Giáo trình Máy điện: Phần 2 - CĐ Giao thông Vận tải

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Máy điện: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Đại cương về máy điện đồng bộ; Từ trường trong máy điện đồng bộ; Quan hệ điện từ trong máy điện đồng bộ; Máy phát điện đồng bộ làm việc ở tải xác lập đối xứng; Máy phát điện đồng đồ làm việc song song;...

PHẦN IV: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

1.1 ĐỊNH NGHĨA VÀ CƠNG DỤNG

*) Định nghĩa

Máy điện đồng bộ là máy điện xoay chiều cĩ tốc độ quay roto n bằng tốc

độ quay của từ trường n1

*) Cơng dụng

Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của lưới điện cơng nghiệp Động cơ sơ cấp là các tua bin nước, tua bin hơi cơng xuất của mỗi máy cĩ thể đạt đến 500MW Ở các máy phát cơng xuất nhỏ, máy phát được kéo bởi các động cơ điezen hoặc tua bin khí

Động cơ đồng bộ được sử dụng khi truyền động cơng xuất lớn, cĩ thể lên đến vài chục MW Trong cơng nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh động cơ đồng bộ truyền động cho các máy bơm, máy nén, quạt giĩ…

Trong hệ thống điện, máy bù đồng bộ làm việc phát cơng xuất phản kháng cho lưới điện để bù hệ số cơng xuất và ổn định điện áp

1.2 PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

1.2.1 Phân loại

 Dựa theo kết cấu có thể chia động cơ không đồng bộ thành hai loại sau:

+ Máy đồng bộ cực ẩn: thường là máy có tốc độ cao (2p = 2)

+ Máy đồng bộ cực lồi: thường là máy có tốc độ thấp (2p >= 4)

 Dựa theo năng lượng có thể chia máy đồng bộ thánh ba loại sau:

+ Máy phát điện đồng bộ

+ Động cơ điện đồng bộ

+ Máy bù đồng bộ

Ngoài ra còn các máy điện đặc biệt như: máy đồng bộ cao tần, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cữu, động cơ đồng bộ phản kháng, động cơ bước, …

Roto máy điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ Có hai loại roto

là roto ccực ẩn và roto cực lồi

+ Roto cực lồi dùng cho máy điện tốc độ chậm, có nhiều đôi cực

+ Roto cực ẩn dùng cho máy điện tốc độ cao 3000vòng/phút, có một đôi cực

Để tạo ra sức điện động hình sin từ trường của cực từ roto phải phân bố hình sin dọc theo khe hở không khí giữa stato và roto, ở đỉnh các cực từ có từ cảm cực đại

Dây quấn Roto

i nh 1.1: Cấu tạo máy điện không đồng bộ

Đối với roto cực ẩn, dây quấn kích từ được đặt trong các rãnh Đối với roto cực lồi dây quấn kích quấn xung quanh thân cực

Hai đầu của cuộn dây kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vịng trượt đặt ở

hai đầu trục, thơng qua hai chổi than để nối với nguồn điện

 Sđm(KVA): công suất đầu ra định mức

 Uđm(V): điện áp dây định mức

 Iđm(A): dòng điện dây định mức

 cos: hệ số công suất khi làm việc ở tải định mức

 f(Hz): tần số

 n (v/p): tốc độ quay

 : hiệu suất của máy

Hình 1.3: Roto cực ẩn Hình 1.2: Roto cực lồi

1.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Cho dòng điện kích từ (dòng điện không đổi), vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường roto

Khi roto quay bằng động cơ sơ cấp, từ trường của roto cắt dây quấn phần ứng stato và cảm ứng sức điện động xoay chiều hình sin, có giá trị hiệu dụng là:

E0=4,44.f.W1.kdq.Φ0

Trong đó: E0, W1, kdq, Φ0, lần lượt là sức điện động pha, số vòng dây 1 pha, hệ

số dây quấn, từ thông cực từ roto

Nếu roto có P đôi cực, khi roto quay được một vòng, sđđ phần ứng sẽ biến thiên p chu kỳ, do đó nếu tốc độ của roto là n (v/p), tần số của sức điện động là f=p.n, nếu roto tính bằng vòng /phút thì f=

60

.n

p

Dây quấn ba pha stato có trục lệch nhau trong không gian một góc là 1200điện, cho nên sức điện động các pha lệch nhau góc pha 1200

Dây quấn stato nối với tải, trong các dây quấn sẽ có dòng điện ba pha Giống như ở máy điện không đồng bộ, dòng điện ba pha trong dây quấn sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là n1=60f/p, đúng bằng tốc độ n của roto Do đó kiểu máy điện này gọi là máy điện đồng bộ

i nh 1.4: Nguyên lý làm việc

Câu hỏi:

1 Phân loại và cấu tạo

2 Nguyên lý làm việc

3 Các đại lượng định mức

Chương 2: TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

2.1 ĐẠI CƯƠNG

Từ trường trong máy điện không đồng bộ là do dòng điện trong các dây quấn rotor và startor sinh ra

*) Khi không tải

Từ trường trong máy do sức từ động của dây quấn kích từ sinh ra, từ trường này sinh ra sức điện động E0

*) Khi có tải

Từ trường trong máy là tổng hai từ trường:

Từ trường do dây quấn kích từ Từ trường phần ứng do dòng điện dây quấn stator tạo ra, quay đồng bộ với rotor Sức từ động phần ứng tác động với sức từ động của dây quấn kích từ hay phản ứng phần ứng có thể tăng cường hoặc làm yếu

đi từ trường kích thích của máy cũng như làm méo từ trường kích thích

2.2 TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN KÍCH TỪ

Sự phân bố từ trường của dây quấn kích thích của máy điện đồng bộ cực từ lồi hoặc cực từ ẩn phụ thuộc vào đường cong mặt cực từ và có dạng sóng không sin

Biên độ sóng cơ bản của từ cảm Btm1 được biểu thị theo trị số từ cảm cực đại

Btm thông qua hệ số dạng sóng của từ trường kích thích kt:

Btm1=ktBtmTrong đó: kt = 0.95-1.15 (máy cực lồi)

kt =0.965-1.065 (máy cực ẩn)

Biết được Btm1 có thể suy ra hệ số hỗ cảm Mưd ứng với sức điện động hỗ cảm

ở dây quấn phần ứng do từ trường cực từ và điện kháng hỗ cảm tương ứng

xưd=Mưd

i nh 2.1: Từ trường của dây quấn kích từ

Tải thuần trở:

Dòng điện ba pha trong dây quấn stator sẽ trùng pha với các sức điện động tương ứng

Chọn chiều quay các cực từ rotor theo chiều kim đồng hồ Cực đại sóng cơ bản từ trường kích thích sẽ nằm đúng ở giữa cực từ và những thanh dẫn ở đó sẽ cảm ứng sức điện động cực đại Xét tại thời điểm A có ia = im khi đó ib = ic =-im/2

Giống như máy điện một chiều khi các chổi than đặt trên đường trung tính hình học, sức điện động phần ứng Fư sẽ có phương thẳng góc với sức từ động các cực từ Ft (phản ứng phần ứng ngang trục)

Như vậy ta kết luận: ở tải thuần trở phương của Fư thẳng góc với phương của

Ft và phản ứng phần ứng là ngang trục

Đồ thị vectơ sức điện động quan hệ về không gian giữa các từ trường cực từ và từ trường phần ứng ở tải thuần trở (=0o)

Tải thuần cảm:

Ở tải thuần cảm, sức điện động E vượt trước dòng điện I một góc  = 900

Trong trường hợp này Fư ngược chiều với Ft

Khi tải tăng dẫn đến Fư tăng, như vậy phản ứng phần ứng là dọc trục khử từ Đồ thị vectơ và quan hệ về không gian giữa từ trường cực từ và từ trường phần ứng ở tải thuần cảm ( = 90o)

Tải thuần dung:

