máy điện đồng bộ và từ trường trong máy điện đồng bộ

Máy điện đồng bộ còn được dùng làm động cơ, đặc biệt trong các thiết bị lớn, vì khác với các động cơ không đồng bộ, chúng có khả năng phát ra công suất phản kháng.. Nguyên lý lμm việc củ

Phần thứ năm

Máy điện đồng bộ

Chương 19

Đại cương về máy điện đồng bộ

Máy điện đồng bộ được sử dụng rộng r i trong công nghiệp Phạm vi sử dụng chính là biến đổi cơ năng thành điện năng, nghĩa là làm máy phát điện Điện năng ba pha chủ yếu dùng trong nền kinh tế quốc dân và trong đời sống sản xuất từ các máy phát điện quay bằng tuabin hơi hoặc khí hoặc nước

Máy điện đồng bộ còn được dùng làm động cơ, đặc biệt trong các thiết bị lớn, vì khác với các động cơ không đồng bộ, chúng có khả năng phát ra công suất phản kháng Thông thường các máy đồng bộ được tính toán sao cho chúng có thể phát ra công suất phản kháng gần bằng công suất tác dụng Trong một số trường hợp, việc đặt các máy đồng bộ ở gần các trung tâm công nghiệp lớn để chỉ phát ra công suất phản kháng

đủ bù hệ số công suất cosϕ cho lưới điện là hợp lý Những máy như vậy được gọi là máy bù đồng bộ

Các động cơ đồng bộ công suất nhỏ (đặc biệt là động cơ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu) cũng được dùng rất rộng r i trong các trang bị tự động và điều khiển

19-1 Nguyên lý lμm việc của máy điện đồng bộ

Nếu trong sơ đồ hình 1-1 ta đem thay hai vành đổi chiều bằng hai vành trượt trên

đó tì hai chổi than A và B thì khi khung dây abcd quay với tốc độ không đổi n, trên hai

vành trượt và mạch ngoài khép kín qua tải ta sẽ có được một s.đ.đ và một dòng điện xoay chiều có tần số f  pn

60

, trong đó p là số đôi cực của máy Đó là nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ một pha

Thường trong máy điện đồng bộ cực từ được đặt ở rôto, còn dây quấn phần ứng (khung dây) được đặt trên phần tĩnh (stato) gồm ba cuộn dây đặt lệch nhau trong không gian 1200 góc độ điện, đấu thành hình sao (Y) hay tam giác () như ở hình 20-1

a)

n

b)

n

Hình 19-1 Sơ đồ nguyên lý của máy điện đồng bộ ba pha

a) Đấu hình sao Y; b) Đấu tam giác 

Cũng như các máy điện quay khác, máy điện đồng bộ cũng có tính thuận nghịch:

có thể làm máy phát điện hoặc động cơ điện

19.1.1 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ

Khi động cơ sơ cấp quay rôto máy phát tới tốc độ định mức, đồng thời cho dòng

điện một chiều vào dây quấn rôto (dây quấn kích thích), rôto trở thành nam châm điện,

từ trường của rôto quét qua các thanh dẫn của dây quấn stato (dây quấn phần ứng) làm cảm ứng nên trong chúng các s.đ.đ xoay chiều

Tần số của s.đ.đ cảm ứng là:

f  pn

trong đó n là tốc độ quay của rôto, p là số đôi cực của máy

Giá trị hiệu dụng của s.đ.đ cảm ứng trong m ỗi pha của dây quấn phần ứng là:

E = 4,44f.W.kdq.0 (19-2) trong đó:

0 - từ thông trong khe hở dưới mỗi cực từ;

W - số vòng dây của một pha dây quấn phần ứng ;

kdq - hệ số dây quấn

Khi dây quấn phần ứng của máy được nối với phụ tải bên ngoài, dòng điện ba pha

đối xứng lệch nhau góc 120 0 về thời gian chạy trong dây quấn ba pha đặt lệch nhau góc

1200 trong không gian sẽ tạo ra từ trường quay quay với tốc độ là:

n1   60 f

p

(19-3)

So sánh (19-1) và (19-3) ta thấy n = n1, nghĩa là tốc độ quay của rôto bằng tốc độ của từ trường quay Chính vì vậy mà máy điện được gọi là máy điện đồng bộ

Trong máy điện đồng bộ, từ trường của cực từ do dòng điện một chiều sinh ra và từ trường quay do dòng điện xoay chiều ba pha sinh ra không có tốc độ tương đối Từ trường trong khe hở không khí là tổng hợp của từ trường cực từ và từ trường quay làm cơ sở cho các quan hệ điện từ và sự biến đổi năng lượng trong máy điện đồng bộ

