Từ trường trong máy điện đồng bộ 2.1 Đại cương.. Với máy 3 pha F ư lμ từ trường quay, từ trường nμy bao gồm từ trường cơ bản vμ từ trường bậc cao.. Trong chương nμy ta cũng xác định các
Trang 1Chương 2
Từ trường trong máy điện đồng bộ 2.1 Đại cương
Khi có tải (I ≠ 0) , trong máy ngoμi F t còn có F ư Với máy 3 pha F ư lμ từ trường quay, từ trường nμy bao gồm từ trường cơ bản vμ từ trường bậc cao Trong đó từ trường cơ bản lμ quan trọng nhất
Trong chương nμy ta cũng xác định các điện kháng do các từ trường trên sinh ra
2.2 Từ trường của dây quấn kích thích (F t)
1 Máy cực lồi.
Sức từ động của một cực từ:
p 2
i w
Sự phân bố của từ trường vμ từ cảm trong khe hở như hình 2.1 vμ 2.2
Hình 2.1 Sự phân bố của từ trường kích thích Hình 2.2 Phân bố của từ cảm trong khe hở
Trang 2Trên hình 2.2 sự khác nhau giữa từ cảm cơ bản vμ từ cảm kích từ BB
t được biểu thị qua
hệ số dạng sóng
tm B tm1 B t
Trong đó: BB
tm1 lμ biên độ của sóng từ cảm cơ bản; B tmB lμ trị số cực đại của từ cảm
k t∈δm /δ; α = b c / τ Thường δm /δ = 1-2,5; α = 0,67-0,75 vμ k t = 0.95-1,15
Từ 2.2 ta có:
t
.k 2p t i t w d k k
0 t
.k d k k t F 0 tm
.B t k tm1 B
δ μ δ
μ δ
μ δ
μ
=
=
kδ lμ hệ số khe hở ; kμd lμ hệ số bão hoμ dọc trục cực từ
Từ thông ứng với sóng cơ bản
t
k p t i t
w d k k
.l 2
0 l tm1 B
2
δ τ μ δ
τ
=
stato
t sinω 0m E t sinω t1 Φ dq
ω.w.k dt
tưd dΨ
sẽ lμ: ψtưd = W.k dq φt1 cosωt
Sức điện động hổ cảm trong dây quấn sẽ lμ:
t sin E t sin W.k
dt
d
0 = ư Ψ = ω φ ω = ω
d
0 dq
p
.k W k k
.l W.k
δ π
τ μ ω
μ δ
Vậy hệ số hổ cảm của dq kích thích vμ dq phần ứng lμ
p
.k W k k
.l
d
0 ud
δ π
τ μ
μ δ
δ
Hệ số tự cảm của dây quấn kích thích
Với: Lσt lμ hệ số tự cảm do từ trường tản gây ra (tra tμi liệu TK); L tδ lμ hệ số tự cảm do
từ trường khe hở φtδgây ra
μ δ
δ δ
τ μ
.k k p
W k k
.l i
W
2 t d 0 t
t t
t = φ =
2-9
Trang 32 Máy cực ẩn
Hình 2.3 biểu diễn sự phân bố của từ cảm cực từ vμ sóng cơ bản Lấy trục cực từ lμm gốc ta tính được
tm 2
π
2 γ)π (1
tm 2
γ).π (1
0 tm 2
π
2 π t
2
γπ 2
γπ sin π
4 α).cosα.dα 2
π ( B γ.π
2
π
4 dα cosα B π
4 α d cos B π
2
ư
ư
ư
α α Vậy với máy cực ẩn:
2
γπ 2
γπ sin π
4 B
B
k
tm
tm1
Thường γ = 0,6 - 0,85, nên k t = 1,065 - 0,965
Hệ số hình dáng
t
k
3
2 1 2 k
γ
π ư
=
Hệ số hổ cảm vμ tự cảm của máy cực ẩn cũng
được xác định theo biểu thức 2.6 vμ 2.9
2.3 Từ trường phần ứng
Khi máy điện đồng bộ lμm việc từ trường do
tính chất của tải vμ dạng cực từ mμ phản ứng phần ứng có các dạng khác nhau
Hình 2.3 Sự phân bố của từ cảm cực từ
1 Phản ứng phần ứng ngang trục vμ dọc trục
Xét một máy đồng bộ 3 pha (m = 3), 2p = 2, mỗi pha được tượng trưng bằng một vòng
dây, thời điểm xét I& A = I m ; I& B = I& C = - I m /2
a/ Khi tải thuần trở
Khi tải đối xứng vμ thuần trở, I& vμ E&
xét i A = I m nên F ư≡ I& A≡ E& A còn s.t.đ
sinh ra e
A
