Bài giảng động cơ điện - Từ trường trong máy điện đồng bộ

Chia sẻ: Trieu Hung | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:38

Thêm vào BST

Báo xấu

406
lượt xem 145
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

• Khi máy điện làm việc không tải (I = 0), từ trường trong máy chỉ do dòng điện một chiều it chạy trong dây quấn kích thích đặt trên các cực từ sinh ra - gọi là từ trường cực từ. • Khi máy có tải (I ≠ 0), ngoài từ trường cực từ còn có từ trường do dòng điện tải sinh ra (từ trường phần ứng).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng động cơ điện - Từ trường trong máy điện đồng bộ

4. TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
4.1. ĐẠI CƯƠNG • Khi máy điện làm việc không tải (I = 0), từ trường trong máy chỉ do dòng điện một chiều it chạy trong dây quấn kích thích đặt trên các cực từ sinh ra - gọi là từ trường cực từ. • Khi máy có tải (I ≠ 0), ngoài từ trường cực từ còn có từ trường do dòng điện tải sinh ra (từ trường phần ứng). • Nếu máy là ba pha, từ trường do dòng điện phần ứng sinh ra là từ trường quay. Từ trường quay có thể phân tích thành từ trường cơ bản và các từ trường bậc cao. • Trong các từ trường đó, từ trường cơ bản là quan trọng nhất vì nó có tốc độ quay và chiều quay giống như từ trường cực từ. • Tác dụng của từ trường cơ bản với từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng.
• Phản ứng phần ứng trong máy điện đồng bộ có ảnh hưởng rất nhiều đến từ trường cực từ, mức độ ảnh hưởng của nó phụ thuộc vào tính chất của tải và cấu tạo của máy là cực ẩn hay cực lồi. • Như vậy, khi máy làm việc có tải, dọc khe hở tồn tại một từ trường thống nhất, nó là tổng hợp của từ trường cực từ và từ trường phần ứng. Chính từ trường đó sinh ra các s.đ.đ. ở các dây quấn của stato.
4.2. TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN KÍCH THÍCH (TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ) 4.2.1. Đối với máy điện cực lồi Xét một máy có p đôi cực. Gọi wt là số vòng của dây quấn kích thích. it là dòng điện kích thích. Sức từ động cWaimột cực từ là: ủ Ft = tt (20-1) 2p Từ thông do sức từ động Ft sinh ra trong trường hợp p = 2 được trình bày trên hình 20-1. Ở đây: Φt - từ thông chính đi qua khe hở Hình 20-1. Từ trường của dây quấn kích thích của máy điện đồng bộ δ và móc vòng với dây quấn phần ứng. Φσt - từ thông tản của cực từ.
Sự phân bố đường sức từ ở mặt cực như ở δm hình 20-2a. δ Đường biểu diễn cảm ứng từ Bt dọc theo bc = α τ bước cực τ như ở hình 20-2b. τ a) Do khó khăn về gia công độ cong mặt cực nên Bt không thể tạo được cảm ứng từ Bt hình sin Bt 1 (đường 1). Btm1 2 Btm Đường phân bố cảm ứng từ không hình sin đó b) có thể phân tích thành sóng cơ bản và các sóng α -π /2 π /2 0 bậc cao. Trong máy điện đồng bộ, sóng cơ bản đóng H×nh 202. Tõ trêng do d©y quÊn kÝch thÝch ë khe hë cña vai trò chủ yếu sinh ra s.đ.đ. cơ bản trong dây M§§B bé cùc låi quấn stato, còn các từ trường bậc cao thường rất nhỏ hoặc đã có các biện pháp cải thiện.
