Tài liệu về Máy điện đồng bộ

❑ Ở các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng bộ được kéo bởi các động cơ diezenhoặc xăng, có thể làm việc đơn lẻ hoặc hai bamáy làm việc song song... Phần tĩnh Stator❑ Stator còn

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

HỌC PHẦN

Giảng viên: PHẠM CÔNG THÀNH Nhóm thực hiện: Nhóm 08.

1 GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ

ĐỒNG BỘ

1.1 Khái niệm động cơ đồng bộ

❑ Theo công suất: máy đồng bộ công suất nhỏ,

máy đồng bộ công suất trung bình, máy đồng

bộ công suất lớn

❑ Theo cấu tạo rotor: máy đồng bộ cực lồi, máy

đồng bộ cực ẩn

Hình 1.1 Kaplan turbin.

1.3 Công dụng

a) Chế độ máy phát

❑ Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính

của lưới điện quốc gia, trong đó động cơ sơcấp là các tua bin hơi, tuabin khí hoặc tuabinnước

❑ Ở các lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện

đồng bộ được kéo bởi các động cơ diezenhoặc xăng, có thể làm việc đơn lẻ hoặc hai bamáy làm việc song song

Hình 1.2 Tuabin hơi.

Hình 1.3 Tuabin hơi nước.

Hình 1.4a Đại tu tuabin khí tại nhà máy NĐ

Phú Mỹ 3 BOT.

Hình 1.4b Đại tu tuabin khí tại nhà máy NĐ

Phú Mỹ 3 BOT.

Hình 1.4c Đại tu tuabin khí tại nhà máy NĐ

Phú Mỹ 3 BOT.

Hình 1.4d Đại tu tuabin khí tại nhà máy NĐ

Phú Mỹ 3 BOT.

1.3 Công dụng

b) Chế độ động cơ

❑ Động cơ đồng bộ công suất lớn được sử dụng

trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ,thiết bị lạnh, truyền động các máy bơm, nénkhí, quạt gió…

❑ Động cơ đồng bộ công suất nhỏ được sử

dụng trong các thiết bị như đồng hồ điện, dụng

cụ tự ghi, thiết bị lập chương trình, máy bùđồng bộ

Hình 1.5 Các thiết bị cơ bản dùng trong lập

trình plc fx1n mitsubishi.

2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG

CƠ ĐỒNG BỘ

Hình 2.2 Cấu tạo chung của động cơ đồng bộ.

2.1.1 Phần tĩnh (Stator)

❑ Stator còn được gọi là phần ứng, kết cấu của

stator máy phát điện xoay chiều giống như kết cấu của stator động cơ cảm ứng.

❑ Trên stator chúng ta bố trí một hay nhiều pha

dây quấn để có thể hình thành máy phát mộtpha hay nhiều pha

❑ Với máy phát điện đồng bộ xoay chiều 3 pha,

trên stator chúng ta bố trí ba bộ dây quấn

lệch vị trí không gian 120 o

Hình 2.3 Cấu tạo của stator động cơ đồng bộ.

2.1.1 Phần tĩnh (Stator)

Hình 2.4 Kết cấu lõi thép stator.

Hình 2.5 Lõi thép stator đang được quấn dây.

2.1.1 Phần tĩnh (Stator)

❑ Stator của máy điện đồng bộ giống như stato

của máy điện không đồng bộ, gồm:

❖ Lõi thép stator hình trụ do các lá thép kỹ

thuật điện được dập rãnh bên trong, ghéplại với nhau tạo thành các rãnh theohướng trục Lõi thép được ép vào trong vỏmáy

❖ Dây quấn stator làm bằng dây dẫn điện

được bọc cách điện (dây điện từ) được đặttrong các rãnh của lõi thép

Hình 2.6 Dây quấn stator máy phát đang được

thi công.

Hình 2.7 Stator máy phát đang được bảo trì.

Hình 2.9 Cấu tạo rotor cực lồi.

Hình 2.10 Kết cấu của rotor cực từ lồi, 2p = 4

Rotor chưa được đóng vào trục.

Trên rotor đã có quấn dây quấn kích thích.

Hình 2.11 Hình dạng của rotor cực từ lồi sau

khi đã đóng trục.

Hình 2.12 Máy phát có rotor cực lồi và kích từ

trực tiếp.

❖ Dây quấn kích từ

được đặt trong cácrãnh

Hình 2.13 Rotor cực ẩn.

Hình 2.14 Hình dạng của rotor cực từ ẩn,

rotor chưa được quấn dây.

Hình 2.15 Hình dạng của rotor cực từ ẩn, dây

quấn rotor đang được sửa chửa.

2.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.16 Nguyên lý làm việc của máy phát

điện một chiều.

2.2 Nguyên lý hoạt động

❑ Đưa nguồn một chiều (dòng Ikt không đổi) vào

dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường rotorbằng động cơ sơ cấp, từ trường của rotor sẽcắt dây quấn phần ứng stator và cảm ứng sứcđiện động xoay chiều hình sin có trị hiệu dụnglà:

E = 4, 44.w f k 

❖ Trong đó E0, w1, kdq, 0 lần lượt là sức điện

động pha, số vòng dây một pha, hệ số dâyquấn, từ thông cực từ rotor

2.2 Nguyên lý hoạt động

❑ Nếu rotor có p đôi cực, khi rotor quay được

một vòng, sức điện động phần ứng sẽ biếnthiên chu kỳ

❑ Do đó tần số f của sức điện động các pha lệch

góc nhau 1200

p.n f

60

=

❖ Với n đo bằng vòng/phút

❑ Dây quấn ba pha stator có trục lệch nhau trong

không gian một góc 1200, cho nên sức điệnđộng các pha lệch nhau một góc 1200

❑ Khi dây quấn stator nối với tải, trong các dây

quấn sẽ có dòng điện ba pha giống như ở máyđiện không đồng bộ, dòng điện ba pha trong

ba dây quấn sẽ tạo nên ba từ trường quay vớitốc độ là:

2.2 Nguyên lý hoạt động

1

p.n n

60

=

=

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện

đồng bộ (loại kích từ trực tiếp).

Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý máy phát điện đồng bộ (loại không chổi than, dùng máy phát

đầu trục).

Hình 2.18 Cấu tạo máy phát điện có dùng máy

phát điện đầu trục (brushless alternator).

3 PHƯƠNG TRÌNH TOÁN CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

3.1 Điện kháng đồng bộ

Hình 3.1 Mạch tương đương 1 pha của máy

phát điện đồng bộ

❑ Phương trình cân bằng áp của mạch phần

ứng (stator) trên một pha:

3.1 Điện kháng đồng bộ

3.2 Độ thay đổi điện áp (tải có tính cảm)

Hình 3.2 Giản đồ vector dùng xác định độ

thay đổi điện áp với tải có tính cảm.

3.2 Độ thay đổi điện áp (tải có tính cảm)

❑ Từ giản đồ vector hình H3.2, khi chọn dòng

I pha làm chuẩn, ta suy ra quan hệ sau:

❑ Hoặc:

Hình 3.3 Giản đồ vector phase khi phụ tải có

tính cảm.

3.2 Độ thay đổi điện áp (tải có tính cảm)

3.4 Độ thay đổi điện áp ( tải có tính dung )

Hình 3.5 Giản đồ vector dùng xác định độ

thay đổi điện áp với tải có tính dung.

dung

3.4 Độ thay đổi điện áp ( tải có tính dung )

❑ Từ giản đồ vector hình H3.5, khi chọn dòng

I pha làm chuẩn ta suy ra quan hệ sau:

Hoặc:

4 PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG

CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN

ĐỒNG BỘ

❑ Khi máy phát điện làm việc, từ thông của cực từ ( từ

thông chính) 0 cắt dây quấn stator và cảm ứng suất điện động E0 ( Epha)chậm pha so với từ thông 0 một góc 90°.

❑ Dây quấn stator nối với tải nên có dòng điện I

cung cấp cho tải Dòng diện I chạy trong stator tạo nên từ trường quay phần ứng ư .

❑ Từ trường phần ứng quay đồng bộ với từ trường

4.1 Tải thuần trở

Hình 4.1 Phản ứng phần ứng với tải thuần trở.

+  = 0 o

4.1 Tải thuần trở

❑ Vector đặc trưng cho sức điện động pha E pha,

chậm pha 90 o so với từ thông (m)

❑ Vì tải thuần trở dòng phần ứng cùng pha với

sức điện động Epha Dòng điện này hình thành

từ thông ứng (ư) cùng pha pha với nó

❑ Vậy từ thông phần cảm và phần ứng có

phương vuông góc với nhau

❑ Từ thông phản ứng theo hướng ngang trục, ta

gọi là phản ứng phần ứng ngang trục, từthông này làm méo từ trường cực từ

4.2 Tải thuần cảm

Hình 4.3 Phản ứng phần ứng với tải thuần cảm.

+ E 0 và I lệch nhau 1 góc  = 90 o

❑ Dòng điện I sinh ra từ thông phần ứng (ư) ngược

chiều với (0), ta gọi là phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm giảm từ trường tổng.

4.3 Tải thuần dung

Hình 4.3 Phản ứng phần ứng với tải thuần dung.

+ E 0 và I lệch nhau 1 góc  = -90 o

4.4 Tải bất kì

a Tải có tính cảm: (0 <  < 90 0 ).

Hình 4.4 Phản ứng phần ứng với tải có tính

cảm.

4.4 Tải bất kì

❑ E0 và I lệch nhau một góc 

❑ Ta phân tích dòng điện I làm hai thành phần:

thành phần dọc trục I d = I.sin sinh ra từ thôngphần ứng dọc trục ưd cùng chiều với 0 vàthành phần ngang trục I q = I.cos sinh ra từthông phần ứng ngang trục ưq vuông góc với

0, gọi chung là phản ứng phần ứng ngang trục khử từ.

b Tải có tính dung: (-90 0 <  < 0).

Tương tự, gọi là phản ưng phần ứng ngang trục trợ từ.

Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn đấu sao:

Sđm = 10.000 kVA ; Uđm = 6,3 kV ; f = 50 Hz ;cosđm = 0,8; số đôi cực p = 2; điện trở dây quấnstato R = 0,04; điện kháng đồng bộ Xđb = 1; tổnhao kích từ Pkt = 2%Pđm; tổn hao cơ, sắt từ và phụ

Pcstf = 2,4%Pđm

1 Tính tốc độ quay rotor và dòng điện định mức

2 Tính công suất tác dụng và phản kháng máy

phát ra; công suất động cơ sơ cấp kéo máyphát và hiệu suất máy phát khi máy làm việc ởchế độ định mức

Qđm = Sđm.sinđm

= 10000.0,6

= 6000 (kVAr)

Psctf = 0,024.Pđm

= 0,024.8000

= 192 (kW)