Bài giảng Kỹ thuật điện - Chương 8: Máy điện đồng bộ

KỸ THUẬT ĐIỆN 
MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Máy điện đồng bộ: 
 Máy điện xoay chiều có tốc độ của rô to (n) bằng tốc độ của từ 
trường quay (n1). 
 Dùng làm các máy phát điện xoay chiều (phần lớn). 
 Dùng làm động cơ điện đồng bộ để truyền tải cho các phụ tải có 
yêu cầu tốc độ quay không đổi và có công suất lớn (từ vài trăm kW 
trở lên). 
 Dùng làm máy bù đồng bộ nâng cao hệ số công suất cos của 
lưới điện. 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
1. Cấu tạo máy điện đồng bộ 
Máy điện đồng bộ 
gồm 2 phần chính là 
Stato và Rôto. 
Thông thường: 
Stato → Phía ngoài 
Rôto → Phía trong. 
1,2: Lõi thép, dây 
quấn Stato. 
3,4: Lõi thép, dây 
quấn Rôto. 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
1.1. Stato (phần tĩnh) 
Stato của máy điện đồng 
gồm lõi thép và dây quấn 
- Làm từ lá thép kỹ thuật 
điện dày 0,35-0,5mm, 
phủ cách điện. 
- Mặt trong xẻ rãnh để 
đặt dây quấn. 
- Ep lại thành hình trụ, và 
được ép vào vỏ bảo vệ 
a) Lõi thép: 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Rôto của máy điện đồng bộ 
được cấu tạo từ lõi thép và dây 
quấn. 
Lõi thép gồm phần thân Rôto và 
các cực từ. 
Dây quấn Rôto được gọi là dây 
quấn kích từ và được cấp điện 
một chiều nhờ hai vành trượt. 
1.2. Rôto 
Rôto của máy điện đồng bộ có hai loại: cực ẩn và cực lồi (phụ 
thuộc vào tốc độ của máy) 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
- Lõi thép: 
 Làm bằng thép hợp kim chất 
lượng cao, được đúc thành khối hình 
trụ, có rãnh để đặt dây quấn kích từ. 
 Phần không phay rãnh tạo thành 
mặt cực từ. 
 Đường kính rôto không quá 1,5m. 
 Để tăng công suất → tăng chiều 
dài l của rôto (l 6,5m) 
a) Rôto cực ẩn 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
- Dây quấn: 
 Đặt trong rãnh của rôto, dây 
đồng, tiết diện chữ nhật và được 
quấn tạo thành các bối đồng tâm 
và cách điện với nhau. 
 Hai đầu dây quấn kích từ nối 
với hai vành trượt đặt ở đầu trục, 
thông qua chổi than để lấy điện 
một chiều từ ngoài làm nguồn 
kích từ. 
 Rôto cực ẩn thường có số đôi cực là 1, hoặc 2 nên tốc độ có 
thể tới 3000vg/ph và động cơ sơ cấp thường là các tuabin khí, hơi 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
- Cấp nguồn điện cho dây quấn Rôto thường là máy phát một 
chiều công suất từ 0,3%-2% công suất của máy điện đồng bộ. 
- Truyền động cho máy phát một chiều: 
 Nối trục với trục của máy điện đồng bộ 
 Có trục chung với máy điện đồng bộ (máy phát điện đầu trục). 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Số lượng cực từ lớn, dùng trong trường hợp động cơ sơ cấp là 
các tuabin nước (thuỷ điện) có tốc độ chậm. 
b) Rôto cực lồi 
+ Lõi thép: 
 Các máy công suất nhỏ và trung 
bình, Rôto co kích thước không lớn 
nên lõi thép được chế tạo bằng 
thép đúc, gia công thành khối hình 
trụ hoặc lăng trụ trên mặt là các 
cực từ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
+ Lõi thép: 
 Các máy công suất lớn, lõi thép 
làm từ các tấm thép dày 1-6mm, 
dập hoặc đúc định hình sẵn để 
ghép thành các khối lăng trụ. 
 Cực từ được ghép từ lá thép 
dày 11,5mm, ghép cố định với lõi 
nhờ bulông xuyên qua mặt cực 
hoặc đuôi hình chữ T. 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
+ Dây quấn: 
 Dây quấn kích từ bằng dây đồng, quấn xung quanh 
cực từ, các vòng dây được quấn cách điện với nhau. 
 Hai đầu nối với vành trượt ở một đầu trục, thông qua 
chổi than nối với nguồn điện một chiều. 
Máy điện đồng bộ cực lồi có tốc độ thấp. 
Tốc độ rôto n 1000 vg/ph. 
Đường kính rôto (D) có thể lớn tới 15m, trong khi chiều dài nhỏ 
Tỉ lệ (chiều dài / đường kính) = 0,15 ÷ 0,2 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Máy điện đồng bộ được chia thành phần cảm và phần ứng. 
Phần máy điện có dây quấn cảm ứng sức điện động → Phần ứng 
Phần nam châm điện (nam châm vĩnh cửu tạo ra từ trường chính 
trong máy → Phần cảm 
Các máy điện đồng bộ công suất lớn và trung bình, phần tĩnh 
(stato) thường là phần ứng, còn phần quay (rôto) là phần cảm. 
Một số máy công suất nhỏ, phần quay đóng → phần ứng, phần 
tĩnh → phần cảm 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Các lượng định mức và các thông số máy điện đồng bộ: 
- Kiểu máy 
- Số pha 
- Tần số 
- Công suất định mức (W,kW) 
- Điện áp dây định mức (V,kV). 
- Dòng điện stato và rôto định mức (A) 
- Sơ đồ nối dây phần ứng 
- Hệ số cos 
-Tốc độ (vg/ph) 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
2. Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ 
Dùng động cơ sơ cấp quay rôto 
của máy phát điện đồng bộ tới 
tốc độ n và cho dòng một chiều 
vào dây quấn rôto thì rôto trở 
thành một nam châm điện quay. 
Từ trường của rôto quét qua 
dây quấn phần ứng stato và 
cảm ứng sức điện động xoay 
chiều hình sin. 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
0dq10 kw.f.44,4E  
E0 : sđđ pha, 
w1 : số vòng dây một pha 
kdq : hệ số dây quấn 
0: từ thông cực từ 
Trị số sức điện động cảm ứng 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Rôto có p đôi cực, khi quay được một vòng, sđđ phần ứng sẽ biến 
thiên p chu kỳ. 
n.pf Tốc độ rôto n (vg/s) → tần số sđđ: 
60
n.p
f Tốc độ rôto n (vg/ph) → tần số sđđ: 
Dây quấn ba pha stato có trục lệch nhau 1200 trong không gian 
nên sđđ các pha lệch nhau góc pha 1200. 
Khi nối dây quấn stato với tải, trong dây quấn có dòng điện ba 
pha → từ trường quay, với tốc độ n1: 
n
p
f.60
n1 → máy điện đồng bộ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
3. Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ 
Khi máy phát điện đồng bộ không tải (I=0), từ trường trong 
máy chỉ do dòng kích từ Ikt tạo nên (từ trường cực từ), gọi là 
từ trường không tải 0. 
Từ trường 0 này cắt dây quấn stato cảm ứng ra sđđ E0 chậm 
pha so với 0 một góc 90
0 
Khi mang tải, trong dây quấn phần ứng có dòng điện tải 
Máy ba pha thì hệ thống dòng điện ba pha trong dây quấn ba 
pha stato sẽ sinh ra sức từ động phần ứng Fư và do đó tạo ra 
từ thông phần ứng với ư, là từ trường quay, quay đồng bộ với 
tốc độ quay của rôto 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Từ trường phần ứng tác dụng lên từ trường cực từ (còn gọi là 
phản ứng phần ứng) làm ảnh hưởng đến quá trình làm việc của 
máy điện đồng bộ. 
Ảnh hưởng này không chỉ phụ thuộc độ lớn của dòng tải (I) mà 
còn phụ thuộc vào tính chất của tải, nghĩa là phụ thuộc vào góc 
lệch pha giữa sđđ không tải E0 và dòng điện phần ứng I 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
a) Tải thuần điện trở 
Từ trường cực từ Φ0 có hướng dọc theo cực. 
Khi tải đối xứng và thuần trở, dòng điện I trùng pha E0 
Dòng điện phần ứng sinh ra từ trường ư cùng pha với dòng điện. 
Từ trường phần ứng ư tác dụng lên từ trường cực từ 0 theo 
hướng ngang trục, làm méo từ trường cực từ 
→ phản ứng phần ứng ngang trục. 
0
0E
 I 
u
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
b) Tải thuần điện cảm 
Từ trường cực từ Φ0 có hướng dọc theo cực. 
Dòng điện I chậm pha so với E0 góc 90
o. 
Dòng điện phần ứng sinh ra từ trường ư cùng pha với dòng điện. 
Từ trường phần ứng ư tác dụng lên từ trường cực từ 0 theo 
hướng dọc trục, làm giảm từ trường 
→ phản ứng phần ứng dọc trục khử từ. 
0
0E
 I 
u
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
c) Tải thuần điện dung 
Từ trường cực từ Φ0 có hướng dọc theo cực. 
Dòng điện I sớm pha so với E0 góc 90
o 
Dòng điện phần ứng sinh ra từ trường ư cùng pha với dòng điện. 
Từ trường phần ứng ư tác dụng lên từ trường cực từ 0 theo 
hướng dọc trục, làm tăng từ trường cực từ. 
→ phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ. 
0
0E
 I 
u
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
d) Tải hỗn hợp 
Dòng điện lệch pha so với E0 một 
góc ψ, có các trường hợp: 
- Khi ψ = 0 → như tải thuần trở 
(đã xét ở mục a) 
- Khi ψ > 0 → tải có tính điện cảm 
 Phân tích dòng điện I thành các 
thành phần: 
 Id = I sinψ (dọc trục) 
 Iq = I cosψ (ngang trục) 
0
0E
 I 
q I 
d I 
→ phản ứng phần ứng ngang trục và dọc trục khử từ. 

CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
- Khi ψ < 0 → tải có tính điện dung 
 Phân tích dòng điện I thành các 
thành phần: 
 Id = I sinψ (dọc trục) 
 Iq = I cosψ (ngang trục) 
0
0E
 I 
q I 
d I 
→ phản ứng phần ứng ngang trục và dọc trục trợ từ. 

CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
4. Mô hình toán của máy phát điện đồng bộ 
Từ trường cực từ 0 sinh ra sđđ E0 ở dây quấn stato, khi máy 
mang tải, có điện áp U, dòng điện I trên tải và dây quấn phần 
ứng. ừ trường phần ứng có phản ứng lên từ trường cực từ. 
Do máy cực lồi khe hở giữa Stato và Rôto theo chiều dọc trục 
và ngang trục khác nhau không giống máy cực ẩn (khe hở dọc 
trục và ngang trục bằng nhau) nên ảnh hưởng của phản ứng 
phần ứng dọc trục và ngang trục có khác so với cực ẩn. 
Lập phương trình của mô hình toán học máy điện đồng bộ cần 
xét riêng từng trường hợp cực lồi và cực ẩn. 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
4.1. Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi 
Từ trường phần ứng ngang trục tạo sđđ ngang trục Euq: 
uqquq XIjE
Từ trường phần ứng dọc trục tạo sđđ dọc trục Eud: 
uddud XIjE
Trong đó: Xuq - điện kháng phản ứng phần ứng ngang trục 
 Xud - điện kháng phản ứng phần ứng dọc trục 
Điện kháng tản Xt đặc trưng từ thông tản stato, bởi không phụ 
thuộc hướng dọc trục hay ngang trục, làm xuất hiện sđđ Et 
tdtqtt XIjXIjXIjE
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Phương trình cân bằng điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi: 
utuduq0 RIEEEEU
utdtqudduqq0 RIXIjXIjXIjXIjEU
 utuddtuqq0 RIXXIjXXIjEU
uddqq0 RIXIjXIjEU
Trong đó: Xưq + Xt = Xq - điện kháng đồng bộ ngang trục 
 Xưd + Xt = Xd - điện kháng đồng bộ dọc trục, 
 IRư - điện áp rơi trên dây quấn stato 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn stato: 
ddqq0 XIjXIjEU
Đồ thị véc tơ phương trình: 
0E
I
qI
dI
dd XIj
qq XIj
U


CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
4.2. Phương trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực ẩn 
Máy cực ẩn là trường hợp đặc biệt của máy cực lồi, Xd = Xq = Xđb 
gọi là điện kháng đồng bộ, thì phương trình cân bằng điện áp: 
uđb0 RIXIjEU
Đồ thị véc tơ phương trình: 
0E
I
đbXIj
U


CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
5. Công suất điện từ của máy phát điện đồng bộ 
5.1. Công suất tác dụng P 
Công suất tác dụng của máy phát 
cung cấp cho tải: 
 cos.I.U.mP 
Theo đồ thị véc tơ máy điện cực lồi, 
ta thấy =  - , do vậy: 
0E
I
qI
dI
dd XIj
qq XIj
U


  cos.I.U.mP
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
 sinsin.I.U.mcoscos.I.U.mP 
 sinI.U.mcosI.U.mP dq 
0E
I
qI
dI
dd XIj
qq XIj
U


B
O
A
CsinUBCXI qq 
Từ đồ thị véc tơ: 
q
q
X
sinU
I

cosUEOBOAABXI 0dd 
d
0
d
X
cosUE
I
 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 




cos
X
sinU
U.msin
X
cosUE
U.mP
qd
0 
Thay Id, Iq vào biểu thức công suất tác dụng: 
 2sin
X
1
X
1
U.m
2
1
sin
X
E
U.mP
dq
2
d
0




 cos
X
sin
U.msin
X
cos
U.msin
X
E
.U.mP
q
2
d
2
d
0 
ue PPP 
Công suất tác dụng gồm 2 thành phần: Pe và Pư 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Thành phần Pe : do dòng điện kích từ tạo ra, tỷ lệ với sinθ, là thành 
phần công suất chính. 
sin
X
E
U.mP
d
0
e 
Thành phần Pu : 2sin
X
1
X
1
U.m
2
1
P
dq
2
u 
Thành phần Pu không phụ thuộc vào dòng kích từ và chỉ xuất 
hiện khi Xq ≠ Xd. Với máy cực ẩn, Xd = Xq → Pu = 0 
Những động cơ đồng bộ, rôto có khe hở dọc và ngang trục khác 
nhau (cực lồi), khi không có dòng điện kích từ vẫn có thể hoạt 
động được do thành phần công suất Pu tạo nên được mômen 
quay → nguyên lý của động cơ phản kháng 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Đặc tính P = f() khi U = const, 
E0 = const được gọi là đặc tính 
công suất – góc. 
Máy phát, làm việc ổn định khi 
 nằm trong khoảng 0  900, và 
khi tải định mức,  = 200 30 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
5.2. Công suất phản kháng 
Công suất phản kháng của máy phát điện đồng bội: 
 sin.I.U.mQ 
  sin.I.U.mQ
 sincos.I.U.mcossin.I.U.mQ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
0E
I
đbXIj
U


CB
A
O
 cosUEOBOAABsinX.I 0đb 
Từ đồ thị véc tơ: 
 sinUBCcosX.I đb 
đb
0
X
cosUE
sin.I


đbX
sinU
cos.I

 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 




sin
X
sinU
U.mcos
X
cosUE
U.mQ
đbđb
0 
Thay các giá trị Icosψ và Isinψ vào biểu thức công suất phản 
kháng 
đb
22
2
đb
0
X
cossin
U.mcos
X
E
U.mQ


đb
2
đb
0
X
U
.mcos
X
E
U.mQ 
 UcosE
X
U.m
Q 0
đb
 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
5.3. Điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng 
+ Điều chỉnh công suất tác dụng: 
 Máy máy phát điện, cơ năng được biến thành điện năng. 
 Để điều chỉnh công suất tác dụng P → phải điều chỉnh 
công suất cơ của động cơ sơ cấp (tuốc bin hơi, tuốc tin khí 
v.v..) 
+ Điều chỉnh công suất phản kháng 
 UcosE
X
U.m
Q 0
đb
 
