ĐỀ CƯƠNG MÁY ĐIỆN CHƯƠNG 3 đại học hàng hải

đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .đề cương máy điện đại học hàng hải .

1

Chương 3: Máy điện đồng bộ

Câu1: Nêu khái niệm về máy điện đồng bộ ba pha Nêu các thông số đặc trưng của máy điện đồng bộ ba pha

1 Nêu khái niệm, phạm vi ứng dụng

- Khái niệm: Máy phát điện đồng bộ là máy điện xoay chiều quay, nguyên lý làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rôto (n) luôn luôn bằng tốc độ từ trường quay trong máy (n1)

- Phạm vi ứng dụng: Sử dụng trong công nghiệp và trên tàu Máy điện đồng bộ mang tính chất thuận nghịch, nó như một máy phát điện, hoặc như một động cơ điện

2 Phân loại theo:

- Theo số pha: một pha; hai pha; ba pha

- Theo công suất: nhỏ; trung bình; lớn

- Theo cấu tạo rôto: cực lồi; cực ẩn

- Theo chức năng: máy phát; động cơ; máy bù đồng bộ

- Theo điểm công tác của mạch từ: mạch từ bão hoà từ; chưa bão hoà từ

- Theo động cơ lai máy phát: Diesel- máy phát; tuốc bin (thủy lực, hơi) - máy phát

3 Phân tích

- Công suất định mức: S đm; Điện áp dây định mức: Uđm

- Dòng điện dây định mức: Iđm; Tần số định mức: fđm

- Hệ số công suất định mức: cosđm; Điện áp kích từ định mức: U ktđm

- Dòng điện kích từ định mức: I ktđm; Hiệu suất định mức: ηđm

- Nước sản xuất, năm sản xuất, kích thước, trọng lượng

Giá trị cosđm muốn nói đến giới hạn dòng kích từ trong quá trình khai thác máy, tức là khi khai thác máy phát mà cos< cosđm, thì Ikt > Iktđm điều đó sẽ gây nguy hiểm cho cuộn dây kích từ của máy phát

Câu 2: Khái niệm phần cảm, phần ứng trong máy điện dồng bộ Trình bày cấu tạo phần tĩnh (stato) của máy điện đồng bộ ba pha khi có chứ năng là phần cảm

1 Khái niệm:

 Phần cảm là phần nhận năng lượng điện một chiều để tạo ra từ trường một chiều trong máy gọi là từ trường kích từ, hay phần cảm là một nam châm vĩnh cửu hay là một nam châm điện

 Phần ứng là phần cảm ứng ra sức điện động xoay chiều hay là phần đưa điện áp ra cấp cho tải bên ngoài

2 Trình bày cấu tạo

- Sơ đồ

2

- Cấu tạo

Phần tĩnh gồm các bộ phận sau: vỏ máy, cực từ, dây quấn và các bộ phận còn lại khác

 Vỏ máy làm bằng thép đúc, chức năng là mạch từ, nhiệm vụ là dẫn từ, ngoài ra vỏ còn làm nhiệm vụ bảo vệ và gá lắp các cực từ và các nắp máy ở hai đầu máy

 Cực từ được chia làm 2 phần là thân cực làm bằng thép đúc và mặt cực làm bằng thép lá KTĐ và hiện nay chúng được làm bằng thép lá KTĐ Cực từ có nhiệm vụ dẫn

từ và là nơi để quấn cuộn dây kích và như vậy: Vỏ máy, cực từ và dây quấn kích từ tạo thành phần cảm

 Dây quấn kích từ là dây đồng có bọc cách điện, quấn đồng tâm trên thân cực từ và cách điện với lõi thép Dây quấn trên các cực từ được đấu nối tiếp với nhau và đưa hai đầu dây ra trên trụ đấu dây

 Ngoài ra còn có bộ phận chổi than, giá đỡ chổi than, các nắp máy, trụ đấu dây và đế máy

- Sơ đồ nguyên lý máy phát điện có kích từ

Câu 3: Khái niệm phần cảm, phần ứng trong máy điện dồng bộ Trình bày cấu tạo phần động (roto) của máy điện đồng bộ ba pha khi có chứ năng là phần cảm

