1

Chỉång 5:

QUẠ TRÇNH QUẠ ÂÄÜ TRONG MẠY ÂIÃÛN

I. KHẠI NIÃÛM CHUNG:

Quạ trçnh quạ âäü trong mạy âiãûn xy ra phỉïc tảp hån trong mạy biãún ạp hay
cạc thiãút bë ténh khạc do tênh cháút chuøn âäüng ca nọ. Do váûy nãúu kãø âãún táút c
cạc úu täú nh hỉåíng thç viãûc nghiãn cỉïu s vä cng khọ khàn v phỉïc tảp. Âãø âån
gin ngỉåìi ta âỉa ra nhiãưu gi thiãút gạn cho mạy âiãûn mäüt säú tênh cháút “l tỉåíng
họa”. Dé nhiãn kãút qu s cọ sai säú, nhỉng so sạnh våïi cạc säú liãûu thỉûc nghiãûm
thỉåìng sai säú nàòm trong phảm vi cho phẹp.
Viãûc nghiãn cỉïu vo thåìi âiãøm âáưu
ca quạ trçnh quạ âäü dỉûa trãn ngun l
tỉì thäng mọc vng khäng âäøi v âãø âån
gin chè xẹt trãn mäüt pha ca mạy âiãûn,
cạc cün dáy stato v räto xem nhỉ chè
cọ mäüt vng dáy, lục âọ tỉì thäng Φ
trong mảch tỉì cng chênh l tỉì thäng
mọc vng Ψ.
Qui ỉåïc chn hãû trủc ta âäü trong
Hçnh 5.1
mạy âiãûn nhỉ sau (hçnh 5.1):
• Cạc trủc ta âäü d, q giạ theo dc trủc v ngang trủc ca räto.
• Thnh pháưn dc trủc ca dng stato dỉång khi sỉïc tỉì âäüng do nọ tảo nãn
cng chiãưu våïi sỉïc tỉì âäüng ca cün kêch tỉì.
• Thnh pháưn ngang trủc ca dng stato dỉång khi sỉïc tỉì âäüng do nọ tảo nãn
cháûm 90o so våïi sỉïc tỉì âäüng ca cün kêch tỉì.
II. CẠC LOẢI TỈÌ THÄNG TRONG MẠY ÂIÃÛN:


2

.

.

.

f = d + f

Nhổ vỏỷy:

X f = X ad + X f

vaỡ
.



f

f =

Hóỷ sọỳ taớn cuớa cuọỹn kờch tổỡ:

.

f


.

doỹc truỷc:

d = I d .X

ngang truỷc:

q = I q .X

toaỡn phỏửn:

= I. X

.

.

Hỗnh 5.2

trong õoù: I = I d2 + I q2


Tổỡ thọng tọứng hồỹp moùc voỡng vồùi cuọỹn kờch tổỡ: (chố coù theo truỷc doỹc)
.

.

.


.

.

.

sq = 0 + aq + q = I q .( X aq + X ) = I q . X q


Tổỡ thọng keớ hồớ khọng khờ doỹc truỷc:
.

.

.

.

.

.

.

d = d + ad = I f . X ad + I d . X ad = ( I f + I d ) X ad


Tổỡ thọng cuọỹn caớn:
- Cuọỹn caớn doỹc:
.

III. SặẽC IN ĩNG VAè IN KHAẽNG QUAẽ ĩ:


3

Sổùc õióỷn õọỹng vaỡ õióỷn khaùng quaù õọỹ laỡ nhổợng tham sọỳ õỷc trổng cho maùy
phaùt õióỷn khọng coù cuọỹn caớn vaỡo thồỡi õióứm õỏửu cuớa quaù trỗnh ngừn maỷch.
Khi ngừn maỷch, tổỡ thọng ad tng õọỹt ngọỹt mọỹt lổồỹng ado+ (hỗnh 5.3). Theo
õởnh luỏỷt Lenx, õọỹ tng ado+ seợ laỡm cho f tng lón mọỹt lổồỹng fo+ sao cho
tọứng tổỡ thọng moùc voỡng laỡ khọng õọứi.
.

.

.

f = fo + + ado + = 0

Do f tng nón f cuợng tng mọỹt lổồỹng tyớ lóỷ vỗ:
.

.

f = f . f

vaỡ tổỡ thọng keớ hồớ khọng khờ cuợng giaớm xuọỳng vỗ:
d = f f
ióửu naỡy chổùng toớ d, d vaỡ sổùc õióỷn õọỹng Eq, E tổồng ổùng cuớa maùy phaùt
thay õọứi õọỹt bióỳn vaỡo thồỡi õióứm õỏửu cuớa ngừn maỷch nón khọng thóứ sổớ duỷng caùc
tham sọỳ naỡy õóứ thay thóỳ cho maùy phaùt vaỡo thồỡi õióứm õỏửu cuớa ngừn maỷch.

