Giáo trình Máy điện 1 (Phần 4: Máy điện đồng bộ) - Chương 1: Nguyên lý máy điện đồng bộ

Giáo trình giới thiệu tới người đọc các nội dung: Đại cương về máy điện đồng bộ, cấu tạo máy điện đồng bộ, nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ, từ trường trong điện đồng bộ, máy điện đồng bộ cực ẩn, máy điện đồng bộ cực lồi, giá trị tương đối của các tham số máy đồng bộ. Mời các bạn cùng tham khảo.

PHẦN THỨ TƯ

MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Chương 1

NGUYÊN LÝ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

1.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Máy điện đồng bộ là máy điện xoay chiều có tốc độ rotor n bằng tốc độ từ trường quay trong máy n1 Ở chế độ xác lập máy điện đồng bộ có tốc độ quay của rotor luôn không đổi Máy điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Máy điện đồng bộ được phân ra thành máy phát, động cơ và máy bù đồng bộ

Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của lưới điện các quốc gia, trong

đó động cơ sơ cấp là tuabin hơi, tuabin nước hoặc tuabin khí Trong nhà máy các máy phát thường nối làm việc song song với nhau và các nhà máy nối với nhau thành hệ thống điện Công suất của một máy phát đã chế tạo trên 1200MW

Còn động cơ điện đồng bộ được sử dụng khi truyền động công suất lớn, có thể đạt đến vài chục MW và với yêu cầu tốc độ không đổi Động cơ điện đồng bộ dùng trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh, máy bơm, khí nén, quạt gió Trong một số trường hợp, việc đặt các máy điện đồng bộ ở gần các khu công nghiệp chỉ để phát công suất phản kháng đủ bù hệ số công suất cos cho lưới điện Những máy như vậy gọi là máy bù đồng bộ

Các động cơ điện đồng bộ công suất nhỏ, đặc biệt là động cơ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu cũng được dùng rộng rãi trong các trang bị tự động và điều khiển

1.2 CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Cấu tạo của máy điện đồng bộ gồm có hai bộ phận chính là stator và rotor

1.2.1 Stator (phần ứng)

Stator của máy điện đồng bộ (hình 1.1 và 1.2) giống như stator của máy điện không đồng bộ, gồm hai bộ phận chính là lõi thép stator và dây quấn ba pha stator Lõi thép stator được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dầy 0,5 mm, hai mặt có phủ sơn cách điện Dọc chiều dài lõi thép stator cứ cách khoảng 6 - 10 cm có một rãnh thông gió ngang trục rộng khoảng 10mm Lõi thép stator được đặt cố dịnh trong thân máy Dây quấn stator (xem lại phần dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều) còn gọi là dây quấn phần ứng

1.2.2 Rotor (phần cảm)

Hình 1.2 Stator máy điện đồng bộ cực ẩn

Hình 1.1 Stator máy điện đồng bộ

Rotor của máy điện đồng bộ là nam châm điện gồm có lõi thép và dây quấn

kích thích Dòng điện đưa vào dây quấn kích thích là dòng điện một chiều Rotor của máy điện đồng bộ có hai kiểu là rotor cực lồi và rotor cực ẩn

1 Kết cấu của rotor cực lồi

Loại rotor cực lồi dùng ở các máy đồng bộ có tốc độ thấp, có nhiều đôi cực (hình 1.3) như máy phát kéo bởi tuốc bin nước Vì vậy đường kính D của rotor có thể lớn đến 15m

Rotor của máy điện đồng bộ cực lồi có lõi thép chế tạo bằng thép đúc và gia công thành khối lăng trụ hoặc khối hình trụ trên mặt có các cực từ Cực từ đặt trên lõi thép rotor được làm bằng thép lá dày 1-1,5 mm

Dây quấn kích từ được chế tạo bằng dây đồng tiết diện chữ nhật quấn uốn theo chiều mỏng thành từng cuộn dây Cách điện giữa các vòng dây bằng mica hoặc amiăng Các cuộn dây sau khi đã gia công được lồng vào thân cực từ

Việc cố định cực từ trên lõi thép rotor được thực hiện bằng đuôi hình T hoặc bằng các bulông xuyên qua mặt cực và vít chặt vào lõi thép rotor

Dạng mặt cực rotor để khe hở không khí không đều, mục đích là làm cho từ cảm phân bố trong khe hở không khí hình sin để sđđ cảm ứng ở dây quấn stator hình sin (hình 1.3)

Hình 1.3 Rotor cực lồi máy điện đồng bộ cực lồi và mặt cắt ngang

2 Kết cấu của rotor cực ẩn

Loại rotor cực ẩn được dùng ở các máy có tốc độ cao như các máy kéo bởi tuốc bin hơi Vì tốc độ cao nên để chống lực ly tâm, rotor được chế tạo nguyên khối và có đường kính nhỏ (hình 1.4) 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 các rãnh để đặt

dây quấn kích từ Khe hở

không khí giữa stator và

rotor đều và rotor thường chỉ

có hai cực từ

Dây quấn kích từ đặt

trong rãnh rotor được chế

tạo bằng dây đồng tiết diện

chữ nhật quấn uốn theo

chiều mỏng thành các bối

dây đồng tâm (hình 1.5)

Cách điện giữa các vòng dây

của bối dây bằng mica mỏng Dây quấn kích từ đặt vào rãnh rotor và được nêm kín bằng các thanh nêm làm bằng thép không từ tính

1.2.3 Hệ kích từ của máy điện đồng bộ

Hệ kích từ máy điện đồng bộ phải đảm bảo duy trì điện áp trên dầu cực máy phát trong điều kiện làm việc

bình thường, cưỡng bức kích

thích khi điện áp hạ thấp do

ngắn mạch ở xa và giảm

nhanh dòng điện kích từ đến

không mà điện áp không vượt

quá cách điện cuộn dây kích

từ cho phép

Có ba loại kích từ cho máy điện đồng bộ Hệ kích từ dùng máy phát điện một chiều mối cùng trục máy phát đồng bộ (hình 1.6); hệ kích từ dùng máy kích từ xoay chiều, cũng mối cùng trục với máy phát điện đồng bộ, loại này có hai phương án là máy kích

Hình 1.4 Lõi thép rotor và mặt cắt ngang của lõi thép máy điện đồng bộ cực ẩn

từ xoay chiều có phần cảm quay, phần ứng tỉnh (hình 1.7a) và máy kích từ xoay chiều có phần ứng quay, phần cảm tĩnh (hình 1.7b); hệ tự kích tức hỗn hợp là lấy điện áp máy điện đồng bộ phát ra rồi chỉnh lưu và cho vào dây quấn kích từ của chính nó như trình bày trên hình 1.8

1.3 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Trên hình 1.9 trình bày nguyên lý hoạt động của máy phát điện đồng bộ Động cơ sơ cấp 1 (tuốc bin hơi) quay rotor máy phát điện đồng bộ đến gần tốc độ định mức, máy phát điện một chiều 7 được thành lập điện áp và cung cấp dòng điện một chiều cho dây quấn kích thích 4 máy phát điện đồng bộ thông qua chổi than 5 và vành góp 6, rotor 3 của máy phát điện đồng bộ trở thành nam châm điện

Do rotor quay, từ trường rotor quét qua dây quấn phần ứng stator và cảm ứng trong dây quấn stator sđđ xoay chiều hình sin

Nếu rotor có số đôi cực từ là p, quay với tốc độ n thì sđđ cảm ứng trong dây quấn stator có tần số là:

60

.np

Như vậy trị số hiệu dụng sđđ cảm ứng trong dây quấn stator là:

Hình 1.7 Hệ kích thích máy phát xoay chiều chỉnh lưu

(a)

