Theo chức năng, có thể chia máy phát điện đồng bộ thành các loại chủ
yếu sau:
a. Máy phát điện đồng bộ.
Máy phát điện đồng bộ thường được kéo bởi tuabin hơi hoặc tuabin nước
và được gọi là máy phát tuabin hơi hoặc máy phát tuabin nước. Máy phát
tuabin hơi có tốc độ quay cao, do đó được chế tạo theo kiểu cực ẩn và có
trục máy đặt nằm ngang. Máy phát điện tuabin nước thường có tốc độ quay
thấp nên có kết cấu theo kiểu cực lồi và nối chung trục máy được đặt thẳng
đứng. Trong trường hợp máy phát điện có công suất nhỏ và cần di động thì
thường dùng động cơ điezen làm động cơ sơ cấp và được gọi là máy phát
điện điêzen. Máy phát điện điêzen thường có cấu tạo cực lồi.
b. Động cơ điện đồng bộ.
c. Máy bù đồng bộ.
2. Kết cấu
Để thấy rõ đặc điểm về kết cấu của máy điện đồng bộ, ta sẽ xét riêng rẽ
kết cấu của máy cực ẩn và máy cực lồi.
a. Kết cấu của máy phát điện động bộ cực ẩn.
Rôto của máy đồng bộ cực ẩn làm bằng thép hợp kim chất lượng cao,
được rèn thành khối hình trụ, sau đó gia công và phay rãnh để đặt dây quấn
kích từ. Phần không phay rãnh của rôto hình thành mặt cực từ.
Các máy điện đồng bộ hiện đại cực ẩn thường được chế tạo với số cực
2p = 2, tốc độ quay của rôto là 3000vg/ph và để hạn chế lực li tâm, trong
phạm vi an toàn đối với thép hợp kim chế tạo thành lõi thép rôto, đường
kính của rôto không vượt quá 1,1 -1,15m. Để tăng công suất máy, chỉ có thể
tăng chiều dài l của rôto. Chiều dài tối đa của rôto khoảng 6,5m.
Dây quấn kích từ đặt trong rãnh rôtođược chế tạo từ dây đồng trần tiết
diện chữ nhật quấn theo chiều mỏng thành các bối dây đồng tâm. Các vòng
5
dây của bối dây này được cách điện với nhau bằng một lớp mica mỏng. Để
cố định và ép chặt dây quấn kích từ trong rãnh, miệng rãnh được nêm kín
bởi các thanh nêm bằng thép không từ tính. Phần đầu nối nằm ngoài rãnh
của dây quấn kích từ được đai chặt bằng các ống không từ tính.
Hai đầu của dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trượt
đặt ở đầu trục thông qua hai chổi điện để nối với dòng kích từ một chiều.
Máy kích từ này thường được nối trục với trục máy đồng bộ hoặc có trục
với trục của máy đồng bộ.
Stato của máy đồng bộ cực ẩn bao gồm lõi thép, trong có đặt dây quấn ba
pha và than máy, nắp máy. Lõi thép stato được ép bằng cac lá tôn silic dày
0,5mm, hai mặt có phủ sơn cách điện. dọc chiều dài lõi thép stato cứ cách
khoảng 3
÷
6 cm lại có một rãnh thông gió ngang trục,rộng 10 mm. Lõi thép
stato được đặt cố định trong thân máy. Trong các máy đồng bộ công suất
trung bình, than máy được chế tạo kiểu kết cấu khung thép, mặt ngoài bọc
bằng các tấm thép dát dầy.Thân máy phải thiết kế và chế tạo đẻ sao cho
trong nó hình thành hệ thống đường thông gió làm lạnh máy điện. Nắp máy
cũng được chế tạo từ thép tấm hoặc từ gang đúc. Ở các máy đồng bộ công
suất trung bình và lớn ổ trục không đặt ở nắp máy mà ở giá đỡ ổ trục đặt cố
định trên bệ máy.
b. Kết cấu của máy phát điện đồng bộ cực lồi.
Máy đồng bộ cực lồi thường có tốc độ quay thấp, vì vậy khác với máy
đồng bộ cực ẩn, đường kính rôto D của nó có thể lớn tới 15 m trong khi
chiều dài l lại nhỏ với tỷ lệ 1/D =0,15
÷
0,2.
Rôto của máy điện cực lồi công suất nhỏ và trung bình có lõi thép được
cấu tạo bằng thép đúc và gia công thành khối lăng trụ hoặc hình trụ trên mặt
có đặt các cực từ. ở các máy lớn, lõi thép đó được hình thành bởi các tấm
thép dày 1
÷
6 mm, được dập hoặc đúc định hình sẵn để ghép thành các khối
6
lăng trụ và lõi thép này thường không trực tiếp lồng vào trục máy mà được
đặt trên giá đỡ của rôto. Giá này lồng vào trục máy. cực từ đặt trên lõi thép
rôto được ghép bằng những lá thép dày 1
÷
1,5 mm.
Việc xác định cực từ trên lõi thép được thực hiện nhờ đuôi hình T hoặc
bằng các đuôi hình bulông xuyên qua mặt cực và vít chặt vào lõi thép rôto.
Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện chữ nhật quấn
uốn theo chiều mỏng thành từng quộn dây. Cách điện giữa các vòng dây là
các lớp mica hoặc amiăng. Các cuộn dây sau khi đã gia công được lồng vào
các cuộc than cực.
Dây quấn cản (trường hợp này máy phát đồng bộ) hoặc dây quấn mở máy
(trường hợp dộng cơ dồng bộ) được đặt trên các dầu cực. Các dây quấn này
giống như dây quấn kiểu lồng sóc của máy điện không đồng bộ, nghĩa là làm
bằng các thanh đồng đặt vào các đầu cực và được nối hai đầu bởi hai vòng
ngắn mạch.
Dây quấn mở máy chỉ khác dây quấn cản ở chỗ điện trở các thanh dẫn
của nó lớn hơn.
Stato của máy đồng bộ cực lồi có cấu tạo tương tự như của máy dồng bộ
cực ẩn.
Trục của máy đồng bộ có thể đặt nằm ngang như ở các động cơ đồng bộ,
máy bù đồng bộ, máy phát diện điêzen hoặc máy phát tuabin nước công suất
nhỏ và tốc độ quay tương đối lớn (khoảng trên 200 vg/ph). ở trường hợp
máy phát tuabin nước,tuabin nước công suất lớn, tốc dộ chậm, trục của máy
được đặt thẳng đứng. Khi trục của máy được đặt thẳng đứng, trọng ổ trục đỡ
rất quan. Nếu ổ trục đỡ đặt ở đầu trên của trục thì máy thuộc kiểu treo, còn
nếu đặt ở đầu dưới của trục thì máy thuộc kiểu dù.
Ở máy phát tuabin nước kiểu treo, xà đỡ trên tựa vào than máy, do đó
tương đối dài và phải rất khẻo vì nó chịu toàn bộ trọng lượng của rôto máy
7
phát, rôto tuabin nước và xung lực của nước đi vào tuabin. Như vậy kích
thước xà đỡ trên rất lớn tốn nhiều sắt thép, đồng thời bản thân máy cũng cao
lớn do đó tăng chi phí xây dựng buồng đặt máy. Ở máy phát tuốcbin nước
kiểu dù, ổ đỡ trục nằm trên xà dưới. Xà đỡ dưới được cố định trên nền của
gian máy, do đó ngắn hơn và ở một số máy, ổ trục đỡ được đặt ngay trên nắp
của tuabin nước. Trong cả hai trường hợp đều giảm được vật liệu chế tạo (có
thể đến vài trăm tấn đối với các máy lớn) và khiến cho bản thân máy và
buồng đặt máy đều thấp hơn.
Trên cùng trục máy phát tuabin thường có đặt them các máy phụ - máy
kích thích, để cung cấp dòng diện một chiều cho cực từ cuả máy phát đồng
bộ và máy phát điều chỉnh để làm nguồn cung cấp điện cho bộ điều chỉnh tự
động của tuabin.
Điều chỉnh điện áp máy phát ta điều chỉnh dòng kích từ I
d
dẫn đến từ
thông và điện trường thay đổi, ta sẽ điều chỉnh được điện áp.
Ta điều chỉnh tần số thì ta điều chỉnh tốc độ của động cơ sơ cấp ( tuabin
nước, khí, dầu, gió).
Ta điều chỉnh công suất máy phát ta phải điều chỉnh công suất điện từ,
tức là ta điều chỉnh góc
θ
giữa U và E
0
. Muốn điều chỉnh góc
θ
ta phải
điều chỉnh công suất của động cơ sơ cấp.
Như điều chỉnh công suất của máy phát liên quan đến tần số máy phát, ta
điều chỉnh dòng kích từ E
0
thay đó góc giữa U và I thay đổi công suất thay
đổi, công suất phản kháng thay đổi.
Việc điều chỉnh công suất phản kháng liên quan đến điện áp máy phát ra.
+ Điều kiện làm việc song song của máy phát.
+U
F
= U
l
+
f
F
= f
l
+ Thứ tự pha giống nnhau
8
+ U
F
, U
l
trùng pha nhau
+ F: máy phát, l: lưới điện.
3. Nguyên lý làm việc của máy phát.
Máy phát biến đổi cơ năng thành điện năng do đó ta phải dùng
động cơ sơ cấp quay rôto với tốc độ n. vì rôto là nam châm điện nên cảm
ứng trong dây quấn stato suất điện động 3 pha e
A
, e
B
, e
C
.
Trị số hiệu dụng suất điện động 1 pha
E
0
= 4,44. w.f.k.dq.φ.
W: số vòng của một pha.
f =
60
.np
f: là tần số
n: là tốc độ rôto
p: là số đối cực
k.dq: là hệ số dây quấn
Φ
0
: từ trường dưới một cực
Khi máy phát mang tải (mạch ngoài kín) trong dây quấn dòng điện 3
pha tạo ra một từ trường quay n
1
= n.
4. Phương trình và các quan hệ điện từ.
a. Phản ứng phần ứng.
Khi stato có dây điện, dòng điện stato (phần ứng) tạo ra từ trường gọi
là từ trường phần ứng. Tác dụng của từ trường phần ứng làm từ trường
phần cảm của rôto gọi là phản ứng phần ứng.Tuỳ theo tính chất của tải
mà phản ứng phần ứng khác nhau.
+ Tải thuần dung.
Φ
0
của cực từ cảm ứng suất diện động E
0
ở stato, E
0
chậm sau Φ
0
một
góc
π
/2 tải thuần dung nên dòng stato I
d
vượt trước E
0
một ggóc 90
0
9
I
d
sinh ra từ trường phần ứng, Φưd trùng pha nhau sinh ra suất điện
động
tải thuần dung phản ứng phần ứng dọc trục (Φ
ud
, Φ
0
cùng trục), trợ từ
(Φ
ud
cùng chiều Φ
0
).
+ Tải thuần cảm: Tương tự như tải thuần dung nhưng tải thuần cảm
dùng stato I
d
chậm sau E
0
một góc 90
0
, ta cs đồ thị véc tơ.
E
ud
= - j.n
ud
.I
d
.
Tải thuần cảm phản ứng phần ứng dọc trục khử từ (Φ
ud
ngược chiều
Φ
0
).
+ Tải thuần trở: Dòng điện stato I
n
trùng pha với E
0
ta có đồ thị
I
n
sinh ra Φ
un
Φ
un
sinh ra E
un
E
un
= - j.x
un
.I
n
.
tải thuần trở thì phản cảm ứng ngang trục
+ Tải bất kỳ: Dòng điện stato I ta phân làm hai thành phần I = I
d
+ I
n
.
I
n
:gây ra phản ứng phần ứng ngang trục.
I
d
: Gây ra phản ứng cảm ứng đồng trục(trợ từ hay khử từ) tuỳ thuộc
vào tải mang tính chất tương ứng.
Trợ từ mang tính chất điện dung .
khử từ mang tính chất điện cảm.
b. Phương trình của máy phát điện.
Φ
0
sinh ra E
0
.
