5. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA
MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ


 !
W
A
V
"



#
i
t
r
t
"

$
-
%
A
A
V
V
&

W
5 1. Đặc tính không tải: E = U
0

Khi E = E
đm
= 1, với máy phát tuabin hơi k
μd

= k
μ
= 1,2, còn đối với máy phát điện tuabin
nước k
μd
= 1,06.
Hình 22-2. Đặc tính không tải
của máy phát tuabin hơi (a) và
máy phát tuabin nước (b)
E
*
i
t*
0,8
0,4
1,2
1 2
3
b
a
0
5.2. Đặc tính ngắn mạch và tỷ số ngắn mạch K
Đặc tính ngắn mạch là quan hệ I
n
= f(i

σ'

'
E

I

a)
E

d
xIj

ud
xIj

u
xIj
σ

I

Mạch điện thay thế như ở hình 22-3b.
Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy
không bão hoà vì từ thông khe hở Φ
δ
rất nhỏ, s.đ.đ. E
δ
= E
0

I
n0
= U
đm
/x
d
(22-3)
trong đó x
d
là trị số bão hoà của điện kháng
đồng bộ dọc trục ứng với E = U
đm
.
Thay trị số I
n0
theo (22-3) vào (22-2) ta có:
#
#
2
3
2
3
I
n0
-

i
t
i
tn

Từ hình 22-5, dựa vào các tam giác đồng dạng OAA
’
và OBB
’
ta có:
tn
t
dm
n
i
i
I
I
K
00
==
(22-5)
trong đó: i
t0
– dòng kích thích ứng với khi không tải U
0
= U
đm
i
tn
– dòng kích thích úng với lúc ngắn mạch I = I
đm
.
Máy phát điện đồng bộ có K lớn thì có ưu điểm là độ thay đổi
điện áp ΔU nhỏ và sinh ra công suất điện từ lớn, máy làm việc ổn

có U = U
đm
, sau đó giữ không đổi khi thay
đổi tải.
Dòng kích từ i
t
ứng với I = I
đm
, U = U
đm
,
cosφ = cosφ
đm
, f = f
đm
được gọi là dòng điện
kích từ định mức.
cos
ϕ
= 0,8(điện cảm)
cos
ϕ
= 1
cos
ϕ
= 0,8(®iÖn dung)
∆4

4


lớn nên ΔU lớn hơn so với máy
phát tuabin nước.
Thông thường ΔU% = 25 ÷ 35%.
ΔU của máy phát đện có thể xác định trực tiếp trên máy đã chế
tạo. Lúc thiết kế, để tính ΔU có thể dựa vào đồ thị véctơ s.đ.đ. hoặc đồ
thị véctơ s.t.đ.đ.
5.4. Đặc tính điều chỉnh
i
t
= f(I) khi U = const; cosφ = const; f = f
đm
Đặc tính điều chỉnh cho biết hướng điều chỉnh
dòng kích từ i
t
của máy phát để giữ cho điện áp đầu
cực máy không đổi.
Khi làm thí nghiệm để lấy đặc tính điều chỉnh,
phải thay đổi tải Z và đồng thời thay đổi dòng kích
từ i
t
để có cosφ = const và U = const.
Dạng của đặc tính điều chỉnh với các trị số cosφ
khác nhau như ở hình 22-7.
- Với tải cảm, khi I tăng muốn giữ cho U không
đổi phải tăng dòng kích từ i
t
.
- Với tải dung, khi I tăng, muốn giữ U không
đổi thì phải giảm dòng kích từ i
t

ϕ
= 1
Hình 22-7.
Đặc tính điều chỉnh của
máy phát điện đồng bộ
5.5. Đặc tính tải
U = f(i
t
) khi I = const; cosφ = const; f = f
đm
•
Với mỗi trị số của I và cosφ ta có một đặc tính tải.
•
Trong các đặc tính tải, đường đặc tính tải thuần cảm với cosφ = 0 và
I = I
đm
là có ý nghĩa nhất.
•
Dạng của đặc tính tải thuần cảm như đường 3 trên hình 22-8. Đồ thị
véctơ ứng với chế độ đó khi bỏ qua rư như ở hình 22-9.
Hình 22-8. Xác định đặc tính tải thuần cảm từ
đặc tính không tải và tam giác điện kháng.
45-
E
δ
A"
<=

б'
)-


Hình 22-9.
Đồ thị véctơ s.đ.đ. của máy phát
điện đồng bộ ở tải thuần cảm
ud
xIj .

−
u
xIj
σ
.

−
U

0
E

δ
E

I

Đặc tính tải thuần cảm có thể suy ra từ đặc tính không tải và tam
giác điện kháng.
•
Tam giác điện kháng:
Từ đặc tính ngắn mạch (đường 2 trên hình 22-8), để có I
n

không bão hoà.
Tam giác ABC được gọi là tam giác điện kháng. Các cạnh BC và
AB của tam giác điện kháng tỷ lệ với dòng điện tải định mức I
đm
.
•
Cách thành lập đặc tính tải thuần cảm từ đặc tính không tải và tam giác
điện kháng:
Tịnh tiến tam giác ABC hoặc OAC sao cho đỉnh A tựa trên đặc
tính không tải thì đỉnh C sẽ vẽ thành đặc tính tải thuần cảm (đường 3).
Nếu các cạnh của tam giác điện kháng được vẽ tỷ lệ với I = I
đm
thì
đặc tính tải thuần cảm vẽ được là ứng với I = I
đm
.
•
Chứng minh:
Khi ngắn mạch với I = I
đm
và khi tải thuần cảm với I = I
đm
, cả s.đ.đ.
tản E
бư
và phản ứng phần ứng khử từ F
ưd
đều không đổi, do đó các cạnh
của tam giác điện kháng AB = E
бư

’
.
Trên thực tế, do ảnh hưởng của bão hoà mạch từ, đặc tính tải thuần
cảm có được bằng thí nghiệm trực tiếp có dạng như đường nét đứt. Sự
khác đó là do khi dòng điện kích từ tăng, cực từ của máy càng bão hoà,
từ thông tản của dây quấn kích thích tăng, do đó s.t.đ. của cực từ cần
thiết để khắc phục phản ứng khử từ của phần ứng càng phải lớn, nghĩa
là cạnh BC của tam giác điện kháng càng phải dài hơn.
5.6. CÁC ĐẶC TÍNH GÓC
CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ
5.6.1. Đặc tính góc công suất tác dụng: P = f(ө) khi E = const, U = const.
ө - góc tải giữa các véctơ s.đ.đ. E và điện áp U.
Để đơn giản, ta bỏ qua r
ư
vì r
ư
<< x
đb
, x
d
, x
q
.
Ta có: P = mUIcosφ.
Với máy cực lồi, theo đồ thị véctơ hình 21-3,
với r
ư
= 0 ta có:
I
d

qq
xIj

−
U

I

d
I

q
I

ϕ
Ψ
Ψ
0
E

N
P
Q
0
θθθθθ
cossinsincossin
22
ddq
x
mU

ở biểu thức (21-12) ta được:
và
= P
e
+ P
u
(21-13)
θθ
2sin
11
2
sin
**
2
*
*
**
*








−+=
dqd
xx
U

2
1
'2722sin
1,1
187,1
00
*
xP
dm






−+
×
=
= 0,65 + 0,15 = 0,8
Ta thấy: P
u
= 0,15, chiếm khoảng 19% công suất của máy.
Từ biểu thức (21-13) thấy rằng, công suất của máy cực lồi gồm hai
thành phần:
- Thành phần P
e
tỷ lệ với sinθ và phụ thuộc vào E
0
(tức phụ thuộc vào i
t

q
= x
d
nên:
P = mUE.sinθ/x
d
(21-15)
Đường biểu diễn P = f(θ) như ở
hình 21-9, trong đó π > θ > 0 ứng
với chế độ máy phát điện, còn 0 > θ
> -π/2 ứng với chế độ động cơ điện.
Hình 21-8. Đường sức từ trường trong
máy phát điện đồng bộ phản kháng.
N
S
d
d
q
q
b)
N
S
d
d
q
q
a)
Hình 21-9. Đặc tính góc công suất tác dụng của
máy phát điện đồng bộ cực lồi (a) và cực ẩn (b)
P

ĐCĐ
P
a)
P
P
e
P
u

θ 180
0 -180
0

1,2

0,8

0,4

1,6

- 1,2

- 0,8

δ
< 0, từ trường tổng F
δ
trên
mặt stato kéo rôto (hoặc F
0
) quay theo
(hình 21-10b). Chính lực kéo đó biểu thị
cho công suất P.
Khi θ
δ
thay đổi, lực kéo giữa F
0
và F
δ

sẽ thay đổi và P thay đổi theo.
θ
δ
> 0 θ
δ
< 0
Hình 21-10. Từ trường ở khe hở khi
máy điện đồng bộ làm việc ở chế độ
máy phát (a) và ở chế độ động cơ (b)
M
n
a)



+−








−+=
dqdqd
xx
mU
xx
mU
x
mUE
Q
11
2
2cos
11
2
cos
22
θθ
(21-16)

đổi hình sin (ứng với tần số f
1
). Tổn hao sắt phụ thuộc vào từ cảm, tần
số, trọng lượng lõi thép, chất lượng tôn silic, trình độ công nghệ chế
tạo lõi thép.
•
Tổn hao kích từ: là công suất tiêu hao trên điện trở của dây quấn kích
từ và các chổi than.
•
Tổn hao phụ: bao gồm:
- Tổn hao phụ do dòng điện xoáy ở các thanh dẫn của stato và các bộ
phận khác của máy do từ trường tản của dòng điện phần ứng sinh ra.
- Tổn hao ở bề mặt cực từ hoặc ở bề mặt lõi thép rôto (máy cực ẩn) do
từ cảm khe hở có sóng điều hoà răng vì stato có rãnh.
- Tổn hao ở răng của stato do sự đập mạch ngang và dọc của từ
thông chính và do các sóng điều hoà bậc cao có tần số khác f
1
.
•
Tổn hao cơ, bao gồm:
- Tổn hao công suất cần thiết để đưa không khí làm mát hoặc các
chất làm mát khác vào trong máy.
- Tổn hao ma sát ở ổ trục, ở bề mặt rôto khi rôto quay trong môi
trường làm lạnh…
Trong các máy đồng bộ bốn cực công suất trung bình, tổn hao đồng
trong dây quấn phần tĩnh và dây quấn kích thích chiếm khoảng 65%
tổng tổn hao, tổn hao trong lõi thép stato chiếm khoảng 14%.
Ở các máy phát tuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm, tổn hao
trong dây quấn phần tĩnh và dây quấn kích từ chiếm khoảng 35%, còn
tổn hao trong lõi thép stato chiếm tới 37%.

đt
– p
cu
– p
Fe
Ở đây: P
đt
- công suất điện từ chuyển tử rôto sang stato;
p
cơ
- tổn hao cơ;
p
t
- tổn hao kích từ;
p
f
- tổn hao phụ;
P
2
– công suất điện ở đầu ra máy phát;
p
cu
-

tổn hao đồng ở dây quấn phần ứng;
p
Fe
- tổn hao thép ở stato.
+ Với động cơ điện, quá trình biến đổi năng lượng ngược lại.
Sơ đồ năng lượng của máy phát và động cơ điện đồng bộ trình bày

1
P
đt
P
2
p
cu
p
Fe
p
c
ơ
p
f
p
t
b)
5.8. ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TÁC DỤNG
VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CỦA MFĐB
24.3.1. Điều chỉnh công suất tác dụng P của MFĐĐB
1. Trường hợp MFĐ làm việc trong hệ thống có công suất vô cùng lớn.
Do hệ thống có công suất vô cùng lớn nên U = const, f = const.
Nếu giữ i
t
= const thì E = const và quan hệ P = f(θ) như đã biết ở biểu
thức (21-13) và hình 21-9.
Ở chế độ làm việc xác lập, công suất tác dụng P của máy phát ứng với
góc tải θ nhất định phải cân bằng với công suất cơ đưa vào trục máy để
làm quay máy phát điện.
Đường biểu diễn công suất cơ của động cơ sơ cấp được biểu thị bằng

1
0
P
cb
P
d
m
x
mUE
P
=
(24-1)
Với máy cực lồi suy ra được góc θ
m
xác
định bởi:
B
ABA
m
4
8
cos
22
−+
=
θ
trong đó:
d
x
mUE

phát quay nhanh lên, góc θ sẽ tăng thêm một lượng +Δθ, tương ứng
công suất P tăng thêm một lượng ΔP. Vì lúc đó công suất cơ đã trở về
trị số ban đầu nên P + ΔP > P
cơ
, kết quả là rôto bị ghìm lại và máy phát
điện trở lại làm việc ở góc θ ban đầu sau một vài dao động.
Ngược lại, nếu máy làm việc ở điểm B ứng với góc θ
2
> θ
m
thì khi
công suất cơ thay đổi như trên, góc θ tăng thêm Δθ sẽ làm cho P của
máy phát điện giảm và P < P
cơ
, kết quả là rôto quay nhanh thêm và góc
θ càng tăng… máy phát điện mất đồng bộ với lưới điện.

Từ đó
m
dq
m
d
m
xx
mU
x
mUE
P
θθ
2sin