by Cấu tạo
Máy điện đồng bộ thường được dùng nhiều để làm máy phát điện, nên cấu tạo của nó có 2 phần chính: phần ứng và phần cảm.
Phần ứng của máy điện đồng bộ, nếu công suất lớn nằm trên stato, còn công suất nhỏ nằm trên rôto. Cũng giống như động cơ không đồng bộ, phần ứng của máy điện đồng bộ có thể là 3 pha hoặc 1 pha. Số cực của dây quấn phản ứng phụ thuộc vào số cực của phần cảm.
Phần cảm của máy điện đồng bộ là nơi tạo ra từ trường 1 chiều, nó có thể là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu. Máy điện đồng bộ có nam châm vĩnh cửu chỉ áp dụng cho máy có công suất nhỏ.
Đối với máy điện đồng bộ công suất vừa và lớn, phần cảm phải là nam châm điện ; phần cảm bao gồm các cực từ, trên đó quấn các cuộn dây, còn gọi là dây quấn kích từ và cho dòng điện một chiều chạy qua. Dòng điện một chiều đưa vào dây quấn kích từ có thể lấy từ máy phát điện một chiều, có thể bố trí đặt cùng trục với máy phát điện đồng bộ. Dòng điện kích từ có thể lấy từ máy phát điện xoay chiều công suất nhỏ tự kích, hoặc dòng tự kích của chính máy phát điện đồng bộ.
Phần cảm máy điện đồng bộ có hai loại: loại cực ẩn và loại cực lồi. Phần cảm cực lồi (hình 2-11a) thường được dùng cho các máy phát thuỷ điện chạy với tốc độ chậm, như nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, Trị An, Đa Nhim...
Phần cảm cực ẩn (hình 2-11b) được dùng cho các máy phát điện tua bin hơi có tốc độ cao. Thường phần cảm cực ẩn ở các máy phát điện công suất trung bình và lớn, được đặt ở rôto máy phát, trên đó quấn cuộn dây và cho dòng điện một chiều chạy qua, tạo ra từ trường một chiều, kích từ cho máy phát điện.
Máy phát điện đồng bộ có thể dùng làm động cơ điện đồng bộ, máy bù đồng bộ, nhưng số lượng sử dụng không nhiều, vì giá thành cao, vận hành phức tạp, nên ít được áp dụng.
Nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ
Máy điện đồng bộ làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, biến cơ năng thành điện năng.
Nếu dùng động cơ sơ cấp quay rôto máy phát điện đồng bộ và cho dòng điện kích từ vào cuộn dây rôto, dòng điện này tạo ra từ trường và quét lên dây quấn stato, cuộn dây stato sẽ cảm ứng ra sức điện động theo định luật cảm ứng điện từ (hình bên cạnh).
Về độ lớn, sức điện động cảm ứng bằng :
e = Blv
Trong đó:
B: độ từ cảm tác dụng vuông góc với thanh dẫn của cuộn dây phần ứng (stato)
l: độ dài thanh dẫn nằm trong từ trường ;
v: tốc do quay của rôto.
Trong quá trình rôto quay, từ cảm B và thanh dẫn l không phải lúc nào cũng vuông góc với nhau. Tổng quát, từ cảm B có thể tạo thành với thanh dẫn l một góc α, nên ta có:
e = Bmax.lvsinα (2-12)
Trong đó: Bmax là độ từ cảm cưc đại mà rôto (phần cảm) có thể tạo ra được.
Về nguyên lí làm việc, sự phân phối phần cảm và phần ứng ở trên stato hay roto không quan trọng. Hình bên cạnh mô tả máy phát điện đồng bộ phần cảm đặt ở phần tĩnh (stato). Phần ứng đặt ở rôto và dòng điện cảm ứng được lấy ra từ hai vành trượt, thông qua hai chổi than tì lên vành trượt, dòng điện lấy ra được nối với phụ tải Z.Đối với máy phát điện đồng bộ công suất lớn, điện áp máy phát cao bắt buộc phải dùng hệ thống cực từ quay (phần cảm quay) ; vì nếu để phần ứng quay, việc lấy điện áp xoay chiều cao từ chổi than - vành trượt sẽ gặp nhiều khó khăn.
Tần số dòng điện cảm ứng tỉ lệ với tốc độ quay của roto:
f = Pn1/60
Trong đó: f: tần số ; P: số đôi cực; n1 : tốc độ đồng bộ.
Phân loại Máy điện đồng bộ
Có thể phân loại máy điện đồng bộ theo kết cấu, theo cách đặt các dây quấn và theo chức năng của máy.
- Theo kết cấu, máy điện đồng bộ được phân thành: máy cực ẩn và máy cực lồi như đã nói ở trên.
- Theo cách đặt các dây quấn, máy điện đồng bộ có công suất lớn thường được chế tạo theo kiểu cơ bản, có dây quấn phần ứng đặt ở phần tĩnh (hình a) để tiện cho việc truyền dẫn điện năng từ phần ứng ra lưới điện. Mặt khác, khi đó thực hiện cấp điện cho dây quấn kích thích qua các vành trượt không phải gặp trở ngại lớn do công suất kích thích nhỏ. Các máy điện đồng bộ có công suất nhỏ 2~5 kW , thường được chế tạo theo kiểu đảo ngược (hình b).
- Theo chức năng, máy điện đồng bộ được phân thành:
+ Máy phát điện đồng bộ: Máy phát điện đồng bộ được sử dụng để biến đổi cơ năng thành điện năng. Điện năng ba pha dùng trong sản xuất và trong đời sống hiện nay chủ yếu được sản xuất ra từ các máy phát điện quay bằng tuabin hơi hoặc khí (gọi là máy phát tuabin hơi) hoặc quay bằng tuabin nước (gọi là máy phát tuabin nước).
Máy phát điện đồng bộ được quay bằng các loại động cơ khác (động cơ diezen, động cơ đốt trong, xylanh hơi nước…) được chế tạo có công suất vừa và nhỏ, dùng cho các tải địa phương.
+ Động cơ điện đồng bộ: Khác với các động cơ điện không đồng bộ, động cơ điện đồng bộ có khả năng phát ra chứ không tiêu thụ công suất phản kháng. Các động cơ điện đồng bộ thường được dùng để kéo các tải không yêu cầu phải thay đổi tốc độ, có công suất chủ yếu từ 200kW trở lên, như dùng để truyền động cho các máy nén xi lanh, quạt gió mở, nơm thủy lực, máy xúc mỏ lộ thiên… Các động cơ điện đồng bộ có công suất nhỏ (đặc biệt làm các động cơ nam châm vĩnh cửu) được sử dụng rất rộng rãi trong các thiết bị tự động và điều khiển.
+ Máy bù đồng bộ: Máy bù đồng bộ chủ yếu được dùng để cải thiện hệ số công suất cosφ của lưới điện.
Ngoài ra trong thực tế còn gặp các máy điện đồng bộ đặc biệt, như: máy biến đổi một phần ứng , máy đồng bộ tần số cao, các máy đồng bộ công suất nhỏ dùng trong điều khiển tự động: động cơ đồng bộ phản khác, động cơ đồng bộ từ trễ, động cơ bước…
0 comments: