Bài giảng Vật lý công nghệ 1 (Phần 2: Máy điện): Chương 9

Bài giảng Vật lý công nghệ 1

Chương 9 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

PGS. TS Nguyễn Hồng Quảng

Trung tâm Thực hành thí nghiệm

Tp Vinh, ngày 28/04/2016

Nội dung

1. Giới thiệu máy điện đồng bộ

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

3. Nguyên lý hoạt động của máy phát ĐB

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ ĐB

5. Các đặc trưng của máy phát ĐB

6. Sự làm việc song song của máy phát

2 28/04/2016

1. Giới thiệu

- Khái niệm

 Máy điện đồng bộ (MĐĐB) là máy điện xoay

chiều có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ quay

của từ trường

 Khác với máy điện không ĐB, MĐĐB có thể hoạt

động tốt ở cả hai chế độ: Máy phát và Động cơ

3 28/04/2016

1. Giới thiệu

- Máy phát điện đồng bộ

…và chiếc đĩa phát điện đầu tiên của ông (1831)

Thí nghiệm về cảm ứng điện từ của Faraday, cơ sở của máy phát điện xoay chiều

4 28/04/2016

Nguồn: http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_generator

1. Giới thiệu

- Máy phát điện đồng bộ

Máy phát điện đầu tiên của Jedlik (1870)

Máy phát điện có tay quay

5 28/04/2016

1. Giới thiệu

- Máy phát điện đồng bộ

Máy phát thuỷ điện của Hungary sản xuất đầu thế kỷ

́ 20

6 28/04/2016

Nguồn http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_generator

1. Giới thiệu

- Động cơ điện đồng bộ

Động cơ đồng bộ thường dùng có công suất lớn

Động cơ đồng bộ

7 28/04/2016

1. Giới thiệu

- Động cơ điện đồng bộ

8 28/04/2016

Hoặc công suất nhỏ

Nội dung

1. Giới thiệu máy điện đồng bộ

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

3. Nguyên lý hoạt động của máy phát ĐB

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ ĐB

5. Các đặc tuyến của máy phát ĐB

6. Sự làm việc song song của máy phát

9 28/04/2016

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

Sơ đồ cấu tạo

10 28/04/2016

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

Sơ đồ cấu tạo

Máy điện đồng bộ

Phần tĩnh

Phần quay

Bộ kích từ

(stator)

(rotor)

(exciter)

11 28/04/2016

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

2.1 Stator (phần tĩnh), gắn với vỏ máy, gồm:

a) Lõi thép (dẫn từ)

b) Các cuộn dây (dẫn điện)

Các cuộn dây

Lõi thép

12 28/04/2016

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

2.1 Stator (phần tĩnh), gắn với vỏ máy, gồm: a) Lõi thép stator:

- Được ghép từ các lá thép KTĐ mỏng (dày 0.35 ~ 0.5mm) sơn cách điện;

- Dùng làm mạch từ của máy

b) Dây quấn stator:

- Làm từ dây đồng (hoặc nhôm);

- Bọc cách điện, đặt trong rãnh (slot)

+ Dây quấn 3 pha  máy điện 3 pha;

+ Dây quấn 1 pha  máy điện 1 pha

13 28/04/2016

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

2.2 Rotor (phần quay), cực lồi hoặc cực ẩn

a) Rotor cực lồi:

b) Rotor cực ẩn:

- Các cực lồi hẳn ra ngoài

- Các cực ẩn trong lõi thép

- Có nhiều đôi cực từ (>=2)

- Chỉ có 1 đôi cực từ (p = 1)

- Dùng cho rotor có tốc độ quay chậm (<50 vòng/s)

- Dùng cho rotor có tốc độ quay nhanh (>=50 vòng/giây)

14 28/04/2016

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

2.2 Rotor (phần quay), cực lồi hoặc cực ẩn

a) Rotor cực lồi:

b) Rotor cực ẩn:

- Các cực lồi hẳn ra ngoài

- Các cực ẩn trong lõi thép

- Có nhiều đôi cực từ (>=2)

- Chỉ có 1 đôi cực từ (p = 1)

- Dùng cho rotor có tốc độ quay chậm (<50 vòng/s)

- Dùng cho rotor có tốc độ quay nhanh (>=50 vòng/giây)

15 28/04/2016

Cực ẩn hay cực lồi ?

Đối với máy phát thủy điện, người ta thường dùng loại rotor cực ẩn hay lồi? Vì sao?

Tuabin máy thủy điện có tốc độ quay không lớn lắm (200 ~ 400 vòng/phút)

Đối với máy phát nhiệt điện hoặc máy điện hạt nhân thì cần dùng rotor loại nào? Cực ẩn hay lồi? Vì sao?

Tuabin của máy nhiệt điện hay điện hạt nhân đều là tua bin hơi nước, có tốc độ quay rất lớn (>3000 vòng/phút)

16 28/04/2016

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

2.3 Bộ kích từ (exciter)

a) Tác dụng: Cung cấp dòng điện DC cho cuộn dây rotor, giúp rotor tạo ra từ trường.

b) Có 2 cách cung cấp nguồn

# Kích từ độc lập: Dùng nguồn một chiều từ bên ngoài qua cổ góp và chổi than

# Tự kích từ: Trích từ nguồn DC nối thẳng với trục máy thông qua bộ chỉnh lưu (không cần chổi than và cổ góp

17 28/04/2016

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

2.3 Bộ kích từ (exciter)

Trình bày ưu điểm/nhược điểm của mỗi loại kích từ nói trên ?

- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ

- Sự tiếp xúc giữa chổi than với cổ góp  mòn chổi than bảo dưỡng;

- Tránh được hầu hết những nhược điểm của loại kích từ độc lập

 sụt áp trên chổi than hao điện

 dùng với máy công suất nhỏ

- Kết cấu phức tạp, đắt tiền  Nên dùng với máy điện có công suất lớn

18 28/04/2016

Nội dung

1. Giới thiệu máy điện đồng bộ

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

3. Nguyên lý hoạt động của máy phát ĐB

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ ĐB

5. Các đặc tuyến của máy phát ĐB

6. Sự làm việc song song của máy phát

19 28/04/2016

3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB

 Nguồn kích từ cấp dòng 1 chiều cho dây quấn rotor

 Tác nhân ngoài làm rotor

quay

 Từ trường của rotor quay cảm ứng lên các dây quấn stator sđđ cảm ứng Nguồn điện xoay chiều

được tạo ra (AC)

Dòng điện ra mạch ngoài nhờ các vành khuyên

20 28/04/2016

3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB

21 28/04/2016

3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB

22 28/04/2016

3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB

Như vậy: Một hệ thống máy phát điện cần có 3 bộ phận:

 Động cơ sơ cấp (để quay rotor),  Nguồn kích từ (cấp điện 1 chiều cho rotor) và  Máy phát (cảm ứng ra suất điện động xoay chiều)

23 28/04/2016

3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB

Tác nhân làm quay

rotor:

- Thủy lực

- Gió

- Hơi nước (áp lực lớn)

- Địa nhiệt

- Thủy triều

- …

24 28/04/2016

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của một số loại tuabin

3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB

25 28/04/2016

Mô hình nhà máy thủy điện (xem video)

3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB

26 28/04/2016

Mô hình nhà máy điện gió (xem video)

3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB

27 28/04/2016

Mô hình nhà máy nhiệt điện (xem video)

3. Nguyên lý hoạt động máy phát ĐB

28 28/04/2016

Mô hình nhà máy điện hạt nhân (xem video)

3. Nguyên lý hoạt động MĐ ĐB

 Tần số của dòng điện phát ra:

trong đó f là tần số (Hz), p là số cặp cực rotor;

nR là tốc độ quay của rotor (vòng/phút)

K: hằng số cấu trúc

0: từ thông rotor

 Giá trị suất điện động là:

: tốc độ của rotor

 Dòng điện stator tạo ra từ trường quay với tốc độ:

SỰ QUAY ĐỒNG BỘ

Bạn có thể tự mình chế tạo một máy phát điện đơn giản được không?

29 28/04/2016

Nội dung

1. Giới thiệu máy điện đồng bộ

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

3. Nguyên lý hoạt động của máy phát ĐB

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ ĐB

5. Các đặc tuyến của máy phát ĐB

6. Sự làm việc song song của máy phát

30 28/04/2016

4. Nguyên lý hoạt động động cơ ĐB

Dòng điện 3 pha đi vào các cuộn dây Stator

Bộ kích từ cấp nguồn DC cho Rotor

Từ trường của Stator tác dụng lực từ lên Rotor

Rotor quay

31 28/04/2016

4. Nguyên lý hoạt động động cơ ĐB

Dòng điện 3 pha đi vào các cuộn dây Stator

Bộ kích từ cấp nguồn DC cho Rotor

Từ trường của Stator tác dụng lực từ lên Rotor

Rotor quay

32 28/04/2016

Nội dung

1. Giới thiệu máy điện đồng bộ

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

3. Nguyên lý hoạt động của máy phát ĐB

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ ĐB

5. Các đặc tuyến của máy phát ĐB

6. Sự làm việc song song của máy phát

33 28/04/2016

5. Đặc tuyến của máy phát ĐB

 Phản ứng của phần ứng máy phát ĐB:

 Khi rotor quay, từ trường BR của nó sẽ cảm ứng lên cuộn dây stator một suất điện động cảm ứng;

 Khi tải được nối với cuộn dây stator thì sẽ có dòng điện trong cuộn dây stator Iư

 Dòng điện này sinh ra từ trường BS tương tác với từ trường BR của rotor, làm ảnh hưởng đến từ trường rotor.

34 28/04/2016

5. Đặc tuyến của máy phát ĐB

 Mạch điện thay thế máy phát ĐB:

Điện áp pha sẽ bao gồm 2 phần: Do rotor và do stator tạo nên:

Trong đó Es là sđđ cảm ứng xuất hiện trong cuộn stator do tự cảm

Kể đến tổng trở của tải (R + jX):

35 28/04/2016

5. Đặc tuyến của máy phát ĐB

 Đặc tuyến không tải

Mô tả sự phụ thuộc của điện

áp phần ứng vào từ thông

rotor, do dòng kích từ tạo nên

Dòng kích từ tăng làm từ thông rotor

tăng, gây ra sđđ trong stator tăng lên

36 28/04/2016

5. Đặc tuyến của máy phát ĐB

 Đặc tuyến ngoài

Mô tả sự phụ thuộc của điện

áp ra của stator khi dòng điện

stator tăng (dòng qua tải tăng)

Dòng qua tải tăng làm sụt áp

trên tải tăng, do đó điện áp còn

lại trên 2 cực của nguồn giảm

nếu tải có tính trở hoặc cảm,

ngược lại nếu tải có tính dung

37 28/04/2016

5. Đặc tuyến của máy phát ĐB

 Đặc tuyến điều chỉnh

Mô tả sự phụ thuộc của dòng

điện kích từ vào dòng điện tải

khi điện áp ra tải được giữ

không đổi

Dòng qua tải tăng làm sụt áp

trên tải tăng, do đó muốn điện áp

còn lại trên 2 cực của nguồn

không đổi thì buộc tăng sđđ của

nguồn tức là tăng dòng kích từ

(khi tải có tính cảm hoặc trở)

38 28/04/2016

Nội dung

1. Giới thiệu máy điện đồng bộ

2. Cấu tạo máy điện ĐB

3. Nguyên lý hoạt động của máy phát ĐB

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ ĐB

5. Các đặc trưng của máy phát ĐB

6. Sự làm việc song song của máy phát

39 28/04/2016

6. Máy phát làm việc song song

Vì sao nên làm việc song song ?

 Nhiều máy phát có thể cung cấp cho tải lớn hơn

 Sự sai hỏng của một máy không làm mất hoàn toàn công suất của tải  tăng độ tin cậy của hệ thống

 Có thể rút một máy nào đó để bảo trì mà không

làm gián đoạn hoạt động của hệ thông

 Tăng cường hiệu suất làm việc của từng máy

40 28/04/2016

6. Máy phát làm việc song song

Điều kiện để các máy phát làm việc song song:

 Có cùng mức điện áp

 Có cùng pha

 Có cùng tần số hoặc máy chạy trước phải có tần số

cao hơn một chút so với máy chạy sau

41 28/04/2016

6. Máy phát làm việc song song

42 28/04/2016

Một số loại máy phát điện ĐB

Doosan Generator

Engine: Doosan - Korea Alternator: Deawoo (Korea) / Mecc Alte (Italia) Controller: Deepsea - UK / Datakom - Turkey Assembly: Vietnam

43 28/04/2016

Một số loại máy phát điện ĐB

Marine Generator Sets Output: 35kVA - 1000kVA. - Marine engine: Cummins - USA. - Marine Alternator: Stamford - England. - Controller: Ketstart.

44 28/04/2016

Một số loại máy phát điện ĐB

KUBOTA Generator Model number：K10.6S- 1P to K49SX Simple introduction： Product name: Kubota Introduction: Single/Three phase, 50Hz/60Hz, 1500rpm/1800rpm, powered by Kubota with Stamford/Leroysomer alternator, power output ranging from 8 kW to 32kW.

45 28/04/2016

Một số loại máy phát điện ĐB

PERKINS Generator Original Perkins Model numbe: P8E to P1656EX Original: PERKINS Product name: Original PERKINS Model number: P8E to P1656EX Introduction: 50Hz/60Hz， 1500rpm/1800rpm， powered by Original Perkins engine, With Stamford, Leroy-Somer Alternators, power ranging from 7.2kW to 1760kW

46 28/04/2016

Bài giảng Vật lý công nghệ 1 (Phần 2: Máy điện): Chương 9 - PGS.TS. Dương Hồng Quảng

Chủ đề:

Điện xoay chiều

Chương 9 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

PGS. TS Nguyễn Hồng Quảng

Trung tâm Thực hành thí nghiệm

Tp Vinh, ngày 28/04/2016

Nội dung

1. Giới thiệu máy điện đồng bộ

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

3. Nguyên lý hoạt động của máy phát ĐB

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ ĐB

5. Các đặc trưng của máy phát ĐB

6.

Sự làm việc song song của máy phát

1. Giới thiệu

- Khái niệm

chiều có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ quay

của từ trường

động tốt ở cả hai chế độ: Máy phát và Động cơ

1. Giới thiệu

- Máy phát điện đồng bộ

…và chiếc đĩa phát điện đầu tiên của ông (1831)

Thí nghiệm về cảm ứng điện từ của Faraday, cơ sở của máy phát điện xoay chiều

Nguồn: http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_generator

1. Giới thiệu

- Máy phát điện đồng bộ

Máy phát điện đầu tiên của Jedlik (1870)

Máy phát điện có tay quay

1. Giới thiệu

- Máy phát điện đồng bộ

Máy phát thuỷ điện của Hungary sản xuất đầu thế kỷ

́ 20

Nguồn http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_generator

1. Giới thiệu

- Động cơ điện đồng bộ

Động cơ đồng bộ thường dùng có công suất lớn

Động cơ đồng bộ

1. Giới thiệu

- Động cơ điện đồng bộ

Hoặc công suất nhỏ

Nội dung

1. Giới thiệu máy điện đồng bộ

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

3. Nguyên lý hoạt động của máy phát ĐB

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ ĐB

5. Các đặc tuyến của máy phát ĐB

6.

Sự làm việc song song của máy phát

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

Sơ đồ cấu tạo

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

Sơ đồ cấu tạo

Máy điện đồng bộ

Phần tĩnh

Phần quay

Bộ kích từ

(stator)

(rotor)

(exciter)

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

2.1 Stator (phần tĩnh), gắn với vỏ máy, gồm:

Các cuộn dây

Lõi thép

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

2.1 Stator (phần tĩnh), gắn với vỏ máy, gồm: a) Lõi thép stator:

b) Dây quấn stator:

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

2.2 Rotor (phần quay), cực lồi hoặc cực ẩn

a) Rotor cực lồi:

b) Rotor cực ẩn:

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

2.2 Rotor (phần quay), cực lồi hoặc cực ẩn

a) Rotor cực lồi:

b) Rotor cực ẩn:

Cực ẩn hay cực lồi ?

2. Cấu tạo máy điện đồng bộ

2.3 Bộ kích từ (exciter)

a) Tác dụng: Cung cấp dòng điện DC cho cuộn dây rotor, giúp rotor tạo ra từ trường.

b) Có 2 cách cung cấp nguồn