1T VN

Mỏy phỏt in d phũng m bo liờn tc cho cỏc ph ti c bit
l mt yờu cu khụng th thiu c trong cỏc nh mỏy sn xut cụng
nghip v cỏc c quan vớ d nh: Bnh vin, i phỏt thanh v cỏc sinh hot
cụng nghip khỏc. Do vy tỡm hiu v nhng vn liờn quan n iu
khin t ng mỏy phỏt in d phũng l rt cn thit. i vi bn ỏn ca
tụi cn quan tõm ti ba ni dung chớnh ú l:
n nh tc ng c s cp
1. n nh in ỏp ca mỏy phỏt in d phũng sao cho khụng
ph thuc vo s thay i ca ph ti v khụng chu nh hng vo ngun
nng lng c khớ (ng c s cp).
2. T ng chuyn i mỏy phỏt d phũng tip tc cung cp
in cho ph ti khi li in quc gia mt v t ng ngng mỏy phỏt d
phũng khi li in quc gia cú tr li.
Ngoi ra bn ỏn ny ca tụi cú th cho hc sinh tỡm hiu
nghiờn cu v thc hnh, vn dng nhng iu ó núi trờn thỡ cn phi
cú mt mụ hỡnh thc hnh v ni dung ỏn ca tụi l xõy dng mụ hỡnh
thc hnh ú.
Bn thuyt minh ỏn sau õy ca tụi l nhng trỡnh by v quỏ
trỡnh tham gia ch to mụ hỡnh ú. Bn thuyt minh c chia thnh nhiu
chng: Chng I: Gii thiu v mỏy phỏt in xoay chiu ng b
Chng II: n nh tn s in ỏp mỏy phỏt.
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

3
CHƯƠNG I
MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ

Đối với máy phát xoay chiều ở đây ta không quan tâm nhiều về vấn đề
cấu tạo hay về nguyên lý làm việc mà chủ yếu ta quan tâm về: Năng lượng
sơ cấp để kéo roto máy phát, vấn đề tự kích từ và tự động kích từ. Tự động
ổn định điện áp, tần số điện áp máy phát.
1. Nguồn năng lượng sơ cấp.
Điện áp do bất cứ máy phát nào phát ra đều phụ thuộc vào tốc độ quay
của động cơ sơ cấp (n). Điều đó kéo theo tần số của điện áp cũng phụ thuộc
vào động cơ sơ cấp ( f= f(
n
)). Khi tốc độ quay của động cơ sơ cấp tăng thì tần
số của điện áp phát ra cũng tăng theo và ngược lại do đó đặt vấn đề phải giải
quyết là phải tự động ổn định tần số điện áp phát ra.
Nguồn năng lượng sơ cấp thì ta có thể sử dụng nhiều loại như:
Tuabin nước.
Tuabin gió.
Động cơ điezen.

I. I CNG V MY PHT IN NG B.
Mỏy in ng b núi chung v mỏy phỏt in ng b núi riờng c s
dng rng rói trong cụng nghip. Phm vi s dng chớnh l bin i c nng
thnh in nng, ngha l lm mỏy phỏt in. in nng ba pha ch yu
dựng trong nn kinh t quc dõn v trong i sng. c sn xut t cỏc nh
mỏy phỏt in quay tuabin hi hoc khớ nc.
Ngoi ra mỏy in ng b cũn c lm ng c c bit trong cỏc thit
b ln vỡ chỳng cú kh nng phỏt ra cụng sut phn khỏng.
1. Phõn loi.
Theo kt cu cú th chia mỏy phỏt in ng b thnh hai loi: Mỏy phỏt
in ng b cc n thớch hp vi tc quay cao (s cc 2p = 2) v mỏy
phỏt in ng b cc li thớch hp khi tc quay thp (2p

4).
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN

5Theo chc nng, cú th chia mỏy phỏt in ng b thnh cỏc loi ch
yu sau:
a. Mỏy phỏt in ng b.
Mỏy phỏt in ng b thng c kộo bi tuabin hi hoc tuabin nc
v c gi l mỏy phỏt tuabin hi hoc mỏy phỏt tuabin nc. Mỏy phỏt
tuabin hi cú tc quay cao, do ú c ch to theo kiu cc n v cú
trc mỏy t nm ngang. Mỏy phỏt in tuabin nc thng cú tc quay
thp nờn cú kt cu theo kiu cc li v ni chung trc mỏy c t thng
ng. Trong trng hp mỏy phỏt in cú cụng sut nh v cn di ng thỡ
thng dựng ng c iezen lm ng c s cp v c gi l mỏy phỏt
in iờzen. Mỏy phỏt in iờzen thng cú cu to cc li.

pha v than mỏy, np mỏy. Lừi thộp stato c ộp bng cac lỏ tụn silic dy
0,5mm, hai mt cú ph sn cỏch in. dc chiu di lừi thộp stato c cỏch
khong 3
ữ
6 cm li cú mt rónh thụng giú ngang trc,rng 10 mm. Lừi thộp
stato c t c nh trong thõn mỏy. Trong cỏc mỏy ng b cụng sut
trung bỡnh, than mỏy c ch to kiu kt cu khung thộp, mt ngoi bc
bng cỏc tm thộp dỏt dy.Thõn mỏy phi thit k v ch to sao cho
trong nú hỡnh thnh h thng ng thụng giú lm lnh mỏy in. Np mỏy
cng c ch to t thộp tm hoc t gang ỳc. cỏc mỏy ng b cụng
sut trung bỡnh v ln trc khụng t np mỏy m giỏ trc t c
nh trờn b mỏy.
b. Kt cu ca mỏy phỏt in ng b cc li.
Mỏy ng b cc li thng cú tc quay thp, vỡ vy khỏc vi mỏy
ng b cc n, ng kớnh rụto D ca nú cú th ln ti 15 m trong khi
chiu di l li nh vi t l 1/D =0,15
ữ
0,2.
Rụto ca mỏy in cc li cụng sut nh v trung bỡnh cú lừi thộp c
cu to bng thộp ỳc v gia cụng thnh khi lng tr hoc hỡnh tr trờn mt
cú t cỏc cc t. cỏc mỏy ln, lừi thộp ú c hỡnh thnh bi cỏc tm
thộp dy 1
ữ
6 mm, c dp hoc ỳc nh hỡnh sn ghộp thnh cỏc khi
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN

7lng tr v lừi thộp ny thng khụng trc tip lng vo trc mỏy m c

8phát, rôto tuabin nước và xung lực của nước đi vào tuabin. Như vậy kích
thước xà đỡ trên rất lớn tốn nhiều sắt thép, đồng thời bản thân máy cũng cao
lớn do đó tăng chi phí xây dựng buồng đặt máy. Ở máy phát tuốcbin nước
kiểu dù, ổ đỡ trục nằm trên xà dưới. Xà đỡ dưới được cố định trên nền của
gian máy, do đó ngắn hơn và ở một số máy, ổ trục đỡ được đặt ngay trên nắp
của tuabin nước. Trong cả hai trường hợp đều giảm được vật liệu chế tạo (có
thể đến vài trăm tấn đối với các máy lớn) và khiến cho bản thân máy và
buồng đặt máy đều thấp hơn.
Trên cùng trục máy phát tuabin thường có đặt them các máy phụ - máy
kích thích, để cung cấp dòng diện một chiều cho cực từ cuả máy phát đồng
bộ và máy phát điều chỉnh để làm nguồn cung cấp điện cho bộ điều chỉnh tự
động của tuabin.
Điều chỉnh điện áp máy phát ta điều chỉnh dòng kích từ I
d
dẫn đến từ
thông và điện trường thay đổi, ta sẽ điều chỉnh được điện áp.
Ta điều chỉnh tần số thì ta điều chỉnh tốc độ của động cơ sơ cấp ( tuabin
nước, khí, dầu, gió).
Ta điều chỉnh công suất máy phát ta phải điều chỉnh công suất điện từ,
tức là ta điều chỉnh góc
θ
giữa U và E
0
. Muốn điều chỉnh góc
θ
ta phải điều
chỉnh công suất của động cơ sơ cấp.