Từ biểu thức công suất phản kháng 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Khi giữ U, f, P không đổi thì xảy ra các trường hợp: 
- Nếu E0cos < U Q < 0, máy không phát mà nhận công 
suất phản kháng của lưới, máy thiếu kích từ, làm giảm hệ số 
cos lưới điện. 
- Nếu E0cos = U Q = 0 máy không phát mà cũng không 
nhận công suất Q của lưới. 
- Nếu E0cos > 0 Q > 0 , máy phát công suất phản kháng 
cung cấp cho lưới, máy quá kích từ. 
Như vậy, muốn thay đổi công suất phản kháng, ta phải thay 
đổi E0 bằng cách điều chỉnh dòng kích từ (Ikt). 
Bởi vì khi Ikt tăng → E0 tăng→ cos tăng (vì E0sin =const) do 
đó Q tăng 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
6. Đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh 
6.1. Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ 
Đặc tính ngoài của máy phát là quan hệ điện áp trên cực 
máy phát và dòng điện tải, U = f (I) khi tính chất tải không 
đổi (cos = const, tần số và dòng điện kích từ máy phát 
không đổi) 
Từ phương trình điện áp 
ddqq0 XIjXIjEU
Vẽ đồ thị điện áp máy phát ứng với các loại tải khác nhau: 
R, L, C 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Đồ thi quan hệ U = f ( I ) khi 
cosφ = const, Ikt = const và tần 
số không đổi. 
Ta thấy khi phụ tải của máy 
phát điện tăng: 
Đối với tải dung điện áp tăng. 
Đối với tải cảm và trở, điện áp 
giảm (tải cảm điện áp giảm 
nhiều hơn) 
Khi tải có tính chất cảm phản ứng phần ứng dọc trục khử từ làm 
từ thông tổng giảm do đó đặc tính ngoài dốc hơn tải điện trở 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Với các loại tải khác nhau, để 
điện áp U = Uđm khi tải định 
mức → phải thay đổi E0 bằng 
cách điều chỉnh dòng điện kích 
từ Ikt. 
Đường đặc tính ngoài ứng với 
điều chỉnh kích từ sao cho khi 
I = Iđm có U = Uđm hình bên. 
Trong đó: E0 = U0L tải cảm, 
 E0 = U0R tải trở 
 E0 = U0C tải dung 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Độ biến thiên điện áp đầu cực của máy phát khi làm việc định 
mức so với khi không tải xác định: 
100
U
UE
100
U
UU
U
đm
đm0
đm
đm0
%
Độ biến thiên điện áp U% của máy phát 
đồng bộ có thể đạt đến vài chục phần trăm 
vì điện kháng đồng bộ Xđb khá lớn 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
6.2. Đặc tính điều chỉnh 
Đường đặc tính điều chỉnh là quan hệ giữa dòng điện kích từ 
và dòng điện tải khi điện áp U không đổi và bằng định mức 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
7. Máy phát điện đồng bộ làm việc song song 
Hệ thống điện gồm nhiều máy phát điện đồng bộ làm việc song 
song với nhau cùng cấp điện cho phụ tải, tạo thành lưới điện. 
Công suất của lưới điện rất lớn so với công suất mỗi máy riêng 
rẽ, do đó điện áp cũng như tần số của lưới có thể giữ không đổi, 
khi thay đổi tải. 
Để các máy làm việc song song, phải đảm bảo các điều kiện sau: 
1. Điện áp của máy phát phải bằng điện áp của lưới điện và trùng 
pha nhau. 
2. Tần số của máy phát phải bằng tần số của lưới điện. 
3. Thứ tự pha của máy phát phải giống thứ tự pha của lưới điện. 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
8. Động cơ điện đồng bộ 
8.1. Nguyên lý làm việc, phương trình điện áp và độ thị véctơ 
Khi cho dòng điện ba pha iA, iB, iC vào 
ba dây quấn stato, dòng điện ba pha ở 
stato sẽ sinh ra từ trường quay với tốc 
độ n1 = 60.f / p. 
Đồng thời, cho dòng điện một 
chiều vào dây quấn rôto → 
nam châm điện. 
Tác dụng tương hỗ giữa từ 
trường stato và từ trường rôto 
tạo ra lực tác dụng lên rôto 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Từ trường stato quay với tốc độ n1 nên lực tác dụng ấy sẽ kéo 
rôto quay với tốc độ n = n1 . Trục rôto nối với máy sản xuất, thì 
động cơ đồng bộ cũng kéo máy đó quay với tốc độ n không đổi 
Phương trình cân bằng điện áp của động cơ điện đồng bộ: 
uđb0 RIXIjEU
Bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn Stato 
đb0 XIjEU
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
0E
I
đbXIj
U


Đồ thị véc tơ: 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
8.2. Điều chỉnh hệ số cos của động cơ điện đồng bộ 
Thay đổi tăng dòng kích từ thì E0 tăng. Nhưng giữ cho công suất 
tác dụng không đổi thì E0sin = const → cos tăng. 
Như vậy có thể thay đổi công suất phản kháng Q dẫn đến thay 
đổi được hệ số cos . 
Để thấy rõ điều này ta xét 3 trường hợp thể hiện trên đồ thị véc 
tơ ứng với 3 tình trạng: 
 - Thiếu kích từ 
 - Đủ kích từ 
 - Quá kích từ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
0E
I
đbXIj
U

0 
 - Thiếu kích từ 
Do U, f, P không đổi nên Icos = const, E0sin = const nên 
véc tơ E và I có điểm cuổi trên các đường Δ và Δ’ 
' 
Dòng chậm pha sau áp, góc φ > 0, động cơ tiêu thụ công suất 
phản kháng của lưới điện. 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
 - Đủ kích từ 
0E
I
đbXIj
U

0 
' 
Dòng trùng pha với điện áp, góc φ = 0, động cơ không tiêu thụ 
công suất phản kháng của lưới điện. 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
0E
I
đbXIj
U

0 
 - Quá kích từ 
' 
Dòng sớm pha trước điện áp, góc φ < 0, động cơ phát công 
suất phản kháng vào lưới điện. 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
8.3. Mở máy động cơ điện đồng bộ 
Mở máy động cơ đồng bộ, cho dòng điện xoay chiều ba pha 
vào 3 dây quấn phần ứng và cho dòng điện một chiều vào dây 
quấn kích từ thì động cơ không thể quay được. 
Do sự đổi chiều dòng điện trong dây quấn phần ứng làm chiều 
của lực điện từ đổi chiều theo chiều dòng điện trong dây quấn 
phần ứng → vì có quán tính, rôto không quay ngay được, lực 
điện từ (do đó mômen điện từ) tác dụng lên rôto phải theo một 
chiều cố định. 
Để mở máy động cơ đồng bộ phải áp dụng các phương pháp 
đặc biệt. 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
- Mở máy nhờ động cơ phụ: 
 Dùng động cơ không đồng bộ khác kéo rôto của động cơ đồng 
bộ đến một tốc độ nào đấy, sau đó động cơ sẽ quay đồng bộ theo 
nguyên lý của nó 
- Mở máy trực tiếp: 
 Cấu tạo động cơ đồng bộ có khác 
biệt, trên các mặt cực từ rôto, có các 
thanh dẫn được nối ngắn mạch như 
lồng sóc ở động cơ không đồng bộ. 
 Khi mở máy nhờ có dây quấn mở 
máy ở rôto, động cơ làm việc như động 
cơ không đồng bộ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Trong quá trình mở máy ở dây quấn kích từ sẽ cảm ứng điện áp 
rất lớn, có thể phá hỏng dây quấn kích từ, vì thế dây quấn kích 
từ phải được khép mạch qua điện trở phóng điện có trị số bằng 
6-10 lần điện trở dây quấn kích từ. 
Khi rôto đã quaylên tốc độ n n1, ta đóng nguồn điện một chiều 
vào dây quấn kích từ, động cơ sẽ làm việc đồng bộ. 
Với động cơ công suất lớn (khoảng 3-5MW, phải hạn chế dòng 
mở máy bằng cách giảm điện áp đặt vào stato, thường dùng 
điện kháng hay máy biến áp tự ngẫu nối vào mạch stato. 
