Giáo trình Máy điện II - Chương 1: Đại cương về máy điện đồng bộ

tr−ờng đại học BáCH KHOA 
khoa điện 
bộ môn: ĐIệN CÔNG NGHIệP 
máy điện ii 
máy điện đồng bộ 
máy điện một chiều 
máy điện xoay chiều có vμnh góp 
Phần thứ t− 
Máy điện đồng bộ 
Ch−ơng 1. Đại c−ơng về máy điện đồng bộ 
- Hầu hết các nguồn điện xoay chiều công nghiệp vμ dân dụng đều đ−ợc sãn xuất từ 
máy phát điện đồng bộ. 
- Động cơ đồng bộ đ−ợc dùng trong các tải lớn vμ có thể phát ra công suất phản kháng 
- Máy bù đồng bộ để nâng cao hệ số công suất 
1.1 Phân loại vμ kết cấu m.đ.đ.b 
1. Phân loại 
Theo kết cấu cực từ: Máy cực ẩn 
(2p = 2); Máy cực lồi (2p ≥ 4) 
Dựa theo chức năng: Máy phát 
 (Tuabin n−ớc; tuabin hơi; diêzen); 
 Động cơ ( P ≥ 200 KW); máy 
bù đồng bộ 
2. Kết cấu. 
Hình 1-1 mô tả máy phát đồng bộ 
cực lồi công suất vừa vμ hình 1-2 lμ 
máy phát tuabin hơi (máy cực ẩn). 
Kết cấu của stato của máy điện đồng bộ hoμn toμn giống nh− stato của m.đ.k.đ.b, nên ở 
đây chỉ giới thiệu phần kết cấu của rôto. 
Hình 1-1. Máy phát điện đồng bộ cực lồi
Hình 1-2 Máy phát đồng bộ cực ẩn: 
1. bệ máy; 2. lỏi thép stato; 3. Vỏ máy; 4. Giá đở stato; 5. ống dẫn chống cháy; 6. Dây quấn 
stato; 7. Vμnh ép stato; 8. Lá chắn ngoμi; 9. Lá chắn trong; 10. Lá chắn thông gió; 11. Che lá 
chắn; 12. Cán chổi; 13. Tay giữ chổi; 14. Chổi; 15. ổ trục; 16. Miếng lót; 17. ống phun dầu; 18. 
Giá đở ống phun; 19. Tấm mỏng; 20. Rôto; 21. Cực; 22. Máy kích thích 
Máy điện 2 1
a) Kết cấu máy đồng bộ cực ẩn 
Rô to máy đồng bộ cực ẩn đ−ợc lμm bằng thép hợp 
kim, gia công thμnh hình trụ vμ phay rãnh để bố trí dây 
quấn kích thích. Phần không phay rãnh tạo nên mặt cực 
của máy. Mặt cắt ngang của lỏi thep rôto nh− hình 1-3. 
Vì máy cực ẩn có 2p = 2, (n = 3000 vg/ph) nên để 
hạn chế lực ly tâm D ≤ 1,1 - 1,15 m, để tăng công suất ta 
tăng chiều dμi rôto l đến 6,5m. 
Dây quấn kích thích th−ờng lμ dây đồng trần tiết diện 
hình chử nhật, quấn theo chiều dẹt thμnh từng 
bối, giữa các vòng dây có một lớp cách điện 
bằng mica mỏng. Các bối dây đ−ợc ép chặt 
trong các rãnh rôto sau đó miệng rãnh đ−ợc kín 
bằng thanh thép không từ tính. Hai đâud ra của 
dây quấn kích thích đ−ợc nối với 2 vμnh tr−ợc 
gắn trên trục. Máy phát kích thích th−ờng đ−ợc 
nối cùn trục với rôto. 
Hình 1-3 Mặt cắt ngang lỏi thép 
 b) Kết cấu máy cực lồi. 
Máy cực lồi th−ờng quay với tốc độ thấp nên 
đ−ờng kính rôto có thể lớn tới 15m, trong khi 
chiều dμi lại bé. Th−ờng l/D = 0,15 - 0,2. 
Với các máy nhỏ vμ vừa rôto đ−ợc lμm bằng 
thép đúc, gia công thμnh khối lăng trụ trên có các cực từ, 
hình 1-4. 