Et π 2fNsΦt (1.2)

Trong đó: Et = sđđ kích thích pha (V);

Ns = số vòng dây hiệu dụng của một pha;

f = tần số của sđđ cảm ứng dây qấn stator (Hz);

t = từ thông/cực từ, do dòng điện kích từ It tạo ra (Wb)

Khi dây quấn stator nối với tải, trong dây quấn sẽ có dòng điện ba pha chạy qua Hệ thông dòng điện này sẽ sinh ra từ trường quay, gọi là từ trường phần ứng,

có tốc đô:

p

f60

Từ (1.1b) và (1.3), ta thấy tốc độ rotor n bằng tốc độ từ trường quay trong máy

n1, nên gọi là máy điện đồng bộ

VÍ DỤ 1.1

Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn làm việc không tải có sđđ cảm ứng là 240V/pha, tần số 50Hz Xác định sđđ cảm ứng và tần số nếu từ thông cực từ tăng 12% và tốc độ tăng 12%

ff

fEEf

fEE

t

t t

t t

t t

t t

t

6,345Φ

Φ2,12,1240Φ

ΦΦ

Φ

1 1

1 1

1 1

2 2 1 2

2 2

1 1 2 1

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý của máy phát đông bô ba pha

1 Động cơ sơ cấp (tuabin hơi); 1 Dây quấn stator; Rotor của máy phát đồng bộ; 1 Dây quấn rotor;

5 Vành trượt; 6 Chổi than tỳ lên vành trượt; 7 Máy phát điện một chiều nối cùng trục với máy phát điện đồng bộ

Tần số của sđđ cảm ứng mới:

n

nfff

fn

n

602,150

1

2 1 2 2

1 2

1.4 TỪ TRƯỜNG TRONG ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Từ trường trong máy điện đồng bộ là do dòng điện trong dây quấn rôto và stato sinh ra

Khi máy làm việc không tải: Trong dây quấn stato không có dòng điện, tức

dòng điện stator bằng không (I = 0), từ trường trong máy điện chỉ do dòng điện một chiều It chạy trong dây quấn kích từ đặt trên cực từ sinh ra, gọi là từ trường cực từ Nếu rôto quay từ trường này quét qua dây quấn stator và cảm ứng trong đó các sđđ kích thích Et (còn gọi là sđđ không tải)

Khi máy làm việc mang tải: Ngoài từ trường cực từ còn có từ trường do dòng

điện tải I sinh ra gọi là từ trường phần ứng Nếu là máy ba pha, từ trường do dòng điện tải chạy trong dây quấn ba pha sinh ra là từ trường quay Từ trường nầy có thể phân tích thành từ trường cơ bản và các từ trường bậc cao có chiều quay và tốc

độ quay khác nhau Trong số từ trường nầy, từ trường cơ bản là quan trọng nhất vì tốc độ và chiều quay giống như từ trường cực từ

Phản ứng phần ứng là tác dụng của từ trường phần ứng với từ trường cực từ

Nó ảnh hưởng rất lớn đến từ trường cực từ và mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào tính chất của tải cũng như cấu tạo cực từ ẩn hay lồi Kết quả là khi máy điện làm việc có tải, dọc khe hở tồn tại một từ trường thống nhất Chính từ trường nầy sẽ sinh ra sđđ lúc có tải trong dây quấn stato

1.4.1 Từ trường của dây quấn kích thích (cực từ)

Rôto của máy điện đồng bộ cực ẩn và máy điện đồng bộ cực lồi có cấu tạo khác nhau nên từ trường do chúng sinh ra có dạng khác nhau, vì vậy sau đây ta sẽ xét hai trường hợp riêng biệt

1 Đối với máy điện cực lồi

Stđ của một cực từ là:

p

IN

Ft t t2

trong đó: Nt = số vòng dây kích thích quấn trên các cực từ;