.

I. ( X + X ) + I. X
ad
ad
f
d
f



4

Tỉì thäng mọc vng ny ỉïng våïi sỉïc âiãûn âäüng Eq’ âỉåüc gi l sỉïc âiãûn âäüng
quạ âäü:
2
2
.
.
.
.
.
.
.
X ad
X ad
E' q = E q − jI d
= U q + jI d ( x d −
) = U q + jI d . x 'd
X σf + X ad

trong âọ: xng - âiãûn khạng tỉì âáưu cỉûc mạy âiãûn âãún âiãøm ngàõn mảch.
IV. SỈÏC ÂIÃÛN ÂÄÜNG V ÂIÃÛN KHẠNG SIÃU QUẠ ÂÄÜ:

Sỉïc âiãûn âäüng v âiãûn khạng siãu quạ âäü l nhỉỵng tham säú âàûc trỉng cho
mạy phạt âiãûn cọ cün cn vo thåìi âiãøm âáưu ca quạ trçnh ngàõn mảch.
Xẹt mäüt mạy âiãûn cọ cạc cün cn dc trủc v ngang trủc, gi thiãút cün kêch
tỉì v cün cn dc trủc l nhỉ nhau nãn c 2 âãưu liãn hãû våïi cün dáy stato båíi tỉì
thäng häù cm chung Φad âỉåüc xạc âënh båíi Xad.
Khi cọ mäüt lỉåüng tàng âäüt ngäüt tỉì thäng ∆Φad, åí räto s cọ thay âäøi tỉång
ỉïng tỉì thäng ca cün kêch tỉì ∆Φf v ca cün cn dc trủc ∆Φ1d sao cho täøng tỉì
thäng mọc vng khäng âäøi, do váûy:
.

.

.

∆ Ψ f + ∆ Ψ 1d + ∆ Ψ ad = 0

- Âäúi våïi cün kêch tỉì:
.

.

.

∆ I f ( X σf + X ad ) + ∆ I 1d X ad + ∆ I d X ad = 0
.

.


Tỉì (5.3) tháúy ràòng lỉåüng tàng ∆Id tảo ra åí 2 cün kêch tỉì v cün cn dc cạc
dng âiãûn tàng cng chiãưu nhỉng âäü låïn t lãû nghëch âiãûn khạng tn ca chụng.
Thay thãú phn ỉïng ca 2 cün dáy åí räto tải thåìi âiãøm âáưu ca ngàõn mảch
bàòng phn ỉïng ca mäüt cün dáy tỉång âỉång dc trủc cọ dng bàòng:
.

.

.

∆ I rd = ∆ I f + ∆ I 1d

v âiãûn khạng tn Xσrd våïi âiãưu kiãûn váùn tha mn ngun l tỉì thäng mọc vng
khäng âäøi, tỉïc l:
.

.

.

∆ Ψ rd + ∆ Ψ σrd + ∆ Ψ ad = 0
.

⇒
⇒

.

∆ I rd ( X σrd + X ad ) + ∆ I d X ad = 0

+
+
X σf X σ1d X ad
xd’’ âỉåüc gi l âiãûn khạng siãu quạ âäü dc trủc.
Tỉång tỉû cho trủc ngang, ta cng cọ âiãûn khạng siãu quạ âäü ngang trủc:
2
X aq
X σ1q . X aq
= Xσ +
x ''q = x q −
X σ1q + X aq
X σ1q + X aq


6

Cạc sỉïc âiãûn âäüng tỉång ỉïng våïi cạc
âiãûn khạng trãn âỉåüc gi l sỉïc âiãûn âäüng
siãu quạ âäü ngang trủc Eq’’ v dc trủc
Ed’’, chụng cọ giạ trë khäng âäüt biãún vo
thåìi âiãøm âáưu ngàõn mảch.
.

.

.

.

.

