 17

1 Rotor cực lồi

Trang 18

2/ Rotor cực ẩn

Trang 19

2/ Rotor cực ẩn

Rotor của máy điện đồng bộ cực ẩn làm bằng thép hợp kim chất lượng cao, được rèn thành khối hình trụ, sau đó gia công và phay rãnh để đặt dây quấn kích từ Phần không phay hình thành mặt cực từ.

Trang 20

2/ Rotor cực ẩn

Máy điện đồng bộ cực ẩn thường chế tạo với số cực 2p = 2, tốc độ quay của rotor là 3000 vòng/phút (với tần số f = 50Hz), và để hạn chế lực ly tâm, đường kính D của rotor không được vượt quá 1,1÷1,5m Để tăng công suất của máy, chỉ có thể tăng chiều dài l của rotor Chiều dài tối đa của rotor vào khoảng 6,5m.

Trang 21

2/ Rotor cực ẩn

Trang 22

2/ Rotor cực ẩn

Trang 23

Máy phát nhiệt điện turbine khí

Trang 24

Lắp đặt máy phát tại thủy điện Trị An

Trang 25

5.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT

ĐỒNG BỘ

N

Sa

không đổi) vào dây

quấn kích từ sẽ tạo

nên từ trường rotor.

Trang 26

ĐỒNG BỘ

N

Sa

từ trường của rotor sẽ

cắt dây quấn phần ứng

stator và cảm ứng sức

điện động xoay chiều

hình sin, có trị hiệu

dụng :

E0 = 4,44.f.W1.kdq.Φ0 (V)

Trang 27

ĐỒNG BỘ

E0 = 4,44.f.W1.kdq.Φ Φ0 (V) (3.1)

E0 : sức điện động pha

W1 : số vòng dây 1 pha dây quấn phần ứng

kdq :hệ số dây quấn

Φ0 : từ thông cực từ rotor

Trang 28

ĐỒNG BỘ

Nếu rotor có p đôi cực, khi rotor quay n vòng/phút, thì tần số sức điện động sinh ra trong các cuộn dây ax, by, cz là :

) Hz (

p

n f

60

=

Trang 29

ĐỒNG BỘ

Dây quấn 3 pha stator có trục lệch nhau trong không gian 1 góc 120° điện cho nên sức điện động các pha lệch nhau 1 góc 120° Khi dây quấn stator nối với tải, trong các dây quấn sẽ có dòng điện 3 pha giống như ở máy điện không đồng bộ, dòng điện 3 pha trong dây quấn sẽ tạo nên từ trường quay với tốc độ đồng bộ đúng bằng tốc độ n của rotor.p

f

n1 = 60

Trang 30

+

+ +

N

S

Ft

Fư

Trang 31

N

S

Ft

Fư

Trang 32

5.4 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY ĐIỆN

ĐỒNG BỘ

Khi máy điện làm việc có tải, dòng điện trong dây quấn stator sẽ sinh ra từ trường của dây quấn stator còn gọi là từ trường phần ứng Tùy theo tính chất của tải mà trục từ trường phần ứng với từ trường cực từ sẽ hợp thành 1 góc nhất định Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng.

Trang 33

ĐỒNG BỘ

5.4.1 Tải trở _ phản ứng ngang trục

Khi trục của hai cực từ kề nhau đối diện với cạnh cuộn dây, sức điện động cảm ứng trong cuộn dây đạt cực đại

Khi tải thuần trở, góc lệch pha giữa E và I là Ψ=0; E và I cùng pha nên dòng ứng cũng đạt cực đại lúc đó, và sinh ra từ trường phần ứng Fư vuông góc với từ trường cực từ Ft Từ trường phần ứng theo hướng ngang trục, làm méo từ trường cực từ,

ta gọi là phản ứng ngang trục.

Trang 34

S

Trang 35

ĐỒNG BỘ

5.4.2 Tải thuần cảm _ phản ứng dọc khử từ

Dòng ứng chậm pha 90° so với sức điện động nên sẽ đạt cực đại sau khi rotor đã quay thêm 90° điện Dòng điện I sinh ra từ trường phần ứng Fưngược chiều với Ft ta gọi là phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm giảm từ thông tổng.

Trang 36

Trang 37

ĐỒNG BỘ

5.4.3 Tải thuần dung _ phản ứng dọc trợ từ

Dòng ứng nhanh pha hơn sức điện động 1 góc 90° nên nó đạt cực đại trước đó, trong khi rotor phải quay thêm 1 góc 90° nữa mới đến vị trí cực đại của sức điện động Do đó dòng ứng sẽ sinh ra từ trường phần ứng Fư cùng chiều với Ft, ta gọi là phản ứng dọc trục trợ từ, có tác dụng làm tăng từ trường tổng

Trang 38

Fư

Trang 39

ĐỒNG BỘ

5.4.5 Tải bất kỳ

Ta phân tích dòng điện I làm 2 thành phần :

- Thành phần dọc trục : Id = I.sinΨ

- Thành phần ngang trục : Iq = I cosΨ

Dòng điện I sinh ra từ trường phần ứng vừa có tính ngang trục và vừa có tính dọc trục, khử từ hoặc trợ từ tùy theo tính chất của tải

Trang 41

5.5 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CỦA MÁY PHÁT

ĐIỆN ĐỒNG BỘ

5.5.1 Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi

Khi máy phát làm việc, từ thông chính Φ0 sinh

ra sức điện động E0 ở dây quấn stator Khi có tải sẽ có dòng điện I và điện áp U trên tải.