It = dòng điện kích thích

p = số đôi cực từ

Từ thông do sức từ động (stđ) nầy sinh ra (hình 1.10) gồm:

t = từ thông chính đi qua khe hở và móc vòng với dây quấn stator  = từ thông tản của cực từ

Do khe hở giữa mặt cực và phần ứng không đều, nhỏ giữa mặt cực và lớn dần

về 2 phía mỏm cực, nên mật độ từ thông ở giữa mặt cực lớn hơn ở mỏm cực Ta

vẽ đường phân bố từ cảm dọc theo bước cực  như trên hình 1.11

Từ cảm Bt không sin vì khó khăn về mặt gia công độ cong mặt cực Ta phân tích Bt thành sóng cơ bản và các sóng bậc cao Sóng là cơ bản là chủ yếu, sẽ tạo ra sđđ có tần số cơ bản ở dây quấn stato, còn từ trường bậc cao của cực từ thường rất nhỏ, hơn nữa sđđ do chúng sinh ra còn bị yếu đi do chọn bước ngắn và quấn rãi

Hệ số dạng sóng của từ trường:

tm

tm t

t tm

t

k k

F B

k B

t t t

d

kp

INk

μ

μ δ

p

kNkk

ll

B

δ

τπ

μτπ

2Φ

μ δ

δ 0 δ 1

Khi rôto quay với tốc độ  = 2f thì từ thông móc vòng do sóng cơ bản của từ trường kích từ với dây quấn stator biến đổi theo qui luật hình sin:

kích từ của máy điện đồng bộ

hở của máy điện đồng bộ cực lồi

tưd = Nst1cost Sđđ hỗ cảm trong dây quấn stator là:

t æd t

æd t

t t d s

p

kNkk

lN

δ

τπ

μω

μ δ

τμ

μ δ

δ

Điện kháng hỗ cảm tương ứng:

+ Hệ số tự cảm của dây quấn kích thích :

Hệ số tự cảm của dây quấn kích thích:

Trong đó:

Lt là hệ số tự cảm của dây quấn kích thích ứng với từ thông tản  t cực từ

Lt là hệ số tự cảm của dây quấn kích thích ứng với từ thông khe hở t. của cực từ

Từ thông khe hở t. của cực từ là :

I

N

μ δ

δ 0

δπ

τμ

kkp

Nk

k

l

t t d



2 Đối với máy điện cực ẩn

Đường biểu diễn từ cảm Bt có dạng hình thang (hình 1.3)

Ta gọi  là tỉ số giữa phần có dây quấn của bước cực và bước cực 

Biên độ sóng cơ bản của từ trường đó bằng:

0

4

) (

) (

B

= Btm

sin2

24

t

kk

1.4.2 Từ trường của dây quấn phần ứng

Khi máy điện làm việc có tải, dòng điện trong dây quấn stator sinh ra từ trường của dây quấn stator gọi là từ trường phần ứng Tùy theo tính chất của tải

mà trục của từ trường phần ứng sẽ làm thành một góc nhất định với trục từ trường cực từ Như vậy tác dụng của từ trường phần ứng với từ trường cực từ hay phản ứng phần sẽ mang tính chất khác nhau phụ thuộc vào tính chất tải (tải trở, dung hay cảm) và kết cấu cực từ Do trong máy điện cực ẩn khe hở đều, còn cực lồi khe

hở dọc trục và ngang trục khác nhau, nên sđđ cảm ứng trong dây quấn phần tĩnh

do từ trường phần ứng cũng khác nhau và cần được nghiên cứu riêng

1 Phản ứng phần ứng

Giả thiết xét máy phát điện đồng bộ 3 pha có phụ tải ba pha đối xứng; mỗi pha

có một phần tử, tạo thành 2 cực từ (p = 1); và bỏ qua sự bão hòa của mạch từ để dùng phương pháp xếp chồng

a) Tải thuần trở

Khi tải đối xứng và thuần trở thì dòng điện ba pha trong dây quấn stator sẽ trùng pha với các sđđ tương ứng IA EA, IB EB, IC EC ( =0) Giả sử các sđđ và dòng điện trong các pha là hình sin và nếu xét ở thời điểm iA  Im, thì

2I

i

iB  C  m/ và đồ thị véctơ như trên hình 1.13a Chiều dòng điện điện chạy trong các pha của máy như trên hình 1.13b Từ hình vẽ ta thấy vị trí không gian của từ trường quay của từ trương phần ứng Fư trong trường hợp này có chiều trùng

với trục dây quấn pha A là pha có dòng điện cực đại Vì từ thông xuyên qua pha A cực đại trước sđđ pha đó một phần tư chu kỳ nên khi sđđ pha A cực đại từ trường quay được 900

so với vị trí cực từ trùng với trục pha A (hình 1.13b) Như vậy vị trí không gian của trục cực từ là thẳng góc với trục của pha A, tức là thẳng góc với chiều từ trường Fư Kết luận : ở tải thuần trở, phương của Fư thẳng góc với phương của Ft và phản ứng phần ứng ngang trục

b) Tải thuần cảm

Khi tải thuần cảm, dòng điện chậm sau sđđ một góc  = 900 nên ở thời điểm: iA Im,iB iC Im/2, cực từ đã quay thêm một góc 900, so với vị trí của nó ở trường hợp tải thuần trở và được trình bày trên hình 1.14b Ta thấy ở đây từ trường Fư và từ trường Ft cùng phương và ngược chiều nhau và phản

ứng phần ứng dọc trục khử từ Đồ thị vectơ trình bày trên hình 1.14b

c) Tải thuần dung

Khi tải thuần dung sđđ E chậm sau dòng điện I một góc  = - 900, nên ở thời điểm iA Im,iB iC Im/2, cực từ còn phải quay thêm một góc 900 nữa, mới trùng với tải thuần trở, nghĩa là ở vị trí như trên hình 1.15b

Hình 1 13 Đồ thị vectơ sđđ (a) và quan hệ không gian giữa từ trường cực từ

và từ trường phần ứng (b) ở tải thuần trở máy điện đồng bộ (a)

Hình 1.14 Đồ thị vectơ sđđ (a) và quan hệ không gian giữa từ trường

cực từ và từ trường phần ứng (b) ở tải thuần cảm máy điện

Ở đây chiều của từ trường Fư và Ft cùng phương và cùng chiều: phản ứng

phần ứng dọc trục trợ từ Đồ thị véctơ tương ứng trên hình 1.15a

d) Tải hổn hợp

Khi tải hỗn hợp, góc lệch pha giữa sđđ và dòng điện là  Phân stđ và dòng

điện làm hai thành phần dọc trục và ngang trục như trình bày trên hình 1.16, ta có :

æq æd

Hình 1.15 Đồ thị vectơ sđđ (a) và quan hệ không gian giữa từ trường cực từ và

từ trường phần ứng (b) ở tải thuần dung MĐ

Hình 1 16 Đồ thị vectơ sđđ (a) và quan hệ không gian giữa

từ trường cực từ và từ trường phần ứng (b) ở tải hổn hợp MĐ

Tải có tính cảm (0 <  < /2) : phản ứng phần ứng ngang trục khử từ

Tải có tính dung (0 >  > -/2) : phản ứng phần ứng ngang trục trợ từ

Stđ tổng khe hở : F Ft Fæ sinh ra từ trường khe hở và cảm ứng sđđ E  Trong tài liệu tham khảo [4], ta có từ trường phần ứng với m pha là:

p

INm

Nmkk

π

2δ

μ

μ δ

0



Từ thông tương ứng:

Ip

Nm

kk

ll

2 μ

δ

δ 0 δ

π

2δ

τμ2τπ

2Φ

Từ thông nầy quay đồng bộ với rôto và cảm ứng trong dây quấn stato sđđ:

æ s

k

lmfI

E

2 μ

δ

δ 0

δπ

τμ



b) Máy cực lồi

Do khe hỡ  không đều, nên từ cảm phân bố dọc khe hở là không sin

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu ta phân tích stđ Fư ra làm hai thành phần và xét từ cảm theo hai hướng đó:

Fưd = Fưsin = sinψ

π

2Ip

N

q s

Ip

Nmπ

2

(1.24b) Biên độ Fưd và Fưq trùng với trục dọc và trục ngang Nếu  đều thì từ cảm phân

bố hình sin (đường1) và có biên độ là:

æd d

k k

k k

Do  không đều, nên từ cảm phân bố dọc khe hở là không sin (đường 2), có thể phân tích thành sóng cơ bản và sóng bậc cao Bỏ qua sóng bậc cao

Hệ số dạng sóng từ trường dọc trục và ngang trục phần ứng:

ædm

ædm1 æd

B

B

k Trong đó: Bưdm1 = biên độ sóng cơ bản dọc trục

Bưqm1 = biên độ sóng cơ bản ngang trục Cũng tính toán như máy điện cực ẩn, ta có:

æd s d

æd

p

Nk

k

lmf

I

EX

2 μ

δ

δ 0

δπ

τμ



æq s q

æq

p

Nk

k

lmf

I

EX

2 μ

δ

δ 0

δπ

τμ

1.5.1 Mô hình mạch máy phát điện đồng bộ cực ẩn

Trong phần trước ta đã nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lí làm việc và phản ứng phần ứng của máy điện đồng bộ Trong phần này ta thành lập mô hình mạch điện, trên cơ sở đó ta nghiên cứu khảo sát đặc tính làm việc Sau đây ta nghiên cứu

máy điện đồng bộ làm việc ở chế độ xác lập và thành lập mô hình mạch điện trên một pha

Dòng điện It trong dây quấn kích thích sinh ra từ thông t trong khe hở không khí Dòng điện phần ứng I trong dây quấn stator sinh ra từ thông s trong khe hở không khí Một phần nhỏ của từ thông này, ưt , gọi là từ thông tản, chỉ

móc vòng với dây quấn stator và không móc vòng qua dây quấn kích thích Còn phần lớn của từ thông này, ư , gọi là từ thông phản ứng phần ứng, đi qua khe

hở không khí móc vòng với dây quấn kích thích Kết quả là trong khe hở không khí có từ thông tổng là  , như vậy trong khe hở không khí có hai thành phần từ thông, t và ư Giả thiết mạch từ chưa bão hòa nên mỗi thành phần từ thông cảm ứng ra một sđđ trên dây quấn stator Trên hình 1.18a, sđđ Et là do t cảm ứng và

Eư là do ư cảm ứng Còn sđđ tổng E do từ thông tổng  sinh ra Sđđ kích thích

~

+ _

+_I

_I

Et hình thành đường cong không tải trên hình 2.2 Sđđ Eư, gọi là sđđ phản ứng

phần ứng, phụ thuộc vào ư (tức là phụ thuộc vào I) Từ hình 1.18a, ta có:

Từ đồ thị vector hình 1.18b, sđđ E chậm sau từ thông æ ư (hoặc I) một góc

90o Do đó, dòng điện I chậm sau -E một góc 90æ o Như vậy trên biểu thức (1.28), điện áp -E có thể biểu diễn như điện áp rơi trên điện kháng Xæ ư do dòng điện phần ứng I tạo ra Biểu thức (1.28) được viết lại như sau :

δ

EIjX

Điện kháng Xư gọi là điện kháng phản ứng phần ứng được trình bày trên hình

1.18c Nếu dây quấn stator có điện trở Rư và điện kháng tản Xưt (ứng với từ thông tản ưt) thì mạch điện thay thế trình bày trên hình 1.18d Điện trở Rư là điện trở tác dụng và gần bằng 1,2 lần điện trở một chiều của dây quấn stator Điện trở tác dụng gồm hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng mặt ngoài gây ra bởi dòng điện chạy qua dây quấn stator

Nếu hai điện kháng Xư và Xưt hợp nhất thành một điện kháng thì mô hình mạch điện tương đương rút gọn về hình 1.18e, trong đó :

Xđb = Xư + Xưt : gọi là điện kháng đồng bộ

Zđb = Rư + jXđb : gọi là tổng trở đồng bộ

Điện kháng đồng bộ Xđb gồm tất cả các từ thông kể cả từ thông tản, sinh ra bởi dòng điện phần ứng Giá trị tham số này phụ thuộc vào kích thước của máy Máy

có công suất càng lớn thì Xđb càng lớn (Xđb* = 0,5-1,5)

1.5.2 Phương trình cân bằng điện áp, đồ thị vector

Đồ thị vector cho ta thấy mối quan hệ về dòng điện và điện áp của cả máy phát

và động cơ đồng bộ, trình bày trên hình 1.19b,d Đồ thị vector này dựa trên cơ sở của mạch điện thay thế máy điện đồng bộ Lấy điện áp U trên đầu cực của máy làm vector gốc trong việc vẽ đồ thị vector

Mạch điện thay thế của máy phát điện động bộ được vẽ ở hình 1.19a Để thuận tiện dòng điện I có chiều đi ra trong trường hợp máy phát đồng bộ Ta có phương trình cân bằng điện áp của máy phát đồng bộ là :

Trong trường hợp động cơ đồng bô, dòng điện I có chiều đi vào Mạch điện thay thế được trình bày trên hình 1.19c Ta có phương trình cân bằng điện áp của động cơ đồng bộ là :

âb æ

E

Vector sđđ kích thích Et thu được bằng cách lấy U  trừ bớt điện áp rơi I Rư và

I jXđb Trên hình 1.19d là vẽ đồ thị vector của động cơ điện đồng bộ có tính cảm Chú ý rằng, góc  giữa U  và

t

E dương là chế độ máy phát và âm là chế độ động cơ điện Góc  gọi là góc công suất

1.5.3 Đặc tính góc công suất và moment máy đồng bộ cực ẩn

Máy điện đồng bộ thường nối với hệ thống điện nên có điện áp và tần số cố định Công suất của máy là khá nhỏ so với công suất của hệ thống

Trên hình 1.20 vẽ lại sơ đồ thay thế cho phù hợp với việc tính toán, trong

đó U là điện áp pha của lưới và các thông số khác tương ứng Cho là :

o

0U

U  

o t

E  θ

Zđb = Rư + jXđb = Zđb (1.33) Công suất một pha viết ở dạng phức :

*

IUS

Số phức liên hiệp *

I của dòng điện I sử dụng phù hợp với qui ước, công suất phản kháng điện cảm cho là dương và công suất phản kháng điện dung cho là âm như hình 1.21

~

+

_

+_I

âb

jXI



âb

jXI

t âb

t

Z

UZ

EZ

UE

δ

0δ

EI

δ)

θδ(

âb âb

t

Z

UZ

EI



Theo công thức (1.12) và (1.14), ta có :

δ)

θδ(

âb âb

t

Z

UZ

EU

Công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q tính cho một pha là :

δcos)

θδcos(

âb âb

t

Z

UZ

EU

δsin)

θδsin(

âb âb

t

Z

UZ

EU

Nếu điện trở Rư là không đáng kể, vậy Zđb = Xđb và  = 90o Từ công thức (1.38) và (1.39) đối với máy ba pha là :

θsin.3

3

âb

t p

X

EU

Pmax 3 .

)θcos(33

θcos

X

UX

UX

EU

âb âb

Hinh 1.20 Mạch điện tương đương pha