V dng siãu quạ âäü ton pháưn l:

I ''o = I ''d2 + I ''q2

Trong tênh toạn thỉûc dủng gáưn âụng xem xd’’ = xq’’ ta cọ:
E ''o = ( U cos ϕ ) 2 + ( U sin ϕ + I. x ''d ) 2
hay:

E ''o = ( U + I. x ''d sin ϕ ) 2 + (I. x ''d cos ϕ ) 2

V. NGHÉA VÁÛT L CA CẠC ÂIÃÛN KHẠNG:

Tỉì cạc biãøu thỉïc tênh toạn âiãûn khạng ta tháúy: xd’’ < xd’ < xd
Vãư màût váût l âiãưu âọ âỉåüc gii thêch nhỉ sau: Trong chãú âäü bçnh thỉåìng tỉì
thäng tảo båíi dng stato gäưm mäüt pháưn mọc vng theo âỉåìng tn tỉì, cn pháưn
chênh âi ngang k håí khäng khê khẹp vng qua cạc cỉûc v thán räto. Vç tỉì tråí ch
úu l åí k håí khäng khê cọ tỉì dáùn λad nh (hçnh 5.6a), tỉì cm låïn; do váûy tỉång
ỉïng våïi âiãûn khạng xd.
Khi tỉì thäng stato thay âäøi âäüt ngäüt, trong cün kêch tỉì s cọ dng cm ỉïng
tảo nãn tỉì thäng ngỉåüc hỉåïng våïi tỉì thäng stato, vç váûy cọ thãø xem nhỉ mäüt pháưn
tỉì thäng stato bë âáøy ra ngoi âi theo âỉåìng tn tỉì ca cün kêch tỉì cọ tỉì dáùn λσf


7

(hçnh 5.6b). Nhỉ váûy tỉì thäng stato phi âi qua mäüt täøng tỉì dáùn låïn, tỉì cm s nh
hån v s cọ:
xd’ < xd

Hçnh 5.6

8

i ftd = i ftdo+ . e



t
Td '

= I f . e



t
Td '

Doỡng iftd taỷo nón sổùc õióỷn õọỹng Eq trong cuọỹn dỏy stato vaỡ laỡm xuỏỳt hióỷn
thaỡnh phỏửn tổỷ do chu kyỡ ick trong doỡng stato vồùi trở hióỷu duỷng ban õỏửu laỡ:
I 'ck = I 'd = I 'do+ I d
Id = IN : doỡng ngừn maỷch xaùc lỏỷp ổùng vồùi sổùc õióỷn õọỹng õọửng bọỹ ngang truỷc
Eq do doỡng kờch tổỡ cổồợng bổùc Ifo = If taỷo ra.
Nhổ vỏỷy, thaỡnh phỏửn chu kyỡ cồ baớn cuớa doỡng ngừn maỷch gọửm 2 thaỡnh phỏửn:
z tổỷ do chu kyỡ ick do doỡng tổỷ do cuớa cuọỹn kờch tổỡ iftd sinh ra vaỡ do õoù cuợng
từt dỏửn theo hũng sọỳ thồỡi gian Td.
z chu kyỡ cổồợng bổùc ick do doỡng kờch tổỡ cổồợng bổùc Ifo = If taỷo ra.
ick = ick + ick goỹi laỡ doỡng ngừn maỷch quaù õọỹ vaỡ coù trở hióỷu duỷng ban õỏửu laỡ Ido+.
Do doỡng chu kyỡ tng so vồùi trổồùc khi ngừn maỷch nón trong cuọỹn dỏy stato
xuỏỳt hióỷn thaỡnh phỏửn tổỷ do khọng chu kyỡ itd sao cho doỡng ngừn maỷch toaỡn phỏửn ồớ
thồỡi õióứm õỏửu ngừn maỷch laỡ khọng õọỹt bióỳn. Doỡng naỡy từt dỏửn theo hũng sọỳ thồỡi
gian Ta cuớa maỷch stato:

khäng cm ỉïng sang stato.
- Tỉì trỉåìng quay cng chiãưu våïi räto (+ω) s quay våïi täúc âäü 2ω so våïi stato
v cm ỉïng sang stato tảo nãn dng tỉû do chu k ick(2ω) cọ táưn säú 2ω. Dng ny tàõt
dáưn theo hàòng säú thåìi gian Ta.
Tọm lải:
Dng trong cün dáy stato l:
iN = ick + ∆i’ck - itd - ick(2ω) = i’ck - itd - ick(2ω)
Dng trong cün dáy kêch tỉì l:
if = Ifo + iftd - ifck
VII. QUẠ TRÇNH QUẠ ÂÄÜ TRONG MẠY ÂIÃÛN CỌ CÜN CN:

Khi tỉì thäng phn ỉïng pháưn ỉïng thay âäøi, trong cün cn cng cm ỉïng nãn
mäüt dng tỉû do khäng chu k tỉång tỉû nhỉ trong cün kêch tỉì. Dng ny lải tạc
dủng lãn cün dáy stato v cün cn trong quạ trçnh quạ âäü.
VII.1. Dng trong cün dáy stato:

Ngoi cạc thnh pháưn dng âiãûn giäúng nhỉ åí mạy âiãûn khäng cün cn,
trong cün dáy stato ca mạy âiãûn cọ cün cn cn bao gäưm:
z Thnh pháưn siãu quạ âäü tỉû do dc trủc ∆ i’’ck do dng tỉû do trong cün cn
dc trủc sinh ra, do âọ nọ tàõt dáưn theo hàòng säú thåìi gian T’’d ca cün cn dc trủc.
Nhỉ váûy thnh pháưn chu k dc trủc gäưm:
i’’ck = ick + ∆ i’ck + ∆ i’’ck = i’ck + ∆ i’’ck
i’’ck gi l dng ngàõn mảch siãu quạ âäü dc trủc, cọ trë hiãûu dủng ban âáưu l:
E"q
"
I do+ = "
xd
Do T’’d bẹ nãn dng trong cün cn v dng ∆ i’’ck tàõt nhanh hån dng ∆ i’ck
do cün kêch tỉì sinh ra.
z Thnh pháưn siãu quạ âäü tỉû do ngang trủc i’’q do dng tỉû do trong cün cn

rst

trong âọ: X2 - âiãûn khạng thỉï tỉû nghëch ca mạy âiãûn

Nãúu ngàõn mảch cạch mạy âiãûn mäüt âoản cọ täøng tråí Z = r + jx thç:


11

Ta =

X2 + x
rst + r

VIII.2. Hàòng säú thåìi gian ca cün kêch tỉì:

Tfo =

X f X ad + X σf
=
rf
rf

H

Khi mạy phạt khäng ti:

H

Khi ngàõn mảch ngay tải âáưu cỉûc mạy phạt:


Tải thåìi âiãøm âáưu ca ngàõn mảch, vç tỉì thäng mọc vng våïi cạc cün dáy l
khäng âäøi nãn thiãút bë TÂK khäng cọ nh hỉåíng. Âiãưu âọ cho phẹp tênh toạn cạc
tham säú åí thåìi âiãøm âáưu ca ngàõn mảch (chàóng hản nhỉ Io’’, Eo’’, ixk) giäúng nhỉ âäúi
våïi cạc mạy âiãûn khäng cọ TÂK.
Trong khong thåìi gian tiãúp theo ca quạ trçnh quạ âäü, TÂK lm tàng dng
kêch tỉì v do âọ lm tàng cạc thnh pháưn dng trong cün dáy stato v cün cn
dc. Quạ trçnh ny diãùn ra cháûm, do váûy thỉûc tãú nọ chè lm thay âäøi sỉïc âiãûn âäüng
quay ca stato v thnh pháưn chu k ca dng stato. Thnh pháưn khäng chu k v
sọng âiãưu ha báûc 2 åí stato váùn giäúng nhỉ khi khäng cọ TÂK.
Âäúi våïi cün cn dc, dng sinh ra trong nọ l do sỉïc âiãûn âäüng biãún ạp, sỉïc
âiãûn âäüng ny nh vç dng kêch tỉì if thay âäøi cháûm. Do váûy dng tỉû do cọ bë gim
xúng nhỉng khäng âạng kãø.


12

IX.2. nh hỉåíng ca phủ ti:

nh hỉåíng ca phủ ti åí thåìi âiãøm âáưu ca ngàõn mảch phủ thüc vo âiãûn ạp
dỉ tải âiãøm näúi phủ ti, tỉïc phủ thüc vo âiãûn khạng xN tỉì phủ ti cho âãún âiãøm
ngàõn mảch.
z Khi xN < 0,4: phủ ti xem nhỉ ngưn cung cáúp lm tàng dng ngàõn mảch.
z Khi xN > 0,4: phủ ti tiãu thủ dng âiãûn lm gim dng ngàõn mảch.
z Khi xN = 0 thç dng phủ ti chiãúm khong 25% dng ngàõn mảch.
Trong tênh toạn thỉûc tãú, cạc phủ ti âỉåüc gäüp chung thnh phủ ti täøng håüp åí
mäüt âiãøm ca hãû thäúng âiãûn v âỉåüc thay thãú gáưn âụng bàòng:
X’’PT = 0,35 v E’’PT = 0,8
Chè kãø âãún mäüt cạch riãng r cạc âäüng cå cåỵ låïn v âỉåüc thay thãú nhỉ sau:
- Cạc âäüng cå âäưng bäü cọ cáúu tảo giäúng nhỉ mạy phạt. ÅÍ thåìi âiãøm âáưu ca