1 Khái niệm:

 Phần cảm là phần nhận năng lượng điện một chiều để tạo ra từ trường một chiều trong máy gọi là từ trường kích từ, hay phần cảm là một nam châm vĩnh cửu hay là một nam châm điện

 Phần ứng là phần cảm ứng ra sức điện động xoay chiều hay là phần đưa điện áp ra cấp cho tải bên ngoài

2 Trình bày cấu tạo:

H ×n h 1

H ×n h 6

3

H ×n h 4

H ×n h 3

- Sơ đồ

- Cấu tạo

Nếu là máy công suất lớn thì là rôto (phần quay) thường là phần cảm và có 2 loại là rôto

cực lồi (cực hiện), và rôto cực ẩn

 Rôto cực hiện (a): Cực từ gồm thân cực được chế tạo từ thép đúc và mặt cực được chế tạo từ thép lá kỹ thuật điện Trên mặt cực được đục các rãnh để đặt dây quấn dạng lồng sóc và được gọi là cuộn dây ổn định nếu là máy phát, còn gọi là cuộn dây quấn khởi động nếu là động cơ

 Rôto cực ẩn (b): Lõi thép rôto được đục rãnh trên 2/3 chu vi mặt ngoài tạo nên phần răng lớn và răng bé, phần răng lớn tạo thành mặt cực từ Rôto cực ẩn thường dùng cho máy đồng bộ có tốc độ cao vì có độ bền cơ chắc chắn Số cặp cực thường nhỏ

- Sơ đồ nguyên lý máy phát điện kích từ

H ×n h 5

4

Câu 4: Trình bày nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ ba pha

1 Vẽ sơ đồ

Xét máy phát điện đồng bộ 3 pha loại công suất lớn có phần cảm trên rôto còn phần ứng trên stato, Cuộn dây 3 pha phần ứng là AX, BY, CZ đặt lệch nhau 1200

2 Trình bày

- Nếu đưa dòng điện 1 chiều vào phần cảm (rôto), thì rôto trở thành 1 nam châm điện, đồng thời quay rôto bằng 1 động cơ sơ cấp bên ngoài đạt đến vòng quay định mức Lúc đó trên rôto hình thành 1 từ trường quay, quay với tốc độ là n Từ trường quay rôto này sẽ quét lên dây quấn phần ứng và theo định luật cảm ứng điện từ thì trong dây quấn phần ứng xuất hiện các sức điện động cảm ứng xoay chiều và tại thời điểm tức thời có chiều xác định theo quy tắc bàn tay phải như hình vẽ trên

- Nếu là máy phát điện đồng bộ là máy phát ba pha gồm ba cuộn dây pha phần ứng là A-X,

B-Y, C-Z đặt lệch nhau 1200 thì trong các pha có s.đ.đ là:

eA = Em sin(t); eB = Em sin(t - 1200); eC = Em sin (t - 240o)

Trong đó: giá trị hiệu dụng của một pha là: EP = 4,44.kdq.W.f.m ; W: số vòng dây quấn ở một pha; kdq: Hệ số quấn dây luôn nhỏ hơn một; f: Tần số quét của từ thông; m: Từ thông trên một cực từ

- Khi máy phát không mang tải thì: iA = 0; iB = 0; iC = 0; Khi máy phát có tải thì iA ≠ 0; iB ≠ 0;

iC ≠ 0 Hệ thống dòng điện 3 pha này sẽ tạo ra từ trường quay, quay với tốc độ là n1 = 60.f/p (vòng/ph) Trong đó f là tần số sđđ stato, p là số cặp cực cuộn dây stato

 Giả sử nếu số cặp cực phần cảm p = 1 và quay với tốc độ n thì trong 1 phút tần số quét của từ thông f = p.n/60(Hz) và đây cũng là tần số của sđđ ba pha

3 Kết luận: Như vậy máy điện có tốc độ từ trường quay trong máy luôn luôn bằng tốc độ quay

của rôto, hay từ trường kích từ Fkt và từ trường phần ứng Fu luôn quay cùng tốc độ, máy điện

đó được gọi là máy điện đồng bộ (n1 = n)

n

y

C

X

B

Z

A

.

