Bài giảng Máy điện Phần 1

Công suất kích từ khoảng vài % công suất định mức thường được cung cấp thông qua một vành trượt từ một máy phát DC, gắn vào trục của máy đồng bộ.. Dòng điện và hệ số công suất được xác

Ph ầ n 1

Máy đ i ệ n

TS Nguy ễ n Quang Nam

2011 – 2012, HK2

http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php

nqnam@hcmut.edu.vn

Dòng AC chạy trong phần ứng (thường nằm trên stato), và kích thích DC đặt vào dây quấn kích từ (thường nằm trên rôto) Rôto cực ẩn thường dùng cho máy phát tuabin, còn kết cấu cực lồi thích hợp cho máy phát thủy điện.

Công suất kích từ (khoảng vài % công suất định mức)

thường được cung cấp thông qua một vành trượt từ một máy phát DC, gắn vào trục của máy đồng bộ Các máy phát lớn dùng máy kích thích AC kết hợp với bộ chỉnh lưu bán dẫn.

Máy đ i ệ n đồ ng b ộ – T ổ ng quan

Ph ầ n 1

Máy phát đồng bộ cung cấp công suất cho tải sẽ đóng vai trò một nguồn áp có tần số xác định bởi động cơ sơ cấp của

nó Dòng điện và hệ số công suất được xác định bởi từ

trường kích từ và trở kháng của máy phát và tải.

Tuy nhiên, máy đồng bộ thường được nối vào hệ thống điện gồm có nhiều máy đồng bộ khác Điện áp và tần số ở đầu cực phần ứng do hệ thống xác định.

Khi tải các dòng nhiều pha cân bằng, phần ứng tạo ra một

từ trường trong khe hở quay ở tốc độ đồng bộ xác định bởi tần số hệ thống.

Tổng quan (tt)

Để tạo ra mômen ổn định đơn hướng, các từ trường stato

và rôto phải quay cùng tốc độ, do đó rôto cũng phải quay ở tốc độ đồng bộ Do đó, một động cơ đồng bộ nối vào một nguồn áp tần số không đổi sẽ hoạt động ở tốc độ xác lập là một hằng số, bất chấp tải.

Bản thân động cơ đồng bộ không có mômen khởi động và cần được khởi động bằng chế độ động cơ không đồng bộ đến tốc độ đồng bộ, nhờ dây quấn mở máy.

Tổng quan (tt)

Ph ầ n 1

Mômen điện từ (tác động theo chiều kéo các từ trường thẳng hàng) của máy đồng bộ cho bởi

( )r r

srF p

T π sin δ

2

2Φ

Ở điều kiện thông thường, điện áp rơi trên điện trở phần ứng không đáng kể, và từ thông tản phần ứng là nhỏ so với

từ thông khe hở Φsr Điện áp cảm ứng bởi Φsr xem như cân bằng với điện áp đầu cực Ut.

ph dq

t sr

N fk

U

44 , 4

=

Khi các c ự c ph ầ n ứ ng đượ c n ố i vào m ộ t l ướ i vô h ạ n cân b ằ ng,

t ừ thông khe h ở s ẽ x ấ p x ỉ h ằ ng s ố , độ c l ậ p v ớ i t ả i trên tr ụ c máy

S ứ c t ừ độ ng rôto Fr do dòng kích t ừ DC xác đị nh và c ũ ng không

đổ i trong đ i ề u ki ệ n bình th ườ ng Do đ ó, s ự thay đổ i mômen s ẽ

hoàn toàn đượ c th ự c hi ệ n b ở i vi ệ c thay đổ i góc mômen δr.

Khi δr = 90º máy đạ t đế n mômen c ự c đạ i hay công su ấ t c ự c đạ i (mômen hay công su ấ t m ấ t đồ ng b ộ ), v ớ i đ i ệ n áp đầ u c ự c và kích

t ừ không đổ i Mômen m ấ t đồ ng b ộ gi ớ i h ạ n kh ả năng qu á t ả i ng ắ n

h ạ n c ủ a độ ng c ơ

Ph ầ n 1

Mômen m ấ t

đồ ng b ộ

Góc mômen

Độ ng c ơ

Máy phát

Ch ế độ máy phát ứ ng v ớ i

vùng mômen T < 0 N ế u n ố i máy

Đ B vào m ộ t h ệ th ố ng AC v ớ i

đ i ệ n áp và t ầ n s ố không đổ i, có

kh ả năng hấ p th ụ hay cung c ấ p

công su ấ t đ i ệ n, máy Đ B s ẽ cung

c ấ p công su ấ t cho l ướ i khi rôto

đượ c quay sao cho sóng s ứ c t ừ

độ ng rôto ch ạ y tr ướ c sóng t ừ

thông khe h ở

Sóng sức từ động đã được khảo sát trước đó Từ thông trong khe hởcủa máy

cực ẩn sẽ được khảo sát ở đây, xét thời điểm trục từ trường kích từ sớm pha 900

so với trục pha a

T ừ trườ ng và s ứ c t ừ độ ng

Gọi F là sóng stđ cơ bản do dây quấn kích từ tạo ra

và A là sóng stđ phản ứng phần ứng Sóng stđ tổng R

là tổng của hai sóng stđ thành phần F và A

Các sóng stđ và từ thông được xét là hình sin, do

đó có thểdùng giản đồ vectơ đểbiểu diễn

Mômen có thể tính theo sóng từ thông tổng và sức

từ động kích từ

( )RF

rF p

T = π 2Φ sin δ

Φf

Φr

A Φar

Trục từ trường kích từ

Trục pha a

Ph ầ n 1

ảnh hưởng của từ thông phản ứng phần ứng được biểu diễn bằng một điện cảm

Như đã phân tích ở mục trước, từ thông khe hởtổng Φr được coi là tổng vectơ

của từthông kích từΦfvà từ thông phản ứng phần ứng Φar

Φr

Φf Φar

Er

Ia

Ear

Ef

Nhìn từ phần ứng, các từ thông này

thểhiện như các sức điện động: sđđ

tổng Er coi như tổng của sđđ kích từ Ef

và sđđ phản ứng phần ứng Ear VìΦar

cùng pha với dòng phần ứng Ia, Eartrễ

pha 90º so với Ia Do đó,

r a

E

r r

r

=

xϕ đại diện cho phản ứng phần ứng, và thường được gọi là điện kháng phản

ứng phần ứng, hay điện kháng từ hóa

Sức điện động khe hở chênh lệch với điện áp đầu cực một lượng bằng điện áp

rơi trên điện trở và điện kháng tản phần ứng (tính cho một pha) Mạch tương

đương 1 pha của máy ĐB cực ẩn trong điều kiện cân bằng được biểu diễn dưới

đây (xs = xϕ + xl được gọi là điện kháng đồng bộ)

xl thường có giá trị0,1 – 0,2 pu, và xskhoảng 1 pu với máy cỡ vài trăm kVA trở

lên Khi kích thước máy giảm thì giá trị tương đối của ravà xs tăng lên

M ạ ch t ươ ng đươ ng (tt)

Ph ầ n 1

Đặc tính hở mạch của máy ĐB là quan hệ điện áp đầu cực Ut khi hởmạch theo dòng kích từ Quan hệ này thường được biểu diễn trong hệ pu, với điện áp đơn vị

là điện áp định mức, và dòng kích từ đơn vịlà dòng kích từ ứng với điện áp định

mức trên đặc tính khe hở

Trong thực tế, người ta sẽ quay máy ĐB và đo điện áp phần ứng khi hởmạch

tương ứng với một sốgiá trịdòng kích từ

Đặ c tính không t ả i (h ở m ạ ch)

Khe hở

Kích từ tương đối

Tổn hao quay không

tải bao gồm tổn hao ma sát, thông gió, và tổn hao lõi thép ứng với từ

thông không tải

Đặc tính ngắn mạch của máy phát ĐB là quan hệ dòng điện phần ứng khi ngắn

mạch các pha theo dòng kích từ Ứng với một giá trịkích từ,

Đặ c tính ng ắ n m ạ ch

( a s)

a

E r = r + E rr = I ra( ra + jxl)

Vìra<< xs, Iatrễpha so với Efmột góc gần 90º Sóng stđ phần ứng gần như

thẳng hàng với trục cực từ và ngược pha với stđ kích từ Vì ranhỏ vàxltối đa khoảng 0,2 pu, từ thông khe hởtổng sẽkhoảng 0,2 pu khi dòng phần ứng đạt giá

trị định mức, tức là máy hoạt động ở chế độ không bão hòa Do đó, trong phạm vi

từ 0 đến giá trị định mức, dòng phần ứng tỷ lệvới dòng kích từ

Bỏ qua điện trở phần ứng, điện kháng đồng bộkhông bão hòa có thể tính bởi

x =

Ph ầ n 1

U t định mức

I a định mức

( )

'

sc a t

Có thểchứng minh được nghịch đảo của điện kháng tản đồng bộbão hòa bằng nghịch đảo của tỷsốngắn mạch SCR, với

"

' Of

Of SCR =

Tổn hao ngắn mạch bao gồm tổn hao

cơ do ma sát và thông gió, và tổn hao

do dòng phần ứng Từ đó có thể tìm

được tổn hao do dòng phần ứng khi

ngắn mạch, thường gọi là tổn hao tải

ngắn mạch

Tổn hao tải ngắn mạch bao gồm tổn hao đồng trong dây quấn phần ứng, tổn hao lõi thép cục bộ do từ thông tản phần ứng, và tổn hao lõi thép rất nhỏ do từ

thông tổng

Có thể đo điện trở DC và hiệu chỉnh theo nhiệt độ để tính tổn hao điện trở DC

Hiệu của tổn hao tải ngắn mạch và tổn hao điện trở DC sẽ là tổn hao do hiệu ứng

bềmặt và dòng xoáy trong các thanh dẫn phần ứng cộng với tổn hao lõi thép cục

bộdo từ thông tản phần ứng Phần này được gọi là tổn hao phụvà thường được coi là không đổi giữa các điều kiện vận hành bình thường và ngắn mạch

Điện trở hiệu dụng của phần ứng được coi tương ứng với tổn hao tải ngắn

mạch ởdòng ngắn mạch đã cho

Đặ c tính ng ắ n m ạ ch (tt)

( )

2 _

sc a

sc l a

I

P

r ∆

=