Giới thiệu kháI quát về máy phát điện đồng bộ
xoay chiều& về hệ thống kích từ .
I. Giới thiệu về máy phát điện đồng bộ xoay
chiều
:
I.1 Định nghĩa:
Máy phát điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n bằng tốc độ
quay của từ tr-ờng n
1
gọi là máy phát điện đồng bộ. ở chế độ xác
lập máy phát điện đồng bộ có tốc độ quay rôto luôn không đổi khi
tải thay đổi.
I.2 Cấu tạo máy phát điện đồng bộ
Cấu tạo máy phát điện đồng
bộ gồm hai bộ phận chính là
xtato và rôto. Trên hình I-1 vẽ
mặt cắt ngang trục máy.
Trong đó 1: lá thép xtato; 2: dây
quấn xtato; 3: lá thép rôto; 4: dây
quấn rôto.
Xtato và Roto của máy đồng bộ cực ẩn.
Rôto của máy phát điện đồng bộ cực từ cực lồi.
I.3 Nguyên lí làm việc của máy phát điện đồng bộ
Cho dòng điện kích từ (dòng điện một chiều) vào dây quấn
kích từ sẽ tạo nên từ tr-ờng rôto. Khi quay rôto bằng động cơ sơ
cấp, từ tr-ờng của rôto sẽ cắt dây quấn phần ứng xtato và cảm ứng
sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệu dụng là:
E
o
= 4,44fW
1

máy điện đồng bộ.
I.4 Phản ứng phần ứng của máy phát điện đồng bộ
Khi máy phát điện làm việc, từ tr-ờng của cực từ rôto
0
cắt
dây quấn stato cảm ứng ra sđđ E
0
chậm pha so với từ thông
0
góc
90
0
(hình A-4a). Dây quấn stato nối với tải sẽ tạo nên dòng điện I
cung cấp cho tải. Dòng điện I trong dây quấn stato tạo nên từ
tr-ờng quay gọi là từ tr-ờng phần ứng
quay đồng bộ với từ
tr-ờng của cực từ

0
. Góc lệch pha giữa E
0
và I do tính chất của tải
quyết định.

E
o=90
0

Tr-ờng hợp tải thuần cảm(hình I-4b) góc lệch pha
= 90
0
,
dòng điện I sinh ra từ tr-ờng phần ứng
ng-ợc chiều với
0
ta gọi
là phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm giảm từ
tr-ờng tổng.
Tr-ờng hợp tải thuần dung = -90
0
(hìnhI-4c) dòng điện sinh
ra từ tr-ờng phần ứng
, cùng chiều với
0
, ta gọi là phản ứng
phần ứng dọc trục trợ từ, có tác dụng làmg tăng từ tr-ờng tổng.
Tr-ờng hợp tải bất kỳ (hìnhI-4d) ta phân tích dòng điện I làm 2
thành phần : thành phần dọc trục I
d
= Isin và thành phần ngang
trục I
q
= Icos, dòng điện I sinh ra từ tr-ờng phần ứng vừa có tính
chất ngang trục vừa có tính chất dọc trục trợ từ hoặc khử từ tuỳ
theotính chất của tải có tính chất điện cảm hoặc có tính chất điện
dung.
I.5 Ph-ơng trình điện áp của máy phát điện đồng bộ cực lồi
Khi máy phát điện làm việc, từ tr-ờng cực từ

d
(X
-d
+ X
t
) ji
q
(X
-q
+ X
t
)
Gọi X
-q
+ X
t
= X
d
là điện kháng đồng bộ dọc trục.
X
-q
+ X
t
= X
q
là điện kháng đồng bộ ngang trục, ta có thể viết gọn
lại;
U = E
0
ji

E
0
jIXdb
B C
I 0

(b)
E
0
jIdXd
JiqXq
U

Iq I


0 I
d
(a)
Hình I
-
5
Công suất tác dụng của máy phát cung cấp cho tải là:
P = mUIcos

Trong đó m là số pha.Theo đồ thị vectơ hình I-5a ta thấy = -
do đó:

Ta nhận thấy công suất điện từ gồm hai thành phần(hìnhI-6)
Thành phần
sin
X
mUE
d
0
do dòng điệnkích từ tạo nên tỷ lệ với sin

.
Đó là thành phần công suất chủ yếu của máy phát.
Thành phần










2sin
x
1
x
1
2
mU
dq

0
0 90
0
180
0

2sin)
Xd
1
Xq
1
(
2
U
m
2
Hình I
-
6
định mức = 20
0
30
0
.
Điều chỉnh công suất tác dụng. Máy phát biến đổi cơ năng
thành điện năng, vì thế muốn điều chỉnh công suất tác dụng P, phải
điều chỉnh công suất cơ của động cơ sơ cấp (tuabin hơi hoặc tuabin
khí v.v )
I.6.2 Công suất phản kháng:
Công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ là:

từ tr-ờng, máy thiếu kích từ.
Khi Q > 0 (E
0
cos > U) máy phát công suất phản kháng cung
cấp cho tải, máy quá kích từ. Nhìn các công thức trên, muốn thay
đổi công suất phản kháng, phải thay đổi E
0
, nghĩa là phải điều
chỉnh dòng điện kích từ. Muốn tăng công suất phản kháng phát ra,
phải tăng kích từ.
I.7 Đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh
I.7.1 Đặc tính ngoài của máy phát điện đồng bộ:
Đặc tính ngoài của máy phát điện là quan hệ điện áp U trên
cực máy phát và dòng điện tải I khi tính chất tải không đổi (cos

t
=
const) tần số và dòng điện kích từ máy phát không đổi. Từ ph-ơng
trình cân bằng điện áp (I-5), ta vẽ đồ thị vectơ máy phát ứng với
các loại tải khác nhau. Ta thấy khi tải tăng, đối với tải cảm và trở,
điện áp giảm (tải cảm điện áp giảm nhiều hơn), đối với tải dung
điện áp tăng. Bằng đồ thị ta thấy rằng, điện áp máy phát phụ thuộc
vào dòng điện và đặc tính của tải.
U
U
0
U
đm
0
I


%100
U
mU
U
UU
%U
dm
dm
db
dm0



Độ biến thiên điện áp U của máy phát đồng bộ có thể đạt
đến vài chục phần trăm vì điện kháng đồng bộ X
đb
khá lớn.
I.7.2 Đặc tính điều chỉnh:
Đặc tính điều chỉnh là
quan hệ giữa dòng điện kích
từ và dòng điện tải khi:
U = U
đm
= const. Hình I-7.c
vẽ đặc tính điều chỉnh của
máy phát đồng bộ với các hệ
số công suất khác nhau.
Đ-ờng đặc tính điều chỉnh cho biết h-ớng điều chỉnh i
kt

cos
=const và f = f
đm
. Với các trị
số khác nhau của I và cos
sẽ có
các đặc tính tải khác nhau. Hình I-8
trình bày các đ-ờng đặc tính tải ứng với các giá trị của dòng tải I
của máy phát đồng bộ.
U
I
kt
I = 0
I = I
đm
Hình
I-8