19.1.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ

Cho dòng điện ba pha iA, iB, iC vào dây quấn ba pha stato, dòng điện ba pha ở stato sẽ

A

sinh ra từ trường quay với tốc độ n1  60 f Ta

p

hình dung từ trường quay stato như một nam châm có hai cực quay được bằng nét đứt trên hình 19-2 Đồng thời cho dòng điện một chiều vào dây quấn rôto, rôto biến thành một nam châm điện

Tác dụng tương hỗ giữa từ trường stato và C

N

S

B

n 1

từ trường rôto tạo ra lực tác dụng lên rôto Từ trường stato quay với tốc độ n = n1 nên lực tác

Hình 19-2 Nguyên lý làm việc của động cơ đồng bộ

dụng ấy sẽ kéo rôto quay với tốc độ n = n1

Nếu trục rôto nối với máy sản xuất thì động cơ đồng bộ cũng sẽ kéo máy đó quay với tốc độ n

Chú ý: Động cơ điện một chiều và động cơ điện không đồng bộ đều làm việc theo nguyên tắc lực điện từ tác dụng Còn ở động cơ điện đồng bộ thì làm việc theo nguyên tắc lực tác dụng giữa hai từ trường

19-2 Phân loại vμ kết cấu của máy điện đồng bộ

19.2.1 Phân loại

Theo kết cấu có thể chia máy điện đồng bộ thành hai loại: máy đồng bộ cực ẩn thích hợp với tốc độ quay cao (số cực 2p = 2) và máy đồng bộ cực lồi thích hợp với tốc

độ quay thấp ( 2p≥ 4)

Theo chức năng, có thể chia máy điện đồng bộ thành các loại chủ yếu sau:

1 Máy phát điện đồng bộ

Máy phát điện đồng bộ thường được kéo bởi tuabin hơi hoặc tuabin nước được gọi

là máy phát tuabin hơi hoặc máy phát tuabin nước Máy phát tuabin hơi có tốc độ quay cao, do đó được chế tạo theo kiểu có cực ẩn và có trục máy đặt nằm ngang Máy phát

điện tuabin nước thường có tốc độ quay thấp nên có kết cấu theo kiểu cực lồi và nói chung cực máy được đặt thẳng đứng Trong trường hợp máy phát điện có công suất nhỏ

và cần di động thì thường dùng điezen làm động cơ sơ cấp và được gọi là máy phát

điện điêzen Máy phát điện điêzen thường có cấu tạo cực lồi

2 Động cơ điện đồng bộ

Động cơ điện đồng bộ thường được chế tạo theo kiểu cực lồi và được sử dụng để

kéo các tải không đòi hỏi phải thay đổi tốc độ, với công suất chủ yếu từ 200 kW trở lên.

3 Máy bù đồng bộ

Máy bù động bộ chủ yếu dùng để cải thiện hệ số công suất cosϕ của lưới điện Ngoài các loại trên còn có máy điện đồng bộ đặc biệt như máy biến đổi một phần ứng, máy đồng bộ tần số cao, … và các máy đồng bộ công suất nhỏ dùng trong tự động, như động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, động cơ đồng bộ phản kháng, động cơ đồng

bộ từ trễ, động cơ bước, …

19.2.2 Kết cấu của máy điện đồng bộ

Để thấy rõ đặc điểm về kết cấu của máy điện

đồng bộ, ta sẽ xét riêng rẽ kết cấu của máy cực ẩn

và của máy cực lồi

1 Kết cấu của máy đồng bộ cực ẩn

Rôto của máy đồng bộ cực ẩn có lõi thép làm bằng thép hợp kim chất lượng cao, được rèn thành

khối hình trụ, sau đó gia công và phay r nh để đặt

dây quấn kích từ Phần không phay r nh của rôto

Hình 19-3: Mặt cắt ngang trục của lõi thép rôto

hình thành mặt cực từ Mặt c ắt ngang trục lõi thép rôto như trên hình vẽ 19- 3.

Các máy điện đồng bộ hiện đại cực ẩn thường được chế tạo với số cực 2p = 2, tốc

độ quay của rôto là 3000 vg/ ph và để hạn chế lực ly tâm, trong phạm vi an toàn đối với

thép hợp kim chế tạo thành lõi thép rôto, đường kính D của rôto không được vượt quá 1,1 1,15 m Để tăng công suất máy, chỉ có thể tăng chiều dài l của rôto Chiều dài tối

đa của rôto vào khoảng 6, 5 m.

Dây quấn kích từ đặt trong r nh rôto (hình 19-4), được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành các bối dây đồng tâm Các vòng dây của bối dây này được cách điện với nhau bằng một lớp mica mỏng Để

cố định và ép chặt dây quấn kích từ trong r nh, miệng r nh được nêm kín bới các thanh nêm bằng thép không từ tính Phần đầu nối (nằm ngoài r nh) của dây quấn kích từ

được đai chặt bằng các ống trụ thép không từ tính Hai đầu của dây quấn

Đường sức từ Dây quấn kích từ Lõi thép rôto Dây quấn stato Vòng trượt Lõi thép stato Dây quấn kích từ

Hình 19-4 Mặt cắt ngang của máy điện đồng bộ cực ẩn

kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trượt đặt ở đầu trục thông qua hai chổi điện để nối với dòng điện kích từ một chiều Dòng kích thích được cung cấp từ máy phát kích thích, máy kích từ này thường

được nối trục hoặc có trục chung với máy đồng bộ

Stato của máy đồng bộ cực ẩn bao gồm lõi thép, trong có đặt dây quấn ba pha và thân máy, nắp máy Lõi thép stato được ép bằng các lá tôn silic dày 0,5 mm, hai mặt có phủ sơn cách điện Dọc chiều dài lõi thép stato cứ cách khoảng 3 6 cm lại có một

r nh thông gió ngang trục, rộng 10 mm Lõi thép stato được đặt cố định trong thân máy Trong các máy đồng bộ công suất trung bình và lớn, thân máy được chế tạo theo kết cấu khung thép, mặt ngoài bọc bằng các tấm thép dát dày Thân máy phải thiết kế

và chế tạo để sao cho trong nó hình thành hệ thống đường thông gió làm mát máy điện Nắp máy được chế tạo từ thép tấm hoặc từ gang đúc ở các máy đồng bộ công suất trung bình và lớn, ổ trục không đặt ở nắp máy mà ở giá đỡ ổ trục đặt cố định trên bệ máy Kết cấu của máy phát điện đồng bộ cực ẩn được trình bày trên hình 19-5

1

2

Hình 19-5 Máy phát điện tuabin hơi (cực ẩn).

1 Phần kích thích;

2 vỏ máy; 3 lõi thép stato; 4 bộ phận làm lạnh bằng khí hyđrô; 5 rôto.

5

2 Kết cấu của máy đồng bộ cực lồi

Máy đồng bộ cực lồi thường

có tốc độ quay thấp, vì vậy khác

với máy đồng bộ cực ẩn, đường

kính rôto D của nó có thể lớn tới

15 m trong khi chiều dài l lại nhỏ

với tỉ lệ l/D = 0,15 0,2 Rôto

của máy điện đồng bộ cực lồi

như ở hình 19-6

Rôto của máy điện đồng bộ công suất nhỏ và trung bình có

lõi thép được chế tạo bằng thép

đúc và gia công thành khối lăng

trụ hoặc khối hình trụ (bánh xe)

trên mặt có đặt các cực từ ở các

máy lớn, lõi thép đó được hình

thành bởi các tấm thép dày 1 6 Hình 19-6 Rôto của máy phát điện đồng bộ cực lồi

mm, được dập hoặc đúc định

hình sẵn để ghép thành các khối

lăng trụ và lõi thép này thường không trực tiếp lồng vào trục máy mà được đặt trên giá

đỡ của rôto, giá này lồng vào trục máy Cực từ đặt trên l õi thép rôto được ghép bằng những lá thép dày 1 1,5 mm

Việc cố định cực từ trên lõi thép được thực hiện nhờ đuôi hình T hoặc bằng các bulông xuyên qua mặt cực và vít chặt vào l õi thép rôto (hình 19-7)

5

4 3

Hình 19-7 Cực từ của máy điện đồng bộ cực lồi 1 lá thép cực từ, 2 dây quấn kích thích, 3.đuôi hình T, 4 nêm, 5 lõi thép rôto

Hình 19-8 Dây quấn cản (dây quấn mở máy) của máy điện đồng bộ

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 Các cuộn dây sau khi đ gia công được lồng vào các thân cực

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 Các dây quấn này giống như dây quấn kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ, nghĩa là làm bằng các thanh đồng đặt vào

r nh các đầu cực và được nối hai đầu bởi hai vòng ngắn mạch (hình 19-8) Dây quấn

mở máy khác dây quấn cản ở chỗ điện trở các thanh dẫn của nó lớn hơn

Stato của máy đồng bộ cực lồi có cấu tạo tương tự như của máy đồng bộ cực ẩn

Thank you for evaluating AnyBizSoft PDF Converter.

You can only convert 5 pages with the trial version.

To get all the pages converted, you need to purchase the software from:

http://www.anypdftools.com/buy/buy-pdf-converter.html