302995

Bỏo cỏo thc tp tt nghip T ng iu khin
Dây quấn kích từ đợc đặt trong rãnh roto và đợc quấn thành các bối
dây, các vòng dây trong bối dây đợc cách điện với nhau bằng một lớp mica
mỏng. Miệng rãnh đợc nêm kín để cố định và ép chặt các bối dây. Dòng điện
kích từ là dòng một chiều đợc đa vào cuộn kích từ thông qua chổi than đặt
trên trục roto.
Stato của máy đồng bộ cực ẩn bao gồm lõi thép đợc ghép lại từ các lá
thép kỹ thuật điện, trong đó có tạo rãnh để đặt dây quấn 3 pha. Stato đợc gắn
liền với thân máy, dọc chiều dài lõi thép stato có làm những rãnh thông gió
ngang trục với mục đích thông gió là mát máy điện. Trong các máy đồng bộ
công suất trung bình và lớn thân máy đợc chế tạo theo kết cấu khung thép,
máy phải có hệ thống làm mát. Nắp máy đợc chế tạo từ thép tấm hoặc gang
đúc.
b. Kết cấu của máy đồng bộ cực lồi:
Máy đồng bộ cực lồi thờng có tốc độ quay thấp vì vậy đờng kính roto
lớn hơn nhiều lần so với roto cực ẩn: (D
max
= 15m), trong khi đó chiều dài lại
nhỏ, với tỷ lệ l/D = 0,15 ữ 0,2.
Roto của máy đồng bộ cực lồi công suất trung bình và nhỏ có lõi thép
đợc chế tạo từ thép đúc và gia công thành khối lăng trụ, trên mặt có đặt các
cực từ. ở những máy lớn. Lõi thép đó đợc hình thành bởi các tấm thép dày từ
1mm đến 6mm, đợc dập hoặc đúc định hình sẵn để ghép thành các khối lăng
trụ, và lõi thép này thờng không trực tiếp lồng vào trục máy mà đợc đặt trên
giá đỡ của roto.
Dây quấn cản (trờng hợp máy phát đồng bộ) hoặc đây quấn mở máy
(trờng hợp động cơ đồng bộ) đợc đặt trên các đầu cực. Các dây quấn này
giống nh dây quấn kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ, nghĩa là làm
bằng các thanh đồng đặt vào rãnh các đầu cực và đợc nối 2 đầu bởi 2 vòng
ngắn mạch.
Sinh viờn thc hin Nguyn Tun Ngc Lp C T4 -
K1
5
Hình 1.4: Cực từ của máy đồng bộ cực lồi
Bỏo cỏo thc tp tt nghip T ng iu khin
1. Lá thép cực từ
2. Dây quấn kích từ
3. Đuôi hình T
4. Nêm
5. Lõi thép roto.
Stato của máy đồng bộ cực lồi có thể đặt nằm ngang với máy có công
suất nhỏ, tốc độ quay cao. ở trờng hợp máy phát tuabin nớc công suất lớn,
tốc độ chậm thì trục của máy phải đặt thẳng đứng theo 2 kiểu treo và kiểu đõ
tuỳ thuộc vào cách bố trí ổ trục đỡ.
+ Ưu điểm của kiểu treo là ổn định, ít chịu ảnh hởng tác động của các
phần phụ, nhng chi phí xây dựng cao, còn kiểu đỡ là giảm đợc kích thớc máy
theo chiều cao. Do đó giảm đợc kích thớc chung của máy. Nh vậy tuỳ theo
yêu cầu mà ta phải có cách bố trí sao cho hợp lý nhất.
1.3. Các thông số chủ yếu của máy phát điện đồng bộ
Trong máy phát điện đồng bộ ngoài các thông số nh: Công suất, điện
áp, dòng điện định mức còn phải kể đến các thông số cơ bản khác của máy
phát điện đồng bộ là: điện trở, điện kháng của cuộn dây, các hằng số quán
tính điện và cơ.
1. Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục (Xd,Xq)
Sinh viờn thc hin Nguyn Tun Ngc Lp C T4 -
K1
6
Bỏo cỏo thc tp tt nghip T ng iu khin
Điện kháng đồng bộ dọc trục và ngang trục là một trong những thông
số đặc trng của máy phát điện ở chế độ xác lập. ở máy phát điện cực lồi vì ở
mặt cực, từ thông khe hở không khí là không đều, nên mạch từ không bão
hòa. Do đó điện kháng dọc trục và ngang trục là khác nhau(Xd Xq). Còn ở
máy phát cực ẩn thì khe hở không khí là đều nhau, mạch từ bão hòa nên:
Xd = Xq.
2. Điện kháng quá độ X'd
Đặc trng cho cuộn cảm của cuộn dây ở chế độ xác lập. ở chế độ này
từ thông sinh ra bởi cuộn dây stato đi qua cuộn dây roto bị giảm do phản ứng
hỗ cảm của cuộn dây này. Điện trở mạch kín của cuộn dây roto thờng nhỏ
nên phần ứng hỗ cảm triệt tiêu hoàn toàn từ thông bên trong nó. Vì thế có thể
coi điện cảm của nó khi mạnh khép kín ra bên ngoài cuộn dây roto là rất nhỏ
và không phụ thuộc vào dạng cực từ.
3. Điện kháng siêu quá độ:
Điện kháng này đặc trng cho điện cảm của cuộn dây stato ở giai đoạn
đầu của chế độ quá độ . ở giai đoạn đầu của chế độ này bị ảnh hởng của cuộn
dây cản, làm giảm đi từ thông cuộn dây stato. Do đó X"d < X'd. Do dòng
điện xuất hiện trong cuộn dây cản là tức thời cho nên điện kháng X"d chỉ tồn
tại trong giai đoạn đầu của chế độ quá độ.
4. Hằng số quán tính cơ Tj:
Đặc trng cho mômen quán tính phần quay, hằng số này đợc tính toán
tùy thuộc vào từng loại máy phát.
Tj =
J
=