I = I
d
+I
n
.
I
d
sinh ra Φ
ud
, Φ
ud
sinh ra E
ud
.
I
n
sinh ra Φ
un
, Φ
un
sinh ra E
un
.
10
Dòng điện stato I sinh ra từ trường tản Φ
t
. Φ
t
sinh ra E
t
, E
t
= -j.x
t
.Y =-
j.x
t
.(I
d
+I
n
).
Đối với may phát điện ta có sơ đồ như sau.
R: là điện trở dây quấn phản ứng phần ứng stato. Trong nhiều trường
hợp ta bỏ qua R vậy ta có
∑
=
UE
.
E
o
+E
ud
+E
un
+E
t
=U
E
0
=U –E
ud
-E
un
-E
t
Thay các biểu thức ta được
E
0
= U + j.x
d
.I
d
+j.x
n
I
n
.
Trong đó: x
d
= x
ud
+ x
t
X
n
= x
un
+x
t
điện kháng đồng bộ dọc trong trục.
rôto cực ẩn khe hở ngang, dọc đều nhau nên x
d
= x
db
=x
n
: điện kháng
đồng bộ ta có.
E
o
=U + j.x
db
.I.
II. TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG
BỘ.
Như đã biết về sự cân bằng năng lượng của máy điện đồng bộ, khi làm
việc, trong máy có các tổn hao đồng, tổn hao sắt, tổn hao kích từ, tổn hao
phụ và tổn hao cơ.
Tổn hao đồng là công suất mất mát trên dây quấn phần tĩnh với giả thiết
là mật độ dòng điện phân bố đều trên tiết diện của dây dẫn.Tổn hao này phụ
thuộc vào trị số mật độ dòng điện, trọng lượng đồng và thường được tính ở
nhiệt độ 75
o
C.
Tổn hao sắt từ là công suất mất mát trên mạch từ (gông và răng) do từ
trường biến đổi hình sin (ứng với tần số f
1
). Tổn hao này phụ thuộc vào trị số
11
của từ cảm, tần số, trọng lượng lõi thép, chất lượng của tôn silic, trình độ
công nghệ chế tạo lõi thép.
Tổn hao kích từ là công suất tổn hao trên điện trở của dây quấn kích
thích và của các chổi than. Nếu máy kích thích đặt trên trục của máy đồng
bộ thì công suất tổn hao trên phải chia cho hiệu suất của máy kích thích.
Tổn hao phụ bao gồm các phần sau:
a.Tổn hao phụ do dòng điện xoáy ở các thanh dẫn của dây quấn stato và
các bộ phận khác của máy với tác dụng của từ trường tản do dòng điện phần
ứng sinh ra.
b.Tổn hao ở bề mặt cực từ hoặc ở bề mặt cực từ lõi thép rôto của máy
cực ẩn do stato có rãnh và như vậy từ cảm khe hở có song điều hoà răng.
Do tác dụng màn chắn của dòng xoáy, ở sâu trong lõi thép không có tổn hao
này.
c.Tổn hao ở răng của stato do sự đập mạch ngang và dọc của từ thong
chính và do các song điều hoà bậc cao với tấn số khác f
t
.
Tổn hao cơ bao gồm:
1.Tổn hao công suất cần thiết để đưa không khíhoặc các chất làm lạnh
khác vào các bộ phận của máy.
2.Tổn hao công suất do ma sát ở ổ trục và ở bề mặt rôto và stato khi
rôto quay trong môi chất làm lạnh (không khí,…).
ở các máy điện đồng bộ công suất và tốc độ quay khác nhau, tỉ lệ phân
phối các tổn hao nối trên không giống nhau. Trong các máy đồng bộ bốn
cực công suất trung bình, tổn hao đồng trong dây quấn phần tĩnh và dây
quấn kích từ chiếm tới khoảng 65% tổng tổn hao.Trong khi đó tổn hao
trong lõi thép stato (kể cả tổn hao chính và phụ) chỉ chiếm khoảng 14%.