Mỏy phỏt bin i c nng thnh in nng do ú ta phi dựng
ng c s cp quay rụto vi tc n. vỡ rụto l nam chõm in nờn cm
ng trong dõy qun stato sut in ng 3 pha e
A
, e
B
, e
C
.
Tr s hiu dng sut in ng 1 pha
E
0
= 4,44. w.f.k.dq..
W: s vũng ca mt pha.
f =
60
.np

f: l tn s
n: l tc rụto
p: l s i cc
k.dq: l h s dõy qun

0
: t trng di mt cc
Khi mỏy phỏt mang ti (mch ngoi kớn) trong dõy qun dũng in 3
pha to ra mt t trng quay n
1
= n.
4. Phng trỡnh v cỏc quan h in t.

d
sinh ra từ trường phần ứng, Φưd trùng pha nhau sinh ra suất điện
động
tải thuần dung phản ứng phần ứng dọc trục (Φ
ud
, Φ
0
cùng trục), trợ từ
(Φ
ud
cùng chiều Φ
0
).
+ Tải thuần cảm: Tương tự như tải thuần dung nhưng tải thuần cảm
dùng stato I
d
chậm sau E
0
một góc 90
0
, ta cs đồ thị véc tơ.
E
ud
= - j.n
ud
.I
d
.
Tải thuần cảm phản ứng phần ứng dọc trục khử từ (Φ
ud

.
I
n
:gây ra phản ứng phần ứng ngang trục.
I
d
: Gây ra phản ứng cảm ứng đồng trục(trợ từ hay khử từ) tuỳ thuộc
vào tải mang tính chất tương ứng.
Trợ từ mang tính chất điện dung .
khử từ mang tính chất điện cảm.
b. Phương trình của máy phát điện.
Φ
0
sinh ra E
0
.
I = I
d
+I
n
.
I
d
sinh ra Φ
ud
, Φ
ud
sinh ra E
ud
.

n
).
Đối với may phát điện ta có sơ đồ như sau.

R: là điện trở dây quấn phản ứng phần ứng stato. Trong nhiều trường
hợp ta bỏ qua R vậy ta có
∑
= UE .
E
o
+E
ud
+E
un
+E
t
=U
E
0
=U –E
ud
-E
un
-E
t
Thay các biểu thức ta được
E
0
= U + j.x
d

E
o
=U + j.x
db
.I.
II. TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG
BỘ.
Như đã biết về sự cân bằng năng lượng của máy điện đồng bộ, khi làm
việc, trong máy có các tổn hao đồng, tổn hao sắt, tổn hao kích từ, tổn hao
phụ và tổn hao cơ.
Tổn hao đồng là công suất mất mát trên dây quấn phần tĩnh với giả thiết
là mật độ dòng điện phân bố đều trên tiết diện của dây dẫn.Tổn hao này phụ
thuộc vào trị số mật độ dòng điện, trọng lượng đồng và thường được tính ở
nhiệt độ 75
o
C.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

12Tổn hao sắt từ là cơng suất mất mát trên mạch từ (gơng và răng) do từ
trường biến đổi hình sin (ứng với tần số f
1
). Tổn hao này phụ thuộc vào trị số
của từ cảm, tần số, trọng lượng lõi thép, chất lượng của tơn silic, trình độ
cơng nghệ chế tạo lõi thép.
Tổn hao kích từ là cơng suất tổn hao trên điện trở của dây quấn kích
thích và của các chổi than. Nếu máy kích thích đặt trên trục của máy đồng
bộ thì cơng suất tổn hao trên phải chia cho hiệu suất của máy kích thích.

bt tn hao trong lừi thộp stato nờn dựng tụn silic cú sut tn hao nh. Tn
hao ph cú th chim ti khong 11% i vi mỏy phỏt tuabin nc, trong
ú ch yu l tn hao b mt v tn hao p mch vo khong 18% i vi
mỏy phỏt tuabin hi v õy khỏc vi trng hp mỏy phỏt tuabin hi v
õy khỏc vi trng hp mỏy phỏt tuabin nc, tn hao ph trong dõy ng
ca stato l ch yu. gim bt tn hao ph trong cỏc mỏy cụng sut ln
thng dựng cỏc bin phỏp sau:
a.Chia dõy dn theo chiu cao ca rónh thnh nhiu dõy ng bt dy
khong 4 ữ 5 mm v hoỏn v vj trớ ca chỳng trong rónh (ụi khi c
phn du ni) sao cho dc chiu di ca rónh mi dõy ng bt u nm
tt c cỏc v trớ t phớa ỏy rónh lờn phớa ming rónh.
b.Ch to cỏc vnh ộp lừi thộp stato, vnh ai u ni ca rụto bng
thộp khụng t tớnh.
c.Tin xoỏy c b mt rụto ca mỏy phỏt tuabinhi.
Hiu sut ca mỏy phỏt in ng b c xỏc nh bng biu thc:
=
PP
P
z
z
+

Trong ú: P
z
: cụng sut u ra ca mỏy;
p: tng tn hao trong mỏy.
Hiu sut ca cỏc mỏy phỏt ng b lm lnh bng khụng khớ cụng sut
o,5 ữ 3000 kw vo khong 92 ữ 95%; cụng sut 3,5 ữ 100000kw vo
khong 95 ữ 97,8%. Nu lm lnh bng hyrụgen thỡ hiu sut cng cú th
tng khong o,8%.

t
không dổi thì E là hằng số và theo biểu thức (24-11) thì P là hàm số của
góc θ vcà đường biểu diễn của nó có dạng như đã biết trên hình24-9. Ở chế
độ làm việc xác lập công suất tác dụng P của máy ứng với góc θ nhất địng
phải cân bằng với công suất cơ trên trục làm quay máy phát điện. Đường
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

15biểu diễn công suất cơ của động cơ sơ cấp được biểu thị bằng đường thẳng
song song với trục ngang và cắt đặc tính góc ở điểm A trên hình 27-4.Như
vậy muốn điều chỉnh công suất tác dụng Pcủa máy phát thì phải thay đổi
góc θ nghĩa là giao điểm A bằng cách thay đổi công suất cơ trên trục máy.
Công suất tác dụnh cực đại P
m
mà máy phát điện có thể cung cấp cho
hệ thống điện ứng với khi dP/dθ = 0. Áp dụng điều kiện đó đói với biểu
thức (24-11) của máy phát đồng bộ cực ẩn suy ra được θ
m
= 90
o
và:
P
m
=
d
x
mUE


d
xx
mU
x
mUE
θθ
2sin)
11
(
2
sin
2
−+

Khi điều chỉnh công suất tác dụng cần chú ý ră ngf máy phát điện đồng
bộ chỉ làm việc ổn định tĩnh khi 0< θ <θ
m
. Để thấy rõ điều đó, giả sử rằng
máy đang làm việc ở giao điểm A ứng với θ
1
< θ
m
. Nếu do một nguyên
nhân nào đó công suất cơ P
cơ
của động cơ sơ cấp tăng lên trong một thời
gian ngắn sau đó lại trở về trị số ban đầu thì rôto của các máy phát điện sẽ
quay nhanh lên. Như vậy góc θ sẽ tăng thêm +∆θ và tương ứng công suất P
sẽ tăng thêm ∆P. Vì lúc đó công suất cơ P
cơ