Ở máy cực lồi, vì khe hở dọc trục và ngang trục khác nhau do đó ta phải phân tích ảnh hưởng của phản ứng phần ứng theo hướng dọc trục và ngang trục.

Trang 42

- Từ trường phần ứng ngang trục tạo nên sức điện động ngang trục :

xưq : điện kháng phản ứng phần ứng ngang trục

ưq q

ư •I x

•

= j

E q

Trang 43

- Từ trường phần ứng dọc trục tạo nên sức điện động dọc trục :

xưd : điện kháng phản ứng phần ứng dọc trục

ưd d

•

= j

Trang 44

- Từ thông tản của dây quấn stator đặc trưng bởi điện kháng tản xt không phụ thuộc hướng dọc trục hay ngang trục :

- Điện áp rơi trên điện trở dây quấn stator :

I.rư

t q t

d t

t j I x j I x j I x

Trang 45

- Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi :

t d

Trang 46

Gọi :

xưd + xt = xd : điện kháng đồng bộ dọc trục

xưq + xt = xq : điện kháng đồng bộ ngang trục

Trang 47

vì rư << xd và xq, nếu bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng thì công thức (3.11) có thể viết lại thành :

d

Trang 48

Đồ thị vec tơ của máy phát đồng bộ cực lồi

j xq.Iq

j xd.Id

ϕθ

Trang 49

5.5.2 Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực ẩn :

Đối với máy phát điện đồng bộ cực ẩn thì : xd = xq =

xđb : điện kháng đồng bộ

Phương trình điện áp của máy phát đồng bộ cực ẩn :

( b)

p E I r jx

U• = • 0− • ư ư + đ

Trang 50

Sơ đồ mạch điện tương đương 1 pha của

máy phát đồng bộ cực từ ẩn

Trang 51

Ψ θ

Đồ thị vector của máy phát đồng bộ cực từ ẩn

Trang 52

5.6 CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MÁY PHÁT

5.6.1 Công suất tác dụng

Công suất điện từ của máy phát đồng bộ cực từ lồi:

Thành phần: do dòng kích từ tạo nên và tỉ lệ với sinθ

Đó là thành phần công suất chủ yếu của máy phát

θ

2

sin x

1 x

1 2

U 3

θ

sin x

E U 3 P

d q

2 d

d

x E U

Trang 53

Công suất điện từ của máy phát đồng bộ cực từ lồi:

Thành phần : không phụ thuộc vào dòngđiện kích từ và chỉ xuất hiện khi xq ≠ xd

Đối với máy cực ẩn xd = xq = xđb suy ra thành phần này bằng 0

θ

2

sin x

1 x

1 2

U 3

θ

sin x

E U 3 P

d q

2 d

1 x

1 2

U 3

d q

Trang 54

Công suất điện từ của máy phát đồng bộ cực từ ẩn:

θ : góc công suất

θ

sin x

E U 3

Động cơ

Trang 55

5.6.2 Công suất phản kháng

Công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ cực lồi :

Công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ cực ẩn

=

d q

2

d q

2 d

0

x

1 x

1 2

U

3 2

cos x

1 x

1 2

U 3

θ

cos x

E U 3

đb

U 3

θ

cos x

E U 3 Q

2

=

Trang 56

5.6.2 Công suất phản kháng

đb

U 3

θ

cos x

E U 3 Q

Động cơ Máy phát

Hình 3.12 Đặc tính góc công suất phản kháng của

máy phát đồng bộ

Trang 57

5.7 ĐẶC TUYẾN CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ

5.7.1 Đặc tuyến không tải

Đó là đồ thị của sức điệnđộng pha E0 theo dòng kích từ

Ik khi hở mạch tải (I = 0) và

vận tốc rotor không đổi

Nó có dạng của đườngcong Φm(Ik) tức là đường cong

từ hóa B_H của mạch từ

E0

Ed

Trang 58

5.7.2 Đặc tuyến ngoài

Là đồ thị quan hệ điệnáp U trên cực máy phát và

dòng tải I khi tính chất của

tải không đổi, tần số không

đổi (tức là n không đổi) và

dòng điện kích từ không đổi

Iđm

Trang 59

5.7.2 Đặc tuyến ngoài

Độ biến thiên điện ápđầu cực máy phát khi làm

việc định mức so với khi

không tải xác định như sau :

Iđm

0 0

Trang 60

5.7.3 Đặc tuyến điều chỉnh

Là đồ thị cho biết phảiđiều chỉnh dòng kích từ Ik

theo dòng tải It như thế nào

để giữ được điện áp U không

đổi và bằng định mức khi n

và cosϕt không đổi

0

cosϕ sớm cosϕ = 1 cosϕ trễ

Trang 61

5.7.4 Đặc tuyến hiệu suất

Công suất cơ do máy nhận từ động cơ sơ cấp : P1 = M ω

Các tổn hao trong máy phát đồng bộ :

- Tổn hao cơ pmq (do ma sát, quạt gió) không phụ thuộc tải vìvận tốc không đổi

- Tổn hao sắt từ pFe do dòng xoáy và từ trễ trong mạch từ ; phụ thuộc vào từ cảm cực đại Bm

- Tổn hao đồng trong dây quấn phần ứng: pCu = 3Iư 2Rư

- Tổn hao đồng trong dây quấn kích từ : pkt = Uk.Ik = Ik2.Rk

Ik : dòng kích từ ; Rk : điện trở kích từ

Trang 62

- Tổn hao phụ Pp do dòng xoáy trong dây dẫn phần ứngvà do tổn hao lõi vì từ trường phần ứng bị xoắn dạng

Tổng tổn hao là :

Pth = pFe+ pmq + pCu + pkt + pp = P1 – P2

Hiệu suất :

%100

2

2 1

2

th

P P

Trang 63

Hiệu suất cực đại xảy ra khi dòng tải Iư có giá trị sao chotổng tổn hao không phụ thuộc tải (pmq + pFe + pk) bằng tổngtổn hao phụ thuộc tải pCu

Iư

η

0

ηmax

Trang 64

CHƯƠNG 6

ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 3 PHA

Trang 65

Chương 6: ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

6.1 Khái niệm chung

Máy phát đồng bộ có thể làm việc như một động cơđồng bộ Nếu tháo động cơ sơ cấp ra khỏi máy phát và cungcấp cho dây quấn stator một hệ thống điện 3 pha tần sốkhông đổi; đồng thời cung cấp dòng một chiều cho dây quấnkích từ, động cơ sẽ quay với vận tốc không đổi và tạo ramomen kéo tải đấu vào trục của nó

Trang 66

Một ưu điểm của động cơ đồng bộ là hệ số công suấtcao và điều chỉnh được bằng cách điều chỉnh dòng kích từ, điều này cho phép nâng cao hệ số công suất của lưới khiphần lớn tải là động cơ không đồng bộ (có hệ số công suấttrễ và không điều chỉnh được)

Trang 67

Nếu cho quay không tải và tăng dòng kích từ khá lớnthì dòng vào động cơ sẽ sớm pha gần 90° so với điện áp, động cơ làm việc như một tụ điện và đây là chế độ bù đồngbộ

Động cơ đồng bộ không tự mở máy được nên phải cóbiện pháp để mang động cơ đến gần vận tốc đồng bộ đểđồng bộ hóa trước khi kéo tải Biện pháp thường gặp nhất làdùng cuộn đệm

Trang 68

6.2 Cấu tạo

Tương tự máy phát đồng bộ

- Stator : tương tự máy phát đồng

bộ, có số cực bằng với số cực rotor

- Rotor : thường có dạng cực lồi và

có một điểm khác so với máy phát

là nó còn có thêm cuộn đệm đặt

trong mặt các cực từ và giống dạng

rotor lồng sóc trong động cơ không

đồng bộ Cuộn đệm dùng để mở

máy (hay còn gọi là dây quấn mở

máy) (hình 3.2)

Trang 69

6.3 Nguyên lý làm việc

Vì dây quấn stator của động

cơ đồng bộ cũng giống như động

cơ không đồng bộ nên khi cung

cấp cho stator một hệ thống dòng

điện 3 pha cân bằng, ta được một

từ trường quay có 2p cực và quay

với vận tốc đồng bộ

Trang 70

Vì dây quấn stator của động

cơ đồng bộ cũng giống như động

cơ không đồng bộ nên khi cung

cấp cho stator một hệ thống dòng

điện 3 pha cân bằng, ta được một

từ trường quay có 2p cực và quay

Trang 71

Khi cho dòng một chiều vàodây quấn rotor, rotor biến thành

một nam châm điện

Nếu rotor đang đứng yên thìcực S của rotor bị cực N của stator

kéo theo và nó có khuynh hướng

quay theo chiều quay của từ

trường stator Nhưng do quán tính

và do cực N của stator quét quá

nhanh, kết quả là rotor không

quay được

n1

N

S N

S

Trang 72

Tuy nhiên nếu ta có biệnpháp để cho rotor quay trước với

vận tốc đồng bộ thì các cực rotor

sẽ bị khoá chặt vào các cực stator

trái dấu

n1

N

S N

S

Trang 73

Tuy nhiên nếu ta có biệnpháp để cho rotor quay trước với

vận tốc đồng bộ thì các cực rotor

sẽ bị khoá chặt vào các cực stator

Trang 74

Lúc không tải, trục của chúngtrùng nhau (θ = 0)

Lúc có tải, trục của rotor đichậm sau trục từ trường stator một

góc θ, nếu tải càng nặng thì θ

càng lớn, nhưng cả hai cùng quay

n1

N

S

N S

θ

Định dạng
Số trang	136
Dung lượng	8,72 MB