+

+

I u

p

f

60

p

60

60

pn

5

Câu 5: Trình bày phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ ba pha khi phụ tải là thuần trở

1 Khái niệm

- Khái niệm: Phản ứng phần ứng là sự tương tác giữa từ trường phần ứng khi máy có tải

lên từ trường kích từ

- Ảnh hưởng của P.Ư.P.Ư có thể làm tăng, giảm hoặc làm méo dạng từ trường chính

Ảnh hưởng của P.Ư.P.Ư hoàn toàn phụ thuộc vào tính chất tải của máy phát

- Dựa vào trục của hai từ trường phần ứng ư hay sức từ động phần ứng Fư so với trục của từ trường kích từ kt hay sức từ động kích từ Fkt mà gọi là phản ứng phần ứng thành dọc trục, ngang trục và hỗn hợp

- Nếu từ trường phần ứng cùng phương, cùng chiều với từ trường kích từ thì gọi là

P.Ư.P.Ư dọc trục trợ từ

- Nếu từ trường phần ứng cùng phương, ngược chiều với từ trường kích từ thì gọi là

P.Ư.P.Ư dọc trục khử từ

- Nếu từ trường phần ứng vuông góc với từ trường kích từ thì gọi là P.Ư.P.Ư ngang trục

- Nếu từ trường phần ứng và từ trường kích từ hợp với nhau một góc bất kỳ gọi là

P.Ư.P.Ư hỗn hợp; nghĩa là gồm 2 thành phần: dọc trục và ngang trục

2 Vẽ sơ đồ

- Khi tải là thuần trở thì dòng điện và điện áp ( hay sức điện động) trùng pha nhau Góc lệch pha II= 0

- Ta có sơ đồ véc tơ : ta dựng các véc tơ sức điện động của các pha lệch nhau 1200, từ đó dựng véc tơ U (sức điện động)=I và sức từ động F=wi thì véc tơ sức từ động kích từ Fkt có phương trình như hình a

3 Phân tích

Giả sử roto máy phát là 1 nam châm điện có chiều véc tơ sức từ động Fkt tại thời điểm đang xét như hình b.Nếu xét cho từng pha ,giả sử xét cho pha A thì véc tơ sức điện động E0 là chậm pha hơn so với từ trường kích từ 1 góc 900 Do tải thuần trở nên sinh ra dòng

trùng pha nhau Vì dòng điện vuông pha với từ trường kích từ nên gọi là dòng điện ngang

kt







I B

F B

E B

I A

F A

F kt

F kt

q

E A

E 0

F u

I u

E u

F

F u

 u q

F kt

 kt

E C

I C

F C

6

trục, ký hiệu Iuq Dòng này sinh ra sức từ động phần ứng ngang trục Fuq và sức từ động này sinh ra từ trường uq

4 Kết luận: Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ khi mang tải thuần trở là P.Ư.P.Ư

ngang trục và làm méo dạng từ trường chính kích từ

Câu 6: Trình bày phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ ba pha khi phụ tải là thuần cảm

1 Khái niệm

- Khái niệm: Phản ứng phần ứng là sự tương tác giữa từ trường phần ứng khi máy có tải

lên từ trường kích từ

- Ảnh hưởng của P.Ư.P.Ư có thể làm tăng, giảm hoặc làm méo dạng từ trường chính

Ảnh hưởng của P.Ư.P.Ư hoàn toàn phụ thuộc vào tính chất tải của máy phát

- Dựa vào trục của hai từ trường phần ứng ư hay sức từ động phần ứng Fư so với trục của từ trường kích từ kt hay sức từ động kích từ Fkt mà gọi là phản ứng phần ứng thành dọc trục, ngang trục và hỗn hợp

- Nếu từ trường phần ứng cùng phương, cùng chiều với từ trường kích từ thì gọi là

P.Ư.P.Ư dọc trục trợ từ

- Nếu từ trường phần ứng cùng phương, ngược chiều với từ trường kích từ thì gọi là

P.Ư.P.Ư dọc trục khử từ

- Nếu từ trường phần ứng vuông góc với từ trường kích từ thì gọi là P.Ư.P.Ư ngang trục