Ở tải thuần dung dòng điện vượt trước sức điện động E góc =90o

Trong trường hợp này Fư cùng chiều với Ft

Khi tải tăng dẫn đến Fư tăng, như vậy phản ứng phần ứng là dọc trục trợ từ Đồ thị vectơ và quan hệ không gian giữa từ trường cực từ và từ trường phần ứng ở tải thuần dung ( = -90o)

Tải hỗn hợp mang tính dung:

0 <  < /2

Fư = Fưd + Fưq

Fưd = Fưsin: sức từ động phần ứng theo hướng dọc trục

Fưq = Fưcos: sức từ động phần ứng theo hướng ngang trục

Khi tải tăng dẫn đến Fư tăng, như vậy phản ứng phần ứng là ngang trục khử từ

Tải hỗn hợp mang tính dung:

-/2 <  < 0

Fư = Fưd+Fưq

Fưd = Fưsin: sức từ động phần ứng theo hướng dọc trục

Fưq = Fưcos: sức từ động phần ứng theo hướng ngang trục

Khi tải tăng dẫn đến Fư tăng, như vậy phản ứng phần ứng là ngang trục trợ từ

Chương 3: QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

3.1 ĐẠI CƯƠNG

Sau khi phân tích từ trường của máy điện đồng bộ lúc không tải và lúc có tải, trong bài này ta phân tích các quan hệ điện từ chính làm cơ sở cho việc nghiên cứu các đặc tính của máy phát và động cơ điện đồng bộ

Các quan hệ điện từ chính bao gồm các phương trình điện áp và đồ thị vectơ tương ứng, giản đồ cân bằng năng lượng, công suất điện từ của máy điện đồng bộ

Do cấu tạo của máy điện đồng bộ có thể là cực ẩn hay cực lồi nên ta cần xét riêng biệt từng loại máy

3.2 PHƯƠNG TRÌNH ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VEC TƠ

3.2.1 Máy phát cực ẩn

Phương trình cân bằng điện áp:

U =E -I(Rư +jXư) Với:

E: sức điện động do từ trường khe hở không khí sinh ra

Rư: điện trở dây quấn phần ứng

Xư: điện:kháng tải của dây quấn phần ứng (do từ trường tản sinh ra)

I: dòng điện phần ứng

U: điện áp dây quấn phần ứng

Do E= E0 + Eư

U =( E0 + Eư) - I(Rư +jXư) Với:

Eư = -jIXư: đặc trưng cho ư

Xư: điện kháng dây quấn phần ứng

U = E0 – I[Rư +j(Xư + Xư)]

U = E0 - I(Rư =Jxđb)

xđb = Xư + Xư: điện kháng đồng bộ

Đồ thị sức điện động của máy phát điện đồng bộ cực ẩn ở tải tính cảm (a) và tải tính dung (b)

3.2.2 Máy phát cực lồi

Phương trình cân bằng điện áp:

Xd = Xưd + Xư: điện kháng đồng bộ dọc trục

Xq = Xưq + Xư: điện kháng ngang trục

i nh 3.1: Giản đồ véc tơ máy phát cực ẩn

3.3 CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Xét máy điện đồng bộ có cấu tạo thông thường nghĩa là cực từ đặt trên rotor và máy kích thích đặt trên cùng trục

1 Máy phát

P1: Công suất cơ đầu vào

Pcơ: Tổn hao cơ

Pt: Tổn hao kích từ

Pf: Tổn hao phụ

Pđt: Công suất điện từ

Pfe: Tổn hao sắt từ

Pcu: Tổn hao đồng trên dây quấn phần ứng

P2: Công suất điện năng phát ra

P1: công suất điện đầu vào

P2: công suất cơ đầu ra

i nh 3.2: Giản đồ véc tơ máy phát cực lổi

3.4 CÁC ĐẶC TÍNH GĨC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Giả thiết tốc độ quay n của máy và điện áp U của mạng điện là không đổi

3.4.1 Đặc tính góc công suất tác dụng

Đặc tính công suất tác dụng của máy điện không đồng bộ là quan hệ P = f(t)

P = mUIcos

U = const Bỏ qua rư:

I  0 cos

X

I

q q

E

d q d

mU mU

P

Xd = Xưd + Xư.