F&
A = E& Am sẽ vượt pha trước E&
t
A
nμy F& u ư ⊥ , phản ứng phần ứng lμ
ngang trục Đồ thị véc tơ thời gian
F&
I& , E&
vμ không gian F& u, F& t như hình 2.4 Hình 2 4 Phản ứng phần ứng khi tải thuần trở
Trang 4b/ Khi tải thuần cảm
E& A vượt pha trước I& A một góc π /
2 vμ F& t vượt pha trước E& A một góc π
/2, nên vμ trùng phương nhưng
ngược chiều, phản ứng phần ứng lμ
dọc trục khử từ Đồ thị véc tơ thời
gian
u
F& F& t
I& , E& vμ không gian , như
hình 2.5
u
F& F& t
Hình 2.5 Phản ứng phần ứng khi tải thuần cảm
c/ Khi tải thuần dung
E& A chậm pha so với I& A một góc π /
2 vμ F& t vượt pha trước E& A một góc π
/2, nên vμ trùng phương, chiều
với nhau nên, phản ứng phần ứng lμ
dọc trục khử từ Đồ thị véc tơ thời
gian
u
F& F& t
I& , E& vμ không gian , như
hình 2.6
u
F& F& t
d/ Khi tải hổn hợp
E& A lệch so với I& A một góc ψ, ta phân
thμnh 2 thμnh phần:
u
F&
F ưd = F ư sinψ - dọc trục
F ưq = F ư cosψ - ngang trục
Vậy khi 0 < ψ < π/2, phản ứng
phần ứng lμ ngang trục vμ khử từ
Vậy khi -π/2 < ψ < 0, phản ứng
phần ứng lμ ngang trục vμ trợ từ
Hình 2.6 Phản ứng phần ứng khi tải thuần dung
Hình 2.7 Phản ứng phần ứng khi tải có tính
2 Từ cảm do từ trường phần ứng vμ các điện kháng tương ứng.
a/ Máy đồng bộ cực ẩn
vậy nếu F ư lμ sin thì BB
ư cũng sin
.I p
W.k π
2 m.
.δ k k
μ F
.δ k k
μ
μ δ
0 u
μ δ
0
p
W.k π
2 m.
.δ k k
.l 2.μ l
.B π
2 μ
δ
δ 0 δ
um u
τ τ
u dq u
dq
u W.k π 2 f.W.k
2
ω
p
.k W δ k π.k
.l μ 4.m.f.
I
E x
2 dq 2
μ δ
δ 0 u
u u
τ
=
Trang 5b/ Máy đồng bộ cực lồi
hình 2.8
Hình 2.8 Sự phân bố của s.t.đ vμ từ cảm dọc trục vμ ngang trục
Ta có:
d dq dq
u
p
W.k π
2 m.
I.sinψ p
W.k π
2 m.
.sinψ
F
q dq dq
u
p
W.k π
2 m.
I.cosψ p
W.k π
2 m.
.cosψ
F
vμ từ cảm tương ứng
ud μd δ
0
.δ k k
μ
μq δ
0
.δ k k
μ
Thực tế BB
các sóng cơ bản ta có hệ số dạng sóng:
udm
udm
ud
B
B
uqm
uqm uq
B
B
Các hệ số k ưd vμ k ưq phụ thuộc vμo α, δm /δ, δ/τ được tính sẵn trong tμi liệu thiết kế
Các điện kháng tương ứng xác định như máy cực ẩn:
ud
2 dq 2
d 0 d
ud
p
.k W k k
.l 4.m.f.
I
E
x
δ π
τ μ
μ δ
δ
=
uq
2 dq 2
q 0 q
uq
p
.k W k k
.l 4.m.f.
I
E
x
δ π
τ μ
μ δ
δ
=
Trang 62.4 Quy đổi các S.T.Đ trong máy điện đồng bộ
tính lμm việc của máy ta có thể biểu thị chúng trên cùng một hệ trục toạ độ vμ đường cong
không tải E = f(i t )
Chế độ quá độ ta phải quy đổi ngược lại F t về F ư
Việc quy đổi phải đảm bảo điều kiện:
BB
Chế độ xác lập, máy cực ẩn ta có:
t μ δ
0 t tm t
.δ k k
μ k B
k
μ δ
0 tm
.δ k k
μ B
t
u
u k F k
F
t u
k
1
k =
Với máy cực lồi theo hướng dọc trục:
t μd δ
0 t
tm
t
.δ k k
μ k B
k
μd δ
0 ud
udm ud
.δ k k
μ k B
k
Sức từ động phần ứng dọc trục đã quy đổi về s.t.đ cực từ:
d ud t
ud ud
k
k F
Cũng vậy, theo hướng ngang trục:
q uq t
uq uq
k
k F
Các hệ số k d vμ k q phụ thuộc vμo α, δm /δ, δ /τ được tính sẵn trong tμi liệu thiết kế
