Máy điện đồng bộ là gì?
Máy điện đồng bộ là những máy điện xoay chiều có tốc độ rotor n bằng tốc độ quay của từ trường stator n1.
n = n1 = nđb : vận tốc đồng bộ
Máy điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Phạm vi sử dụng chính là biến đổi cơ năng thành điện năng: Máy Phát Điện Đồng Bộ
Máy phát điện đồng bộ là nguồn năng lượng chính của các lưới điện quốc gia, trong đó động cơ sơ cấp là các tua bin hơi, tua bin khí hoặc nước. Ở các lưới điện công suất nhỏ hoặc máy phát dự phòng, máy phát điện đồng bộ được kéo bởi động cơ diesel hoặc các tua bin khí.
Cấu tạo máy điện đồng bộ 3 pha
Máy phát điện đồng bộ:
– Stator
– Bộ kích từ
- Máy phát 1 chiều.
- Kích từ chỉnh lưu tĩnh [tự kích].
- Kích từ không chổi than.
– Roto
Stator
Tương tự như của động cơ không đồng bộ, stator gồm có lõi thép và dây quấn.
- Lõi thép làm bằng vật liệu sắt từ tốt, nghĩa là có từ trở nhỏ và điện trở suất lớn.
- Dây quấn stator gọi là dây quấn phần ứng.
Roto
Rotor máy điện đồng bộ có các cực từ và dây quấn kích từ dùng để tạo ra từ trường cho máy [đối với máy nhỏ rotor là nam châm vĩnh cữu].
Có hai dạng rotor : rotor cực lồi và rotor cực từ ẩn
Nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ
Dùng động cơ sơ cấp quay rôto với tốc độ n [vòng/phút], đồng thời cấp nguồn điện kích từ một chiều vào dây quấn kích từ thì từ trường do dòng điện trong dây quấn này sinh ra [có phương không đổi với rôto] cũng sẽ quay với tốc độ n.
Phân loại
Theo cấu tạo của rôto thì có thể chia máy điện đồng bộ thành 2 loại: Máy đồng bộ cực ẩn thích hợp với tốc độ quay cao và máy đồng bộ cực lồi thích hợp khi tốc độ quay thấp.
Theo chức năng thì có thể chia máy điện đồng bộ thành các loại chính: Máy phát điện đồng bộ, động cơ điện đồng bộ và máy bù đồng bộ.
Ngoài các loại trên còn có các loại máy điện đồng bộ đặc biệt như máy biến đổi một phần ứng, máy đồng bộ tần số cao… và các máy nhỏ dùng trong tự động như động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, động cơ đồng bộ phản kháng, động cơ đồng bộ từ trễ, động cơ bước…
Các đại lượng định mức
Công suất có ích Pđm [kW] là công suất đầu ra của máy được tính toán theo các điều kiện phát nóng và làm việc lâu dài mà không bị hư hỏng.
Các đại lượng khác có liên quan và biểu thị cho chế độ làm việc đó cũng được gọi là các đại lượng định mức và đều được ghi trên nhãn máy như: số pha, tần số [Hz], điện áp dây [V], sơ đồ nối dây phần tĩnh, dòng điện stato và rôto [A], hệ số công suất, tốc độ quay [vòng/phút], cấp cách điện …
n luôn không đổi. Hoàn toàn có thể thay đổi vị trí của dây quấn ba pha và nam châm điệncho nhau mà không ảnh hưởng tới nguyên lý làm việc cơ bản của máy.2.1 Cấu tạoCấu tạo của máy phát điện đồng bộ ba pha bao gồm 2 bộ phận chính là phần tĩnh,phần quay và đặc biệt là có thêm phần nguồn kích từ.a. Phần tĩnh [stato-phần ứng]Stato của máy điện đồng bộ gồm 2 bộ phận chính là lõi thép stato và dây quấnstato.Lõi thép stator được làm bằng các lá tôn silic dày 0,5 mm, 2 mặt có phủ sơn cáchđiện. Dọc chiều dài lõi thép stator cứ cách khoảng 3 – 6 cm có 1 rãnh thông gió ngangtrục rộng khoảng 10 mm. Lõi thép stator được đặt cố định trong thân máy. Dây quấnstato còn gọi là dây quấn phần ứng. Ngoài ra còn có vở máy, nắp máy làm bằng ganghoặc thép đúc, nó dùng để bảo vệ dây quấn stato và đỡ trục roto.b. Phần quay[roto-phần cảm]Rotor của máy điện đồng bộ là nam châm điện gồm có lõi thép và dây quấn kíchthích. Dòng điện đưa vào dây quấn kích thích là dòng điện 1 chiều. Rotor của máy điệnđồng bộ có 2 kiểu là rotor cực lồi và rotor cực ẩn.-Rotor cực ẩnRotor của máy điện đồng bộ cực ẩn được 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. Phần khôngphay rãnh của rotor hình thành mặt cực từDây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện hình chữ nhật, quấn theochiều mỏng thành các bối dây đồng tâm. Các vòng dây của bối dây này được cách điệnvới nhau bằng một lớp mica mỏng. Để cố định và ép chặt dây quấn kích từ trong rãnh,miệng rãnh được nêm kín bởi cách thanh nêm bằng thép không từ tính. Phần đầu nốiBáo cáo thực tập chuyên mônPage 18 [nằm ngoài rãnh] của dây quấn kích từ được đai chặt bằng các ống trụ thép không từ tính.Hai đầu dây quấn kích từ đi luồn trong trục và nối với 2 vành trượt đặt ở đầu trục thôngqua 2 chổi điện để nối với dòng kích từ một chiều.-Rotor cực lồiRotor của máy điện đồng bộ cực lồi có lõi thép được chế tạo bằng thép đúc và giacông thành khối lăng trụ hoặc khối hình trụ [bánh xe] trên mặt có đặt các cực từ. Ở cácmáy lớn, lõi thép đó được hình thành bởi các tấm thép dày 1 – 6 mm, được dập hoặc đúcđịnh hình sẵn để ghép thành các khối lăng trụ và lõi thép này thường không trực tiếp lồngvào trục máy mà được đặt trên giá đỡ của rotor. Giá này lồng vào trục máy. Cực từ đặttrên lõi thép rotor được ghép bằng những lá thép dày 1 – 1,5 mm.Dây quấn kích từ được chế tạo từ dây đồng trần tiết diện hình chữ nhật quấn theochiều mỏng thành từng cuộn dây. Cách điện giữa các vòng dây là lớp cách điện bằngmica hoặc amiang. Các cuộn dây sau khi gia công được lồng vào thân cực.Dây quấn cản được đặt trên các đầu cực. Các dây quấn này được làm bằng cácthanh đồng đặt vào rãnh các đầu cực và được nối 2 đầu bởi 2 vòng ngắn mạch.Dây quấn mở máy chỉ khác dây quấn cản ở chỗ điện trở các thanh dẫn của nó lớnhơn.Báo cáo thực tập chuyên mônPage 19 2.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ 3 phaSơ đồ nguyên lý của máy phát điện đồng bộ 3 pha1. Động cơ sơ cấp[tua bin hơi], 2. Dây quấn stato, 3. Roto, 4. Dây quấn Roto,5. Vành góp, 6. Chổi than, 7. Máy phát một chiềuĐộng cơ sơ cấp 1 quay roto máy phát điện đồng bộ đến gần tốc độ định mức, máyphát điện một chiều 7 được thành lập điện áp và cung cấp dòng điện một chiều cho dâyquấn kích từ 4 máy phát điện đồng bộ thông qua chổi than 5 và vành góp 6, roto 3 củamáy phát điện đồng bộ trở thành nam châm điện. Do roto quay, từ trường roto quét quadây quấn phần ứng stato và cảm ứng ra sđđ xoay chiều hình sin, có trị số hiệu dụng là:Trong đó:là sức điện động phaN là số vòng dây của 1 phalà hệ số dây quấntừ thông cực từ roto.Báo cáo thực tập chuyên mônPage 20 Nếu roto có số đôi cực là p, quay với tốc độ n thì Sđđ cảm ứng trong stato có tầnsố:Hoặc:Khi qua dây quấn stato nối với tải, trong dây quấn sẽ có dòng điện 3 pha chạy qua.Hệ thống dòng điện này sẽ sinh ra từ trường quay, gọi là từ trường phần ứng có tốc độ là :Ta thấy tốc độ roto n bằng với tốc độ từ trường quay trong máy n 1, nên gọi là máyđiện đồng bộ.2.3 Máy phát điện cụ thể ở phòng thí nghiệmMáy phát điện ởphòng thí nghiệm2.3.1 Máy phátđiện-Máy phát điện ởphòng thí nghiệm là máy phát điện đồng bộ ba pha tua bin hơi cực ẩnMáy phát điện trên là máy phát điện loại kích từ độc lập* Các thông số kĩ thuậtBáo cáo thực tập chuyên mônPage 21
Máy phát điện xoay chiều 3 pha là bao gồm một hệ thống 3 dòng điện xoay chiều có cùng tần số, cùng biên độ, nhưng lệch pha nhau 2/3. Trong đó 3 cuộn dây của phần ứng đặt lệch nhau 1/3 vòng tròn trên stato.
Sơ đồ: Máy phát điện 3 pha
Chú thích:
1- Vỏ máy phát
2- Bạc lót
3- Stato
4- Giá đỡ
5- Bộ chỉnh lưu
6- Bộ điều chỉnh điện
7- Vòng tiếp điện
8- Roto.
– Phần cảm [ROTO]: là 1 nam châm điện [được nuôi bởi các dao động 1 chiều] có thể quay xung quanh trục cố định mục đích để tạo ra từ trường biến thiên.
– Phần ứng [STATO]: gồm 3 cuộn dây giống hệt nhau về số vòng, kích thước, và được bố trí trên ṿòng tṛòn lệch nhau một góc 120 độ.
– Ngoài ra còn có các nắp, cánh quạt, puli, và bộ chỉnh lưu.
Tham khảo thêm các dòng máy phát điện thông dụng nhất hiện nay tại đây
2. Nguyên tắc hoạt động máy phát điện 3 pha
Nguyên lí dòng điện xoay chiều
Nguyên tắc: dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ.
Hoạt động:
– Khi nam châm bắt đầu quay trong cuộn dây, thì điện áp sẽ sinh ra ở giữa 2 đầu cuộn dây. Điện áp này đồng thời sẽ sinh ra một dòng điện xoay chiều.
– Mối liên hệ giữa dòng điện được sinh ra trong cuộn dây và vị trí của các nam châm được chỉ ra trong hình vẽ. Dòng điện lớn nhất sẽ được sinh ra khi 2 cực N và cực S của nam châm gần với cuộn dây nhất. Tuy nhiên, chiều dòng điện ở mỗi nửa vòng quay, của nam châm lại ngược nhau.
Sơ đồ nguyên lý sinh điện
Dựa trên nguyên lý trên thì sẽ sinh ra dòng điện một cách hiệu quả hơn, máy phát điện của ô tô dùng 3 cuộn dây cũng bố trí lệch nhau một góc 120 độ trên stato.
Mỗi cuộn A, B, C được đặt chênh nhau 120 độ. Khi nam châm bắt đầu quay giữa chúng dòng điện xoay chiều được sinh ra ở trong mỗi cuộn dây. Dòng điện đó bao gồm 3 dòng xoay chiều được gọi là “dòng xoay chiều 3 pha”.
Click xem thêm>>>>
- Máy phát điện công nghiệp
- Các sản phẩm máy phát điện 3 pha chạy dầu