- Nếu từ trường phần ứng và từ trường kích từ hợp với nhau một góc bất kỳ gọi là

P.Ư.P.Ư hỗn hợp; nghĩa là gồm 2 thành phần: dọc trục và ngang trục

2 Vẽ sơ đồ

Khi tải là thuần cảm thì điện áp ( hay sức điện động) sớm pha hơn dòng điện 1 góc Góc lệch pha II=

Ta có sơ đồ véc tơ : ta dựng các véc tơ sức điện động của các pha lệch nhau 1200, từ đó dựng véc tơ U ( sức điện động ) sớm pha hơn dòng điện I và sức từ động F=wi trùng pha với dòng điện

I thì véc tơ sức từ động kích từ Fkt có phương trình như hình a

kt







q

Fu d F

Eu d

Iu d Fu d

E0 EA

Fkt

Fkt IA

EB

c) b)

a)

FA

IB FB EC

IC FC

7

3 Phân tích

Giả sử roto máy phát là 1 nam châm điện có chiều véc tơ sức từ động Fkt tại thời điểm đang xét như hình b.Nếu xét cho từng pha ,giả sử xét cho pha A thì véc tơ sức điện động E0 là chậm pha hơn so với từ trường kích từ 1 góc 900 với .Do tải thuần cảm nên sinh ra dòng chậm pha hơn 900 Vì dòng điện cùng phương với từ trường kích từ nên gọi là dòng điện dọc trục, ký hiệu Iuq Dòng này sinh ra sức từ động phần ứng ngang trục Fuq và sức từ động này sinh ra từ trường Iuq.Vậy từ trường phần ứng cùng phương, ngược chiều với từ trường kích từ

4 Kết luận: Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ khi mang tải thuần cảm là

P.Ư.P.Ư dọc trục khử từ Ảnh hưởng của P.Ư.P.Ư là làm giảm giá trị từ trường chính kích từ

Câu 7: Trình bày phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ ba pha khi phụ tải là thuần dung

1 Khái niệm

- Khái niệm: Phản ứng phần ứng là sự tương tác giữa từ trường phần ứng khi máy có tải lên từ

trường kích từ

- Ảnh hưởng của P.Ư.P.Ư có thể làm tăng, giảm hoặc làm méo dạng từ trường chính Ảnh

hưởng của P.Ư.P.Ư hoàn toàn phụ thuộc vào tính chất tải của máy phát

- Dựa vào trục của hai từ trường phần ứng ư hay sức từ động phần ứng Fư so với trục của từ trường kích từ kt hay sức từ động kích từ Fkt mà gọi là phản ứng phần ứng thành dọc trục, ngang trục và hỗn hợp

- Nếu từ trường phần ứng cùng phương, cùng chiều với từ trường kích từ thì gọi là P.Ư.P.Ư dọc

trục trợ từ

- Nếu từ trường phần ứng cùng phương, ngược chiều với từ trường kích từ thì gọi là P.Ư.P.Ư

dọc trục khử từ

- Nếu từ trường phần ứng vuông góc với từ trường kích từ thì gọi là P.Ư.P.Ư ngang trục

- Nếu từ trường phần ứng và từ trường kích từ hợp với nhau một góc bất kỳ gọi là P.Ư.P.Ư hỗn

hợp; nghĩa là gồm 2 thành phần: dọc trục và ngang trục

2 Vẽ sơ đồ

- Khi tải là thuần dung thì điện áp ( hay sức điện động) trễ pha hơn dòng điện 1 góc Góc lệch pha II=

- Ta có sơ đồ véc tơ : ta dựng các véc tơ sức điện động của các pha lệch nhau 1200, từ đó dựng véc tơ U (sức điện động ) trễ pha hơn với Ivà sức từ động F=wi trùng pha với dòng điện I thì véc tơ sức từ động kích từ Fkt có phương trình như hình a

kt







8

E u d

E 0

F kt

F

q

q

F C

I C

E C

F B

I B

F A

E B

I A

E A

F kt

F u d

 u d

F kt

3 Phân tích

Giả sử roto máy phát là 1 nam châm điện có chiều véc tơ sức từ động Fkt tại thời điểm đang xét như hình b.Nếu xét cho từng pha ,giả sử xét cho pha A thì véc tơ sức điện động E0 là chậm pha hơn so với từ trường kích từ 1 góc 900 Do tải thuần dung nên sinh ra dòng IA sớm pha hơn 900 với Vì dòng điện cùng phương với từ trường kích từ nên gọi là dòng điện dọc trục, ký hiệu Iuq Dòng này sinh ra sức từ động phần ứng ngang trục Fuq và sức từ động này sinh ra từ trường Iuq.Vậy từ trường phần ứng cùng phương, ngược chiều với từ

trường kích từ

4 Kết luận: Phản ứng phần ứng trong máy phát điện đồng bộ khi mang tải thuần dung là

P.Ư.P.Ư dọc trục trợ từ Ảnh hưởng của P.Ư.P.Ư là làm tăng giá trị từ trường chính kích từ

Câu 8: Dẫn dắt ra sơ đồ tương đương, phương trình cơ bản và vẽ đồ thị véc tơ của máy phát đồng bộ cực ẩn chưa bão hoà từ

1 Phân tích quá trình điện từ:

Ở chế độ không tải: Dòng điện kích từ Ikt chạy trong cuộn dây kích từ trên phần cảm sinh ra sức từ động kích từ (Fkt) và sẽ sinh ra từ thông kích từ (kt), khi máy phát đạt đến tốc độ định mức thì trên cuộn dây phần ứng tồn tại suất điện động không tải E0(Ekt)

Ở chế độ có tải: Khi đóng tải ba pha cho máy phát thì trong cuộn dây phần ứng tồn tại dòng điện tải và tổng hợp lại có dòng điện phần ứng (Iư  0) Dòng điện phần ứng sinh ra các quá trình điện từ như sau:

+ Dòng điện phần ứng (Iư) sinh ra sức từ động phần ứng (Fư) và sẽ sinh ra từ thông phần ứng (ư) và sẽ sinh ra suất điện động phần ứng (Eư); Với giả thiết máy phát chưa bão hòa thì có thể coi

từ thông phần ứng (ư) được đặc trưng bởi bằng một điện kháng mạch phần ứng (Xư)

+ Dòng điện phần ứng (Iư) sinh ra xung quanh cuộn dây phần ứng khép kín qua không khí một

từ thông tản (t) và sẽ sinh ra suất điện động tản (Et); Vì từ trở của không khí là hằng số do đó có thể coi từ thông tản (t) được đặc trưng bởi điện kháng tản (Xt)

+ Dòng điện phần ứng (Iư) sinh ra sụt áp trên nội trở cuộn dây phần ứng (RIư)

2 Sơ đồ tương đương:

9

u

u

u u

u

A

A

W

W

V

V A

a

+

T¶i

-

3 Phương trình cơ bản dạng đầy đủ

̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ; trong đó: ̇ ̇ ̇ ̇

̇ ̇ ( ) ̇ ̇

4 Đồ thị véc tơ

Từ phương trình cơ bản đồ thị véc tơ có dạng như sau:

Câu 9: Vẽ sơ đồ thí nghiệm và thiết lập đặc tính Không tải và đặc tính ngắn mạch của máy phát

đồng bộ ba pha

- Sơ đồ nguyên lý của máy phát đồng bộ ba pha

10

E 0

I kt

U dm

Ed

I kt0

0

1 ĐẶC TÍNH KHÔNG TẢI

- Khái niệm

Đặc tính không tải là mối quan hệ giữa điện áp trên cực của máy phát với dòng điện kích

từ khi dòng tải bằng không và tố độ quay của máy phát là không đổi

U0 = E0 = f (Ikt) khi: n = const; Iư = 0

EP = 4,44.kdq.W.f.m = K kt

- Thiết lập

 Dạng đặc tính không tải của hai loại máy phát điện đồng bộ cực lồi và cực ẩn khác nhau không nhiều Nếu n = const, thì sđđ của máy phát: E = K kt

 Mối quan hệ giữa sđđ không tải tỷ lệ với dòng kích từ do đó dạng E0 = f ( Ikt) là dạng

của đường cong từ hoá lõi thép làm lên mạch từ

Khi thí nghiệm, cần ngắt cầu dao khống chế tải Để dễ dàng so sánh các đặc tính của các máy phát với nhau, người ta có thể xây dựng trên hệ trục toạ độ tương đối Lúc đó

- Dạng đặc tính

dm U

E



0

kt

kt kt I I

I 