Bài giảng Chương 9: Máy điện đồng bộ

Chia sẻ: Minh Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

270
lượt xem 56
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Chương 9: Máy điện đồng bộ giới thiệu với người học các định nghĩa về máy điện đồng bộ, công dụng, cấu tạo của máy điện đồng bộ, tổn hao của máy điện đồng bộ, phản ứng phần cứng của máy điện, phương trình điện áp của máy điện cực ẩn, đặc tính không tải của máy điện đồng bộ,...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Chương 9: Máy điện đồng bộ

CHƯƠNG 9: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
9.1.1. ĐỊNH NGHĨA Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n bằng tốc độ quay của từ trường xtato 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.
9.1.2. CÔNG DỤNG I. Máy điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Phạm vi sử dụng: a. Máy phát điện. b. Động cơ điện 1. Máy phát điện 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. Công suất mỗi máy phát có thể đạt đến 600 MVA hoặc lớn hơn và chúng thường làm việc song song.
Ở CÁC LƯỚI ĐIỆN CÔNG SUẤT NHỎ, MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ ĐƯỢC KÉO BỞI CÁC ĐỘNG CƠ ĐIÊZEN HOẶC CÁC TUA BIN KHÍ, CÓ THỂ LÀM VIỆC ĐƠN LẺ HOẶC HAI BA MÁY LÀM VIỆC SONG SONG.
2. Động cơ đồng bộ thường được sử dụng trong truyền động điện công suất lớn, có thể đạt đến vài chục MW( loạt ba pha). Trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh, động cơ đồng bộ được sử dụng để truyền động các máy bơm, nén khí, quạt gió .v.v. với tốc độ không đổi. Động cơ đồng bộ một pha được dùng trong hệ thống điều khiển và thiết bị sinh hoạt trong gia đình Mục đích sử dụng: tốc độ động cơ luôn không đổi khi tải thay đổi (ổn định tốc độ). Ngoài ra động cơ đồng bộ còn được dùng làm máy bù đồng bộ trong hệ thống điện để cải thiện hệ số công suất cos của lưới điện và ổn định điện áp.
9.2.CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 9.2.1.Xtato (phần ứng) Xtato của máy điện đồng bộ giống như xtato của máy điện không đồng bộ, gồm hai bộ phận chính là lõi thép xtato và dây quấn ba pha xtato (thường là loại ba pha). Dây quấn xtato còn gọi là dây quấn phần ứng. Lõi thép Dây quấn
Lõi thép stato: Hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 – 0,5 mm được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau có sơn cách điện để hạn chế dòng điện xoáy. Trong các rãnh của lõi thép dùng để đặt dây quấn stato. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy. Lá thép kỹ thuật điện Lõi thép stato của lõi thép stato
9.2.2. Rôto ( phần cảm) Rôto máy điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ dùng để tạo ra từ trường cho máy. Nguồn kích thích là nguồn điện một chiều. Đối với máy nhỏ rôto là nam châm vĩnh cữu. Hai đầu của dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vòng trượt đặt ở đầu trục, thông qua chổi điện để nối với nguồn kích từ.
Có hai loại: rôto cực từ ẩn và rôto cực lồi. a, Rôto cực lồi • Có lõi thép được chế tạo bằng thép đúc thành các khối lăng trụ (máy có công suất nhỏ, trung bình) hoặc bằng các tấm thép dày 1-6mm ghép lại thành khối lăng trụ (máy có công suất lớn). Các cực từ được ghép trên mặt các lõi thép bằng các bulộng • Dùng ở máy có tốc độ thấp, có nhiều đôi cực, đường kính có thể lên tới 15m, trong khi chiều dài không quá 3m. Đối với rôto cực lồi dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ.
b, Rôto cực ẩn • Được chế tạo bằng thép hợp kim rèn thành khối hình trụ, sau đó phay rãnh để đặt dây quấn kích từ. Phần không phay rãnh hình thành mặt cực từ. • Rôto cực ẩn thường dùng ở máy có tốc độ cao 3000v/ph, chỉ có duy nhất một đôi cực , đường kính không vượt quá 1,1 – 1,15 m( hạn chế lực ly tâm), dài tối đa 6,5 m. • Đối với rôto cực ẩn, dây quấn kích từ được đặt trong các rãnh
• Trục máy đồng bộ có thể đặt nằm ngang như động cơ đồng bộ, máy phát diezen hoặc máy phát tuabin nước có công suất nhỏ và tốc độ quay tương đối lớn 200vg/phút. Máy phát tuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm, trục máy đặt thẳng đứng.
9.3.1.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ Cấp dòng điện kích từ (dòng điện một chiều) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên từ trường chính  o. Khi quay rôto bằng động cơ sơ cấp, từ trường của rôto sẽ quay và biến thiên qua dây quấn phần ứng xtato theo quy luật hình sin  xtato= w1kdq osint và cảm ứng sức điện động xoay chiều e trong các pha của máy phát. e = - d  xtato/dt= -  w1kdq ocos t =  w1kdq osin (t - /2) e= E0 2 sin (t - /2) ta có trị số hiệu dụng Eo=4,44fw1kdq o Tần số f của sức điện động sẽ là: f=pn/60, n tốc độ quay của rôto đo bằng vòng/phút. w1: số vòng dây một pha xtato ZA kdq : hệ số dây quấn xtato ZB  o : từ thông chính( từ trường cực ZC Ikt từ)
Dây quấn ba pha xtato có trục lệch nhau trong không gian một góc 120 0 điện, cho nên sức điện động các pha lệch nhau góc pha 120o . Khi dây quấn xtato nối với tải, trong các dây quấn sẽ có dòng điện ba pha. iA= Imaxsint iB= Imaxsin(t – 1200 ) iC=Imaxsin(t – 2400 ) Dòng ba pha sẽ tạo ra từ trường quay giống như trong máy điện không đồng bộ. Dòng ba pha trong ba dây quấn xtato sẽ tạo nên từ trường quay, với tốc độ là n1 = 60f/p, (n1=n= 60f/p ) đúng bằng tốc độ n của rôto . Vì vậy này gọi là máy điện đồng bộ.
9.3.2.Tổn hao của máy phát điện đồng bộ 1. Tổn hao sắt từ trong lõi thép xtato Pst: tổn hao do dòng điện xoáy và tổn hao từ trễ 2. Tổn hao trên điện trở mạch kích từ Pmkt= Ikt2 . Rmkt (Rmktlà điện trở của mạch kích từ trên rôto 3. Tổn hao trên mạch phần ứng (xtato) Pư: Pư= 3I2R (R là điện trở dây quấn xtato của một pha) 4. Tổn hao cơ Pcơ: ma sát ở ổ trục, vòng bi.v.v 5. Tổn hao phụ Pp P2 • Hiệu suất của máy phát: η P2   ΔP P2 : công suất máy phát đưa ra tải  P tổng các tổn hao
9.4.Phản ứng phần ứng của máy phát điện • Khi máy phát điện đồng bộ chạy không tải, trong máy chỉ có từ thông do phần cảm gây ra. Từ thông này cảm ứng ra sđđ Eo trong phần ứng, chậm pha so với từ trường một góc 900. • Khi máy mang tải, dòng điện phụ tải qua dây quấn stato gây ra từ trường gọi là từ trường phần ứng và làm thay đổi từ trường trong máy về cả độ lớn và sự phân bố. • Tác dụng của từ trường phần ứng lên từ trường chính (rôto)  o gọi là phản ứng phần ứng của máy điện đồng bộ.
Eo Eo ư I I o ư S o N N S Tải thuần cảm ( = 900) Tải thuần trở (= 00) Tải thuần trở : Từ thông phần ứng Eo theo hướng ngang trục, làm méo từ trường cực từ, ta gọi là phản ứng phần ứng ngang trục. o ư S Tải thuần cảm: Phản ứng phần ứng N dọc trục khử từ, có tác dụng làm I giảm từ trường tổng. Tải thuần dung: Phản ứng phần Tải thuần dung ( = - 900) ứng dọc trục trợ từ, có tác dụng tăng từ trường tổng.
Eo ư Eo  ưq ư  ưq I   I o  ưd o  ưd S N S N Tải R-L Tải R-C Tải R-L : phản ứng phần ứng vừa dọc trục khử từ, vừa hướng ngang làm méo từ trường cực từ. (tác dụng giảm từ trường tổng ) Tải R-C: phản ứng phần ứng vừa dọc trục trợ từ, vừa hướng ngang trục làm méo từ trường cực từ. (tác dụng tăng từ trường tổng) Tóm lại: phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ vừa phụ thuộc dòng điện tải (độ lớn bé) vừa phụ thuộc tính chất của tải. Trở lại trang đặc tính
9.5.1.Phương trình điện áp của máy phát điện cực lồi Sức điện động cảm ứng trong dây quấn I xtato được sinh ra do biến thiên từ thông trong khe hở giữa xtato và rôto. t ư Khi có tải, từ thông trong khe hở gồm  ưq 3 thành phần:  o,  ư ,  t o  ưd N S Từ thông cực từ  o, sinh ra sđđ E0. Từ thông phần ứng  ư sinh ra Eư.: E   j X  u I q  j X uq I d ud (Xuq là điện kháng pưpư ngang trục, Xud là điện kháng pưpư dọc trục) Từ thông tản  t sinh ra Et: E t   j  X t   j  d X t  j  q X t  I I I (Xt là điện kháng tản của dây quấn xtato và ta bỏ qua điện trở của xtato)
U  Eo  Eu  Et  Eo  jq Xuq - jdXud  jdXt - jqXt  Eo  jq (Xuq  Xt )  jd (Xud  Xt )      I I I I  I I  Eo  jdXd  jqXq  I I Xd=Xưd+Xt là điện kháng đồng bộ dọc trục Xq=Xưq+Xt là điện kháng đồng bộ ngang trục Phương trình điện áp: U  E o  j d X d  j q X q   I I j d X d I j q X I Đồ thị véctơ tương ứng với  Eo q  U phương trình điện áp máy phát q  I I   d I
9.5.1.Phương trình điện áp của máy phát điện cực ẩn   U  E  j d X I  j q X I o d q Xd=Xq=Xdb Gọi là điện kháng đồng bộ U  E o  j  d X db  j  q X db  E o  jX db (  d   q )  E o  jX db    I I  I I  I jX db  I Phương trình điện áp:  Eo U = E o - jX db    I  U    I O