Nhược điểm của động cơ điện đồng bộ là mở máy và cấu tạo 
phức tạp nên giá thành đắt so với động cơ điện không đồng bộ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
9. Các ví dụ 
Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn đấu sao, Sđm= 10.000 
kVA; Uđm = 6,3kV; f = 50Hz; cos = 0,8; số đôi cực p = 2; điện trở 
dây quấn stato R = 0,04; điện kháng đồng bộ Xđb = 1; tổn hao 
kích từ Pkt = 2% Pđm, tổn hao cơ, sắt từ Pcstf = 2,4% Pđm. 
a) Tính tốc độ quay rôto, dòng điện định mức 
b) Tính công suất tác dụng và phản kháng máy phát ra. 
c) Công suất động cơ sơ cấp kéo máy phát và hiệu suất máy 
phát 
Ví dụ 1: 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
a) Tốc độ quay rôto: 
Bài giải: 
)ph/vg(1500
2
50.60
p
f.60
n 
Dòng điện định mức: 
A5,916
3,6.3
10.10
U.3
S
I
3
đm
đm
đm 
b) Công suất tác dụng và phản kháng : 
kW10.88,0.10.10cosSP 33đmđm 
kVAr10.66,0.10.10sinSQ 33đmđm 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Tổn hao kích từ 
Tổng tổn hao sắt từ, cơ và phụ 
Tổn hao trên điện trở dây quấn phần ứng 
kW16010.8.02,0P.02,0P 3đmkt 
kW19210.8.024,0P.024,0P 3đmcf.st 
kW 100,8 = 0,04 .916,5.3P 21đ 
Công suất động cơ sơ cấp: 
đ1st.cfktđm1 P + P + P + PP 
kW 8452,8 = 100,8 + 192 + 160 + 8000P1 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Hiệu suất máy phát 
946,0
8,8452
8000
P
P
1
đm 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Hai máy phát điện đồng bộ làm việc song song cung cấp điện cho 
hai tải: 
Tải 1: S1 = 5000 kVA; cos 1 = 0,8 
Tải 2: S2 = 3000 kVA; cos 2 = 1. 
Máy phát thứ nhất phát ra P1 = 4000 kW, Q1 = 2500 kVAr. Tính 
công suất máy phát thứ hai và hệ số công suất mỗi máy phát. 
Ví dụ 2: 
Công suất tác dụng của 2 tải 
Bài giải: 
kW 7000 = 1 3000. + 0,8 5000. =P
 cosS + cosS = P
t
2211t 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Công suất phản kháng của 2 tải 
kVAr 3000 = 0 + 5000.0,6 =Q
 sinS + sinS = Q
t
2211t 
Công suất tác dụng máy phát 2: 
 kVAr50025003000 QQQ 1t2 
kW300040007000PPP 1t2 
Công suất phản kháng máy phát 2: 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Hệ số công suất máy phát 1: 
848,0
25004000
4000
QP
P
cos
222
1
2
1
1
1 
Hệ số công suất máy phát 2: 
986,0
5003000
3000
QP
P
cos
222
2
2
2
2
2 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Một động cơ điện đồng bộ ba pha đấu sao có thông số Pđm = 575 
kW, Uđm = 6000V;  = 0,95; cos đm = 1; f = 50Hz. 
a) Tính mômen quay định mức, dòng điện định mức. 
b) Nếu mômen cản chỉ đạt 75% Mđm thì công suất phản kháng tối 
đa động cơ có thể bù cho mạng điện là bao nhiêu? Muốn đạt điều 
đó phải làm thế nào? 
Ví dụ 3: 
a) Tốc độ quay rôto 
Bài giải: 
)ph/vg(1000
3
50.60
p
f.60
nn 1 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Mômen định mức 
Nm5493
67,104
10.575P
M
3
đm
đm
đm 

Dòng điện định mức 
A2,58
95,0.1.6000.3
10.575
cosU.3
P
I
3
đmđmđm
đm
đm 
 
Tốc độ góc định mức 
)s/rad(67,104
3
50.14,3.2
p
f.2
đm 

CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Công suất điện động cơ tiêu thụ 
kW605
95,0
575P
P
đm
đm
đ1 

Tổn hao công suất động cơ khi tải định mức 
kW30575605PPP đmđ1 
Tổn hao công suất động cơ khi tải gần định mức gần 
như không thay đổi: 
Cơ năng động cơ phát ra khi mômen cản bằng 75% định mức: 
kW431575.75,0P.75,0P đmco 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Công suất tác dụng động cơ điện nhận ở lưới điện: 
kW46130431PPP co1 
Công suất phản kháng động cơ điện có khả năng phát : 
kVAr390461605PSQ 2221
2
đmmax 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Bài tập 
Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn, dây quấn stato nối 
sao, điện áp dây không tải U0d = 398,4V. 
Khi dòng điện tải I = 6A, cos = 0,8 ( >0) thì điện áp Ud = 380V. 
Thông số dây quấn stato R = 0; điện kháng tản Xt 0,2. 
a) Tính sức điện động pha của máy phát khi không tải. 
b) Tính điện kháng đồng bộ Xđb và điện kháng Xư. 
Bài số 8.1 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Bài giải: 
Khi không tải, dòng điện I = 0, điện áp ở cực máy bằng sđđ: 
V230
3
4,398
3
U
E d00 
Theo đồ thị véc tơ điện áp máy cực ẩn: 
 2p20
2
pđb cosUEsinUX.I 
0E
I
đbXIj
U


CB
A
O
 sinUcosUEX.I p
2
p
2
0đb 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
I
sinUcosUE
X
p
2
p
2
0
đb
Điện kháng đồng bộ: 
 
 68,2
6
6,0.2208,0.220230
X
22
đb
Điện kháng phần ứng: 
 48,22,068,2XXX tđbu
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn, có Sđm = 1500kVA, 
Uđm = 6000V; cos đm = 0,8; dây quấn stato nối Y và có điện trở 
R = 0,45; điện kháng đồng bộ Xđb = 6. 
a) Một tải có U = 6000V, cos = 0,8 tiêu thụ dòng điện bằng 
định mức của máy phát. Tính dòng điện, công suất tác dụng và 
công suất phản kháng của tải. 
b) Nếu cắt tải còn dòng kích từ vẫn giữ trị số như lúc có tải như 
trên thì điện áp đầu cực máy phát bằng bao nhiêu? 
Bài số 8.2. 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Bài giải: 
Dòng điện định mức máy phát: 
A144
10.6.3
10.5,1
U.3
S
I
3
6
đm
đm
đm 
Dòng điện tải bằng dòng định mức máy phát → công suất của tải: 
kW12008,0.144.6000.3cos.I.U.3P 
kVAr9006,0.144.6000.3sin.I.U.3Q 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
0E
I
đbXIj
U


uRI
 Từ đồ thị véc tơ: 
uđb0 RIXIjEU
Từ phương trình điện áp máy 
phát cực ẩn → vẽ đồ thị véc tơ: 
O
A
C
D
B
22
0 OBABOAE 
 sin.UX.IAB đb 
 cosUR.IOB u 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
 2u
2
đb0 cosUIRsinUIXE 
 220 8,0.34642.1446,0.34646.144E 
V4244E0 
Điện áp máy phát: 
V73514244.3E.3U 0 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
Một máy phát điện đồng bộ cực ẩn có sức điện động E = 420V, 
điện kháng tản Xt = 1 cấp điện cho tải được kích thích sao cho 
trên tải có dòng tác dụng, góc pha giữa điện áp với sức điện 
động là  = 150. Khi bỏ qua điện trở phần ứng, hãy xác định 
dòng điện tải, điện áp trên tải và công suất tác dụng 
Bài số 8.3. 
Bài số 8.3. 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
đb0 XIjEU
Đồ thị véc tơ phương trình: 0E
I
đbXIj
U


CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
CHƯƠNG VIII : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