Xq = Xưq + X ư.

P = Pe + Pu

Pe: Công suất điện từ chính

Pu: Công suất điện từ phụ

3.4.2 Đặc tính góc công suất phản kháng

Đặc tính góc công suất phn3 kháng của máy điện đồng bộ là quan hệ Q = f ( )

Usin



Q = mUIsin() = mUI(sincos - sincos) = mU(Isincos +Icossin ) = mU(Idcos -Iqsin )

Công suất điện từ của máy điện đồng bộ:

X X

E

q d d

q d

mU mU

mU

22

cos112cos

2 2

E0: sức điện động của máy khi không tải

U: điện áp khi có tải

I: dòng điện phần ứng

It: dòng điện dây quấn kích từ

Như vậy ta có thể thành lập các đặc tính sau:

Đặc tính không tải: U0 = E0 = f(It) khi I = 0, f = fđm.

Đặc tính ngắn mạch: In = f(It), khi U = 0, f = fđm

Đặc tính ngoài: U = f ( I ) khi It = const, cos = const, f = fđm

Đặc tính điều chỉnh: It = f(I) khi U = const, cos = const, f = fđm

Đặc tính tải: U = f ( It ) khi I = const, cos = const, f = fđm

Sơ đồ nối dây xác định đặc tính của máy phát điện đồng bộ

4.2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Đặc tính không tải:

Đặc tính không tải là quan hệ: E0 = U0 =f(It), khi I = 0 và f =fđm

Đặc tính không tải của máy phát tuabin hơi (a) và máy phát tuabin nước (b)

Đặc tính ngắn mạch:

Đặc tính ngắn mạch là quan hệ: In = f (It) khi U =0, f =fđm (khi đó dây quấn phần ứng được nối tắt ngay ở đầu máy)

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng (rư = 0) thì mạch điện dây quấn phần ứng lúc ngắn mạch là thuần cảm ( =900)

Iq = cos = 0, Id = Isin =I

Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng là khử từ, từ thông  rất nhỏ.Do đó quan hệ I = f(It) là đường thẳng

i nh 4.1: Đặc tính ngắn mạch

Đặc tính ngắn mạch của máy phát đồng bộ

I

I I

I k

tn t

d m

n0  0

 Tỷ số ngắn mạch:

Trong đó:

It0: dòng điện kích thích lúc không tải U0 =Uđm

Itn: là dòng điện kích thích lúc ngắn mạch khi I = Iđm.

K lớn có ưu điểm là U nhỏ  công suất điện từ lớn, máy làm việc ổn định khi tải dao động

Nhược điểm là kích thước máy tăng, giá thành cao

Đặc tính ngoài:

Đặc tính ngoài là quan hệ U = f( I ) khi It = const, cos = const, f =fđm

Đặc tính ngoài của máy phát đồng bộ

Từ hình vẽ ta thấy dạng đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tải

Tải tính cảm khi I tăng, phản ứng khử từ của phần ứng tăng điện áp giảm và đường biểu diễn đi xuống

Nếu tải mang tính dung, khi I tăng, phản ứng phần ứng là trợ từ, điện áp tăng đường biểu diễn đi lên

Đặc tính điều chỉnh:

Đặc tính điều chỉnh là quan hệ It = f ( I ) khi U = const, cos = const, f =fđm Đặc tính điều chỉnh cho biết chiều hướng điều chỉnh dòng It của máy phát đồng bộ để giữ cho điện áp U ở đầu máy không đổi

Đặc tính điều chỉnh máy phát điện đồng bộ:

Ta thấy với tải cảm, khi I tăng, tác dụng khử từ của phản ứng phần ứng tăng làm cho U giảm Để giữ U = const phải tăng dòng từ hoá It

Ngược lại ở tải dung khi Ităng muốn U = const phải giảm dòng từ hóa It Đặc tính tải:

Đặc tính tải là quan hệ U = f ( It ) khi I = const, cos = const, f =fđm

Với các trị số khác nhau của I và cos sẽ có các đặc tính tải khác nhau, trong đó có ý nghĩa nhất là đặc tính tải thuần cảm ứng với cos = 0 ( = /2) và I=

Iđm

4.3 TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Các loại tổn hao:

 Tổn hao đồng

 Tổn hao sắt từ

 Tổn hao kích từ

 Tổn hao phụ bao gồm:

 Tổn hao phụ do dòng điện xoáy

 Tổn hao ở bề mặt cực từ hoặc bề mặt lõi thép rotor máy cực ẩn

 Tổn hao ở răng của stator

Tổn hao cơ bao gồm:

Tổn hao công suất cần thiết để đưa các chất làm lạnh hoặc không khí vào các bộ phận của máy

Tổn hao công suất do ma sát ở trục và ở bề mặt rotor và startor khi rotor uay trong môi trường chất làm lạnh

Hiệu suất:

Hiệu suất của máy điện đồng bộ được xác định bởi biểu thức:

2 2

P

Trong đó:

P2: công suất đầu ra của máy

P: tổng tổn hao trong máy

Chương 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC SONG SONG

5.1 ĐẠI CƯƠNG

Trong một hệ thống điện lực có rất nhiều máy điện đồng bộ làm việc song song Việc nối các máy phát điện làm việc chung có ưu điểm giảm bớt vốn đầu tư đặt máy phát điện dự trữ đề phòng sữa chữa và sự cố để đảm bảo an toàn cung cấp điện, nâng cao các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật khi thiết kế và vận hành Trong bài này sẽ nghiên cứu vấn đề điều chỉnh công suất tác dụng, công suất phản kháng của máy phát điện

5.2 GHÉP MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC SONG SONG

Điều kiện hoà đồng bộ các máy:

1 Điện áp pha của máy phát UF phải bằng điện áp của lưới điện

2 Tần số của máy phát fF phải bằng tần số của lưới điện fL

3 Máy phát và lưới có cùng thứ tự pha

4 Điện áp pha của máy phát và lưới phải trùng pha nhau

5.2.1 Hoà đồng bộ bằng kiểu ánh sáng

Phương pháp này dùng cho các máy điện đồng bộ công suất nhỏ và được thực hiện theo kiểu nối tối hoặc theo kiểu ánh sáng đèn quay

Trong đó: F1 là máy phát điện quang làm việc và F2 là máy phát điện cần đem ghép song song với F1 đồng bộ kiểu ánh sáng được hình thành bằng các ngọn đèn 1, 2 và 3

Đồ thị vectơ điện áp khi nối “tối” (a) và khi nối theo kiểu ánh sáng quay (b) Trong đó:

ULA, ULB, ULC: điện áp pha của lưới điện

UFA, UFB, UFC: điện áp pha của máy phát

U1 = ULA – UFA: điện áp pha đặt trên đèn 1

U2 = ULB – UFB: Điện áp pha đặt trên đèn 2

U3 = ULC – UFC: Điện áp pha đặt trên đèn 3

Dùng động cơ sơ cấp quay máy phát điện đến tốc độ đồng bộ từ trường quay, nếu tần số f của máy phát và lướu bằng nhau

Như vậy cả ba đèn đều sáng tắt 1 cách chu kỳ, tần số sáng tắt phụ thuộcvào hiệu số fL – fF Nếu sự khác biệt về tần số của máy phát và lưới càng nhiều thì sự sáng tắt xảy ra càng nhanh, lúc đó ta phải đồng thời điều chỉnh tốc độ và kích từcủa máy phát sao cho thoả mãn được điều kiện đầu và sự sáng tắt xảy ra càng chậm càng tốt, cho đến khi cả ba đèn đều tắt hẳn ta đóng cầu dao D2 để ghép máy fát làm việc song song với lưới điện

Ghi chú:

Do góc  thay đổi từ 0 đến 1800 vì vậy điện áp đặt trên đèn từ 0 đến 2Ufa

5.2.1 Hoà đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ

Để kiểm tra các điều kiện ghép song song máy phát điện vào lưới điện ngưới ta dùng cột đồng bộ tức là đồng bộ kiểu điện từ Cột đồng bộ gồm các dụng cụ:

+ Voltmet 2 Kim: 1 kim chỉ điện áp UF, kim còn lại chỉ điện áp UL

+ 1 tần số kế 2 dãy phiếm rung dùng chỉ tần số fF và tần số fL

+ Một dụng cụ đo làm việc theo nguyên lý từ trường quay, có kim quay với tần số fF – fL

Tốc độ và chiều quay của kim phụ thuộc vào trị số fL và fF khi fF = fL kim quay thật chậm (fF  fL) thì thời điểm đóng cầu dao là lúc kim trùng với đường thẳng đứng và hướng lên trên

5.3 ĐIỀU CHỈNH CƠNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG

5.3.1 Điều chỉnh công suất tác dụng

Giả sử lưới điện có công suất vô cùng lớn Để điều chỉnh công suất tác dụng của máy phát thì người ta điều chỉnh công suất cơ đầu vào bằng cách thay đổi góc

, công suất cơ lớn nhất có thể điều chỉnh: Pmax

Máy fát điện thường làm việc với công suất định mức ứng với  <300

Công suất tác dụng và công suất chỉnh bộ của máy phát điện đồng bộ cực lồi Trường hợp máy phát điện công suất tương tự làm việc song song

Giả sử 2 máy phát điện công suất bằng nhau làm việc song song Tải = const khi tăng công suất tác dụng của máy 1 mà không giảm công suất phản kháng của máy kia  f  fđm

Vậy để f = const khi tăng công suất tác dụng của máy 1 thì phải giảm công suất tác dụng của máy kia

5.3.2 Điều chỉnh công suất phản kháng

Khi It thay đổi thì sức điện động E0 sẽ thay đổi với U = const, do đó  thay đổi Vậy muốn điều chỉnh công suất fản kháng Q thì phải thay đổi dòng điện kích từ it của máy fát điện

Điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ

Câu hỏi:

1 Điều kiện ghép máy phát điện đồng bộ làm việc song song

2 Điều chỉnh cơng suất tác dụng

3 Điều chỉnh cơng suất phản kháng

Chương 6: ĐỘNG CƠ VÀ MÁY BÙ ĐỒNG BỘ

6.1 ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Trong sản xuất thường dùng các động cơ điện xoay chiều không đồng bộ vì những ưu điểm vượt trội của nó.Tuy động cơ điện đồng bộ cũng có những ưu điểm nhất định nên trong thời gian gần đây cũng được sử dụng rộng rãi hơn

Ưu điểm :

 cos = 1

 Không tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện

 Ít chịu ảnh hưởng đến sự thay đổi của điện áp lưới

 Khả năng chịu tải lớn hơn động cơ không đồng bộ

 Hiệu suất cao

Nhược điểm:

 Cấu tạo phức tạp, giá thành cao

 Mở máy và điều chỉnh tốc độ phức tạp

6.1.1 Cấu tạo

Cấu tạo động cơ đồng bộ giống như máy phát điện đồng bô

6.1.2 Nguyên lý làm việc

Khi đóng nguồn điện 3 pha vào dây quấn stato và nguồn điện một chiều vào dây quấn roto, dòng điện chạy trong dây quấn stato tạo nên từ trường quay có tốc độ đồng bộä n f

Giả sử tại một thời điểm

đang xét như hình 2, ta hình dung từ

trường quay stato như một nam

châm quay (thể hiện bằng nét đứt),

cực bắc của roto bị cực nam của

stato (do từ trường quay tạo ra) kéo

theo, làm roto có khuynh hướng

quay theo chiều quay của từ trường

quay Nhưng do quán tính lớn và từ trường quay quét qua cực từ roro qúa nhanh, trong khi roto chưa kịp quay tới thì nửa chu kỳ sau cực bắc của roto đối diện với cực bắc của stato, làm roto bị đẩy quay ngược lại Kết quả momen mở máy trung bình bằng 0, khiến roto không quay được