Hình 1-4. Cực từ của máy đồng bộ cực lồi 
1. Lá thép cực từ; 2. Dây quấn kích thích; 
3. Đuôi cực từ; 4. Nêm; 5. Lỏi thép rôto 
Hình 1-5. Dây quấn cản 
 hoặc dây quấn mở máy 
Với các máy công suất lớn rôto đ−ợc ghép từ các lá thép 
dμy từ 1-6 mm, dập định hình vμ ghép trên giá đở rôto. Cực 
từ đặt trên rôto ghép bằng các lá thép dμy từ 1-1,5 mm. 
Dây quấn kích thích đ−ợc quấn định hình vμ lồng vμo 
thân cực từ, hình 1.4 
Trên bề mặt cực từ có một bộ dây quấn ngắn mạch, nh− 
dây quấn lồng sóc của m.đ.k.đ.b. Với máy phát điệnđây lμ 
dây quấn còn với động cơ lμ dây quấn mở máy, nh− hình 1.5 
Dây quấn mở máy có điện trở lớn hơn dây quấn cản. 
1.2 Hệ thống kích từ. 
 1. Yêu cầu đối với hệ kích từ. 
- Khi lμm việc bình th−ờng có khả năng điều chỉnh đ−ợc 
dòng điện kích từ It = Ut/rt để duy trì điện áp định mức. 
- Có khả năng c−ỡng bức dòng kích từ tăng nhanh khi 
điện áp l−ới giảm thấp do có ngắn mạch ở xa. Th−ờng trong 
khoảng 0,5 giây phải đạt 2)5,0( ≈−
tdm
tdmtm
U
UU
, nh− hình 1-6. 
- Triệt từ kích thích khi có sự cố bằng điện trở triệt từ RT 
Hình 1-6. C−ởng bức kích thích
Máy điện 2 2
2. Các hệ thống kích từ của máy điện đồng bộ. 
a) Kích từ bằng máy phát điện một chiều gắn cùng trục với máy đồng bộ. Máy phát 
điện 1 chiều kích thích th−ờng có 2 cuôn dây kích thích: 1 cuộn song song Ls dùng để tự 
kích thích vμ 1 cuộn độc lập Ln, hình 1.7. 
b) Kích từ bằng máy phát kích từ xoay chiều có chỉnh l−u, hình 1.8a lμ máy kích từ có 
phần cảm quay vμ phần ứng tĩnh vμ hình 1-8b lμ máy phát kích từ có phần cảm tĩnh vμ 
phần ứng quay 
c) Hệ thống tự kích thích hổn hợp, hình 1-9, theo sơ đồ nμy điện áp vμ dòng điện kích từ 
sẽ tỷ lệ với UT vμ UI của biến điện áp TU vμ biến dòng điện TI. 
Hình 1-7 Kích từ bằng máy 
 phát kích từ một chiều 
Phần quay Phần tĩnh Phần quay Phần tĩnh 
Hình 1-8 Máy kích từ xoay chiều có chỉnh l−u
Hình 1-9 Hệ thống tự kích thích hổn hợp của máy điện đồng bộ 
Máy điện 2 3
1.3 Nguyên lý lμm việc cơ bản của máy điện đồng bộ 
Khi ta đ−a dòng điện kích thích một chiều it vμo dây quấn kích thích đặt trên cực từ, 
dòng điện it sẽ tạo nên một từ thông φt. Nếu ta quay rôto 
lên đến tốc độ n (vg/ph), thì từ tr−ờng kích thích φt sẽ 
quét qua dây quấn phần ứng vμ cảm ứng nên trong dây 
quấn đó S.Đ.Đ vμ dòng điện phần ứng biến thiên với tần 
số f1 = p.n/60. Trong đó p lμ số đôi cực của máy. 
Với máy điện đồng bộ 3 pha, dây quấn phần ứng nối 
sao (Y) hoặc nối tam giác (Δ) nh− hình 1.10. 
Khi máy lμm việc dòng điện phần ứng I− chạy trong 
dây quấn 3 pha sẽ tạo nên một từ tr−ờng quay (đã biết ở 
phần 2 MĐ). Từ tr−ờng nμy quay với tốc độ đồng bộ n1 = 
60.f1/p. 
Hình 1-10 Nguyên lý LVCB
Nh− vậy ở máy điện đồng bộ ta thấy: n = n1 chính vì vậy mμ ta gọi nó lμ máy điện 
đồng bộ. 
1.4 Các trị số định mức. 
Kiểu máy; số pha; tần số (Hz); công suất định mức (kW hay KVA); điện áp dây (v); Sơ 
đồ dấu dây stato; Các dòng điện stato vμ rôto; Hệ số công suất; Tốc độ quay (vg/ph); Cấp 
cách điện. 
Máy điện 2 4