Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
187
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 6
CHƯƠNG 0 6
MÁYPHÁTĐIỆNĐỒNGBỘ3PHA
Máy phát điện đồng bộ hay máy phát điện xoay chiều là thiết bị biến đổi cơ năng thành
điện năng. Máy phát điện xoay chiều được chế tạo theo loại một pha hay ba pha, là thành phần
chủ yếu trong hệ thống truyền tải và cung cấp điện năng.
Ngày nay các máy phát điện công suất lớn có công suất vài trăm MVA với nguồn cơ năng
dùng thủy lực hình thành các nhà máy thủy điện cung cấp cho khu vực hay quốc gia. Các máy
phát điện có công suất nhỏ từ 10KVA đến 1MVA , với nguồn cơ năng là động cơ nổ Diessel, hình
thành các nhà máy nhiệt điện nhỏ hay các tổ động cơ máy phát dự phòng cho các nhà máy, xí
nghiệp công nghiệp.
Máy phát điện còn có khả năng đấu vận hành song song (hòa đồng bộ ) để nâng công suất
cấp đến tải, hay dùng làm máy bù dùng nâng cao hệ số công suất. Với khả năng và phạm vi sử
dụng rộng rãi của máy phát, các chuyên-viên kỹ-thuật cần nắm vững các nguyên lý cơ bản; để
thuận lợi trong công tác vận hành và bảo quản.
6.1.CÂU TAO CUA MAY PHAT ĐÔNG BÔ:
6.1.1. CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH :
Máy phát điện đồng bộ gồm hai thành
phần chính :
ROTOR: còn được gọi là phần cảm dùng
tạo ra từ trường kích thích dạng một chiều (không
biến thiên biên độ theo thời gian).
ROTOR CỰC TỪ LỒI dây quấn trên các
cực từ được quấn tập trung, hình dạng của rotor
cực lồi trình bày trong hình H6.1.
ROTOR CỰC TỪ ẦN : dây quấn trên
rotor thực hiện theo dạng dây quấn phân bố
không tập trung, xem hình H6.3 và H6.4.
HINH H6.1: Kết cấu của rotor cực từ lồi, 2p = 4
Rotor chưa được đóng vào trục.
Trên rotor đã có quấn dây quấn kích thích.
HINH H6.2: Hình dạng của rotor cực từ lồi sau khi đã đóng trục.
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
188 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 6
HINH H6.3: Hình dạng của rotor cực từ ẩn , rotor chưa được quấn dây.
HINH H6.4: Hình dạng của rotor cực từ ẩn , dây quấn rotor đang được sửa chửa.
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
189
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 6
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 một pha 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 120o. Hình dạng
của stator máy phát điện đồng bộ, trình bày trong hình H6.5, H6.6.
HÌNH H6.5: Dây quấn stator máy phát đang được thi công.
HÌNH H6.6: Stator máy phát đang được bảo trì.
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
190 BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 6
6.1.2. HỆ THỐNG VÀNH TRƯỢT VÀ MÁY PHÁT KÍCH TỪ ĐẦU TRỤC :
Muốn tạo thành từ trường kích thích một chiều trên phần cảm chúng ta cần cấp dòng một
chiều vào dây quấn phần cảm được lắp trên rotor. Khi rotor được kéo quay bởi động cơ sơ cấp,
để tránh tình trạng các dây nối bị xoắn, dòng một chiều được cấp vào rotor thông qua hệ thống
vành trượt và chổi than.
Các vành trượt là hai vòng hình trụ bằng đồng thau (hay đồng đỏ), được bố trí đồng trục
với rotor. Vành trượt được cách điện với phần kim loại của trục quay bằng các vật liệu cách điện,
xem hình H6.7.
Tiếp xúc với hai vành trượt là hai chổi than được lắp cố định so với trục quay rotor, dùng
cấp điện vào cho dây quấn rotor.
Dây quấn rotor, sau khi được quấn theo công nghệ nhất định (để hình thành các từ cực
trên rotor) sẽ đưa ra 2 đầu dây. Hai đầu dây này được bố trí chạy bên trong cốt trục quay đến các
vành trượt và được hàn dính vào hai vành trượt này.
Với các máy phát điện có công suất lớn, từ 200 KVA trở lên, dòng một chiều được cấp vào
phần cảm có giá trị rất lớn từ vài chục đến vài trăm Ampère trong quá trình vận hành. Tiếp xúc
giữa chổi than và vành trượt dễ sinh ra các tia lửa điện khi rotor đang hoạt động; vấn đề bảo trì và
vận hành tương đối phức tạp, ngoài ra tổn hao nhiệt do điện trở tiếp xúc (giữa chổi than và vành
trượt) trong quá trình vận hành ảnh hưởng đến hiệu suất và tính năng của máy phát điện.
Dạng máy phát điện dùng hệ thống chổi than và vành trượt để cấp nguồn một chiều cho
phần cảm, được gọi là máy phát điện kích từ trực tiếp.
Ngày nay để khắc phục nhược điểm của hệ thống vành trượt và chổi than, các máy
phát (sử dụng động cơ sơ cấp là động cơ nổ) thường được chế tạo theo dạng “ brushless”
không chổi than. Muốn cấp nguồn một chiều vào cho phần cảm ta phải dùng thêm một máy
phát điện đầu trục. Liên kết giữa máy phát chính và máy phát điện đều trục được mô tả như sau:
Máy phát điện đầu trục cũng là máy phát điện xoay chiều ba pha.
Phần ứng của máy phát điện đầu trục được ghép đồng trục với phần cảm của máy phát
chính. Cả hệ thống này được quay bởi động cơ nổ sơ cấp.
Phần cảm của máy phát đầu trục được bố trí cố định bên ngoài, tương tự như phần ứng
của máy phát chính. Phần cảm của máy phát đầu trục cũng được cấp nguồn áp một chiều để tạo
ra từ trường kích thích (loại một chiều).
HÌNH H6.7: Kết cấu vành trượt và chổi than trên stator.
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
191
BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ – CHƯƠNG 6
Khi phần cảm của máy phát đầu trục tạo ra từ trường kích thích và động cơ nổ sơ cấp
quay phần ứng của máy phát đầu trục . Các pha dây quấn trên phần ứng máy phát đầu trục hình
thành các sức điện động cảm ứng .
Điện áp 3 pha phát ra từ phần ứng của máy phát đầu trục được chỉnh lưu bằng mạch
cầu diode bán dẫn để trở thành nguồn một chiều cấp vào dây quấn của phần cảm máy phát chính.
Cầu chỉnh lưu gồm 6 diode bán dẫn được lắp trên dĩa cách điện, cố định đồng trục với phần ứng
máy phát đầu trục và phần cảm của máy phát chính.
Tòan bộ kết cấu của máy phát điện dùng máy phát đầu trục kích từ được mô tả trong hình
H6.8. Khi chỉnh lưu nguồn áp 3 pha từ phần ứng máy phát đầu trục để tạo thành nguồn áp một
chiều cấp vào cho phần cảm máy phát chính, để cải thiện hiện tượng chỉnh lưu không phẳng, tần
số của nguồn áp 3 pha phát ra từ máy phát đầu trục có giá trị cao hơn tần số lưới điện thông
thường. Tần số này có thể từ 120Hz đến 240Hz . Do đó, số cực từ của máy phát đầu trục lớn hơn
số cực của máy phát chính từ 3 đến 6 lần
HÌNH H6.8: Cấu tạo máy phát điện có dùng máy phát điện đầu trục (brushless alternator)
Stator máy phát
điện chính
Rotor máy
phát chính
Stator máy
phát điện
đầu trục
Rotor máy
phát điện
đầu trục