Tuy nhiên bằng cách nào đó để cho roto quay với tốc độ đồng bộä, các cực roto sẽ bị khóa chặt vào các cực stato trái dấu và cả hai sẽ cùng quay với tốc độ đồng bộ n1

6.1.3 Mở máy động cơ đồng bộ

*) Mở máy theo phương pháp không đồng bộ

Quá trình mở máy động cơ đồng bộ bằng phương pháp không đồng bộ có thể chia thành hai giai đoạn:

Lúc đầu việc mở máy được thực hiện với it = 0 dây quấn kích thích được nối tắt qua điện trở Rt

Khi rotor đã quay đến tốc độ n  n1 ta tiến hành giai đoạn thứ hai của quá trình mở máy: đem nối dây quấn kích từ với điện áp một chiều của máy kích thích

Để tránh việc mở máy qua hai giai đoạn ta có thể nối thẳng dây quấn kích thích với máy kích từ trong suốt quá trình mở máy

*)Mở máy theo phương pháp hòa đồng bộ

Các điều kiện hòa đồng bộ giống việc hòa đồng bộ máy phát điện đồng bộ Trong trường hợp này động cơ đồng bộ được quay bởi máy nối cùng trục với nó

Các đặc tính của động cơ đồng bộ làm việc với dòng kích từ it = const

U = const

f = const

Bao gồm các quan hệ P1, I1, , cos = f(P2)

Động cơ điện đồng bộ thường làm việc với góc  = 200-300

Đặc tính làm việc của động cơ điện đồng bộ Pđm = 500Kw, 600V, 50Hz, 600v/p, cos = 0.8(quá kích thích)

Khi mới mở máy động cơ, momen điện từ tác dụng lên roto luôn luôn đổi chiều, do đó động cơ không quay được Muốn mở máy được, ta phải dùng một biện pháp nào đó để quay roto lên đến gần tốc độ từ trường quay, sau đó mới đưa dòng điện một chiều vào dây quấn kích từ của động cơ Momen điện từ tác dụng lên roto sẽ theo một chiều nhất định và động cơ được đưa vào tốc độ đồng bộ

Để tạo momen mở máy, trên các mặt cực từ, người ta đặt các thanh dẫn được nối ngắn mạch như lồng sóc ở động cơ không đồng bộ và gọi là dây quấn mở máy

Với cấu tạo như trên, quá trình mở máy động cơ gồm hai giai đoạn: giai đoạn mở máy không đồng bộ và giai đoạn đưa vào đồng bộ

Trong giai đoạn đầu, dây quấn stato nối vào lưới điện xoay chiều ba pha, dây quấn kích từ nối kín mạch với một điện trở phóng điện lớn gấp (10 – 15) lần điện trở bản thân dây quấn Động cơ được mở máy như động cơ không đồng bộ roto lồng sóc Sau khi động cơ đã quay đến gần tốc độ đồng bộ, ta ngắt điện trở ra khỏi dây quấn kích từ, rồi đóng vào nguồn điện một chiều Roto động cơ sẽ được

kéo vào tốc độ đồng bộ Như vậy, roto phải có gia tốc tức thời lớn để đuổi kịp từ trường stato và vì vậy động cơ thường được mở máy không tải hoặc non tải

Trong giai đoạn mở máy không đồng bộ, dây quấn kích từ sẽ cảm ứng điện áp rất lớn, có thể phá hỏng cách điện dây quấn, vì thế dây quấn kích từ phải khép mạch qua điện trở phóng điện Ngoài ra, để giảm dòng điện khi mới mở máy, người ta thường dùng điện kháng hay máy tự biến áp nối tiếp vào mạch stato

6.1.4 Phương trình điện áp và đồ thị vectơ của động cơ đồng bộ

Ta có sơ đồ mạch điện thay thế động cơ điện đồng bộ

Căn cứ vào sơ đồ điện, phương trình điện áp là:

6.1.5 Điều chỉnh hệ số công suất của động cơ đồng bộ

Ưu điểm đặc biệt động cơ đồng bộ là

có thể điều chỉnh hệ số công suất cos của động cơ khi đang hoạt động thông qua điều chỉnh dòng điện kích từ Ikt

Để thấy rõ sự thay đổi hệ số công suất cos, ta dựa vào đồ thị vectơ của động

cơ đồng bộ như sau:

Khi động cơ đồng bộ kéo phụ tải không đổi, công suất tác dụng đựa vào động cơ sẽ không đổi:

Hình 3 Mạch điện thay thế và đồ thị vectơ của động cơ đồng bộ

i nh 6.2: Giản đồ véo tơ

Do U không đổi, nên I.cos và I.Xđb.cos luôn là những hằng số

Căn cứ vào đồ thị, ta có: I.Xđb.cos = E0.sin = hằng số

Khi điều chỉnh dòng kích từ Ikt, E0 thay đổi nhưng E0.sin = hằng số, nên ngọn của vectơ E. 0 dịch chuyển trên đường cố định ’, còn dòng điện I vì I.cos = hằng số nên ngọn của vectơ I. dịch chuyển trên đường cố định 

Giả sử động cơ đồng bộ đang làm việc ở chế độ thiếu kích từ như hình 4a (I chậm pha U), trường hợp này động cơ đang tiêu thụ công suất phản kháng (Q > 0)

Điều chỉnh tăng dòng kích từ Ikt dẫn đến E0 tăng I giảm và cos tăng Dòng điện Ikt tăng đến một giá trị nhất định, dòng điện I sẽ giảm đến một giá trị cực tiểu, trong trường hợp này cos =1 ( = 0) (hình 4b) động cơ đồng bộ không tiêu thụ công suất phản kháng (Q = 0)

Tiếp tục điều chỉnh tăng Ikt, (I nhanh pha U) (hình 4c) E0 vẫn tăng, còn I bắt đầu tăng trở lại và cos giảm trở lại Lúc này động cơ chuyển sang phát công suất phản kháng vào lưới điện (Q < 0)

Vậy việc điều chỉnh dòng điện kích từ Ikt đã làm thay đổi hệ số công suất cos, biến động cơ từ việc tiêu thụ công suất phản kháng (Q > 0) chuyển sang cung cấp công suất phản kháng cho lưới điện (Q < 0) hoặc ngược lại

6.2 MÁY BÙ ĐỒNG BỘ

Máy bù đồng bộ thực chất là động cơ điện đồng bộ làm việc không tải với dòng điện kích từ được điều chỉnh để phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng, duy trì điện áp quy định của lưới

Bình thường máy bù đồng bộ làm việc ở chế độ phát công suất phản kháng, khi tải giảm điện áp lưới tăng thì máy bù đồng bộ làm việc ở chế độ thiếu kích thích, tiêu thụ công suất phản kháng để duy trì điện áp khỏi tăng quá mức quy định

Câu hỏi:

1 Động cơ điện đồng bộ

2 Máy bù đồng bộ

PHẦN 5: MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Chương 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

1.1 KHÁI QUÁT

Trong nền sản xuất hiệu đại máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy điện quan trọng Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong những điều kiện làm việc khác

Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy nó được dùng trong các ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải

Máy phát điện một chiều dùng làm nguồn cho các động cơ điện một chiều, làm nguồn điện một chiều kích thích từ trong máy điện đồng bộ

1.2 CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU

Gồm các phần chính: stato, roto, cổ gĩp và chổi than

i nh 1.2: Cấu tạo stato

i nh 1.3: Cấu tạo roto

Chổi than làm bằng than graphit Các chổi than tỳ sát lên cổ góp nhờ lò xo

và chổi than gắn trên nắp máy

ở thanh dẫn phía trên, sức điện động có chiều từ b đến a Ở thanh dẫn phái dưới sức điện động có chiều từ d đến c Sức điện động phần tử bằng hai lần sức điện động thanh dẫn Nếu nối hai chổi than A và B với tải, trên tải có dòng điện, điện

áp máy phát có cực dương ở chổi than A và cực âm ở chổi than B

i nh 1.4: Cổ góp và chổi điện

Hình 1.5: Nguyên lý làm việc của máy phát