trong đó dP/dθ được gọi là công suất chỉnh bộ đặc trưng cho khả năng
giữ cho máy làm việc đồng bộ trong lưới điện và được ký hiệu bằng P
cb
.
Từ các biểu thức (24-13) ,(24-15) suy ra được hệ số công suất chỉnh bộ
đối với máy cực lồi:
P
cb
=
d
x
mUE
cosθ +mU
2
(
dq
xx
11
−
)cos2θ
Và đối với máy cực ẩn:
P
cb
=
d
x
mUE
cosθ
Đường biểu diễn của công suất chỉnh bộ, ta thấy khi không tải (θ = 0),

m
=
dm
θ
sin
1

Theo quy định thì cần đảm bảo k
m
>1,7 và muốn như vậy thì máy phải
có tỷ số ngắn mạch K lớn, nghĩa là x
d
phải nhỏ (hoặc khe hở lớn)
Cần chú ý rằng khi điều chỉnh công suất tác dụng, do θ thay đổi nên
công suất phản kháng cũng thay đổi theo.
b.Trường hợp máy phát điện công suất tương tự làm việc song song.
Giả sử có hai máy phát điện công suất bằng nhau làm việc song song.
Ở trường hợp này, trong điều kiện tải của lưới điện không đổi khi tăng công
suất tác dụng của máy mà không giảm tương ứng công suất tác dụng của
máy kia thì tần số của lưới điện sẽ thay đổi cho đến khi có sự cân bằng mới
và khiến cho hộ dùng điện phải làm việc trong tần số khác định mức. Vì
vậy, để cho f = const khi tăng công suất tác dụng của một máy thì phải giảm
công suất tác dụng của máy kia. Chính cũng bằng cách đó mà có thể thay
đổi sự phân phối công suất tác dụng giữa hai máy.
2. Điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ.
Ta hãy xét việc điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát điện
đồng bộ làm việc trong lưới điện vô cùng lớn (U,f = const) khi công suất tác
dụng cuả máy được giữ không đổi.
Giả sử máy có cực ẩn và để đơn giản, bỏ qua tổn hao trên dây quấn
phần ứng (r
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

19CHNG II
N NH TN S IN P MY PHT

I. CC LOI NG C S CP
Trong cụng nghip cng nh trong i sng ngi ta cú rt nhiu cỏch
cú th phỏt ra in nng, n gin nht l phng phỏp c sỏt u v bỳt
nha vo tm len hoc d cng cú th sinh ra mt in nng cú nng lng
hỳt c mu giy nh vn lờn õy ngun nng lng s cp l sc lc
ca con ngi nhng trong trng hp ny ngi ta ch lm mt thớ
nghim n gin l phỏt hin in nng m thụi. Trong cụng nghip hin i
ngi ta s dng cỏc ngun c nng cú sc mnh hn rt nhiu nh:
Nh mỏy thu in thỡ s dng sc nc lm quay Tuabin nc. Nh
mỏy nhit in thỡ s dng nhit lng lm quay Tuabin hi, hay mt s
trng hp s dng sc giú lm quay Tuabin cng lm sinh ra in

phn chnh lu cú khi gi l vnh i chiu (vnh gúp).
1.2 Mỏy in mt chiu chia lm ba phn chớnh.
1) Phn cm-stato.
to t trng cho mỏy.
a. Cc t chớnh: Gm cú lừi thộp v dõy qun kớch t.Trong ú cú
dũng mt chiu ta gi l dũng kớch t to ra t trng cho mỏy.
b. Cc t ph. ci thin tia la in gia chi than v vnh i
chiu. Gm cú lừi thộp v dõy qun cc t ph ni tip vi dõy qun phn
ng.
c. V mỏy: Ngoi nhim v bo v cỏc chi tit bờn trong v chu lc
cũn dựng dn t vỡ vy v mỏy c lm bng thộp ỳc hoc bng thộp
hn.
2) Phn ng-rụto:
THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN

21a. Lá thép. Gồm các là thép kỹ thuật điện dập theo hình tròn. Bề mặt
có rãnh để đặt day quấn phần ứng ghép cách điện nhau.
b. Dây quấn phần ứng.
Tạo thành các bối dây và hai cạnh của bối dây đặt ở rãnh lõi thép
phần ứng. Các bối dây được ghép nối với nhau tạo thành mạch kín.
3) Vành đổi chiều.
Do dây quấn phần ứng gồm nhiều bối dây nên mạch một chiều gồm
nhiều phiến đồng ghép cách điện với nhau và cách điện với trục. Tì trên
vành một chiều là những cặp chổi than đứng yên. Các cặp chổi than phân
chia dây quấn phần ứng thành các nhánh song song. Sức điện động của máy
bằng tổng các sức điện động của các vòng dây trong một nhánh song song.
1.3 .Mở máy

+
.

1.4. Điều chỉnh tốc độ.
• Từ phương trình ta có: n =
φ
..
.
ek
IuRuU
−
.
a. Thay đổi điện trở phần ứng:
Muốn thay đổi điện trở phần ứng thì ta nối tiếp vào mạch phần ứng biến
trở R
p
.(vị trí giống R
m
), thay đổi R
p
thì động cơ thay đổi dược tốc độ.
Đặc điểm: tổn hao lơn vì I
u
lớn.
Ta chỉ tăng được điên trở mạch phần ứng nên chỉ giảm được tốc độ,
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

22
2. Đặc tính cơ.
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

23

Các đường đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ độc lập khi

2
..
φ
KmKe
Ru
.M (1)
a. Động cơ kích từ song song
R
f4
M
TN [R
n
]

ω
ω
O
R
f1

R
f2
R
f3
M
C
0
THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

24

.
ke
U
tốc độ của động cơ khi không tải M
e
= M =o.
M
e
: mô men cản của máy công cụ, đặc tính cơ thay đổi.
a =
φ
.
ke
U
thay đổi b không đổi
- Đặc tính cơ thay đổi điện trở mạch phần ứng a không đổi.
b =
2
.
φ
kekm
Ru
thay đổi.
R
u1
< R
u2
<R
u3
.

Nếu động cơ quá tải hai lần thì :M
e
= M tăng hai lần = 2M, nhưng I
u

tăng lên 2 lần. Vì vậy động cơ kích từ nối tiếp được dùng nhiều trong
giao thông.
Ta thay I
u
=
φ
φ
k
vào M
⇒
M =
φ
K
Km
. φ
2
hay φ =
Km
MK .
φ
.
Ta thay M và k
b
vào biểu thức (1) ta có.
N =

.

⇒
đặc tính cơ: n =
M
a
/
- b
/
đây là phương trình đường hyperpol.
Đặc tính:
+ Không cho phép động cơ một chiều kích từ nối tiếp chạy không tải
hoặc nối tải (M
0a
) vì khi đó tốc độ động cơ rất lớn. Nhưng về mặt cơ
không cho phép vì ổ bi hoặc trục bạc chỉ chịu được tốc độ nhất định, dễ gây
cháy ổ bi.
+ Không được dùng đai truyền đối với động cơ khi nối tiếp vì đai
truyền làm tốc độ động cơ tăng lên.
III. ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SƠ CẤP.
Trên thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ
điện một chiều.
• Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ.
• Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ.
Cấu trúc mạch lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ bao giờ
cũng cần có bộ biến đổi. Các bộ biến đổi này cấp cho mạch phần ứng động
cơ hoặc mạch kích từ động cơ.
Ở đây ta sử dụng phương pháp điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng
động cơ dùng mạch chỉnh lưu điều khiển dùng Tranristor để điều khiển góc
mở Thyristor.