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

1
28.1. CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ :
CẤU TẠO – NHIỆM VỤ CỦA CÁC THÀNH PHẦN
8.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:
QUAN HỆ GIỮA TẦN SỐ VỚI TỐC ĐỘ QUAY.
 BIỂU THỨC SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHA HIỆU DỤNG
8.3. PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG:
KHẢO SÁT PHẢN ỨNG THEO TÍNH CHẤT TẢI.
 MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG 1 PHA
TỔNG TRỞ ĐỒNG BỘ TRÊN 1 PHA
8.4. CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC CỦA MÁY PHÁT:
 ĐỊNH NGHĨA – HỆ SỐ TẢI
8.5. ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP KHI MANG TẢI:
8.6. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ:
ĐẶC TÍNH KHÔNG TẢI
 ĐẶC TÍNH TẢI (ĐẶC TÍNH NGOÀI)
 ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH
38.1. CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Máy phát đồng bộ 3 pha bộ công suất thấp , 2p = 2 cực
4
CẤU TẠO STATOR MÁY PHÁT ĐIỆN CÓ NHIỀU CỰC TỪ 
5CẤU TẠO ROTOR MÁY PHÁT ĐIỆN CÓ NHIỀU CỰC TỪ 
6ROTOR MÁY PHÁT ĐIỆN 4 CỰC 
7ROTOR MÁY PHÁT ĐIỆN 4 CỰC 
8DCU
ktI
ROTOR MÁY PHÁT ĐIỆN 4 CỰC 
9 Máy phát điện đồng bộ xoay chiều 3 pha gồm 
hai thành phần chính : 
ROTOR (PHẦN CẢM)
Nhiệm vụ: tạo từ trường kích thích DC. 
STATOR (PHẦN ỨNG)
Nhiệm vụ: tạo thành nguồn áp 3 pha khi động cơ 
sơ cấp quay tròn đều phần cảm trong phần ứng.
Trên Stator lắp 3 bộ dây quấn độc lập, lệch không 
gian từng đôi 120o .
Số cực của phần cảm và phần ứng giống nhau.
10
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỘNG BỘ 3 PHA
11
ROTOR MÁY PHÁT ĐIỆN CHÍNH NỐI ĐỒNG TRỤC VỚI 
ROTOR MÁY PHÁT KÍCH TỪ ĐẦU TRỤC 
12
13
14
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỘNG BỘ 3 PHA
LOẠI CÓ MÁY PHÁT KÍCH THÍCH ĐẦU TRỤC
15
8.2. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG:
 B
o120
o120
 Xét máy phát đồng 
bộ có 2p = 2 cực.
 Gọi là góc quay
hợp bởi trục của
rotor so với trục bộ
dây quấn AX.
 là vận tốc góc 
của rotor được quay 
bởi động cơ sơ cấp.
t Từ thông xuyên qua bộ dây AX là : 
 AX B.A.cos t 
16
A : tiết diện hiệu dụng của mỗi bộ dây quấn.
Do các bộ dây đặt lệch không gian hình 
học 120o ; khi chọn trục tụng là trục của bộ dây 
quấn AX ta suy ra từ thông xuyên qua các bộ
dây quấn BY và CZ có dạng sau:
AX
o
BY
o
CZ
B.A.cos t
B.A.cos t 120
B.A.cos t 240
 
  
  
 B
o120
o120
Đặt :
m B.A 
là từ thông cực đại
17
AX m
o
BY m
o
CZ m
.cos t
.cos t 120
.cos t 240
  
   
   
NHẬN XÉT:
Từ thông xuyên qua mỗi bộ dây quấn đều 
biến thiên theo thời gian. Áp dụng công thức
Faraday suy ra:
AX
AX pha dq pha dq m
oBY
BY pha dq pha dq m
oCZ
CZ pha dq pha dq m
de N K . N K .sin t
dt
de N K . N K .sin t 120
dt
de N K . N K .sin t 240
dt
   
    
    
18
Các sức điện động cảm ứng sinh ra trên 3 pha 
tạo thành nguồn áp 3 pha cân bằng.
Với máy phát có 2p = 2 cực, ta có nhận xét sau
 AX B.A.cos t  AX pha dq me N K .sin t   
Vận tốc góc 
Động cơ sơ cấp
Tần số góc 
Nguồn áp sinh ra
Với máy phát có 2p = 2 cực, suy ra: 1n f 
12 .n 2 .f 
n1: tốc độ động cơ sơ cấp f : tần số nguồn áp
Với máy phát có 2p cực, ta có : 1
p.nf
60
19
Từ thông sớm pha thời gian hơn sức điện động 
cảm ứng 1 góc 90o.
Biên độ của sức điện động pha:
Sức điện động pha hiệu dụng:
 AX B.A.cos t  AX pha dq me N K .sin t   
phamax pha dq m pha dq mE N K 2 .f.N K    
phamax
pha pha dq m pha dq m
E 2E .f.N K 4,44f.N K
2 2
   
pha pha dq m pha dq 1 m
pE 4,44f.N K 4,44 .N K n
60
   
pha pha dq m E m 1E 4,44f.N K K n  
20
1p.nf
60
 pha pha dq m E m 1E 4,44f.N K K n  
Tần số nguồn áp sinh ra tỉ lệ thuận tốc độ quay 
của động cơ sơ cấp. 
Sức điện động hiệu dụng pha tỉ lệ thuận với từ
thông kích thích và tốc độ quay của động cơ
sơ cấp.
Muốn điều chỉnh thay đổi tần số nhưng duy trì 
sức điện động hiệu dụng pha không đổi cần
điều chỉnh tốc độ và từ thông kích thích tỉ lệ 
nghịch với nhau.
Từ thông kích thích tỉ lệ thuận với dòng kích 
thích cấp vào phần cảm
21
8.3. PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG:
 Phản ứng phần ứng là tác động của dòng cảm 
ứng trở lại từ thông kích thích ban đầu.
Dòng ứng sinh ra trên dây quấn phần ứng khi 
máy phát mang tải. Dòng ứng cũng chính là 
dòng cấp đến tải.
Từ thông kích thích sinh ra trên phần cảm. Độ 
lớn từ thông tỉ lệ thuận với dòng kích thích.
Phản ứng phần ứng phụ thuộc vào độ lớn của 
tổng trở tải và tính chất của tải.
22
maxmax
ö phaE
phaE u
I
uI
Từ thông ứng và từ thông kích thích vuông góc 
với nhau . Phản ứng phần ứng ngang trục.
23
max
max
ö
phaE
phaE u
I
uI
Từ thông ứng và từ thông kích thích ngược hướng 
với nhau . Phản ứng phần ứng khử từ dọc trục.
24
maxmax
ö
phaE
phaE
uI
uI
Từ thông ứng và từ thông kích thích cùng hướng 
với nhau . Phản ứng phần ứng trợ từ dọc trục.
25
XS : Điện kháng đồng bộ , đặc trưng cho tác dụng của 
phản ứng phần ứng.
S pha SZ R jX Điện kháng đồng bộ phức của 1 pha
26
8.4. CÁC THÔNG SỐ ĐỊNH MỨC CỦA MÁY PHÁT:
Các thông số định mức của máy phát được định 
nghĩa trên Tải, khi máy phát đang mang Tải. 
Máy phát có 3 thông số định mức : Sđm ; Udâyđm ; Idâyđm
27
dm pdm pdm ddm ddmS 3.U .I 3.U .I 
Công suất biểu kiến định mức
CHÚ Ý : Khi Tải thay đổi máy phát luôn cấp áp đến Tải bằng 
đúng định mức . Uphađm hay Udâyđm luôn luôn không đổi .
28
Công suất tác dụng tiêu thụ bởi Tải :
tai pdm p tai ddm d taiP 3.U .I .cos 3.U .I .cos 
Hệ số Tải kT
ptai tai d
T
dm tai dm pdm ddm
IS P Ik
S cos .S I I
29
8.5. ĐỘ THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP KHI MANG TẢI:
TRƯỜNG HỢP TẢI TÍNH CẢM
 2 2pha pha pha pha pha S phaE U .cos R .I U .sin X .I
30
TRƯỜNG HỢP TẢI TÍNH DUNG
 2 2pha pha pha pha pha S phaE V .cos R .I V .sin X .I
pha pha
pha
E U
U% 100
U
Phần trăm thay đổi điện áp
31
8.6. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ:
 Máy phát điện đồng bộ có 3 đặc tính làm việc:
Đặc tính không tải.
Đặc tính Tải (hay đặc tính ngoài).
Đặc tính hiệu chỉnh.
Đặc tính không tải là đồ thị hay đường biểu diễn mô tả
quan hệ giữa sức điện động pha theo dòng kích thích
( Epha= f (Ikt) ).
 Đặc tính Tải là đồ thị hay đường biểu diễn mô tả quan 
hệ giữa áp pha theo dòng tải ( Upha= f (Itải) ).
Đặc tính hiệu chỉnh là đồ thị hay đường biểu diễn mô 
tả quan hệ giữa dòng tải theo dòng kích thích ( Itải= f (Ikt) )
32
11n
12n
13n
11 12 13)(n n n 
Duy trì không đổi tốc độ quay động cơ sơ cấp , giữ tần 
số bằng giá trị định trước.
Điều chỉnh thay đổi dòng kích thích để có giá trị sức điện 
động pha tương ứng. 
pha E m 1E K n 
33
Trước khi thực hiện 
thí nghiệm đo đặc tính 
tải cần thực hiện thao 
tác sau:
 Hở mạch Tải với 
phần ứng, chỉnh tốc 
độ quay động cơ sơ 
cấp tương ứng với 
tần số định trước.
Chỉnh dòng Ikt để có
Epha = Upha đm
Đấu nối Tải vào phần ứng, duy trì dòng kích thích và tần 
số không đổi .
 Điều chỉnh thay đổi độ lớn của Tải ghi nhận cặp giá trị 
tương ứng ( Ipha ; Upha)
34
 cos 1
 cos 0,7 treã
 cos 0,7 sôùm
 2U 1U
pha1I pha2I
phadmU
35
Trước khi thực hiện thí nghiệm đo đặc tính điều 
chỉnh cần thực hiện thao tác sau:
Hở mạch Tải với phần ứng, chỉnh tốc độ quay
động cơ sơ cấp ứng với tần số định trước.
Chỉnh dòng Ikt để có Epha = Upha đm
Đấu Tải vào phần ứng, duy trì tần số không đổi .
Thay đổi độ lớn của Tải, điều chỉnh dòng kích 
thích để duy trì áp trên Tải luôn bằng gía trị định 
mức . Ghi nhận cặp giá trị tương ứng ( Ipha ; Ikt )
36
 cos 1
 cos 0,7 treã
 cos 0,7 sôùm
pha1I pha2I
ktoI
ktoI kt
Taêng I
ktGiaûm I