Trong máy phát tuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm thì tổn hao trong
dây quấn phần tĩnh và trong dây quấn kích từ chiếm khoảng 35%, còn tổn
12
hao trong lõi thép stato thì chiếm tới 37%.Trong trường hợp này, để giảm
bớt tổn hao trong lõi thép stato nên dùng tôn silic có suất tổn hao nhỏ. Tổn
hao phụ có thể chiếm tới khoảng 11% đối với máy phát tuabin nước, trong
đó chủ yếu là tổn hao bề mặt và tổn hao đập mạch vào khoảng 18% đối với
máy phát tuabin hơi và ở đây khác với trường hợp máy phát tuabin hơi và ở
đây khác với trường hợp máy phát tuabin nước, tổn hao phụ trong dây đồng
của stato là chủ yếu. Để giảm bớt tổn hao phụ trong các máy công suất lớn
thường dùng các biện pháp sau:
a.Chia dây dẫn theo chiều cao của rãnh thành nhiều dây đồng bẹt dày
khoảng 4 ÷ 5 mm và hoán vị vj trí của chúng ở trong rãnh (đôi khi cả ở
phần dầu nối) sao cho dọc chiều dài của rãnh mỗi dây đồng bẹt đều nằm ở
tất cả các vị trí từ phía đáy rãnh lên phía miệng rãnh.
b.Chế tạo các vành ép lõi thép stato, vành đai đầu nối của rôto bằng
thép không từ tính.
c.Tiện xoáy ốc bề mặt rôto của máy phát tuabinhơi.
Hiệu suất của máy phát điện đồng bộ được xác định bằng biểu thức:
η =
PP
P
z
z
∑+
Trong đó: P
z
: công suất đầu ra của máy;
∑p: tổng tổn hao trong máy.
Hiệu suất của các máy phát đồng bộ làm lạnh bằng không khí công suất
o,5 ÷ 3000 kw vào khoảng 92 ÷ 95%; công suất 3,5 ÷ 100000kw vào
khoảng 95 ÷ 97,8%. Nếu làm lạnh bằng hyđrôgen thì hiệu suất cũng có thể
tăng khoảng o,8%.
13
III. ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ.
Tải của hộ dùng điện trong lưới điện thường luôn thay đổi theo điều
kiện của sản xuất hoặc cũng có thể có trường hợp tuy tải không thay đổi
nhưng do điều kiện vận hành của lưới điện mà cần thiếtphải thay đổi chế độ
làm việc của các máy phát điện , do đó trên thực tế phải điều chỉnh công
suất tác dụng P và công suất phản kháng Q của máy phát điện đồng bộ.
Ta hãy xét vấn đề ở hai trường hợp điển hình. Trường họp thứ nhất là
trường máy phát điện làm việc trong hệ thống điện lực có công suất vô cùng
lớn với U.f=const, hay nói cách khác đi tổng công suất của các máy phát
điện đang làm việc song song trong hệ thống rất lớn so với công suấtcủa
máy phát điện đang được xét, do đó việc điều chỉnh P và Q của máy phát
điện đó không làm thay đổi U, f của hệ thống điện. Trường hợp thứ hai là
trường hợp chỉ có hai hoặc nhiều máy phát điện công suất tương tựlàm việc
song song và sự thay đỏi chế độ làm vệc của một máy sẽ làm thay đổi U, f
chung của cả các máy phát điện đó.
1. Điều chỉnh công suất tác dụng P của máy phát điện đồng bộ.
a. Trường hợp máy phát điện làm việc trong hệ thống điện công suất
vô cung lớn.
Ở trường hợp này U và f là không đổi nên nếu giữ dòng điện kích thích
i
t
không dổi thì E là hằng số và theo biểu thức (24-11) thì P là hàm số của
góc θ vcà đường biểu diễn của nó có dạng như đã biết trên hình24-9. Ở chế
độ làm việc xác lập công suất tác dụng P của máy ứng với góc θ nhất địng
phải cân bằng với công suất cơ trên trục làm quay máy phát điện. Đường
biểu diễn công suất cơ của động cơ sơ cấp được biểu thị bằng đường thẳng
song song với trục ngang và cắt đặc tính góc ở điểm A trên hình 27-4.Như
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét