Bài giảng Kỹ thuật điện đại cương - Chương 3: Máy phát điện đồng bộ

Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương T©B 
Chương 3: Máy điện đồng bộ 1 
Chương 3: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 
VI.1. Tổng quan 
V.1.1. Khái niệm: 
 Máy điện đồng bộ là các máy điện xoay chiều có tốc độ của rôto bằng với 
tốc độ của từ trường quay. Dây quấn stato được nối với lưới điện xoay chiều, dây 
quấn rôto được kích thích (kích từ) bằng dòng điện một chiều. Ở chế độ xác lập, 
máy điện đồng bộ có tốc độ quay của rôto luôn không đổi khi tải thay đổi. 
 Máy điện đồng bộ thường được dùng làm máy phát trong hệ thống điện, với 
cơ năng được cung cấp bằng một động cơ sơ cấp (các loại tuabin, động cơ kéo, ...). 
Công suất của máy phát có thể đến 1000 MVA hay lớn hơn, và các máy phát 
thường làm việc song song với nhau trong hệ thống. 
 Động cơ đồng bộ được sử dụng khi cần công suất truyền động lớn, có thể 
đến hàng chục MW. Ngoài ra, động cơ đồng bộ còn được dùng làm các máy bù 
đồng bộ (động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ không tải), dùng để cải thiện hệ số 
công suất và ổn định điện áp cho lưới điện. 
VI.1.2. Cấu tạo: 
 Stator: Y hay Δ (giống ĐCKĐB) 
 Rotor: Cực lồi hay Cực ẩn (Chỉ phân tích cho máy cực ẩn) 
 Có thêm bộ kích từ một chiều, 
 (có chổi than hay không có chổi than) 
Công suất cơ hữu ích trên trục Pđm (W, kW, HP) đối với động cơ, công suất biểu 
kiến Sđm (VA, kVA) đối với máy phát 
Điện áp dây stato U1đm (V, kV) 
Dòng điện dây stato I1đm (A) 
Tần số dòng điện stato f (Hz) 
Tốc độ quay rôto nđm (vòng/phút) 
Hệ số công suất cosϕđm (đối với động cơ) 
Hiệu suất ηđm 
VI.1.3. Nguyên lý làm việc: 
60
npf = , n tính bằng vòng/phút (rpm). 
mdqm .N.k.f.2E Φπ= 
 ea = 2 Em.cos(ωt) 
 eb = 2 Em.cos(ωt – 120o) 
 ec = 2 Em.cos(ωt – 240o) 
VI.1.4. Đặc điểm cơ bản: 
 Tần số khi máy phát hoạt động độc lập và song song. 
 Động cơ ĐB không tự mở máy được. 
 Phản ứng phần ứng: 
 Ngang: Tải thuần trở 
 Dọc: Thuần cảm (khử từ) hay thuần dung (trợ từ) 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương T©B 
Chương 3: Máy điện đồng bộ 2 
VI.2. Mạch tương đương 
Điện kháng đồng bộ: 
 Xđb là là tổng của điện kháng tản phần ứng và điện kháng phản ứng phần 
ứng. Z = Rư + jXđb 
Mạch tương đương: 
 ( ) uudbu IZUIjXRUE &&&& +=++= 
 100.
U
UE%U −=Δ 
■ Gốc U: 
 ( )( )ϕ−ϕ++= sinjIcosIjXRUE uudbu& 
■ Gốc I: 
 ( ) ( )udbuu IXsinUjIRcosUE +ϕ++ϕ=& 
VI.3. Đặc tính không tải, ngắn mạch 
Thí nghiệm không tải: 
Xác định tổn hao không tải Pq và tổn hao sắt từ Ps. 
Thí nghiệm ngắn mạch: 
Đo được P, En, I1n. 
 Pđ = P – Ps 
 Từ đó tính được Rn = Rư = Pđ /3I21n. 
 Tính được Z ⇒ Xđb. 
VI.4. Đặc tính công suất - góc 
VI.5. Các đặc tính vận hành 
Giản đồ phân bố công suất – đặc tính hiệu suất: 
 Hiệu suất max khi tổn hao không phụ thuộc tải = tổn hao phụ thuộc tải 
Đặc tính điều chỉnh: Ik(Iư) 
Đặc tính ngoài: Ut(Iư) 
Đặc tính hình V: Động cơ đồng bộ 
 Iư(Ik) khi công suất không đổi 
 Iư(Ik) khi hệ số công suất không đổi 
 cosϕ(Ik) khi công suất không đổi 
 Thiếu kích từ (Iư trễ) 
 Thừa kích từ (Iư sớm) 
Mở máy động cơ đồng bộ: 
Động cơ đồng bộ không tự mở máy được: 
 Gắn động cơ một chiều 
 Momen từ trở, cuộn đệm (cuộn cản): giống một động cơ KĐB 
 Mở máy non tải hay không tải (do gia tốc lớn), hay 
 Mở máy ở điện áp thấp để dòng điện phần ứng không quá cao 
 Cuộn đệm không có tác dụng khi đã đồng bộ 
Bài giảng Kỹ Thuật Điện Đại Cương T©B 
Chương 3: Máy điện đồng bộ 3 
VI.6. Ghép song song máy phát điện đồng bộ 
_____ Tần số không đổi 
Các điều kiện cần đảm bảo trước khi đóng máy phát vào hệ thống: 
– Sức điện động của máy phải bằng điện áp hệ thống. 
– Tần số của máy phải bằng tần số hệ thống. 
– Thứ tự pha của các sức điện động của máy phải giống với thứ tự pha của hệ 
thống. Góc pha giữa các sức điện động và các điện áp hệ thống phải bằng không. 
Khi các điều kiện trên được thoả và điện áp hai đầu máy ngắt bằng không, ta đóng 
máy ngắt để hoà đồng bộ. 
Sau khi hoà đồng bộ, cần chú ý: 
– Việc thay đổi dòng điện kích từ Ikt chỉ làm thay đổi công suất phản kháng mà máy 
nhận từ hệ thống, điện áp của máy phát sẽ không thay đổi và bằng điện áp chung 
cho cả hệ thống. 
– Để điều chỉnh công suất tác dụng cho hệ thống, phải tăng công suất của động cơ 
sơ cấp, trong khi vẫn giữ tốc độ của máy không đổi.