MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG DỤNG
Định nghĩa
Những Máy điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n bằng đúng tốc độ quay của từ trường stato n1 gọi là Máy điện đồng bộ
Ở chế độ xác lập, Máy điện đồng bộ có tốc độ quay rôto luôn không đổi khi tải thay đổi.
Công dụng
Chế độ Máy phát
Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của lưới điện quốc gia, trong đó động cơ sơ cấp là các tua bin hơi, tuabin khí hoặc tuabin nước. ( hình 9.1.2 )
Ở các lưới điện công suất nhỏ, Máy phát điện đồng bộ được kéo bởi các động cơ điêzen hoặc xăng, có thể làM việc đơn lẻ hoặc hai ba Máy làM việc song song
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, nén khí, quạt gió .v.v.
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 bù đồng bộ
CẤU TẠO MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Cấu tạo Máy điện đồng bộ gồM hai bộ phận chính là stato và rôto .
Stato là phần tĩnh (còn gọi là phần ứng ), rôto là phần quay
(còn gọi là phần cảM ).
PHẦN TĨNH ( STATO)
Stato của Máy điện đồng bộ giống như stato của Máy điện không đồng bộ
Lõi thép
Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục. lõi thép được ép vào trong vỏ Máy
Dây quấn
Dây quấn stato làM bằng dây dẫn điện được bọc cách điện (dây điện từ) được đặt trong các rãnh của lõi thép
PHẦN QUAY ( RÔTO)
Rô to Máy điện đồng bộ bao gồM lõi thép, cực từ và dây quấn kích từ. Dây quấn kích từ được cấp bởi nguồn điện Một chiều để tạo ra từ trường cho Máy.
(hình 9.2.2.a)
Hình 9.2.2.a
Hai đầu của dây quấn kích từ nối với hai vòng trượt đặt ở đầu trục, thông qua hai chổi than để nối với nguồn 1 chiều.
Có hai loại: rôto cực từ ẩn và rôto cực lồi
Rôto cực lồi
Dùng ở Máy có tốc độ thấp, có nhiều đôi cực. Rôto cực lồi dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ
Rôto cực ẩn
Thường dùng ở Máy có tốc độ cao 3000v/ph có Một đôi cực. Rôto cực ẩn dây quấn kích từ được đặt ẩn trong các rãnh.
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Dòng điện kích từ (dòng điện không đổi) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường rôto fio
Khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp, từ trường của rôto sẽ cắt dây quấn phần ứng stato và cảM ứng sức điện động xoay chiều hình sin có trị số hiệu dụng: E0=4,44fiW1kdqfio . Nếu rôto có p đôi cực, tần số fi của sức điện động: fi = pn/60
Dây quấn ba pha stato có đặt lệch nhau trong không gian Một góc 1200 điện, cho nên sức điện động các pha lệch nhau góc pha 1200
Trong dây quấn stato xuất hiện Một nguồn điện ba pha đối xứng
Khi dây quấn stato nối với tải, trong các dây quấn có dòng điện ba pha:
iA = IMax sinWt
iB = IMaxsin(Wt – 1200)
iC = IMaxsin(Wt – 2400)
Dòng điện ba pha được tạo ra giống như ở Máy điện không đồng bộ sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là n1 = 60fi/p (n = 60fi/p =n1), đúng bằng tốc độ quay n của rôto.
Do đó Máy điện này gọi là Máy điện đồng bộ .
PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Khi Máy phát điện làM việc, từ thông của cực từ rôto fi0 cắt dây quấn stato cảM ứng ra sức điện động E0 chậM pha so với nó Một góc 900.
Dây quấn stato nối với tải sẽ tạo nên dòng điện I cung cấp cho tải, dòng điện I tạo nên từ trường quay phần ứng (stato). Tác dụng của từ trường phần ứng (stato) lên từ trường cực từ (rôto) gọi là phản ứng phần ứng.
Tải thuần trở
Từ thông phần ứng fiư (stato) theo hướng ngang trục, làM lệch hướng từ trường cực từ (rôto) fi0 ta gọi là phản ứng phần ứng ngang trục (hình 9.4.a)
Hình 9.4.a
Tải thuần cảM
Từ thông phần ứng fiư ngược chiều fi0 gọi là phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làM giảM từ trường tổng (hình 9.4.b)
Hình 9.4.b
Tải thuần dung
Từ thông phần ứng fiư cùng chiều fi0, gọi là phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ có tác dụng làM tăng từ trường tổng.
Hình 9.4.c
Tải bất kỳ
Phân tích từ trường phần ứng thành hai thành phần:
Thành phần ngang trục làM lệch hướng từ trường tổng
Thành phần dọc trục khử từ hoặc trợ từ tùy theo tính chất của tải (hình 9.4.d)
Hình 9.4.d
Phản ứng phần ứng của Máy phát điện đồng bộ vừa phụ thuộc vào dòng điện tải I (độ lớn bé) vừa phụ thuộc vào tính chất của tải ( thuần trở, thuần cảM và thuần dung).
PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP VÀ CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Phương trình điện áp của Máy phát điện đồng bộ cực ẩn
Xđb =Xd=Xq gọi là điện kháng đồng bộ.
Phương trình cân bằng điện áp:
CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Đặc tính không tải
U0 = E0 = fi(Ikt) khi Itải =0, n =const ( fi=const)
Ta có: Eo= 4,44fi.W1.kdq.fio = K.fio
Đặc tính không tải là đường fi0 =fi(Ikt), gọi là đường cong từ hóa vật liệu sắt từ
Đặc tính ngoài của Máy phát điện đồng bộ
Mối quan hệ giữa điện áp U trên cực Máy phát và dòng điện tải I khi tính chất tải cosPt không đổi, tần số fi và dòng điện kích từ Ikt không đổi
U = fi(I) khi Ikt =const, n= const (fi=const) , cosPt =const
Đặc tính ngoài của Máy phát phụ thuộc tính chất của tải
Đặc tính điều chỉnh của Máy phát điện đồng bộ
Mối quan hệ giữa dòng điện kích từ với dòng điện tải điện áp U bằng điện áp định Mức, tần số fi và tính chất tải không đổi.
Ikt = fi(I) khi U =const, n= const ( fi =const), cosPt =const
ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Nguyên lý làM việc
Khi cho dòng điện ba pha Ia, Ib, Ic vào ba dây quấn stato, dòng điện ba pha ở stato sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ n1 = 60fi/p
Khi cho dòng điện Một chiều vào dây quấn rôto, rôto biến thành Một naM châM điện
Khi từ trường stato quay với tốc độ n1, lực tác dụng ấy sẽ kéo rôto quay với
tốc độ n = n1
Phưong trình điện áp của động cơ điện đồng bộ:
Mở Máy động cơ điện đồng bộ
Muốn động cơ làM việc, phải tạo MôMen Mở Máy để quay rôto đồng bộ với từ trường quay stato.
Trên các Mặt cực từ rôto, người ta đặt các thanh dẫn, được nối ngắn Mạch như lồng sóc ở động cơ không đồng bộ ( hình 9.6.2)
Hình 9.6.2
Khi Mở Máy, nhờ có dây quấn Mở Máy ở rôto động cơ sẽ làM việc như đồng cơ không đồng bộ .
Trong quá trình Mở Máy ở dây quấn kích từ sẽ cảM ứng điện áp rất lớn, có thể phá hỏng dây quấn kích từ, vì thế dây quấn kích từ sẽ được khép Mạch qua Mạch điện có điện trở lớn để bảo vệ dây quấn kích từ
Khi rôto đã quay đến tốc độ bằng tốc độ đồng bộ n1, đóng nguồn điện Một chiều vào dây quấn kích từ, động cơ sẽ làM việc đồng bộ.
Máy bù đồng bộ
Động cơ điện đồng bộ làM việc ở chế độ không tải và dòng điện kích từ điều chỉnh quá kích thích để động cơ phát ra công suất phản kháng với Mục đích nâng cao hệ số công suất lưới điện.
Công suất phản kháng: Q= MU (E0cosq-U)/Xđb Mà E0 phụ thuộc Ikt
Tăng Ikt suy ra tăng E0 suy ra Q >0 động cơ phát ra công suất phản kháng vào lưới điện, động cơ làM việc quá kích thích.
Hệ số công suất lưới điện cosPL
Tăng Ikt suy ra tăng Q suy ra giảM QLsuy ra cosPL tăng và ngược lại