Sự khác nhau giữa sóng cơ bản và từ trường Bt được biểu thị bằng • hệ số dạng sóng kt của từ trường: Btm1 Kt = (20-2) Btm trong đó: Btm1- biên độ của từ trường cơ bản, Btm – biên độ của cảm ứng từ Bt. Trị số kt phụ thuộc vào tỉ số δm/δ và hệ số mặt cực α = bc/τ. Thường δm/δ = 1,0 ÷ 2,5, α = 0,67 ÷ 0,75 và kt = 0,95 ÷ 1,15. Từ biểu thức (20-2) ta có: µ 0 .Ft µ0 Wt .it Btm1 = K t .Btm = .K t = . .K t (20-3) Kδ .K µ d .δ Kδ .K µ d .δ 2 p trong đó: kδ là hệ số khe hở, kμd - hệ số bão hoà dọc trục cực từ.
• Từ thông ứng với sóng cơ bản của cảm ứng từ bằng: µ 0 τ lδ wt k t 2 Φ t1 = Btm1 .τ .lδ = . . it (20-4) π π kδ .k µ d .δ p • Khi rôto quay với tốc độ ω =2πf, từ thông móc vòng với dây quấn stato ứng với sóng cơ bản của từ trường kích từ sẽ biến thiên theo quy luật hình sin: ψ tưd = wkdqΦ t1cosω t Sức điện động hỗ cảm trong dây quấn stato sẽ là: dψ tud = ωwk dq Φ t1 sin ωt = E 0 m sin ωt e0 = − dt trong đó: µ0τlδ wt k t E 0 m = ω dq it = ω ud .it = xưdit wk M (20-5) π δ k µd δ p k
Hệ số hỗ cảm của dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng là: µ 0τ lδ wk dq wt k t = M ud . (20-6) π kδ k µd δ p Điện kháng hỗ cảm tưng ứng là: xưd = ω.Mưd (20-7) Hệ số tự cảm của dây quấn kích thích bằng: Lt = Ltδ + Lσt (20-8) trong đó Lσt - hệ số tự cảm của dây quấn kích thích ứng với từ thông tản của cực từ (biểu thức có trong tài liệu thiết kế). Ltδ - hệ số tự cảm của dây quấn kích thích ứng với từ thông khe hở Φtδ của cực từ. Φ tδ = kΦ .Φ t1 (20-9) Kết hợp (20-9) và (20-4) ta có: µ 0τlδ wt2 wt Φ tδ Ltδ = = kt kΦ (20-10) πk δ k µd δ p it
a) 4.2.2. Đối với máy điện cực ẩn. τ Sự phân bố các đường sức từ ở mặt cực như ở hình 20-3a. Bδ Bt Btm1 Đường biểu diễn từ cảm Bt của Btm b) α cực từ có dạng hình thang như ở dα ∆α hình 20-3b. (1-γ )π γπ/2 γπ/2 Biên độ sóng cơ bản của từ H×nh 203. Tõ trêng ë khe hë cña M§§B cùc Èn vµ c¸ch trường đó bằng: x¸c ®Þnh biªn ®é sãng c¬ b¶n cña tõ trêng ®ã γπ π (1− γ )π π sin π 2 2 2  2 4 4 2 4 2B ∫ Bt cos αdα = ∫ Btm cos αdα + ∫ Btm  − α  cos α dα = Btm1 = tm (20-11) π γπ π π π γπ  2  π (1−γ )π 0 − 2 2 2 γπ sin Btm1 4 2 Do đó: (20-12) Kt = = γπ π Btm 2
γ - là tỷ số giữa phần có quấn dây của bước cực với bước cực. Thường γ = 0,6 ÷ 0,85 và kt = 1,065 ÷ 0,965. Hệ số hỗ cảm Mưd của dây quấn kích thích của máy đồng bộ cực ẩn cũng được tính theo công thức (20-6). Hệ số tự cảm của dây quấn kích thích ứng với từ thông khe hở Ltδ cũng có thể được tính theo biểu thức (20-10), trong đó: 2 1− γ π 3 kΦ = (20-13) 2 kt
4.3. TỪ TRƯỜNG CỦA PHẦN ỨNG Khi máy điện làm việc có tải, dòng điện trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường - gọi là từ trường phần ứng. Tuỳ theo tính chất của tải mà trục của từ trường phần ứng sẽ làm thành một góc nhất định với từ trường cực từ. Như vậy, tác dụng của từ trường phần ứng với từ trường cực từ (phản ứng phần ứng) sẽ có tính chất khác nhau tuỳ theo tính chất của tải: trở, dung hay cảm. Ngoài ra, trong máy điện cực ẩn khe hở là đều, còn trong máy điện cực lồi khe hở dọc trục và ngang trục khác nhau nên s.đ.đ. cảm ứng trong dây quấn phần tĩnh do từ trường phần ứng sinh ra và các điện kháng của từ trường phần ứng của hai loại máy đó hoàn toàn khác nhau.
4.3.1. Phản ứng phần ứng ngang trục và dọc trục. a) Khi tải thuần trở EA Tải thuần trở nên dòng điện ba pha Fư trong dây quấn stato trùng pha với các s.đ.đ. IA Ft tương ứng (ψ = 0). IC Giả sử các s.đ.đ. và dòng điện trong ba IB a) EC pha là hình sin, tải ba pha đối xứng. EB Ở thời điểm iA = Im thì đồ thị véctơ dòng điện và s.đ.đ. như ở hình 20-4a. Y C Fư Xét tương quan về không gian giữa từ X A Ft N trường phần ứng và từ trường cực từ trong S trường hợp máy có 2 cực, ba pha, mỗi pha b) n Z tượng trưng bởi một vòng dây. B Trị số các dòng điện bằng: iA = Im; iB = iC = - Im/2 Hình 20-4. Đồ thị véctơ s.đ.đ (a) và quan hệ về không gian giữa từ trường Chiều của các dòng điện trong các pha cực từ và từ trường phần ứng (b) ở tải như ở hình 20-4b. thuần trở (ψ = 0)
Ta thấy: vị trí không gian của từ trường quay phần ứng Fư có chiều trùng với trục của dây quấn pha A - pha có dòng điện cực đại. Vì từ thông xuyên qua pha A cực đại trước s.đ.đ. trong pha đó 1/4 chu kỳ nên khi s.đ.đ. pha A cực đại (eA = Em) thì cực từ đã quay đi được một góc π/2 so với vị trí trục cực từ trùng với trục pha A - lúc mà từ thông xuyên qua pha A có trị số cực đại. Như vậy, vị trí không gian của trục cực từ là thẳng góc với trục của pha A, tức là thẳng góc với chiều của từ trường phần ứng Fư (hình 20-4b). Kết luận: ở tải thuần trở, phương của Fư thẳng góc với phương của Ft và phản ứng phần ứng là ngang trục. Các véctơ không gian Fư và Ft cùng vẽ trên đồ thị véctơ thời gian của dòng điện và s.đ.đ. như trên hình 20-4a.
EB b) Tải thuần cảm Fu IA Tải thuần cảm, s.đ.đ. E vượt ψ = 90o EA trước dòng điện I một góc ψ = + 900. IC IB Ở thời điểm iA = Im thì cực từ đã quay thêm góc π/2 so với vị trí của a) EC Ft nó ở trường hợp tải thuần trở (hình 20-5b). Y Ta thấy Fư cùng phương với Ft C Fư S Fu (nghĩa là dọc trục cực từ) nhưng n X A ngược chiều. Phản ứng phần ứng N . là dọc trục khử từ Z B b) Đồ thị véctơ thời gian của E, I và Ft véctơ không gian của Ft, Fư như ở Hình 20-5. Đồ thị véctơ s.đ.đ. (a) và quan hệ hình 20-5a. về không gian giữa từ trường cực từ và từ trường phần ứng (b) khi tải thuần cảm.
Ft c) Tải thuần dung EC Fư Nếu tải là thuần dung, s.đ.đ. E IA chậm sau dòng điện I một góc 900 ψ = 90o (ψ = - 9 0 0 ). EA a) IC IB Khi iA = Im thì cực từ còn phải quay thêm góc π/2 nữa mới đến vị EB trí của nó ở trường hợp tải thuần trở, nghĩa là vị trí của nó như ở Ft hình 20-6b. Y C Ở đây chiều của Fư trùng với Fư u N F chiều Ft, phản ứng phần ứng là n b) A X dọc trục trợ từ. S Đồ thị véctơ tương ứng như ở B Z hình 20-6a. Hình 20-6. Đồ thị véctơ (a) và quan hệ không gian giữa từ trường cực từ và từ trường phần ứng (b) ở tải thuần dung (ψ = - 900)
EA Trường hợp tải hỗn hợp ta có Fu thể phân tích Fư thành hai thành Fuq ψ IA phần dọc trục và ngang trục như ở Fưd EB hình 20-7, trong đó: IC IB Fưd = Fư.sinψ Ft Fưq = Fư.cosψ EC a) Ta thấy rằng, khi tải có tính chất cảm (0 < ψ < π/2) phản ứng phần ứng vừa ngang trục vừa dọc C Y Fu F trục khử từ. ư- S A X Phân tích tương tự thấy, khi tải n N có tính chất dung (0 > ψ > π/2) thì B Ft Z phản ứng phần ứng vừa ngang trục vừa dọc trục trợ từ. b) Hình 20-7. Đồ thị véctơ (a) và quan hệ không gian giữa từ trường phần ứng và từ trường cực từ (b) ở tải hỗn hợp (0 < ψ < 900)
4.3.2. Từ cảm do từ trường phần ứng và điện kháng tương ứng Ở máy cực ẩn, khe hở không khí giữa rôto và stato là đều. Nếu mạch từ không bão hoà thì từ trở là hằng số. Nếu s.t.đ. của dây quấn phần ứng phân bố hình sin thì từ cảm dọc khe hở cũng hình sin. Ta có: µ0 µ 0 m 2 wk dq Bm = F = I (20-14) kδ k µ δ kδ k µ δ π p và từ thông tương ứng là: 2µ 0τ lδ m 2 Wk dq 2 Φ = Bm τ lδ = I (20-15) π kδ k µ δ π 2 p
Từ thông Φư quay đồng bộ với rôto và cảm ứng nên trong bản thân dây quấn phần ứng s.đ.đ.: E = π 2 fwk dqφ (20-16) Và điện kháng tương ứng là: w 2 k dq 2 µ 0τ lδ E x = = 4mf (20-17) π kδ k µ δ p I Thường xư = 1,1 ÷ 2,3
Ở máy đồng bộ cực lồi, khe hở giữa stato và rôto theo hai hướng dọc và ngang trục là không đều nhau nên tuy s.t.đ. phần ứng là hình sin nhưng từ cảm phân bố dọc khe hở là không hình sin. Để tiện cho việc nghiên cứu, ta phân tích s.t.đ. Fư ở tải bất kỳ thành hai thành phần: dọc trục và ngang trục và xét từ cảm theo hai hướng đó. Ta có: m 2 wk dq m 2 wk dq Fd = F sinψ = I sinψ = Id (20-17) π π p p m 2 wk dq m 2 wk dq Fq = F cosψ = I cosψ = Iq (20-18) π π p p Trong đó: Id = I.sinψ và Iq = I.cosψ. Biên độ của Fưd và Fưq trùng với trục dọc và trục ngang của cực từ (hình 20-8).
d q 1 1 F-ưq Budm F-ưd Buqm 2 Budm1 Buqm1 20 δ δ δm δm απ απ /2 απ /2 π π a) b) Hình 20-8. Từ trường phần ứng dọc trục (a) và ngang trục (b) trong máy điện cực lồi. • Nếu khe hở theo các hướng là đều, từ cảm do chúng sinh ra sẽ phân bố hình sin (đường 1 trên hình 20-8) và có biên độ bằng: µ0 = Bdm Fd (20-19) kδ k µ δ µ0 = Bqm Fq (20-20) kδ k µ δ