Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy điện đồng bộ

1. Khái niệm

Máy điện đồng nhất là máy điện xoay chiều có vận tốc quay của rotor ( n ) bằng với vận tốc của từ trường quay ( n1 ) .
Ở chính sách xác lập máy điện đồng điệu có vận tốc quay không đổi khi tải biến hóa .

Máy điện đồng bộ được sử dụng trong các tải lớn và phát ra công suất phản kháng hoặc máy bù đồng bộ nhằm nâng cao hệ số công suất.

Hình 1. Máy phát điện đồng bộ

2. Phân loại

2.1. Phân loại theo kết cấu cực từ

• Cực từ lồi: n < 1500rpm, 2p ≥ 4.
• Cực từ ẩn: n > 1500rpm, 2p = 2.

Hình 2. Rotor cực từ lồi

Hình 3. Rotor cực từ ẩn

2.2. Phân loại theo chức năng

• Máy phát.
• Động cơ (P ≥ 200kW).
• Máy bù.

3. Cấu tạo

Máy điện đồng điệu có cấu trúc gồm ba bộ phận chính : stator, rotor và bộ kích từ .

Hình 4. Cấu tạo máy điện đồng bộ

3.1. Stator (phần ứng)

Cấu tạo gồm 2 phần : lõi thép và dây quấn .

•  Lõi thép stato hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong, ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo hướng trục và được ép vào trong vỏ máy.
• Dây quấn stato làm bằng dây dẫn được bọc cách điện ( đồng, nhôm ), được đặt trong những rãnh của lõi thép .

Phần stato của máy điện đồng nhất có cách quấn tựa như với máy điện không đồng điệu .

Hình 5. Stator máy điện đồng bộ

3.2. Rotor (phần cảm)

Rotor của máy điện đồng điệu gồm có lõi thép cực từ và dây quấn kích từ .
Dây quấn kích từ được nối với nguồn điện một chiều nhằm mục đích tạo ra từ trường cố định và thắt chặt trên những cực từ .
Rotor máy điện đồng điệu có hai kiểu là rotor cực lồi và rotor cực ẩn .

Hình 6. Dây quấn phần ứng rotor và sức điện động trong mạch phần ứng

3.2.1. Rotor cực lồi

Dạng của mặt cực được phong cách thiết kế sao cho khe không khí không đều, mục tiêu để từ cảm trong khe không khí có phân bổ hình sin và do đó sức điện động cũng có hình sin .
Dây quấn kích từ được quấn quanh thân cực từ, hai đầu của nó được nối với hai vành trượt, qua hai chổi than tới nguồn điện 1 chiều .
Dùng cho máy có vận tốc thấp, có nhiều đôi cực .
Đường kính : D hoàn toàn có thể lớn hơn 15 m .
Chiều dài : l / D = 0.15 ∼ 0.2 m .

Hình 7. Rotor cực từ lồi

3.2.2. Rotor cực ẩn

Khe không khí đều, lõi thép là một khối thép hình trụ .
Mặt ngoài phay thành rãnh để đặt dây quấn kích từ, phần không phay tạo thành mặt cực từ .
Rotor cực ẩn có độ bền cơ khí cao, dây quấn kích từ vững chãi. Vì vậy thường được sử dụng ở những máy điện đồng điệu có vận tốc từ 1500 rpm trở lên, hiệu suất lớn ( 1000 – 1500 MVA ) .
Hai đầu của dây quấn kích từ được nối với hai vành trượt đặt ở hai đầu trục trải qua hai chổi than để nối với dòng kích từ 1 chiều .
Đường kính : D ≤ 1.1 ∼ 1.5 m .

Chiều dài: l/D  ≤  6.5m.

Hình 8. Rotor cực từ ẩn

3.3. Bộ kích từ (nguồn kích từ)

Hệ thống kích từ phải bảo vệ nhu yếu :

• Điều chỉnh được dòng kích từ.
• Cưỡng bức dòng kích từ tăng nhanh.
• Triệt từ trường kích thích khi có sự cố.

Dòng điện kích từ hoàn toàn có thể lấy từ :

• Máy phát điện một chiều (xoay chiều).
• Bộ chỉnh lưu.

3.3.1. Bộ kích từ dùng máy phát điện

Máy kích từ được gắn ở đầu trục có hiệu suất từ 0.2 ~ 3 % hiệu suất của máy điện đồng nhất .
Máy kích từ hoàn toàn có thể là loại tự kích hoặc cần thêm một máy kích từ khởi tạo kiểu nam châm từ vĩnh cửu hoặc tự kích để kích hoạt .

Hình 9. Máy kích từ tự kích

Hình 10. Máy kích từ dùng bộ kích từ khởi tạo

Đối với bộ kích từ dùng máy phát điện một chiều, cần phải lắp thêm bộ chổi than và vành trượt để truyền tải điện năng từ máy phát đến dây quấn kích từ .

Hình 11. Bộ kích từ dùng máy phát 1 chiều

Bộ kích từ dùng máy phát điện xoay chiều cần có bộ chỉnh lưu để biến đổi điện xoay chiều thành một chiều .
Máy phát điện xoay chiều được dùng hầu hết có phần cảm tĩnh và phần ứng quay .

Hình 12. Bộ kích từ dùng máy phát xoay chiều

3.3.2. Bộ kích từ dùng chỉnh lưu

Một phần điện áp 3 pha của máy phát đồng điệu được trích ra đưa qua bộ chỉnh lưu, chỉnh lưu thành dòng điện một chiều phân phối cho dây quấn kích từ .
Một số ít những máy điện hiệu suất nhỏ thì phần quay lại đóng vai trò phần ứng, phần tĩnh đóng vai trò phần cảm .

Hình 13. Sơ đồ bộ kích từ dùng chỉnh lưu

4. Nguyên lý hoạt động

4.1. Chế độ máy phát điện

Khi động cơ kéo làm quay máy phát đồng điệu, máy phát điện một chiều trên trục động cơ cũng quay theo tới vận tốc định mức ( n ). Lúc này, máy phát kích thích xây dựng được điện áp và cung ứng dòng điện một chiều vào dây quấn phần cảm của máy điện đồng điệu, phần cảm trở thành nam châm hút điện .

Hình 14. Cấu trúc cơ bản máy phát đồng bộ

4.2. Chế độ động cơ

Máy điện đồng nhất không hề tự khởi động. Để làm cho động cơ đồng nhất tự khởi động người ta lắp thêm một lồng sóc trên mặt cực từ rotor .
Khi khởi động, dây quấn kích từ sẽ không được cấp điện. Rotor khởi đầu hoạt động nhờ vào sự ảnh hưởng tác động của lực điện trường lên những thanh dẫn của lồng sóc .

Hình 15. Từ trường sinh ra trong động cơ đồng bộ 

Khi rotor đạt được tốc độ lớn nhất, dây quấn kích từ được cấp điện. Lúc này, các cực tính của rotor là cố định nên động cơ sẽ quay với tốc độ đồng bộ.

Chuyển động tương đối giữa lồng sóc và từ trường quay là bằng 0. Cho nên, không có dòng điện và lực điện từ tính năng lên những thanh dẫn. Do đó, không ảnh hưởng tác động đến hoạt động giải trí của động cơ đồng nhất .

Hình 16. Sơ đồ nguyên lý động cơ đồng bộ

Source: https://mindovermetal.org
Category: Ứng dụng hay