2
đm
Jđm Sđm
Trong đó:

đm
=
60
n.2
Sinh viờn thc hin Nguyn Tun Ngc Lp C T4 -
K1
7
Bỏo cỏo thc tp tt nghip T ng iu khin
J =
60
GD
2
Với: G - Khối lợng vật quay
D - đờng kính vật quay
1.4. Đồ thị vectơ và các đặt tính của máy phát điện
1. Phơng trình điện áp và đồ thị vectơ của máy phát điện đồng bộ.
Đối với máy phát đồng bộ:
.
U
=
.
E

-
.
I
(r + jX

). (1 - 1)
Đối với động cơ điện đồng bộ
.
U
=
.
E

+
.
I
(r + jX

). (1 - 2)
Trong đó:
U: Điện áp đầu cực máy phát
R, X

u'
: Điện trở và điện kháng tản của dây quấn phần ứng.
E

: Sức điện động cảm ứng trong dây quấn do từ trờng khe hở
không khí.
Khi có tải thì suất điện động cảm ứng này đợc chia làm 2 thành phần:
.
E

=
.
E
+
.
E
a. Ta xét trờng hợp máy phát điện
Trong trờng hợp này ta xét cho 2 loại máy cực ẩn và máy cực lồi. Giả
sử máy phát làm việc ở tải điện cảm có:
0 < < 90
0
Phơng trình cân bằng điện áp cho máy cực ẩn
.
U
=
.
E
+
.
E
-
.
I
(r + jX) (1 - 3)
.
E
: Sức điện động phần ứng đợc biểu thị theo điện kháng phần ứng:
Sinh viờn thc hin Nguyn Tun Ngc Lp C T4 -
K1
8
Bỏo cỏo thc tp tt nghip T ng iu khin
.
E

= j

.
I
X
Vậy phơng trình 1 - 3 trở thành:

.
U
=
.
E
- j
.
I
(X + jX

)-
.
I
r (1 - 4)
Ta biểu diễn phơng trình 1 - 4 bằng đồ thị vectơ
Trên đồ thị thì: Từ thông chính
0
(F
0
) vợt trớc E một góc /2 và (F)
chậm sau
.
E

= j IX một góc /2.
Phơng trình cân bằng điện áp cho máy cực lồi.
.
U
=
.
E
- j
.
I
d
X
d
- j
.
I
q
X
q
- j
.
I
X

-
.
I
r (1 - 5)
Vì trong máy cực lồi thành phần sức từ động đợc chia thành 2 thành
phần dọc trục và ngang trục.
.
E
d
= -j
.
I
d
X
d
.
E
q
= -j
.
I
q
X
q
Và thành phần -j
.
I
X

ta cũng phân tích thành 2 thành phần dọc trục và
ngang trục.
-j
.
I
X

= -j
.
I
q
X

- (-j
.
I
d
X

)
Sinh viờn thc hin Nguyn Tun Ngc Lp C T4 -
K1
9
Hình 1.5: Đồ thị sđđ của máy phát đồng bộ cực ẩn
Fo
E
jIX

I
Fư



Ir
f


U
ư
ư
ư
jIX
'
Bỏo cỏo thc tp tt nghip T ng iu khin
Lúc này phơng trình (1 - 5) trở thành:
.
U
=
.
E
-j
.
I
d
X
d
-j
.
I
q
X
q
-
.
I
r (1 - 6)
Với: X
d
= X
d
+ X


X
q
= X
q
+ X

X
d
: điện kháng đồng bộ dọc trục.
X
q
: điện kháng đồng bộ ngang trục.
Biểu diễn phơng trình (1 - 6) trên đồ thị vectơ.
+ Trờng hợp mạch từ bão hoà:
Đối với máy phát đồng bộ cực lồi việc thành lập đồ thị vectơ có xét
đến trạng thái bão hoà mạch từ có gặp nhiều khó khăn. Vì lúc đó từ thông
d
và
q
có liên quan với nhau và trạng thái bão hoà theo hai phơng đó là khác
nhau. Nh vậy X
d
không những phụ thuộc vào
d
mà còn phụ thuộc vào
q
,
và X
d
cũng tơng tự. Để đơn giản, ta cho rằng từ thông dọc trục và ngang trục
chỉ ảnh hởng theo hớng trục và giả sử rằng mức độ bão hoà theo hớng ngang
trục là đã biết (K
à
q
đã biết).
Từ phơng trình cân bằng điện áp:
.
U
=
.
E
-
.
J
I
d
X
d
-
.
I
I
q
X
q
-
.
I
r
(1 - 7)
Sinh viờn thc hin Nguyn Tun Ngc Lp C T4 -
K1
10
Hình 1.6: Đồ thị sđđ đã biến đổi của máy điện cực lồi
E
ư
Ir
U
I
I
I




d
q
X
d
jI
d
jI
q
q
X
jI
q
X
Bỏo cỏo thc tp tt nghip T ng iu khin
Vẽ đồ thị vectơ cho phơng trình (1 - 7), trớc hết ta vẽ vectơ
.
U
,
.
I
r
, J
.
I
r-
, ta đợc E

rồi từ hớng
.
I
X
q
ta vẽ đoạn:
CD =
.
I
X
q
=

Cos
Eưq

Và xác định phơng của E.
Vì điểm D nằm trên phơng của
.
E
nên đoạn thẳng CF thẳng góc với ph-
ơng của E chính là
.
I
q
X
q
Đối với máy phát điện cực ẩn ta cũng có thể dựa trên phơng trình điện
áp ở trờng hợp mạch từ không bão hoà.
.
U
=
.
E
- j
.
I
(X + X

) -
.
I
r (1 - 8)
Lúc này xác định E
0
bằng đồ thị Potier
F

= F
0
+ F
=> F
0
= F

- F
Sinh viờn thc hin Nguyn Tun Ngc Lp C T4 -
K1
11
Hình 1.7: Đồ thị vectơ sđđ của máy phát điện đồng bộ cực lồi khi bão hoà
E
F
D
O
I


Ir
ư
U
ư
jIX
C
E

ưq
cos
Hình 1.8: Đồ thị Potier máy phát đồng bộ cực ẩn
jIX
ư
ư
Ir
U
I


jIX
ư
E

E



F
f
F
I
O
F
k
ư
F
ư
f
+
U
O
Bỏo cỏo thc tp tt nghip T ng iu khin
b. Trờng hợp động cơ điện:
Khi chuyển sang làm việc nh động cơ điện đồng bộ, máy phát ra công
suất âm đa vào mạng điện hay nói khác đi là tiêu thụ công suất điện lấy từ
mạng để biến thành cơ năng. Thông thờng động cơ đồng bộ có cấu tạo cực
lồi, ta viết phơng trình cân bằng điện áp cho trờng hợp động cơ.
.
U
=
.
E
+ j
.
I
d
X
d
+ j
.
I
q
X
q
+
.
I
r (1 - 9)
Ta có thể vẽ đồ thị vectơ cho 2 trờng hợp: Thiếu kích từ và khi quá
kích từ.
Từ đồ thị sẽ cho ta thấy công suất do động cơ tiêu thụ từ mạng điện là:
P = m . U . I .Cos < 0
Sinh viờn thc hin Nguyn Tun Ngc Lp C T4 -
K1
12
Hình 1.9: Khi thiếu kích thích
U
Ir
ư
E
I



I
q
jI
q
X
q
jI
d
X
d
I
d
Hình 1.10: Khi quá kích thích
I
I
d
I
q


jI
d
X
d
jI
q
X
q
U
E
Bỏo cỏo thc tp tt nghip T ng iu khin
2. Các đặc tính của máy phát đồng bộ
Khi vận hành bình thờng máy phát đồng bộ cung cấp cho tải đối xứng.
Chế độ này phụ thuộc vào hộ tiêu thụ điện năng nối với máy phát, công suất
cung cấp cho tải không vợt quá giá trị định mức mà phải gần bằng định mức.
Mặt khác ở chế độ này thông qua các đại lợng nh điện áp, dòng điện, dòng
kích từ, hệ số Cos, tần số f, và tốc độ quay n. Để phân tích đặc tính làm việc
của máy phát điện đồng bộ ta dựa vào 3 đại lợng chủ yếu là: U, I, I
f
thành lập
các đờng đặc tính sau:
a. Đặc tính không tải:
Đặc tính không tải là quan hệ: E = U
0
= f (i
t
), khi I = 0 và f = f
đm.

Dạng đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ cực ẩn và cực lồi
khác nhau không nhiều và có thể biểu thị theo đơn vị tơng đối:
E
*
=
E
E
đm
i
*
=
i
t
i
tđm0
Trong đó i
tđmo
là dòng điện không tải khi U = U
đm

Sinh viờn thc hin Nguyn Tun Ngc Lp C T4 -
K1
13
E
*
i
t*
(2)
(1)
Hình 1.11: Đặc tính không tải của máy phát đồng bộ
Bỏo cỏo thc tp tt nghip T ng iu khin
Đờng 1: Với máy cực ẩn
Đờng 2: Với máy cực lồi
b. Đặc tính ngắn mạch:
Đặc tính ngắn mạch là quan hệ giữa dòng ngắn mạch và dòng kích từ
I
n
= f(i
t
) khi U = 0, Z
t
= 0, f = f
đm
Xét trờng hợp bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng (r = 0) thì mạch điện
dây quấn phần ứng lúc ngắn mạch là thuần cảm = 90
0
, nh vậy I
q
=
Cos = 0 và I
d
= Isin = I
Đồ thị vectơ của máy phát lúc ngắn mạch dựa vào phơng trình cân
bằng điện áp:
.
U
=
.
E
= j
.
I
d
X
d
- j
.
I
q
X
q
-
.
I
r
Vì r = 0; I
q
= 0 nên:
Ta đợc:
.
E
= j
.
I
X
d
(1 - 10)
Lúc này sơ đồ thay thế của máy là:
Sinh viờn thc hin Nguyn Tun Ngc Lp C T4 -
K1
14
Hình 1.12: Đồ thị véctơ lúc ngắn mạch và sơ đồ thay thế của máy phát điện
E
X
ư
I
E
X
ưd
jIX
d
jIX
ưd
jIX
ư
I
(a) (b)

Xem chi tiết: 302995