Bài giảng PPT (Power Point) học phần Máy điện 1 | SLIDE | Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ slide bài giảng gồm phần giúp sinh viên củng cố kiến thức và đạt điểm cao trong bài thi kết thúc học phần máy điện 1

141 71 lượt tải Tải xuống
Chia sẻ Báo cáo tài liệu

Môn: Máy điện 1

Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội

Thông tin:

282 trang 7 tháng trước

Tác giả:

Profile VietJack
1
BÀI GIẢNG
MÁY ĐIỆN CƠ SỞ
EE3140
MỞ ĐẦU
2
GIỚI THIỆU CHUNG
Cung cấp kiến thức cơ bản về máy điện (gồm máy biến
áp và các loại máy điện quay):
Nhận diện được từng loại máy điện trong thực tế, nắm được
các thông số kỹ thuật cơ bản của từng loại máy và các mối
quan hệ giữa các thông số đó.
Hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại máy điện.
Phân tích các quá trình vật lý, các đặc tính tĩnh và động của
máy điện ở các chế độ làm việc khác nhau.
Mô tả học phần
3
GIỚI THIỆU CHUNG
Nhiệm vụ của sinh viên:
Dự lớp đầy đủ theo quy định.
Hoàn thành các bài tập được giao.
Đánh giá kết quả:
Điểm quá trình: trọng số 0.30
- Bài tập làm đầy đủ
- Làm thí nghiệm đầy đủ, có báo cáo và bảo vệ
- Kiểm tra giữa kỳ
Thi cuối kỳ (trắc nghiệm và tự luận): trọng số 0.7
Thông tin chung về môn học
4
GIỚI THIỆU CHUNG
Tài liệu tham khảo:
1. Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Máy
điện tập 1 & 2, nhà xuất bản KHKT.
2. Stephen J.Chapman, Electric machinery fundamentals, Mc Graw Hill
3. A. E. Fitzgerald, Electric machinery, Mc Graw Hill
4. Ion Boldea, The induction machines design handbook, Mc Graw Hill.
5. D.P. Kothari, Electric machines, Mc Graw Hill
6. Turan Gonen, Electrical machines with Matlab, CRC press
Thông tin chung về môn học
5
MỞ ĐẦU
0.1. TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN
0.2. CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
NỘI DUNG
0.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
0.3. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN TRONG NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
6
0.1. TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN
MỞ ĐẦU
Tại sao máy điện lại trở nên rộng rãi và phổ biến như vậy?
Về năng lượng
Động cơ điện so với động cơ đốt trong
Về sản xuất năng lượng điện
Máy điện là gì?
Máy biến áp là gì?
Động cơ điện là gì?
Máy phát điện là gì?
Máy điện tĩnh là gì?
Máy điện quay là gì?
7
0.1. TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN
MỞ ĐẦU
Máy điện
Máy điện tĩnh
Máy biến áp
Cuộn kháng
điện
Máy điện
quay
Máy điện
xoay chiều
Máy điện
không đồng
bộ
Máy điện
đồng bộ
Máy điện 1
chiều
8
0.2. CÁC ĐỊNH LUẬT DÙNG ĐỂ NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
MỞ ĐẦU
● Định luật cảm ứng điện từ
+/ Trường hợp từ thông Φ biến thiên xuyên qua vòng dây.
Khi từ thông Φ xuyên qua vòng dây biến thiên trong vòng dây sẽ cảm
ứng sức điện động e. Chiều của e xác định theo quy tắc vặn nút chai. Sđđ
cảm ứng trong vòng dây được tính theo công thức Maxwell:
dt
d
dt
d
we
e
w
Khi mô tả MBA
9
0.2. CÁC ĐỊNH LUẬT DÙNG ĐỂ NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
MỞ ĐẦU
● Định luật cảm ứng điện từ
+/ Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường.
Khi thanh dẫn chuyển động với vận tốc v vuông góc với đường sức từ
trường, trong thanh dẫn cảm ứng sđđ có trị số là:
e = B.l.v
Trong đó: B : từ cảm. [T]
v : vận tốc. [m/s]
l : chiều dài thanh dẫn. [m]
N
S
+
.
i
i
l
a
b
c
d
e
t
e
t
A
B
Rt
B
D
Khi mô tả máy điện quay
10
0.2. CÁC ĐỊNH LUẬT DÙNG ĐỂ NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
MỞ ĐẦU
● Định luật lực điện từ:
Thanh dẫn mang dòng điện đặt vuông góc với đường sức từ trường
sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:
F = Bil
Trong đó: B : từ cảm. [T]
i : dòng điện chạy trong thanh dẫn. [A]
l : chiều dài thanh dẫn. [m]
F : lực điện từ. [N]
Chiều của lực điện từ F được xác định theo qui tắc bàn tay trái
n1
n< n1
A
Z
B
X
C
Y
Fñt
v1
Khi mô tả máy điện quay
11
0.2. CÁC ĐỊNH LUẬT DÙNG ĐỂ NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
MỞ ĐẦU
● Định luật toàn dòng điện:
Tích phân cường độ từ trường theo một đường khép kín bất kỳ quanh
một số mạch điện bằng tổng dòng điện trong w vòng dây của các mạch.
Fw.iidl.H
i
w
l (L)
12
0.3. CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
CHƯƠNG O: MỞ ĐẦU
● Vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận
dẫn điện. Vật liệu dẫn điện thường dùng là đồng và
nhôm vì chúng có điện trở suất nhỏ, giá cả phải
chăng.
Đồng có điện trở suất nhỏ ρ
CU
< ρ
Al
, chịu gia
công cơ khí nhưng đắt và nặng hơn nhôm.
13
0.3. CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
MỞ ĐẦU
● Vật liệu dẫn từ
Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo mạch từ của
máy điện. Có nhiều loại vật liệu dẫn từ khác nhau:
thép lá kỹ thuật điện, thép đúc, thép rèn…nhưng chủ
yếu là thép lá kỹ thuật điện dày 0,27÷0,5 mm có
+ Độ từ thẩm lớn
+ Tổn hao công suất nhỏ
pha thêm Silic (2 - 4.5%)
sơn cách điện
Để tổn hao do dòng điện xoáy và từ trễ
Theo cách chế tạo thép kỹ thuật điện gồm 2 loại:
+ Cán nóng
+ Cán nguội
Thép cán nguội có độ từ thẩm cao hơn và suất tổn hao nhỏ hơn thép cán nóng
14
0.3. CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
MỞ ĐẦU
● Vật liệu kết cấu
Dùng để chế tạo các bộ phận và chi tiết truyền động hoặc kết cấu của
máy như: trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy. Người ta thường dùng gang, thép,
kim loại màu, hợp kim và các vật liệu bằng chất dẻo.
15
● Vật liệu cách điện
Để cách điện giữa các phần mang điện với nhau và với các phần
không mang điện của máy. Vật liệu cách điện trong máy điện phải có
cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, độ dẫn nhiệt tốt, chống ẩm và bền
về cơ học.
+ Thể rắn: amiăng, mica, sợi thủy tinh...
+ Thể lỏng: dầu biến áp
+ Thể khí: không khí
0.3. CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
MỞ ĐẦU
16
● Vật liệu cách điện
Vật liệu cách điện
được chia ra làm 7 cấp
theo nhiệt độ cho phép của
chúng:
0.3. CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
MỞ ĐẦU
17
HỆ THỐNG ĐƠN VỊ VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG THƯỜNG DÙNG TRONG MÁY
ĐIỆN
MỞ ĐẦU
Để thuận lợi trong quá trình nghiên cứu, thiết kế, tính toán máy điện
người ta dùng hệ đơn vị tương đối.
;...
z
z
z;
P
P
P;
U
U
U;
I
I
I
đm
*
đm
*
đm
*
đm
*
18
0.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
MỞ ĐẦU
Việc nghiên cứu máy điện gồm các bước sau:
1. Nghiên cứu các hiện tượng vật lý xảy ra trong máy điện.
2. Lập mô hình toán, đó là hệ phương trình toán học mô tả sự làm việc của
máy điện.
3. Từ mô hình toán thiết lập mô hình mạch, đó là sơ đồ thay thế của máy
điện.
4. Từ mô hình toán và mô hình mạch, tính toán các đặc tính và nghiên cứu
máy điện, khai thác sử dụng theo các yêu cầu cụ thể.
)I(II
ZIEU
ZIEU
201
222
'
2
1111
r
1
x
1
x'
2
r'
2
Z'
t
I
1
U
1
-I'
2
U'
2
r
m
x
m
0
cos
2
= 0,8
U%
cos
2
= 1
cos
2
= 0,8
2
> 0
2
< 0
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
• VAI TRÒ VÀ CÔNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP
• NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP
NỘI DUNG
• PHÂN LOẠI MÁY BIẾN ÁP
• CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIẾN ÁP
• CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
• ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP
3
VAI TRÒ VÀ CÔNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP
● Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải
và phân phối điện năng. Để dẫn điện từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ cần
phải có đường dây tải điện.
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
4
VAI TRÒ VÀ CÔNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP
MFĐ
3 21 kV
MBA
tăng áp
35, 110, 220, 500
kV
MBA
hạ áp
Hộ tiêu thụ
0,4 – 6 kV
Ta có công suất truyền tải trên đường dây:
S = U.I
Nếu U thì I
tiết diện dây S
d
tổn thất năng lượng ∆P = I
2
.R
tổn thất điện áp ∆U = I.R
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
5
VAI TRÒ VÀ CÔNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP
● MBA sử dụng - trong các thiết bị lò nung: MBA lò
- trong hầm mỏ: MBA mỏ
- trong hàn điện: MBA hàn điện
- trong đo lường, thí nghiệm: máy biến điện áp…
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
Mining transformers
6
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện
từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành
một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi.
ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
Cách ký hiệu các đại lượng, thông số sơ cấp và thứ cấp:
- Dây quấn sơ cấp: w
1
, U
1
, I
1
, P
1
- Dây quấn thứ cấp: w
2
, U
2
, I
2
, P
2
MBA 2 dây quấn ?
Dây quấn sơ cấp ?
Dây quấn thứ cấp ?
7
ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP
MBA dùng trong hệ thống điện lực gọi là MBA điện lực hay MBA công
suất. Ngoài ra còn có các loại MBA dùng trong các ngành chuyên môn như:
MBA chuyên dùng cho các lò luyện kim, khai khoáng, MBA hàn…
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
MBA 3 dây quấn ?
Dây quấn thứ 3 với điện áp trung bình
Tùy vào số pha của cuộn dây có:
- MBA 1 pha
- MBA 3 pha
Tổng công suất của các máy biến áp trong hệ thống truyền tải và
phân phối điện năng?
8
NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP
Xét 1 MBA một pha hai dây quấn CA và HA có sơ đồ nguyên lý:
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
Đặt điện áp ~u
1
vào dây quấn sơ cấp
Có dòng điện trong dây quấn sơ cấp? dòng ~ i
1
?
Từ thông biến thiên trong mạch từ?
Khi nào xuất hiện suất điện động cảm ứng trong dây quấn? e
1
và e
2
9
NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MBA
Nếu cuộn thứ cấp nối với tải → i
2
. i
2
→ Φ
2
.
→ từ thông tổng Φ = Φ
1
+ Φ
2
Nếu u
1
là hàm hình sin → Φ cũng sin: Φ = Φ
m
.sint ; = 2f
Từ thông chính khép kín trong mạch từ móc vòng với cả hai dây quấn. Theo
định luật cảm ứng điện từ có:
)
2
tsin(.E.2)
2
tsin(...w
tcos...w
dt
d
we
1m1
m111
)
2
tsin(.E.2e
22
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
10
NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP
Trong đó E
1
, E
2
là giá trị hiệu dụng của các sđđ dây quấn 1 và 2:
m1
m1m1
1
.w.f.44,4
2
.w.f..2
2
..w
E
m22
.w.f.44,4E
Lấy E
1
chia cho E
2
ta được: : gọi là hệ số biến áp
k
w
w
E
E
2
1
2
1
Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các dây quấn ta có :
2
2
1
1
2
1
2
1
2
1
w
U
w
U
U
U
E
E
w
w
k
: số vôn_vòng
Điện áp cảm ứng trên mỗi vòng dây sơ cấp và thứ cấp bằng nhau.
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
Kết luận gì?
11
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIẾN ÁP
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
12
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIẾN ÁP
1. Dung lượng (công suất định mức): S
đm
(VA hay kVA)
2. Điện áp định mức sơ cấp: U
1đm
= U
1
(V, kV)
3. Điện áp định mức thứ cấp: U
2đm
= U
20
(V hay kV)
4. Dòng điện định mức sơ cấp I
1đm
và thứ cấp I
2đm
(A hay kA)
Đối với MBA một pha:
đm2
đm
đm2
đm1
đm
đm1
U
S
I;
U
S
I
Đối với MBA ba pha:
đm2
đm
đm2
đm1
đm
đm1
U3
S
I;
U3
S
I
5. Tần số định mức f
đm
(Hz). Thường f
đm
= 50Hz.
Ngoài ra trên nhãn MBA còn ghi các số liệu khác như: số pha m, sơ
đồ và tổ nối dây, điện áp ngắn mạch u
n
%...
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
13
PHÂN LOẠI MÁY BIẾN ÁP
• Theo kiểu máy biến áp dầu hay khô? Kiểu hở hay kiểu kín?
• Theo số pha 1-3 pha?
• Theo tần số?
• Theo cấp điện áp?
• Theo vị trí trong mạng truyền tải hay phân phối?
• Theo công dụng?
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
14
PHÂN LOẠI MÁY BIẾN ÁP
Theo công dụng:
1. MBA điện lực: để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực.
2. MBA chuyên dùng: sử dụng ở lò luyện kim, các thiết bị chỉnh lưu, MBA hàn
...
3. MBA tự ngẫu: dùng để mở máy động cơ không đồng bộ công suất lớn.
4. MBA đo lường: dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn đưa vào các
đồng hồ đo tiêu chuẩn.
5. MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao.
MBA có nhiều cách phân loại và có rất nhiều loại song thực chất hiện
tượng xảy ra trong chúng đều giống nhau. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu,
các phần sau ta xét MBA điện lực hai dây quấn một pha và ba pha.
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
15
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
Phần chính trong MBA gồm: phần tác dụng ( lõi thép và dây quấn) và phần kết cấu
( vỏ máy và các chi tiết khác)
16
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Lõi thép:
Lõi thép MBA là một mạch từ khép kín dùng để dẫn từ thông, đồng thời
là khung để quấn dây quấn. Được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt,
thường là thép kỹ thuật điện có bề dày từ 0,35 mm, mặt ngoài các lá thép có
sơn cách điện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép.
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
17
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Lõi thép:
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
Lõi thép gồm hai phần:
- Phần trụ
- Phần gông
18
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Lõi thép:
Lõi thép có các loại kết cấu nào?
- Kiểu trụ: dây quấn bao quanh trụ thép
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
19
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Lõi thép:
- Kiểu bọc: lõi sắt bọc xung quanh dây quấn
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
20
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Lõi thép:
Các loại kết cấu lõi thép:
- Kiểu trụ - bọc: ở các MBA công suất lớn, để giảm chiều cao trụ thép,
thuận tiện cho việc vận chuyển, mạch từ của MBA kiểu trụ được phân nhánh
sang hai bên nên MBA có kết cấu vừa kiểu trụ, vừa kiểu bọc, gọi là MBA kiểu
trụ bọc.
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
21
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Dây quấn
Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA. Dây quấn MBA thường làm
bằng dây dẫn đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài dây dẫn
có bọc cách điện. Xét MBA 2 dây quấn, mỗi pha có 2 dây quấn CA và HA. Hai
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
22
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Dây quấn
1. Dây quấn đồng tâm:
Có tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm
Những kiểu dây quấn đồng tâm chính gồm:
a/ Dây quấn hình trụ: dùng cho cả dây quấn hạ áp và cao áp. Với dòng
điện nhỏ thì dùng dây tròn quấn thành nhiều lớp, với dòng điện lớn thì dùng
dây dẹt quấn thành hai lớp.
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
23
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Dây quấn
1. Dây quấn đồng tâm:
b/ Dây quấn hình xoắn: thường dùng cho dây quấn hạ áp. Gồm nhiều
dây bẹt chập lại quấn theo đường xoắn ốc.
c/ Dây quấn hình xoáy ốc liên tục: chủ yếu dùng cho dây quấn CA. Dây
được quấn thành những bánh dây phẳng cách nhau bằng rãnh hở.
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
24
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Dây quấn
2. Dây quấn xem kẽ:
Các bánh dây CA và HA lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép.
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
25
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Phần kết cấu:
Phần kết cấu của MBA gồm vỏ máy và các chi tiết khác. Vỏ MBA gồm
hai bộ phận: thùng và nắp thùng.
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
26
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Phần kết cấu:
1. Thùng MBA:
- Thùng MBA làm bằng thép, có tiết diện hình chữ nhật hoặc ôvan.
- Trong thùng MBA đặt lõi thép, dây quấn và dầu biến áp.
- Dầu biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện và tản nhiệt.
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
27
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Phần kết cấu:
2. Nắp thùng MBA: đậy trên thùng và có các bộ phận quan trọng như:
- Sứ ra của dây quấn CA và HA
- Bình dãn dầu (bình dầu phụ)
- Ống bảo hiểm
- Rơle hơi dùng để bảo vệ MBA.
- Bộ truyền động cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây
quấn cao áp.
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
28
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Phần kết cấu:
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
29
CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
● Phần kết cấu:
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
1.2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP
NỘI DUNG
• Các phương trình cơ bản của máy biến áp
• Quy đổi máy biến áp
• Sơ đồ mạch điện thay thế và đồ thị vector của
máy biến áp
• Xác định các tham số của máy biến áp bằng thí
nghiệm
2
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (1)
Đặt u
1
i
1
i
2
i
1
stđ i
1
w
1
i
2
stđ i
2
w
2
STĐ tổng từ thông chính Φ khép mạch qua lõi
thép móc vòng với cả dây quấn sơ và thứ.
e
1
và e
2
:
3
d
d
we
1
11
dt
d
dt
d
we
2
22
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (2)
1
,
2
là từ thông móc vòng với dây quấn sơ cấp và
thứ cấp ứng với từ thông chính Φ:
1
= L
11
.i
1
+ L
21
.i
2
2
= L
12
.i
1
+ L
22
.i
2
L
11
, L
22
: điện cảm của dây quấn sơ cấp và thứ cấp bởi
từ thông chính do dòng điện chính nó sinh ra.
L
12
, L
21
: điện cảm hỗ cảm giữa hai dây quấn sơ cấp và
thứ cấp bởi từ thông chính do dòng điện không phải
chính nó sinh ra.
MBA có L
12
= L
21
= M
4
dt
di
L
dt
di
Le
dt
di
L
dt
di
Le
1
12
2
222
2
21
1
111
3
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (3)
Ngoài Φ, stđ i
1
w
1
và i
2
w
2
còn sinh ra
từ thông tản
1
và
2
, có
<< Φ.
5
d
d
we
dt
d
dt
d
we
22
222
11
111
1
(hay
t1
) và
2
( hay
t1
): từ thông tản móc vòng
với dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp.
222
111
i.L
i.L
dt
di
Le
dt
di
Le
2
22
1
11
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (4)
• Phương trình cân bằng điện áp:
Phương trình cân bằng điện áp dây quấn sơ cấp:
u
1
+ e
1
+e
1
= i
1
r
1
u
1
= - e
1
- e
1
+ i
1
r
1
Đối với dây quấn thứ cấp:
e
2
+e
2
= u
2
+ i
2
r
2
u
2
= e
2
+ e
2
– i
2
r
2
6
22
12
22
11
21
11
ri
dt
di
M
dt
di
Lu
ri
dt
di
M
dt
di
Lu
r
1
, r
2
là điện trở của dây quấn sơ cấp và thứ cấp
L
1
= L
11
+ L
1
là điện cảm toàn phần của dq sơ cấp
L
2
= L
22
+ L
2
là điện cảm toàn phần của dq thứ cấp
- Phương pháp giải?
- Sử dụng trong trường hợp nào?
4
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (5)
• Phương trình cân bằng điện áp:
Nếu như điện áp, sđđ, dòng điện sin? phức hóa?
Sđđ cảm ứng bởi từ thông chính :
7
M.I.jL.I.jE
M.I.jL.I.jE
12222
21111
Sđđ cảm ứng bởi từ thông tản
1
và
2
:
21222
11111
x.I.jL.I.jE
x.I.jL.I.jE
Phương trình cân bằng điện áp ở chế độ xác lập:
)jxr(IEU
)jxr(IEU
22222
11111
- Phương pháp giải?
- Sử dụng trong trường hợp nào?
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (6)
• Phương trình cân bằng sức từ động (dòng điện):
Từ phương trình cân bằng điện áp:
E
1
U
1
m
= const
Khi không tải : i
0
F = i
0
.w
1
m
Khi có tải:
m
= const phương trình cân bằng stđ:
8
)jxr(IEU
11111
m221121
2222
1111
w.iw.iFFF
w.iFi
w.iFi
221110
w.iw.iw.i
Khi i sin:
221110
w.Iw.Iw.I
2121
1
2
210
II
k
1
.II
w
w
.III
5
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (7)
• Phương trình cân bằng sức từ động( dòng điện):
Ý nghĩa :
+/ i
0
là dòng từ hóa trong MBA, là dòng điện cần thiết
sinh ra công suất phản kháng để từ hóa lõi sắt MBA.
+/ Ta có i
0
= const
i
1
gồm 2 thành phần:
- Thành phần thứ 1 sinh ra dòng từ hóa i
0
để từ
hóa lõi thép MBA
- Thành phần thứ 2 sinh ra dòng bù lại sự thay đổi
của dòng điện tải ( tỉ lệ với tải) để i
0
= const
9
)I(IIIII
201210
10
1.2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP
NỘI DUNG
• Các phương trình cơ bản của máy biến áp
• Quy đổi máy biến áp
• Sơ đồ mạch điện thay thế và đồ thị vectơ của
máy biến áp
• Xác định các tham số của máy biến áp bằng thí
nghiệm
6
Quy đổi máy biến áp (1)
• Mục đích?
• Lý do cần quy đổi máy biến áp?
• Phương pháp?
• Điều kiện?
• Xác đinh thông số trước và sau khi quy đổi?
11
Quy đổi máy biến áp (2)
Quy đổi một trong hai dây quấn về dây quấn kia ta có
hai kiểu quy đổi:
Quy đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp
Quy đổi dây quấn sơ cấp về dây quấn thứ cấp
Thường quy đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp
vì điện áp sơ cấp không đổi. Quy đổi w
2
w’
2
= w
1
• Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi E’
2
và U’
2
:
12
22
2
1
2
m22
m1m22
E.kE
w
w
E
.w.f.44,4E
.w.f.44,4.w.f.44,4E
• Dòng điện thứ cấp quy đổi I’
2
:
k
I
II.EI.E
2
22222
7
Quy đổi máy biến áp (3)
• Điện trở, điện kháng và tổng trở thứ cấp quy đổi:
13
• Mô hình toán sau khi quy đổi:
2
2
22
2
22
2
2
r.krr.Ir.I
Tương tự:
2
2
22
2
2
Z.kZx.kx
t
2
t
Z.kZ
)I(II
ZIEU
ZIEU
201
222
'
2
1111
14
1.2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP
NỘI DUNG
• Các phương trình cơ bản của máy biến áp
• Quy đổi máy biến áp
• Sơ đồ mạch điện thay thế và đồ thị vectơ của
máy biến áp
• Xác định các tham số của máy biến áp bằng thí
nghiệm
8
Sơ đồ thay thế máy biến áp (1)
Mỗi dây quấn của mba được biểu diễn làm 2 phần:
Phần mô tả ngoài lõi sắt:
có điện trở r
1
(r’
2
) và điện kháng x
1
(x’
2
)
Phần trên lõi sắt:
có số vòng w
1
và sđđ E
1
15
w
1
w'
2
= w
1
E
1
r
1
x
1
x'
2
r'
2
Z'
t
E'
2
I
1
I'
2
U'
2
U
1
Sơ đồ thay thế máy biến áp (2)
E’
2
= E
1
? Khi chập 2 đầu dây quấn tương ứng?
16
w
1
-E
1
r
1
x
1
x'
2
r'
2
Z'
t
I
1
I'
2
U'
2
U
1
i
o
ngược chiều e
1
.
Nhánh từ hóa
Trong đó:
đặc trưng cho tổn hao sắt khi từ hóa
do dòng xoáy và từ trễ.
m01
Z.IE
mmm
x.jrZ
2
0
Fe
m
I.m
p
r
9
Sơ đồ thay thế máy biến áp (3)
điện kháng từ hóa, đặc trưng cho CSPK cần
thiết để từ hóa lõi sắt. x
m
>> r
m
17
Thay thế lõi sắt bằng các thông số r
m
, x
m
:
2
0
m
m
I.m
Q
x
r
1
x
1
x'
2
r'
2
Z'
t
I
1
U
1
-I'
2
U'
2
r
m
x
m
Sơ đồ thay thế máy biến áp (4)
Thực tế có Z
m
>> Z
1
,Z’
2
, coi Z
m
 so với Z
1
và Z’
2
I
0
rất nhỏ coi nhánh từ hóa hở mạch sơ đồ mạch
điện thay thế đơn giản:
18
Tổng trở ngắn mạch của mba:
Z
n
= r
n
+jx
n
Với
r
n
= r
1
+r’
2
; x
n
= x
1
+x’
2
Z
'
t
Z
'
2
Z
1
U
'
2
U
1
I
1
I
1
=-I'
2
10
Đồ thị véctơ của máy biến áp (1)
• Hai trường hợp của tải: có tính cảm ( RL) và tính dung
(RC):
19
20
1.2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP
NỘI DUNG
• Các phương trình cơ bản của máy biến áp
• Quy đổi máy biến áp
• Sơ đồ mạch điện thay thế và đồ thị vectơ của
máy biến áp
• Xác định các tham số của máy biến áp bằng thí
nghiệm
11
Xác định các tham số của MBA bằng TN (1)
21
• Những tham số nào?
• Cần những thí nghiệm gì?
• Thiết bị đo cần dùng?
r
1
x
1
x'
2
r'
2
Z'
t
I
1
U
1
-I'
2
U'
2
r
m
x
m
Xác định các tham số của MBA bằng TN (1)
• Thí nghiệm không tải:
22
- Các thiết bị đo nào?
- Điện áp thí nghiệm?
- Các thông số nào có thể đo được?
r
1
x
1
x'
2
r'
2
I
1 =
I
0
U
1
I
2
= 0
r
m
x
m
-E
1
I
0
điện áp U
1đm
dòng điện I
0
công suất P
0
12
Xác định các tham số của MBA bằng TN (1)
• Thí nghiệm không tải:
23
Từ các số liệu thí nghiệm tinh toán được:
Tổng trở
Điện trở
Điện kháng
m1
2
0
0
00
2
0m1
2
00
rr
I
P
rr.I)rr.(IP
0
đm1
0
I
U
Z
m1
2
0
2
00
xxrZx
20
đm1
2
1
U
U
w
w
k
o1dm
o
0
.IU
P
cos
100.
I
I
%I
đm1
0
0
Xác định các tham số của MBA bằng TN (2)
• Thí nghiệm ngắn mạch:
24
r
1
x
1
x'
2
r'
2
I
n =
I
1ñm =
I'
2ñm
U
n
- Các thiết bị đo nào?
- Điện áp thí nghiệm?
- Các thông số nào có thể đo được?
điện áp U
n
dòng điện I
n
(I
1đm
)
công suất P
n
13
Xác định các tham số của MBA bằng TN (2)
• Thí nghiệm ngắn mạch:
25
Từ các số liệu đo được tinh toán được các tham số:
n
n
n
I
U
Z
2
n
n
nn
2
n21
2
nn
I
P
rr.I)rr.(IP
2
n
2
nn
rZx
MBA có
2
r
rr
2
x
xx
n
21
n
21
Xác định các tham số của MBA bằng TN (3)
• Thí nghiệm ngắn mạch:
26
Từ thí nghiệm không tải x
m
, r
m
Các mba thường cho
2 thành phần điện áp ngắn mạch:
Tp tác dụng: U
nr
= I
1
.r
n
là điện áp rơi trên điện trở
Tp phản kháng:U
nx
= I
1
.x
n
là điện áp rơi trên điện kháng
Tam giác ngắn mạch:
100.
U
U
%U
đm1
n
n
I
n
I
1ðm.
r
n
U
n
j.I
1ðm.
x
n
n
)
r
x
(arctg
)I,Uarg(
n
n
n
nnn
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
1.3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
NỘI DUNG
• Giản đồ năng lượng của máy biến áp
• Độ thay đổi điện áp thứ cấp và các phương
pháp điều chỉnh điện áp của máy biến áp
• Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp
Giản đồ năng lượng của máy biến áp (1)
3
• Công suất toàn phần ( công suất biểu kiến)?
• Công suất tác dụng?
• Công suất phản kháng?
Giản đồ năng lượng của máy biến áp (1)
4
r
1
x
1
x'
2
r
2
Z'
t
I
1
U
1
-I'
2
U'
2
r
m
x
m
I
0
• Công suất tác dụng:
- Công suất tác dụng đưa vào dây quấn sơ cấp mba:
1111f1f11
cos.I.U.3cos.I.U.mP
- Tổn hao đồng:
1
2
1cu
r.I.mp
f1
- Tổn hao trong lõi sắt:
m
2
0Fe
r.I.mp
- Công suất điện từ:
Fe1cu1đt
ppPP
Giản đồ năng lượng của máy biến áp (2)
5
- Tổn hao đồng:
2
2
2cu
r.I.mp
2
- Công suất ở đầu ra của mba:
2222cuđt2
cos.I.U.3pPP
• Công suất phản kháng:
- Công suất phản kháng nhận vào dây quấn sơ cấp:
1111f1f11
sin.I.U.3sin.I.U.mQ
1
2
1
x.I.mq
1
- Công suất tạo ra từ trường tản và từ trường chính:
2
2
22
x.I.mq
mm
xImQ ..
2
0
- Công suất phản kháng đầu ra:
222
2112
sin...3
IU
qQqQQ
m
Giản đồ năng lượng của máy biến áp (3)
6
- Khi tải có tính cảm
2
> 0 → Q
2
> 0, lúc đó Q
1
> 0 công
suất phản kháng truyền từ dq sơ cấp sang dq thứ cấp.
- Khi tải có tính dung
2
< 0 → Q
2
< 0
Q
1
< 0: công suất phản kháng truyền từ dq thứ cấp
sang dq sơ cấp
Q
1
> 0: MBA lấy công suất phản kháng từ phía sơ cấp
và thứ cấp để từ hoá nó.
p
cu1
P
1
jQ
1
P
ñt
Q
ñt
P
2
jQ
2

jq
1
p
Fe

jq
m
p
cu2

jq
2
P
đt
±jQ
đt
7
1.3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
NỘI DUNG
• Giản đồ năng lượng của máy biến áp
• Độ thay đổi điện áp thứ cấp và các phương
pháp điều chỉnh điện áp của máy biến áp
• Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp
Độ thay đổi điện áp thứ cấp (1)
Độ thay đổi điện áp thứ cấp của mba ΔU là hiệu số số học
giữa trị số điện áp thứ cấp lúc không tải U
20
và lúc có tải U
2
(điều kiện U
1
= U
1đm
).
8
220
UUU
1
2
1
21
20
220
20
2
20
220
20
U
U
1
U
UU
U.k
)UU(k
U
U
1
U
UU
U
U
U
xác định ΔU
*
?
- Xác định bằng phương pháp hình học: từ đồ thị vector của
MBA, nhưng vì các cạnh của tam giác điện kháng rất nhỏ so
với U
1
và U
2
’ không chính xác
- Xác định bằng phương pháp giải tích:
Độ thay đổi điện áp thứ cấp (2)
9
Sử dụng mạch điện thay thế đơn giản:
Z
m
>> I
0
= 0
21
II
)xjr(IEU
)jxr(IEU
22222
11111
)jxr(IUUEE
nn12121
Xét mba làm việc ở một tải có hệ số tải
đm2
2
I
I
Xét tải có tính cảm: I
2
chậm pha so với U
2
góc
2
.
Độ thay đổi điện áp thứ cấp (3)
10
Hạ CB AD , do CB<< AC = AB
DBUUU
21
)cos(.U.U
2nn
)sin.Ucos.U.(
)cos(.U.U
2
*
nx2
*
nr
2n
*
n
*
)(
121 nn
jxrIUU
I
1
=-I'
2
-U'
2
U
1
-jI
1
.x
n
I
1
.r
n
A
D
C
B
2
n
Độ thay đổi điện áp thứ cấp (4)
11
U
nr
và U
nx
đã có?
U ,
2
0
cos
2
= 0,8
U%
cos
2
= 1
cos
2
= 0,8
2
> 0
2
< 0
Quan hệ
U = f(
) khi cos
2
= const
Điều chỉnh điện áp (1)
12
Từ ΔU=f(β,cos
2
) U
2
phụ thuộc vào β và cos
2
khi tải thay đổi:
- Độ lớn tải thay đổi
- Tính chất tải thay đổi
U
2
?
Để giữ cho U
2
= const khi tải thay đổi ?
0
cos
2
= 0,8
U%
cos
2
= 1
cos
2
= 0,8
2
> 0
2
< 0
Điều chỉnh điện áp (1)
13
2
1
2
1
w
w
U
U
Khi U
2
< U
2min
điều chỉnh giảm W cuộn CA
Khi U
2
> U
2max
điều chỉnh tăng W cuộn CA
Ví dụ MBA hạ áp:
Thay đổi tỉ số biến áp k thay đổi số vòng dây W.
Điều chỉnh số vòng dây:
Bên cuộn CA?
Bên cuộn HA?
Để giữ cho U
2
= const khi tải thay đổi ?
Chọn bên nào?
Điều chỉnh điện áp (1)
14
Bộ điều áp không tải DETC
De-energised tap changer
Bộ điều áp dưới tải OLTC
On load tap changer
15
1.3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP
NỘI DUNG
• Giản đồ năng lượng của máy biến áp
• Độ thay đổi điện áp thứ cấp và các phương
pháp điều chỉnh điện áp của máy biến áp
• Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp
Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp (1)
16
Hiệu suất của MBA:
1
pP
p
1
P
p
1
P
pP
P
P
211
1
1
2
Fe2cu1cu
pppp
'
21021m
II0IZ,ZZ

Tổn hao sắt: p
Fe
= P
0
Tổn hao đồng: do
n
2
2
đm1
2
đm1
2
1n
2
1n2cu1cu
P.
I
I
.I.r.mI.r.mpp
2đm2đm2đm2
đm2
2
2222
cos.S.cos.I.U.m
I
I
cos.I.U.mP
Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp (2)
17
n
2
02đm
n
2
0
2
P.Pcos.S.
P.P
1
pP
p
1
P
0
, P
n
cho trong catalogue của mba. η = f(β,cos
2
)
Xét cos
2
= const hiệu suất cực đại η
max
:
0n
2
*
n
0
*
PP.
P
P
0
d
d
Thường thiết kế hệ số tải =? Ứng với η
max
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ cở
EE3140
2
CHƯƠNG 1. MÁY BIẾN ÁP
NỘI DUNG
1.1. Khái niệm chung về máy biến áp
1.2. Quan hệ điện từ trong máy biến áp
1.3. Các chế độ làm việc của máy biến áp
1.4. Máy biến áp ba pha
3
1.4. MÁY BIẾN ÁP BA PHA
NỘI DUNG
• Khái niệm Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
• Tổ nối dây của Máy biến áp
• Máy biến áp làm việc song song (ý nghĩa, điều kiện )
4
Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
• Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
5
Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
• Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
6
Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
• Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
7
1.4. MÁY BIẾN ÁP BA PHA
NỘI DUNG
• Khái niệm Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
• Tổ nối dây của Máy biến áp
• Máy biến áp làm việc song song (ý nghĩa, điều kiện )
8
TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP
Tổ nối dây?
Tổ nối dây là các kiểu phối hợp nối dây giữa các pha dây
quấn sơ cấp và thứ cấp.
Ký hiệu đầu dây?
Dây quấn mba một pha? tùy chọn đầu đầu và đầu cuối
Dây quấn mba ba pha? thống nhất đầu đầu và đầu cuối
A
X
B
Y
C
Z
Cao áp Hạ áp Trung áp
Đầu đầu A, B, C a, b, c A
m
, B
m
, C
m
Đầu cuối X, Y, Z x, y, z X
m
, Y
m
, Z
m
Trung tính O o O
m
9
TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP
Các kiểu đấu dây quấn?
10
TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP
Tổ nối dây của MBA?
Tổ nối dây biểu thị góc lệch pha giữa sđđ dây của dây
quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp.
góc lệch pha: = arg(E
AB
, E
ab
) = arg(E
BC
, E
bc
) = arg(E
AC
,
E
ac
)
phụ thuộc:
+ Chiều quấn dây
+ Ký hiệu đầu dây
+ Kiểu đấu dây
11
TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP
Tổ nối dây của MBA?
Xét các trường hợp của mba một pha hai dây quấn AX và ax
+ Trường hợp a : lệch pha 360
0
( hay 0
0
)
+ Trường hợp b, c : lệch pha 180
0
12
TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP
Tổ nối dây của MBA?
Quy tắc kim đồng hồ:
+ Kim dài chỉ sđđ sơ cấp cố định ở con số 12.
+ Kim ngắn chỉ sđđ thứ cấp, chỉ vào các số 1,2,.., 12 ứng với
góc lệch pha 30
o
,60
o
,..,360
o
13
TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP
Tổ nối dây của MBA?
Ví dụ: mba ba pha có dây quấn sơ và dây quấn thứ nối hình
sao, cùng chiều quấn dây và cùng ký hiệu các đầu dây:
A
B
C
a
b
c
E
AB
E
ab
A
B
C
a
b
c
Góc lệch pha: 360
o
hay 0
o
Tổ nối dây 12
Ký hiệu là Y/y-12 hay Y/y-0.
14
1.4. MÁY BIẾN ÁP BA PHA
NỘI DUNG
• Khái niệm Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
• Tổ nối dây của Máy biến áp
• Máy biến áp làm việc song song (ý nghĩa, điều kiện )
15
MBA LÀM VIỆC SONG SONG
NỘI DUNG
• Mục đích, yêu cầu và điều kiện khi MBA làm
việc song song.
• Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA làm
việc song song.
Mục đích, yêu cầu, điều kiện khi MBA làm việc song song (1)
16
• Mục đích:
A
X
a
x
(I)
(II)
I
cb1
I
cb2
Z
tai
- Trong các trạm biến áp để đảm bảo các điều kiện KT-KT
như tổn hao vận hành tối thiểu, liên tục truyền công suất khi bị
sự cố hay khi sửa chữa, bảo dưỡng, chuyển tải người ta
thường cho 2 hay nhiều MBA làm việc song song
- Để đảm bảo hệ số tải β thỏa mãn điều kiện làm việc có hiệu
suất cao. Ban đêm, tổng trở tải Z
tải
thấp, để tránh MBA chạy
non tải → cần dồn tải cho một số MBA.
Mục đích, yêu cầu, điều kiện (2)
17
• Yêu cầu:
- Khi cho các MBA làm việc song song thì có thể xuất hiện
dòng điện cân bằng trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp
của MBA. Cần triệt tiêu dòng cân bằng này:
I
cb
→ 0
- Tải phân bố giữa các máy tỉ lệ thuận với công suất định mức
của chúng:
....
S
S
S
S
đmII
II
đmI
I
Mục đích, yêu cầu, điều kiện (3)
18
• Điều kiện:
Giả sử có 2 MBA làm việc song song. Khi đó
III
II2I2
nIInI
II2I2
cb2
phagóc
EE
0
ZZ
EE
I
- Như vậy MBA làm việc song song tốt nhất nếu điện áp thứ
cấp của chúng bằng nhau về độ lớn và trùng nhau về góc pha
và nếu hệ số tải β của chúng bằng nhau.
- Tức là chúng phải có điều kiện cùng tổ nối dây, cùng tỉ số
biến áp K và điện áp ngắn mạch như nhau.
19
1.4. CÁC MBA LÀM VIỆC SONG SONG
NỘI DUNG
• Mục đích, yêu cầu và điều kiện khi MBA làm
việc song song.
• Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA làm
việc song song.
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (1)
20
• Điều kiện cùng tổ nối dây:
- Nếu các MBA làm việc song song có cùng tổ nối dây thì điện
áp thứ cấp của chúng cùng pha nhau, trái lại nếu khác tổ nối
dây thì điện áp thứ cấp của chúng khác pha nhau.
- Giả sử có 2MBA giống nhau
đmIIđmI
nIInI
SS
ZZ
Nhưng ≠ tổ nối dây
VD máy I có tổ nối dây Y/Y-12, máy II là Y/∆-11
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (2)
• Điều kiện cùng tổ nối dây:
A
B
C
a
b
c
MBA I
A
B
C
c
a
b
MBA II
A
C
B
a
b
Ta thấy điện áp thứ cấp của 2 MBA lệch pha nhau 1 góc:
0
30
0
I
15sin.E.2E
nI
0
I
nInIInI
III
cb
Z
15sin.E
Z2
E
ZZ
EE
I
Z
n
nhỏ
đmcbđm
I)87(IUE
làm hỏng MBA
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (3)
• Điều kiện cùng hệ số biến áp k:
- Cho 2 MBA I và II làm việc // với nhau. Nếu k bằng nhau thì
điện áp thứ cấp lúc không tải của 2 MBA bằng nhau: E
2I
= E
2II
→ I
cb
= 0
- 2 MBA có cùng tổ nối dây α
I
= α
II
→ sđđ trùng pha nhau, nếu
hệ số biến áp k
I
≠ k
II
LII1I1
UUU
II20I20
LIIII20
LII20
UU
U.kU
U.kU
trong dây quấn thứ cấp
các MBA có dòng điện
cân bằng
0I
cb
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (4)
• Điều kiện cùng hệ số biến áp k:
cbIIcbI
II
- Sơ đồ véc tơ khi không tải:
U
2
E
I
E
II
I
cbI
I
cbII
-jI
cbI
.x
nI
-I
cbI
.r
nI
-I
cbI
.r
nII
-jI
cbI
.x
nII
nIIcbIIII2
nIcbII22
Z.IE
Z.IEU
Khi không tải, điện áp rơi trên các
cuộn dây MBA cùng với các điện áp
E
2I
và E
2II
tạo thành điện áp U
2
thống
nhất ở mạch thứ cấp.
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (5)
• Điều kiện cùng hệ số biến áp k:
- Khi có tải:
ttIItI
III
I
I
Icb
I
I
t
I
II
Icb
II
taiquáIImáyII
tainonImáyII
III
III
tII
tI
tcbIIII
tcbII
→ hệ số tải khác nhau → ảnh hưởng xấu tới việc lợi dụng
công suất của máy.
Vì vậy quy định rằng ∆k của các MBA khi làm việc // không
được quá 0,5% giá trị trung bình của chúng.
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (6)
• Điều kiện cùng điện áp ngắn mạch tương đối U
n
%:
Có 3MBA làm việc // có thông số:
đmIIIđmIIđmI
nIIInIInI
SSS
ZZZ
Z
nI
Z
nI
Z
nI
U'
2
U
1
I
I
I
I
II
I
III
Cùng tổ nối dây và cùng hệ số biến áp k
- Mạch điện thay thế của các MBA:
Cần xác định hệ số tải β
I
; β
II
; β
III
= ?
IIIIII
IIII
III
Ii
ni
nIIInIInI
Z
1
1
Z
1
Z
1
Z
1
1
Z
Z
.
I
U
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (7)
• Điều kiện cùng điện áp ngắn mạch tương đối U
n
%:
n
n
n
n
n
r
x
;
r
x
arctgcóTa
→ có thể coi φ
nI
φ
nII
φ
nIII
nên các dòng điện tải coi như
trùng pha → khi tính toán có thể thay số phức bằng các
môdul của chúng.
của các MBA ít thay đổi
đm1
đmI1
U.
100
%U
U;
I
U
Z
nI
nI
nI
nI
III
Ii
ni
đmi1nI
đmI1
đmI1
I
I
U
I
.
I
U
.I
I
I
I
đmI1
III
Ii
ni
đmi
nI
đmI
I
I
%U
S
%.U
S
S
S
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (8)
• Điều kiện cùng điện áp ngắn mạch tương đối U
n
%:
Kết luận:
%U
1
:
%U
1
:
%U
1
::/1
nIIInIInI
IIIIII
%U%U%U/2
nIIInIInIIIIIII
3/ MBA có U
nmin
sẽ có β
max
→ khi tăng tải sẽ đầy tải (β = 1)
sớm nhất. Khi tiếp tục tăng tải → quá tải, trong khi các máy
khác vẫn còn β < 1 → không sử dụng hết công suất thiết kế
của máy.
→ Máy có U
nmin
sẽ dễ hỏng.
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MĐ XOAY CHIỀU
NỘI DUNG
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều.
2.2. Sức điện động của dây quấn máy điện
xoay chiều.
2.3. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay
chiều.
2.4. Từ trường và điện kháng trong máy điện
xoay chiều.
3
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Dây quấn có q là số nguyên
• Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc
Khái niệm chung
4
Dây quấn của máy điện quay được bố trí ở hai bên khe
hở trên lõi thép của phần tĩnh và phần quay. Nó là bộ phận
chính để thực hiện sự biến đổi năng lượng cơ điện trong máy.
Dây quấn máy điện quay chia làm hai loại:
- Dây quấn phần cảm
- Dây quấn phần ứng
Khái niệm chung
5
Dây quấn phần cảm có nhiệm vụ sinh ra từ trường ở khe
hở lúc không tải. Từ trường này trong các máy điện quay
thường có cực tính thay đổi, nghĩa là bố trí cực N và S xen kẽ
nhau.
Dây quấn kích từ quấn
tập trung của MĐĐB
Khái niệm chung
Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sđđ
nhất định khi có chuyển động tương đối trong từ trường khe
hở và tạo ra stđ cần thiết cho sự biến đổi năng lượng cơ điện.
Dây quấn phần ứng được hình thành từ tổ hợp các bối
dây (phần tử) với nhau. Mỗi bối dây gồm có W vòng dây.
Wp=1
Wp=2
Khái niệm chung
• Các đại lượng đặc trưng của dây quấn máy điện xoay
chiều
Khái niệm chung
• Các đại lượng đặc trưng của dây quấn máy điện xoay
chiều
1. Bước cực:
Là khoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp nhau, tính bằng
số rãnh dưới một cực.
p2
Z
[số rãnh]
Z là số rãnh
2p số cực từ
2. Bước dây quấn y:
Là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của bối dây.
p2
Z
y
y
• y = : dq bước đủ.
• y > : dq bước dài.
• y < : dq bước ngắn.
[số rãnh]
Khái niệm chung
3. Số rãnh của một pha dưới một cực từ:
mp2
Z
p2.m
Z
q
Trong đó: m là số pha
q có thể là số nguyên, cũng có thể là phân số.
[số rãnh]
• Các đại lượng đặc trưng của dây quấn máy điện xoay
chiều
4. Góc độ điện giữa hai rãnh cạnh nhau :
Z
360.p
p
Z
360
00
[độ điện]
Khái niệm chung
• Phân loại dây quấn máy điện xoay chiều:
1. Phân theo số lớp trong rãnh:
2
Z
S
+ Dây quấn một lớp: trong một rãnh chỉ đặt một cạnh
tác dụng. Mỗi bối dây có hai cạnh tác dụng số bối dây của
dây quấn:
Z
S
+ Dây quấn hai lớp: trong một rãnh đặt hai cạnh tác dụng của
hai phần tử khác nhau.
số bối dây của dây quấn:
Khái niệm chung
• Phân loại dây quấn máy điện xoay chiều:
2. Phân theo cách nối các phần tử.
• Dây quấn xếp.
• Dây quấn sóng.
3. Phân theo hình dạng phần tử dây quấn.
• Dây quấn đồng khuôn.
• Dây quấn đồng tâm.
• Dây quấn đồng khuôn phân tán.
12
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Dây quấn có q là số nguyên
• Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc
Dây quấn có q là số nguyên
• Dây quấn một lớp
• Dây quấn hai lớp
Dây quấn một lớp
Trong rãnh chỉ đặt một thanh dẫn.
Xét sơ đồ khai triển dây quấn một lớp của máy điện xoay
chiều có số liệu sau: Z = 24; 2p = 4; m =3.
Các đại lượng đặc trưng của dây quấn:
6
4
24
2p
Z
τ
12
2
24
2
Z
s
2
2.3.2
24
mp2
Z
q
- Bước cực:
- Số bối dây:
- Số rãnh của 1 pha dưới 1 cực:
rãnh
- Bước dây quấn: y = = 6 rãnh
Dây quấn một lớp
Các đại lượng đặc trưng của dây quấn:
30
24
2.360
Z
p.360
α
0
8
3
24
Z
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
A
Z
B
X
C
Y
- Góc lệch pha giữa 2 rãnh kề nhau
- Số rãnh trên 1 pha
Ta thiết lập hình sao sđđ cạnh
tác dụng của dây quấn:
rãnh
Dây quấn một lớp
Cạnh tác dụng thứ 112 hình thành hình sao sđđ, các
tia lệch pha nhau 30
0
, ở đôi cực từ thứ nhất.
Cạnh tác dụng thứ 1324 hình thành hình sao sđđ, ở
đôi cực từ thứ hai, do có vị trí giống nhau trong từ trường,
nên hoàn toàn trùng với hình sao của đôi cực từ thứ nhất.
Chia hình sao sđđ thành 2m = 6 vùng pha, góc mỗi
vùng pha γ = 60
0
, từ đó ta biết được cạnh tác dụng của từng
pha.
Dây quấn một lớp
+ sơ đồ triển khai dây quấn:
Pha A: (1-7), (2-8); (13-19), (14-20).
Pha B: (5-11), (6-12); (17-23), (18-24).
Pha C: (9-15), (10-16); (21-3), (22-4).
Dây quấn một lớp
Từ sơ đồ khai triển ta thấy:
+ Mỗi pha có hai nhóm bối dây.
+ Mỗi nhóm có q phần tử dây quấn.
+ Các nhóm có thể mắc nối tiếp hoặc mắc song song
phụ thuộc vào điện áp.
a = 1: hai nhóm bối dây mắc nối tiếp với nhau
a = 2: hai nhóm bối dây mắc song song với nhau
+ Dây quấn gồm các phần tử có kích thước giống nhau
nên gọi là dây quấn đồng khuôn.
Dây quấn một lớp
Trị số sđđ của 1 pha không phụ thuộc thứ tự nối các cạnh
tác dụng thuộc pha đó. pha A có thể nối các cạnh tác dụng (1-
8), (2-7) ở dưới đôi cực từ thứ nhất và (13-20), (14-19) ở dưới
đôi cực từ thứ hai.
Pha A: (1-8), (2-7); (13-20), (14-19).
Pha B: (5-12), (6-11); (17-24), (18-23).
Pha C: (9-16), (10-15); (21-4), (22-3).
Dây quấn một lớp
- Các bối dây giống như những vòng tròn đồng tâm nên
gọi là dây quấn đồng tâm.
- Phần đầu nối lồng vào nhau.
Các kiểu dây quấn đồng tâm, đồng khuôn gọi là dây quấn
tập trung vì các nhóm phần tử tập trung dưới các cực từ nhất
định.
Dây quấn một lớp
Có thể nối các cạnh tác dụng của các phần tử theo thứ
tự khác là (2-7), (8-13) và (14-19), (20-1). Như vậy ta có thể
nối các cạnh tác dụng của các phần tử ở các pha theo thứ tự
sau :
Pha A: (2-7), (8-13); (14-19), (20-1).
Pha B: (6-11), (12-17); (18-23), (24-5).
Pha C: (10-15), (16-21); (22-3), (4-9).
Cách nối này gọi là dây quấn đồng khuôn phân tán.
Dây quấn có q là số nguyên
• Dây quấn một lớp
• Dây quấn hai lớp
Dây quấn hai lớp
Dây quấn 2 lớp là dây quấn mà trong mỗi rãnh có đặt hai
cạnh tác dụng của 2 bối dây khác nhau. Số bối dây của dây
quấn:
S = Z
Một bối dây có 1 cạnh ở lớp trên của một rãnh và 1 cạnh ở
lớp dưới của rãnh khác.
Có hai loại : dây quấn xếp và dây quấn sóng.
Ưu điểm : có thể làm được dây quấn bước ngắn để cải
thiện dạng sóng sđđ.
Nhược điểm: Lồng dây và sửa chữa khó khăn.
Xét dây quấn hai lớp có: Z = 24; 2p = 4; m = 3
Bước dây quấn y < ta lấy y = 5
Dây quấn hai lớp
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Lớp
trên
A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y
Lớp
dướ
i
A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y A
Chú ý: lớp dây trên có phân bố như dây quấn bước đủ y =
Lớp dây dưới có phân bố nhận được từ lớp trên dịch chuyển
sang trái một số rãnh =  – y (bài này là 6 - 5 = 1 rãnh)
Dây quấn
xếp 2 lớp
bước ngắn
25
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Dây quấn có q là số nguyên
• Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc
Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc
Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc được tạo thành bởi
các thanh dẫn bằng đồng đặt trong các rãnh của rôto, hai đầu
của chúng hàn với hai vành ngắn mạch cũng bằng đồng. Các
thanh dẫn và vành ngắn mạch nói trên cũng có thể đúc liền
bằng nhôm.
1
2
1'
2'
r
v
r
t
Sđđ của các thanh dẫn lệch pha nhau một góc: α = 2πp/Z.
Trong tính toán thực tế, để đơn giản thường xem mỗi thanh
dẫn là một pha: m
2
= Z
2
, và số vòng dây của một pha: w =
1/2, các hệ số k
n
= k
= 1.
Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc
Sơ đồ mạch điện của dây quấn lồng sóc:
r
v
r
v
r
v
r
v
r
t
r
t
r
t
r
t
1
1'
2
2'
3
3'
Z
Z'
Iv
12
Iv
23
It
1
It
2
It
3
Iv
2'1'
Iv
3'2'
23v2t12v
III
23v12v
II
Z
p
sin.I.2I
vt
Iv
23
Iv
12
It
2
Đối với một nút bất kỳ, thí
dụ tại nút hai ta có:
Với
Do dòng điện trong các thanh dẫn của
vành ngắn mạch cũng lệch nhau 1 góc α
nên ta có:
Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc
Nếu có Z thanh dẫn có Z pha.
Gọi I
t
: là dòng điện một pha
r
ph
: là điện trở một pha
Vì tổn hao trên điện trở của mạch điện thực và mạch điện
thay thế phải bằng nhau, nghĩa là:
Z
p
sin.2
r
rrr.I.Zr.I.Zr.I.Z
2
v
tphv
2
vt
2
tph
2
t
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MĐ XOAY CHIỀU
NỘI DUNG
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều.
2.2. Sức điện động của dây quấn máy điện
xoay chiều.
2.3. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay
chiều.
2.4. Từ trường và điện kháng trong máy điện
xoay chiều.
3
2.2. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều
NỘI DUNG
• S.Đ.Đ CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN MÁY
ĐIỆN XOAY CHIỀU
• CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG
SÓNG S.Đ.Đ
4
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều
Khi nào có sức điện động trong dây quấn phần ứng?
Muốn tạo ra sự biến thiên của từ thông xuyên qua dây
quấn phần ứng?
- Cho dây quấn phần ứng chuyển động tương đối trong
từ trường phần cảm.
- Cho xuyên qua dq phần ứng đứng yên, một từ trường
phần cảm đập mạch hoặc một từ trường không đổi nhưng từ
dẫn mạch từ thay đổi.
5
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều
Để máy làm việc được tốt, yêu cầu từ trường phân bố dọc
khe hở của máy hình sin để sđđ cảm ứng trong dây quấn có
dạng hình sin.
Thực tế không thể thực hiện được vì:
- Do bão hòa mạch từ
- Cấu trúc răng rãnh mạch từ
- Phân bố dây quấn theo bề mặt của nó không liên tục
Nên từ trường sẽ khác sin. Ta phân tích chúng thành sóng
cơ bản (bậc 1) và sóng bậc cao  (bậc 3,5,...).
6
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều
Phân bố từ cảm từ trường cực từ
MĐĐB dọc bề mặt Stator
Khi rotor chuyển động, từ trường B
1
, B
3
, B
5
, B
7
, .. cảm ứng
trong dây quấn sđđ e
1
, e
3
, e
5
, e
7
, ... Do tần số f khác nhau nên
sđđ tổng trong dây quấn sẽ có dạng không sin.
7
SĐĐ CẢM ỨNG TRONG DQ MÁY ĐIỆN XC
• Sđđ của dây quấn do từ trường sóng cơ bản
=1.
• Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc
cao.
8
Sđđ của dây quấn do từ trường sóng cơ bản =1.
• Sđđ của một thanh dẫn.
• Sđđ của một vòng dây và Sđđ của một
bối dây (phần tử).
• Sđđ của một nhóm bối dây.
• Sđđ của một pha dây quấn.
9
Sđđ của một thanh dẫn
xsin.BB
mx
xsin.v.l.Bv.l.Be
mxtd
f.2
T
2
t
x
v
.l.B.
2
m
tsin.E.2tsin..f.e
tdtd
.f22,2
2
.f.
E
td
Thanh dẫn có chiều dài l chuyển đổng với vận tốc v trong
từ trường cơ bản phân bố hình sin dọc khe hở:
Trong thanh dẫn cảm ứng sđđ:
Trong đó:
Ta có tốc độ góc: = 2f
Từ thông ứng với một bước cực:
Trong đó :
10
Sđđ của một vòng dây và Sđđ của một bối dây
Sđđ của một vòng dây gồm hai thanh dẫn đặt trong hai rãnh
cách nhau một khoảng y là hiệu số hình học các sđđ lệch
nhau một góc (y/) của hai thanh dẫn đó.
tdtdV
EEE
)
2
.
y
sin(.E2EEE
tdtdtdV
2
.sin
)y(E
)y(E
k
V
V
n
nntdV
k..f.44,4k.E2E
Sđđ của một vòng dây:
Với dây quấn bước đủ có y =
E
V
= 2.E
td
gọi là hệ số bước ngắn.
Ta có:
y=


B
m1
E'
td
E"
td
E'
td
E"
td
-E"
td
E
V

nbVbb
k.w..f.44,4E.wE
Sđđ của một nhóm bối dây
y=


B
m1
Z
p2
p
Z
2
3b2b1bnh
EEEE
Nhóm bối dây gồm nhiều bối dây mắc nối tiếp nhau trên
cùng bước cực của 1 pha dây quấn.
Giả thiết ta có q = 3 bối dây mắc nối tiếp và được đặt rải
trong các rãnh liên tiếp nhau:
Góc lệch pha trong từ trường giữa
hai rãnh cạnh nhau:
Với Z/p số rãnh dưới một đôi cực từ.
Sđđ của một nhóm bối dây
2
3
sin.OA.2ABE
nh
)trungtapquan(E
)raiquan(E
k
nh
nh
r
2
sin.q
2
q
sin
2
sin.OA.2.q
2
q
sin.OA.2
AD.q
AB
k
r
dqbrnbnh
k.w.q..f.44,4k.k.w.q..f.44,4E
Ta dễ dàng nhận thấy rằng tứ giác nội tiếp đường tròn.
Nếu 3 bối thuộc cùng 2 rãnh
các bối dây quấn tập trung:
E
nh
= 3.E
b
Hệ số quấn rải:
Thực tế k
r
= 0,920,96
E
nh
= q.E
b
.k
r
Sđđ của một pha dây quấn
Một pha dây quấn gồm a nhánh song song, do ghép song
song nên sđđ của một pha là sđđ của một nhánh song song.
Mỗi nhánh song song gồm n nhóm bối dây có vị trí giống
nhau trong từ trường của các cực từ:
dqdqb
nh//ph
k.W..f.44,4k.w.n.q..f.44,4
E.nEE
Với W = nqW
b
là số vòng dây của một nhánh song song
14
SĐĐ CẢM ỨNG TRONG DQ MÁY ĐIỆN XC
• Sđđ của dây quấn do từ trường sóng cơ bản
=1.
• Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc
cao.
15
Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao
2
..sink
n
2
sin.q
2
q
sin
k
r

rndq
k.kk
Biểu thức sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao
cũng tương tự như từ trường sóng cơ bản. Ở đây ta thấy
rằng bước cực của từ trường bậc nhỏ lần bước cực của
từ trường sóng cơ bản, vì vậy góc điện 2π của từ trường
sóng cơ bản ứng với góc .2π đối với từ trường bậc .
Bước cực sóng bậc :
Góc lệch pha của sđđ sóng bậc cao tăng lên lần so với
sóng cơ bản.
Hệ số dây quấn đối với từ trường bậc cao:
Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao
dq
k.W..f.44,4E
....EEEE
2
5
2
3
2
1
Tần số của sóng bậc : f
= .f
1
Suất điện động cảm ứng của sóng bậc ν:
Từ những phân tích trên ta thấy rằng, khi từ trường cực từ
phân bố không hình sin, sđđ cảm ứng trong dây quấn một
pha là tổng của một dãy các sđđ điều hòa có tần số khác
nhau. Trị hiệu dụng sđđ đó có trị số:
17
2.1. SĐĐ cảm ứng Dây quấn máy điện xoay chiều
NỘI DUNG
• S.Đ.Đ CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN MÁY
ĐIỆN XOAY CHIỀU
• CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG
SÓNG S.Đ.Đ
18
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
Tại sao phải
cải thiện
dạng sóng
sdd?
....EEEE
2
5
2
3
2
1
19
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
1. Tạo độ cong mặt cực để B sin:
Tạo độ cong mặt cực để khe hở nhỏ nhất ở giữa mặt cực
và tăng dần ra hai phía mỏm cực từ. Để B hình sin thì δ
x
cách
giữa mặt cực bằng:
xcos
x
Bề rộng mặt cực b =(0,650,75)τ
δ
max
= (1,52,6)δ
20
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
2. Triệt tiêu sđđ của sóng bậc 3:
Từ trường
= 1,3,5,7….
Như ta biết thì sóng bậc = 3 có biên độ lớn nhất trong
các sóng bậc cao. Để triệt tiêu sóng bậc 3: E
3
0
Đấu dây quấn hình Y hay D?
21
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
2
..sink
n
1k
n
0
2
..5sink
5n
5
4
5
2
y
5
4
2
5
2
sin
2
5
4
sink
1n
7
6
3. Dùng dây quấn bước ngắn:
Ta có hệ số bước ngắn:
Khi y = τ
Khi y < τ thì sđđ bậc cao tùy ý sẽ bị triệt tiêu:
E
5
= 0
Ta lấy do:
Tương tự muốn E
7
= 0 thì chọn
: tất cả các sđđ bậc cao đều tồn tại
22
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
Nhận xét:
• Rút ngắn bước dây quấn sđđ bậc một cũng giảm đi một
ít nhưng không đáng kể.
• Dùng dây quấn bước ngắn không đồng thời triệt tiêu tất
cả sđđ bậc cao vì vậy phải chọn bước ngắn thích hợp.
Thường chọn tỉ số tối ưu:
6
5
23
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
1
2
sin.q
2
q
sin
k
r

1rr
kk
4. Thực hiện dây quấn rải:
Khi quấn tập trung q = 1
nghĩa là các sđđ bậc cao không giảm.
Khi quấn rải với q > 1
các sđđ bậc cao đều giảm nhỏ.
ta dùng dây quấn rải.
24
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
1k.
p
Z
z
Z
p2
k2
Z
p2
).1k.
p
Z
(.
zz
5. Làm rãnh nghiêng.
Với các sóng điều hòa bậc cao
với k = 1,2,3…
Ví dụ Z =24, p = 2
z
= 11,13, 23,25…
Ta có:
Góc lệch pha
z
giữa các sđđ của các bối dây đặt
trong các rãnh liên tiếp do từ trường bậc
z
sinh ra bằng góc
lệch pha ứng với từ trường cơ bản.
k
rz
= k
r
Hệ số dây quấn lớn bằng hệ số dây
quấn của sóng cơ bản mặc dù ta quấn rải.
25
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
5. Làm rãnh nghiêng.
Sóng có bậc
z
gọi là sóng điều hòa răng.
Dùng rãnh nghiêng để giảm sóng điều hòa răng.
Từ cảm B
z
dọc hai nửa thanh dẫn có cực tính khác nhau
sđđ cảm ứng trong hai nửa thanh dẫn có chiều ngược
nhau tổng sđđ điều hòa răng trong thanh dẫn = 0
Trường hợp rãnh
chéo một bước răng
26
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
5. Làm rãnh nghiêng.
pZ
p22
2b
z
zc
zc
t
Z
D
Z
p2
bZpcó

Từ trường sóng điều hòa răng bậc 1 (k = 1) là mạnh nhất
để triệt tiêu được sđđ này ta chọn bước rãnh chéo là:
t
z
là khoảng cách một bước răng.
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MĐ XOAY CHIỀU
NỘI DUNG
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều.
2.2. Sức điện động của dây quấn máy điện
xoay chiều.
2.3. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay
chiều.
2.4. Từ trường và điện kháng trong máy điện
xoay chiều.
3
2.3. Sức từ động của dq máy điện xoay chiều
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• S.t.đ của dây quấn 1 pha
• S.t.đ của dây quấn 3 pha
• S.t.đ của dây quấn 2 pha
4
Khái niệm chung
Dòng điện sức từ động từ trường quanh dây quấn.
• STĐ đập mạch?
• STĐ quay?
• quan hệ giữa STĐ đập mạch và STĐ quay?
Giả thiết: + khe hở không khí đều
+ Fe
5
Khái niệm chung
cos.tsin.FF
m
)(fcos.FF
1m
tsin.FF
m1m
tsin.FF
2m
cos.FF
m2m
1. Stđ đập mạch:
(α: góc không gian)
Với
là biên độ tức thời stđ đập mạch và lúc đó sự phân bố của
F là hình sin trong không gian.
Còn khi α = const ở vị trí cố định bất kỳ:
trong đó
và F ở vị trí đó biến đổi tuần
hoàn theo thời gian.
Nếu t = const thì:
6
Khái niệm chung
(*))tsin(.FF
m
const
)
t
sin(
const
t
dt
d
2. Stđ quay tròn:
Ta xét một điểm bất kỳ của sóng stđ có trị số không đổi:
hay
Lấy vi phân theo thời gian:
Ta thấy, đạo hàm α theo t chính là tốc độ góc quay:
0
dt
d
0
dt
d
ứng vói sóng quay thuận
ứng vói sóng quay ngược
7
Khái niệm chung
21mmm
FF)tsin(.F
2
1
)tsin(.F
2
1
cos.tsin.F
3.Quan hệ giữa stđ đập mạch và stđ quay:
STĐ đập mạch là tổng của hai STĐ quay:
- Với F
1
quay thuận với tốc độ góc +ω, F
2
quay ngược
cùng tốc độ góc -ω
- Biên độ của các stđ quay bằng một nửa biên độ stđ đập
mạch.
8
Khái niệm chung
)
2
cos().
2
tsin(.Fcos.tsin.F
sin.tcos.Fcos.tsin.F)tsin(.F
mm
mmm
3.Quan hệ giữa stđ đập mạch và stđ quay:
STĐ quay là tổng hợp của hai stđ đập mạch:
- Lệch pha nhau trong không gian một góc π/2
- Khác pha nhau về thời gian một góc là π/2.
9
2.3. Sức từ động của dq máy điện xoay chiều
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• S.t.đ của dây quấn 1 pha
• S.t.đ của dây quấn 3 pha
• S.t.đ của dây quấn 2 pha
10
S.t.đ của dây quấn 1 pha
• Stđ của các bối dây
• Stđ của nhóm bối dây
• Stđ của 1pha dây quấn
11
Stđ của các bối dây
bb
W.idl.H
Giả thiết:
- Dây quấn đặt ở stato gồm có 2 bối dây.
- W
b
là số vòng dây của một bối dây.
- i
b
là dòng điện trong bối dây.
- Dây quấn bước đủ (y = τ ).
-
Fe
=
Theo đl toàn dòng điện:
Với H: cường độ từ trường dọc
theo đường sức từ.
Stđ của các bối dây
bb
W.i2.H
2
W.i
F
bb
b
b
bb0
0
F.
2
W.i
HB
0

cos.F...3cos.Fcos.FFF
mbm3bm1bbb
STĐ ứng với một khe hở không khí bằng:
Mật độ từ cảm:
Với
Stđ phân bố hình chữ nhật trong không gian có thể phân
tích thành dãy Fourier có các sóng điều hòa 1, 3, 5... như sau:
với = 1, 3, 5…
: là độ từ dẫn khe hở không khí.
12
Stđ của các bối dây
13
b
2
2
bmb
F.
2
sin
4
d.cos.F
2
F


2
W.i
F
bb
b
tcos.Ii
bmb
tcos.W.I
22
tcos.W.I
2
F
bbbbmmb


tcos.cos.W.I
22
cos.FF
bbmbb



....5,3,1
mbb
tcos.cos.FF
Trong đó:
STĐ của một bối dây có dđ xoay chiều là tổng của sóng
đập mạch phân bố hình sin trong không gian và biến đổi hình
sin theo thời gian.
14
S.t.đ của dây quấn 1 pha
• Stđ của các bối dây
• Stđ của nhóm bối dây
• Stđ của 1pha dây quấn
Stđ của nhóm bối dây
15
Nhóm bối dây gồm có q bối dây mắc nối tiếp nằm ở các
rãnh cạnh nhau của một pha dây quấn.
Stđ của nhóm bối dây cũng được xác định tương tự như
sđđ của nhóm bối dây.
rbnh
k.F.qF
16
S.t.đ của dây quấn 1 pha
• Stđ của các bối dây
• Stđ của nhóm bối dây
• Stđ của 1pha dây quấn
17
Stđ của 1pha dây quấn
)1()y(
nnhnhnhnhph
k.F2
2
cos.F2)1(
2
cos.F2
2
cos.F2F

F
nh1
F
nh2
F
ph
Với dây quấn 2 lớp bước ngắn y <
Stđ của dây quấn một pha hai lớp bước ngắn có thể được
xem như tổng stđ của hai dây quấn một lớp bước đủ, một đặt
ở lớp trên và một đặt ở lớp dưới nhưng lệch pha nhau một
góc γ độ điện.
2 lớp dịch chuyển so với nhau - y rãnh, ứng với
Đối với sóng cơ bản = 1:
góc lệch
18
Stđ của 1pha dây quấn
nnhph
k.F2F

nrbbnmnhmph
k.k.q.tcos.W.I
22
.2k.F2F
a
W.pq2
W
b
a
I
I
ph
b

dqphmph
k.tcos.
p
W
.I
22
F

....5,3,1
mphph
tcos.cos.FF
Tương tự đối với sóng bậc ν:
Ta có
: số vòng dây của 1 nhánh // (của 1 pha
dq)
Vậy stđ của dq một pha hai lớp bước
ngắn:
19
Stđ của 1pha dây quấn
Stđ của một pha là tổng hợp của một dãy stđ đập mạch
phân bố hình sin trong không gian biến đổi hình sin theo thời
gian.
Ta phân tích stđ đập mạch thành các sóng quay thuận và
ngược:


21mphmph
mphph
FF)tcos(.F
2
1
)tcos(.F
2
1
tcos.cos.FF
20
2.3. Sức từ động của dq máy điện xoay chiều
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• S.t.đ của dây quấn 1 pha
• S.t.đ của dây quấn 3 pha
• S.t.đ của dây quấn 2 pha
21
S.t.đ của dây quấn 3 pha
Giả thiết dây quấn ba pha đặt lệch nhau một góc 120
o
điện hay 2π/3 và có dòng điện chạy qua là:
)
3
4
tcos(.Ii
)
3
2
tcos(.Ii
tcos.Ii
mC
mB
mA
Từng pha sẽ sinh ra các stđ lệch pha nhau 2/3
22
S.t.đ của dây quấn 3 pha


A2A1mphmph
mphA
FF)tcos(.F
2
1
)tcos(.F
2
1
tcos.cos.FF
)]
3
2
()
3
2
tcos[(.F
2
1
)]
3
2
()
3
2
tcos[(.F
2
1
F
mph
mphB
)]
3
4
()
3
4
tcos[(.F
2
1
)]
3
4
()
3
4
tcos[(.F
2
1
F
mph
mphC
Xét stđ bậc của 3 pha dây quấn:
23
S.t.đ của dây quấn 3 pha
C1B1A11
FFFF
C2B2A22
FFFF
Các thành phần quay thuận F
1A
, F
1B
, F
1C
đều quay với vận
tốc
nên vị trí của chúng trong không gian không
đổi có thể xếp chồng:
Tương tự các thành phần quay ngược F
2A
, F
2B
, F
2C
quay
với vận tốc
có thể xếp chồng:
24
S.t.đ của dây quấn 3 pha
]
3
2
)1(0)tcos[(.F
2
1
F
mphA1
]
3
2
)1(1)tcos[(.F
2
1
F
mphB1

]
3
2
)1(2)tcos[(.F
2
1
F
mphC1
3
2
)1(
Stđ của các sóng quay thuận:
stđ giữa chúng lệch pha nhau một góc
25
S.t.đ của dây quấn 3 pha
Stđ của các sóng quay thuận:
Các sóng hài = 1, 3, 5, 7…chia làm ba nhóm:
1. = 3, 9, 15, 21….
= 3.k với k =1, 3, 5…
2. = 1, 7, 13, 19….
= 6.k + 1 với k =0, 1, 2…
3. = 5, 11, 17, 23….
= 6.k - 1 với k =1, 2, 3…
26
S.t.đ của dây quấn 3 pha
Stđ của các sóng quay thuận:
3
2
k2
3
2
)1(
3
2
k4
3
2
)1(
C1B1A11
F3F3F3F
F
1A
F
1B
F
1C
+/ Với nhóm = 3.k
các sóng này lệch pha nhau 1 góc và quay cùng tốc độ
+/ Với nhóm = 6.k+1
các sóng trùng pha nhau.
tổng của chúng = 0
F
1A
F
1B
F
1C
27
S.t.đ của dây quấn 3 pha
Stđ của các sóng quay thuận:
3
4
k4
3
2
)1(
0F
1
F
1A
F
1C
F
1B
+/ Với nhóm = 6.k-1
28
S.t.đ của dây quấn 3 pha
0F
2
C2B2A22
F3F3F3F
1k6
m)3(
)tcos(.FF

dqm
k.tcos.
p
W
.I
23
F
Stđ của các sóng quay ngược:
Xét tương tự ta có:
Với nhóm = 3.k và = 6.k +1 có stđ
Chỉ có nhóm = 6.k -1 thì
Như vậy Stđ của dây quấn ba pha là tổng các stđ bậc ν =
6k + 1 quay thuận và các stđ bậc ν = 6k - 1 quay ngược. Biên
độ thì bằng 3/2 biên độ của stđ một pha bậc ν, và tốc độ quay
của stđ bậc ν là n
ν
= n/ν:
Với
29
2.3. Sức từ động của dq máy điện xoay chiều
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• S.t.đ của dây quấn 1 pha
• S.t.đ của dây quấn 3 pha
• S.t.đ của dây quấn 2 pha
30
S.t.đ của dây quấn 2 pha

1k4
m)2(
)tcos(.FF

dqm
k.tcos.
p
W
.I
22
F
Ta có dây quấn 2 pha đặt lệch pha nhau trong không gian
một góc 90
o
điện và dòng điện hai pha lệch pha nhau một góc
90
0
Phân tích như trường hợp dây quấn 3 pha, ta có:
Với
Stđ của dq hai pha là tổng của các stđ bậc ν = 4k + 1 quay
thuận và các stđ bậc ν = 4k - 1 quay ngược. Biên độ thì bằng
biên độ của stđ một pha bậc ν, và tốc độ quay của stđ bậc ν là
n
ν
= n/ν.
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MĐ XOAY CHIỀU
NỘI DUNG
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều.
2.2. Sức điện động của dây quấn máy điện
xoay chiều.
2.3. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay
chiều.
2.4. Từ trường và điện kháng trong máy điện
xoay chiều.
3
2.4. Từ trường và điện kháng trong MĐXC
NỘI DUNG
• TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
• ĐIỆN KHÁNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
4
TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
Dòng điện m pha chạy trong dây quấn máy điện xoay
chiều sẽ tạo ra từ trường bao quanh dây quấn đó.
Trên thực tế để việc nghiên cứu tính toán được dễ dàng, ta
chia và xét từ trường làm 3 loại, giữa chúng không có ảnh
hưởng tới nhau:
1.Từ trường nằm trong rãnh.
2.Từ trường trong khe hở không khí.
3.Từ trường phần đầu nối.
5
TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
+/ Từ trường chính: là từ trường trong khe hở không khí
của sóng cơ bản ( =1), nó thực hiện chức năng truyền năng
lượng từ phía stato qua roto hay ngược lại bằng cảm ứng
điện từ, bởi vì đường sức sóng cơ bản móc vòng với 2 dây
quấn stato và roto tạo từ trường quay.
+/ Từ trường tản:
- Từ trường tản trong rãnh ( tản rãnh)
- Từ trường trong phần đầu nối ( tản đầu nối)
- Từ trường trong khe hở không khí của sóng bậc cao (
tản tạp)
làm rung, ồn, không sinh công có ích.
6
TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
F
.
B
mm
F.B
0
Từ trường trong khe hở không khí:
1. khe hở không khí bằng phẳng:
2. Xét đến cấu trúc răng rãnh của mạch từ:
Nếu khe hở không khí phẳng ( = const) thì từ cảm có
phân bố hình sin.
( F
mv
đã được xác định ở phần stđ)
7
TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
Từ trường trong khe hở không khí:
B

const)
B

const)
B

const)
B
1m
1
)const(B
)const(B
k
m1
m1
k.
0
)2,1(15,11,1k
Khi xét đến cấu trúc răng rãnh của mạch từ
const B
có dạng như trên. B
1m
( const) < B
1m
( =
const)
Độ từ dẫn khe hở không khí giảm.
Hệ số khe hở không khí:
với
không được quá lớn.
8
TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
B
m
B
1m
Fe
=0
Fe
=0
B
B
1
1
B
B
k
m1
m
k.k.
0
k.k.
3. Xét đến độ bão hòa mạch từ:
Hệ số bão hòa mạch từ:
Chiều dài tính toán của khe hở không khí:
9
TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
3. Xét đến độ bão hòa mạch từ:
.l.B
tb
mtb
B.
2
B
p
k.W.I
.
k.k.
.l.
.
m.22
.l.F.
k.k.
.
2
.l.B.
2
dq
0
22
m
0
m
Luồng từ thông tổng trên 1 bước cực với sóng bậc :
Với
: là bước cực sóng bậc :
10
2.4. Từ trường và điện kháng trong MĐXC
NỘI DUNG
• TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
• ĐIỆN KHÁNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
11
ĐIỆN KHÁNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
I
E
x
r
)
10
5
(
x
r
)
100
10
(
x
1
1
1
I
E
x
1dq111
k..w.f.2E
p
k.w.I
.
k.k.
.l.
.
m.22
1dq11
0
2
1
1
p
k.w.f
.
k.k.
.l.
.
m.4
x
2
1dq
2
11
0
1
1
x: điện kháng của cuộn dây.
X >> r, trong máy điện thường:
trong máy điện lớn:
Biểu thức xác định điện kháng chính dây quấn:
+/ Điện kháng chính do dòng điện của chính dây quấn
sinh ra:
E
1
: là sđđ của luồng từ thông chính.
12
ĐIỆN KHÁNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
1
12
12
I
E
x
2dq122112
k..w.f.2E
p
k.w.I
.
k.k.
.l.
.
m.22
1dq11
0
2
1
12
p
k.k.w.w.f
.
k.k.
.l.
.
m.4
x
2dq1dq211
0
1
12
p
k.k.w.w.f
.
k.k.
.l.
.
m.4
x
2dq1dq212
0
2
21
+/ Điện kháng hỗ cảm của từ thông chính:
E
12
: là sđđ cảm ứng trong dây quấn roto
bởi từ thông sinh ra do dòng điện stato.
Tương tự
11
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
22
CHƯƠNG 3. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
NỘI DUNG
3.1. Đại cương.
3.2. Quan hệ điện từ trong máy điện không
đồng bộ.
3.3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ của động cơ
không đồng bộ.
3.4. Máy điện không đồng bộ công suất nhỏ.
3
3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
NỘI DUNG
4
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (1)
- Cấu tạo máy điện không đồng bộ:
Tên gọi không đồng bộ?
Cấu tạo Stator?
Cấu tạo Rotor?
5
1. Stator
Stator gồm hai bộ phận chính là lõi
thép và dây quấn.
- Lõi thép stator có dạng hình trụ là
phần dẫn từ, vì từ trường đi qua lõi thép là
từ trường quay nên để giảm tổn hao Lõi
thép được ghép bằng các lá thép kỹ thuật
điện, được dập rãnh bên trong rồi ghép lại
với nhau tạo thành các rãnh theo hướng
trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy.
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (2)
- Cấu tạo máy điện không đồng bộ:
6
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (3)
- Cấu tạo máy điện không đồng bộ:
- Dây quấn stator thường được làm
bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt
trong các rãnh của lõi thép. Dòng điện
xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba
pha stato sẽ tạo nên từ trường quay.
1. Stator
7
2. Rotor
Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.
- Cũng như lõi thép stator, lõi
thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật
điện được dập rãnh mặt ngoài ghép lại
để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để
lắp trục.
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (4)
- Cấu tạo máy điện không đồng bộ:
8
2. Rotor
- Dây quấn rotor của máy điện không đồng bộ có hai kiểu: rotor ngắn
mạch ( rotor lồng sóc ) và rotor dây quấn.
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (5)
- Cấu tạo máy điện không đồng bộ:
Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt
trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu.
9
2. Rotor
Rotor dây quấn cũng quấn
giống như dây quấn ba pha stator và có cùng
số cực từ như dây quấn stator. Dây quấn kiểu
này luôn luôn đấu sao (Y) và có ba đầu ra đấu
vào ba vành trượt, gắn vào trục quay của rotor
và cách điện với trục. Ba chổi than cố định và
luôn tỳ trên vành trượt để dẫn điện ra ngoài,
thông qua chổi than để đưa thêm điện trở phụ
vào mạch điện rotor để cải thiện tính năng mở
máy hoặc điều chỉnh tốc độ.
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (6)
- Cấu tạo máy điện không đồng bộ:
10
2. Phân theo kết cấu vỏ máy:
+ Kiểu kín
+ Kiểu bảo vệ
+ kiểu hở
3. Phân theo điện áp trên dây quấn stator:
+ Một pha
+ Ba pha
+ Vạn năng
1. Phân theo kiểu dây quấn rotor ta có:
+ Máy điện không đồng bộ rotor lồng sóc.
+ Máy điện không đồng bộ rotor dây quấn.
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (7)
- Phân loại máy điện không đồng bộ:
11
3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
NỘI DUNG
12
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (1)
Từ trường F
quay
từ thông
1
.
1
xuyên qua
dây quấn rotor cảm ứng sđđ E
2
I
2
2
. từ thông
2
hợp với từ thông
1
tạo thành từ thông tổng ở khe
hở không khí.
Đặt điện áp xoay chiều vào ba pha dây quấn
stator I
A
, I
B
, I
C
0 F
A
, F
B
, F
C
0
Các stđ này lệch nhau góc 120
0
cả về không gian
và thời gian F
quay
= F
A
+ F
B
+ F
C
n1
n< n1
A
Z
B
X
C
Y
Fñt
v1
Lực tác dụng tương hỗ giữa từ thông tổng của máy với thanh dẫn trên
roto mang dòng điện tạo thành momen quay, nếu M
quay
> M
cản
kéo rotor
quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n.
13
Hệ số trượt của máy điện không đồng bộ
1
1
n
nn
s
Tốc độ quay tương đối giữa từ trường quay của dây
quấn stator với tốc độ rotor: n
2R
= n
1
– n
Tần số suất điện động trong dây quấn rotor là:
1
R2
2
f.s
60
p.n
f
Máy điện không đồng bộ có n n
1
. Vì nếu tốc độ bằng nhau thì không
có sự chuyển động tương đối , trong dây quấn rotor không cảm ứng được
suất điện động.
n1
n
n2R
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (2)
14
Dòng điện trong dây quấn rotor sinh ra
2
,
2
quay với tốc độ n
2R
so với rotor.
Gọi n
2
là tốc độ quay tương đối của
2
so với stator ta có:
Từ trường quay của dây quấn stator và từ trường quay của dây
quấn rotor quay đồng bộ với nhau tạo ra từ trường quay tổng trong máy,
Nhờ vậy năng lượng được truyền từ stator sang rotor hoặc ngược lại qua
trường trung gian là từ trường.
p
f.60
n n n - n n n n
1
112R2
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (3)
15
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (4)
Trường hợp 0 < n < n
1
( 0 < s <1)
Từ trường quay với tốc độ đồng bộ n
1
rotor quay với tốc độ n
n1
n< n1
A
Z
B
X
C
Y
Fñt
v1
Từ trường quét qua dây quấn rotor
cảm ứng sđđ E
2
I
2
Cặp ngẫu lực F
đt
hình thành M
quay
quay rotor
Máy điện làm việc ở chế độ động cơ điện
16
Dùng động cơ sơ cấp quay rotor cùng chiều
với từ trường quay với n > n
1
.
Chiều của từ trường quay quét qua dây quấn
rotor sẽ ngược lại, e
2
và i
2
đổi chiều.
Lực F
đt
đổi chiều và ngược với lực làm quay
rotor F
cơ
. Máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục
thành điện năng cung cấp cho lưới điện. MĐKĐB
làm việc ở chế độ MFĐ.
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (5)
n1
n>n1
A
Z
B
X
C
Y
Fcô
v1
Fñt
Trường hợp n > n
1
( s <0 )
17
Quay rotor ngược chiều quay với từ trường quay. Lúc đó chiều của
sđđ, dòng điện, momen giống như ở chế độ động cơ.
M
đt
ngược chiều M
quay
có tác dụng hãm rotor bị giảm tốc độ.
Máy điện làm việc ở chế độ hãm điện từ.
ĐCĐ MFĐ Hãm điện từ
s 0 < s <1 s < 0 s > 1
n 0< n < n
1
n > n
1
n < 0
Chiều quay của n, n
1
cùng chiều cùng chiều ngược chiều
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (6)
Trường hợp n < 0 ( s > 1 )
18
3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
NỘI DUNG
19
1. Công suất định mức P
đm
(kW,W)
2. Điện áp định mức U
đm
(V)
3. Dòng điện định mức I
đm
(A)
4. Tốc độ quay định mức n
đm
(v/p)
5. Hiệu suất định mức η
đm
%
6. Hệ số công suất định mức cos
đm
- CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Công suất định mức mà động cơ tiêu thụ từ lưới điện:
Mômen quay định mức ở đầu trục:
đmđmđm
đm
đm
đm1
cos.I.U.3
P
P
)m.N(
P
M
đm
đm
đm
)s/rad(
60
n..2
đm
đm
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
CHƯƠNG 3. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
NỘI DUNG
3.1. Đại cương.
3.2. Quan hệ điện từ trong máy điện không
đồng bộ.
3.3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ của động cơ
không đồng bộ.
3.4. Máy điện không đồng bộ công suất nhỏ.
2
3
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định
mức
Khái niệm chung
4
Có thể coi MĐKĐB như một MBA mà dây quấn stator là dây
quấn sơ cấp, dây quấn rotor là dây quấn thứ cấp và sự liên
hệ giữa hai mạch sơ cấp và thứ cấp thông qua từ trường
quay.
Dùng cách phân tích MBA để nghiên cứu MĐKĐB .
Cấu trúc máy điện KĐB:
Trên stator có dq m
1
pha
Trên rotor có dq m
2
pha
liên hệ với nhau về cảm ứng từ
3
Khái niệm chung
Giống như mô hình MBA, cần thực hiện quy đổi để dẫn ra
sơ đồ mạch điện thay thế.
Tương quan giữa MĐKĐB và MBA:
MĐKĐB MBA
Dây quấn Stato
Dây quấn Rotor
Lõi thép Stato, Rotor
Mạch từ hở
Từ trường quay
f
1
f
2
Dây quấn sơ cấp
Dây quấn thứ cấp
Mạch từ
Mạch từ khép kín
Từ trường đập mạch
f
1
= f
2
6
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định
mức
4
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (1)
Đặt điện áp U
1
(f
1
) vào dây quấn stator dòng điện I
1
( f
1
),
dây quấn rotor kín mạch dòng điện I
2
(f
2
);
Dòng I
1
và I
2
sinh ra stđ quay F
1
và F
2
:
2
2dq2
2
2
1
1dq1
1
1
I
p
k.w
.
2.m
F
I
p
k.w
.
2.m
F
Trong đó:
m
1
, m
2
là số pha của dq stator
và rôto
p là số đôi cực
w
1
, w
2
là số vòng dây nối tiếp
trên một pha dq stator và rôto
k
dq1
, k
dq2
là hệ số dây quấn của
dây quấn stator và rôto
7
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (2)
8
)F(FFFFF
201021
0
1dq1
1
0
I
p
k.w
.
2.m
F
)I(
2
2
1dq1
1
2
I
p
k.w
.
2.m
)F(
)I(II
201
Hai stđ có cùng tốc độ quay n
1
= 60f
1
/p và tác dụng với nhau
để sinh ra stđ tổng trong khe hở F
0
. phương trình cân bằng
stđ:
Cũng giống như cách phân tích MBA, dòng điện I
1
gồm hai
thành phần:
• Một thành phần là dđ I
0
tạo nên stđ
• Một thành phần là
tạo nên stđ
bù lại stđ F
2
của dòng điện thứ cấp I
2
5
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (3)
9
Quy đổi MBA?
Quy đổi MĐKĐB?
• Mục đích?
• Lý do cần quy đổi máy biến áp?
• Phương pháp?
• Điều kiện?
• Xác đinh thông số trước và sau khi quy đổi?
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (3)
10
w
2
w’
2
=w
1
k
dq2
k’
dq2
= k
dq1
k
n
k
n
= 1
Quy đổi dây quấn rotor dây quấn stato:
6
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (4)
11
2
2dq2
2
2
I
p
k.w
.
2.m
F
2
1dq1
1
2
I
p
k.w
.
2.m
F
n
kFF .1.
22
n2dq22
1dq11
2
2
i
k
1
.
k.w.m
k.w.m
I
I
k
i
2
2
k
I
I
Stđ trước khi quy đổi:
Stđ sau khi quy đổi:
Stđ trước và sau khi quy đổi bằng nhau:
Dòng điện quy đổi:
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (5)
12
.k.w.f.44,4E
E.k.w.f.44,4E
2dq212
21dq111
n2dq2
1dq1
2
2
u
k
1
.
k.w
k.w
E
E
k
2iu2
2
2
2
1
2
22
2
212
2
22
r.k.kr.)
I
I
(
m
m
rrImrIm
2iu2
x.k.kx
Stđ F
0
sinh ra từ thông chính Φ trong khe hở, từ thông
Φ này cảm ứng trong dây quấn stator và rotor các sđđ có trị
số:
Khi rotor đứng yên f
2
= f
1
:
Qui đổi điện trở rotor r
2
về stato: theo điều kiện nào?
Tương tự qui đổi điện kháng rotor x
2
về stato:
: hệ số quy đổi theo sđđ hay điện áp
7
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (6)
13
Tương tự như MBA có mô hình toán sau quy đổi:
210
22222
11111
III
)xjr.(IE0U
)jxr.(IEU
So sánh với mô hình toán của MBA?
14
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định
mức
8
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (1)
15
.k.k.w.f.44,4E
n2dq212
.k.k.w.f.s.44,4
.k.k.w.f.44,4E
n2dq21
n2dq22s2
Khi rotor quay: n 0, s 1 f
2
= s.f
1
f
1
Quy đổi rotor quay về rotor đứng yên.
Sđđ rotor khi n = 0, s = 1:
Sđđ rotor khi n 0, s 1:
E
2s
= s.E
2
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (2)
16
2s2
12s2
12
x.sx
L.s.f..2L.f..2x
L.f..2x
L.f..2L.x
2
2
2
22
2
s22
s2
2
x.j
s
r
E
x.s.jr
E.s
jxr
E
I
)
s
s1
(r.I.mr.I.m
s
r
.I.mPPP
2
2
222
2
22
2
2
222cuđtco
)
s
s1
(rr
2f
r
2
const
Dòng điện roto:
Khi quy đổi rotor quay về rotor đứng yên, công suất cơ
đưa ra trục được mô tả tương đương bằng công suất điện
trên một điện trở phụ:
9
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (3)
17
1. Các phương trình cơ bản máy điện không đồng bộ:
 Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn stato:
Khi nối dây quấn stator với nguồn ba pha, ta có
phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn stator khi rotor quay
giống như khi đứng yên :
)jxr.(IEU
11111
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (4)
18
)jxr.(IE0
s222s2
)x.s.jr.(IE.s)jxr.(IE0
2222s222s2
)x.j
s
r
.(IE0
2
2
22
Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rôto:
Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rotor lúc quay:
+/ Quy đổi từ rotor quay về rotor đứng yên:
Chia cả hai vế cho s ta được:
Là phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rotor đã quy đổi về
rotor đứng yên.
Trong đó: E
2
, x
2
là sđđ và điện kháng rotor lúc đứng yên.
10
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (5)
19
Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rôto:
i
iu
k
k.k
)kkjxkk
s
r
(
k
I
E.k0
iu2iu
2
i
2
2u
12u2
EE.kE
i
2
2
k
I
I
2ie2
r.k.kr
2ie2
x.k.kx
+/ Quy đổi từ dây quấn rotor về dây quấn stato:
Nhân phương trình với
Gọi: là sdđ pha rotor quy đổi về stato
là dòng điện rotor quy đổi về stato
là điện trở dây quấn rotor quy đổi về
stato
là điện kháng dây quấn rotor quy đổi về
stato
ta có
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (6)
20
Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rôto:
+/ Quy đổi từ dây quấn rotor về dây quấn stato:
)xj
s
r
(IE0
2
2
22
21
EvàE
)x.jr(IEE
mm021
021
021
III
FFF
k = k
e
*k
i
là hệ số quy đổi tổng trở
Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rotor sau khi
quy đổi:
Cũng giống như MBA,
là điện áp rơi trên tổng trở từ hóa:
Do stđ stator và rotor quay đồng bộ với nhau với tốc độ
1
nên phương trình cân bằng stđ cũng như trường hợp khi rotor
đứng yên:
11
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (7)
21
Ta có hệ phương trình cơ bản của máy điện không đồng bộ
lúc rotor quay như sau:
)x.jr(IE
III
EE
)xj
s
r
(IE0
)jxr.(IEU
mm01
021
12
2
2
22
11111
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (8)
22
s
s1
r
2
2. Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ.
Tương tự như MBA  có sơ đồ mạch điện thay thế hình
T cho máy điện không đồng bộ khi rotor quay.
Dây quấn sơ cấp mba dây quấn stato
Dây quấn thứ cấp mba dây quấn rotor
Phụ tải mba điện trở giả tưởng
12
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (9)
23
2. Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ.
r
1
x
1
I
1
U
1
x'
2
r
2
-I'
2
E
1
E'
2 =
E
1
R
2
.(1-s)/s
r1
x1
x'2r2
I1
U1
-I'2
rm
xm
I0
R2.(1-s)/s
24
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định
mức
13
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (1)
25
n
1
n
M
caûn
M
ñt
1. Chế độ động cơ điện (0 < s < 1)
11
nn,nn
11111
cos.I.U.mP
1
2
111cu
r.I.mp
m
2
011Fe
r.I.mp
1FeFe
pp
s
r
.I.m
s
r
.I.m)pp(PP
2
2
22
2
2
21Fe1cu1đt
ĐCKĐB nhận điện năng của lưới
điện cơ năng trên trục quay.
Do f
2
=s.f
1
rất bé p
Fe2
0
+/ Phân phối công suất tác dụng
s.Pr.I.mp
đt2
2
212cu
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (2)
26
1. Chế độ động cơ điện (0 < s < 1)
+/ Phân phối công suất tác dụng
2
2
21đt2cuđtco
r)
s
s1
.(I.m)s1(PpPP
Tổn hao cơ p
cơ
(do ma sát ổ trục, quạt gió…)
Tổn hao phụ p
fụ
(do sóng điện từ bậc cao sinh ra)
Công suất đưa ra đầu trục động cơ điện:
P
2
= P
cơ
– p
cơ
– p
fụ
14
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (3)
27
1. Chế độ động cơ điện (0 < s < 1)
+/ Phân phối công suất tác dụng
p
cu1
p
Fe
p
cu2
p
cô
p
f
P
1
Löôùi
P
ñt
P
2
Truïc
11
2
P
p
1
P
P
Giản đồ công suất tác dụng của động cơ không đồng bộ:
Tổng tổn hao của động cơ điện không đồng bộ:
p = p
cu1
+ p
Fe
+ p
cu2
+ p
cơ
+ p
fụ
Hiệu suất của động cơ điện không đồng bộ:
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (4)
28
1. Chế độ động cơ điện (0 < s < 1)
+/ Phân phối công suất phản kháng
11111
sin.I.U.mQ
1
2
111
x.I.mq
2
2
212
x.I.mq
m
2
01011m
x.I.mI.E.mQ
11112m11
sin.I.U.mqQqQ
Giản đồ công suất phản kháng:
q
1
Q
1
Q
m
q
2
I
0
= 20-25% I
đm
Q
m
tương đối lớn cos thấp,
thường cos
đm
= 0,7 - 0,95
cos
0
= 0,1- 0,15
15
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (5)
29
1. Chế độ động cơ điện (0 < s < 1)
+/ Đồ thị vectơ
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (6)
30
2. Chế độ máy phát ( -∞ < s < 0 )
Ở chế độ máy phát rotor có n n
đb
, n > n
đb
-∞ < s < 0
M
đtF
< > n : momen cản
M
cơ
n : momen quay
M
đtF
< > M
đtĐC
Khi máy điện không đồng bộ làm việc ở chế độ máy phát
ta có s < 0 công suất cơ của máy là
P
cơ
2
2
21
r)
s
s1
.(I.m
< 0 máy nhận công suất cơ vào.
16
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (7)
31
2. Chế độ máy phát ( -∞ < s < 0 )
r2a2
2
2
22
2
22
2
2
2
22
2
22
2
2
22
2
222
22
2
2
II
x.sr
x.E.s
.j
x.sr
r.E.s
x.sr
)x.s.jr.(E.s
x.s.jr
E.s
I
2
2
2
22
2
22
a2
Epha
x.sr
r.E.s
I
2
2
2
22
2
22
2
r2
E
x.sr
x.E.s
.jI
rDC2rF2
aDC2aF2
II
II
Phân tích dòng điện I
2
thành 2 thành phần:
Trong đó: Thành phần tác dụng
Thành phần phản kháng
Ta thấy
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (8)
32
2. Chế độ máy phát ( -∞ < s < 0 )
0
r
x.s
s/r
x
tg
2
2
2
2
2
22
IvàE
Hoặc theo cách khác ta có:
góc pha
2
giữa
là 90
0
<
2
< 180
0
17
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (9)
33
2. Chế độ máy phát ( -∞ < s < 0 )
0cos.I.U.mP
11111
0sin.I.U.mQ
11111
Từ đồ thị vectơ ta thấy góc
1
> 90
0
nên:
+ Công suất tác dụng:
+ Công suất phản kháng:
Đây chính là nhược điểm của MFĐKĐB nên ít dùng
MĐKĐB ở chế độ máy phát.
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (10)
34
2. Chế độ máy phát ( -∞ < s < 0 )
Giản đồ năng lượng của máy phát điện không đồng bộ:
p
cu2
p
cô
p
f
P
1
P
cô
P
2
P
ñt
p
cu1
p
Fe
18
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (11)
35
3. Chế độ hãm điện từ (1 < s < 2 )
Ở chế độ hãm điện từ rotor có vận tốc n < > n
đb
1 < s < 2
Do s > 0 nên đồ thị vectơ ở chế độ hãm điện từ tương tự như
ở chế độ động cơ:
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (12)
36
3. Chế độ hãm điện từ (1 < s < 2 )
0r)
s
s1
.(I.m
2
2
21
0
s
r
.I.mP
2
2
21đt
0P
1
2cu2
2
212
2
21
2
2
21cođt
pr.I.mr)
s
1s
.(I.m
s
r
.I.mPP
s > 1 công suất cơ P
cơ
Công suất điện từ của máy
máy nhận công suất điện từ lưới.
Tất cả công suất cơ và điện lấy ở ngoài vào đều biến
thành tổn hao đồng trên mạch rôto:
Vì tất cả năng lượng lấy vào đều tiêu thụ trên máy nên
khi U
1
= U
đm
chỉ cho phép máy làm việc trong khoảng thời
gian tương đối ngắn.
19
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (13)
37
3. Chế độ hãm điện từ (1 < s < 2 )
Giản đồ năng lượng:
p
cu1
p
Fe
p
cu2
p
cô
p
f
P
1
P
ñt
P
2
Truïc
38
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định
mức
20
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (1)
39
co2fco
20CO
PPpp
MMM
)s1.(
60
)s1.(n..2
60
n..2
1
1
đt
1
đt
1
đtco
CO
M
P
)s1(
)s1(PP
M
xét chế độ động cơ điện không đồng bộ.
1. Biểu thức tính momen:
ĐCKĐB lúc làm việc phải chịu mômen cản bao gồm
mômen không tải M
0
và mômen cản của phụ tải M
2
.
Ta có:
Công suất cơ : P
cơ
= P
đt
(1-s)
Tốc độ góc của roto:
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (2)
40
1. Biểu thức tính momen
1
2
2
21
1
2
2
21
1
đt
đt
s
r
.I.m.p
p
s
r
.I.m
P
M
)
s
r
.I.(I
s
r
.I
2
22
2
2
2
22
2
2
cos.E
s
r
.I
1a2222
2
2
2
E.IE.cos.I
s
r
.I
a2a2
1
11
I.kI.
E.m.p
M
const
E.m.p
k
1
11
a2
I~M
Ta có:
Từ đồ thị vectơ:
Với
M
đt
tỷ lệ thuận với thành phần dòng điện tác dụng của
Roto.
21
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (3)
41
1. Biểu thức tính momen
1
Z
Z
1CC
m
1
11
2
211
2
2
11
1
212
)x.Cx()
s
r
.Cr(
U
I.CI
Để xác định mối quan hệ của mômen điện từ theo hệ số
trượt s ta sử dụng sơ đồ mạch điện thay thế hình Γ:
Trong sơ đồ có:
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (4)
42
1. Biểu thức tính momen
)s(f
)x.Cx()
s
r
.Cr(
s
r
.U.m.p
s
r
.I.m.p
M
2
211
2
2
111
2
2
11
1
2
2
21
2
1
U
2
211
)x.Cx(
Mômen điện từ của máy điện không đồng bộ:
Nhận xét:
+ Mômen M tỉ lệ với
+ Mômen M tỉ lệ nghịch với điện kháng
khi tần số cho trước.
Khảo sát hàm số M = f(s): Với s > 0 : M > 0
Với s < 0 : M < 0
Với s hay s = 0 : M = 0
khi tần số và tham số xác định.
22
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (5)
43
1. Biểu thức tính momen
S
m
1 2
S
M I
0
M
m
M
kñ
I
1
, I'
2
s
2
I~Mcó
M
I
M
I
Quan hệ M = f(s) và I = f(s):
Từ quan hệ M = f(s) ta thấy:
Khi từ 0 s
m
( s tới hạn)
Khi s > s
m
Momen đạt giá trị cực đại M
max
= M(s
m
)
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (7)
44
0
ds
dM
2
211
2
1
21
m
)x.Cx(r
r.C
s
])x.Cx(rr.[C..2
U.m.p
M
2
211
2
1111
2
11
max
2. Tìm mômen cực đại M
max
:
hệ số trượt s
m
ứng với momen cực đại M
max
:
Trong đó: dấu (+) ứng với động cơ điện
dấu (-) ứng với máy phát điện
23
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (8)
45
2. Tìm mômen cực đại M
max
:
21
x,x
21
2
m
xx
r
s
)xx.(.2
U.m.p
M
211
2
11
max
2
1
U
21
xx
2max
rM
2m
r~s
Giả thiết: C
1
1
Do r
1
<<
nên ta coi r
1
0
Nhận xét:
+ M
max
tỉ lệ với
+ M
max
tỉ lệ nghịch với khi tần số cho trước.
Như vậy ta có:
với tần số và tham số cho trước.
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (9)
46
])x.Cx()r.Cr[(
r.U.m.p
M
2
211
2
2111
2
2
11
kđ
2
1
U
2
211
)x.Cx(
3. Mômen khởi động:
Ở chế độ khởi động có s = 1 (n = 0) momen khởi động:
Nhận xét:
+ M
kđ
tỉ lệ với
+ Do r
1
, r’
2
<< x
1
, x’
2
M
kđ
tỉ lệ với nghịch với nghịch điện
kháng
với tần số và tham số cho trước
24
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (10)
47
3. Mômen khởi động:
2,28,1
M
M
m
đm
max
max
7,11,1
M
M
m
dm
k
k
75
I
I
i
dm
k
k
Thường trong lý lịch máy cho biết tỷ số
gọi là năng lực quá tải của động cơ không đồng bộ, thể hiện
khả năng quá tải mà động cơ có thể chịu được.
Bội số mômen khởi động:
Bội số dòng điện khởi động :
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (11)
48
])x.Cx()
s
r
.Cr.[(s
])x.Cx(rr[r.C.2
M
M
2
211
2
2
11
2
211
2
1121
max
m
21
2
211
2
1
s
r.C
)x.Cx(r
m
21
1m
m
m
21
1
max
s
r.C
r.2
s
s
s
s
)s
r.C
r
1.(2
M
M
4. Biểu thức Klox:
Trong thực tế thường không biết các tham số của
MĐKĐB nên có thể dùng biểu thức klox để tính momen.
Lập tỉ số:
Ta có:
Thế vào ta được:
25
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12)
49
4. Biểu thức Klox:
21
rr

m
21
1
s
r.C
r
s
s
s
s
2
M
M
m
m
max
Trong máy điện không đồng bộ thường điện trở
và s
m
= 0,1÷0,2 nên:
có thể bỏ qua:
biểu thức Klôx.
so với số hạng trước nó nên
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12)
50
0co
fcoco2
2
MM
)pp(PP
M
5. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:
Momen đầu trục của ĐCKĐB:
Thường momen không tải M
0
<< momen tải nhận được ở
đầu trục M
2
Ta có thể thay việc khảo sát M
2
= f(s) bằng M
cơ
= M
đt
=
f(s)
26
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12)
51
5. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:
S
M
1
1'
1''
2
M
Mt
Mt'
dt
dn
JMM
t
M: momen quay của động cơ
M
t
: momen quay của tải
M < > M
t
M n
Phương trình cân bằng momen:
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12)
52
5. Đặc tính cơ:
0M
dt
dn
Ta phân tích sự ổn định của ĐCKĐB lúc làm việc. giả sử
động cơ làm việc với tải có momen M
t
động cơ có thể làm
việc tại hai điểm 1 và 2.
+/ Xét tại điểm 1:
Khi tải tăng từ M
t
M
t
’:
s và n
momen M theo
ĐC làm việc tại điểm làm
việc mới 1’
S
M
1
1'
1''
2
M
Mt
Mt'
27
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12)
53
5. Đặc tính cơ:
Khi giảm tải từ M
t
M
t
”:
s = s
1
” và n
momen M theo động cơ
làm việc tại điểm làm việc mới
1”
0M
dt
dn
Điều kiện làm việc ổn định: khi có tác nhân tức thời tác
dụng lên hệ thống thì hệ thống có khả năng trở về trạng thái
làm việc ban đầu.
S
M
1
1'
1''
2
M
Mt
Mt'
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12)
54
5. Đặc tính cơ:
S
M
1
1'
1''
2
M
Mt
Mt'
sn0
dt
dn
sn0
dt
dn
Vì một lý do nào đó, rotor quay
chậm lại: n s > s
1
Momen quay M > M
t
M > 0
Cũng vậy, khi rotor quay nhanh hơn: n s < s
1
Momen quay M < M
t
M < 0
Điểm (1) là điểm làm việc ổn định.
tới khi s = s
1
tới khi s = s
1
28
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12)
55
5. Đặc tính cơ:
S
M
1
1'
1''
2
M
Mt
Mt'
0
dt
dn
0M
M M
s s
t
2
0
dt
dn
0M
M M
s s
t
2
+/ Xét tại điểm 2:
n tiếp tục giảm tới 0
Điểm (2) là điểm làm việc không ổn định.
n
n
n tiếp tục cho
tới khi s = s
1
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12)
56
5. Đặc tính cơ:
S
M
1
1'
1''
2
M
Mt
Mt'
ds
dM
ds
dM
t
)s1(nndo
dn
dM
dn
dM
1
t
+/ Điều kiện làm việc ổn định:
hoặc:
Trong phần lớn các tải:
+ s từ 0 < s < s
m
động cơ làm việc ổn định.
+ s từ s
m
< s < 1 động cơ làm việc không ổn định.
29
57
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định
mức
Các đường đặc tính của
MĐKĐB (1)
58
đt
2cu
P
p
s
1. Đặc tính tốc độ n = f(P
2
).
Theo công thức hệ số trượt, ta có: n = n
1
(1 - s)
Trong đó:
do p
cu2
= P
đt
– P
cơ
= P
đt
.s
Khi không tải p
Cu2
<< P
đt
nên
s ≈ 0 ĐC quay gần tốc độ đồng
bộ n ≈ n
1
. Khi tăng tải thì tổn
hao đồng cũng tăng lên n
giảm. Hệ số s
đm
= 0,02 0,05
nên đường đặc tính tốc độ là
đường hơi dốc xuống.
30
Các đường đặc tính của MĐKĐB (2)
59
2. Đặc tính momen M = f(P
2
)
Ta thấy trên M = f(s) có M
thay đổi rất nhiều theo s.
Trong phạm vi 0 < s < s
m
thì
đường M = f(s) gần giống đường
thẳng, s
m
tương đối nhỏ nên M =
f(P
2
) cũng gần giống đường
thẳng.
Trong phạm vi làm việc bình thường tốc độ n ít thay đổi
nên momen không tải M
0
~ const quan hệ M
2
= M – M
0
=
f(P
2
) cũng gần giống đường thẳng qua gốc toạ độ.
Các đường đặc tính của MĐKĐB (3)
60
3. Đặc tính hiệu suất η = f(P
2
)
%100.
pP
P
2
2
Trong đó: Σp là tổng tổn hao, nhưng ở đây chỉ có tổn hao
đồng thay đổi theo phụ tải còn các tổn hao khác là không đổi.
31
Các đường đặc tính của MĐKĐB (4)
61
MĐKĐB luôn nhận công suất phản kháng từ lưới. Lúc
không tải cos rất thấp thường cos < 0,2. Khi có tải dòng
điện I
2
tăng lên nên cos cũng tăng. cos
max
khi tải xấp xỉ
định mức.
4. Đặc tính hệ số công suất cos = f(P
2
)
62
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor
quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định
mức
32
MĐKĐB làm việc trong chế độ không định mức (1)
63
~EU
11
a21
1
1
I.E.
m.p
M
m
1
0
Z
E
I
1. Điện áp không định mức:
Giả thiết U
1
< U
đm
: đây là trường hợp thường gặp nhất,
như tải cuối đường dây, vì M ~ U
2
momen M giảm bình
phương lần so với điện áp.
Nếu bỏ qua điện áp rơi trong dây quấn stato:
do đó khi U
1
E
1
và từ thông 
Khi U
1
E
1
dòng điện từ hóa
nếu M
t
không đổi thì I
2
sẽ tăng lên tỉ lệ
với sự giảm E
1
, làm máy nóng lên.
nên hệ số công suất cos có xu hướng tăng.
MĐKĐB làm việc trong chế độ không định mức (2)
64
1. Điện áp không định mức:
m
2
01Fe
r.I.mp
2
2
222cu
r.I.mp
2
2
I
Về mặt tổn hao, điện áp giảm có ảnh hưởng như sau:
• Tổn hao sắt:
• Tổn hao đồng trên dây quấn roto: tăng ~
• Tổn hao đồng trên dây quấn stato:
p
Cu1
phụ thuộc vào I
0
và I
2
vì I
0
giảm còn I
2
tăng.
Với tải nhỏ( < 40%) tổn hao giảm nên hiệu suất η tăng
khi làm việc nên giảm điện áp xuống. Với tải lớn hơn ( > 50%)
tổn hao tăng nên hiệu suất η giảm.
p
Fe
giảm ~ U
2
33
MĐKĐB làm việc trong chế độ không định mức (3)
65
m
2
01Fe
r.I.mp
đt
2
2
22
P
rI.m
s
2. Tần số không địng mức:
Thường thì f không đổi, trong kỹ thuật khi f thay đổi
±5%f
đm
được coi như định mức.
Khi f < f
đm
, ta có U ≈ E ~ fΦ, nếu U= Const
→ Φ ~ 1/ f. Vậy khi tần số f giảm thì:
+ Φ tăng → I
0
tăng →
+ Tốc độ n giảm.
+ Nếu M
t
= Const thì I
2
giảm và
giảm
tăng và cos
1
giảm
MĐKĐB làm việc trong chế độ không định mức (4)
66
3. Điện áp đặt vào không đối xứng:
Phân tích điện áp không đối xứng thành các thành
phần thứ tự thuận, thứ tự ngược và thứ tự không. Các
ĐCKĐB thường đấu Y hay và trung tính không nối đất nên
thành phần điện áp thứ tự không không ảnh hưởng đến sự
làm việc của động cơ.
Hệ thống điện áp thứ tự ngược sinh ra từ trường quay
nghịch có hệ số trượt của rotor đối với từ trường quay nghịch
là (2 - s) > 1 và mômen do nó sinh ra có tác dụng hãm làm
giảm mômen có ích, đồng thời gây nên tổn hao phụ.
8/9/2019
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
CHƯƠNG 3. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
NỘI DUNG
3.1. Đại cương.
3.2. Quan hệ điện từ trong máy điện không
đồng bộ.
3.3. Khởi động và điều chỉnh tốc độ của động
cơ không đồng bộ.
3.4. Máy điện không đồng bộ công suất nhỏ.
8/9/2019
2
3
3.3. Khởi động và điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB
NỘI DUNG
• Các phương pháp khởi động động cơ không
đồng bộ
• Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
không đồng bộ
Các phương pháp khởi động ĐCKĐB (1)
4
Phương trình cân bằng mômen trong quá trình khởi động:
dt
dn
JMM
t
Trong đó:
M : Mômen điện từ của
động cơ điện
M
t
: Mômen cản của tải
J: Hằng số quán tính.
Từ phương trình trên ta thấy rằng:
+ Để tăng tốc độ thuận lợi thì
0
dt
dn
+ (M - M
t
) càng lớn thì tốc độ tăng càng nhanh.
+ Máy có quán tính lớn thì
→ M > M
t
thời gian khởi động t
k
lâu.
8/9/2019
3
Các phương pháp khởi động ĐCKĐB (2)
5
đm
kđ
I
xxrr
U
I
74
)()(
2
21
2
21
1
])xx()rr[(
r.U.m.p
M
2
21
2
211
2
2
11
kđ
Khi khởi động n = 0, s = 1
Dòng điện khởi động với U
đm
:
Mômen khởi động:
KVA code K: S=8-8.99*S
đm
Các phương pháp khởi động ĐCKĐB (3)
6
Yêu cầu khi khởi động động cơ:
• Mômen M
kđ
phải đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ
của tải.
• Dòng I
kđ
càng nhỏ càng tốt.
• Thời gian t
k
nhanh.
• Phương pháp khởi động và thiết bị cần dùng đơn
giản, rẻ tiền, tin cậy.
• Tổn hao công suất trong quá trình khởi động càng
thấp càng tốt.
A
8/9/2019
4
Các phương pháp khởi động ĐCKĐB (4)
7
 Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc.
 Khởi động ĐCKĐB rotor dây quấn.
• Khởi động trực tiếp
• Khởi động gián tiếp hạ điện áp khởi động
• Thêm điện trở phụ vào mạch rotor
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (1)
8
1. Khởi động trực tiếp
ÑC
CD
U1
ĐC
8/9/2019
5
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (1)
9
1. Khởi động trực tiếp
Ưu điểm:
+ Thiết bị khởi động
+ Mômen khởi động
+ Thời gian khởi động
Nhược điểm:
Dòng điện khởi động I
kđ
lớn sụt áp U trên đường
dây tăng làm ảnh hưởng đến các phụ tải khác.
Ứng dụng: Dùng cho những động cơ công suất nhỏ và
công suất của nguồn lớn hơn nhiều lần công suất động cơ.
đơn giản
M
kđ
lớn: m
k
= 1,11,6
nhanh
I
kđ
lớn
sụt áp U trên đường
dây tăng làm ảnh hưởng đến các phụ tải khác.
Ứng dụng:
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (2)
10
2. Khởi động gián tiếp bằng cách hạ điện áp khởi động:
a. Dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stator
Mục đích: qua thiết bị khởi động để giảm dòng điện khởi
động.
mômen khởi động giảm theo.
b. Khởi động dùng mba tự ngẫu
c. Khởi động bằng cách đổi nối Y→ Δ
Các phương pháp hạ điện áp khi khởi động:
Mục đích:
Nhược điểm:
8/9/2019
6
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (3)
11
a. Dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stato:
Khi khởi động:
Cắt cầu dao CD2, đóng cầu
dao CD1 để nối dây quấn stator vào
lưới điện thông qua cuộn kháng CK.
Khi động cơ quay ổn định,
đóng cầu dao CD2 để ngắn mạch
cuộn kháng, nối trực tiếp dây quấn
stator vào lưới.
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (4)
12
a. Dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stato:
ĐC
1
2
ĐC
2
ĐC
1
kđ
x
U
xr
U
I
k
1
2
kĐC
2
ĐC
1
kđ
x
U
)xx(r
U
I
1
x
x
~
I
I
k
ĐC
kđ
kđ
2
kđ
2
kđ
kđ
kđ
I
I
M
M
Khi khởi động trực tiếp:
Khi khởi động qua cuộn kháng:
( do x
k
>> x
ĐC
>> r
ĐC
)
Ưu điểm: thiết bị khởi động đơn giản.
Nhược điểm: khi giảm dòng điện khởi động thì momen khởi
động giảm bình phương lần.
Ưu điểm:thiết bị khởi động
Nhược điểm:
8/9/2019
7
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (5)
13
b. Khởi động dùng mba tự ngẫu:
Khi khởi động:
CD
1
đóng, CD
2
mở, CD
3
đóng, nối dây quấn stator vào lưới
điện thông qua biến áp tự ngẫu.
Sau khi khởi động xong thì
cắt biến áp tự ngẫu ra bằng cách
đóng CD
2
vào và mở CD
3
ra.
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (6)
14
b. Khởi động dùng mba tự ngẫu:
1
ĐC
ĐC
1
I
I
U
U
k
k
U
U
1
ĐC
22
1
2
ĐC
kđ
kđ
k
1
U
U
~
M
M
Ta có: U
ĐC
= U
HA
của biến áp tự ngẫu
Hệ số biến áp:
Điện áp đặt vào động cơ khi mở máy:
Điện áp giảm k lần momen giảm k
2
lần so với khi khởi
động trực tiếp.
giảm k
2
lần so với khi khởi
động trực tiếp.
8/9/2019
8
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (7)
15
b. Khởi động dùng mba tự ngẫu:
ĐC
1
ĐC
ĐC
ĐC
z
U
.
k
1
z
U
I
k
I
I
ĐC
1
ĐC
1
1
z
U
I
1
1
I
I
Dòng điện vào động cơ khi có máy biến áp:
Dòng điện I’
1
lưới điện cung cấp cho động
cơ khi có máy biến áp ( dòng sơ cấp máy biến
áp):
Khi khởi động trực tiếp dòng điện:
Dòng điện của lưới lúc có máy biến áp
giảm đi k
2
lần so với khi không có máy biến áp.
ĐC
1
2
z
U
.
k
1
2
k
1
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (8)
16
c. Khởi động bằng cách đổi nối Y→ Δ:
CD2
8/9/2019
9
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (8)
17
c. Khởi động bằng cách đổi nối Y→ Δ:
Khi khởi động: đóng cầu dao CD1,
cầu dao CD2 đóng về phía Y, như
vậy điện áp đặt vào hai đầu mỗi pha
chỉ còn
3/U
1
Khi máy đã chạy thì đóng cầu dao
CD2 về phía Δ.
Phương pháp này chỉ dùng cho các động cơ khi làm việc bình
thường có dq stator nối Δ, khi khởi động nối Y, sau khi tốc độ
quay gần ổn định chuyển về nối Δ để làm việc.
Khi khởi động:
Δ,
khi khởi động nối Y, sau khi tốc độ
quay gần ổn định chuyển về nối Δ để làm việc.
CD2
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (9)
18
c. Khởi động bằng cách đổi nối Y→ Δ:
n
d
n
f
f
Z
U
Z
U
I
n
d
fd
Z
U.3
I.3I
n
d
n
Yf
Yf
Z.3
U
Z
U
I
n
d
YfYd
Z.3
U
II
d
Yd
I
I
3
1
U
U
~
M
M
2
f
2
Yf
Y
Ta có:
và
Dòng điện và mômen đều giảm đi 3 lần khi khởi động so
với đấu trực tiếp.
3
1
8/9/2019
10
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (10)
19
c. Khởi động bằng cách đổi nối Y→ Δ:
Ưu điểm:
- Dòng điện khi khởi động đấu Y,
giảm 3 lần so với dòng điện khi khởi động
trực tiếp.
- Phương pháp này đơn giản, làm
việc tin cậy.
Nhược điểm:
- Mômen khởi động khi nối Y giảm
3 lần so với với mômen khởi động trực
tiếp.
CD2
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (10)
20
d. Khởi động qua bộ điều áp xoay chiều
( khởi động mềm):
Về mặt khởi động có rất nhiều ưu điểm:
Điện áp tăng từ từ và trơn mịn.
Có thể thực hiện nhiều thuật toán khởi động.
Áp đặt được dòng khởi động hoặc thời gian khởi
động ở một giá trị nhất định.
8/9/2019
11
Các phương pháp khởi động ĐCKĐB
21
 Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc.
 Khởi động ĐCKĐB rotor dây quấn.
Khởi động ĐCKĐB rotor dây quấn (1)
22
Trục rotor
rotor dây
quấn
Dây quấn vành trượt
Chổi than
Biến trở r
f
Khởi động bằng cách thêm điện trở phụ vào rotor:
2
21
2
f21
1
kđ
)xx()rrr(
U
I
8/9/2019
12
Khởi động ĐCKĐB rotor dây quấn (2)
23
Khởi động bằng cách thêm điện trở phụ vào Rotor:
Khi thêm r
f
vào dây quấn Rotor điện trở dây quấn
rotor thay đổi và đặc tính M = f(s) cũng thay đổi.
Khi điều chỉnh điện trở r
f
phù hợp sẽ được điều kiện khởi
động lý tưởng:
1
xx
rr
s
21
f2
m
M’
kđ
1 s
M
cản
M
R
f
= 0
R
f
0
M
kđ
1
4
0
có M
kđ
= M
max
tức có hệ số trượt
s
m
= 1:
Khởi động ĐCKĐB rotor dây quấn (3)
24
Khởi động bằng cách thêm điện trở phụ vào Rotor:
Khi động cơ quay ở tốc độ nào đó,
để duy trì mômen điện từ nhất
định trong quá trình khởi động,
cần giảm dần r
f
, làm cho quá trình
tăng tốc động cơ thay đổi, từ
đường đặc tính M = f(s) này sang
đường đặc tính M = f(s) khác:
M’
kđ
1
s
M
cản
M
r
f
= 0
r
f
0
M
kđ
1 2 3 4
0
đường 4 sang đường 3, đường 2, và sau khi cắt toàn bộ điện
trở phụ thì sẽ tăng tốc đến điểm làm việc của đặc tính cơ tự
nhiên ( đường 1).
8/9/2019
13
Khởi động ĐCKĐB rotor dây quấn (4)
25
Khởi động bằng cách thêm điện trở phụ vào rotor:
Ưu điểm: momen khởi động M
kđ
lớn còn dòng điện khởi động
Nhược điểm:
Động cơ rotor dây quấn chế tạo phức tạp hơn rotor
lồng sóc nên giá thành đắt hơn, bảo quản khó khăn hơn và
hiệu suất cũng thấp hơn.
Ưu điểm: M
kđ
lớn còn dòng điện khởi động
I
kđ
nhỏ dùng cho những nơi nào khởi động khó khăn.
26
3.3. Khởi động và điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB
NỘI DUNG
• Các phương pháp khởi động động cơ không
đồng bộ
• Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ
không đồng bộ
8/9/2019
14
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (1)
27
Yêu cầu - phạm vi điều chỉnh
- độ bằng phẳng khi điều chỉnh
- năng lượng tiêu thụ
Tốc độ của ĐCKĐB:
)s1(nn
1
+/ ĐCKĐB rotor lồng sóc:
- Thay đổi f
1
.
- Thay đổi p dây quấn stato.
-
Thay đổi U đưa vào dây
quấn stator để thay đổi hệ
số trượt s.
+/ ĐCKĐB rotor dây
quấn:
-
Thay đổi điện trở rotor để
thay đổi hệ số trượt s
-
Nối nối tiếp trên mạch
điện rotor máy điện phụ gọi
là nối cấp.
Yêu cầu
p
f.60
1
ph/vg)s1(
p
f.60
1
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (2)
28
2
21
2
1
2
m
)xx(r
r
s
constr
'
2
U
1
s
m
= const
M
max
tỉ lệ với
2
1
U
.
U
1
Do s
m
= const nên hệ số
trượt tối đa có thể điều
chỉnh được là s = s
m
.
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cấp cho
stato:
hệ
8/9/2019
15
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (3)
29
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cấp cho
stato:
+/ Cách thức giảm điện áp U
1
:
- Đổi nối Y/.
- Dùng MBA tự ngẫu.
- Dùng điện kháng nối tiếp với dây
quấn Stato.
- Dùng 3 cặp thyristor đấu song
song ngược: thay đổi góc mở thay
đổi được điện áp trung bình đặt vào
động cơ.
CD2
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (4)
30
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cấp cho
stato:
+/ Ưu điểm: Điều chỉnh tốc độ liên tục.
+/ Nhược điểm:
- Giảm khả năng quá tải của động cơ vì momen giảm.
- Chỉ có thể đặt điện áp thay đổi nhỏ hơn điện áp định
mức nên hệ số trượt lớn hơn hệ số trượt định mức, tốc độ
động cơ được điều chỉnh giới hạn nhỏ hơn tốc độ định mức.
Phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp.
- Phương pháp này chỉ thực hiện khi máy mang tải, khi
máy không tải giảm điện áp nguồn, tốc độ gần như không đổi.
+/ Ưu điểm:
Điện áp giảm momen giảm
lớn hơn hệ số trượt định mức, tốc độ
động cơ được điều chỉnh giới hạn nhỏ hơn tốc độ định mức.
8/9/2019
16
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (5)
31
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số:
• Đặc điểm phương pháp thay đổi tần số?
• Lưu ý khi thay đổi tần số?
Từ thông khe hở không khí ?
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (5)
32
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số:
Với điều kiện năng lực quá tải không đổi quan hệ
giữa U
1
, f
1
và M.
2
1
2
1
211
2
11
max
f
U
.C
)xx.(.2
U.m.p
M
1
U
1
f
max
maxmaxmax
M
M
M
M
M
M
M
M
const
f
U
hay
f
f
U
U
1
1
1
1
1
1
Gọi
và M’ là điện áp và mômen lúc tần số là
Khi yêu cầu momen không đổi ta có:
Khi bỏ qua điện trở r
1
ta có:
])xx(rr.[.2
U.m.p
M
2
21
2
111
2
11
max
M
M
f
f
U
U
f.U
f.U
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
là
8/9/2019
17
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (6)
33
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số:
const
f
U
1
1
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (7)
34
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số:
Khi yêu cầu công suất cơ P
cơ
không đổi mômen tỉ lệ
nghịch với tần số:
const
f
U
f
f
U
U
f
f
M
M
1
2
1
1
1
1
1
1
1
mômen tỉ lệ
nghịch với tần số:
8/9/2019
18
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (7)
35
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số:
Tóm lại:
khi thay đổi tần số f
1
, ta phải đồng thời thay đổi U
1
đưa
vào động cơ.
U
1
đưa vào
động cơ ứng với các đặc tính cơ của tải.
= const
ứng với
M
c
= const
= const
ứng với
Mc
m
= const
ứng với
M
c
U
f
= const
ứng với
M
c
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (8)
36
3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực:
Khi f = const Tốc độ n
1
~
p
1
khi thay đổi số đôi cực thì
thay đổi được tốc độ động cơ.
Bằng cách đấu các bối dây stator có thể thay đổi được số
đôi cực:
/2
p=1
A
X
/2
p=2
A
X
8/9/2019
19
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (8)
37
3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực:
ĐCKĐB có cấu tạo dây quấn để thay đổi số đôi cực từ được
gọi là ĐCKĐB nhiều cấp tốc độ.
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (9)
38
3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực:
Nhận xét:
Chỉ dùng cho ĐCKĐB rotor lồng sóc.
Điều chỉnh tốc độ không bằng phẳng.
Ứng dụng:
được sử dụng rộng rãi trong máy luyện kim, máy tàu
thủy...
Với ĐCKĐB rotor dây quấn???
8/9/2019
20
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (10)
39
4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào
mạch rôto:
Nhận xét: Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ rotor dây
quấn
Trục rotor
Rotor dây
quấn
Dây quấn
rotor
Vành trượt
Chổi than
Biến trở R
đc
Khi tăng điện trở thì hệ số trượt tăng, tốc độ quay của động
cơ giảm.
s’s
đm
1
s
M
cản
M
R
đc
= 0
R
đc
0
Nhận xét: ĐCKĐB rotor lồng sóc?
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (11)
40
4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở rôto:
Ưu điểm:
Đây là phương pháp khá đơn giản, điều chỉnh tốc độ
bằng phẳng trong phạm vi rộng.
Nhược điểm:
Hiệu suất
Ứng dụng:
cần trục, máy xay xát, thang trượt....
thấp vì có tổn hao công suất trên biến trở
điều chỉnh R
đc
.
8/9/2019
21
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (12)
41
5. Điều chỉnh tốc độ bằng nối cấp trả năng lượng trượt về
nguồn:
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi góc mở
thyristor của bộ nghịch lưu.
nh
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (13)
42
5. Điều chỉnh tốc độ bằng nối cấp trả năng lượng trượt về
nguồn:
U.k.s.35,1U.35,1U
D2CL
cos.U.k.35,1U
BNL
xét quan hệ s( hay n) với góc mở α
của thyristor:
• Điện áp ra của chỉnh lưu cầu:
• Điện áp đưa vào bộ nghịch lưu cầu ba pha:
1dq1
2dq2
D
k.w
k.w
k
: là tỉ lệ số vòng
dây có kể đến hệ
số dq rotor và
stato.
k
B
: tỉ số biến áp.
8/9/2019
22
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (14)
43
5. Điều chỉnh tốc độ bằng nối cấp trả năng lượng trượt về
nguồn:
cos.
k
k
s
cos.U.k.35,1U.k.s.35,1
D
B
BD
1
00
nn0s18090
U
CL
và U
NL
phải bằng nhau và
ngược dấu:
Khi làm việc ở chế độ nghịch lưu có:
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
4.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MĐĐB
NỘI DUNG
• Cấu tạo và phân loại
• Nguyên lý làm việc
• Các đại lượng định mức
2
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (1)
3
• Hình ảnh tổng quan:
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (1)
4
• Hình ảnh tổng quan:
Tổ máy số 1 nhà máy Nhiệt điện Cẩm Phả
3
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (1)
5
• Cấu Tạo:
Giải thích tên gọi?
Cấu tạo stator
Cấu tạo rotor
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (1)
6
• Cấu Tạo:
Dây quấn: gồm có 2 cuộn dây có mối liên quan cảm
ứng đặt trên 2 lõi thép khác nhau.
Cuộn thứ nhất có dòng điện xoay
chiều gọi là cuộn ứng đặt trên stato.
Mục đích?
Cuộn thứ hai có f = 0: tạo từ
trường gọi là cuộn kích từ đặt
trên roto, có số cực 2p.
4
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (2)
7
• Cấu Tạo:
Stator: ghép bằng các lá thép KTĐ? trên bề mặt stator xẻ
rãnh, đặt dây quấn phần ứng quấn rải lệch pha nhau theo
thời gian và trong không gian.
Lõi thép
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (2)
8
• Cấu Tạo:
Rotor: có n = n
đb
rotor không có từ trường biến thiên
qua nó
rotor
= const trong lõi sắt và dây quấn rotor
không có sức điện động cảm ứng E
rotor
= 0 lõi sắt rotor có
thể làm bằng thép tấm, thép khối…được phay rãnh để đặt
dây quấn kích từ.
Lõi thép
5
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (3)
9
• Cấu Tạo:
Tùy theo kết cấu của rotor ta có hai loại
Máy điện đồng bộ cực ẩn - Máy điện đồng bộ cực lồi
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (3)
10
• Cấu Tạo:
Tùy theo kết cấu của rotor ta có hai loại
Máy điện đồng bộ cực ẩn - Máy điện đồng bộ cực lồi
- số cực 2p = 2
- phần rotor có
rãnh: răng bé
- phần rotor
không có rãnh:
răng lớn.
- Dễ cân bằng
động hơn
- Số cực 2p≥4
- Dễ chế tạo
- Khó cân
bằng động
Với máy có n lớn
dùng cực ẩn hay cực lồi?
6
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (1)
+/ Theo kết cấu cực từ:
Máy cực ẩn: thích hợp với tốc độ quay cao (2p = 2)
Máy cực lồi: thích hợp với tốc độ quay thấp (2p ≥ 4)
+/ Dựa theo chức năng:
11
• Phân Loại:
Máy phát điện đồng bộ:
- MF thủy điện: n thấp kết cấu kiểu cực lồi
- MF nhiệt điện: n cao kiểu cực ẩn, số cực nhỏ
- MF Diezen: thường có cấu tạo cực lồi.
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (2)
+/ Dựa theo chức năng:
12
• Phân Loại:
Động cơ điện đồng bộ:
ĐCĐĐB không được sử dụng rộng rãi, thường được chế
tạo theo kiểu cực lồi với P ≥ 200 kW.
Máy bù đồng bộ:
Là động cơ điện đồng bộ làm việc ở chế độ không tải, chủ
yếu dùng để cải thiện hệ số công suất của lưới điện.
7
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (1)
13
MĐĐB chủ yếu làm việc ở chế độ máy phát. Khi rotor quay
từ trường quay cắt các thanh dẫn stator cảm ứng sđđ biến
thiên với tần số f = p.n. Khi nối tải có dòng điện i
A
, i
B
, i
C
từ trường quay
s
của stator với vận tốc
rotođb
n
p
f
n
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (2)
14
Sự tương tác từ trường lực điện từ ngược chiều với chiều
quay của roto: F
đt
>< n, cân bằng với lực cơ tác động bên
ngoài làm rotor quay với tốc độ n = const: M
đt
= M
cơ
.
8
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (3)
15
+ Ở phần cảm:
trục d - dọc trục: trục từ trường kích từ
trục q – ngang trục: trục vuông góc với trục từ trường
kích từ, vuông góc về góc pha dòng điện, có
tq
= 0
+ Ở phần ứng:
ứngd
0 phụ thuộc tải
ứngq
0
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC (1)
16
Trên nhãn của máy điện đồng bộ có nghi các số liệu sau:
1. Kiểu máy
2. Số pha.
3. Tần số (Hz).
4. Công suất định mức (kW hay kVA).
5. Điện áp dây.
6. Sơ đồ nối các pha của phần tĩnh.
7. Dòng điện stato, roto.
8. Hệ số công suất.
9. Tốc độ quay (vg/ph)…
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
4.2. TỪ TRƯỜNG TRONG MĐĐB
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Các kiểu kích từ và từ trường cực từ
• Từ trường phần ứng và phản ứng phần ứng
• Quy đổi các sức từ động trong máy điện đồng
bộ.
2
KHÁI NIỆM CHUNG (1)
3
const
fwk44,4E
UE;constU
dq1
111
Từ thông trong máy điện KĐB?
Từ thông trong máy điện đồng bộ?
KHÁI NIỆM CHUNG (2)
4
const
r
U
I
t
t
tt
Ở MĐĐB: =
t
+
ư
Tác dụng của TT phần ứng F
ư
lên TT cực từ F
t
gọi là phản
ứng phần ứng.
Khi mạch từ không bão hòa ta xét riêng F
t
và F
ư
rồi xếp
chồng được F
thay đổi
ư
I ( thay đổi)
TT trong MĐĐB
TT cực từ F
t
do dòng điện kích từ i
t
TT phần ứng F
ư
do dòng điện phần ứng i
ư
3
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (1)
5
Kích từ bằng MF1C gắn cùng với MFĐB
Máy phát điện 1 chiều kích thích thường có 2 cuôn dây kích
thích: 1 cuộn song song L
S
dùng để tự kích thích và 1 cuộn
độc lập L
n
L
n
L
s
r
t
KT
R
T
I
t
DB
U
t
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (2)
6
Kích từ bằng máy phát kích từ xoay chiều có chỉnh lưu:
DB
KT
A
B
CL
I
t
U
t
DB
KT
CL
I
t
U
t
A
B
Phaàn quay Phaàn tónh Phaàn quay Phaàn tónh
Có hai cách là máy kích từ có phần cảm quay, phần ứng tĩnh
và máy phát kích từ có phần cảm tĩnh và phần ứng quay
4
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (3)
7
Hệ thống tự kích từ
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (4)
8
• TỪ TRƯỜNG CỦA CỰC TỪ
Phân bố của từ trường kích từ Phân bố từ cảm trong khe hở
Sự khác nhau giữa biên độ sóng cơ bản từ cảm B
tm1
và biên
độ từ cảm thực được biểu thị qua hệ số dạng sóng:
tm
1tm
s
B
B
k
5
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (5)
9
p2
w.I
F
tt
t
t
d
0
ttm
F.
k.k.
F.B
s
tt
d
0
tms1tm
k.
p2
w.I
.
k.k.
B.kB
s
tt
d
0
1tmtb1t
k.
p
w.I
.
k.k.
l.
.l..B.
2
S.B
Biết được B
tm1
có thể xác định được hệ số hỗ cảm giữa dq kt
và dq pư M
tưd
ứng với sđđ cảm ứng bởi
t
trong dq phần
ứng.
Sức từ động cảm ứng trên một cực từ:
hệ số bão hòa
mạch từ theo
trục d
Luồng từ thông đi qua bước cực của dây quấn phần
ứng của sóng cơ bản:
hệ số khe hở
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (6)
10
tsin.Etsin..
dt
d
e
maxmaxtud
tud
ttudttud
t
ts
d
0
dq1
1tdq1maxtudmax
I.xI.M.
I.
p
w.k
.
k.k.
l.
..k.w.
.k.w..E
Khi trục pha dq phần ứng trùng trục kích từ luồng từ thông
móc vòng dq phần ứng lớn nhất:
tưdmax
= w
1
.k
dq
.
t1
tưd
=
tưdmax
.cost = w
1
.k
dq
.
t1
.cost
Sđđ hỗ cảm trong dq stator là:
6
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (7)
11
p
w.k.k.
.
k.k..
l..
M
tsdq
d
0
tud
tudtud
M.x
ttt
LLL
0
dt
di
Le
t
tt
Hệ số hỗ cảm của dq kích từ với dq phần ứng là:
Điện kháng hỗ cảm:
Hệ số tự cảm của dq kích từ:
hệ số tự cảm do
từ trường khe
hở
t
sinh ra.
hệ số tự cảm do
từ trường tản
t
sinh ra.
Ở chế độ xác lập: n = const i
t
= const
Ở chế độ quá độ: i
t
= f(t) e
t
0
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (1)
12
- Khi có tải, dòng điện trong dq stator sẽ sinh ra từ trường của
dq stator gọi là từ trường phần ứng F
ư
.
- Tác dụng của F
ư
lên F
t
gọi là phản ứng phần ứng.
- Khi không tải?
- Khi có tải?
Có từ trường phần ứng?
Từ trường kích từ?
Từ trường phần ứng?
7
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (1)
13
Tùy theo tính chất của tải và dạng cực từ mà phản ứng phần
ứng có dạng khác nhau.
Với cùng giá trị của F
ư
nếu F
ư
trục d B
ưd
B
ưd
> B
ưq
nếu F
ư
trục q B
ưq
Trong máy điện đồng bộ cực lồi dùng phương pháp xếp
chồng:
F
ư
= F
ưd
+ F
ưq
phản ứng phần ứng phản ứng phần ứng dọc trục
phản ứng phần
ứng ngang trục
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (2)
14
• Phản ứng phần ứng ngang trục và dọc trục:
- Phản ứng phần ứng ngang trục?
- Phản ứng phần ứng dọc trục?
8
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (2)
15
• Phản ứng phần ứng ngang trục và dọc trục:
2
I
ii;Ii
m
CBmA
Xét một máy đồng bộ cực lồi 3 pha, 2p = 2, mỗi pha là một
vòng dây, xét tại thời điểm:
A
Z
B
X
C
Y
F
t
+
+
+
N S
F
ö
F
t
F
ö
E
A
E
B
E
C
I
A
I
B
I
C
F
ư
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (3)
16
EvàI
mA
Ii
tu
FF
a.Tải thuần trở:
Khi tải đối xứng và thuần trở,
trùng pha nhau ψ = 0
Khi rotor quay trục từ trường kích từ (d) cũng quay với vận
tốc n, đồng thời sđđ và dòng điện cảm ứng trong các pha dq
phần ứng biến thiên tạo ra từ trường quay với tốc độ n từ
trường phần ứng luôn nằm trên trục q trục d là trục của từ
trường kích từ:
Tại thời điểm xét
nên F
ư
,
ư
q
9
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (3)
17
a.Tải thuần trở:
Ở tải thuần trở, phương của F
ư
thẳng góc với phương của F
t
Kết luận: phản ứng phần ứng là ngang trục.
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (4)
18
E
I
b.Tải thuần cảm:
Ở tải thuần cảm
vượt trước góc  = +90
0
I
E

t
-
d
Kết luận: Phản ứng phần ứng dọc trục khử từ.
10
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (5)
19
I
E

t
-
c. Tải thuần dung:
E
I
Ở tải thuần dung
Chậm sau
góc  = -90
0
Kết luận: Phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ.
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (6)
20
d. Trường hợp chung:
ψ 0, 90
0
I
E
t
- d
- q
Khi tải có tính cảm: 0
0
< ψ < 90
0
phản ứng phần ứng vừa
ngang trục vừa khử từ.
Khi tải có tính dung: - 90
0
< ψ < 0
0
phản ứng phần ứng
vừa ngang trục vừa trợ từ.
11
QUY ĐỔI CÁC SỨC TỪ ĐỘNG TRONG MĐĐB (1)
21
Ở chế độ làm việc xác lập của tải đối xứng, tác dụng của
F
ư
lên F
t
là trợ từ hoặc khử từ. Để đánh giá được mức độ ảnh
hưởng đó ta quy đổi F
ư
về F
t
để xét quá trình biến đổi năng
lượng trong chúng.
Ngược lại, trong quá trình quá độ, F
ư
thay đổi theo thời
gian quy đổi dq kích thích về dq phần ứng. ở đây ta quy đổi
dq phần ứng về dq kích thích:
Việc quy đổi phải đảm bảo điều kiện độ từ cảm của sóng
cơ bản trước và sau khi quy đổi không đổi
QUY ĐỔI CÁC SỨC TỪ ĐỘNG TRONG MĐĐB (2)
22
dudud
k.FF
s
ud
d
k
k
k
ququq
k.FF
s
uq
q
k
k
k
duu
k.FF
s
u
qd
k
k
kk
Với máy đồng bộ cực lồi:
Với máy đồng bộ cực ẩn:
1
1
BÀI GIẢNG
MÁY ĐIỆN CƠ SỞ
EE3140
2
4.3. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐĐB
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vector
của máy điện đồng bộ.
• Cân bằng năng lượng trong máy điện đồng bộ.
2
KHÁI NIỆM CHUNG (1)
3
- Các quan hệ điện từ chính gồm có
- Các phương trình cân bằng điện áp
- Đồ thị vector
- Giản đồ cân bằng năng lượng, công suất điện từ của
máy điện đồng bộ
- Do tính chất thuận nghịch của máy điện đồng bộ nên xét các
quan hệ điện từ nói trên trong các trường hợp máy làm việc
như máy phát điện và động cơ điện.
PHƯƠNG TRÌNH CB ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA MĐĐB(1)
4
• Máy phát điện đồng bộ cực lồi:
Phương trình cân bằng điện áp của một pha dây quấn:
uqqdd0
uuquduqqudd0
uuuqqudd0
uuuqud0
uu
r.Ix.Ijx.IjE
r.Ix.Ijx.Ijx.Ijx.IjE
r.Ix.Ijx.Ijx.IjE
)x.jr.(IEEE
)x.jr.(IEU
điện kháng đồng bộ dọc trục
điện kháng đồng bộ ngang trục
3
PHƯƠNG TRÌNH CB ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA MĐĐB(2)
5
Từ phương trình cân bằng điện áp ta dựng được đồ thị vector
ứng với từng loại tải:
Với tải có tính dung
-90
0
< < 0
0
Với tải có tính cảm
0
0
< < 90
0
PHƯƠNG TRÌNH CB ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA MĐĐB(3)
6
Nhận xét:
1. Điện áp đầu máy khi tải có tính dung lớn hơn khi tải có tính
cảm: U
(RL)
< U
(RC)
Phản ứng phần ứng:
Tải tính cảm Tải tính dung
ưd
< >
t
<
t
ưd
t
>
t
E
(RL)
< E
(RC)
U < E
0
U > E
0
2. Khi tải có tính cảm: máy phát cấp Q cho tải vì dòng điện có
tính khử từ
Khi tải có tính dung: máy phát lấy Q từ lưới để từ hóa nó.
Về mặt năng lượng công suất phản kháng:
Tải cảm: máy phát như tụ.
Tải dung: máy phát như cuộn cảm.
4
PHƯƠNG TRÌNH CB ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA MĐĐB(4)
7
Nhận xét:
U = const
3. Thực tế điện áp trên đầu cực máy phát muốn giữ không
đổi khi tải thay đổi ?
Tải cảm tăng i
t
tăng
t
Tải dung giảm i
t
giảm
t
PHƯƠNG TRÌNH CB ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA MĐĐB(5)
8
• Máy phát điện đồng bộ cực ẩn
uđb0
uuu0
uu
r.Ix.IjE
r.Ix.Ijx.IjE
)x.jr.(IEU
Do: x
ưd
= x
ưq
x
d
= x
q
không cần phân tích
ư
=
ưd
+
ưq
, I = I
d
+ I
q
Phương trình cân bằng điện áp của một pha dq:
điện kháng đồng bộ
5
PHƯƠNG TRÌNH CB ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ vector CỦA MĐĐB(6)
9
uqqdd0
uuuqud0
uu
r.Ix.Ijx.IjE
)x.jr.(IEEE
)x.jr.(IEU
• Động cơ điện đồng bộ:
ĐCĐĐB tiêu thụ công suất điện lấy từ lưới. ĐCĐĐB
thường có cấu tạo cực lồi. Phương trình cân bằng điện áp:
Đồ thị vector ĐCĐB
-a- Thiếu kích thích -b- Quá kích thích
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MĐĐB(1)
10
)ppp(PP
ftco1đt
)pp(PP
Fecuđt2
Công suất điện từ P
đt
chuyển từ rotor sang stator bằng
công suất cơ P
1
đưa vào trừ đi các tổn hao cơ p
cơ
, tổn hao
kích từ p
t
( khi hệ kích từ là máy phát 1 chiều trên trục rotor),
tổn hao phụ p
f
do các từ trường bậc cao trong lõi sắt stator và
rotor:
Công suất điện P
2
ở đầu ra:
• Chế độ máy phát điện:
6
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MĐĐB(2)
11
• Chế độ máy phát điện:
Giản đồ năng lượng ở
chế độ máy phát:
p
cu.
ö
p
Fe
p
t
p
cô
p
f
P
1
coâng suaát cô
treân truïc
P
ñt
P
2
Coâng suaát
ñieän
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MĐĐB(3)
12
• Chế độ động cơ điện:
Đối với ĐCĐ thì ngược lại, công suất
điện từ truyền qua từ trường từ stator
sang rotor.
P
1
: công suất điện
P
2
: công suất cơ
p
cu.
ö
p
Fe
p
f
p
cô
p
t
P
2
coâng suaát cô
P
ñt
P
1
Coâng suaát
ñieän
P
1
Công suất
điện
P
2
Công suất
cơ
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
4.4. MFĐĐB LÀM VIỆC VỚI TẢI ĐỐI XỨNG
NỘI DUNG
• Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ
• Tổn hao và hiệu suất của máy phát điện đồng
bộ
2
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(1)
3
Chế độ làm việc của MFĐĐB ở tải đối xứng được đặc
trưng bởi các đại lượng: U, I, I
t
, cos và f hoặc n.
Trong đó f = f
đm
, cos tải, còn lại 3 đại lượng U, I, I
t
có
thể thành lập được các đặc tính sau:
1. Đặc tính không tải U
0
= E
0
= f(It) khi I = 0, f = f
đm
2. Đặc tính ngắn mạch I
n
= f(I
t
) khi U = 0, f = f
đm
3. Đặc tính ngoài U = f(I) khi I
t
= const, f = f
đm
, cos =
const
4. Đặc tính điều chỉnh I
t
= f(I) khi U = const, f = f
đm
, cos =
const
5. Đặc tính tải U = f(I
t
) khi I = const, f = f
đm
, cos = const
Các đặc tính được xác định bằng tính toán hoặc thí
nghiệm.
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(2)
4
0t
t
*
t
đm
0
*
I
I
I;
U
E
E
E*
I
t
*
0
• Đặc tính không tải.
là quan hệ U
0
= E
0
= f(I
t
) khi I = 0, f = f
đm
Biểu diễn đặc tính không tải trong hệ đơn vị tương đối
dòng kích từ khi không
tải I = 0, U = U
đm
3
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(3)
5
Isin.II
0cos.II
d
q
x
x
d
E
0
I
E
t
d
j.I
d.
x
-j.I
d.
x
d
d
• Đặc tính ngắn mạch:
là quan hệ: I
n
= f(I
t
) khi U = 0, f = f
đm
. Ngắn mạch 3 pha
dây quấn: U
A
= U
B
= U
C
= 0. Khi ngắn mạch nếu bỏ qua r
ư
thì
tải của máy phát là dây quấn phần ứng nên nó được coi là
thuần cảm ψ = 90
0
Mạch điện thay thế và
đồ thị véctơ lúc ngắn mạch:
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(4)
6
• Đặc tính ngắn mạch:
Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng có tính khử từ, mạch từ
của máy không bão hòa do từ thông khe hở
cần thiết để
sinh ra E
= E
0
– I.x
ưd
= I.x
ư
= E
rất nhỏ quan hệ I = f(I
t
)
tuyến tính.
I
I
t
4
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(5)
7
• Đặc tính ngắn mạch:
đm
0n
I
I
K
u0nud0nđm0
x.I.jx.I.jUE
d
đm
uud
đm
0n
x
U
xx
U
I
*
d
đmd
đm
đm
0n
x
1
I.x
U
I
I
K
*
d
x
Tỷ số ngắn mạch K: là tỷ số giữa dòng điện ngắn mạch
khi không tải I
n0
ứng với dòng điện kích từ I
t0
sinh ra E
0
= U
đm
và dòng điện định mức I
đm
.
Khi ngắn mạch: U = 0
Thường > 1 nên K < 1, hay I
n0
< I
đm
dòng điện ngắn
mạch xác lập của MFĐĐB không lớn, đó là do tác dụng khử
từ của phản ứng phần ứng.
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(6)
8
• Đặc tính ngoài:
là quan hệ U = f(I) khi I
t
= const, f = f
đm
, cos = const.
Các đường đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tải:
Dòng điện I
t
ứng với U = U
đm
, I = I
đm
, cos = cos
đm
và f =
f
đm
gọi là dòng điện kích từ định mức I
tđm
.
Khi tải có tính cảm (RL): khi I tăng
ưd
tăng, phản ứng
phần ứng có tính khử từ
giảm E
giảm U giảm
Khi tải có tính dung (RC): khi I tăng
ưd
tăng, phản
ứng phần ứng có tính trợ từ
tăng E
tăng U tăng
Khi tải trở (R): khi I tăng, phản ứng phần ứng cũng có
tính khử từ nhưng nhẹ hơn khi tải có tính cảm
giảm
E
giảm U giảm. Đồng thời khi I tăng, do có sụt áp trên R
nên U giảm.
5
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(7)
9
• Đặc tính ngoài:
U
I
0
RC
I
ñm
RL
R
U
ñm
E
0
U
ñm
Muốn cho điện áp không đổi
thay đổi dòng kích từ I
t
để
không đổi E
không đổi có
điện áp U mong muốn.
Độ thay đổi điện áp định mức
ΔU
đm
:
100.
U
UE
%U
đm
đm0
đm
Máy phát tuabin hơi có x
d
lớn hơn máy phát tuabin nước nên
có ΔU
đm
% lớn hơn máy phát tuabin nước.
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(8)
10
• Đặc tính điều chỉnh:
là quan hệ: I
t
= f(I) khi U = const, f
= f
đm
, cos = const. Nó cho biết chiều
hướng điều chỉnh dòng I
t
để U không
đổi.
I
0
I
t0
I
t
I
ñm
RL
RC
R
Với tải cảm(RL): khi I tăng
ưd
tăng, phản ứng phần ứng
có tính khử từ
giảm E
giảm U giảm. Để U = const
tăng I
t
.
Tương tự với tải dung (RC): khi I tăng
ưd
tăng, phản ứng
phần ứng có tính trợ từ
tăng E
tăng U tăng. Để U =
const giảm I
t
.
6
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(9)
11
• Đặc tính tải:
là quan hệ U = f(I
t
) khi I = const, f = f
đm
, cos = const.
Ứng với các giá trị khác nhau của I và cos ta sẽ có các
đường đặc tính tải khác nhau. Trong đó đặc biệt nhất là
đường đặc tính tải thuần cảm, khi cos = 0, ( = 90
0
) và I =
I
đm
Đặc tính tải thuần cảm có thể
suy ra từ đặc tính không tải và
tam giác điện kháng.
U,I
I
t
0
I = I
ñm
I = 0
CB
A
C'B'
A'
C''
B''
A''
I
ñm
1
2
3
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(10)
12
Một phần khắc phục phản ứng khử từ của phần ứng BC =
k
ưd
.F
ưd
sinh ra E
ưd
, vậy BC ∼ I
đm
.
Một phần OB = OC  BC sinh ra E
ư
= I
đm
.x
ư
= AB
Tam giác ABC gọi là tam giác điện kháng, có 2 cạnh AB và
BC tỷ lệ với I
đm
.
Xây dựng đặc tính tải thuần cảm từ đặc tính không tải và
tam giác điện kháng:
Tịnh tiến ΔABC với đỉnh A trên đường (1) thì đỉnh C sẽ vẽ
nên đường (3) với ΔA'B'C'. Khi có xét đến bão hoà đường (3)
là đường nét đứt với ΔA"B"C".
Tam giác điện kháng:
Lấy I
n
= I
đm
chiếu lên (2), chiếu xuống
được điểm C OC = I
tn
, I
tn
gồm 2 phần:
U,I
I
t
0
I = I
ñm
I = 0
CB
A
C'B'
A'
C''
B''
A''
I
ñm
1
2
3
7
TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT CỦA MFĐĐB(1)
13
Tổn hao đồng: tổn hao trên điện trở dây quấn phần ứng.
Tổn hao sắt từ: do dòng điện xoáy và từ trễ.
Tổn hao kích từ: trên điện trở dây quấn kích từ r
t
và tiếp
xúc chổi than.
Tổn hao phụ: do từ trường tản và sự đập mạch của từ
trường bậc cao.
Tổn hao cơ: tổn hao do ma sát ổ bị, ổ đỡ, làm mát...
Hiệu suất của máy điện đồng bộ:
pP
P
2
2
tổng tổn hao trong máy
công suất đầu ra của máy
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
4.4. MFĐĐB LÀM VIỆC SONG SONG
NỘI DUNG
• Các phương pháp hòa đồng bộ
• Điều chỉnh công suất tác dụng và phản kháng
của các máy làm việc song song
2
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
3
Tại sao lại cần hòa
đồng bộ các máy
phát điện
Điều kiện gì để đóng
khóa S
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
4
)s/v(
p
f
n
i
L
i
0
ZZ
UU
I
LF
LF
cb
U
LA
U
LB
U
LC
U
FA
U
FC
U
FB
U
1
U
3
U
2
F
L
Trong hệ thống điện lực, tần số lưới điện f
L
= const. Khi ghép
1 MFĐ làm việc // điều chỉnh f
F
= f
L
:
Khi ghép MFĐ làm việc // cần
Dòng điện I
cb
 mà lực và momen
điện từ ~ I
2
phá hỏng dây quấn,
kết cấu thép, lõi thép, trục… của MF.
3
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
5
Để triệt tiêu I
cb
trị số điện áp tức thời của MFĐ và lưới điện
phải bằng nhau, tức là phải đảm bảo các điều kiện sau:
- Chúng có biên độ bằng nhau: U
F
= U
L
- Chúng cùng pha theo thời gian.
- Thứ tự pha của MFĐ trùng thứ tự pha của lưới.
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
6
Khi ghép song song các máy phát cần điều chỉnh thế nào?
- Điều chỉnh U
F
được thực hiện bằng cách thay đổi I
t
- Điều chỉnh f
F
thay đổi tốc độ động cơ sơ cấp.
- Sự trùng pha có thể kiểm tra bằng đèn
- Thứ tự pha thường chỉ kiểm tra lần đầu khi hòa đồng bộ với
lưới.
4
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
7
• Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu ánh sáng đèn
Phương pháp này áp dụng cho MFĐĐB công suất nhỏ, thực
hiện bằng kiểu nối “tối” hoặc kiểu ánh sáng đèn “quay”
Ánh sang đèn “quay”
Kiểu nối “tối”
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
8
• Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu ánh sáng đèn
Hòa đồng bộ kiểu nối tối:
Sơ đồ hòa đồng bộ
I
t1
F
1
I
t2
F
2
U
L,
f
L
U
F,
f
F
D
1
D
2
1
2
3
5
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
9
Khi hòa đồng bộ cần điều chỉnh đồng thời U
F
, f
F
của máy
phát F
2
.
U
F
kiểm tra bằng volmet theo điều kiện U
F
= U
L
Tần số và thứ tự pha kiểm tra bằng bộ đồng bộ với 3
đèn 1,2,3
U
LA
U
LB
U
LC
U
FA
U
FC
U
FB
U
1
U
3
U
2
F
L
Nếu thứ tự pha MF lưới, khi f
F
f
L
điện áp đặt vào các đèn đều là U (0
< U < 2U
F
) 3 đèn cùng sáng hoặc
tối với tần số f
F
- f
L
. Điều chỉnh f
F
khi
chu kỳ sáng( tối) bằng 3 5s, lúc đó f
F
f
L
, khi đèn tắt hẳn thì ghép MF vào lưới.
Hình sao điện áp khi nối tối
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
10
Hòa đồng bộ kiểu ánh sáng đèn “quay”:
I
t1
F
1
I
t2
F
2
U
L,
f
L
U
F,
f
F
D
1
D
2
1
2
3
Nếu các đèn cùng sáng (tối)
thứ tự pha của chúng khác
nhau đổi 2 trong 3 đầu dây.
6
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
11
Hòa đồng bộ kiểu ánh sáng đèn “quay”:
Giả sử thứ tự pha giống nhau, ta có
hình sao điện áp như sau:
U
LA
U
LB
U
LC
U
FA
U
FC
U
FB
U
1
U
3
U
2
F
L
khi f
F
f
L
điện áp đặt vào các đèn nhau: 0 U 2U
F
các đèn 1,2,3 lần lượt sáng và tối tạo thành ánh sáng đèn
“quay”. Điều chỉnh f
F
để ánh sáng quay thậy chậm f
F
f
L
.
Khi đèn 1 tắt hẳn và các đèn nối chéo 2,3 sáng bằng nhau
điện áp U
F
và U
L
trùng pha đóng cầu dao D
2
.
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
12
• Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ:
Để ghép // các MFĐ công suất lớn trong nhà máy điện
dùng cột đồng bộ ( bộ đồng bộ kiểu điện từ)
Cột đồng bộ gồm 3 dụng cụ:
- 1 volmet có 2 kim: 1 kim chỉ U
F
, 1 kim chỉ U
L
- 1 tần số kế có 2 dãy phiến rung chỉ đồng thời f
F
và f
L
- 1 dụng cụ đo làm việc theo nguyên lý từ trường quay
có kim quay với tần số f
F
- f
L
. tốc độ quay của kim phụ thuộc
vào trị số f
F
- f
L
, khi f
F
f
L
thì kim quay thật chậm, lúc kim
trùng đường thẳng đứng và hướng lên trên thì đóng cầu dao.
7
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
13
• Phương pháp tự đồng bộ:
Quay máy phát không được kích từ ( U
F
= 0) với dq kích từ
nối tắt qua điện trở triệt từ đến tốc độ xấp xỉ tốc độ đồng
bộ.
đóng cầu dao ghép MFĐ vào lưới mà không cần kiểm tra
tần số, trị số và góc pha của điện áp.
Sau đó cho kích từ MFĐ, do tác dụng của momen đồng bộ,
MFĐ được lôi vào tốc độ đồng bộ f
F
= f
L
.
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
14
1. CÁC ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ:
Đặc tính góc công suất tác dụng:
là quan hệ P = f(θ) khi E
0
= const, U = const, với θ là góc tải
giữa véc tơ E
0
và U.
qqdd0
x.Ijx.IjEU
I
U
E
d
q
j
d
x
d
j
q
x
q
q
d
Với máy điện đồng bộ cực lồi:
r
ư
<< x
d
, x
q
để đơn giản ta bỏ qua r
ư
.
Phương trình cân bằng điện áp:
8
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
15
1. CÁC ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ:
q
q
d
0
d
x
sin.U
I;
x
cos.UE
I
2sin).
x
1
x
1
(
2
U.m
sin.
x
U.E.m
cos.sin.
x
U.m
sin.
x
U.E.m
cos.sin.
x
U.m
)sinIcosI.(U.mP
dq
2
d
0
d
2
d
0
q
2
dq
Công suất đầu cực của máy đồng bộ:
P = m.U.I.cos = m.U.I.cos( - )
= m.U.(I.cosψ.cosθ + I.sinψ.sinθ = m.U.(I
q
.cosθ + I
d
.sinθ)
Từ đồ thị vectơ ta có:
= P
e
+ P
ư
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
16
1. CÁC ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ:
P
0
Maùy phaùt
Ñoäng cô
-180
0
180
0
P
e
Pö
-90
0
Công suất tác dụng của máy
đồng bộ cực lồi có hai phần:
- Một phần P
e
tỷ lệ với sinθ và
phụ thuộc vào E
0
( hay kích
từ i
t
)
- Một phần P
ư
tỷ lệ với sin2θ
không phụ thuộc vào kích từ.
9
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
17
1. CÁC ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ:
sin.
x
U.E.m
Pxx
d
0
qd
P
0
Maùy phaùtÑoäng cô
-180
0
180
0
Với máy điện đồng bộ cực ẩn:
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
18
1. CÁC ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ:
)
x
1
x
1
.(
2
U.m
2cos).
x
1
x
1
(
2
U.m
cos.
x
U.E.m
Q
dq
2
dq
2
d
0
Q
0

Maùy phaùtÑoäng cô
• Đặc tính góc công suất phản kháng.
là quan hệ Q = f( ) khi U, n(f) = const
Q = m.U.I.sin = m.U.I.sin( - )
= m.U.(I.sinψ.cosθ - I.cosψ.sinθ)
= m.U.(I
d
.cosθ – I
q
.sinθ)
tương tự như xác định P =f(θ),
thay giá trị I
d
và I
q
ta có:
10
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
19
2. ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG CỦA MFĐĐB:
• Điều chỉnh công suất tác dụng P của MFĐĐB:
Khi điều chỉnh công suất tác dụng để MĐĐB làm việc ổn
định ta xét cân bằng tĩnh của MĐĐB.
Giả sử MĐĐB cực ẩn:
sin.Psin.
x
U.E.m
P
max
d
0
P
0
A
B
m
P
cb
P
m
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
20
sin.M)(f
P
M
const
P
M
constP
maxđt
co
co
co
dt
dn
JMM
đtco
ở chế độ làm việc xác lập, công suất tác dụng P ứng với
nhất định cân bằng công suất cơ trên trục làm quay MFĐ.
Phương trình cân bằng momen:
11
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
21
+/ Điểm A:
Giả sử vì một lý do nào đó P
cơ
tăng trong một thời gian ngắn
n > n
đb
 thêm  M thêm M M(A +) >
M
cơ
( M
quay
) M
cản
> M
quay
rotor quay chậm lại: n
 về giá trị ban đầu =
A
, M
đt
= M
A
, P
đt
= P
A
Giả sử n < n
đb
 M
cản
< M
quay
rotor quay nhanh
hơn: n  =
A
P
0
A
B
m
P
cb
P
m
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
22
P
0
A
B
m
P
cb
P
m
0
d
dP
+/ Điểm B:
Giả sử khi n > nđb  M
Mcản < Mquay rotor quay
nhanh hơn: n  mãi MFĐ
sẽ mất đồng bộ với lưới điện.
Điều kiện làm việc ổn định của
MĐĐB:
P
cb
đặc trưng cho khả năng giữ cho máy làm việc đồng bộ
trong lưới điện.
= P
cb
: gọi là công suất chỉnh bộ
12
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
23
cos.Pcos.
x
U.E.m
P
max
d
0
cb
u
ud
d
x
x
x
*
d
đm
0n
n
x
1
I
I
K
với máy cực ẩn:
P
cb
càng lớn khả năng làm việc đồng bộ với lưới càng lớn.
Xem xét sự ảnh hưởng tới P
cb
:
- E
0
= f(I
t
): khi I
t
E
0
P
max
 P
cb
khả năng làm việc ổn định với lưới tăng

: khi x
d
P
max
 P
cb
khả năng làm
việc ổn định với lưới giảm.
luôn muốn có K
n
x
d
P
cb
- Tỷ số ngắn mạch
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
24
Trường hợp MFĐĐB làm việc ổn định khi công suất
nguồn hạn chế: P = P
tải
= const
Giả sử có 2 MF công suất bằng nhau làm việc //.
Khi công suất máy I: P
I
P
II
để: P
I
+ P
II
= P
tải
= const
nếu P
Fát
> P
tải
f
P
Fát
< P
tải
f
Công suất phản kháng Q cũng như vậy: Q
I
+ Q
II
= const
nếu Q
Fát
> Q
tải
U
Q
Fát
< Q
tải
U
13
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
25
Đặc tính điều chỉnh CS phản kháng ( đặc tính chữ V):
Ta xét đặc tính điều chỉnh cspk của MFĐĐB làm việc trong
lưới có công suất vô cùng lớn U,f = const khi P = const
Xét MĐĐB cực ẩn: x
d
= x
q
= x
đb
, r
ư
0
Đồ thị vectơ sđđ:
I
U
jIx
ðb
0
const
m
n
p
q
Ia
Ea
E''
0
E'
0
E
0
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
26
constsin.
x
U.E.m
P
d
0
constsin.E
var,E
constx,m,U
0
d
0
E
constcos.I
varcos,I
constm,U
I
U
khi I
t
= var
khi điều chỉnh cspk điểm cuối
luôn nằm trên đường pq. Lại có P = m.U.I.cos = const
khi điều chỉnh cspk điểm cuối vectơ
luôn dựa trên mn thẳng góc
khi I
t
= var có
I
U
jIx
ðb
0
const
m
n
p
q
Ia
Ea
E''
0
E'
0
E
0
14
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
27
Muốn điều chỉnh CSPK
Điều chỉnh dòng I
t
của MFĐĐB.
- Khi I
t
I ,  ;  = 0 cos = 1, I = I
a
, E
0
= E
a
khi I vượt pha U : < 0 I > I
a
, cos < 1, E
0
< E
a
I
t
- Gọi dđ kích từ ứng với cos = 1: I
ta
E
0
= E
a
, I=I
a
=I
min
, Q
=0
I
U
jIx
ðb
0
const
m
n
p
q
Ia
Ea
E''
0
E'
0
E
0
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
28
a0
a
EE
II
a0
a
EE
II
khi I
t
> I
ta
MFĐĐB cấp công suất phản kháng vào lưới trường hợp bù thừa.
khi I
t
< I
ta
I vượt pha so với U tải có tính
dung Q < 0:
I chậm pha so với U tải có
tính cảm Q > 0:
MFĐĐB nhận công suất phản kháng từ lưới ( do không đủ
kích từ) trường hợp bù thiếu.
I
U
jIx
ðb
0
const
m
n
p
q
Ia
Ea
E''
0
E'
0
E
0
15
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
29
I
t
ta
min
A
B
cos

P
dm
P
dm
P
dm
C
Bù
thiếu
Bù thừa
Với mỗi giá trị P =const, thay đổi Q ta xác định được quan
hệ I =f( I
t
) gọi là đặc tính chữ V của MFĐĐB:
I
t
> I
ta
I
I
t
< I
ta
nhưng không giảm mãi
mà tới I
tmin
Đường AB có cos = 1
- Bên trái AB: bù thiếu
- Bên phải AB: bù thừa
- Trên đường AB: bù đủ
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
5.1. TỔNG QUAN VỀ MĐ1C
NỘI DUNG
• Cấu tạo
• Nguyên lý làm việc
• Các đại lượng định mức
• Phân loại và ứng dụng.
2
CẤU TẠO (1)
3
CẤU TẠO (1)
4
• Phần tĩnh (stator)
Phần tĩnh hay còn gọi là phần cảm gồm có cực từ và gông
từ làm bằng thép tấm, thép khối.
N
N
S
S
Roto
Stato
Cöïc töø chính
Cöïc töø phuï
goâng töø
3
CẤU TẠO (1)
5
• Phần tĩnh (stator)
- Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời
làm vỏ máy.
- Cực từ chính gồm có lõi sắt
cực từ và dq kích từ, là bộ phận
sinh ra từ trường.
- Cực từ phụ đặt giữa các cực
từ chính dùng để cải thiện đổi
chiều.
CẤU TẠO (1)
6
• Phần tĩnh (stator)
Trên stator còn đặt các bộ phận khác như nắp máy và cơ
cấu chổi than.
4
CẤU TẠO (2)
7
• Phần quay (rotor)
- Phần quay hay còn gọi là phần ứng, gồm lõi thép, dây quấn
phần ứng và vành góp.
- Lõi thép ghép bằng thép KTĐ có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
CẤU TẠO (2)
8
• Phần quay (rotor)
- Vành góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều 1
chiều. Vành góp gồm nhiều phiến góp bằng đồng ghép lại.
5
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (1)
9
MĐĐB phần cảm: sinh ra
kt
, đặt trên rotor
phần ứng: sinh ra sđđ E, đặt trên stator
MĐ1C phần cảm: sinh ra
kt
, đặt trên stator
phần ứng: sinh ra sđđ E, đặt trên rotor
bộ phận đổi chiều: gồm vành góp (trên rotor)
và chổi than ( đặt trên giá đỡ gắn vào vỏ máy)
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (2)
10
Xét sơ đồ cấu tạo:
- Phần cảm: gồm có hai cực từ
- Phần ứng: là một vòng dây, hai đầu vòng dây phần ứng
nối với hai thanh góp.
- Hai chổi than.
N
S
+
.
i
i
l
a
b
c
d
et
et
A
B
Rt
B
D
chiều dài thanh dẫn phần
ứng trong từ trường kích từ
đường kính phần ứng
6
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (3)
11
• Chế độ máy phát điện:
Khi kéo roto quay, các thanh dẫn
phần ứng cắt từ trường cực từ
cảm ứng sđđ: E
t
= B.l.v
Chiều? quy tắc bàn tay phải.
- Phần ứng quay theo chiều kim đồng hồ, ở thanh dẫn phía
trên chiều sđđ đi vào từ a b, ở thanh dẫn phía dưới chiều
sđđ đi ra từ c d. Sđđ của phần tử bằng hai lần sđđ của
thanh dẫn:
E
v
= 2.E
t
= 2.B.l.v
Khi nối tải trên tải sẽ có dòng điện từ B A.
N
S
+
.
i
i
l
a
b
c
d
e
t
e
t
A
B
Rt
B
D
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (4)
12
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của phần tử thay
đổi, thanh ab ở cực S còn dc ở cực N, sđđ trong thanh dẫn sẽ
đổi chiều. Do chổi than vẫn đứng yên nên chiều dòng điện ở
mạch ngoài không đổi.
Sđđ trong thanh dẫn e
t
là sđđ xoay chiều với tần số f =
p.n/60
t
e
t
e
e
maïch trong
e
maïch ngoaøi
7
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (5)
13
Phương trình cân bằng điện áp:
U = E – I.r
ư
N
S
B
+
.
1
1
e,i
e,i
F
ðt
F
ðt
Choåi than
Đường trung tính hình học: B
t
= 0
Chổi than đặt trên đường
trung tính hình học: 1-1
điện áp rơi trên dây quấn phần ứng
điện áp đầu cực máy
sđđ của phần ứng
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (6)
14
Thanh dẫn mang dòng điện trong từ trường chịu tác dụng
của lực điện từ F
đt
:
F
đt
= B.i.l
F
đt
xác định theo quy tắc bàn tay trái
Cặp lực điện từ F
đt
tác động tạo thành ngẫu lực M
D.F
2
D
.F.2M
đtđt
ngược chiều quay của rotor M
cản
điện từ
Khi n = const: F
cơ
= F
đt
v.F
cơ
= v.F
đt
=B.i.l.v = e
t
.i
cơ năng điện năng
8
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (7)
15
• Xét chế độ động cơ điện:
N
S
i
i
B
F
ñt
F
ñt
+
-
Đặt điện áp U vào 2 chổi than, ví dụ chổi A (+), chổi B (-)
trong thanh dẫn có dòng điện I 0 F
đt
, M
đt
. Dòng điện
trong thanh dẫn dưới cực S và N luôn có chiều không đổi
F
đt
có chiều không đổi.
Lúc này M
đt
là momen quay:
M
đt
n I
ĐC
>< I
MF
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (8)
16
Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường cảm
ứng sđđ E xác định theo quy tắc bàn tay phải.
phương trình cân bằng điện áp:
U = E + I.r
ư
U.I = E.I + I
2
.r
ư
điện năng
cơ năng tổn hao dây quấn
9
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC (1)
17
Các đại lượng định mức của MĐ1C gồm:
- Công suất định mức: P
đm
(kW, W)
- Điện áp định mức: U
đm
(V)
- Dòng điện định mức: I
đm
(A)
- Tốc độ định mức: n
đm
(vòng/phút)
Ngoài ra còn có các thông số khác như kiểu máy, phương
pháp kích từ, dòng điện kích từ…
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
5.2. DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Dây quấn phần ứng
2
KHÁI NIỆM CHUNG (1)
3
Dây quấn phần ứng MĐ1C là phần dây quấn đặt trong các
rãnh của lõi thép phần ứng. Dây quấn phần ứng là bộ phận
tham gia trực tiếp quá trình biến đổi năng lượng điện từ trong
máy và chiếm tỷ lệ đáng kể trong giá thành máy.
Yêu cầu đối với dây quấn phần ứng:
- Sinh ra được sđđ cần thiết, cho dòng điện định mức đi
qua lâu dài mà không phát nóng quá mức cho phép. Độ bền
điện 18 đến 20 năm.
- Tiết kiệm được vật liệu, kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy
và an toàn.
DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (1)
4
• Cấu tạo:
Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối với nhau tạo
thành mạch kín, phần tử là phần cơ bản nhất của dây quấn
gồm 1 vòng dây hay nhiều vòng dây đặt trong cùng các rãnh
có 2 đầu nối với 2 phiến góp khác nhau.
Phần tử:
Wp=1
Wp=2
3
DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (2)
5
Dq phần ứng thường thực hiện 2 lớp. Để giảm bớt số rãnh
thực so với số phần tử, trong 1 rãnh có thể có một hoặc nhiều
cặp cạnh tác dụng.
Rãnh nguyên tố u: là không gian của rãnh thực trong đó
chứa 1 lớp dây trên và 1 lớp dây dưới.
Gọi Z là số rãnh thực số rãnh nguyên tố: Z
ngt
= u.Z
Vì 1 rãnh nguyên tố có đặt 2 cạnh tác dụng, 1 phần tử
có 2 cạnh tác dụng và mỗi phiến góp cũng nối với 2 cạnh tác
dụng của 2 phần tử nối tiếp nhau
Z
ngt
= S = G
với G là số phiến góp
DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (3)
6
Kiểu dây quấn: có hai kiểu dây quấn
- Dây quấn xếp
1 m n
y
1
y
2
y
y
G
- Dây quấn sóng
y
y
1
y
2
1 2 3
y
G
= 1
4
DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (4)
7
+/ Các bước dây quấn:
- Bước dây quấn thứ nhất: là khoảng cách giữa hai cạnh
tác dụng của một phần tử
p2
Z
y
ngt
1
- Bước dây quấn thứ hai: là khoảng cách cạnh thứ hai của
phần tử thứ nhất và cạnh thứ nhất của phần tử thứ hai.
- Bước dây quấn tổng hợp ( y ): là khoảng cách giữa hai
cạnh của hai phần tử liền kề.
- Bước dây quấn trên vành góp: khoảng cách giữa hai
phiến góp của một phần tử.
= số nguyên
DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (5)
8
N
S
1
1
Choåi than
Iö
Iö
d
const
a
2
I
i
u
u
• Điều kiện đối xứng của dây quấn phần ứng MĐ1C
d: trục của từ trường kích từ
1-1: đường trung tính hình học,
có B
t
= 0
Có bao nhiêu cặp chổi than thì
có bấy nhiêu cặp nhánh song song
Gọi a: số đôi mạch nhánh song
song →
Nếu i
ư
khác nhau sẽ xuất hiện dòng cân bằng: I
cb
0 → tổn
hao dây quấn tăng.
5
DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (6)
9
a
Z
ngt
a
p2
Điều kiện đối xứng của dây quấn ( để I
cb
→ 0):
1. Mạch từ phần cảm và phần ứng đối xứng.
2. Dây quấn phần ứng trong các mạch nhánh song song
nằm tương ứng với nhau trong từ trường phần cảm.
là số nguyên chẵn
Trong thực tế để loại trừ I
cb
do chế tạo → có các dây cân
bằng điện thế nối ở một số điểm mà điện thế về mặt lý thuyết
bằng nhau.
là số nguyên
DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (6)
10
Điều kiện đối xứng của dây quấn ( để I
cb
→ 0):
Bổ sung các thanh
dẫn cân bằng điện
thế, làm nhiệm vụ nối
ngắn mạch các điểm
đẳng thế của dây
quấn xếp
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
5.3. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MD1C
NỘI DUNG
• Sức điện động phần ứng của máy điện một chiều
• Momen điện từ và công suất
• Cân bằng năng lượng trong máy điện một chiều.
2
SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHẦN ỨNG CỦA MD1C(1)
3
60
n
p..2
60
n.D.
v
l
.
B
tb
p2
D
60
n
..p2E
t
Cho dđ một chiều vào dq kích từ thì trong khe hở sẽ sinh ra từ
thông, khi phần ứng quay với tốc độ n, giả sử theo chiều kim
đồng hồ
Từ thông quét qua dây quấn phần
ứng cảm ứng lên thanh dẫn sđđ:
E
t
= B
tb
.l.v
: bước cực
chiều dài thanh dẫn
vận tốc dài thanh dẫn
tốc độ quay phần ứngđường kính ngoài phần ứngtừ cảm trung bình trong khe hở
luồng từ thông tổng trong 1 bước cực
SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHẦN ỨNG CỦA MD1C(2)
4
n..
a
60
N.p
E.
a
2
N
t
a
60
N.p
C
e
Gọi N là tổng số thanh dẫn của dq 1 mạch nhánh song
song có N/2a thanh dẫn nối tiếp nhau sđđ dây quấn phần
ứng là:
Với
Chiều sđđ E
ư
phụ thuộc vào chiều , n và xác định theo quy
tắc bàn tay phải.
E
ư
: hằng số máy điện theo sđđ
3
MÔ MEN ĐIỆN TỪ VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MD1C(1)
5
a
2
I
u
l
.
B
tb
2
D
.f.NM
.p2
D
Khi máy điện làm việc, trong dq phần ứng có dòng điện. Giả
sử thanh dẫn có dòng điện i
ư
với chiều như trên hình vẽ
thanh dẫn sẽ chịu 1 lực điện từ tác động có chiều xác định
theo quy tắc bàn tay trái, có độ lớn:
f = B
tb
.l.i
ư
Với i
ư
=
Momen điện từ tác dụng lên dq phần ứng:
tổng số thanh dẫn của dq
đường kính ngoài phần ứng:
MÔ MEN ĐIỆN TỪ VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MD1C(2)
6
]m.N[I..CI..
a
2
N.p
M
uMu
a
2
N.p
C
M
60
n2
uuđt
I..n.
a
60
N.p
60
n2
.I..
a
2
N.p
P
Công suất ứng với momen điện từ gọi là công suất điện từ:
P
đt
= M.
tốc độ góc phần ứng
= E
ư
.I
ư
= M.
(cs điện) (cs cơ)
hằng số máy điện theo momen
4
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MD1C(1)
7
• Tổn hao trong máy điện 1 chiều:
- Tổn hao cơ p
cơ
: tổn hao do ma sát chổi than với vành
góp, quạt gió, tổn hao ở ổ bi…
- Tổn hao sắt p
Fe
: tổn hao do từ trễ trong lõi thép
- Tổn hao đồng p
cu
: gồm tổn hao đồng ở dây quấn phần
ứng p
cu.ư
và tổn hao đồng ở dây quấn kích từ p
cu.t
- Tổn hao phụ p
f
: tổn hao phụ trong đồng và thép, thường
p
f
= 1% P
đm
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MD1C(1)
8
2
u
I
p
t
p
0
p
cu
P
1 =
M
1.
P
ñt
= M.
=E
ö
.I
ö
P
2
=U.I
ö
Giản đồ năng lượng chế độ máy phát:
Gọi P
1
là công suất cơ đưa vào trục MF, một phần gây
ra tổn hao p
cơ
và p
Fe
, phần lớn biến thành công suất điện từ :
P
đt
= P
1
- p
cơ
- p
Fe
= P
1
– P
0
M. = M
1
. - M
0
.
phương trình cân bằng momen: M = M
1
- M
0
Công suất điện đầu ra:
P
2
= P
đt
– p
cu.ư
= E
ư
. I
ư
–
phương trình cân bằng điện áp:
U = E
ư
- I
ư
r
ư
r
ư
= U. I
ư
5
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MD1C(1)
9
2
u
I
p
t
P
0
= p
cô
+ p
cu
p
cu
P
1 =
U.I
P
ñt
= M.
=E
ö
.I
ö
P
2
= M
2
.
Giản đồ năng lượng chế độ động cơ:
Ở chế độ động cơ công suất nhận vào là công suất
điện, công suất đưa ra là công suất cơ:
P
1
= P
đt
+ p
cu.ư
= E
ư
. I
ư
+
phương trình cân bằng điện áp: U = E
ư
+ I
ư
r
ư
Công suất cơ đưa ra đầu trục: P
2
= P
đt
- P
0
Hay M
2
= M - M
0
Phương trình cân bằng momen: M = M
2
+ M
0
r
ư
= U. I
ư
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
5.4. TỪ TRƯỜNG TRONG MD1C
NỘI DUNG
• Từ trường khi không tải
• Từ trường khi có tải
2
TỪ TRƯỜNG KHI KHÔNG TẢI (1)
3
Khi không tải: I
ư
= 0 từ trường
trong máy chỉ do từ trường cực từ,
kích thích bởi dòng kích từ I
t
0.
t
– Từ trường kích từ
=
t
+
ư
=
t
d theo
phương dọc trục
N
S
1
1
+
.
+
.
Bt = 0
Từ trường trong MĐ1C chủ yếu do cực từ và dòng điện phần
ứng I
ư
sinh ra.
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (1)
4
Khi máy có tải, ngoài từ trường cực từ còn có từ trường phần
ứng do dòng điện phần ứng I
ư
. Tác dụng của từ trường phần
ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng làm hình
thành từ trường tổng ở khe hở không khí lúc có tải.
3
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (2)
5
• Từ trường của phần ứng
Khi chổi than nằm trên đường trung tính hình học:
N
S
1
1
+
.
+
.
+
++
.
.
.
ö
Iö
Bt = 0
Ở chế độ MF:
dòng điện i (+) ở phía cực N
dòng điện i (-) ở phía cực S
Dòng điện cùng chiều sđđ cảm
ứng
Ở chế độ ĐC:
dòng điện ngược chiều sđđ cảm ứng
dòng điện có chiều ngược lại.
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (3)
6
TT tổng
ư
nối giữa 2 chổi than với nhau, như vậy khi chổi
than nằm trên đường trung tính hình học
ư
trục q
phản ứng phần ứng theo hướng ngang trục.
Trong khe hở không khí có từ trường tổng:
=
t
+
ư
Ở nửa trái cực bắc N, đối diện phần ứng đi
vào:
ư
><
t

<
t
Ở nửa phải cực bắc N, đối diện phần ứng đi ra:
ư

t

>
t
Tương tự với cực nam:
Đối diện phần ứng đi vào:
ư
><
t
Đối diện phần ứng đi ra:
ư
t
N
S
1
1
+
.
+
.
+
++
.
.
.
ö
Iö
Bt = 0
4
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (4)
7
Ở chế độ máy phát: Đối diện phần ứng đi vào:
ư
><
t
Đối diện phần ứng đi ra:
ư
t
Ở chế độ động cơ: ngược lại
Như vậy: từ trường tổng B
= 0 không nằm trên đường
trung tính hình học nữa, dịch chuyển về phía có từ trường lớn
hơn. Đường 1’-1’ có B
= 0 gọi là đường trung tính vật lý.
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (5)
8
Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học 1-1:
N
S
1
1
+
.
+
.
+
++
.
.
.
ö
1'
1'
1
a
b
c
d
+
.
öd
n
MF
Dòng điện phần ứng theo cung
ab và cd tạo từ thông
ưd
><
t
Dòng điện phần ứng theo cung
ac và bd tạo từ thông
ưq
5
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (6)
9
Ở chế độ máy phát:
Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học theo chiều quay
roto phản ứng phần ứng khử từ.
Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học ngược chiều
quay roto phản ứng phần ứng trợ từ với
t
.
Ở chế độ động cơ: ngược lại.
Trong MĐ1C, do yêu cầu về đổi chiều, chỉ cho phép dịch
chuyển chổi than theo chiều quay của phần ứng ( trong
trường hợp MF) hay ngược chiều quay của phần ứng (trường
hợp ĐC).
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (7)
10
Phản ứng phần ứng ( ảnh hưởng khử từ của phản ứng phần
ứng ngang trục)
Ta xét phản ứng phần ứng khi chổi than nằm trên
đường trung tính hình học 1-1. Để thấy rõ sự thay đổi của từ
trường khe hở khi có phản ứng phần ứng ta biểu thị các
đường biểu diễn từ cảm cực từ B
t
và từ cảm phần ứng B
ư
dọc
khe hở dưới một đôi cực từ rồi lấy tổng của chúng.
6
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (8)
11
Fö
Bö
B
Bt
NS
+ ++++
.....
x.A
.
0
Để có từ cảm phần ứng B
ư
ta vẽ
sức từ động phần ứng F
ưx
:
F
ưx
= A.2x = H
ưx
.2
Từ cảm phần ứng B
ưx
ở khe hở:
B
ưx
=
0
.H
ưx
=
Dưới mặt cực khe hở = const B
ư
là đường thẳng
giống như F
ưx
. Ở giữa 2 cực chiều dài đường từ trong khe hở
không khí tăng lên B
ư
giảm.
B
= B
t
+ B
ư
cường độ từ trường
phần ứng ở cách
gốc 1 đoạn x
hệ số dẫn từ
khe hở không
khí
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
5.5. ĐỔI CHIỀU DÒNG ĐIỆN TRONG MD1C
NỘI DUNG
• Khái niệm chung
• Quá trình đổi chiều
• Các biện pháp hạn chế tia lửa điện
2
KHÁI NIỆM CHUNG (1)
3
Ta biết, khi chuyển động trong từ trường của 1 cực,
mỗi phần tử dq thuộc một nhánh song song và có chiều nhất
định, khi sang cực kế tiếp dđ trong nó có chiều ngược lại.
Đổi chiều là toàn bộ các hiện tượng xảy ra của dòng
điện trong phần tử dq phần ứng khi nó dịch chuyển từ nhánh
song song này vào nhánh song song khác, dòng điện trong
chúng có chiều ngược lại.
Trong quá trình đổi chiều các cạnh tác dụng của phần
tử đi vào vùng trung tính hình học và bị chổi than nối ngắn
mạch, dòng điện trong phần tử được đổi chiều sau đó đi vào
nhánh song song khác.
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (1)
4
Để có khái niệm cụ thể ta xét quá trình đổi chiều dòng điện
trong phần tử b dây quấn xếp đơn:
Quá trình đổi chiều trong dq:
- Khi t = 0: chổi than phủ
hoàn toàn lên phến 1, dòng
điện chạy trong phần tử là
(+i
ư
)
- Khi t = T
K
: chổi than phủ hoàn toàn lên phến 2, phần tử đã
chuyển sang nhánh song song khác, dòng điện trong nó đổi
chiều thành (-i
ư
)
3
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (2)
5
v
ch
k
v
b
T
42
b
b
p
ch
v
- Vị trí trung gian: 0 < t < T
K
: phần tử bị nối ngắn mạch,
dòng điện trong nó biến thiên phức tạp.
Gọi T
K
: là chu kỳ đổi chiều, là khoảng thời gian mà dòng
điện hoàn thành việc đổi chiều:
Ta ký hiệu:
b
p
: chiều rộng của phến góp
D
v
: đường kính của vành góp
K: số phến góp
bề rộng chổi than
vận tốc dài vành góp
v
v
= .D
v
.n = K.b
p
.n
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (3)
6
n.K
1
n.b.K
b.
v
b
T
v
p
pv
v
ch
k
chu kỳ đổi chiều dây quấn xếp đơn:
Khi máy làm việc các phần tử liên tiếp tiến hành đổi chiều,
thường T
K
 0,001s
Chất lượng đổi chiều phụ thuộc vào nhiều yếu tố cơ và điện.
Việc đổi chiều kém gây ra các tia lửa điện ở chổi than và mặt
vành góp.
4
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (4)
7
Để tìm nguyên nhân phát sinh tia lửa điện và từ đó nêu ra
biện pháp cải thiện đổi chiều ta nghiên cứu quy luật đổi chiều
ở phần tử dây quấn xếp đơn: b
ch
= b
p
Gọi:
i: dòng điện trong phần tử đổi chiều bị
nối ngắn mạch
i
1
,i
2
: dòng điện đi qua phiến góp 1 và 2
r
pt
: điện trở của phần tử đổi chiều
r
đn
: điện trở phần đuôi nhạn, là phần nối
giữa phiến góp với đầu phần tử
r
tx1
, r
tx2
: : điện trở tiếp xúc giữa phiến
góp 1, 2 và chổi than
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (5)
8
Phương trình K
1
và K
2
cho nút a,b
và mạch vòng phần tử:
a: i
ư
+ i – i
1
= 0 i
1
= i + i
ư
b: i
ư
– i – i
2
= 0 i
2
= i
ư
– i
i.r
pt
+ i
1
(r
tx1
+ r
đn
) – i
2
(r
tx2
+ r
đn
) = e
Với e: là tổng các sđđ cảm ứng trong phần tử đổi chiều
r
pt
, r
đn
<< r
tx1
, r
tx2
ta giả thiết r
pt
, r
đn
= 0
từ 3 phương trình trên:
phuchính
2tx1tx
u
2tx1tx
1tx2tx
ii
rr
e
i.
rr
rr
i
(4)
5
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (6)
9
21
S
1
,
S
1
K
2
K
K
1
T
t
.SS;
T
tT
.SS
tT
T
.r
T
tT
.S
S
.r
S
S
.rr
K
K
tx
K
K
tx
1
tx1tx
t
T
.r
S
S
.rr
K
tx
2
tx2tx
đc
u
K
r
e
i).
T
t2
1(i
)tT(t
T
.rr
K
2
K
txđc
Thực tế r
tx1
, r
tx2
= f(t)
S
1
, S
2
: : tiết diện tiếp xúc giữa
phiến góp 1, 2 và chổi than
Ký hiệu: r
tx
: điện trở tiếp xúc toàn phần
Thay r
tx1
, r
tx2
vào biểu thức tính i (4) ta được quan hệ giữa
dòng điện trong phần tử đổi chiều i với t:
Với
diện tích tiếp xúc toàn phần
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (7)
10
)
T
t2
1.(iii
K
uch
1
K
K
K1
1
1
1
tg
S
T
)tT(S
T.i
S
i
j
2
KK2
2
2
2
tg
S
T
t.S
T.i
S
i
j
constjj
2121
• Đổi chiều đường thẳng:
Nếu e = 0
quan hệ i = f(t) là đường thẳng
gọi là đổi chiều đường thẳng
Khi đổi chiều đường thẳng, mật độ dòng điện phía phiến
góp đi ra và đi vào chổi:
phía ra:
phía vào:
quá trình đổi
chiều thuận lợi
Nếu xét đến điện trở r
pt
, r
đn
quan hệ
i = f(t) có dạng theo đường nét đứt.
6
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (8)
11
đc
f
r
e
i
• Đổi chiều đường cong:
Thực tế e 0 trong phần tử đổi chiều có thành phần dòng
điện phụ: i
f
0
Tại t = 0: phiến góp 1 tiếp xúc toàn bộ với chổi than
r
đc
= ; i
f
( t = 0) = 0
Tại t = T
K
: phiến góp 2 tiếp xúc toàn bộ
với chổi than r
đc
= ; i
f
( t = T
K
) = 0
Ta có đặc tính r
đc
, i
f
= f(t)
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (9)
12
2
f
i.L)2/1(
+/ Khi e > 0 hay i
f
> 0 i = i
ch
+ i
f
Do lúc t = T
K
, i
f
0 trong từ trường phần tử đổi chiều tích
lũy năng lượng
nối ngắn mạch năng lượng giải phóng đột ngột xuất
hiện tỉa lửa điện, điều này giống khi ngắt cầu dao khi có tải L,r
lớn.
Ở trường hợp này dòng điện đổi chiều i
thay đổi chậm hẳn so với trường hợp đổi
chiều đường thẳng gọi là đổi chiều
mang tính chất trì hoãn. Tia lửa điện xuất
hiện ở phía chổi than đi ra khi quá trình
đổi chiều kết thúc.
lớn nên khi phần tử ra khỏi từ trường
7
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (10)
13
+/ Khi e < 0 hay i
f
< 0
Trong trường hợp này dòng điện đổi chiều đi qua giá trị 0
sớm hơn đổi chiều đường thẳng gọi là đổi chiều mang tính
chất vượt trước. Khi đổi chiều vượt trước
1
<
2
j
1
<j
2
tỉa lửa xuất hiện ở phía chổi than đi vào nhưng ít tương tự
như khi đóng cầu dao có tải
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (11)
14
0e0
dt
di
;
dt
di
Le
LL
K
u
tb
T
i2
dt
di
K
u
Ltb
T
Li2
e
2
b
W
• Các sđđ cảm ứng trong phần tử đổi chiều:
Sức điện động tự cảm:
L: điện cảm của bối dây
Trong quá trình đổi chiều, dòng điện i biến đổi từ (+)i
ư
đến (-)i
ư
nên giá trị trung bình của đạo hàm trong chu kỳ đổi chiều T
K
:
Điện cảm L ~
8
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (12)
15
i
i
iM
dt
di
Me
i
K
u
Mtb
M.
T
i2
e
• Sức điện động hỗ cảm:
Do có thể có nhiều cặp chổi than có nhiều cặp đổi
chiều cùng lúc, sự đổi chiều cũng xảy ra đồng thời trong các
cạnh tác dụng thuộc cùng một rãnh, hơn nữa bình thường
b
ch
> b
p
nên chổi than nối ngắn mạch vài phần tử liên tiếp
giữa các phần tử cùng tham gia đổi chiều có liên hệ hỗ cảm
rất mạnh:
e
M
> 0
hệ số hỗ cảm giữa phần tử
đang xét với phần tử thứ i
dòng điện trong phần tử thứ i
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (13)
16
• Sức điện động phản kháng:
Các sđđ e
L
và e
M
có tác dụng đối với quá trình đổi
chiều như nhau và tổng của chúng được gọi là sđđ phản
kháng:
e
pktb
= e
Ltb
+ e
Mtb
9
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (14)
17
• Sức điện động đổi chiều e
đc
:
Từ trường dây quấn bù, cực từ phụ B
ngoài
sđđ e
ngoài
<
0
Gọi B
đc
là từ cảm tổng hợp của từ trường ngoài và từ
trường của phần ứng tại vùng trung tính từ cảm đổi chiều
biểu thức sđđ đổi chiều:
e
đc
= 2.B
đc
.w
b
.l.v < 0
Với l: chiều dài thanh dẫn cắt đường sức của từ trường
đổi chiều
e = e
pk
+ e
đc
Để quá trình đổi chiều được thuận lợi thì sđđ đổi chiều
luôn ngược chiều với sđđ phản kháng nói trên.
CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ TIA LỬA ĐIỆN (1)
18
Tia lửa sinh ra dưới chổi than có thể do nguyên nhân cơ hoặc
nguyên nhân điện từ.
Về nguyên nhân cơ có thể do: vành góp không đồng tâm với
trục, sự cân bằng bộ phận quay không tôt, bề mặt vành góp
không phẳng, lực ép chổi than không thích hợp…
Về điện do sđđ đổi chiều không triệt tiêu được sđđ phản
kháng trong phần tử đổi chiều biện pháp:
1. Tiếp xúc tốt phiến góp - chổi than
2. Thực hiện e < 0
10
CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ TIA LỬA ĐIỆN (2)
19
Cực từ phụ:
- Biện pháp cơ bản để cải thiện đổi
chiều là tạo từ trường ngoài tại vùng
trung tính bằng cách đặt cực từ phụ giữa các cực từ chính.
- Sức từ động cực từ phụ F
f
>< F
ưq
, độ lớn F
f
phải cân bằng
được F
ưq
và tạo nên được e
đc
đủ lớn làm triệt tiêu ảnh
hưởng của e
pk
.
CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ TIA LỬA ĐIỆN (3)
20
• Xê dịch chổi than khỏi trung tính hình học:
Ở máy điện nhỏ, để thay thế tác dụng của cực từ phụ,
để cải thiện đổi chiều ta có thể xê dịch chổi than khỏi trung
tính hình học.
Ở trường hợp máy phát điện: để từ trường ở khu vực
đổi chiều cùng cực tính với cực từ chính mà sau khi đổi chiều
các cạnh phần tử sẽ quay tới như trường hợp cực từ phụ thì
phải dịch chổi than theo chiều quay 1 góc:
góc có tác dụng tạo nên sđđ đổi
chiều đủ triệt tiêu sđđ phản kháng
góc giữa đường trung tính hình học
và trung tính vật lý
11
CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ TIA LỬA ĐIỆN (4)
21
• Dây quấn bù:
Với MĐ1C có công suất lớn P > 150kW và khi tải thay
đổi đột ngột để hỗ trợ cực từ phụ và ngăn chặn vòng lửa trên
bề mặt vành góp người ta dùng dây quấn bù.
CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ TIA LỬA ĐIỆN (4)
22
• Dây quấn bù:
Khi không có cuộn bù:
f
>
ưq
Khi có cuộn bù:
f
+
bù
>
ưq
giảm bớt
f
cực từ phụ ít bão hòa hơn hiệu quả cải
thiện đổi chiều tăng lên.
Dq bù làm triệt tiêu từ trường phần ứng dưới mặt cực
chính từ trường cực chính không bị biến dạng thuận lợi
cho quá trình đổi chiều.
Vì
ư
~ I
ư
để bù được từ trường này thì dây quấn
bù phải nối tiếp với dây quấn phần ứng.
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
5.6 MÁY PHÁT ĐIỆN 1 CHIỀU
NỘI DUNG
• Các loại máy phát điện một chiều
• Các đặc tính của máy phát điện một chiều
2
CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU (1)
3
Máy phát điện 1 chiều được sử dụng trong nhiều ngành sản
xuất của nền kinh tế quốc dân như luyện kim, hóa chất, giao
thông vân tải…
Tùy theo cách kích thích cực từ chính mà MFĐ1C
được phân loại như sau:
- MFĐ1C kích thích độc lập: sử dụng nguồn ngoài
- MFĐ1C tự kích thích
CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU (2)
4
• MFĐ1C kích thích độc lập.
- MFĐ1C kích thích bằng nam châm vĩnh cửu ( với máy có
công suất bé)
- MFĐ1C kích thích điện từ, nguồn kích thích lấy từ ắc quy,
lưới 1 chiều hoặc máy phát 1 chiều phụ, dùng trong trường
hợp cần điều chỉnh điện áp trong phạm vi rộng, công suất lớn.
3
CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU (3)
5
• MFĐ1C tự kích thích.
Dòng điện kích thích lấy từ bản thân máy phát. Tùy theo cách
nối dây quấn kích thích ta có:
KT//
q
KT
q
KT
q
KTnt
KT song song KT nối tiếp KT hỗn hợp
I
ư
= I + I
t
I
ư
= I = I
t
I
ư
= I
tnt
= I + I
t//
CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU (4)
6
Kích từ hỗn hợp có đồng thời 2 dây quấn kích thích song
song và kích thích nối tiếp, tùy theo cách nối mà stđ của 2 dây
quấn có thể cùng chiều hoặc ngược chiều nhau:
F
ktnt
F
kt//
: đấu thích ứng
F
ktnt
>< F
kt//
: đấu đối ứng
4
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
7
MFĐ1C có 4 đại lượng đặc trưng: U, I
ư
, I
t
, n. n = const, 3 đại
lượng U, I
ư
, I
t
có thể thành lập được các đặc tính sau:
- Đặc tính không tải: U
0
= E
0
= f(I
t
) khi I = 0, n = const
- Đặc tính ngắn mạch: I
n
= f(I
t
) khi U = 0, n = const
- Đặc tính ngoài: U = f(I) khi I
t
= const, n = const
- Đặc tính điều chỉnh: I = f(I
t
) khi U = const, n = const
- Đặc tính tải: U = f(I
t
) khi I = const, n = const
Trong 5 đặc tính này thì đặc tính không tải là trường
hợp đặc biệt của đặc tính tải khi I = 0, đặc tính ngắn mạch là
trường hợp đặc biệt của đặc tính điều chỉnh khi U = 0.
Đặc tính ngắn mạch và đặc tính không tải của các loại
MF1C cơ bản giống nhau nên ta xét chung, các đặc tính khác
ta xét riêng cho từng loại máy.
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
8
• Đặc tính không tải:
là quan hệ: U
0
= E
0
= f(I
t
) khi I = 0, n = const
Để lấy đặc tính không tải ta cho MFĐ làm việc ở tốc độ n =
const, cầu dao nối với tải để hở, đo các trị số I
t
và U tương
ứng ta có đặc tính không tải.
Với MFĐ kích thích độc lập, do có thể đổi chiều dòng kích
từ nên ta có thể vẽ được toàn bộ chu trình từ trễ ABA’B’A khi
tăng giảm I
t
. Với máy phát tự kích thích, không thể thực hiện
được (-I
t
) nên chu trình từ trễ là ABA giữa I
tmax
và 0.
5
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
9
• Đặc tính không tải:
Đặc tính không tải là đường trung bình của vòng từ trễ:
I
E
E
max
-E
max
-I
tmax
I
tmax
A
B
A’
B’
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
10
• Đặc tính ngắn mạch:
là quan hệ: I
n
= f(I
t
) khi U = 0, n = const
Để có đặc tính ngắn mạch thì tất cả máy phát đều phải
được kích thích độc lập. Khi ngắn mạch E = I.r
ư
r
ư
rất nhỏ, để giữ I = 1,251,5 I
đm
E nhỏ I
t
rất nhỏ
mạch từ không bão hòa. Có E ~ I
t
I ~ I
t
đặc tính ngắn
mạch là đường thẳng:
I
I
ñm
I
tmax
lyù töôûng
I
t
th
öïc
1
2
Đường 1: ứng với máy chưa được khử
từ dư đường thực
Đường 2: ứng với máy đã được khử
từ dư lý tưởng
6
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
11
I,E
I
nm
=I
ñm
I
t
E
nm
D
C
A
B
U(1)
I(2)
0
• Tam giác đặc tính:
Trên thực tế, để đơn giản chỉ cần làm TN không tải và
TN ngắn mạch, sau đó từ tam giác đặc tính ta có thể dựng
được các đặc tính còn lại. Để thành lập tam giác đặc tính, trên
1 hệ trục tọa độ ta vẽ các đt không tải (1) và đt ngắn mạch (2)
Từ I
nm
= I
đm
chiếu sang (2),
chiếu xuống được I
t
= OC. Dòng I
t
này
gồm 2 thành phần: 1 phần OD để sinh
ra E = I.r
ư
= AD = BC, 1 phần DC = AB
để khắc phục pư.pư lúc ngắn mạch, tỷ
lệ thuận pư.pư
tam giác ABC là tam giác đặc tính
có BC, AB ~ dòng điện I.
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
12
U
I
0
U
U
I
ñm
U
ñm
E
0
đm
đm
đm0
U%105100.
U
)UE(
%U
I/ Đặc tính làm việc của MFĐ1C kích thích độc lập
• Đặc tính ngoài:
là quan hệ U = f(I) khi I
t
= const, n = const
Từ phương trình cân bằng điện áp MFĐ1C: U = E – I
ư
.R
ư
Khi I I
ư
.R
ư
E U
= (
t
+
ư
)
do bão hòa mạch từ E
7
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
13
• Đặc tính điều chỉnh:
là quan hệ I = f(I
t
) khi U = const, n = const
Đặc tính điều chỉnh cho ta biết xu hướng điều chỉnh I
t
để U
= const
Khi tải tăng I để bù được phần I
ư
.R
ư
và pưpư
tăng I
t
I
0
I
t
I
ñm
I
t
I
t0
I
t
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
14
Đặc tính tải:
Đặc tính tải là quan hệ U = f(I
t
) khi I = const, n = const
U
I
t
0
I = I
ñm
I = 0
8
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
15
2. Đặc tính làm việc của MFĐ1C kích thích song song
• Điều kiện tự kích MFĐ1C kích thích song song
MFĐ1C kích thích song song có dây quấn kích thích song
song với dây quấn phần ứng:
q
KT
n
Từ đặc tính không tải ta thấy khi MF1C ngừng hoạt động,
trong lõi thép cực từ và gông từ còn lại từ dư.
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
16
Khi quay roto đến tốc độ định mức n = n
đm
. Lúc đầu I
t
= 0,
do
dư
0 sinh ra E
dư
= C
e
dư
.n = 23%U
đm
. Nếu mạch
kích thích được nối kín với mạch phần ứng I
ư
= I
t
0
t
0
ư
= (
t
+
dư
) E
ư
I
t
nếu
t
dư
E
ư
U tới khi U = U
đm
Nếu
t
><
dư
triệt tiêu
dư
và máy không tự kích thích
được.
9
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
17
u
tt
t
t
r.iEU
r.i
dt
di
LU
tt
t
r.i
dt
di
L
E
I
t
I.r
t
E= f(I
t
)
0
L.di/dt
(n = n
ñm
)
n
2
n
th
I
tñm
U
ñm
Để thấy rõ quá trình tạo ra điện áp của máy phát ta viết
phương trình cân bằng điện áp cho mạch vòng kín gồm dq
kích thích và dq phần ứng :
do r
ư
<< r
t
coi r
ư
0 nên U = E
U = U
t
= E =
M
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
18
0r.iE
dt
di
L
tt
t
0
dt
di
L
t
Khi i
t
< I
tđm
Nếu r
t
đường i
t
.r
t
dốc hơn điện áp xác lập U . r
t
tới khi đường i
t
.r
t
tiếp tuyến với đường cong E = f(i
t
), khi đó r
t
gọi là điện trở tới hạn. Khi r
t
> r
t tới hạn
điện áp không được
thành lập.
Khi n thay đổi thì đặc tính E = f(i
t
) cũng thay đổi. n < n
th
thì
điện áp cũng không được thành lập.
n
1
> n
2
> n
th
i
t
máy tự kích thích
đến điện áp ứng với điểm M ở đó
, dòng điện kích từ
có trị số xác lập I
tđm
10
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
19
Vậy điều kiện để máy tự kích là:
1. Máy phải có từ dư:
dư
3%
đm
khi không tải
2. Chiều quay của roto phải phù hợp để
t
dư
3. Điện trở r
t
 r
t tới hạn
hoặc vận tốc quay của roto n n
th
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
20
U
I
0
I
a
E
0
K
T
ñ
o
ä
c
l
a
ä
p
• Đặc tính ngoài: U = f(I) khi I
t
= const, n =
const
Với máy KT// khi tải tăng: I U do:
Như vậy MFĐ1C kt// có đặc tính ngoài dốc hơn kt độc lập.
Với MFĐ1C KT//, dòng điện tải chỉ tăng đến một giá trị nhất
định I =I
th
, nếu tiếp tục giảm điện trở tải I không tăng mà
giảm về I
0
ứng với E
dư
. Do máy làm việc trong tình trạng
không bão hòa (
Fe
) nên khi I
t
U giảm nhanh về 0.
1. I.r
ư
2. I , do pưpư E
3. U I
t
E U giảm hơn nữa
11
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
21
I
t0
I
t
K
T
ñoä
c
l
aäp
K
T
/
/
I
0
• Đặc tính điều chỉnh: I = f(I
t
) khi U = const, n = const
Việc điều chỉnh dòng kích từ không phụ thuộc nguồn kích
từ lấy từ đâu nên đặc tính điều chỉnh của MFKT// cũng giống
đặc tính điều chỉnh MFKT độc lập.
Ở MFKT// khi I U sụt nhiều hơn nên I
t
phải tăng
nhiều hơn đặc tính điều chỉnh của MF1CKT// cao hơn
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
22
Đặc tính tải:
Đặc tính tải là quan hệ U = f(It) khi I = const, n = const
U
I
t
0
I = I
ñm
I = 0
12
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
23
q
KT
n
R
U
I
t
0
3. Đặc tính làm việc của MFĐ1C kích thích nối tiếp
MFĐ1C kích thích nối tiếp thuộc loại tự kích thích như
MF1CKT//. Máy chỉ được kích thích khi có tải mạch ngoài
phải khép kín quan một điện trở.
Vì I
t
= I
ư
= I khi n = const
thì máy chỉ còn hai đại lượng
biến đổi máy chỉ có đặc tính
ngoài U = f(I)
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
24
4. Đặc tính làm việc của MFĐ1C kích thích hỗn hợp
MFĐ1C kích thích hỗn hợp có đồng thời cả 2 dây quấn
KT// và KTNT nên nó tập hợp các tính chất của cả 2 loại máy
này.
• Đặc tính ngoài: U = f(I) khi I
t
= 0, n = const
cuộn dây ktnt có thể nối thuận hay nối ngược mà hình
thành 2 kiểu đấu thích ứng và đấu đối ứng:
- Khi đấu thích ứng:
kt//
ktnt
kt
=
kt//
+
ktnt
khi I
ktnt
kt
E , U
- Khi đấu đối ứng:
kt//
><
ktnt
kt
=
kt//
-
ktnt
khi I
ktnt
kt
E , U
13
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
25
U
I
0
1
2
4
3
I
ñm
1. MFĐ1CKT độc lập
2. MFĐ1CKT song song
3. MFĐ1CKT hỗn hợp đấu thích ứng
4. MFĐ1CKT hỗn hợp đấu đối ứng
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
26
• Đặc tính điều chỉnh:
Đặc tính điều chỉnh là quan hệ I = f(I
t
) khi U = const, n =
const
I
0
I
t0
I
t
1
2
3
4
1
1
BÀI GIẢNG
Máy điện cơ sở
EE3140
2
5.7 ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU
NỘI DUNG
• Các loại động cơ điện một chiều
• Các đặc tính của động cơ điện một chiều
• Các phương pháp mở máy và điều chỉnh tốc độ
của động cơ điện một chiều
2
CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (1)
3
Phân loại: động cơ điện 1 chiều cũng được phân loại như
máy phát:
• Động cơ một chiều kích từ độc lập
• Động cơ một chiều kích từ song song
• Động cơ một chiều kích từ nối tiếp
• Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp
• Động cơ một chiều kích từ nam châm vĩnh cửu
CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (1)
4
3
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
5
.
.
e
uu
C
RIU
n
uM
I..CM
2
Me
u
e
.C.C
R.M
.C
U
n
1. ĐẶC TÍNH CƠ:
Là quan hệ n = f(M), đây là đặc tính quan trọng nhất của
động cơ.
n..CE
R.IEU
e
uu
Phương trình biểu diễn đặc tính cơ
Các phương trình ĐCĐ1C:
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
6
dt
dn
JMM
C
Điều kiện làm việc ổn định tĩnh của động cơ:
Xác định theo sự phối hợp đặc tính cơ của động cơ và đặc
tính cơ của tải.
M
c
: momen cơ = momen cản
M: momen điện từ = momen quay
Phương trình cân bằng momen:
4
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
7
M
n
0
M
Mc
P
n
lv
n
Điều kiện làm việc ổn định tĩnh của động cơ:
- Nếu tốc độ của động cơ tăng lên n=n
lv
+n
→ M
c
>M → động cơ bị hãm lại, n giảm về
Giá trị n
lv
ban đầu ứng với điểm P.
- Nếu tốc độ của động cơ giảm xuống → M
c
<M → động cơ sẽ
được gia tốc để trở về điểm P
→ điểm P là điểm lv ổn định tĩnh
Xét sự phối hợp đặc tính cơ của ĐC
và của tải như hình bên:
Điểm P?
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
8
M
n
0
M
Mc
P
n
lv
n
dn
dM
dn
dM
C
- Nếu tốc độ của động cơ giảm thì nó tiếp tục giảm về n = 0.
Vậy điều kiện làm việc ổn định tĩnh là
Xét sự phối hợp đặc tính cơ của ĐC
và của tải như hình bên thì ngược lại.
- Nếu tốc độ của ĐC tăng lên → M
c
<M
→ động cơ tiếp tục được gia tốc và
tăng mãi.
5
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
9
K
M.R
nn
u
0
n
M,I
ö
0
n
0
M
ñm
I
öñm
n
a. Đặc tính cơ ĐCĐ1C kích thích // hoặc độc lập
Nếu U = U
đm
= const và I
t
= const, thì khi M thay đổi → =
const, ảnh hưởng làm giảm do pư.pư ngang trục rất bé
không đáng kể nên ta có phương trình đặc tính cơ:
Đặc tính n = f(M) là đường thẳng
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
10
2
Me
u
e
.C.C
R.M
.C
U
n
n
M,I
ö
0
n
0ñm
M
ñm
I
öñm
n
0
'
n
0
''
n
0
'''
ñm
'''
''
'
• Điều chỉnh tốc độ n bằng cách thay đổi từ thông .
Từ phương trình đặc tính cơ
Khi tăng R
đc
ta chỉ có thể giảm
được từ thông
→ Có thể điều chỉnh n > n
đm
6
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
11
K
M.RR
nn
fu
0
n
M,I
ö
0
M
ñm
I
öñm
R
f
= 0
R
f1
R
f2
R
f3
n
0
Theo phương pháp này n
0
= const,
khi tăng R
f
độ dốc của đặc tính cơ
tăng lên.
• Điều chỉnh n bằng cách thay đổi R
f
trên mạch phần ứng.
Khi đưa thêm R
f
vào mạch phần ứng, đặc tính cơ là:
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
12
n
M,I
0
M
ñm
I
ñm
n
03
n
02
n
01
(U
ñm
)
Chỉ có thể điều chỉnh
được n < n
đm
• Điều chỉnh n bằng cách thay đổi điện áp U.
Khi giảm U ta sẽ được một họ đặc tính cùng độ dốc (độ cứng)
Chỉ có thể thay đổi U < U
đm
?
Chỉ áp dụng cho các động
cơ kích từ độc lập.
7
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
13
M
2
MuM
C
M.K
K
.CI..CM
K.C
R
MKC
U.C
n
E
u
E
M
M
U
~n
2
2
n
C
M
b. Đặc tính cơ ĐCĐ1C kích thích nối tiếp
Động cơ KTNT có I
t
= I
ư
= I và =K
.I,
Có K
= const khi I < 0,8I
đm
, khi I > 0,8I
đm
thì K
giảm
xuống một ít do ảnh hưởng bão hoà của mạch từ.
Bỏ qua R
ư
thì
hay
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
14
Động cơ điện một chiều kích từ
nối tiếp sẽ có đặc tính cơ dạng
đường hypecbol (đường 1)
Nhân xét:
- Khi M tăng n giảm rất nhiều.
- Đặc biệt khi không tải (I = 0, M = 0), tốc độ có trị số rất lớn
→ gãy trục → không được để mất tải.
Khi xét đến bào hòa, đường M = f(n) là đường nét đứt.
8
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
15
• Điều chỉnh n bằng cách thay đổi từ thông .
Với động cơ kích từ nối tiếp việc thay đổi từ thông được
thực hiện bằng cách:
- Mắc sun dây quấn kích thích
- Điều chỉnh số vòng dây kích thích
- Mắc sun vào phần ứng (đường 3)
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
16
• Điều chỉnh n bằng cách thêm R
đc
vào mạch phần ứng
Lúc này điện trở tổng của toàn mạch tăng lên nên I
t
= I
đều giảm xuống, đ/c n < n
đm
, (đường 4 và 5)
• Điều chỉnh bằng cách thay đổi
điện áp.
Vì chỉ có thể đ/c U<U
đm
nên n< n
đm
,
(đường 6)
9
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
17
c. Đặc tính cơ động cơ kích thích hỗn hợp.
Động cơ kích thích hỗn hợp thường cuộn kích thích nối
tiếp được nối thuận (bù kích thích) do đó đặc tính cơ có dạng
trung gian giữa kích thích song song và kích thích nối tiếp
3
1
4
2
n
M
0
Đường 1: kích thích hỗn hợp bù
thuận
Đường 2: kích thích hỗn hợp ngược
Đường 3: kích thích song song và
Đường 4: kích thích nối tiếp.
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
18
2. Các đặc tính làm việc của ĐCĐ1C
là quan hệ: n, M, = f(I
ư
) khi U=U
đm
=const
Đặc tính n = f(I
ư
) giống như đặc tính cơ n
= f(M) vì M ~ I
ư
.
Đường 1: ứng với ĐC kích từ song song
Đường 2: ứng với ĐC kt hỗn hợp khi dq
nối tiếp nối thuận
Đường 3: ứng với ĐC kt hỗn hợp khi dq
nối tiếp nối ngược
Đường 4: ứng với ĐC kích từ nối tiếp
10
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
19
2
u
I
2. Các đặc tính làm việc của ĐCĐ1C
Đặc tính M = f(I
ư
) khi U = U
đm
= const
- Đường I: ứng với ĐC kt//, = const
nên Đường M = f(I
ư
) là đường thẳng
đặc tính mômen là đường parabol
- Đường II: ứng với động cơ kích từ hỗn
hợp nối thuận.
- Đường III: ứng với động cơ kích từ
hỗn hợp nối ngược.
- Đường IV: ứng với ĐC ktnt, ~ I
ư
nên M ~
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
20
I
ö
0
max
0,5 1,0
Hiệu suất cực đại thường
được thiết kế ứng với I
ư
=
0,75I
đm
Đặc tính hiệu suất = f(I
ư
) khi U = U
đm
= const
11
CÁC PP KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ (1)
21
Yêu cầu:
- Mômen khởi động càng lớn càng tốt.
- Dòng điện khởi động càng bé càng tốt
uu
k
R
U
R
EU
I
• Khởi động trực tiếp:
Theo pp này khi cần kđ ta chỉ việc đóng thẳng ĐC vào lưới.
Đặc điểm: Tại t =0, khi đó n = 0 → E= C
e
n = 0, dòng điện
khởi động lúc đó là:
vì R
ư
rất bé, thường R
ư*
= 0,02 0,1 nên I
k
=(510)I
đm
Phương pháp này chỉ được áp dụng cho các động cơ có
công suất bé, vì với các động cơ này R
ư
tương đối lớn.
CÁC PP KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ (1)
22
fufu
k
RR
U
RR
EU
I
• Khởi động nhờ biến trở.
Điện trở R
f
được chọn sao cho I
k
= (1,4 1,7) I
đm
đối với
động cơ lớn và I
k
= (2 2,5) I
đm
với động cơ bé.
Do có biến trở mắc nối tiếp vào mạch
phần ứng nên dòng điện khởi động
Quá trình khởi động được tiến hành như sau:
Khi t < 0, con trượt của R
đc
để ở vị trí b để
t
có giá trị cực
đại chuyển mạch CM đặt ở vị trí số 1, toàn bộ điện trở phụ
được nối nối tiếp với dq phần ứng.
12
CÁC PP KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ (1)
23
fu
u
RR
EU
I
Khi t = 0, ĐC được đóng vào lưới điện, có dòng điện I
ư
và
t
phần ứng sẽ xuất hiện mômen M = C
M
I
ư
nếu M > M
C
ĐC sẽ
quay, tốc độ ĐC tăng từ 0 đến một giá trị nào đó, s.đ.đ tăng
theo n, ( E = C
e
t
n). Khi E tăng lên thì
giảm xuống, dẫn tới M giảm xuống. I
ư
và M giảm theo quy luật
hàm mũ, phụ thuộc vào hằng số thời gian R
ư
-L
ư
của dây quấn
phần ứng.
CÁC PP KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ (1)
24
Tại thời điểm t = t
1
khi I
ư
= (1,1 1,3)I
đm
chuyển mạch sang vị
trí 2, cắt bớt một phần R
f
ra khỏi mạch phần ứng, dòng điện I
ư
lại tăng lên, M tăng lên và n lại tiếp tục tăng. I
ư
và M tăng gần
như tức thời vì R
ư
rất bé. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho
đến khi toàn bộ R
f
được cắt ra khỏi mạch phần ứng và tốc độ
động cơ đạt đến giá trị định mức.
13
CÁC PP KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ (1)
25
• Khởi động bằng cách giảm điện áp.
Phương pháp khởi động này gần giống như khởi động
nhờ biến trở nhưng cần phải có một bộ nguồn có thể điều
chỉnh được điện áp.
| 1/282
| | Tải xuống

Có thể bạn quan tâm:

Preview text:

BÀI GIẢNG MÁY ĐIỆN CƠ SỞ EE3140 MỞ ĐẦU 1 GIỚI THIỆU CHUNG Mô tả học phần
Cung cấp kiến thức cơ bản về máy điện (gồm máy biến
áp và các loại máy điện quay):
 Nhận diện được từng loại máy điện trong thực tế, nắm được
các thông số kỹ thuật cơ bản của từng loại máy và các mối
quan hệ giữa các thông số đó.
 Hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại máy điện.
 Phân tích các quá trình vật lý, các đặc tính tĩnh và động của
máy điện ở các chế độ làm việc khác nhau. 2 GIỚI THIỆU CHUNG
Thông tin chung về môn học Nhiệm vụ của sinh viên:
 Dự lớp đầy đủ theo quy định.
 Hoàn thành các bài tập được giao. Đánh giá kết quả:
 Điểm quá trình: trọng số 0.30
- Bài tập làm đầy đủ
- Làm thí nghiệm đầy đủ, có báo cáo và bảo vệ - Kiểm tra giữa kỳ
 Thi cuối kỳ (trắc nghiệm và tự luận): trọng số 0.7 3 GIỚI THIỆU CHUNG
Thông tin chung về môn học Tài liệu tham khảo: 1.
Vũ Gia Hanh, Trần Khánh Hà, Phan Tử Thụ, Nguyễn Văn Sáu, Máy
điện tập 1 & 2, nhà xuất bản KHKT. 2.
Stephen J.Chapman, Electric machinery fundamentals, Mc Graw Hil 3.
A. E. Fitzgerald, Electric machinery, Mc Graw Hil 4.
Ion Boldea, The induction machines design handbook, Mc Graw Hil . 5.
D.P. Kothari, Electric machines, Mc Graw Hil 6.
Turan Gonen, Electrical machines with Matlab, CRC press 4 MỞ ĐẦU NỘI DUNG
0.1. TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN
0.2. CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
0.3. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN TRONG NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
0.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN 5 MỞ ĐẦU
0.1. TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN  Máy điện là gì?  Máy biến áp là gì?
 Động cơ điện là gì?
 Máy phát điện là gì?
 Máy điện tĩnh là gì?  Máy điện quay là gì?
 Tại sao máy điện lại trở nên rộng rãi và phổ biến như vậy?  Về năng lượng
 Động cơ điện so với động cơ đốt trong
 Về sản xuất năng lượng điện 6 MỞ ĐẦU
0.1. TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐIỆN Máy điện Máy điện tĩnh Máy điện quay Máy biến áp Máy điện Máy điện 1 xoay chiều chiều Cuộn kháng Máy điện điện không đồng bộ Máy điện đồng bộ 7 MỞ ĐẦU
0.2. CÁC ĐỊNH LUẬT DÙNG ĐỂ NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
● Định luật cảm ứng điện từ
+/ Trường hợp từ thông Φ biến thiên xuyên qua vòng dây.
Khi từ thông Φ xuyên qua vòng dây biến thiên trong vòng dây sẽ cảm
ứng sức điện động e. Chiều của e xác định theo quy tắc vặn nút chai. Sđđ
cảm ứng trong vòng dây được tính theo công thức Maxwell: d d  e  w   e dt dt w Khi mô tả MBA 8 MỞ ĐẦU
0.2. CÁC ĐỊNH LUẬT DÙNG ĐỂ NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
● Định luật cảm ứng điện từ
+/ Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường.
Khi thanh dẫn chuyển động với vận tốc v vuông góc với đường sức từ
trường, trong thanh dẫn cảm ứng sđđ có trị số là: e = B.l.v Trong đó: B : từ cảm. [T] v : vận tốc. [m/s]
l : chiều dài thanh dẫn. [m] b B N i a A + D et Rt i c . d et l B Khi mô tả máy điện quay S 9 MỞ ĐẦU
0.2. CÁC ĐỊNH LUẬT DÙNG ĐỂ NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
● Định luật lực điện từ:
Thanh dẫn mang dòng điện đặt vuông góc với đường sức từ trường
sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là: F = Bil Trong đó: B : từ cảm. [T]
i : dòng điện chạy trong thanh dẫn. [A]
l : chiều dài thanh dẫn. [m] F : lực điện từ. [N]
Chiều của lực điện từ F được xác định theo qui tắc bàn tay trái Fñt A n1 Y Z n< n1  Khi mô tả máy điện quay C v1 B 10 X MỞ ĐẦU
0.2. CÁC ĐỊNH LUẬT DÙNG ĐỂ NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
● Định luật toàn dòng điện:
Tích phân cường độ từ trường theo một đường khép kín bất kỳ quanh
một số mạch điện bằng tổng dòng điện trong w vòng dây của các mạch.  d. H l  i  w .i  F l (L) i w 11 CHƯƠNG O: MỞ ĐẦU
0.3. CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ● Vật liệu dẫn điện
Vật liệu dẫn điện dùng để chế tạo các bộ phận
dẫn điện. Vật liệu dẫn điện thường dùng là đồng và
nhôm vì chúng có điện trở suất nhỏ, giá cả phải chăng.
Đồng có điện trở suất nhỏ ρCU < ρAl , chịu gia
công cơ khí nhưng đắt và nặng hơn nhôm. 12 MỞ ĐẦU
0.3. CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ● Vật liệu dẫn từ
Vật liệu dẫn từ dùng để chế tạo mạch từ của
máy điện. Có nhiều loại vật liệu dẫn từ khác nhau:
thép lá kỹ thuật điện, thép đúc, thép rèn…nhưng chủ
yếu là thép lá kỹ thuật điện dày 0,27÷0,5 mm có + Độ từ thẩm lớn + Tổn hao công suất nhỏ pha thêm Silic (2 - 4.5%) sơn cách điện
Để  tổn hao do dòng điện xoáy và từ trễ
Theo cách chế tạo thép kỹ thuật điện gồm 2 loại: + Cán nóng + Cán nguội
Thép cán nguội có độ từ thẩm cao hơn và suất tổn hao nhỏ hơn thép cán nóng 13 MỞ ĐẦU
0.3. CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ● Vật liệu kết cấu
Dùng để chế tạo các bộ phận và chi tiết truyền động hoặc kết cấu của
máy như: trục, ổ trục, vỏ máy, nắp máy. Người ta thường dùng gang, thép,
kim loại màu, hợp kim và các vật liệu bằng chất dẻo. 14 MỞ ĐẦU
0.3. CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ● Vật liệu cách điện
Để cách điện giữa các phần mang điện với nhau và với các phần
không mang điện của máy. Vật liệu cách điện trong máy điện phải có
cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, độ dẫn nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học.
+ Thể rắn: amiăng, mica, sợi thủy tinh...
+ Thể lỏng: dầu biến áp + Thể khí: không khí 15 MỞ ĐẦU
0.3. CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN ● Vật liệu cách điện Vật liệu cách điện được chia ra làm 7 cấp
theo nhiệt độ cho phép của chúng: 16 MỞ ĐẦU
HỆ THỐNG ĐƠN VỊ VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG THƯỜNG DÙNG TRONG MÁY ĐIỆN
Để thuận lợi trong quá trình nghiên cứu, thiết kế, tính toán máy điện
người ta dùng hệ đơn vị tương đối. * I * U * P * z I  ; U  ; P  ; z  ;... I U P z đm đm đm đm 17 MỞ ĐẦU
0.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÁY ĐIỆN
Việc nghiên cứu máy điện gồm các bước sau:
1. Nghiên cứu các hiện tượng vật lý xảy ra trong máy điện.
2. Lập mô hình toán, đó là hệ phương trình toán học mô tả sự làm việc của máy điện.
3. Từ mô hình toán thiết lập mô hình mạch, đó là sơ đồ thay thế của máy điện.
4. Từ mô hình toán và mô hình mạch, tính toán các đặc tính và nghiên cứu
máy điện, khai thác sử dụng theo các yêu cầu cụ thể. U% cos2 = 0,8 I x1 1 r1 -I'2 r'2 x'2 2 > 0
U   E  I Z cos2 = 1  1 1 1 1 rm U'
  E  I Z U1 U' Z' 2 2 2 2 t 2 0  x  m
I  I  (I ) 1 0 2 2 < 0 cos2 = 0,8 18 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG •
VAI TRÒ VÀ CÔNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP • ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP •
NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP •
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIẾN ÁP • PHÂN LOẠI MÁY BIẾN ÁP • CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP 2
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
VAI TRÒ VÀ CÔNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP
● Máy biến áp có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền tải
và phân phối điện năng. Để dẫn điện từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ cần
phải có đường dây tải điện. 3
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
VAI TRÒ VÀ CÔNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP Hộ tiêu thụ 0,4 – 6 kV MFĐ MBA 35, 110, 220, 500 MBA 3  21 kV tăng áp kV hạ áp
Ta có công suất truyền tải trên đường dây: S = U.I Nếu U  thì I   tiết diện dây S  d
 tổn thất năng lượng ∆P = I2.R 
 tổn thất điện áp ∆U = I.R  4
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
VAI TRÒ VÀ CÔNG DỤNG CỦA MÁY BIẾN ÁP ● MBA sử dụng
- trong các thiết bị lò nung: MBA lò - trong hầm mỏ: MBA mỏ
- trong hàn điện: MBA hàn điện
- trong đo lường, thí nghiệm: máy biến điện áp… Mining transformers 5
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện
từ, dùng để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành
một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi. MBA 2 dây quấn ? Dây quấn sơ cấp ? Dây quấn thứ cấp ?
Cách ký hiệu các đại lượng, thông số sơ cấp và thứ cấp:
- Dây quấn sơ cấp: w1, U1, I1, P1
- Dây quấn thứ cấp: w2, U2, I2, P2 6
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP ĐỊNH NGHĨA MÁY BIẾN ÁP MBA 3 dây quấn ?
Dây quấn thứ 3 với điện áp trung bình
Tùy vào số pha của cuộn dây có: - MBA 1 pha - MBA 3 pha
MBA dùng trong hệ thống điện lực gọi là MBA điện lực hay MBA công
suất. Ngoài ra còn có các loại MBA dùng trong các ngành chuyên môn như:
MBA chuyên dùng cho các lò luyện kim, khai khoáng, MBA hàn…
Tổng công suất của các máy biến áp trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng? 7
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP
Xét 1 MBA một pha hai dây quấn CA và HA có sơ đồ nguyên lý:
Đặt điện áp ~u1 vào dây quấn sơ cấp
Có dòng điện trong dây quấn sơ cấp? dòng ~ i1 ?
Từ thông biến thiên trong mạch từ?
Khi nào xuất hiện suất điện động cảm ứng trong dây quấn? e1 và e2 8
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MBA
Nếu cuộn thứ cấp nối với tải → i2. i2 → Φ2.
→ từ thông tổng Φ = Φ1+ Φ2
Nếu u1 là hàm hình sin → Φ cũng sin: Φ = Φm.sint ;  = 2f
Từ thông chính khép kín trong mạch từ móc vòng với cả hai dây quấn. Theo
định luật cảm ứng điện từ có: d e  w  w . .   .cost 1 1 dt 1 m    w . .
  .sin(t  )  2 E . .sin(t  ) 1 m 2 1 2  e  2 E . .sin(t  ) 2 2 2 9
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CƠ BẢN CỦA MÁY BIẾN ÁP
Trong đó E1, E2 là giá trị hiệu dụng của các sđđ dây quấn 1 và 2: w . .  . 2  f. w . . 1 m 1 m E    , 4 44 f. w . . 1 1 m 2 2 E  , 4 44 f. w . . 2 2 m E w Lấy E 1 1   k 1 chia cho E2 ta được:
: gọi là hệ số biến áp E w 2 2
Nếu bỏ qua điện áp rơi trên các dây quấn ta có : w E U U U 1 1 1 1 2 k      : số vôn_vòng w E U w w 2 2 2 1 2
Điện áp cảm ứng trên mỗi vòng dây sơ cấp và thứ cấp bằng nhau. Kết luận gì? 10
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIẾN ÁP 11
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIẾN ÁP
1. Dung lượng (công suất định mức): Sđm (VA hay kVA)
2. Điện áp định mức sơ cấp: U1đm = U1 (V, kV)
3. Điện áp định mức thứ cấp: U2đm = U20 (V hay kV)
4. Dòng điện định mức sơ cấp I1đm và thứ cấp I2đm (A hay kA) S S Đối với MBA một pha: đm đm I  ; I  đ 1 m 2đm U U đ 1 m 2đm S S Đối với MBA ba pha: đm đm I  ; I  đ 1 m 2đm U 3 3U đ 1 m 2đm
5. Tần số định mức fđm(Hz). Thường fđm = 50Hz.
Ngoài ra trên nhãn MBA còn ghi các số liệu khác như: số pha m, sơ
đồ và tổ nối dây, điện áp ngắn mạch un%... 12
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP PHÂN LOẠI MÁY BIẾN ÁP
• Theo kiểu máy biến áp dầu hay khô? Kiểu hở hay kiểu kín? • Theo số pha 1-3 pha? • Theo tần số? • Theo cấp điện áp?
• Theo vị trí trong mạng truyền tải hay phân phối? • Theo công dụng? 13
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP PHÂN LOẠI MÁY BIẾN ÁP Theo công dụng:
1. MBA điện lực: để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực.
2. MBA chuyên dùng: sử dụng ở lò luyện kim, các thiết bị chỉnh lưu, MBA hàn ...
3. MBA tự ngẫu: dùng để mở máy động cơ không đồng bộ công suất lớn.
4. MBA đo lường: dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn đưa vào các
đồng hồ đo tiêu chuẩn.
5. MBA thí nghiệm dùng để thí nghiệm điện áp cao.
MBA có nhiều cách phân loại và có rất nhiều loại song thực chất hiện
tượng xảy ra trong chúng đều giống nhau. Để thuận tiện cho việc nghiên cứu,
các phần sau ta xét MBA điện lực hai dây quấn một pha và ba pha. 14
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP
Phần chính trong MBA gồm: phần tác dụng ( lõi thép và dây quấn) và phần kết cấu
( vỏ máy và các chi tiết khác) 15
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Lõi thép:
Lõi thép MBA là một mạch từ khép kín dùng để dẫn từ thông, đồng thời
là khung để quấn dây quấn. Được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt,
thường là thép kỹ thuật điện có bề dày từ 0,35 mm, mặt ngoài các lá thép có
sơn cách điện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép. 16
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Lõi thép: Lõi thép gồm hai phần: - Phần trụ - Phần gông 17
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Lõi thép:
Lõi thép có các loại kết cấu nào?
- Kiểu trụ: dây quấn bao quanh trụ thép 18
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Lõi thép:
- Kiểu bọc: lõi sắt bọc xung quanh dây quấn 19
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Lõi thép:
Các loại kết cấu lõi thép:
- Kiểu trụ - bọc: ở các MBA công suất lớn, để giảm chiều cao trụ thép,
thuận tiện cho việc vận chuyển, mạch từ của MBA kiểu trụ được phân nhánh
sang hai bên nên MBA có kết cấu vừa kiểu trụ, vừa kiểu bọc, gọi là MBA kiểu trụ bọc. 20
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Dây quấn
Dây quấn là bộ phận dẫn điện của MBA. Dây quấn MBA thường làm
bằng dây dẫn đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài dây dẫn
có bọc cách điện. Xét MBA 2 dây quấn, mỗi pha có 2 dây quấn CA và HA. Hai 21
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Dây quấn 1. Dây quấn đồng tâm:
Có tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm
Những kiểu dây quấn đồng tâm chính gồm:
a/ Dây quấn hình trụ: dùng cho cả dây quấn hạ áp và cao áp. Với dòng
điện nhỏ thì dùng dây tròn quấn thành nhiều lớp, với dòng điện lớn thì dùng
dây dẹt quấn thành hai lớp. 22
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Dây quấn 1. Dây quấn đồng tâm:
b/ Dây quấn hình xoắn: thường dùng cho dây quấn hạ áp. Gồm nhiều
dây bẹt chập lại quấn theo đường xoắn ốc.
c/ Dây quấn hình xoáy ốc liên tục: chủ yếu dùng cho dây quấn CA. Dây
được quấn thành những bánh dây phẳng cách nhau bằng rãnh hở. 23
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Dây quấn 2. Dây quấn xem kẽ:
Các bánh dây CA và HA lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép. 24
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Phần kết cấu:
Phần kết cấu của MBA gồm vỏ máy và các chi tiết khác. Vỏ MBA gồm
hai bộ phận: thùng và nắp thùng. 25
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Phần kết cấu: 1. Thùng MBA:
- Thùng MBA làm bằng thép, có tiết diện hình chữ nhật hoặc ôvan.
- Trong thùng MBA đặt lõi thép, dây quấn và dầu biến áp.
- Dầu biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện và tản nhiệt. 26
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Phần kết cấu:
2. Nắp thùng MBA: đậy trên thùng và có các bộ phận quan trọng như:
- Sứ ra của dây quấn CA và HA
- Bình dãn dầu (bình dầu phụ) - Ống bảo hiểm
- Rơle hơi dùng để bảo vệ MBA.
- Bộ truyền động cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp. 27
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Phần kết cấu: 28
1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ÁP CẤU TẠO MÁY BIẾN ÁP ● Phần kết cấu: 29 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
1.2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG
• Các phương trình cơ bản của máy biến áp • Quy đổi máy biến áp
• Sơ đồ mạch điện thay thế và đồ thị vector của máy biến áp
• Xác định các tham số của máy biến áp bằng thí nghiệm 2 1
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (1) Đặt u   1 i1 i2 i  1 stđ i1w1 i  2 stđ i2w2
STĐ tổng  từ thông chính Φ khép mạch qua lõi
thép móc vòng với cả dây quấn sơ và thứ.  e d d 1 và e2 : e  w 1   1 1 dt dt d d e  w 2   2 2 dt dt 3
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (2)
1, 2 là từ thông móc vòng với dây quấn sơ cấp và
thứ cấp ứng với từ thông chính Φ: 1 = L11.i1 + L21.i2 2 = L12.i1 + L22.i2
L11, L22: điện cảm của dây quấn sơ cấp và thứ cấp bởi
từ thông chính do dòng điện chính nó sinh ra.
L12, L21: điện cảm hỗ cảm giữa hai dây quấn sơ cấp và
thứ cấp bởi từ thông chính do dòng điện không phải chính nó sinh ra.  di di 1 2 MBA có L e  L  L 12= L21 = M  1 11 21  dt dt   di di 2 1 e  L  L  2 22 dt 12 dt 4 2
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (3)
Ngoài Φ, stđ i1w1 và i2w2 còn sinh ra
từ thông tản 1 và 2, có  << Φ. d d  e  w 1  1    1  1  1 dt dt d d  e  w 2 2    2 2 2 dt dt
1 (hay t1) và 2 ( hay t1): từ thông tản móc vòng
với dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp.  di   1 L i. e    L 1  1  1  1  1 dt    L i.  2 2 2  di2 e  L  2 2 dt 5
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (4)
• Phương trình cân bằng điện áp:
Phương trình cân bằng điện áp dây quấn sơ cấp: u  1 + e1 +e1 = i1r1 u1 = - e1 - e1 + i1r1
Đối với dây quấn thứ cấp: e  2 +e2 = u2 + i2r2 u2 = e2 + e2 – i2r2 u  di di 1 L  2 M  i r  1 1 1 1 - Phương pháp giải?  dt dt   di di
- Sử dụng trong trường hợp nào? 2 1 u  L  M  i r  2 2 2 2 dt dt
r1, r2 là điện trở của dây quấn sơ cấp và thứ cấp
L1 = L11 + L1 là điện cảm toàn phần của dq sơ cấp
L2 = L22 + L2 là điện cảm toàn phần của dq thứ cấp 6 3
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (5)
• Phương trình cân bằng điện áp:
Nếu như điện áp, sđđ, dòng điện  sin?  phức hóa?
Sđđ cảm ứng bởi từ thông chính : E   I. j  .L  I. j  .M 1 1 11 2 E   I. j  .L  I. j  .M 2 2 22 1
Sđđ cảm ứng bởi từ thông tản 1 và 2: E   1    1 I .j .L 1    1 I .j x . 1 E   2   I .j 2.L2   1 I .j x . 2
 Phương trình cân bằng điện áp ở chế độ xác lập:
U   E  I (r  jx ) - Phương pháp giải?  1 1 1 1 1
U  E  I (r  jx )
- Sử dụng trong trường hợp nào? 2 2 2 2 2 7
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (6)
• Phương trình cân bằng sức từ động (dòng điện):
Từ phương trình cân bằng điện áp: U   E  I (r  jx ) 1 1 1 1 1  E    1 U1 m = const Khi không tải : i    0 F = i0.w1 m i  F  i w .  Khi có tải: 1 1 1 1   F  F  F i w .  i w .   1 2 1 1 2 2 m i  F  i w . 2 2 2 2 
m = const  phương trình cân bằng stđ: i w . i w .  i w . 0 1 1 1 2 2 Khi i  sin: I w .  I w .  I w . 0 1 1 1 2 2 w 1 2 I  I  I .
 I  I .  I  I 0 1 2 1 2 1 2 w k 1 8 4
Các phương trình cơ bản của máy biến áp (7)
• Phương trình cân bằng sức từ động( dòng điện): Ý nghĩa :
+/ i0 là dòng từ hóa trong MBA, là dòng điện cần thiết
sinh ra công suất phản kháng để từ hóa lõi sắt MBA. +/ Ta có i0 = const
I  I  I  I  I  (I ) 0 1 2 1 0 2  i1 gồm 2 thành phần:
- Thành phần thứ 1 sinh ra dòng từ hóa i0 để từ hóa lõi thép MBA
- Thành phần thứ 2 sinh ra dòng bù lại sự thay đổi
của dòng điện tải ( tỉ lệ với tải) để i0 = const 9
1.2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG
• Các phương trình cơ bản của máy biến áp • Quy đổi máy biến áp
• Sơ đồ mạch điện thay thế và đồ thị vectơ của máy biến áp
• Xác định các tham số của máy biến áp bằng thí nghiệm 10 5 Quy đổi máy biến áp (1) • Mục đích?
• Lý do cần quy đổi máy biến áp? • Phương pháp? • Điều kiện?
• Xác đinh thông số trước và sau khi quy đổi? 11 Quy đổi máy biến áp (2)
Quy đổi một trong hai dây quấn về dây quấn kia  ta có hai kiểu quy đổi:
Quy đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp
Quy đổi dây quấn sơ cấp về dây quấn thứ cấp
Thường quy đổi dây quấn thứ cấp về dây quấn sơ cấp
vì điện áp sơ cấp không đổi. Quy đổi w  2 w’2 = w1
• Sức điện động và điện áp thứ cấp quy đổi E’2 và U’2 : E  , 4 44 f. w .  .  , 4 44 f. w . . 2 2 m 1 m  w1   E  E  E . k 2 2 2 E  , 4 44 f. w . .  w 2 2 m 2
• Dòng điện thứ cấp quy đổi I’2: I E I.  E I.  I 2   2 2 2 2 2 k 12 6 Quy đổi máy biến áp (3)
• Điện trở, điện kháng và tổng trở thứ cấp quy đổi: 2 2 2 I r .  I r .   r  k r. 2 2 2 2 2 2 Tương tự: 2 2 x  k x .  Z  k Z . 2 2 2 2 2 Z  k Z . t t
• Mô hình toán sau khi quy đổi:
U   E  I Z  1 1 1 1 U'
  E  I  Z 2 2 2 2 
I  I  (I ) 1 0 2 13
1.2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG
• Các phương trình cơ bản của máy biến áp • Quy đổi máy biến áp
• Sơ đồ mạch điện thay thế và đồ thị vectơ của máy biến áp
• Xác định các tham số của máy biến áp bằng thí nghiệm 14 7
Sơ đồ thay thế máy biến áp (1)
Mỗi dây quấn của mba được biểu diễn làm 2 phần:
Phần mô tả ngoài lõi sắt:
có điện trở r1 (r’2) và điện kháng x1 (x’2) Phần trên lõi sắt: có số vòng w1 và sđđ E1 x1 I1 r1 I'2 r'2 x'2 U1 w w'2 = w1 E E'2 Z't 1 1 U'2 15
Sơ đồ thay thế máy biến áp (2)
E’2 = E1 ?  Khi chập 2 đầu dây quấn tương ứng? I1 x1 r1 I'2 r'2 x'2 U1 -E1 w1 Z't U'2 i  
o ngược chiều e1. E  I Z . 1 0 m Z  r  x .j  m m m Nhánh từ hóa
Trong đó: pFe đặc trưng cho tổn hao sắt khi từ hóa r  m 2 I. m do dòng xoáy và từ trễ. 0 16 8
Sơ đồ thay thế máy biến áp (3)
Qm điện kháng từ hóa, đặc trưng cho CSPK cần x  m 2
thiết để từ hóa lõi sắt. x I. m m >> rm 0
 Thay thế lõi sắt bằng các thông số rm, xm: I1 x1 r1 -I'2 r'2 x'2 rm U1 U'2 Z't xm 17
Sơ đồ thay thế máy biến áp (4) Thực tế có Z   m >> Z1 ,Z’2 , coi Zm so với Z1 và Z’2
I0 rất nhỏ  coi nhánh từ hóa hở mạch  sơ đồ mạch
điện thay thế đơn giản: Z1 Z'2 I1 I1=-I'2 Z't U1 U'2
Tổng trở ngắn mạch của mba: Zn = rn +jxn Với rn = r1 +r’2; xn = x1 +x’2 18 9
Đồ thị véctơ của máy biến áp (1)
• Hai trường hợp của tải: có tính cảm ( RL) và tính dung (RC): 19
1.2. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG
• Các phương trình cơ bản của máy biến áp • Quy đổi máy biến áp
• Sơ đồ mạch điện thay thế và đồ thị vectơ của máy biến áp
• Xác định các tham số của máy biến áp bằng thí nghiệm 20 10
Xác định các tham số của MBA bằng TN (1) • Những tham số nào?
• Cần những thí nghiệm gì?
• Thiết bị đo cần dùng? x1 I1 r1 -I'2 r'2 x'2 rm U1 U'2 Z't xm 21
Xác định các tham số của MBA bằng TN (1)
• Thí nghiệm không tải: x1 r1 r'2 x'2 I1 = I0 I0 I2 = 0 U r 1 m -E1 xm - Các thiết bị đo nào? - Điện áp thí nghiệm?
- Các thông số nào có thể đo được?  điện áp U1đm  dòng điện I0  công suất P0 22 11
Xác định các tham số của MBA bằng TN (1)
• Thí nghiệm không tải:
Từ các số liệu thí nghiệm  tinh toán được: Tổng trở Điện trở Điện kháng 2 2 P0 P  I .(r  r )  I r .  r   r  r 0 0 1 m 0 0 0 2 1 m I0 U đ1m Z  2 2     0 x Z r x x I 0 0 0 1 m 0 w U P I 1 đ 1 m k   o cos   I % 0  .100 w U 0 U .I 0 2 20 1dm o I đ1m 23
Xác định các tham số của MBA bằng TN (2)
• Thí nghiệm ngắn mạch: x1 r1 r'2 x'2 In = I1ñm = I'2ñm Un - Các thiết bị đo nào? - Điện áp thí nghiệm?
- Các thông số nào có thể đo được?  điện áp Un  dòng điện In (I1đm)  công suất Pn 24 12
Xác định các tham số của MBA bằng TN (2)
• Thí nghiệm ngắn mạch:
Từ các số liệu đo được  tinh toán được các tham số: Un Z  n In 2 2 Pn
P  I .(r  r )  I r.  r  n n 1 2 n n n 2 In  x 2 2 x  Z  r x  x  n 1 2 n n n MBA có  2   rn r  r   1 2 2 25
Xác định các tham số của MBA bằng TN (3)
• Thí nghiệm ngắn mạch:
Từ thí nghiệm không tải  xm, rm U Các mba thường cho U % n  1 . 00 n U đ1m
2 thành phần điện áp ngắn mạch:
Tp tác dụng: Unr = I1.rn là điện áp rơi trên điện trở
Tp phản kháng:Unx = I1.xn là điện áp rơi trên điện kháng Tam giác ngắn mạch: Un j.I1ðm.xn   arg(U ,I ) n n n xn n   arctg( ) n rn I1ðm.rn In 26 13 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
1.3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG
• Giản đồ năng lượng của máy biến áp
• Độ thay đổi điện áp thứ cấp và các phương
pháp điều chỉnh điện áp của máy biến áp
• Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp 2
Giản đồ năng lượng của máy biến áp (1)
• Công suất toàn phần ( công suất biểu kiến)? • Công suất tác dụng?
• Công suất phản kháng? 3
Giản đồ năng lượng của máy biến áp (1) • Công suất tác dụng: I1 x1 r1 -I'2 r2 x'2 I0 U r 1 m U'2 Z't xm
- Công suất tác dụng đưa vào dây quấn sơ cấp mba: P  U . m I. .cos  U . 3 I. .cos 1 f 1 f 1 1 1 1 1 - Tổn hao đồng: 2 p  I. m r. c 1 u 1 f 1 - Tổn hao trong lõi sắt: 2 p  I. m r . Fe 0 m - Công suất điện từ: P  P  p  p đt 1 c 1 u Fe 4
Giản đồ năng lượng của máy biến áp (2) - Tổn hao đồng: 2 p  m I. r. cu 2 2 2
- Công suất ở đầu ra của mba: P  P  p  U . 3 I . .cos 2 đt cu2 2 2 2
• Công suất phản kháng:
- Công suất phản kháng nhận vào dây quấn sơ cấp: Q  U . m I. .sin   U . 3 I. .sin  1 f 1 f 1 1 1 1 1
- Công suất tạo ra từ trường tản và từ trường chính: 2 q  I . m x . 2 q  I . m x . Q  m I . 2.x 1 1 m 0 m 1 2 2 2
- Công suất phản kháng đầu ra: Q  Q  q  Q  q 2 1 1 m 2  3.U .I .sin 2 2 2 5
Giản đồ năng lượng của máy biến áp (3) Pñt P  Qñt đt±jQđt P2  jQ2 P1  jQ1 p  cu2 jq2 p  p  Fe jqm cu1 jq1
- Khi tải có tính cảm 2 > 0 → Q2 > 0, lúc đó Q1 > 0  công
suất phản kháng truyền từ dq sơ cấp sang dq thứ cấp.
- Khi tải có tính dung 2 < 0 → Q2 < 0
Q1 < 0: công suất phản kháng truyền từ dq thứ cấp sang dq sơ cấp
Q1 > 0: MBA lấy công suất phản kháng từ phía sơ cấp
và thứ cấp để từ hoá nó. 6
1.3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG
• Giản đồ năng lượng của máy biến áp
• Độ thay đổi điện áp thứ cấp và các phương
pháp điều chỉnh điện áp của máy biến áp
• Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp 7
Độ thay đổi điện áp thứ cấp (1)
Độ thay đổi điện áp thứ cấp của mba ΔU là hiệu số số học
giữa trị số điện áp thứ cấp lúc không tải U20 và lúc có tải U2
(điều kiện U1 = U1đm). U  U  U 20 2 U  U U 20 2 2  1 U U U 20 20 U     U k(U  U ) U  U U xác định ΔU* ? 20 20 2 1 2 2   1 U . k U U 20 1 1
- Xác định bằng phương pháp hình học: từ đồ thị vector của
MBA, nhưng vì các cạnh của tam giác điện kháng rất nhỏ so
với U và U ’ không chính xác 1 2
- Xác định bằng phương pháp giải tích: 8
Độ thay đổi điện áp thứ cấp (2)
Sử dụng mạch điện thay thế đơn giản: Z      m >> I0 = 0  I I 1 2
U  E  I (r  jx )  1 1 1 1 1
E  E  U  U  I (r  jx )
U  E  I (r  jx ) 1 2 1 2 1 n n 2 2 2 2 2 I
Xét mba làm việc ở một tải có hệ số tải 2   I2đm
Xét tải có tính cảm: I chậm pha so với U góc  . 2 2 2 9
Độ thay đổi điện áp thứ cấp (3) C B
Hạ CB  AD , do CB<<  AC = AB U1 -jI1.xn U  U  U  DB 1 2 n I1.rn D U    U . .cos(   ) n n 2 -U'2  U*   U . * .cos(   ) n n 2 I1=-I'2  .
 (U* .cos  U* .sin  ) nr 2 nx 2 2 A U  U
    I (r  jx ) 1 2 1 n n 10
Độ thay đổi điện áp thứ cấp (4) U và U đã có? nr nx  U  , 2 U% cos2 = 0,8 2 > 0 cos2 = 1 0  2 < 0 cos2 = 0,8
Quan hệ U = f() khi cos = const 2 11
Điều chỉnh điện áp (1)
Từ ΔU=f(β,cos )  U phụ thuộc vào β và cos 2 2 2 khi tải thay đổi: U% cos2 = 0,8
- Độ lớn tải thay đổi 2 > 0  U ? cos2 = 1 2
- Tính chất tải thay đổi 0  2 < 0 cos2 = 0,8
Để giữ cho U = const khi tải thay đổi ? 2 12
Điều chỉnh điện áp (1)
Để giữ cho U = const khi tải thay đổi ? 2
 Thay đổi tỉ số biến áp k  thay đổi số vòng dây W.
Điều chỉnh số vòng dây: Bên cuộn CA? Chọn bên nào? Bên cuộn HA? U w 1 1 Ví dụ MBA hạ áp:  U w 2 2 Khi U  < U
 điều chỉnh giảm W cuộn CA 2 2min Khi U  > U
 điều chỉnh tăng W cuộn CA 2 2max 13
Điều chỉnh điện áp (1)
Bộ điều áp không tải DETC
Bộ điều áp dưới tải OLTC De-energised tap changer On load tap changer 14
1.3. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG
• Giản đồ năng lượng của máy biến áp
• Độ thay đổi điện áp thứ cấp và các phương
pháp điều chỉnh điện áp của máy biến áp
• Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp 15
Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp (1) Hiệu suất của MBA: P P   p p p 2 1     1  1  1 P P P P   p 1 1 1 2 p  p  p  p cu1 cu 2 Fe Tổn hao sắt: p = P Fe 0 '
Tổn hao đồng: do Z  Z , Z  I  0  I  I m 1 2 0 1 2 2 2 2 I đ 1 m 2 p  p  r. m I.  r. m I . .   P . c 1 u cu2 n 1 n 1 2 n I đ1m I2 P  U . m I. .cos   U . m I. .cos    S . .cos  2 2 2 2 2đm 2đm 2 đm 2 I2đm 16
Tổn hao và hiệu suất của máy biến áp (2) 2 p P   P . 0 n    1  1 2 P   p      2 S . .cos P P . đm 2 0 n
P , P cho trong catalogue của mba.  η = f(β,cos ) 0 n 2
Xét cos = const  hiệu suất cực đại η : 2 max d P 2 * 0 *  0      P .  P n 0 d Pn
Thường thiết kế hệ số tải =? Ứng với ηmax 17 BÀI GIẢNG Máy điện cơ cở EE3140 1 CHƯƠNG 1. MÁY BIẾN ÁP NỘI DUNG
1.1. Khái niệm chung về máy biến áp
1.2. Quan hệ điện từ trong máy biến áp
1.3. Các chế độ làm việc của máy biến áp 1.4. Máy biến áp ba pha 2 1.4. MÁY BIẾN ÁP BA PHA NỘI DUNG
• Khái niệm Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
• Tổ nối dây của Máy biến áp
• Máy biến áp làm việc song song (ý nghĩa, điều kiện ) 3
Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
• Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha 4
Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
• Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha 5
Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
• Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha 6 1.4. MÁY BIẾN ÁP BA PHA NỘI DUNG
• Khái niệm Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
• Tổ nối dây của Máy biến áp
• Máy biến áp làm việc song song (ý nghĩa, điều kiện ) 7
TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Tổ nối dây?
Tổ nối dây là các kiểu phối hợp nối dây giữa các pha dây
quấn sơ cấp và thứ cấp. Ký hiệu đầu dây?
Dây quấn mba một pha? tùy chọn đầu đầu và đầu cuối
Dây quấn mba ba pha? thống nhất đầu đầu và đầu cuối A B C Cao áp Hạ áp Trung áp Đầu đầu A, B, C a, b, c Am, Bm, Cm X Y Z Đầu cuối X, Y, Z x, y, z Xm, Ym, Zm Trung tính O o Om 8
TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP
Các kiểu đấu dây quấn? 9
TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Tổ nối dây của MBA?
Tổ nối dây biểu thị góc lệch pha giữa sđđ dây của dây
quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp.
góc lệch pha:  = arg(EAB, Eab) = arg(EBC, Ebc) = arg(EAC, Eac)  phụ thuộc: + Chiều quấn dây + Ký hiệu đầu dây + Kiểu đấu dây 10
TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Tổ nối dây của MBA?
Xét các trường hợp của mba một pha hai dây quấn AX và ax
+ Trường hợp a : lệch pha 3600( hay 00)
+ Trường hợp b, c : lệch pha 1800 11
TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Tổ nối dây của MBA? Quy tắc kim đồng hồ:
+ Kim dài chỉ sđđ sơ cấp cố định ở con số 12.
+ Kim ngắn chỉ sđđ thứ cấp, chỉ vào các số 1,2,.., 12 ứng với
góc lệch pha 30o,60o,..,360o 12
TỔ NỐI DÂY CỦA MÁY BIẾN ÁP Tổ nối dây của MBA?
Ví dụ: mba ba pha có dây quấn sơ và dây quấn thứ nối hình
sao, cùng chiều quấn dây và cùng ký hiệu các đầu dây: B A B C EAB Góc lệch pha: 360o hay 0o C A Tổ nối dây 12 a b c b Eab c
Ký hiệu là Y/y-12 hay Y/y-0. a 13 1.4. MÁY BIẾN ÁP BA PHA NỘI DUNG
• Khái niệm Máy biến áp 3 pha và tổ máy biến áp 3 pha
• Tổ nối dây của Máy biến áp
• Máy biến áp làm việc song song (ý nghĩa, điều kiện ) 14 MBA LÀM VIỆC SONG SONG NỘI DUNG
• Mục đích, yêu cầu và điều kiện khi MBA làm việc song song.
• Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA làm việc song song. 15
Mục đích, yêu cầu, điều kiện khi MBA làm việc song song (1) A X a x (I) (II) Ztai Icb1 Icb2 • Mục đích:
- Trong các trạm biến áp để đảm bảo các điều kiện KT-KT
như tổn hao vận hành tối thiểu, liên tục truyền công suất khi bị
sự cố hay khi sửa chữa, bảo dưỡng, chuyển tải người ta
thường cho 2 hay nhiều MBA làm việc song song
- Để đảm bảo hệ số tải β thỏa mãn điều kiện làm việc có hiệu
suất cao. Ban đêm, tổng trở tải Ztải thấp, để tránh MBA chạy
non tải → cần dồn tải cho một số MBA. 16
Mục đích, yêu cầu, điều kiện (2) • Yêu cầu:
- Khi cho các MBA làm việc song song thì có thể xuất hiện
dòng điện cân bằng trong các dây quấn sơ cấp và thứ cấp
của MBA. Cần triệt tiêu dòng cân bằng này: Icb → 0
- Tải phân bố giữa các máy tỉ lệ thuận với công suất định mức của chúng: S S I II   .... S S đmI đmII 17
Mục đích, yêu cầu, điều kiện (3) • Điều kiện:
Giả sử có 2 MBA làm việc song song. Khi đó E  E  E  E I  2I 2II  0  2cb  2I 2II Z  Z nI nII gócpha    I II
- Như vậy MBA làm việc song song tốt nhất nếu điện áp thứ
cấp của chúng bằng nhau về độ lớn và trùng nhau về góc pha
và nếu hệ số tải β của chúng bằng nhau.
- Tức là chúng phải có điều kiện cùng tổ nối dây, cùng tỉ số
biến áp K và điện áp ngắn mạch như nhau. 18
1.4. CÁC MBA LÀM VIỆC SONG SONG NỘI DUNG
• Mục đích, yêu cầu và điều kiện khi MBA làm việc song song.
• Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA làm việc song song. 19
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (1)
• Điều kiện cùng tổ nối dây:
- Nếu các MBA làm việc song song có cùng tổ nối dây thì điện
áp thứ cấp của chúng cùng pha nhau, trái lại nếu khác tổ nối
dây thì điện áp thứ cấp của chúng khác pha nhau. Z  Z
- Giả sử có 2MBA giống nhau  nI nII Nhưng ≠ tổ nối dây S  S đmI đmII
VD máy I có tổ nối dây Y/Y-12, máy II là Y/∆-11 20
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (2)
• Điều kiện cùng tổ nối dây: A B C A B C A a  b a b c a b c C B MBA I MBA II
Ta thấy điện áp thứ cấp của 2 MBA lệch pha nhau 1 góc: 0   30 0     0   E  E E  E .sin15 E  2 E .  .sin15 I II I I    I cb Z  Z 2Z Z nI nII nI nI Z  E  U  I  (7  n nhỏ ) 8 I  đm cb đm làm hỏng MBA
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (3)
• Điều kiện cùng hệ số biến áp k:
- Cho 2 MBA I và II làm việc // với nhau. Nếu k bằng nhau thì
điện áp thứ cấp lúc không tải của 2 MBA bằng nhau: E2I = E2II → Icb = 0
- 2 MBA có cùng tổ nối dây αI = αII → sđđ trùng pha nhau, nếu
hệ số biến áp kI ≠ kII U  U  U I 1 I 1 I L U  k U . trong dây quấn thứ cấp  20I I L  U  U
 các MBA có dòng điện U  20I 20II k U . 20II II L cân bằng I  0 cb
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (4)
• Điều kiện cùng hệ số biến áp k: EI -jIcbI.xnI I  I cbI cbII -IcbI.rnI -IcbI.rnII
- Sơ đồ véc tơ khi không tải:    -jIcbI.xnII U  E  I Z . EII 2 2I cbI nI U2  E  I Z . 2II cbII nII IcbI
Khi không tải, điện áp rơi trên các
cuộn dây MBA cùng với các điện áp
E2I và E2II tạo thành điện áp U2 thống nhất ở mạch thứ cấp. IcbII
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (5)
• Điều kiện cùng hệ số biến áp k: IcbII
- Khi có tải: I  I  I IcbI tI tII t II It III I  I  I I cbI t I  I  máy I non tai    I t I  I  I II cbII t I  I  máy IIquá tai II t
→ hệ số tải khác nhau → ảnh hưởng xấu tới việc lợi dụng công suất của máy.
Vì vậy quy định rằng ∆k của các MBA khi làm việc // không
được quá 0,5% giá trị trung bình của chúng.
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (6)
• Điều kiện cùng điện áp ngắn mạch tương đối Un%: II Z
Có 3MBA làm việc // có thông số: nI Z  Z  Z I III ZnI  nI nII nIII IIII Z S  S  S nI đmI đmII đmIII U'2 U1
Cùng tổ nối dây và cùng hệ số biến áp k
- Mạch điện thay thế của các MBA:
Cần xác định hệ số tải βI; βII; βIII = ?
I  I  I  I 1 1 I II III Z   III 1  1  1  1 Z Z Z nI nII nIII iI Zni U   Z .I
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (7)
• Điều kiện cùng điện áp ngắn mạch tương đối Un%: x x n n Ta có   arctg ; n
của các MBA ít thay đổi r r n n → có thể coi φ   nI φnII
φnIII nên các dòng điện tải coi như
trùng pha → khi tính toán có thể thay số phức bằng các môdul của chúng. U U % I I Z nI  ; U nI  U .   I  nI nI đ 1 m I III I 100 I U I đ 1 mI nI đ 1 mi đ 1 mI I . . đ 1 mI  I đ1mI iI Uni S S I     I III S S đmI U %  đmi . nI iI U % ni
Ảnh hưởng của các điều kiện khi MBA LVSS (8)
• Điều kiện cùng điện áp ngắn mạch tương đối Un%: Kết luận: 1 1 1 1/  : :  : : I II III U % U % U % nI nII nIII 2 /       U %  U %  U % I II III nI nII nIII 3/ MBA có U sẽ có β
→ khi tăng tải sẽ đầy tải (β = 1) nmin max
sớm nhất. Khi tiếp tục tăng tải → quá tải, trong khi các máy
khác vẫn còn β < 1 → không sử dụng hết công suất thiết kế của máy. → Máy có U sẽ dễ hỏng. nmin BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MĐ XOAY CHIỀU NỘI DUNG
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều.
2.2. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều.
2.3. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều.
2.4. Từ trường và điện kháng trong máy điện xoay chiều. 2
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung
• Dây quấn có q là số nguyên
• Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc 3 Khái niệm chung
Dây quấn của máy điện quay được bố trí ở hai bên khe
hở trên lõi thép của phần tĩnh và phần quay. Nó là bộ phận
chính để thực hiện sự biến đổi năng lượng cơ điện trong máy.
Dây quấn máy điện quay chia làm hai loại: - Dây quấn phần cảm - Dây quấn phần ứng 4 Khái niệm chung
Dây quấn phần cảm có nhiệm vụ sinh ra từ trường ở khe
hở lúc không tải. Từ trường này trong các máy điện quay
thường có cực tính thay đổi, nghĩa là bố trí cực N và S xen kẽ nhau. Dây quấn kích từ quấn tập trung của MĐĐB 5 Khái niệm chung
Dây quấn phần ứng có nhiệm vụ cảm ứng được một sđđ
nhất định khi có chuyển động tương đối trong từ trường khe
hở và tạo ra stđ cần thiết cho sự biến đổi năng lượng cơ điện.
Dây quấn phần ứng được hình thành từ tổ hợp các bối
dây (phần tử) với nhau. Mỗi bối dây gồm có W vòng dây. Wp=1 Wp=2 Khái niệm chung
• Các đại lượng đặc trưng của dây quấn máy điện xoay chiều Khái niệm chung
• Các đại lượng đặc trưng của dây quấn máy điện xoay chiều 1. Bước cực:
Là khoảng cách giữa hai cực từ liên tiếp nhau, tính bằng
số rãnh dưới một cực. Z   [số rãnh] Z là số rãnh 2p 2p số cực từ 2. Bước dây quấn y:
Là khoảng cách giữa hai cạnh tác dụng của bối dây. • y = : dq bước đủ. y  Z y  
• y > : dq bước dài.   [số rãnh] 2p 
• y < : dq bước ngắn. Khái niệm chung
• Các đại lượng đặc trưng của dây quấn máy điện xoay chiều
3. Số rãnh của một pha dưới một cực từ: Z Z q   [số rãnh] . m 2p 2mp Trong đó: m là số pha
q có thể là số nguyên, cũng có thể là phân số.
4. Góc độ điện giữa hai rãnh cạnh nhau : 3600 . p 3600    [độ điện] Z Z p Khái niệm chung
• Phân loại dây quấn máy điện xoay chiều:
1. Phân theo số lớp trong rãnh:
+ Dây quấn một lớp: trong một rãnh chỉ đặt một cạnh
tác dụng. Mỗi bối dây có hai cạnh tác dụng  số bối dây của dây quấn: Z S  2
+ Dây quấn hai lớp: trong một rãnh đặt hai cạnh tác dụng của
hai phần tử khác nhau.  số bối dây của dây quấn: S  Z Khái niệm chung
• Phân loại dây quấn máy điện xoay chiều:
2. Phân theo cách nối các phần tử. • Dây quấn xếp. • Dây quấn sóng.
3. Phân theo hình dạng phần tử dây quấn.
• Dây quấn đồng khuôn. • Dây quấn đồng tâm.
• Dây quấn đồng khuôn phân tán.
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung
• Dây quấn có q là số nguyên
• Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc 12
Dây quấn có q là số nguyên • Dây quấn một lớp • Dây quấn hai lớp Dây quấn một lớp
Trong rãnh chỉ đặt một thanh dẫn.
Xét sơ đồ khai triển dây quấn một lớp của máy điện xoay
chiều có số liệu sau: Z = 24; 2p = 4; m =3.
Các đại lượng đặc trưng của dây quấn: Z 24 - Bước cực: τ    6 rãnh 2p 4
- Bước dây quấn: y =  = 6 rãnh Z 24 - Số bối dây: s    12 2 2 Z 24
- Số rãnh của 1 pha dưới 1 cực: q    2 2mp . 3 . 2 2 Dây quấn một lớp
Các đại lượng đặc trưng của dây quấn: 0
- Góc lệch pha giữa 2 rãnh kề nhau  p.360 α  2.360  30 Z 24 Z 24 - Số rãnh trên 1 pha    8 rãnh m 3 A 13 Y 24 1 14 12 2 23
Ta thiết lập hình sao sđđ cạnh 11 3 15 Z tác dụng của dây quấn: 22 10 4 16 C 9 5 21 17 8 6 7 20 18 19 B X Dây quấn một lớp
Cạnh tác dụng thứ 112 hình thành hình sao sđđ, các
tia lệch pha nhau 300, ở đôi cực từ thứ nhất.
Cạnh tác dụng thứ 1324 hình thành hình sao sđđ, ở
đôi cực từ thứ hai, do có vị trí giống nhau trong từ trường,
nên hoàn toàn trùng với hình sao của đôi cực từ thứ nhất.
Chia hình sao sđđ thành 2m = 6 vùng pha, góc mỗi
vùng pha γ = 600, từ đó ta biết được cạnh tác dụng của từng pha. Dây quấn một lớp
+ sơ đồ triển khai dây quấn:
Pha A: (1-7), (2-8); (13-19), (14-20).
Pha B: (5-11), (6-12); (17-23), (18-24).
Pha C: (9-15), (10-16); (21-3), (22-4). Dây quấn một lớp
Từ sơ đồ khai triển ta thấy:
+ Mỗi pha có hai nhóm bối dây.
+ Mỗi nhóm có q phần tử dây quấn.
+ Các nhóm có thể mắc nối tiếp hoặc mắc song song
phụ thuộc vào điện áp.
a = 1: hai nhóm bối dây mắc nối tiếp với nhau
a = 2: hai nhóm bối dây mắc song song với nhau
+ Dây quấn gồm các phần tử có kích thước giống nhau
nên gọi là dây quấn đồng khuôn. Dây quấn một lớp
Trị số sđđ của 1 pha không phụ thuộc thứ tự nối các cạnh
tác dụng thuộc pha đó. pha A có thể nối các cạnh tác dụng (1-
8), (2-7) ở dưới đôi cực từ thứ nhất và (13-20), (14-19) ở dưới đôi cực từ thứ hai.
Pha A: (1-8), (2-7); (13-20), (14-19).
Pha B: (5-12), (6-11); (17-24), (18-23).
Pha C: (9-16), (10-15); (21-4), (22-3). Dây quấn một lớp
- Các bối dây giống như những vòng tròn đồng tâm nên
gọi là dây quấn đồng tâm.
- Phần đầu nối lồng vào nhau.
Các kiểu dây quấn đồng tâm, đồng khuôn gọi là dây quấn
tập trung vì các nhóm phần tử tập trung dưới các cực từ nhất định. Dây quấn một lớp
 Có thể nối các cạnh tác dụng của các phần tử theo thứ
tự khác là (2-7), (8-13) và (14-19), (20-1). Như vậy ta có thể
nối các cạnh tác dụng của các phần tử ở các pha theo thứ tự sau :
Pha A: (2-7), (8-13); (14-19), (20-1).
Pha B: (6-11), (12-17); (18-23), (24-5).
Pha C: (10-15), (16-21); (22-3), (4-9).
Cách nối này gọi là dây quấn đồng khuôn phân tán.
Dây quấn có q là số nguyên • Dây quấn một lớp • Dây quấn hai lớp Dây quấn hai lớp
Dây quấn 2 lớp là dây quấn mà trong mỗi rãnh có đặt hai
cạnh tác dụng của 2 bối dây khác nhau. Số bối dây của dây quấn: S = Z
Một bối dây có 1 cạnh ở lớp trên của một rãnh và 1 cạnh ở
lớp dưới của rãnh khác.
Có hai loại : dây quấn xếp và dây quấn sóng.
Ưu điểm : có thể làm được dây quấn bước ngắn để cải thiện dạng sóng sđđ.
Nhược điểm: Lồng dây và sửa chữa khó khăn.
Xét dây quấn hai lớp có: Z = 24; 2p = 4; m = 3
Bước dây quấn y <   ta lấy y = 5 Dây quấn hai lớp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Lớp A A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y trên Lớp dướ A Z Z B B X X C C Y Y A A Z Z B B X X C C Y Y A i
Chú ý: lớp dây trên có phân bố như dây quấn bước đủ y = 
Lớp dây dưới có phân bố nhận được từ lớp trên dịch chuyển
sang trái một số rãnh =  – y (bài này là 6 - 5 = 1 rãnh) Dây quấn xếp 2 lớp bước ngắn
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung
• Dây quấn có q là số nguyên
• Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc 25
Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc
Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc được tạo thành bởi
các thanh dẫn bằng đồng đặt trong các rãnh của rôto, hai đầu
của chúng hàn với hai vành ngắn mạch cũng bằng đồng. Các
thanh dẫn và vành ngắn mạch nói trên cũng có thể đúc liền bằng nhôm. rt rv 2 2' 1 1'
Sđđ của các thanh dẫn lệch pha nhau một góc: α = 2πp/Z.
Trong tính toán thực tế, để đơn giản thường xem mỗi thanh
dẫn là một pha: m2 = Z2, và số vòng dây của một pha: w =
1/2, các hệ số kn = k = 1.
Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc
Sơ đồ mạch điện của dây quấn lồng sóc: Z 1 Iv12 rv 2 Iv23 rv 3 It1 It2 It3 rt rt rt rt Iv2'1' Iv3'2'
Đối với một nút bất kỳ, th Z í ' 1' rv 2' rv 3' dụ tại nút hai ta có: I  I  I   It2 1 v 2 t2 v23 Với I  I 1 v 2 v23
Do dòng điện trong các thanh dẫn của Iv23 Iv12 
vành ngắn mạch cũng lệch nhau 1 góc α nên ta có: p  I  2 I. .sin t v Z
Dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc
Nếu có Z thanh dẫn  có Z pha. Gọi
It: là dòng điện một pha
rph : là điện trở một pha
Vì tổn hao trên điện trở của mạch điện thực và mạch điện
thay thế phải bằng nhau, nghĩa là: 2 2 2 r I. Z r .  I. Z r.  I. Z r.  r  r v  t ph t t v v ph t 2 p  . 2 sin Z BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MĐ XOAY CHIỀU NỘI DUNG
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều.
2.2. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều.
2.3. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều.
2.4. Từ trường và điện kháng trong máy điện xoay chiều. 2
2.2. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều NỘI DUNG
• S.Đ.Đ CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU
• CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 3
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều
Khi nào có sức điện động trong dây quấn phần ứng?
Muốn tạo ra sự biến thiên của từ thông xuyên qua dây quấn phần ứng?
- Cho dây quấn phần ứng chuyển động tương đối trong từ trường phần cảm.
- Cho xuyên qua dq phần ứng đứng yên, một từ trường
phần cảm đập mạch hoặc một từ trường không đổi nhưng từ dẫn mạch từ thay đổi. 4
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều
Để máy làm việc được tốt, yêu cầu từ trường phân bố dọc
khe hở của máy hình sin để sđđ cảm ứng trong dây quấn có dạng hình sin.
Thực tế không thể thực hiện được vì: - Do bão hòa mạch từ
- Cấu trúc răng rãnh mạch từ
- Phân bố dây quấn theo bề mặt của nó không liên tục
Nên từ trường sẽ khác sin. Ta phân tích chúng thành sóng
cơ bản (bậc 1) và sóng bậc cao  (bậc 3,5,...). 5
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều
Phân bố từ cảm từ trường cực từ MĐĐB dọc bề mặt Stator
Khi rotor chuyển động, từ trường B1, B3, B5, B7, .. cảm ứng
trong dây quấn sđđ e1, e3, e5, e7, ... Do tần số f khác nhau nên
sđđ tổng trong dây quấn sẽ có dạng không sin. 6
SĐĐ CẢM ỨNG TRONG DQ MÁY ĐIỆN XC
• Sđđ của dây quấn do từ trường sóng cơ bản  =1.
• Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao. 7
Sđđ của dây quấn do từ trường sóng cơ bản  =1.
• Sđđ của một thanh dẫn.
• Sđđ của một vòng dây và Sđđ của một bối dây (phần tử).
• Sđđ của một nhóm bối dây.
• Sđđ của một pha dây quấn. 8 Sđđ của một thanh dẫn
Thanh dẫn có chiều dài l chuyển đổng với vận tốc v trong
từ trường cơ bản phân bố hình sin dọc khe hở:  B  B .sin x x m 
Trong thanh dẫn cảm ứng sđđ:  e  B v .l .  B . v .l . sin x td x m  x 2 Trong đó: v    2 f. t T
Ta có tốc độ góc:  = 2f
Từ thông ứng với một bước cực :  2 B .  .l .  m Trong đó :  e   f.. .  sin t  2 E . .sin t td td  f.  E  .  ,222f  . td 2 9
Sđđ của một vòng dây và Sđđ của một bối dây
Sđđ của một vòng dây gồm hai thanh dẫn đặt trong hai rãnh
cách nhau một khoảng y là hiệu số hình học các sđđ lệch
nhau một góc (y/) của hai thanh dẫn đó. Bm1 -E" Sđđ của một vòng dây: td  EV E' E  E  E  td V td td y   
E  E  E   2E .sin( . ) V td td td   2 E' E" td y= E"td td
Với dây quấn bước đủ có y =   E = 2.E V td E (y  )  Ta có: k V   sin . 
gọi là hệ số bước ngắn. n E (y  ) 2 V  E  2E k .  , 4 44 f.. k .    V td n n E w E . , 4 44 f.. w . k . b b V b n 10
Sđđ của một nhóm bối dây
Nhóm bối dây gồm nhiều bối dây mắc nối tiếp nhau trên
cùng bước cực của 1 pha dây quấn.
Giả thiết ta có q = 3 bối dây mắc nối tiếp và được đặt rải Bm1
trong các rãnh liên tiếp nhau: 
Góc lệch pha trong từ trường giữa hai rãnh cạnh nhau:  2 2 p      Z Z y= p
Với Z/p số rãnh dưới một đôi cực từ. E  E  E  E nh 1 b b2 b3
Sđđ của một nhóm bối dây
Ta dễ dàng nhận thấy rằng tứ giác nội tiếp đường tròn. 3 E  AB  O . 2 . A sin nh 2
Nếu 3 bối thuộc cùng 2 rãnh
 các bối dây quấn tập trung: E = 3.E nh b Hệ số quấn rải: q q 2 O . . A sin sin E (quan rai) AB k nh  2 2 k    r E (quan tap trung) r A . q D   nh . q O . 2 . A sin . q sin 2 2 Thực tế k = 0,920,96 r E = q.E .k nh b r E  , 4 44 f.. w . q . k . k .  , 4 44 f. . w . q . k . nh b n r b dq
Sđđ của một pha dây quấn
Một pha dây quấn gồm a nhánh song song, do ghép song
song nên sđđ của một pha là sđđ của một nhánh song song.
Mỗi nhánh song song gồm n nhóm bối dây có vị trí giống
nhau trong từ trường của các cực từ: E  E  n E . ph // nh  , 4 44 f.. n . q . w . k .  , 4 44 f.. k . W . b dq dq
Với W = nqW là số vòng dây của một nhánh song song b
SĐĐ CẢM ỨNG TRONG DQ MÁY ĐIỆN XC
• Sđđ của dây quấn do từ trường sóng cơ bản  =1.
• Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao. 14
Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao
Biểu thức sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao
cũng tương tự như từ trường sóng cơ bản. Ở đây ta thấy
rằng bước cực của từ trường bậc  nhỏ  lần bước cực của
từ trường sóng cơ bản, vì vậy góc điện 2π của từ trường
sóng cơ bản ứng với góc .2π đối với từ trường bậc . Bước cực sóng bậc :     
Góc lệch pha của sđđ sóng bậc cao tăng lên  lần so với sóng cơ bản. q  sin k  sin .  .  2 k  n r 2  . q sin 2 k k k.
Hệ số dây quấn đối với từ trường bậc cao: d   q  n r 15
Sđđ của dây quấn do từ trường sóng bậc cao
Tần số của sóng bậc : f = .f1
Suất điện động cảm ứng của sóng bậc ν: E  , 4 44 f.    .  k . W . d  q
Từ những phân tích trên ta thấy rằng, khi từ trường cực từ
phân bố không hình sin, sđđ cảm ứng trong dây quấn một
pha là tổng của một dãy các sđđ điều hòa có tần số khác
nhau. Trị hiệu dụng sđđ đó có trị số:
E  E2  E2  E2  .... 1 3 5
2.1. SĐĐ cảm ứng Dây quấn máy điện xoay chiều NỘI DUNG
• S.Đ.Đ CẢM ỨNG TRONG DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN XOAY CHIỀU
• CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 17
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ Tại sao phải cải thiện dạng sóng sdd?
E  E2  E2  E2  .... 1 3 5 18
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
1. Tạo độ cong mặt cực để B sin:
Tạo độ cong mặt cực để khe hở nhỏ nhất ở giữa mặt cực
và tăng dần ra hai phía mỏm cực từ. Để B hình sin thì δ cách x giữa mặt cực bằng:    x  cos x 
Bề rộng mặt cực b =(0,650,75)τ δ = (1,52,6)δ max 19
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
2. Triệt tiêu sđđ của sóng bậc 3:
Từ trường  = 1,3,5,7….
Như ta biết thì sóng bậc  = 3 có biên độ lớn nhất trong
các sóng bậc cao. Để triệt tiêu sóng bậc 3: E  3 0
 Đấu dây quấn hình Y hay D? 20
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
3. Dùng dây quấn bước ngắn: 
Ta có hệ số bước ngắn: k  sin .  .  n 2 Khi y = τ  k  1 n
: tất cả các sđđ bậc cao đều tồn tại
Khi y < τ thì sđđ bậc cao tùy ý sẽ bị triệt tiêu: 2  E = 0   5 k  sin . 5 .   0 y 5    n5 2  4 5 4 Ta lấy   4  2  do: k  sin  sin 5 1 n 5 2 5 2 6
Tương tự muốn E = 0 thì chọn   7 7 21
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ Nhận xét:
• Rút ngắn bước dây quấn sđđ bậc một cũng giảm đi một ít nhưng không đáng kể.
• Dùng dây quấn bước ngắn không đồng thời triệt tiêu tất
cả sđđ bậc cao vì vậy phải chọn bước ngắn thích hợp.
Thường chọn tỉ số tối ưu: 5   6 22
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ
4. Thực hiện dây quấn rải: q sin
Khi quấn tập trung q = 1  2 k   1  r  . q sin 2
nghĩa là các sđđ bậc cao không giảm.
Khi quấn rải với q > 1  k  k r 1 r
 các sđđ bậc cao đều giảm nhỏ.
 ta dùng dây quấn rải. 23
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 5. Làm rãnh nghiêng. Z
Với các sóng điều hòa bậc cao   k . 1 z p với k = 1,2,3…
Ví dụ Z =24, p = 2   = 11,13, 23,25… z Ta có: Z 2p 2     .  ( k .  ) 1 .  2k  p   z z p Z Z
 Góc lệch pha  giữa các sđđ của các bối dây đặt z
trong các rãnh liên tiếp do từ trường bậc  sinh ra bằng góc z
lệch pha  ứng với từ trường cơ bản.  k  rz =  kr
Hệ số dây quấn lớn bằng hệ số dây
quấn của sóng cơ bản mặc dù ta quấn rải. 24
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 5. Làm rãnh nghiêng.
Sóng có bậc  gọi là sóng điều hòa răng. z
Dùng rãnh nghiêng để giảm sóng điều hòa răng. Trường hợp rãnh chéo một bước răng
Từ cảm B dọc hai nửa thanh dẫn có cực tính khác nhau z
 sđđ cảm ứng trong hai nửa thanh dẫn có chiều ngược
nhau  tổng sđđ điều hòa răng trong thanh dẫn = 0 25
CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI THIỆN DẠNG SÓNG S.Đ.Đ 5. Làm rãnh nghiêng.
Từ trường sóng điều hòa răng bậc 1 (k = 1) là mạnh nhất
 để triệt tiêu được sđđ này ta chọn bước rãnh chéo là: 2 2p b  2   c z  Z  p z 2p D  có p  Z  b    t c z Z Z
tz là khoảng cách một bước răng. 26 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MĐ XOAY CHIỀU NỘI DUNG
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều.
2.2. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều.
2.3. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều.
2.4. Từ trường và điện kháng trong máy điện xoay chiều. 2
2.3. Sức từ động của dq máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung
• S.t.đ của dây quấn 1 pha
• S.t.đ của dây quấn 3 pha
• S.t.đ của dây quấn 2 pha 3 Khái niệm chung
Dòng điện  sức từ động  từ trường quanh dây quấn. • STĐ đập mạch? • STĐ quay?
• quan hệ giữa STĐ đập mạch và STĐ quay? Giả thiết:
+ khe hở không khí  đều + Fe   4 Khái niệm chung 1. Stđ đập mạch:
F  F .sin t.cos  (α: góc không gian) m Nếu t = const thì: F  F .cos   f () 1 m Với F  F .sin t 1 m m
là biên độ tức thời stđ đập mạch và lúc đó sự phân bố của
F là hình sin trong không gian.
Còn khi α = const ở vị trí cố định bất kỳ: F  F .sin t m2 trong đó F  F .cos  m2 m
và F ở vị trí đó biến đổi tuần hoàn theo thời gian. 5 Khái niệm chung 2. Stđ quay tròn: F  F .sin(t  ) (*) m
Ta xét một điểm bất kỳ của sóng stđ có trị số không đổi: sin( t   )  const hay t     const d
Lấy vi phân theo thời gian:   dt
Ta thấy, đạo hàm α theo t chính là tốc độ góc quay:
d  0 ứng vói sóng quay thuận dt
d  0 ứng vói sóng quay ngược dt 6 Khái niệm chung
3.Quan hệ giữa stđ đập mạch và stđ quay: 1 1
F .sin t.cos  F .sin(t  )  F .sin(t  )  F  F m m m 1 2 2 2
STĐ đập mạch là tổng của hai STĐ quay:
- Với F quay thuận với tốc độ góc +ω, F quay ngược 1 2 cùng tốc độ góc -ω
- Biên độ của các stđ quay bằng một nửa biên độ stđ đập mạch. 7 Khái niệm chung
3.Quan hệ giữa stđ đập mạch và stđ quay:
F .sin(t  )  F .sin t.cos   F .cos t.sin  m m m  
 F .sin t.cos   F .sin(t  ).cos(  ) m m 2 2
STĐ quay là tổng hợp của hai stđ đập mạch:
- Lệch pha nhau trong không gian một góc π/2
- Khác pha nhau về thời gian một góc là π/2. 8
2.3. Sức từ động của dq máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung
• S.t.đ của dây quấn 1 pha
• S.t.đ của dây quấn 3 pha
• S.t.đ của dây quấn 2 pha 9 S.t.đ của dây quấn 1 pha
• Stđ của các bối dây
• Stđ của nhóm bối dây
• Stđ của 1pha dây quấn 10 Stđ của các bối dây Giả thiết:
- Dây quấn đặt ở stato gồm có 2 bối dây.
- W là số vòng dây của một bối dây. b
- i là dòng điện trong bối dây. b
- Dây quấn bước đủ (y = τ ). -  = Fe Theo đl toàn dòng điện:  d. H l  i W . b b
Với H: cường độ từ trường dọc theo đường sức từ. 11 Stđ của các bối dây H .2  i W .  b b
STĐ ứng với một khe hở không khí bằng: i W . F b b  b 2  i W . 0 b b Mật độ từ cảm: B   H   F .   0   b  2  Với   0 
: là độ từ dẫn khe hở không khí. 
 Stđ phân bố hình chữ nhật trong không gian có thể phân
tích thành dãy Fourier có các sóng điều hòa 1, 3, 5... như sau: F  b
F  F .cos  F .cos  3  ...  F .cos  b m 1 b b3m  b m với  = 1, 3, 5… 12 Stđ của các bối dây  Trong đó: 2 2 4  F  F .cos  d .   sin F . bm  b b    2  2 i W . F b b  b i  I .cos t 2 b bm 2 2 2 F  I W . .cos t  I W . .cos t bm bm b b b   2 2  F  F .cos   I W . .cos  .  cos t b bm b b   F  F .cos .cos t b  b   m  , 1 3,5....
 STĐ của một bối dây có dđ xoay chiều là tổng của  sóng
đập mạch phân bố hình sin trong không gian và biến đổi hình sin theo thời gian. 13 S.t.đ của dây quấn 1 pha • Stđ của các bối dây
• Stđ của nhóm bối dây
• Stđ của 1pha dây quấn 14 Stđ của nhóm bối dây
Nhóm bối dây gồm có q bối dây mắc nối tiếp nằm ở các
rãnh cạnh nhau của một pha dây quấn.
Stđ của nhóm bối dây cũng được xác định tương tự như sđđ của nhóm bối dây. F F . q k . nh  b  r 15 S.t.đ của dây quấn 1 pha • Stđ của các bối dây
• Stđ của nhóm bối dây
• Stđ của 1pha dây quấn 16 Stđ của 1pha dây quấn
Với dây quấn 2 lớp bước ngắn y < 
Stđ của dây quấn một pha hai lớp bước ngắn có thể được
xem như tổng stđ của hai dây quấn một lớp bước đủ, một đặt
ở lớp trên và một đặt ở lớp dưới nhưng lệch pha nhau một góc γ độ điện.
2 lớp dịch chuyển so với nhau  - y rãnh,  ứng với 
Đối với sóng cơ bản  = 1: Fph  góc lệch   (  y)   1 (  ) Fnh2   Fnh1    F  2F .cos  2F .cos 1 (  )   2F .cos  2F k . ph nh nh nh nh n 2 2 2 17 Stđ của 1pha dây quấn
Tương tự đối với sóng bậc ν: F 2F k . p   h n  h n 2 2 F 2F k . 2. I W . .cos t k . q . k . p   h m nhm n   b b  r n  2pq W .
: số vòng dây của 1 nhánh // (của 1 pha Ta có W b  a dq) I I ph  2 2 W b F  I . .cos t k . a p  h m ph d   q p
Vậy stđ của dq một pha hai lớp bước ngắn: F  F .cos .cos t ph  p    h m  , 1 , 3 5.... 18 Stđ của 1pha dây quấn
Stđ của một pha là tổng hợp của một dãy stđ đập mạch
phân bố hình sin trong không gian biến đổi hình sin theo thời gian.
Ta phân tích stđ đập mạch thành các sóng quay thuận và ngược: F  F .cos .cos t ph phm  1 F .cos(t    1 ) F
.cos(t  )  F  F phm phm  1 2 2 2 19
2.3. Sức từ động của dq máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung
• S.t.đ của dây quấn 1 pha
• S.t.đ của dây quấn 3 pha
• S.t.đ của dây quấn 2 pha 20 S.t.đ của dây quấn 3 pha
Giả thiết dây quấn ba pha đặt lệch nhau một góc 120o
điện hay 2π/3 và có dòng điện chạy qua là: i  I .cos t  A m 2 i  I .cos( t   ) B m 3 4 i  I .cos( t   ) C m 3
Từng pha sẽ sinh ra các stđ lệch pha nhau 2/3 21 S.t.đ của dây quấn 3 pha
Xét stđ bậc  của 3 pha dây quấn: F   F .cos .cos t A p    h m  1 1 F .cos( t ) F .cos( t ) F F p      h m p      h m   A 1 2  A 2 2 1 2 2 F  F .cos[(t  )  (  )] B 2 phm 3 3 1 2 2  F .cos[(t  )  (  )] 2 phm 3 3 1 4 4 F  F .cos[(t  )  (  )] C 2 phm 3 3 1 4 4  F .cos[(t  )  (  )] 2 phm 3 3 22 S.t.đ của dây quấn 3 pha
Các thành phần quay thuận F1A, F1B, F1C đều quay với vận  tốc  
nên vị trí của chúng trong không gian không  
đổi  có thể xếp chồng: F   F F F 1   A 1 1   B C 1 
Tương tự các thành phần quay ngược F2A, F2B, F2C quay  với vận tốc      có thể xếp chồng:  F F F F 2  2   A 2B  2C 23 S.t.đ của dây quấn 3 pha
 Stđ của các sóng quay thuận: 1 2 F  F .cos[( t   )  ( 0   ) 1 ] A 1  2 ph m  3 1 2 F  F .cos[( t   )  ( 1   ) 1 ] B 1  2 phm 3 1 2 F  F .cos[( t   )  ( 2   ) 1 ] C 1  2 phm 3 2
 stđ giữa chúng lệch pha nhau một góc (  ) 1 3 24 S.t.đ của dây quấn 3 pha
 Stđ của các sóng quay thuận:
Các sóng hài  = 1, 3, 5, 7…chia làm ba nhóm: 1.  = 3, 9, 15, 21….   = 3.k với k =1, 3, 5… 2.  = 1, 7, 13, 19….   = 6.k + 1 với k =0, 1, 2… 3.  = 5, 11, 17, 23….   = 6.k - 1 với k =1, 2, 3… 25 S.t.đ của dây quấn 3 pha
 Stđ của các sóng quay thuận: F1A 2 2
+/ Với nhóm  = 3.k  (  ) 1  2 k   3 3 F1C F1B 2
 các sóng này lệch pha nhau 1 góc và quay cùng tốc độ 3  tổng của chúng = 0 2
+/ Với nhóm  = 6.k+1  (  ) 1  4 k  3 F1A F1B F1C
 các sóng trùng pha nhau.  F  F 3  F 3   F 3 1  A 1 B 1  C 1  26 S.t.đ của dây quấn 3 pha
 Stđ của các sóng quay thuận: 2 4
+/ Với nhóm  = 6.k-1  (  ) 1  4 k   3 3  F  0 1 F1A F1B F1C 27 S.t.đ của dây quấn 3 pha
 Stđ của các sóng quay ngược: Xét tương tự ta có:
Với nhóm  = 3.k và  = 6.k +1 có stđ F  0 2
Chỉ có nhóm  = 6.k -1 thì  F F 3 F 3 F 3 2  2   A 2   B 2C
Như vậy Stđ của dây quấn ba pha là tổng các stđ bậc ν =
6k + 1 quay thuận và các stđ bậc ν = 6k - 1 quay ngược. Biên
độ thì bằng 3/2 biên độ của stđ một pha bậc ν, và tốc độ quay
của stđ bậc ν là n = n/ν: ν F  F .cos( t  ) (3)     m 6k1 Với F  3 2 W .I .cos   t k . m d   q p 28
2.3. Sức từ động của dq máy điện xoay chiều NỘI DUNG • Khái niệm chung
• S.t.đ của dây quấn 1 pha
• S.t.đ của dây quấn 3 pha
• S.t.đ của dây quấn 2 pha 29 S.t.đ của dây quấn 2 pha
Ta có dây quấn 2 pha đặt lệch pha nhau trong không gian
một góc 90o điện và dòng điện hai pha lệch pha nhau một góc 900
Phân tích như trường hợp dây quấn 3 pha, ta có: F  F .cos( t  ) (2)     m 4k1 2 2 W Với  F  .I .cos t k . m d   q p
Stđ của dq hai pha là tổng của các stđ bậc ν = 4k + 1 quay
thuận và các stđ bậc ν = 4k - 1 quay ngược. Biên độ thì bằng
biên độ của stđ một pha bậc ν, và tốc độ quay của stđ bậc ν là n = n/ν. ν 30 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
CHƯƠNG 2. CÁC VẤN ĐỀ LÝ LUẬN CHUNG VỀ MĐ XOAY CHIỀU NỘI DUNG
2.1. Dây quấn máy điện xoay chiều.
2.2. Sức điện động của dây quấn máy điện xoay chiều.
2.3. Sức từ động của dây quấn máy điện xoay chiều.
2.4. Từ trường và điện kháng trong máy điện xoay chiều. 2
2.4. Từ trường và điện kháng trong MĐXC NỘI DUNG
• TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
• ĐIỆN KHÁNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU 3
TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
Dòng điện m pha chạy trong dây quấn máy điện xoay
chiều sẽ tạo ra từ trường bao quanh dây quấn đó.
Trên thực tế để việc nghiên cứu tính toán được dễ dàng, ta
chia và xét từ trường làm 3 loại, giữa chúng không có ảnh hưởng tới nhau:
1.Từ trường nằm trong rãnh.
2.Từ trường trong khe hở không khí.
3.Từ trường phần đầu nối. 4
TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
+/ Từ trường chính: là từ trường trong khe hở không khí
của sóng cơ bản ( =1), nó thực hiện chức năng truyền năng
lượng từ phía stato qua roto hay ngược lại bằng cảm ứng
điện từ, bởi vì đường sức sóng cơ bản móc vòng với 2 dây
quấn stato và roto tạo từ trường quay. +/ Từ trường tản:
- Từ trường tản trong rãnh ( tản rãnh)
- Từ trường trong phần đầu nối ( tản đầu nối)
- Từ trường trong khe hở không khí của sóng bậc cao ( tản tạp)
 làm rung, ồn, không sinh công có ích. 5
TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
Từ trường trong khe hở không khí: B   F .  B    F . m   m
( Fmv đã được xác định ở phần stđ)
1. khe hở không khí bằng phẳng:    0  
2. Xét đến cấu trúc răng rãnh của mạch từ:
Nếu khe hở không khí phẳng (  = const) thì từ cảm có phân bố hình sin. 6
TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
Từ trường trong khe hở không khí: Bconst) Bconst) Bconst) B1m
Khi xét đến cấu trúc răng rãnh của mạch từ   
const  B có dạng như trên.  B (  const) < B 1m 1m( = const)
 Độ từ dẫn khe hở không khí giảm. B (  const) k m 1   1 
Hệ số khe hở không khí: B (  const) m 1    0    k . với k  1 , 1  1 , 1 5 , 1 ( 2) không được quá lớn.   7
TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
3. Xét đến độ bão hòa mạch từ: B1m Fe=0
Hệ số bão hòa mạch từ: B1 Fe=0 B k m   1 Bm  B B m 1  0    k .  k . 
Chiều dài tính toán của khe hở không khí:    k .  k .  8
TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
3. Xét đến độ bão hòa mạch từ:
Luồng từ thông tổng trên 1 bước cực với sóng bậc :   Bt  l. b   .  
Với : là bước cực sóng bậc :    2 B B . t   b   m 2  2      B . l. .  . 0 F . l. .  m      k . k . m     2 2 m .  l. . k . W . I  . 0  . dq 2 2    k . k . p   9
2.4. Từ trường và điện kháng trong MĐXC NỘI DUNG
• TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
• ĐIỆN KHÁNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU 10
ĐIỆN KHÁNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU E
x: điện kháng của cuộn dây. x  I
X >> r, trong máy điện thường: x  5 ( 10)r
trong máy điện lớn: x  1 ( 0 10 ) 0 r
Biểu thức xác định điện kháng chính dây quấn:
+/ Điện kháng chính do dòng điện của chính dây quấn sinh ra: E1 x 
E : là sđđ của luồng từ thông chính. 1 I 1 1 2 2 m .  l. . I w . k . E   2 f. w . . k . 1 0  1 1 d 1 q 1 1 1 d 1 q   . . 1 2   k . k . p   4 m .  l. . f w . 2 k . 2  x 1  . 0  . 1 1 d 1 q 1   k . k . p   11
ĐIỆN KHÁNG CỦA DÂY QUẤN XOAY CHIỀU
+/ Điện kháng hỗ cảm của từ thông chính: E12 x 
E : là sđđ cảm ứng trong dây quấn roto 12 12 I1
bởi từ thông sinh ra do dòng điện stato. E   2 f. w . . k . 2 2 m .  l. . I w . k . 1 0  1 1 d 1 q 12 1 2 12 dq2   . . 12 2   k . k . p   4 m .  l. . f w . w . k . k .  x 1  . 0  . 1 1 2 d 1 q dq2 12   k . k . p   4 m .  l. . f w . w . k . k . Tương tự  x 2  . 0  . 2 1 2 d 1 q dq2 21   k . k . p   12 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
CHƯƠNG 3. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NỘI DUNG 3.1. Đại cương.
3.2. Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ.
3.3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ.
3.4. Máy điện không đồng bộ công suất nhỏ. 2
3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NỘI DUNG
1.1. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (1)
- Cấu tạo máy điện không đồng bộ:
Tên gọi không đồng bộ? Cấu tạo Stator? Cấu tạo Rotor? 4
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (2)
- Cấu tạo máy điện không đồng bộ: 1. Stator
Stator gồm hai bộ phận chính là lõi thép và dây quấn.
- Lõi thép stator có dạng hình trụ là
phần dẫn từ, vì từ trường đi qua lõi thép là
từ trường quay nên để giảm tổn hao  Lõi
thép được ghép bằng các lá thép kỹ thuật
điện, được dập rãnh bên trong rồi ghép lại
với nhau tạo thành các rãnh theo hướng
trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy. 5
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (3)
- Cấu tạo máy điện không đồng bộ: 1. Stator
- Dây quấn stator thường được làm
bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt
trong các rãnh của lõi thép. Dòng điện
xoay chiều ba pha chạy trong dây quấn ba
pha stato sẽ tạo nên từ trường quay. 6
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (4)
- Cấu tạo máy điện không đồng bộ: 2. Rotor
Rotor là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy.
- Cũng như lõi thép stator, lõi
thép rotor gồm các lá thép kỹ thuật
điện được dập rãnh mặt ngoài ghép lại
để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để lắp trục. 7
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (5)
- Cấu tạo máy điện không đồng bộ: 2. Rotor
- Dây quấn rotor của máy điện không đồng bộ có hai kiểu: rotor ngắn
mạch ( rotor lồng sóc ) và rotor dây quấn.
 Rotor lồng sóc gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt
trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đầu. 8
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (6)
- Cấu tạo máy điện không đồng bộ: 2. Rotor
 Rotor dây quấn cũng quấn
giống như dây quấn ba pha stator và có cùng
số cực từ như dây quấn stator. Dây quấn kiểu
này luôn luôn đấu sao (Y) và có ba đầu ra đấu
vào ba vành trượt, gắn vào trục quay của rotor
và cách điện với trục. Ba chổi than cố định và
luôn tỳ trên vành trượt để dẫn điện ra ngoài,
thông qua chổi than để đưa thêm điện trở phụ
vào mạch điện rotor để cải thiện tính năng mở
máy hoặc điều chỉnh tốc độ. 9
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (7)
- Phân loại máy điện không đồng bộ:
1. Phân theo kiểu dây quấn rotor ta có:
+ Máy điện không đồng bộ rotor lồng sóc.
+ Máy điện không đồng bộ rotor dây quấn.
2. Phân theo kết cấu vỏ máy: + Kiểu kín + Kiểu bảo vệ + kiểu hở
3. Phân theo điện áp trên dây quấn stator: + Một pha + Ba pha + Vạn năng 10
3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NỘI DUNG
1.1. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 11
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (1)
Đặt điện áp xoay chiều vào ba pha dây quấn stator  I   A, IB, IC 0  FA, FB, FC 0
Các stđ này lệch nhau góc 1200 cả về không gian Fñt A n1
và thời gian  Fquay = FA + FB + FC Y Z n< n1 Từ trường F  quay
từ thông 1 . 1 xuyên qua 
dây quấn rotor  cảm ứng sđđ E    2 I2 2 . từ thông C v1 B
2 hợp với từ thông 1 tạo thành từ thông tổng ở khe hở không khí. X
Lực tác dụng tương hỗ giữa từ thông tổng của máy với thanh dẫn trên
roto mang dòng điện tạo thành momen quay, nếu M  quay > Mcản kéo rotor
quay cùng chiều quay từ trường với tốc độ n. 12
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (2)
Máy điện không đồng bộ có n  n1. Vì nếu tốc độ bằng nhau thì không
có sự chuyển động tương đối , trong dây quấn rotor không cảm ứng được suất điện động.
Hệ số trượt của máy điện không đồng bộ n  n 1 s  n1
Tốc độ quay tương đối giữa từ trường quay của dây n1
quấn stator với tốc độ rotor: n2R = n1 – n n
 Tần số suất điện động trong dây quấn rotor là: n2R n p . 2R f   f. s 2 1 60 13
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (3)
Dòng điện trong dây quấn rotor  sinh ra 2, 2 quay với tốc độ n2R so với rotor.
Gọi n2 là tốc độ quay tương đối của 2 so với stator ta có: 60 f. n  n  n  n n -  n  n 1  2 2R 1 1 p
 Từ trường quay của dây quấn stator và từ trường quay của dây
quấn rotor quay đồng bộ với nhau tạo ra từ trường quay tổng  trong máy,
Nhờ vậy năng lượng được truyền từ stator sang rotor hoặc ngược lại qua
trường trung gian là từ trường. 14
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (4)
 Trường hợp 0 < n < n1 ( 0 < s <1)
Từ trường quay với tốc độ đồng bộ n Fñt 1 A n1 rotor quay với tốc độ n
Từ trường quét qua dây quấn rotor Y Z  cảm ứng sđđ E  2 I2 n< n1 Cặp ngẫu lực F  đt hình thành Mquay   quay rotor C v1 B
Máy điện làm việc ở chế độ động cơ điện X 15
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (5)
 Trường hợp n > n1 ( s <0 )
Dùng động cơ sơ cấp quay rotor cùng chiều Fcô A n1
với từ trường quay với n > n1.
Chiều của từ trường quay quét qua dây quấn Y Z v1 rotor sẽ ngược lại, e n>n1 2 và i2 đổi chiều.
Lực Fđt đổi chiều và ngược với lực làm quay 
rotor Fcơ. Máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục C B
thành điện năng cung cấp cho lưới điện. MĐKĐB
làm việc ở chế độ MFĐ. X Fñt 16
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ (6)
 Trường hợp n < 0 ( s > 1 )
Quay rotor ngược chiều quay với từ trường quay. Lúc đó chiều của
sđđ, dòng điện, momen giống như ở chế độ động cơ. M  đt ngược chiều Mquay
có tác dụng hãm  rotor bị giảm tốc độ.
Máy điện làm việc ở chế độ hãm điện từ. ĐCĐ MFĐ Hãm điện từ s 0 < s <1 s < 0 s > 1 n 0< n < n n > n n < 0 1 1 Chiều quay của n, n cùng chiều cùng chiều ngược chiều 1 17
3.1 ĐẠI CƯƠNG VỀ MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NỘI DUNG
1.1. CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 18
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
- CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
1. Công suất định mức Pđm (kW,W)
2. Điện áp định mức Uđm (V)
3. Dòng điện định mức Iđm (A)
4. Tốc độ quay định mức nđm (v/p)
5. Hiệu suất định mức ηđm %
6. Hệ số công suất định mức cosđm
Công suất định mức mà động cơ tiêu thụ từ lưới điện: Pđm P   U . 3 I. .cos  đ 1 m đm đm đm đm
Mômen quay định mức ở đầu trục: P 2. n . M đm  ( m . N ) đm   (rad / s) đm  đm 60 đm 19 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
CHƯƠNG 3. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NỘI DUNG 3.1. Đại cương.
3.2. Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ.
3.3. Mở máy và điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ.
3.4. Máy điện không đồng bộ công suất nhỏ. 2 1
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB NỘI DUNG • Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định mức 3 Khái niệm chung Cấu trúc máy điện KĐB:
Trên stator có dq m1 pha liên hệ với nhau về cảm ứng từ Trên rotor có dq m2 pha
Có thể coi MĐKĐB như một MBA mà dây quấn stator là dây
quấn sơ cấp, dây quấn rotor là dây quấn thứ cấp và sự liên
hệ giữa hai mạch sơ cấp và thứ cấp thông qua từ trường quay.
 Dùng cách phân tích MBA để nghiên cứu MĐKĐB . 4 2 Khái niệm chung
Giống như mô hình MBA, cần thực hiện quy đổi để dẫn ra
sơ đồ mạch điện thay thế.
Tương quan giữa MĐKĐB và MBA: MĐKĐB MBA Dây quấn Stato Dây quấn sơ cấp Dây quấn Rotor Dây quấn thứ cấp Lõi thép Stato, Rotor Mạch từ Mạch từ hở Mạch từ khép kín Từ trường quay Từ trường đập mạch f f f = f 1 2 1 2
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB NỘI DUNG • Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định mức 6 3
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (1)
Đặt điện áp U (f ) vào dây quấn stator  dòng điện I ( f ), 1 1 1 1
dây quấn rotor kín mạch  dòng điện I (f ); 2 2
Dòng I và I sinh ra stđ quay F và F : 1 2 1 2 Trong đó: m . 2 w k .
m , m là số pha của dq stator 1 1 d 1 q F  . I 1 2 1 1  p và rôto p là số đôi cực m . 2 w k . 2 2 dq2 F  . I 2 2 
w , w là số vòng dây nối tiếp p 1 2
trên một pha dq stator và rôto k , k
là hệ số dây quấn của dq1 dq2 dây quấn stator và rôto 7
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (2)
Hai stđ có cùng tốc độ quay n = 60f /p và tác dụng với nhau 1 1
để sinh ra stđ tổng trong khe hở F .  phương trình cân bằng 0 stđ:
F  F  F  F  F  (F) 1 2 0 1 0 2
Cũng giống như cách phân tích MBA, dòng điện I gồm hai 1 thành phần: m . 2 w k . 1 1 d 1 q
• Một thành phần là dđ I tạo nên stđ 0 F  . I 0 0  p m . 2 w k .
• Một thành phần là (I ) 1 d 1 q 1 tạo nên stđ     2 ( F ) . I 2 2  p
bù lại stđ F của dòng điện thứ cấp I 2 2
I  I  ( I ) 1 0 2 8 4
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (3) Quy đổi MBA? Quy đổi MĐKĐB? • Mục đích?
• Lý do cần quy đổi máy biến áp? • Phương pháp? • Điều kiện?
• Xác đinh thông số trước và sau khi quy đổi? 9
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (3)
Quy đổi dây quấn rotor  dây quấn stato: w  w’ =w 2 2 1 k  k’ = k dq2 dq2 dq1 k  k = 1 n n 10 5
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (4) Stđ trước khi quy đổi: m . 2 w k . 2 2 dq2 F  . I 2 2  p Stđ sau khi quy đổi: m . 2 w k . 1 d 1 q 1 F  . I 2 2  p
Stđ trước và sau khi quy đổi bằng nhau: I m w . k . 1 F 1 .  F k . 2 1 1 d 1 q  k   . 2 2 n i I m w . k . k 2 2 2 dq2 n I2
Dòng điện quy đổi: I  2 ki 11
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (5)
Stđ F sinh ra từ thông chính Φ trong khe hở, từ thông 0
Φ này cảm ứng trong dây quấn stator và rotor các sđđ có trị số: E  , 4 44 f. w . k .  .  E 1 1 1 d 1 q 2 E  , 4 44 f. w . k .  . 2 1 2 dq2 Khi rotor đứng yên f = f : 2 1 E w k . 1 2 1 d 1 q k   . u
: hệ số quy đổi theo sđđ hay điện áp E w k . k 2 2 dq2 n
Qui đổi điện trở rotor r về stato: theo điều kiện nào? 2 2 2 m I 2 2 2
m I r  m I r  r  ( ) r.  k k . r. 2 2 2 1 2 2 2 2 u i 2 m I 1 2
Tương tự qui đổi điện kháng rotor x về stato x :  k k . x . 2 u i 2 2 12 6
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor đứng yên (6)
Tương tự như MBA có mô hình toán sau quy đổi:
U  E I .(r  jx )  1 1 1 1 1
U  0  E  I .(r  jx ) 2 2 2 2 2  I  I  I 0 1 2
So sánh với mô hình toán của MBA? 13
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB NỘI DUNG • Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định mức 14 7
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (1)
Khi rotor quay: n  0, s  1  f = s.f  f 2 1 1
 Quy đổi rotor quay về rotor đứng yên. Sđđ rotor khi n = 0, s = 1: E  , 4 44 f. w . k . k .  . 2 1 2 dq2 n
Sđđ rotor khi n  0, s  1: E  , 4 44 f. w . k . k .  . 2s 2 2 dq2 n  , 4 44 f. s . w . k . k .  . 1 2 dq2 n  E = s.E 2s 2 15
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (2) r  const 2 x  2. f. L . 2 1 x   L .  2. f. L .   x  x . s 2s 2 x  2. f. L .  2. f. L . s . 2s 2 1 Dòng điện roto: E E . s E 2s 2 2 I    2 r  jx r  x . s .j r 2 2s 2 2 2  x .j 2 s
Khi quy đổi rotor quay về rotor đứng yên, công suất cơ
đưa ra trục được mô tả tương đương bằng công suất điện
trên một điện trở phụ: 2 r  2 2 2 1 s P  P  P
 m I. .  m I. r.  m I. r. ( ) co đt cu2 2 2 s 2 2 2 2 2 2 s 1 s  r  r ( ) f 2 s 16 8
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (3)
1. Các phương trình cơ bản máy điện không đồng bộ:
 Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn stato:
Khi nối dây quấn stator với nguồn ba pha, ta có
phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn stator khi rotor quay
giống như khi đứng yên :
U  E I .(r  jx ) 1 1 1 1 1 17
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (4)
 Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rôto:
Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rotor lúc quay:
0  E I .(r  jx ) 2s 2 2 2s
+/ Quy đổi từ rotor quay về rotor đứng yên:
0  E I .(r  jx )   E . s  I .(r  x . s .j ) 2s 2 2 2s 2 2 2 2
Chia cả hai vế cho s ta được: r
0  E I .( 2  x .j ) 2 2 s 2
Là phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rotor đã quy đổi về rotor đứng yên.
Trong đó: E , x là sđđ và điện kháng rotor lúc đứng yên. 2 2 18 9
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (5)
 Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rôto:
+/ Quy đổi từ dây quấn rotor về dây quấn stato: k k . u i Nhân phương trình với ta có ki I r 0  k E . 2   ( 2 k k  jx k k ) u 2 k s u i 2 u i i Gọi: E  k E .   E 2 u 2 1
là sdđ pha rotor quy đổi về stato I2 I  2
là dòng điện rotor quy đổi về stato ki r  k k . r
. là điện trở dây quấn rotor quy đổi về 2 e i 2 stato x  k k . x .
là điện kháng dây quấn rotor quy đổi về 2 e i 2 stato 19
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (6)
 Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rôto:
+/ Quy đổi từ dây quấn rotor về dây quấn stato:
k = ke*ki là hệ số quy đổi tổng trở
 Phương trình cân bằng sđđ ở dây quấn rotor sau khi quy đổi: r
0  E  I ( 2  x j  ) 2 2 s 2
Cũng giống như MBA,  E và  E 1 2
là điện áp rơi trên tổng trở từ hóa:
 E  E  I (r  x .j ) 1 2 0 m m
Do stđ stator và rotor quay đồng bộ với nhau với tốc độ 1
nên phương trình cân bằng stđ cũng như trường hợp khi rotor đứng yên: F  F  F 1 2 0 I  I  I 20 1 2 0 10
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (7)
Ta có hệ phương trình cơ bản của máy điện không đồng bộ lúc rotor quay như sau:
U  E I .(r  jx )  1 1 1 1 1  r
0  E  I ( 2  jx )  2 2 s 2  E  E 2 1    I  I  I 1 2 0  E  I (r  x .j )  1 0 m m  21
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (8)
2. Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ.
Tương tự như MBA  có sơ đồ mạch điện thay thế hình
T cho máy điện không đồng bộ khi rotor quay.
Dây quấn sơ cấp mba  dây quấn stato
Dây quấn thứ cấp mba  dây quấn rotor 1 s
Phụ tải mba  điện trở giả tưởng r2 s 22 11
Quan hệ điện từ của MĐKĐB khi rotor quay (9)
2. Mạch điện thay thế của máy điện không đồng bộ. x1 I1 r1 r2 -I'2 x'2 U1 E1 E'2 = E1 R2.(1-s)/s x1 I1 r1 -I'2 r2 x'2 I0r U m 1 R2.(1-s)/s xm 23
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB NỘI DUNG • Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định mức 24 12
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (1)
1. Chế độ động cơ điện (0 < s < 1) n  n , n  n 1 1 n1
ĐCKĐB nhận điện năng của lưới n
điện  cơ năng trên trục quay. Mcaûn
+/ Phân phối công suất tác dụng Mñt P  m U . I . .cos  1 1 1 1 1 2 p  m I. r. 2 cu1 1 1 1 p  m I. r. F 1 e 1 0 m Do f =s.f rất bé  p  0  p  p 2 1 Fe2 Fe F 1 e  2 r2 2 r P  P  (p
 p )  m I. .  m I. . 2 đt 1 c 1 u Fe 1 2 s 2 2 s p  m I. 2  r.  P s. cu2 1 2 2 đt 25
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (2)
1. Chế độ động cơ điện (0 < s < 1)
+/ Phân phối công suất tác dụng 2 1  s P  P  p  P 1 (  s)  m I. .( )r co đt cu2 đt 1 2 2 s
Tổn hao cơ p (do ma sát ổ trục, quạt gió…) cơ
Tổn hao phụ p (do sóng điện từ bậc cao sinh ra) fụ
Công suất đưa ra đầu trục động cơ điện: P = P – p – p 2 cơ cơ fụ 26 13
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (3)
1. Chế độ động cơ điện (0 < s < 1)
+/ Phân phối công suất tác dụng
Giản đồ công suất tác dụng của động cơ không đồng bộ: P P ñt 2 Truïc P1 Löôùi pf p pcô p p cu2 Fe cu1
Tổng tổn hao của động cơ điện không đồng bộ: p = p + p + p + p + p cu1 Fe cu2 cơ fụ P p 2    1
Hiệu suất của động cơ điện không đồng bộ: P P 1 1 27
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (4)
1. Chế độ động cơ điện (0 < s < 1)
+/ Phân phối công suất phản kháng Q  m U . I . .sin  2 q  m I. x . 2 q  m I .  x .  1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 Q  m E . I.  m I . x . m 1 1 0 1 0 m Q  q  Q  q  m U . I . .sin  1 1 m 2 1 1 1 1
Giản đồ công suất phản kháng: q2 Q1 I  0 = 20-25% Iđm Qm
tương đối lớn  cos thấp, Qm
thường cosđm = 0,7 - 0,95 q1 cos0 = 0,1- 0,15 28 14
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (5)
1. Chế độ động cơ điện (0 < s < 1) +/ Đồ thị vectơ 29
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (6)
2. Chế độ máy phát ( -∞ < s < 0 )
Ở chế độ máy phát rotor có n  n , n > n  -∞ < s < 0 đb đb M < > n : momen cản đtF M  n : momen quay cơ M < > M đtF đtĐC
Khi máy điện không đồng bộ làm việc ở chế độ máy phát
ta có s < 0  công suất cơ của máy là 1 s P 2    cơ m I . .( )r 1 2
2 < 0  máy nhận công suất cơ vào. s 30 15
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (7)
2. Chế độ máy phát ( -∞ < s < 0 )
Phân tích dòng điện I2 thành 2 thành phần: 2 E . s  E . s  .(r  x . s .j ) E . s  r. s E . x . 2 2 2 2 2 2 2 2 I     .j I  I 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2a 2r r  x . s .j    2 2 r s x . r s x . r s x . 2 2 2 2 2 2 E . s  r. 2 2 Trong đó:
Thành phần tác dụng I   pha E 2a 2 2 2 2 r  s x . 2 2 2 s E . x . 2 2
Thành phần phản kháng I   .j  E 2r 2 2 2 2 r  s x . 2 2 I   I Ta thấy  2aF 2aDC I  I 2rF 2rDC 31
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (8)
2. Chế độ máy phát ( -∞ < s < 0 ) x x . s 
Hoặc theo cách khác ta có: tg 2 2     0 2 r / s r 2 2
 góc pha  giữa E và I là 900 <  < 1800 2 2 2 2 32 16
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (9)
2. Chế độ máy phát ( -∞ < s < 0 )
Từ đồ thị vectơ ta thấy góc  > 900 nên: 1 + Công suất tác dụng: P  m U . I . .cos   0 1 1 1 1 1 + Công suất phản kháng: Q  m U . I . .sin   0 1 1 1 1 1
 Đây chính là nhược điểm của MFĐKĐB nên ít dùng
MĐKĐB ở chế độ máy phát. 33
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (10)
2. Chế độ máy phát ( -∞ < s < 0 )
Giản đồ năng lượng của máy phát điện không đồng bộ: P P cô 2 Pñt P1 pcu1 p pFe cu2 pcô pf 34 17
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (11)
3. Chế độ hãm điện từ (1 < s < 2 )
Ở chế độ hãm điện từ rotor có vận tốc n < > n  1 < s < 2 đb
Do s > 0 nên đồ thị vectơ ở chế độ hãm điện từ tương tự như ở chế độ động cơ: 35
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (12)
3. Chế độ hãm điện từ (1 < s < 2 ) 2 1  s
s > 1  công suất cơ P  m I .  .( )r  0 cơ 1 2 s 2  2 r
Công suất điện từ của má P y
 m I. . 2 0   P  0 đt 1 2 s 1
 máy nhận công suất điện từ lưới.
Tất cả công suất cơ và điện lấy ở ngoài vào đều biến
thành tổn hao đồng trên mạch rôto:  2 r  2 2 s 1 2 P  P  m I. .  m I. .( )r  m I. r.  p đt co 1 2 1 2 2 1 2 2 cu2 s s
Vì tất cả năng lượng lấy vào đều tiêu thụ trên máy nên
khi U1 = Uđm chỉ cho phép máy làm việc trong khoảng thời gian tương đối ngắn. 36 18
Các chế độ làm việc của MĐKĐB (13)
3. Chế độ hãm điện từ (1 < s < 2 ) Giản đồ năng lượng: P P ñt 2 Truïc P1 p p p Fe cu2 p cu1 f pcô 37
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB NỘI DUNG • Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định mức 38 19
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (1)
xét chế độ động cơ điện không đồng bộ. 1. Biểu thức tính momen:
ĐCKĐB lúc làm việc phải chịu mômen cản bao gồm
mômen không tải M và mômen cản của phụ tải M . 0 2 p  M M  M  p P P co f  2  co CO 0 2    Ta có: Công suất cơ : P = P (1-s) cơ đt . 2  n . 2. n . . 1 (  s) Tốc độ góc của roto: 1      . 1 (  s) 60 60 1 P P 1 (  s) P co đt đt M     M CO đt   1 (  s)  1 1 39
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (2)
1. Biểu thức tính momen  2 r r 2 2 2 m I .  . m . p I .  . 1 2 1 2 Pđt s s M    đt    1 1 1 p   2 r r
Ta có: I . 2  I .(I . 2 ) 2 s 2 2 s r  2 r
Từ đồ thị vectơ: I .  E .cos 2 2         2 2 2 I . I .cos E . I E . s 2 2 2 2 2a 1 s m . p E . 1 1  M  I.  k I. 2a 2a 1 m . p E . Với k 1 1   const  M ~ I  2a 1
 Mđt tỷ lệ thuận với thành phần dòng điện tác dụng của Roto. 40 20
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (3) 1. Biểu thức tính momen
Để xác định mối quan hệ của mômen điện từ theo hệ số
trượt s ta sử dụng sơ đồ mạch điện thay thế hình Γ: Trong sơ đồ có: Z C  C  1 1   1 1 1 Zm U1 I  C I .   2 1 2 r2 2 2
(r  C . )  (x  C .x ) 1 1 1 1 2 s 41
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (4) 1. Biểu thức tính momen
Mômen điện từ của máy điện không đồng bộ:   2 r2 2 r m . p I. . m . p U . . 2 1 2 s 1 1 s M    f s ( )   r  1
 (r  C . 2 )2  (x  C x .  )2 1  1 1  s 1 1 2  Nhận xét: 2
+ Mômen M tỉ lệ với U1 khi tần số và tham số xác định. 2
+ Mômen M tỉ lệ nghịch với điện kháng (x  C x .  ) 1 1 2 khi tần số cho trước.
Khảo sát hàm số M = f(s): Với s > 0 : M > 0 Với s < 0 : M < 0
Với s   hay s = 0 : M = 0 42 21
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (5) 1. Biểu thức tính momen M I I1, I'2
Quan hệ M = f(s) và I = f(s): Mm Mkñ 0 Sm 1 2 S
Từ quan hệ M = f(s) ta thấy:
Khi s  từ 0  s ( s tới hạn) m I   2  có M ~ I M   I  Khi s > sm  
 Momen đạt giá trị cực đại M = M(s ) max m M  43
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (7) 2. Tìm mômen cực đại M : max dM  0 ds
 hệ số trượt s ứng với momen cực đại M : m max  C r. 1 2 s  m 2 2 r  (x  C x .  ) 1 1 1 2 m . p U . 2 M 1 1   max 2. C . .[r  r2  (x  C x .  )2 ] 1 1 1 1 1 1 2 Trong đó:
dấu (+) ứng với động cơ điện
dấu (-) ứng với máy phát điện 44 22
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (8) 2. Tìm mômen cực đại M : max Giả thiết: C  1 1
Do r << x , x nên ta coi r  0 1 1 2 1 r 2 2 Như vậy ta có: s  m . p U . 1 1 m M   x  x max    1 2 2. .(x x ) 1 1 2 Nhận xét: 2 + M tỉ lệ với max
U1 với tần số và tham số cho trước. + M
tỉ lệ nghịch với x  x khi tần số cho trước. max 1 2  M r max 2  s ~ r m 2 45
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (9) 3. Mômen khởi động:
Ở chế độ khởi động có s = 1 (n = 0)  momen khởi động: m . p U . 2 r .  M 1 1 2  kđ
 [(r  C r. )2  (x  C x .  )2 ] 1 1 1 2 1 1 2 Nhận xét: 2 + M tỉ lệ với kđ
U1 với tần số và tham số cho trước
+ Do r , r’ << x , x’  M tỉ lệ với nghịch với nghịch điện 1 2 1 2 kđ 2 kháng (x  C x .  ) 1 1 2 46 23
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (10) 3. Mômen khởi động: M
Thường trong lý lịch máy cho biết tỷ số m max   8 , 1  , 2 2 max Mđm
gọi là năng lực quá tải của động cơ không đồng bộ, thể hiện
khả năng quá tải mà động cơ có thể chịu được.
Bội số mômen khởi động: M m k   1 , 1  7 , 1 k Mdm
Bội số dòng điện khởi động : I i k   5  7 k Idm 47
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (11) 4. Biểu thức Klox:
Trong thực tế thường không biết các tham số của
MĐKĐB nên có thể dùng biểu thức klox để tính momen. Lập tỉ số: M 2 C . r.[r  r2  (x  C x .  )2 ] 1 2 1 1 1 1 2  M r max .
s [(r  C . 2 )2  (x  C x .  )2 ] 1 1 s 1 1 2  2 2 C r. 1 2 Ta có: r  (x  C x .  )  1 1 1 2 sm r1 2. 1 (  s ) m M C r .  1 2  Thế vào ta được: M s s 2 r . max m 1   sm s s C r .  m 1 2 48 24
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12) 4. Biểu thức Klox:
Trong máy điện không đồng bộ thường điện trở r  r 1 2 r1 và s = 0,1÷0,2 nên:
s  so với số hạng trước nó nên m C r. m 1 2 có thể bỏ qua: M 2   biểu thức Klôx. M s s max m  s s m 49
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12)
5. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ:
Momen đầu trục của ĐCKĐB: P P  (p  p ) 2 co co f M    M  M 2 co 0  
Thường momen không tải M << momen tải nhận được ở 0 đầu trục M2
 Ta có thể thay việc khảo sát M = f(s) bằng M = M = 2 cơ đt f(s) 50 25
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12)
5. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ: M
M: momen quay của động cơ 1' M M : momen quay của tải t 1 Mt' M < > Mt 1' 2 Mt M  n S
Phương trình cân bằng momen: dn M  M  J t dt 51
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12) 5. Đặc tính cơ:
Ta phân tích sự ổn định của ĐCKĐB lúc làm việc. giả sử
động cơ làm việc với tải có momen M  động cơ có thể làm t
việc tại hai điểm 1 và 2. +/ Xét tại điểm 1: M
Khi tải tăng từ M  M ’: t t 1' M  s  và n  1 Mt'  momen M  theo  1' 2 Mt
ĐC làm việc tại điểm làm việc mới 1’ S dn   M  0 dt 52 26
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12) M 5. Đặc tính cơ:
Khi giảm tải từ M  M ”: t t 1' M  s  = s ” và n  1 1 Mt'
 momen M  theo  động cơ 1' 2 Mt
làm việc tại điểm làm việc mới 1” S dn   M   0 dt
Điều kiện làm việc ổn định: khi có tác nhân tức thời tác
dụng lên hệ thống thì hệ thống có khả năng trở về trạng thái làm việc ban đầu. 53
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12) M 5. Đặc tính cơ: 1' M
Vì một lý do nào đó, rotor quay 1 Mt'
chậm lại: n   s > s 1' 1 2 Mt
Momen quay M > M  M > 0  t dn S
 0  n   s  tới khi s = s dt 1
Cũng vậy, khi rotor quay nhanh hơn: n   s < s1
Momen quay M < M  M < 0  t
dn 0  n  s  tới khi s = s dt 1
 Điểm (1) là điểm làm việc ổn định. 54 27
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12) M 5. Đặc tính cơ: 1' M +/ Xét tại điểm 2: 1 Mt' 1' 2 Mt S s  s 2 n    M   dn 0
 0  n tiếp tục giảm tới 0 M  M dt t s  s n tiếp tục  cho 2 n    M   dn 0  0  M  M dt tới khi s  = s t 1
 Điểm (2) là điểm làm việc không ổn định. 55
Biểu thức mômen điện từ của MĐKĐB (12) M 5. Đặc tính cơ: 1' M
+/ Điều kiện làm việc ổn định: 1 Mt' 1' 2 Mt dM dMt  ds ds S dM dMt hoặc:  do n  n 1 (  s) dn dn 1 Trong phần lớn các tải:
+ s từ 0 < s < s động cơ làm việc ổn định. m
+ s từ s < s < 1 động cơ làm việc không ổn định. m 56 28
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB NỘI DUNG • Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định mức 57
Các đường đặc tính của MĐKĐB (1)
1. Đặc tính tốc độ n = f(P ). 2
Theo công thức hệ số trượt, ta có: n = n (1 - s) 1 Trong đó: pcu2 s  Pđt do p = P – P = P .s cu2 đt cơ đt Khi không tải p << P nên Cu2 đt
s ≈ 0 ĐC quay gần tốc độ đồng
bộ n ≈ n . Khi tăng tải thì tổn 1
hao đồng cũng tăng lên  n giảm. Hệ số s = 0,02  0,05 đm
nên đường đặc tính tốc độ là đường hơi dốc xuống. 58 29
Các đường đặc tính của MĐKĐB (2)
2. Đặc tính momen M = f(P2) Ta thấy trên M = f(s) có M
thay đổi rất nhiều theo s.
Trong phạm vi 0 < s < sm thì
đường M = f(s) gần giống đường
thẳng, sm tương đối nhỏ nên M =
f(P2) cũng gần giống đường thẳng.
Trong phạm vi làm việc bình thường tốc độ n ít thay đổi
nên momen không tải M0 ~ const  quan hệ M2 = M – M0 =
f(P2) cũng gần giống đường thẳng qua gốc toạ độ. 59
Các đường đặc tính của MĐKĐB (3)
3. Đặc tính hiệu suất η = f(P ) 2 P2   .10 % 0 P   p 2
Trong đó: Σp là tổng tổn hao, nhưng ở đây chỉ có tổn hao
đồng thay đổi theo phụ tải còn các tổn hao khác là không đổi. 60 30
Các đường đặc tính của MĐKĐB (4)
4. Đặc tính hệ số công suất cos = f(P2)
MĐKĐB luôn nhận công suất phản kháng từ lưới. Lúc
không tải cos rất thấp thường cos < 0,2. Khi có tải dòng
điện I2 tăng lên nên cos cũng tăng. cosmax khi tải xấp xỉ định mức. 61
3.2. Quan hệ điện từ trong MĐKĐB NỘI DUNG • Khái niệm chung
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor đứng yên
• Quan hệ điện từ của máy điện không đồng bộ khi rotor quay
• Các chế độ làm việc của máy điện không đồng bộ
• Biểu thức mômen điện từ của máy điện không đồng bộ
• Các đường đặc tính của máy điện không đồng bộ
• Máy điện không đồng bộ làm việc trong chế độ không định mức 62 31
MĐKĐB làm việc trong chế độ không định mức (1)
1. Điện áp không định mức:
Giả thiết U < U : đây là trường hợp thường gặp nhất, 1 đm
như tải cuối đường dây, vì M ~ U2  momen M giảm bình
phương lần so với điện áp.
Nếu bỏ qua điện áp rơi trong dây quấn stato: U  E ~  1 1
do đó khi U   E  và từ thông   1 1 m . p nếu M 1 M  E . I.
t không đổi thì I2 sẽ tăng lên tỉ lệ 1 2a  với sự giảm E 1 1, làm máy nóng lên. Khi U     1 E1
dòng điện từ hóa I  E1  0 Zm
nên hệ số công suất cos có xu hướng tăng. 63
MĐKĐB làm việc trong chế độ không định mức (2)
1. Điện áp không định mức:
Về mặt tổn hao, điện áp giảm có ảnh hưởng như sau: 2 • Tổn hao sắt: p  m I. r.  p Fe 1 0 m Fe giảm ~ U2 2
• Tổn hao đồng trên dây quấn roto: p  m I. r. 2 tăng ~ I cu2 2 2 2 2
• Tổn hao đồng trên dây quấn stato: p
phụ thuộc vào I và I vì I giảm còn I tăng. Cu1 0 2 0 2
Với tải nhỏ( < 40%) tổn hao giảm nên hiệu suất η tăng 
khi làm việc nên giảm điện áp xuống. Với tải lớn hơn ( > 50%)
tổn hao tăng nên hiệu suất η giảm. 64 32
MĐKĐB làm việc trong chế độ không định mức (3)
2. Tần số không địng mức:
Thường thì f không đổi, trong kỹ thuật khi f thay đổi ±5%f
được coi như định mức. đm Khi f  < f
, ta có U ≈ E ~ fΦ, nếu U= Const đm
→ Φ ~ 1/ f. Vậy khi tần số f giảm thì: 2
+ Φ tăng → I tăng → p  m I. r. tăng và cos 0 Fe 1 0 m 1 giảm + Tốc độ n giảm. 2 m I. r 2 2 2
+ Nếu M = Const thì I giảm và s giảm t 2  Pđt 65
MĐKĐB làm việc trong chế độ không định mức (4)
3. Điện áp đặt vào không đối xứng:
Phân tích điện áp không đối xứng thành các thành
phần thứ tự thuận, thứ tự ngược và thứ tự không. Các
ĐCKĐB thường đấu Y hay  và trung tính không nối đất nên
thành phần điện áp thứ tự không không ảnh hưởng đến sự làm việc của động cơ.
Hệ thống điện áp thứ tự ngược sinh ra từ trường quay
nghịch có hệ số trượt của rotor đối với từ trường quay nghịch
là (2 - s) > 1 và mômen do nó sinh ra có tác dụng hãm làm
giảm mômen có ích, đồng thời gây nên tổn hao phụ. 66 33 8/9/2019 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
CHƯƠNG 3. MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NỘI DUNG 3.1. Đại cương.
3.2. Quan hệ điện từ trong máy điện không đồng bộ.
3.3. Khởi động và điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ.
3.4. Máy điện không đồng bộ công suất nhỏ. 2 1 8/9/2019
3.3. Khởi động và điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB NỘI DUNG
• Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ
• Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3
Các phương pháp khởi động ĐCKĐB (1)
Phương trình cân bằng mômen trong quá trình khởi động: Trong đó: M : Mômen điện từ của dn M  M  J động cơ điện t dt Mt: Mômen cản của tải J: Hằng số quán tính.
Từ phương trình trên ta thấy rằng: dn
+ Để tăng tốc độ thuận lợi thì  0 → M > M dt t
+ (M - M ) càng lớn thì tốc độ tăng càng nhanh. t
+ Máy có quán tính lớn thì thời gian khởi động tk lâu. 4 2 8/9/2019
Các phương pháp khởi động ĐCKĐB (2)
Khi khởi động n = 0, s = 1
Dòng điện khởi động với Uđm: U I 1  kđ
(r  r)2  (x  x )2 1 2 1 2  4  7 Iđm Mômen khởi động: KVA code K: S=8-8.99*Sđm m . p U . 2 r .  M 1 1 2  kđ  [ r
(  r)2  (x  x )2] 1 1 2 1 2 5
Các phương pháp khởi động ĐCKĐB (3)
Yêu cầu khi khởi động động cơ:
• Mômen Mkđ phải đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải.
• Dòng Ikđ càng nhỏ càng tốt. • Thời gian tk nhanh.
• Phương pháp khởi động và thiết bị cần dùng đơn
giản, rẻ tiền, tin cậy.
• Tổn hao công suất trong quá trình khởi động càng thấp càng tốt. A 6 3 8/9/2019
Các phương pháp khởi động ĐCKĐB (4)
 Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc.
• Khởi động trực tiếp
• Khởi động gián tiếp  hạ điện áp khởi động
 Khởi động ĐCKĐB rotor dây quấn.
• Thêm điện trở phụ vào mạch rotor 7
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (1)
1. Khởi động trực tiếp U1 CD Ñ ĐC 8 4 8/9/2019
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (1)
1. Khởi động trực tiếp Ưu điểm:
+ Thiết bị khởi động đơn giản
+ Mômen khởi động Mkđ lớn: mk = 1,11,6
+ Thời gian khởi động nhanh Nhược điểm:
Dòng điện khởi động IkIđ lớn  sụt áp U trên đường
kđ lớn  sụt áp U trên đườn
dây tăng l àm ảnh hưởng đến cá c c phụ tải kh k ác. c
 Ứng dụng: Dùng cho những động cơ công suất nhỏ và
công suất của nguồn lớn hơn nhiều lần công suất động cơ. 9
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (2)
2. Khởi động gián tiếp bằng cách hạ điện áp khởi động: Mục đ đ ííc c h
h : qua thiết bị khởi động để giảm dòng điện khởi động.
Nhược điểm: mômen khởi động giảm theo.
Các phương pháp hạ điện áp khi khởi động:
a. Dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stator
b. Khởi động dùng mba tự ngẫu
c. Khởi động bằng cách đổi nối Y→ Δ 10 5 8/9/2019
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (3)
a. Dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stato: Khi khởi động:
Cắt cầu dao CD2, đóng cầu
dao CD1 để nối dây quấn stator vào
lưới điện thông qua cuộn kháng CK.
Khi động cơ quay ổn định,
đóng cầu dao CD2 để ngắn mạch
cuộn kháng, nối trực tiếp dây quấn stator vào lưới. 11
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (4)
a. Dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stato: U U 1 1
Khi khởi động trực tiếp: I   kđ 2 2 r  x xĐC ĐC ĐC U U 1 1
Khi khởi động qua cuộn kháng: I   kđ 2 2 r  (x  x ) xk ĐC ĐC k ( do x >> x >> r ) I x 2 k ĐC ĐC kđ    ~ ĐC  1 M I kđ kđ  I x 2 kđ k Mkđ Ikđ Ưu đ i
đ ểm: thiết bị khởi động đơn giản.
Nhược điểm: khi giảm dòng điện khởi động thì momen khởi
động giảm bình phương lần. 12 6 8/9/2019
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (5)
b. Khởi động dùng mba tự ngẫu: Khi khởi động: CD1 đóng, CD2 mở, CD3
đóng, nối dây quấn stator vào lưới
điện thông qua biến áp tự ngẫu.
Sau khi khởi động xong thì
cắt biến áp tự ngẫu ra bằng cách
đóng CD2 vào và mở CD3 ra. 13
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (6)
b. Khởi động dùng mba tự ngẫu: Ta có: U = U của biến áp tự ngẫu ĐC HA Hệ số biến áp: U I 1 ĐC k   U I ĐC 1
Điện áp đặt vào động cơ khi mở máy: U U 1  ĐC k
Điện áp giảm k lần  momen giảm k2 k2 lần so với khi khởi độ đ n ộ g n trự r c ự tiếp ế . p 2 M U kđ ĐC 1 ~  2 2 Mkđ U k 1 14 7 8/9/2019
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (7)
b. Khởi động dùng mba tự ngẫu:
Dòng điện vào động cơ khi có máy biến áp: UĐC 1 U1 I   . ĐC z k z ĐC ĐC
Dòng điện I’ lưới điện cung cấp cho động 1
cơ khi có máy biến áp ( dòng sơ cấp máy biến áp): I 1 U I ĐC   1  . 1 k 2 k zĐC U1
Khi khởi động trực tiếp dòng điện:I  1 zĐC   I1  1
 Dòng điện của lưới lúc có máy biến áp I 2 1 k
giảm đi k2 lần so với khi không có máy biến áp. 15
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (8)
c. Khởi động bằng cách đổi nối Y→ Δ: CD2 16 8 8/9/2019
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (8)
c. Khởi động bằng cách đổi nối Y→ Δ: Kh K i
h khởi động: đóng cầu dao CD1,
cầu dao CD2 đóng về phía Y, như
vậy điện áp đặt vào hai đầu mỗi pha chỉ còn U / 3 1 CD2
Khi máy đã chạy thì đóng cầu dao CD2 về phía Δ.
Phương pháp này chỉ dùng cho các động cơ khi làm việc bình
thường có dq stator nối Δ Δ ,, khi khởi đ đ ộ ộ n n g g n n ố ốii Y Y,, s s a a u u k k h hi i t tố ố c c đ đ ộ ộ qu q ay gầ g n ổn đ ịnh c h c uyể y n v ề v nối Δ đ ể l àm vi v ệc. 17
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (9)
c. Khởi động bằng cách đổi nối Y→ Δ: Ta có: U U . 3 f Ud I    d I  I . 3  f    Z Z d f Z n n n Uf Y U U d I   d I  I  f Y Z d Y f Y n Z . 3 n Z . 3 n I 2  dY  1 M Uf Y 1 Y và ~  I 2 d  3 M U 3 f 
 Dòng điện và mômen đều giảm đi 3 lần khi khởi động so với đấu trực tiếp. 18 9 8/9/2019
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (10)
c. Khởi động bằng cách đổi nối Y→ Δ: Ưu điểm:
- Dòng điện khi khởi động đấu Y,
giảm 3 lần so với dòng điện khi khởi động trực tiếp. CD2
- Phương pháp này đơn giản, làm việc tin cậy. Nhược điểm:
- Mômen khởi động khi nối Y giảm
3 lần so với với mômen khởi động trực tiếp. 19
Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc (10)
d. Khởi động qua bộ điều áp xoay chiều ( khởi động mềm):
 Về mặt khởi động có rất nhiều ưu điểm:
 Điện áp tăng từ từ và trơn mịn.
 Có thể thực hiện nhiều thuật toán khởi động.
 Áp đặt được dòng khởi động hoặc thời gian khởi
động ở một giá trị nhất định. 20 10 8/9/2019
Các phương pháp khởi động ĐCKĐB
 Khởi động ĐCKĐB rotor lồng sóc.
 Khởi động ĐCKĐB rotor dây quấn. 21
Khởi động ĐCKĐB rotor dây quấn (1)
Khởi động bằng cách thêm điện trở phụ vào rotor: Dây quấn vành trượt Trục rotor Chổi than rotor dây quấn Biến trở rf U1 I  kđ 2 2
(r  r  r )  (x  x ) 1 2 f 1 2 22 11 8/9/2019
Khởi động ĐCKĐB rotor dây quấn (2)
Khởi động bằng cách thêm điện trở phụ vào Rotor:
Khi thêm rf vào dây quấn Rotor điện trở dây quấn
rotor thay đổi và đặc tính M = f(s) cũng thay đổi.
Khi điều chỉnh điện trở rf phù hợp sẽ được điều kiện khởi
động lý tưởng: có Mkđ = Mmax tức có hệ số trượt sm = 1: M R  0 f = 0 Rf r  r s 2 f  1 1 4 m x  x 1 2 M’ M kđ cản Mkđ 0 1 s 23
Khởi động ĐCKĐB rotor dây quấn (3)
Khởi động bằng cách thêm điện trở phụ vào Rotor:
Khi động cơ quay ở tốc độ nào đó,  0 M rf = 0 rf 1 2 3 4
để duy trì mômen điện từ nhất
định trong quá trình khởi động, cần giảm dần r M’ M f, làm cho quá trình kđ cản
tăng tốc động cơ thay đổi, từ M
đường đặc tính M = f(s) này sang kđ 0 1 s
đường đặc tính M = f(s) khác:
đường 4 sang đường 3, đường 2, và sau khi cắt toàn bộ điện
trở phụ thì sẽ tăng tốc đến điểm làm việc của đặc tính cơ tự nhiên ( đường 1). 24 12 8/9/2019
Khởi động ĐCKĐB rotor dây quấn (4)
Khởi động bằng cách thêm điện trở phụ vào rotor: Ưu u đ i
đ ểm: momen khởi động Mkđ lớn còn dòng điện khởi động
đ lớn còn dòng điện khởi độn
Ikđ nhỏ  dùng cho những nơi nào khởi động khó khăn. Nhược điểm:
Động cơ rotor dây quấn chế tạo phức tạp hơn rotor
lồng sóc nên giá thành đắt hơn, bảo quản khó khăn hơn và
hiệu suất cũng thấp hơn. 25
3.3. Khởi động và điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB NỘI DUNG
• Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ
• Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 26 13 8/9/2019
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (1) Yê Y u ê u c ầ c u ầ - phạm vi điều chỉnh 60 f.1
- độ bằng phẳng khi điều chỉnh p - năng lượng tiêu thụ 60 f.1 Tốc độ của ĐCKĐB: n  n 1 (  s)  1 (  s) vg/ ph 1 p +/ ĐCKĐB rotor lồng sóc: +/ ĐCKĐB rotor dây quấn: - Thay đổi f1.
- Thay đổi điện trở rotor để
- Thay đổi p dây quấn stato.
thay đổi hệ số trượt s
- Thay đổi U đưa vào dây
- Nối nối tiếp trên mạch
quấn stator để thay đổi hệ
điện rotor máy điện phụ gọi số trượt s. là nối cấp. 27
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (2)
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cấp cho stato:  s  r2  m U 2 1 r  x (   2 x ) 1 1 2 r'  const 2 s = const m  U  M  tỉ lệ với 2 U 1 max 1 hệ Do sm = const nên hệ số
trượt tối đa có thể điều . chỉnh được là s = sm. 28 14 8/9/2019
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (3)
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cấp cho stato:
+/ Cách thức giảm điện áp U : 1 - Đổi nối Y/. - Dùng MBA tự ngẫu.
- Dùng điện kháng nối tiếp với dây CD2 quấn Stato.
- Dùng 3 cặp thyristor đấu song
song ngược: thay đổi góc mở   thay
đổi được điện áp trung bình đặt vào động cơ. 29
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (4)
1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cấp cho stato: +/ + Ưu u đ i
đ ểm: Điều chỉnh tốc độ liên tục. +/ Nhược điểm:
- Giảm khả năng quá tải Đicủ ệ a n đ á ộ p n gig ả cơ m v ì m m o o m m e e n n g giiả ả m m .
- Chỉ có thể đặt điện áp thay đổi nhỏ hơn điện áp định
mức nên hệ số trượt lớn ớ h ơ h n ơ hệ số ttr r ư ư ợ ợ tt đ đị ịn n h h m m ứ ứ c c, , tốc độ
động cơ được điều chỉnh giới hạn nhỏ hơn tốc độ định mức.
Phạm vi điều chỉnh tốc độ hẹp.
- Phương pháp này chỉ thực hiện khi máy mang tải, khi
máy không tải giảm điện áp nguồn, tốc độ gần như không đổi. 30 15 8/9/2019
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (5)
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số:
• Đặc điểm phương pháp thay đổi tần số?
• Lưu ý khi thay đổi tần số?
Từ thông khe hở không khí ? 31
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (5)
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số:
Với điều kiện năng lực quá tải không đổi  quan hệ giữa U Khi bỏ qua điện trở r 1, f1 và M. 1 ta có: 2 2 2 m . p U . U m . p U . 1 1 M  1 M   max . C 1 1 max 2 . 2  .(x  x ) .
2  .[r  r2  (x  x )2 ] 1 1 2 f1 1 1 1 1 2
Gọi U1 và M’ là điện áp và mômen lúc tần số là f 1 là M M M M 2 2 max  max   max  U f. U f  M 1 1 1 1    M M M M 2 2 max U f.  U f M 1 1 1 1 U f  U 1 1
Khi yêu cầu momen không đổi ta có:  hay 1  const U f f 1 1 1 32 16 8/9/2019
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (6)
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số: U1 const f1 33
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (7)
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số:
Khi yêu cầu công suất cơ P không đổi  mômen tỉ lệ cơ ngh g ịch c vớ v i tần số s : M f U f  U2 1 1 1 1     const M f  U f f 1 1 1 1 34 17 8/9/2019
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (7)
2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số: Tóm lại:
khi thay đổi tần số f , ta phải đồng thời tha U y đổi Uà đ o ưa 1 1 đưa v 1 và đ o ộn đ g ộcng ơ c ứ ơ n .
g với các đặc tính cơ của tải. = const = const ứng với ứng với Mc = const M   c U = const = const f ứng với ứng với Mc  m M  c  35
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (8)
3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực: 1
Khi f = const  Tốc độ n ~
 khi thay đổi số đôi cực thì 1
p thay đổi được tốc độ động cơ.
Bằng cách đấu các bối dây stator  có thể thay đổi được số đôi cực: /2  /2     A X p=1 A p=2 X 36 18 8/9/2019
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (8)
3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực:
ĐCKĐB có cấu tạo dây quấn để thay đổi số đôi cực từ được
gọi là ĐCKĐB nhiều cấp tốc độ. 37
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (9)
3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực: Nhận xét: Chỉ dùng ch V o ới ĐC Đ K C Đ K B Đ r o r t o o t r o lồ d n â g y s q ó u c ấ.n???
Điều chỉnh tốc độ không bằng phẳng. Ứng dụng:
được sử dụng rộng rãi trong máy luyện kim, máy tàu thủy... 38 19 8/9/2019
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (10)
4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch rôto: Nh N ậ h n xét: Phương ph Đ áp CK n Đày B r c oh t ỉ ordlù ồng c s h ó o c đ ? ộng cơ rotor dây quấn Dây quấn Vành trượt M R  0 rotor đc = 0 Rđc Trục rotor Chổi than Mcản Rotor dây quấn Biến trở Rđc s s’ đm 1 s
Khi tăng điện trở thì hệ số trượt tăng, tốc độ quay của động cơ giảm. 39
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (11)
4. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở rôto: Ưu điểm:
Đây là phương pháp khá đơn giản, điều chỉnh tốc độ
bằng phẳng trong phạm vi rộng. Nhược điểm:
Hiệu suất thấp vì có tổn hao công suất trên biến trở điều chỉnh Rđc. Ứng dụng:
cần trục, máy xay xát, thang trượt.... 40 20 8/9/2019
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (12)
5. Điều chỉnh tốc độ bằng nối cấp trả năng lượng trượt về nguồn: nh
Việc điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi góc mở
thyristor của bộ nghịch lưu. 41
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (13)
5. Điều chỉnh tốc độ bằng nối cấp trả năng lượng trượt về nguồn:
xét quan hệ s( hay n) với góc mở α của thyristor:
• Điện áp ra của chỉnh lưu cầu: U  3 , 1 5 U .  3 , 1 5 k . s . U . CL 2 D
• Điện áp đưa vào bộ nghịch lưu cầu ba pha: U  3 , 1 5 k . . U . cos NL B w k . : là tỉ lệ số vòng 2 dq2 k  dây có kể đến hệ D w k . 1 d 1 q số dq rotor và stato. kB: tỉ số biến áp. 42 21 8/9/2019
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ ĐCKĐB (14)
5. Điều chỉnh tốc độ bằng nối cấp trả năng lượng trượt về nguồn:
U và U phải bằng nhau và CL NL ngược dấu: 3 , 1 5 k . s . U .   3 , 1 5 k . . U . cos  D B    k s B .cos kD
Khi làm việc ở chế độ nghịch lưu có: 0 0
90    180  s  0  n  n1 43 22 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
4.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MĐĐB NỘI DUNG
• Cấu tạo và phân loại • Nguyên lý làm việc
• Các đại lượng định mức 2 1
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (1) • Hình ảnh tổng quan: 3
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (1) • Hình ảnh tổng quan:
Tổ máy số 1 nhà máy Nhiệt điện Cẩm Phả 4 2
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (1) • Cấu Tạo:  Giải thích tên gọi?  Cấu tạo stator  Cấu tạo rotor 5
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (1) • Cấu Tạo:
Dây quấn: gồm có 2 cuộn dây có mối liên quan cảm
ứng đặt trên 2 lõi thép khác nhau.
Cuộn thứ nhất có dòng điện xoay
chiều gọi là cuộn ứng đặt trên stato.
Cuộn thứ hai có f = 0: tạo từ
trường gọi là cuộn kích từ đặt trên roto, có số cực 2p. Mục đích? 6 3
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (2) • Cấu Tạo: Lõi thép
Stator: ghép bằng các lá thép KTĐ? trên bề mặt stator xẻ
rãnh, đặt dây quấn phần ứng quấn rải lệch pha nhau theo
thời gian và trong không gian. 7
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (2) • Cấu Tạo: Lõi thép Rotor: có n = n  đb
rotor không có từ trường biến thiên
qua nó  rotor = const  trong lõi sắt và dây quấn rotor
không có sức điện động cảm ứng Erotor = 0  lõi sắt rotor có
thể làm bằng thép tấm, thép khối…được phay rãnh để đặt dây quấn kích từ. 8 4
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (3) • Cấu Tạo:
Tùy theo kết cấu của rotor ta có hai loại
Máy điện đồng bộ cực ẩn - Máy điện đồng bộ cực lồi 9
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (3) • Cấu Tạo:
Tùy theo kết cấu của rotor ta có hai loại
Máy điện đồng bộ cực ẩn - Máy điện đồng bộ cực lồi - số cực 2p = 2 - Số cực 2p≥4 - phần rotor có rãnh: răng bé - Dễ chế tạo - phần rotor - Khó cân không có rãnh: bằng động răng lớn. - Dễ cân bằng động hơn Với máy có n lớn
 dùng cực ẩn hay cực lồi? 10 5
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (1) • Phân Loại:
+/ Theo kết cấu cực từ:
Máy cực ẩn: thích hợp với tốc độ quay cao (2p = 2)
Máy cực lồi: thích hợp với tốc độ quay thấp (2p ≥ 4) +/ Dựa theo chức năng:
Máy phát điện đồng bộ:
- MF thủy điện: n thấp  kết cấu kiểu cực lồi
- MF nhiệt điện: n cao  kiểu cực ẩn, số cực nhỏ
- MF Diezen: thường có cấu tạo cực lồi. 11
CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI (2) • Phân Loại: +/ Dựa theo chức năng:
Động cơ điện đồng bộ:
ĐCĐĐB không được sử dụng rộng rãi, thường được chế
tạo theo kiểu cực lồi với P ≥ 200 kW. Máy bù đồng bộ:
Là động cơ điện đồng bộ làm việc ở chế độ không tải, chủ
yếu dùng để cải thiện hệ số công suất của lưới điện. 12 6 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (1)
MĐĐB chủ yếu làm việc ở chế độ máy phát. Khi rotor quay 
từ trường quay cắt các thanh dẫn stator  cảm ứng sđđ biến
thiên với tần số f = p.n. Khi nối tải  có dòng điện i , i , i  A B C
từ trường quay  của stator với vận tốc s f n   n đb roto p 13 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (2)
Sự tương tác từ trường  lực điện từ ngược chiều với chiều
quay của roto: F >< n, cân bằng với lực cơ tác động bên đt
ngoài làm rotor quay với tốc độ n = const: M = M . đt cơ 14 7 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (3) + Ở phần cảm:
trục d - dọc trục: trục từ trường kích từ
trục q – ngang trục: trục vuông góc với trục từ trường
kích từ, vuông góc về góc pha dòng điện, có  = 0 tq + Ở phần ứng:  0 phụ thuộc tải ứngd   0 ứngq 15
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC (1)
Trên nhãn của máy điện đồng bộ có nghi các số liệu sau: 1. Kiểu máy 2. Số pha. 3. Tần số (Hz).
4. Công suất định mức (kW hay kVA). 5. Điện áp dây.
6. Sơ đồ nối các pha của phần tĩnh. 7. Dòng điện stato, roto. 8. Hệ số công suất. 9. Tốc độ quay (vg/ph)… 16 8 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
4.2. TỪ TRƯỜNG TRONG MĐĐB NỘI DUNG • Khái niệm chung
• Các kiểu kích từ và từ trường cực từ
• Từ trường phần ứng và phản ứng phần ứng
• Quy đổi các sức từ động trong máy điện đồng bộ. 2 1 KHÁI NIỆM CHUNG (1)
Từ thông trong máy điện KĐB? U  const; E  U 1 1 1      const E  , 4 4 f 4 wk  1 dq 
Từ thông trong máy điện đồng bộ? 3 KHÁI NIỆM CHUNG (2) U Ở MĐĐB:  =  +  t ư   I t   const   thay đổi t t rt   ư I ( thay đổi)
TT cực từ Ft do dòng điện kích từ it TT trong MĐĐB
TT phần ứng Fư do dòng điện phần ứng iư
Tác dụng của TT phần ứng F lên TT cực từ F gọi là phản ư t ứng phần ứng.
Khi mạch từ không bão hòa ta xét riêng F và F rồi xếp t ư chồng được F 4 2
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (1)
Kích từ bằng MF1C gắn cùng với MFĐB
Máy phát điện 1 chiều kích thích thường có 2 cuôn dây kích
thích: 1 cuộn song song LS dùng để tự kích thích và 1 cuộn độc lập Ln It Ln Ls Ut rt KT RT DB 5
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (2)
Kích từ bằng máy phát kích từ xoay chiều có chỉnh lưu:
Có hai cách là máy kích từ có phần cảm quay, phần ứng tĩnh
và máy phát kích từ có phần cảm tĩnh và phần ứng quay It It Ut DB Ut DB CL KT CL A KT A B B Phaàn quay Phaàn tónh Phaàn quay Phaàn tónh 6 3
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (3) Hệ thống tự kích từ 7
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (4)
• TỪ TRƯỜNG CỦA CỰC TỪ
Phân bố của từ trường kích từ
Phân bố từ cảm trong khe hở
Sự khác nhau giữa biên độ sóng cơ bản từ cảm B và biên tm1
độ từ cảm thực được biểu thị qua hệ số dạng sóng: Bt 1m k  s Btm 8 4
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (5) Biết được B
có thể xác định được hệ số hỗ cảm giữa dq kt tm1 và dq pư M
ứng với sđđ cảm ứng bởi  trong dq phần tưd t ứng.
Sức từ động cảm ứng trên một cực từ: hệ số khe hở I w .  F t t  0 B   F .  F . hệ số bão hòa t 2p tm t t  k . k .  d  mạch từ theo  I .w trục d 0 t t B  k B .  . k . tm1 s tm s  k . k . 2p  d
Luồng từ thông đi qua bước cực của dây quấn phần ứng của sóng cơ bản: 2   l. I w . 0  t t   B S .  B . . l.  . . k . 1 t tb t 1 m  s    k . k . p  d  9
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (6)
Khi trục pha dq phần ứng trùng trục kích từ  luồng từ thông
móc vòng dq phần ứng lớn nhất:  = w .k .   = .cost = w .k . .cost tưdmax 1 dq t1 tưd tưdmax 1 dq t1
 Sđđ hỗ cảm trong dq stator là: d e tud    .   .sin t   E .sin t  dt tud max max E  .     w . k . . max tud max 1 dq t1   l. k w . 0  s t   w . k . . . . I . 1 dq t   k . k . p  d    M . I .  x I . tud t tud t 10 5
CÁC KIỂU KÍCH TỪ VÀ TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ (7)
Hệ số hỗ cảm của dq kích từ với dq phần ứng là:  . l.  k . k . w . M 0   . dq s t tud .   k . k . p  d  Điện kháng hỗ cảm: x   M . tud tud hệ số tự cảm do từ trường khe
Hệ số tự cảm của dq kích t L ừ:  L  L hở  t t t t sinh ra. hệ số tự cảm do từ trường tản t sinh ra. di
Ở chế độ xác lập: n = const  i = const  t e  L t  0 t t dt
Ở chế độ quá độ: i = f(t)  e  0 t t 11
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (1) Từ trường kích từ? Từ trường phần ứng? - Khi không tải?
 Có từ trường phần ứng? - Khi có tải?
- Khi có tải, dòng điện trong dq stator sẽ sinh ra từ trường của
dq stator gọi là từ trường phần ứng F . ư
- Tác dụng của F lên F gọi là phản ứng phần ứng. ư t 12 6
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (1)
Tùy theo tính chất của tải và dạng cực từ mà phản ứng phần ứng có dạng khác nhau. Với cùng giá trị của F nếu F trục d  B B > B ư ư ưd ưd ưq nếu F trục q  B ư ưq
Trong máy điện đồng bộ cực lồi dùng phương pháp xếp chồng: F = F + F phản ứng phần ư ưd ưq ứng ngang trục
phản ứng phần ứng phản ứng phần ứng dọc trục 13
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (2)
• Phản ứng phần ứng ngang trục và dọc trục:
- Phản ứng phần ứng ngang trục?
- Phản ứng phần ứng dọc trục? 14 7
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (2)
• Phản ứng phần ứng ngang trục và dọc trục:
Xét một máy đồng bộ cực lồi 3 pha, 2p = 2, mỗi pha là một
vòng dây, xét tại thời điểm: I i I ;i  i m   A m B C 2 Y C + EA Fö IA F F Fö ư t N S + X A Ft IB + IC EB E Z B C 15
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (3) a.Tải thuần trở:
Khi tải đối xứng và thuần trở,I và E trùng pha nhau ψ = 0 Tại thời điểm xét i I nên F  q A m ư, ư
Khi rotor quay trục từ trường kích từ (d) cũng quay với vận
tốc n, đồng thời sđđ và dòng điện cảm ứng trong các pha dq
phần ứng biến thiên tạo ra từ trường quay với tốc độ n  từ
trường phần ứng luôn nằm trên trục q  trục d là trục của từ trường kích từ: F  F u t 16 8
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (3) a.Tải thuần trở:
Ở tải thuần trở, phương của F thẳng góc với phương của F ư t
Kết luận: phản ứng phần ứng là ngang trục. 17
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (4) b.Tải thuần cảm:
Ở tải thuần cảm E vượt trước I góc  = +900 E  I - t d
Kết luận: Phản ứng phần ứng dọc trục khử từ. 18 9
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (5) c. Tải thuần dung: E I Ở tải thuần dung Chậm sau góc  = -900 E  I t -
Kết luận: Phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ. 19
TT PHẦN ỨNG VÀ PHẢN ỨNG PHẦN ỨNG (6) d. Trường hợp chung: ψ  0,  900 E - q I  t - d
Khi tải có tính cảm: 00 < ψ < 900 phản ứng phần ứng vừa ngang trục vừa khử từ.
Khi tải có tính dung: - 900 < ψ < 00 phản ứng phần ứng
vừa ngang trục vừa trợ từ. 20 10
QUY ĐỔI CÁC SỨC TỪ ĐỘNG TRONG MĐĐB (1)
Ở chế độ làm việc xác lập của tải đối xứng, tác dụng của
F lên F là trợ từ hoặc khử từ. Để đánh giá được mức độ ảnh ư t
hưởng đó ta quy đổi F về F để xét quá trình biến đổi năng ư t lượng trong chúng.
Ngược lại, trong quá trình quá độ, F thay đổi theo thời ư
gian  quy đổi dq kích thích về dq phần ứng. ở đây ta quy đổi
dq phần ứng về dq kích thích:
Việc quy đổi phải đảm bảo điều kiện độ từ cảm của sóng
cơ bản trước và sau khi quy đổi không đổi 21
QUY ĐỔI CÁC SỨC TỪ ĐỘNG TRONG MĐĐB (2)
Với máy đồng bộ cực lồi: F  F k . kud ud ud d k  d ks k F  F k . uq k  uq uq q q ks
Với máy đồng bộ cực ẩn: F  F k . ku u u d k  k  d q ks 22 11 BÀI GIẢNG MÁY ĐIỆN CƠ SỞ EE3140 1
4.3. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MĐĐB NỘI DUNG • Khái niệm chung
• Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vector
của máy điện đồng bộ.
• Cân bằng năng lượng trong máy điện đồng bộ. 2 1 KHÁI NIỆM CHUNG (1)
- Các quan hệ điện từ chính gồm có
- Các phương trình cân bằng điện áp - Đồ thị vector
- Giản đồ cân bằng năng lượng, công suất điện từ của máy điện đồng bộ
- Do tính chất thuận nghịch của máy điện đồng bộ nên xét các
quan hệ điện từ nói trên trong các trường hợp máy làm việc
như máy phát điện và động cơ điện. 3
PHƯƠNG TRÌNH CB ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA MĐĐB(1)
• Máy phát điện đồng bộ cực lồi:
Phương trình cân bằng điện áp của một pha dây quấn:
U  E  .I(r  x .j )  u u 
 E  E  E  .I(r  x .j ) 0 ud uq u u   E  jI x .  jI x .  j x .I   r. I 0 d ud q uq u  u  E  jI x .  jI x .  jI x .  jI x .   r. I 0 d ud q uq d u  q u  u  E  jI x .  jI x .   r. I 0 d d q q u
điện kháng đồng bộ ngang trục
điện kháng đồng bộ dọc trục 4 2
PHƯƠNG TRÌNH CB ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA MĐĐB(2)
Từ phương trình cân bằng điện áp ta dựng được đồ thị vector
ứng với từng loại tải: Với tải có tính cảm Với tải có tính dung 00 <  < 900 -900 <  < 00 5
PHƯƠNG TRÌNH CB ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA MĐĐB(3) Nhận xét:
1. Điện áp đầu máy khi tải có tính dung lớn hơn khi tải có tính cảm: U < U (RL) (RC) Tải tính cảm Tải tính dung Phản ứng phần ứng:  < >     ưd t ưd t      <  >  t  t E < E (RL) (RC) U < E U > E 0 0
2. Khi tải có tính cảm: máy phát cấp Q cho tải vì dòng điện có tính khử từ
Khi tải có tính dung: máy phát lấy Q từ lưới để từ hóa nó.
Về mặt năng lượng công suất phản kháng:
Tải cảm: máy phát như tụ.
Tải dung: máy phát như cuộn cảm. 6 3
PHƯƠNG TRÌNH CB ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA MĐĐB(4) Nhận xét:
3. Thực tế điện áp trên đầu cực máy phát muốn giữ không
đổi khi tải thay đổi  ? Tải cảm  tăng i  t tăng t  U = const Tải dung  giảm i  t giảm t 7
PHƯƠNG TRÌNH CB ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ VECTOR CỦA MĐĐB(5)
• Máy phát điện đồng bộ cực ẩn Do: x = x  x = x ưd ưq d q
 không cần phân tích  =  +  , I = I + I ư ưd ưq d q
Phương trình cân bằng điện áp của một pha dq: U  E  .I  (r  x .j )  u u   E  j x .I  j x .I   r. I 0 u u  u  E  j x .I   r. I 0 đb u điện kháng đồng bộ 8 4
PHƯƠNG TRÌNH CB ĐIỆN ÁP VÀ ĐỒ THỊ vector CỦA MĐĐB(6) •
Động cơ điện đồng bộ:
ĐCĐĐB tiêu thụ công suất điện lấy từ lưới. ĐCĐĐB
thường có cấu tạo cực lồi. Phương trình cân bằng điện áp:
U  E  .I(r  x .j )  u u 
 E  E  E  .I(r  x .j ) 0 ud uq u u   E  jI x .  jI x .   r. I 0 d d q q u Đồ thị vector ĐCĐB
-a- Thiếu kích thích -b- Quá kích thích 9
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MĐĐB(1)
• Chế độ máy phát điện:
Công suất điện từ P chuyển từ rotor sang stator bằng đt
công suất cơ P đưa vào trừ đi các tổn hao cơ p , tổn hao 1 cơ
kích từ p ( khi hệ kích từ là máy phát 1 chiều trên trục rotor), t
tổn hao phụ p do các từ trường bậc cao trong lõi sắt stator và f rotor: P  P  (p  p  p ) đt 1 co t f
Công suất điện P ở đầu ra: 2 P  P  (p  p ) 2 đt cu Fe 10 5
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MĐĐB(2) P1
• Chế độ máy phát điện: coâng suaát cô treân truïc pcô
Giản đồ năng lượng ở pt chế độ máy phát: Pñt pf pFe pcu.ö P2 Coâng suaát ñieän 11
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MĐĐB(3) P P11
• Chế độ động cơ điện: C Coôâng n g su s a u át ất ñi đ e i än ệ
Đối với ĐCĐ thì ngược lại, công suất pcu.ö
điện từ truyền qua từ trường từ stator pFe sang rotor. Pñt pt pcô P : công suất điện 1 P : công suất cơ pf 2 P2 P coâng sua 2 át cô Công suất cơ 12 6 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
4.4. MFĐĐB LÀM VIỆC VỚI TẢI ĐỐI XỨNG NỘI DUNG
• Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ
• Tổn hao và hiệu suất của máy phát điện đồng bộ 2 1
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(1)
Chế độ làm việc của MFĐĐB ở tải đối xứng được đặc
trưng bởi các đại lượng: U, I, It, cos và f hoặc n.
Trong đó f = fđm, cos  tải, còn lại 3 đại lượng U, I, It có
thể thành lập được các đặc tính sau:
1. Đặc tính không tải U0 = E0 = f(It) khi I = 0, f = fđm
2. Đặc tính ngắn mạch In = f(It) khi U = 0, f = fđm
3. Đặc tính ngoài U = f(I) khi It = const, f = fđm, cos = const
4. Đặc tính điều chỉnh It = f(I) khi U = const, f = fđm, cos = const
5. Đặc tính tải U = f(It) khi I = const, f = fđm, cos = const
Các đặc tính được xác định bằng tính toán hoặc thí nghiệm. 3
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(2) • Đặc tính không tải.
là quan hệ U = E = f(I ) khi I = 0, f = f 0 0 t đm
Biểu diễn đặc tính không tải trong hệ đơn vị tương đối E* * E I 0 * t E  ; I  t U I đm t0 dòng kích từ khi không 0 It* tải I = 0, U = Uđm 4 2
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(3) • Đặc tính ngắn mạch:
là quan hệ: I = f(I ) khi U = 0, f = f . Ngắn mạch 3 pha n t đm
dây quấn: U = U = U = 0. Khi ngắn mạch nếu bỏ qua r thì A B C ư
tải của máy phát là dây quấn phần ứng nên nó được coi là
thuần cảm ψ = 900 I  .Icos  0 q I  .Isin   I d E Mạch điện thay thế và
đồ thị véctơ lúc ngắn mạch: -j.Id.x­ d x­ j.Id.x­  E0 x­d t I ­ d  ­ d 5
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(4) • Đặc tính ngắn mạch:
Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng có tính khử từ, mạch từ
của máy không bão hòa do từ thông khe hở  cần thiết để
sinh ra E = E – I.x = I.x = E 0 ưd ư
 rất nhỏ  quan hệ I = f(It) tuyến tính. I It 6 3
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(5) • Đặc tính ngắn mạch:
Tỷ số ngắn mạch K: là tỷ số giữa dòng điện ngắn mạch
khi không tải I ứng với dòng điện kích từ I sinh ra E = U n0 t0 0 đm
và dòng điện định mức I . đm In0 K  Iđm
Khi ngắn mạch: U = 0  E  U  I. j  x .  I. j  x . 0 đm n0 ud n0 u  U U I U đm đm 1 I   n0 đm  K    n0 x  x x * ud u  d I x I . đm d đm xd * Thường x
> 1 nên K < 1, hay I < I  dòng điện ngắn d n0 đm
mạch xác lập của MFĐĐB không lớn, đó là do tác dụng khử
từ của phản ứng phần ứng. 7
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(6) • Đặc tính ngoài:
là quan hệ U = f(I) khi It = const, f = fđm, cos = const.
Các đường đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tải:
Dòng điện It ứng với U = Uđm, I = Iđm, cos = cosđm và f =
fđm gọi là dòng điện kích từ định mức Itđm.
­ Khi tải có tính cảm (RL): khi I tăng  ưd tăng, phản ứng
phần ứng có tính khử từ   giảm  E giảm  U giảm
­ Khi tải có tính dung (RC): khi I tăng  ưd tăng, phản
ứng phần ứng có tính trợ từ   tăng  E tăng  U tăng
­ Khi tải trở (R): khi I tăng, phản ứng phần ứng cũng có
tính khử từ nhưng nhẹ hơn khi tải có tính cảm   giảm 
E giảm  U giảm. Đồng thời khi I tăng, do có sụt áp trên R nên U giảm. 8 4
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(7) • Đặc tính ngoài: U Uñm RC
Muốn cho điện áp không đổi  E0
thay đổi dòng kích từ It để  Uñm R
không đổi  E không đổi  có RL điện áp U mong muốn.
Độ thay đổi điện áp định mức 0 Iñm I ΔU : đm E  U U  % 0 đm  .100 đm Uđm
Máy phát tuabin hơi có x lớn hơn máy phát tuabin nước nên d
có ΔU % lớn hơn máy phát tuabin nước. đm 9
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(8) It • Đặc tính điều chỉnh: RL
là quan hệ: I = f(I) khi U = const, f R t It0
= f , cos = const. Nó cho biết chiều đm RC
hướng điều chỉnh dòng I để U không t đổi. 0 Iñm I
Với tải cảm(RL): khi I tăng   tăng, phản ứng phần ứng ưd
có tính khử từ   giảm  E giảm  U giảm. Để U = const  tăng It.
Tương tự với tải dung (RC): khi I tăng  ưd tăng, phản ứng
phần ứng có tính trợ từ   tăng  E tăng  U tăng. Để U = const  giảm It. 10 5
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(9) • Đặc tính tải:
là quan hệ U = f(I ) khi I = const, f = f , cos = const. t đm
Ứng với các giá trị khác nhau của I và cos ta sẽ có các
đường đặc tính tải khác nhau. Trong đó đặc biệt nhất là
đường đặc tính tải thuần cảm, khi cos = 0, ( = 900) và I = I U,I đm
Đặc tính tải thuần cảm có thể I = 0 A' A'
suy ra từ đặc tính không tải và I = Iñm 1 B' B' C' C' tam giác điện kháng. 2 Iñm A 3 0 B C It 11
CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MFĐĐB(10) U,I Tam giác điện kháng: I = 0 A' A' Lấy I I = Iñm 1
n = Iđm chiếu lên (2), chiếu xuống B' B' C' C' được điểm C  OC = I 2 tn, Itn gồm 2 phần: Iñm A 3 0 B C It
Một phần khắc phục phản ứng khử từ của phần ứng BC =
kưd.Fưd sinh ra Eưd, vậy BC ∼ Iđm.
Một phần OB = OC ­ BC sinh ra Eư = Iđm.xư = AB
Tam giác ABC gọi là tam giác điện kháng, có 2 cạnh AB và BC tỷ lệ với Iđm.
Xây dựng đặc tính tải thuần cảm từ đặc tính không tải và tam giác điện kháng:
Tịnh tiến ΔABC với đỉnh A trên đường (1) thì đỉnh C sẽ vẽ
nên đường (3) với ΔA'B'C'. Khi có xét đến bão hoà đường (3)
là đường nét đứt với ΔA"B"C". 12 6
TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT CỦA MFĐĐB(1)
Tổn hao đồng: tổn hao trên điện trở dây quấn phần ứng.
Tổn hao sắt từ: do dòng điện xoáy và từ trễ.
Tổn hao kích từ: trên điện trở dây quấn kích từ r và tiếp t xúc chổi than.
Tổn hao phụ: do từ trường tản và sự đập mạch của từ trường bậc cao.
Tổn hao cơ: tổn hao do ma sát ổ bị, ổ đỡ, làm mát...
Hiệu suất của máy điện đồng bộ:   P
công suất đầu ra của máy 2 P  2 p tổng tổn hao trong máy 13 7 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
4.4. MFĐĐB LÀM VIỆC SONG SONG NỘI DUNG
• Các phương pháp hòa đồng bộ
• Điều chỉnh công suất tác dụng và phản kháng
của các máy làm việc song song 2 1
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)  Tại sao lại cần hòa đồng bộ các máy phát điện
 Điều kiện gì để đóng khóa S 3
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
Trong hệ thống điện lực, tần số lưới điện f = const. Khi ghép L
1 MFĐ làm việc //  điều chỉnh f = f : F L f n L  (v / s) i pi U  U
Khi ghép MFĐ làm việc // cần I F L    0 cb Z  Z F L U1 ULA UFA L
Dòng điện I  mà lực và momen cb F
điện từ ~ I2  phá hỏng dây quấn, UFB
kết cấu thép, lõi thép, trục… của MF. U U LC 2 ULB U3 UFC 4 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1) Để triệt tiêu I  cb
trị số điện áp tức thời của MFĐ và lưới điện
phải bằng nhau, tức là phải đảm bảo các điều kiện sau:
- Chúng có biên độ bằng nhau: UF = UL
- Chúng cùng pha theo thời gian.
- Thứ tự pha của MFĐ trùng thứ tự pha của lưới. 5
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
Khi ghép song song các máy phát cần điều chỉnh thế nào?
- Điều chỉnh UF được thực hiện bằng cách thay đổi It - Điều chỉnh f  F
thay đổi tốc độ động cơ sơ cấp.
- Sự trùng pha  có thể kiểm tra bằng đèn
- Thứ tự pha thường chỉ kiểm tra lần đầu khi hòa đồng bộ với lưới. 6 3
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
• Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu ánh sáng đèn
Phương pháp này áp dụng cho MFĐĐB công suất nhỏ, thực
hiện bằng kiểu nối “tối” hoặc kiểu ánh sáng đèn “quay” Kiểu nối “tối” Ánh sang đèn “quay” 7
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
• Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu ánh sáng đèn
Hòa đồng bộ kiểu nối tối: UL,fL Sơ đồ hòa đồng bộ 1 D1 D2 3 2 F1 F2 UF,fF It1 It2 8 4
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
Khi hòa đồng bộ cần điều chỉnh đồng thời U , f của máy F F phát F . 2
U  kiểm tra bằng volmet theo điều kiện U = U F F L
Tần số và thứ tự pha  kiểm tra bằng bộ đồng bộ với 3 đèn 1,2,3 U1
Nếu thứ tự pha MF  lưới, khi f  f F L ULA UFA L
 điện áp đặt vào các đèn đều là U (0 F
< U < 2U )  3 đèn cùng sáng hoặc F UFB
tối với tần số f - f . Điều chỉnh f khi U U LC 2 F L F ULB
chu kỳ sáng( tối) bằng 3 5s, lúc đó f  U3 F UFC
f , khi đèn tắt hẳn thì ghép MF vào lưới. L
Hình sao điện áp khi nối tối 9
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
Hòa đồng bộ kiểu ánh sáng đèn “quay”: UL,fL 1 D1 D2
Nếu các đèn cùng sáng (tối)  3 2
thứ tự pha của chúng khác F1 F2 UF,fF
nhau  đổi 2 trong 3 đầu dây. It1 It2 10 5
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
Hòa đồng bộ kiểu ánh sáng đèn “quay”: U1 ULA UFA L F
Giả sử thứ tự pha giống nhau, ta có U
hình sao điện áp như sau: FB ULC U3 ULB U2 UFC
khi f  f điện áp đặt vào các đèn  nhau: 0  U  2U  F L F
các đèn 1,2,3 lần lượt sáng và tối tạo thành ánh sáng đèn
“quay”. Điều chỉnh f để ánh sáng quay thậy chậm  f  f . F F L
Khi đèn 1 tắt hẳn và các đèn nối chéo 2,3 sáng bằng nhau 
điện áp U và U trùng pha  đóng cầu dao D . F L 2 11
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
• Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ:
Để ghép // các MFĐ công suất lớn trong nhà máy điện 
dùng cột đồng bộ ( bộ đồng bộ kiểu điện từ)
Cột đồng bộ gồm 3 dụng cụ:
- 1 volmet có 2 kim: 1 kim chỉ UF, 1 kim chỉ UL
- 1 tần số kế có 2 dãy phiến rung chỉ đồng thời fF và fL
- 1 dụng cụ đo làm việc theo nguyên lý từ trường quay
có kim quay với tần số fF - fL. tốc độ quay của kim phụ thuộc vào trị số f  F - fL , khi fF
fL thì kim quay thật chậm, lúc kim
trùng đường thẳng đứng và hướng lên trên thì đóng cầu dao. 12 6
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ (1)
• Phương pháp tự đồng bộ:
 Quay máy phát không được kích từ ( UF = 0) với dq kích từ
nối tắt qua điện trở triệt từ đến tốc độ xấp xỉ tốc độ đồng bộ.
 đóng cầu dao ghép MFĐ vào lưới mà không cần kiểm tra
tần số, trị số và góc pha của điện áp.
 Sau đó cho kích từ MFĐ, do tác dụng của momen đồng bộ,
MFĐ được lôi vào tốc độ đồng bộ fF = fL . 13
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
1. CÁC ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ:
Đặc tính góc công suất tác dụng:
là quan hệ P = f(θ) khi E0 = const, U = const, với θ là góc tải giữa véc tơ E0 và U. q
Với máy điện đồng bộ cực lồi: E jdxd
r << x , x  để đơn giản ta bỏ qua r ư d q ư U jqxq .
Phương trình cân bằng điện áp: I q U  E  I j x .  Ij x . 0 d d q q    d d 14 7
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
1. CÁC ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ:
Công suất đầu cực của máy đồng bộ:
P = m.U.I.cos = m.U.I.cos( - )
= m.U.(I.cosψ.cosθ + I.sinψ.sinθ = m.U.(I .cosθ + I .sinθ) q d
Từ đồ thị vectơ ta có: E  . U cos   0 . U sin I  ; I  d q x x d q  P  . U . m (I cos   I sin ) q d 2 2  U . m .sin .cos   E . m U . 0 .   U . m sin .sin .cos  x x x q d d 2  E . m U . 0 .sin   U . m 1 (  1 ).sin 2 = P + P x 2 x x e ư d q d 15
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
1. CÁC ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ: P
Công suất tác dụng của máy Pe
đồng bộ cực lồi có hai phần: -1800 Pö -900 1800 
- Một phần P tỷ lệ với sinθ và 0 e
phụ thuộc vào E ( hay kích 0 từ i )t Ñoäng cô Maùy phaùt
- Một phần P tỷ lệ với sin2θ ư
không phụ thuộc vào kích từ. 16 8
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
1. CÁC ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ:
Với máy điện đồng bộ cực ẩn: P x  x  P  E . m U . 0 .sin  d q xd -180 0 1800  0 Ñoäng cô Maùy phaùt 17
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
1. CÁC ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ: •
Đặc tính góc công suất phản kháng.
là quan hệ Q = f( ) khi U, n(f) = const Q
Q = m.U.I.sin = m.U.I.sin( - )
= m.U.(I.sinψ.cosθ - I.cosψ.sinθ) = m.U.(I .cosθ – I .sinθ) d q   
tương tự như xác định P =f(θ), 0
thay giá trị I và I ta có: d q Ñoäng cô Maùy phaùt E . m U . U . m 2 1 1 U . m 2 1 1 Q 0  .cos   (  ).cos 2  .(  ) x 2 x x 2 x x d q d q d 18 9
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
2. ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CỦA MFĐĐB:
• Điều chỉnh công suất tác dụng P của MFĐĐB:
Khi điều chỉnh công suất tác dụng để MĐĐB làm việc ổn
định  ta xét cân bằng tĩnh của MĐĐB. Giả sử MĐĐB cực ẩn: P Pm P  E . m U . 0 .sin   P .sin  Pcb x max d A B  0  m  19
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
ở chế độ làm việc xác lập, công suất tác dụng P ứng với 
nhất định cân bằng công suất cơ trên trục làm quay MFĐ. P const co  P M co  const co   P M  f ()  M .sin  đt  max
Phương trình cân bằng momen: dn M  M J co đt dt 20 10
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1) P P P m cb +/ Điểm A: A B
Giả sử vì một lý do nào đó Pcơ
tăng trong một thời gian ngắn  0  m   n > n   đb
thêm   M thêm M  M(A +) > M 
cơ ( Mquay)  Mcản > Mquay rotor quay chậm lại: n
  về giá trị ban đầu  =    A , Mđt = MA , Pđt = PA
Giả sử n  < n     đb Mcản < Mquay rotor quay nhanh hơn: n   = A 21
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1) +/ Điểm B: P
Giả sử khi n > nđb   M  P P m cb
Mcản < Mquay  rotor quay
nhanh hơn: n   mãi  MFĐ A B
sẽ mất đồng bộ với lưới điện.
 Điều kiện làm việc ổn định của  0  m  MĐĐB: dP 0 d
= Pcb : gọi là công suất chỉnh bộ
P đặc trưng cho khả năng giữ cho máy làm việc đồng bộ cb trong lưới điện. 22 11
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1) với máy cực ẩn: P  E . m U . 0 .cos  P .cos cb x max d
P càng lớn  khả năng làm việc đồng bộ với lưới càng lớn. cb
Xem xét sự ảnh hưởng tới P : cb
- E = f(I ): khi I   E   P  P  0 t t 0 max cb
 khả năng làm việc ổn định với lưới tăng   x  : khi x   P
    P   khả năng làm x  ud d max cb
d xu việc ổn định với lưới giảm. - Tỷ số ngắn mạch I 1 n0 K  
luôn muốn có K   x   P  n * I n d cb đm xd 23
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
Trường hợp MFĐĐB làm việc ổn định khi công suất
nguồn hạn chế: P = Ptải = const
Giả sử có 2 MF công suất bằng nhau làm việc //.
Khi công suất máy I: P    I
PII để: PI + PII = Ptải = const nếu P  Fát > Ptải f  P  Fát < Ptải f 
Công suất phản kháng Q cũng như vậy: Q   I + QII = const nếu Q  Fát > Qtải U  Q  Fát < Qtải U  24 12
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
Đặc tính điều chỉnh CS phản kháng ( đặc tính chữ V):
Ta xét đặc tính điều chỉnh cspk của MFĐĐB làm việc trong
lưới có công suất vô cùng lớn  U,f = const khi P = const
Xét MĐĐB cực ẩn: x = x = x , r  0 d q đb ư Đồ thị vectơ sđđ: p const E0 jIxðb E'0 U m Ea n Ia I  E' 0  0 q 25
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1) E . m U . p const P 0  .sin   const x E0 d jIxðb U,m,x  const E'0 U d khi I = var t   E .sin const E, var 0 m Ea n Ia I  E' 0  
khi điều chỉnh cspk điểm cuối E0 0 q
luôn nằm trên đường pq. Lại có P = m.U.I.cos = const U,m const khi It = var có   .Icos const  ,Icos var
 khi điều chỉnh cspk điểm cuối vectơ I
luôn dựa trên mn thẳng góc U  26 13
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1) p const E0 jIxðb E'0 U Muốn điều chỉnh CSPK m Ea n Ia I
 Điều chỉnh dòng I của MFĐĐB.  E' 0  t 0 q
- Khi I   I ,  ;  = 0  cos = 1, I = I , E = E t a 0 a
khi I vượt pha U :  < 0  I > I , cos < 1, E < E  I  a 0 a t
- Gọi dđ kích từ ứng với cos = 1: I  E = E , I=I =I , Q ta 0 a a min =0 27
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1) p const E0 jIxðb E'0 U m Ea n Ia I  E' 0  0 I  I q a  khi I > I 
I chậm pha so với U  tải có t ta   E  E 0 a  tính cảm  Q > 0:
MFĐĐB cấp công suất phản kháng vào lưới  trường hợp bù thừa. khi I < I  I  I t ta a 
 I vượt pha so với U  tải có tính E   E 0 a  dung  Q < 0:
MFĐĐB nhận công suất phản kháng từ lưới ( do không đủ
kích từ)  trường hợp bù thiếu. 28 14
ĐIỀU CHỈNH CS TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG (1)
Với mỗi giá trị P =const, thay đổi Q ta xác định được quan
hệ I =f( I ) gọi là đặc tính chữ V của MFĐĐB: t I > I  I I t ta Bù cos
I  < I nhưng không giảm mãi thiếu t ta B Pdm Pdm C mà tới Itmin Pdm Đường AB có cos = 1 min Bù thừa - Bên trái AB: bù thiếu - Bên phải AB: bù thừa ta A t
- Trên đường AB: bù đủ 29 15 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1 5.1. TỔNG QUAN VỀ MĐ1C NỘI DUNG • Cấu tạo • Nguyên lý làm việc
• Các đại lượng định mức
• Phân loại và ứng dụng. 2 1 CẤU TẠO (1) 3 CẤU TẠO (1) • Phần tĩnh (stator)
Phần tĩnh hay còn gọi là phần cảm gồm có cực từ và gông
từ làm bằng thép tấm, thép khối. Stato Cöïc töø chính N Cöïc töø phuï S N Roto goâng töø S 4 2 CẤU TẠO (1) • Phần tĩnh (stator)
- Cực từ chính gồm có lõi sắt
cực từ và dq kích từ, là bộ phận sinh ra từ trường.
- Cực từ phụ đặt giữa các cực
từ chính dùng để cải thiện đổi chiều.
- Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. 5 CẤU TẠO (1) • Phần tĩnh (stator)
Trên stator còn đặt các bộ phận khác như nắp máy và cơ cấu chổi than. 6 3 CẤU TẠO (2) • Phần quay (rotor)
- Phần quay hay còn gọi là phần ứng, gồm lõi thép, dây quấn phần ứng và vành góp.
- Lõi thép ghép bằng thép KTĐ có xẻ rãnh để đặt dây quấn. 7 CẤU TẠO (2) • Phần quay (rotor)
- Vành góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều  1
chiều. Vành góp gồm nhiều phiến góp bằng đồng ghép lại. 8 4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (1) MĐĐB
phần cảm: sinh ra  , đặt trên rotor kt
phần ứng: sinh ra sđđ E, đặt trên stator MĐ1C
phần cảm: sinh ra  , đặt trên stator kt
phần ứng: sinh ra sđđ E, đặt trên rotor
bộ phận đổi chiều: gồm vành góp (trên rotor)
và chổi than ( đặt trên giá đỡ gắn vào vỏ máy) 9 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (2) Xét sơ đồ cấu tạo:
- Phần cảm: gồm có hai cực từ
- Phần ứng: là một vòng dây, hai đầu vòng dây phần ứng nối với hai thanh góp. b - Hai chổi than. B N i a A + D et Rt i c . d et l B S đường kính phần ứng
chiều dài thanh dẫn phần
ứng trong từ trường kích từ 10 5 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (3) •
Chế độ máy phát điện: b B N i
Khi kéo roto quay, các thanh dẫn a A + D et
phần ứng cắt từ trường cực từ Rt i c  cảm ứng sđđ: E . t = B.l.v d et l B
Chiều?  quy tắc bàn tay phải. S
- Phần ứng quay theo chiều kim đồng hồ, ở thanh dẫn phía
trên chiều sđđ đi vào từ a  b, ở thanh dẫn phía dưới chiều
sđđ đi ra từ c  d. Sđđ của phần tử bằng hai lần sđđ của thanh dẫn: Ev = 2.Et = 2.B.l.v
Khi nối tải  trên tải sẽ có dòng điện từ B  A. 11 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (4)
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của phần tử thay
đổi, thanh ab ở cực S còn dc ở cực N, sđđ trong thanh dẫn sẽ
đổi chiều. Do chổi than vẫn đứng yên nên chiều dòng điện ở mạch ngoài không đổi.
Sđđ trong thanh dẫn e là sđđ xoay chiều với tần số f = t p.n/60 e e maïch trong t e e maïch ngoaøi t 12 6 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (5)
Phương trình cân bằng điện áp: U = E – I.rư
điện áp rơi trên dây quấn phần ứng sđđ của phần ứng điện áp đầu cực máy B N Fðt + e,i Choåi than 1 1
Đường trung tính hình học: Bt = 0 e,i . Fðt
Chổi than đặt trên đường S trung tính hình học: 1-1 13 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (6)
Thanh dẫn mang dòng điện trong từ trường chịu tác dụng của lực điện từ F : đt F = B.i.l đt
F xác định theo quy tắc bàn tay trái đt
Cặp lực điện từ F tác động tạo thành ngẫu lực  M đt D M  F . 2 .  F D . đt 2 đt
ngược chiều quay của rotor  M điện từ cản
Khi n = const: F = F  v.F = v.F =B.i.l.v = e .i cơ đt cơ đt t cơ năng điện năng 14 7 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (7) •
Xét chế độ động cơ điện: B Fñt N i + i Fñt - S
Đặt điện áp U vào 2 chổi than, ví dụ chổi A (+), chổi B (-)
 trong thanh dẫn có dòng điện I  0  F , M . Dòng điện đt đt
trong thanh dẫn dưới cực S và N luôn có chiều không đổi  F có chiều không đổi. đt Lúc này M là momen quay: đt M  n  I >< I đt ĐC MF 15 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC (8)
Khi động cơ quay, các thanh dẫn cắt từ trường  cảm
ứng sđđ E xác định theo quy tắc bàn tay phải.
 phương trình cân bằng điện áp: U = E + I.rư U.I = E.I + I2.rư điện năng cơ năng tổn hao dây quấn 16 8
CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐỊNH MỨC (1)
Các đại lượng định mức của MĐ1C gồm:
- Công suất định mức: Pđm (kW, W)
- Điện áp định mức: Uđm (V)
- Dòng điện định mức: Iđm (A)
- Tốc độ định mức: nđm (vòng/phút)
Ngoài ra còn có các thông số khác như kiểu máy, phương
pháp kích từ, dòng điện kích từ… 17 9 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
5.2. DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU NỘI DUNG • Khái niệm chung • Dây quấn phần ứng 2 1 KHÁI NIỆM CHUNG (1)
Dây quấn phần ứng MĐ1C là phần dây quấn đặt trong các
rãnh của lõi thép phần ứng. Dây quấn phần ứng là bộ phận
tham gia trực tiếp quá trình biến đổi năng lượng điện từ trong
máy và chiếm tỷ lệ đáng kể trong giá thành máy.
Yêu cầu đối với dây quấn phần ứng:
- Sinh ra được sđđ cần thiết, cho dòng điện định mức đi
qua lâu dài mà không phát nóng quá mức cho phép. Độ bền điện 18 đến 20 năm.
- Tiết kiệm được vật liệu, kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy và an toàn. 3 DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (1) • Cấu tạo:
Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối với nhau tạo
thành mạch kín, phần tử là phần cơ bản nhất của dây quấn
gồm 1 vòng dây hay nhiều vòng dây đặt trong cùng các rãnh
có 2 đầu nối với 2 phiến góp khác nhau. Phần tử: Wp=1 Wp=2 4 2 DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (2)
Dq phần ứng thường thực hiện 2 lớp. Để giảm bớt số rãnh
thực so với số phần tử, trong 1 rãnh có thể có một hoặc nhiều cặp cạnh tác dụng.
Rãnh nguyên tố u: là không gian của rãnh thực trong đó
chứa 1 lớp dây trên và 1 lớp dây dưới.
Gọi Z là số rãnh thực  số rãnh nguyên tố: Z = u.Z ngt
Vì 1 rãnh nguyên tố có đặt 2 cạnh tác dụng, 1 phần tử
có 2 cạnh tác dụng và mỗi phiến góp cũng nối với 2 cạnh tác
dụng của 2 phần tử nối tiếp nhau  Z = S = G ngt với G là số phiến góp 5 DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (3)
Kiểu dây quấn: có hai kiểu dây quấn - Dây quấn xếp - Dây quấn sóng y y y1 y1 y2 y2 1 m n 1 2 3 yG yG = 1 6 3 DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (4) +/ Các bước dây quấn:
- Bước dây quấn thứ nhất: là khoảng cách giữa hai cạnh
tác dụng của một phần tử Z
y  ngt   = số nguyên 1 2p
- Bước dây quấn thứ hai: là khoảng cách cạnh thứ hai của
phần tử thứ nhất và cạnh thứ nhất của phần tử thứ hai.
- Bước dây quấn tổng hợp ( y ): là khoảng cách giữa hai
cạnh của hai phần tử liền kề.
- Bước dây quấn trên vành góp: khoảng cách giữa hai
phiến góp của một phần tử. 7 DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (5) •
Điều kiện đối xứng của dây quấn phần ứng MĐ1C d
d: trục của từ trường kích từ N
1-1: đường trung tính hình học, Choåi than có B = 0 1 1 t
Có bao nhiêu cặp chổi than thì Iö Iö
có bấy nhiêu cặp nhánh song song S
Gọi a: số đôi mạch nhánh song song → I i u   const u a 2
Nếu i khác nhau sẽ xuất hiện dòng cân bằng: I  0 → tổn ư cb hao dây quấn tăng. 8 4 DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (6)
Điều kiện đối xứng của dây quấn ( để I → 0): cb
1. Mạch từ phần cảm và phần ứng đối xứng.
2. Dây quấn phần ứng trong các mạch nhánh song song
nằm tương ứng với nhau trong từ trường phần cảm. Zngt là số nguyên chẵn a 2p là số nguyên a
Trong thực tế để loại trừ Icb do chế tạo → có các dây cân
bằng điện thế nối ở một số điểm mà điện thế về mặt lý thuyết bằng nhau. 9 DÂY QUẤN PHẦN ỨNG (6)
Điều kiện đối xứng của dây quấn ( để I → 0): cb Bổ sung các thanh dẫn cân bằng điện thế, làm nhiệm vụ nối ngắn mạch các điểm đẳng thế của dây quấn xếp 10 5 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
5.3. QUAN HỆ ĐIỆN TỪ TRONG MD1C NỘI DUNG
• Sức điện động phần ứng của máy điện một chiều
• Momen điện từ và công suất
• Cân bằng năng lượng trong máy điện một chiều. 2 1
SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHẦN ỨNG CỦA MD1C(1)
Cho dđ một chiều vào dq kích từ thì trong khe hở sẽ sinh ra từ
thông, khi phần ứng quay với tốc độ n, giả sử theo chiều kim đồng hồ
Từ thông quét qua dây quấn phần
ứng  cảm ứng lên thanh dẫn sđđ: E = B .l.v t tb  n . D . n
vận tốc dài thanh dẫn v   . 2  p . chiề60 u dài than 6h0 dẫn
từ cảm trung bình trong đ k ư h ờ e n h t ở ố g c k íđ n ộ h q n u g  B  a o y à ip h p ầ h n ầ n ứ n ứ g n tb  l. D 
luồng từ thông tổng trong 1 bước cực   n : bước cực  E  2 . p .  2p t 60 3
SỨC ĐIỆN ĐỘNG PHẦN ỨNG CỦA MD1C(2)
Gọi N là tổng số thanh dẫn của dq  1 mạch nhánh song
song có N/2a thanh dẫn nối tiếp nhau  sđđ dây quấn phần ứng là: N N . p Eư  E .  . n . a 2 t 6 a 0 . p N Với C  e
: hằng số máy điện theo sđđ 6 a 0
Chiều sđđ E phụ thuộc vào chiều , n và xác định theo quy ư tắc bàn tay phải. 4 2
MÔ MEN ĐIỆN TỪ VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MD1C(1)
Khi máy điện làm việc, trong dq phần ứng có dòng điện. Giả
sử thanh dẫn có dòng điện i với chiều như trên hình vẽ  ư
thanh dẫn sẽ chịu 1 lực điện từ tác động có chiều xác định
theo quy tắc bàn tay trái, có độ lớn: f = B .l.i tb ư I  u Với i = B  ư 2a tb  l.
Momen điện từ tác dụng lên dq phần ứng: D M  f. N . 2
đường kính ngoài phần ứng: 2  D  . p
tổng số thanh dẫn của dq  5
MÔ MEN ĐIỆN TỪ VÀ CÔNG SUẤT ĐIỆN TỪ CỦA MD1C(2) N . p  M  . I.  C . I. [ m . N ] 2 a u M u  N . p
hằng số máy điện theo momen C  M 2 a 
Công suất ứng với momen điện từ gọi là công suất điện từ: P = M. 2 n  đt
tốc độ góc phần ứng   60 . p N 2 n  N . p  P  . I . .  n . . I. đt u u 2 a  60 6 a 0 = E .I = M. ư ư (cs điện) (cs cơ) 6 3
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MD1C(1) •
Tổn hao trong máy điện 1 chiều:
- Tổn hao cơ pcơ: tổn hao do ma sát chổi than với vành
góp, quạt gió, tổn hao ở ổ bi…
- Tổn hao sắt pFe: tổn hao do từ trễ trong lõi thép
- Tổn hao đồng pcu: gồm tổn hao đồng ở dây quấn phần
ứng pcu.ư và tổn hao đồng ở dây quấn kích từ pcu.t
- Tổn hao phụ pf: tổn hao phụ trong đồng và thép, thường pf = 1% Pđm 7
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MD1C(1)
Giản đồ năng lượng chế độ máy phát:
Gọi P là công suất cơ đưa vào trục MF, một phần gây 1
ra tổn hao p và p , phần lớn biến thành công suất điện từ : cơ Fe P = P - p - p = P – P đt 1 cơ Fe 1 0  M. = M . - M . 1 0
 phương trình cân bằng momen: M = M - M 1 0
Công suất điện đầu ra: 2 P = P – p = E . I – 2 đt cu.ư ư ư I r u ư = U. Iư
 phương trình cân bằng điện áp: Pñt = M. P2=U.Iö U = E - I r P =Eö.Iö 1 = M1. ư ư ư p p p cu 0 t 8 4
CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRONG MD1C(1)
Giản đồ năng lượng chế độ động cơ:
Ở chế độ động cơ công suất nhận vào là công suất
điện, công suất đưa ra là công suất cơ: 2 P = P + p = E . I + I r 1 đt cu.ư ư ư u ư = U. Iư
 phương trình cân bằng điện áp: U = E + I r ư ư ư
Công suất cơ đưa ra đầu trục: P = P - P Hay M = M - M 2 đt 0 2 0
 Phương trình cân bằng momen: M = M + M 2 0 Pñt = M. P P 2 = M2. 1 = U.I =Eö.Iö P0 = pcô + pcu p pcu t 9 5 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1 5.4. TỪ TRƯỜNG TRONG MD1C NỘI DUNG
• Từ trường khi không tải
• Từ trường khi có tải 2 1
TỪ TRƯỜNG KHI KHÔNG TẢI (1)
Từ trường trong MĐ1C chủ yếu do cực từ và dòng điện phần ứng Iư sinh ra. . Khi không tải: I + ư = 0  từ trường N
trong máy chỉ do từ trường cực từ,
kích thích bởi dòng kích từ I  t 0. 1 1  Bt = 0
t – Từ trường kích từ  =   t + ư = t d  theo phương dọc trục S . + 3
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (1)
Khi máy có tải, ngoài từ trường cực từ còn có từ trường phần
ứng do dòng điện phần ứng Iư. Tác dụng của từ trường phần
ứng lên từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng làm hình
thành từ trường tổng ở khe hở không khí lúc có tải. 4 2
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (2)
• Từ trường của phần ứng
Khi chổi than nằm trên đường trung tính hình học: Ở chế độ MF: . + N
dòng điện i (+) ở phía cực N + Iö
dòng điện i (-) ở phía cực S + + 1 1 ö
Dòng điện cùng chiều sđđ cảm ứng . . Bt = 0 . Ở chế độ ĐC: S . +
dòng điện ngược chiều sđđ cảm ứng
 dòng điện có chiều ngược lại. 5
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (3)
TT tổng ư nối giữa 2 chổi than với nhau, như vậy khi chổi
than nằm trên đường trung tính hình học    ư trục q 
phản ứng phần ứng theo hướng ngang trục.
Trong khe hở không khí  có từ trường tổng:  = t + ư
Ở nửa trái cực bắc N, đối diện phần ứng đi vào:  ư><t <t
Ở nửa phải cực bắc N, đối diện phần ứng đi ra: . + N    ư t >t + Iö + + Tương tự với cực nam: 1 1 ö
Đối diện phần ứng đi vào:  Bt = 0 ư >< t . . .
Đối diện phần ứng đi ra:    ư t S . + 6 3
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (4)
 Ở chế độ máy phát: Đối diện phần ứng đi vào: ư >< t
Đối diện phần ứng đi ra:    ư t
Ở chế độ động cơ: ngược lại
Như vậy: từ trường tổng B = 0 không nằm trên đường
trung tính hình học nữa, dịch chuyển về phía có từ trường lớn
hơn. Đường 1’-1’ có B = 0 gọi là đường trung tính vật lý. 7
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (5)
Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học 1-1: . + N
Dòng điện phần ứng theo cung 1' +
ab và cd  tạo từ thông  >< ưd a + + c öd 1 ö 1 t . + n
Dòng điện phần ứng theo cung b . MF . . d 1'
ac và bd  tạo từ thông ưq S . + 8 4
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (6) Ở chế độ máy phát:
Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học theo chiều quay
roto  phản ứng phần ứng khử từ.
Khi chổi than dịch khỏi trung tính hình học ngược chiều
quay roto  phản ứng phần ứng trợ từ với t.
Ở chế độ động cơ:  ngược lại.
Trong MĐ1C, do yêu cầu về đổi chiều, chỉ cho phép dịch
chuyển chổi than theo chiều quay của phần ứng ( trong
trường hợp MF) hay ngược chiều quay của phần ứng (trường hợp ĐC). 9
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (7)
Phản ứng phần ứng ( ảnh hưởng khử từ của phản ứng phần ứng ngang trục)
Ta xét phản ứng phần ứng khi chổi than nằm trên
đường trung tính hình học 1-1. Để thấy rõ sự thay đổi của từ
trường khe hở khi có phản ứng phần ứng ta biểu thị các
đường biểu diễn từ cảm cực từ B và từ cảm phần ứng B dọc t ư
khe hở dưới một đôi cực từ rồi lấy tổng của chúng. 10 5
TỪ TRƯỜNG KHI CÓ TẢI (8)
Để có từ cảm phần ứng B ta vẽ ư S N
sức từ động phần ứng F : ưx . . . . . + + + + + F = A.2x = H .2 ưx ưx Fö Bö
Từ cảm phần ứng B ở khe hở: ưx B =  .H = x . A . ưx 0 ưx 0 B 
hệ số dẫn từ cường độ từ trường
khe hở không phần ứng ở cách Bt khí gốc 1 đoạn x
Dưới mặt cực khe hở  = const  B là đường thẳng ư
giống như F . Ở giữa 2 cực chiều dài đường từ trong khe hở ưx
không khí tăng lên  B giảm. ư B = B + B t ư 11 6 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
5.5. ĐỔI CHIỀU DÒNG ĐIỆN TRONG MD1C NỘI DUNG • Khái niệm chung • Quá trình đổi chiều
• Các biện pháp hạn chế tia lửa điện 2 1 KHÁI NIỆM CHUNG (1)
Ta biết, khi chuyển động trong từ trường của 1 cực,
mỗi phần tử dq thuộc một nhánh song song và có chiều nhất
định, khi sang cực kế tiếp dđ trong nó có chiều ngược lại.
Đổi chiều là toàn bộ các hiện tượng xảy ra của dòng
điện trong phần tử dq phần ứng khi nó dịch chuyển từ nhánh
song song này vào nhánh song song khác, dòng điện trong
chúng có chiều ngược lại.
Trong quá trình đổi chiều các cạnh tác dụng của phần
tử đi vào vùng trung tính hình học và bị chổi than nối ngắn
mạch, dòng điện trong phần tử được đổi chiều sau đó đi vào nhánh song song khác. 3 QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (1)
Để có khái niệm cụ thể ta xét quá trình đổi chiều dòng điện
trong phần tử b dây quấn xếp đơn:
Quá trình đổi chiều trong dq: - Khi t = 0: chổi than phủ
hoàn toàn lên phến 1, dòng
điện chạy trong phần tử là (+i ) ư
- Khi t = TK: chổi than phủ hoàn toàn lên phến 2, phần tử đã
chuyển sang nhánh song song khác, dòng điện trong nó đổi chiều thành (-iư) 4 2 QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (2)
- Vị trí trung gian: 0 < t < T : phần tử bị nối ngắn mạch, K
dòng điện trong nó biến thiên phức tạp.
Gọi T : là chu kỳ đổi chiều, là khoảng thời gian mà dòng K
điện hoàn thành việc đổi chiều: b bề rộng chổi than ch T  k vv vận tốc dài vành góp Ta ký hiệu:
b : chiều rộng của phến góp p
D : đường kính của vành góp  v v v = .Dv.n = K.bp.n K: số phến góp bch    2  4 v bp 5 QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (3)
 chu kỳ đổi chiều dây quấn xếp đơn: b  b . ch v p 1 T     k v b . K n . v n . K v p
Khi máy làm việc các phần tử liên tiếp tiến hành đổi chiều, thường T  K 0,001s
Chất lượng đổi chiều phụ thuộc vào nhiều yếu tố cơ và điện.
Việc đổi chiều kém gây ra các tia lửa điện ở chổi than và mặt vành góp. 6 3 QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (4)
Để tìm nguyên nhân phát sinh tia lửa điện và từ đó nêu ra
biện pháp cải thiện đổi chiều ta nghiên cứu quy luật đổi chiều
ở phần tử dây quấn xếp đơn: b = b ch p Gọi:
i: dòng điện trong phần tử đổi chiều bị nối ngắn mạch
i1,i2: dòng điện đi qua phiến góp 1 và 2
rpt: điện trở của phần tử đổi chiều
rđn: điện trở phần đuôi nhạn, là phần nối
giữa phiến góp với đầu phần tử
rtx1, rtx2: : điện trở tiếp xúc giữa phiến góp 1, 2 và chổi than 7 QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (5)
Phương trình K1 và K2 cho nút a,b và mạch vòng phần tử:
a: i + i – i = 0  i = i + i ư 1 1 ư
b: i – i – i = 0  i = i – i ư 2 2 ư i.r + i (r + r ) – i (r + r ) = e pt 1 tx1 đn 2 tx2 đn
Với e: là tổng các sđđ cảm ứng trong phần tử đổi chiều r , r << r
, r  ta giả thiết r , r = 0 pt đn tx1 tx2 pt đn từ 3 phương trình trên: r r  t 2 x t 1 x e i  i.  u (4) r r r r t 1 x t 2 x t 1 x t 2 x i  i chính phu 8 4 QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (6) 1 1 Thực tế r , r = f(t)  tx1 tx2 ,
S , S : : tiết diện tiếp xúc giữa S S 1 2 1 2
phiến góp 1, 2 và chổi than T  t t K S  . S ; S  . S 1 2 T T
diện tích tiếp xúc toàn phần K K
Ký hiệu: r : điện trở tiếp xúc toàn phần tx S S T S T r  r .  r .  r . K K tx1 tx r  r .  r . S tx T  t tx  tx2 tx tx 1 K T t . S K S t 2 TK Thay r
, r vào biểu thức tính i (4) ta được quan hệ giữa tx1 tx2
dòng điện trong phần tử đổi chiều i với t: 2t e T2 i  1 (  ) i.  Với r  r . K u đc tx T r t(T  t) K đc K 9 QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (7)
• Đổi chiều đường thẳng: 2t
Nếu e = 0  i  i  i . 1 (  ) ch u TK
 quan hệ i = f(t) là đường thẳng
 gọi là đổi chiều đường thẳng
Nếu xét đến điện trở r  pt, rđn quan hệ
i = f(t) có dạng theo đường nét đứt.
Khi đổi chiều đường thẳng, mật độ dòng điện phía phiến
góp đi ra và đi vào chổi: i i T . T 1 1 K K phía ra: j    tg
    j  j  const 1 1 1 2 1 2 S ( S T t) S 1 K  i i T . T quá trình đổi 2 2 K K phía vào: j    tg 2 2 S t. S S chiều thuận lợi 2 10 5 QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (8)
• Đổi chiều đường cong:
Thực tế e  0  trong phần tử đổi chiều có thành phần dòng điện phụ: i  0 e f i  f rđc
Tại t = 0: phiến góp 1 tiếp xúc toàn bộ với chổi than r = ; i ( t = 0) = 0 đc f
Tại t = T : phiến góp 2 tiếp xúc toàn bộ K
với chổi than r = ; i ( t = T ) = 0 đc f K
Ta có đặc tính r , i = f(t) đc f 11 QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (9)
+/ Khi e > 0 hay i > 0  i = i + i f ch f
Ở trường hợp này dòng điện đổi chiều i
thay đổi chậm hẳn so với trường hợp đổi
chiều đường thẳng  gọi là đổi chiều
mang tính chất trì hoãn. Tia lửa điện xuất
hiện ở phía chổi than đi ra khi quá trình đổi chiều kết thúc.
Do lúc t = T , i  0  trong từ trường phần tử đổi chiều tích K f 2 lũy năng lượng 1 ( / ) 2 i. L
lớn nên khi phần tử ra khỏi từ trường f
nối ngắn mạch  năng lượng giải phóng đột ngột  xuất
hiện tỉa lửa điện, điều này giống khi ngắt cầu dao khi có tải L,r lớn. 12 6
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (10)
+/ Khi e < 0 hay i < 0 f
Trong trường hợp này dòng điện đổi chiều đi qua giá trị 0
sớm hơn đổi chiều đường thẳng  gọi là đổi chiều mang tính
chất vượt trước. Khi đổi chiều vượt trước  <   j 1 2 1 2
tỉa lửa xuất hiện ở phía chổi than đi vào nhưng ít  tương tự
như khi đóng cầu dao có tải 13
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (11)
• Các sđđ cảm ứng trong phần tử đổi chiều:
Sức điện động tự cảm: di di e  L ;  0  e  0 L dt dt L
L: điện cảm của bối dây
Trong quá trình đổi chiều, dòng điện i biến đổi từ (+)iư đến (-)iư
nên giá trị trung bình của đạo hàm trong chu kỳ đổi chiều T : K di i 2 u   2Liu  e  dt T Ltb tb K TK 2 Điện cảm L ~ Wb 14 7
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (12)
• Sức điện động hỗ cảm:
Do có thể có nhiều cặp chổi than  có nhiều cặp đổi
chiều cùng lúc, sự đổi chiều cũng xảy ra đồng thời trong các
cạnh tác dụng thuộc cùng một rãnh, hơn nữa bình thường
b > b nên chổi than nối ngắn mạch vài phần tử liên tiếp  ch p
giữa các phần tử cùng tham gia đổi chiều có liên hệ hỗ cảm rất mạnh:e   di M
dòng điện trong phần tử thứ i M  i i i dt
hệ số hỗ cảm giữa phần tử e > 0
đang xét với phần tử thứ i M e  i 2 u . M Mtb  i TK 15
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (13)
• Sức điện động phản kháng:
Các sđđ eL và eM có tác dụng đối với quá trình đổi
chiều như nhau và tổng của chúng được gọi là sđđ phản kháng: epktb = eLtb + eMtb 16 8
QUÁ TRÌNH ĐỔI CHIỀU (14) •
Sức điện động đổi chiều eđc:
Từ trường dây quấn bù, cực từ phụ  B  ngoài sđđ engoài < 0
Gọi Bđc là từ cảm tổng hợp của từ trường ngoài và từ
trường của phần ứng tại vùng trung tính  từ cảm đổi chiều
 biểu thức sđđ đổi chiều: eđc = 2.Bđc.wb.l.v < 0
Với l: chiều dài thanh dẫn cắt đường sức của từ trường đổi chiều e = epk + eđc
Để quá trình đổi chiều được thuận lợi thì sđđ đổi chiều
luôn ngược chiều với sđđ phản kháng nói trên. 17
CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ TIA LỬA ĐIỆN (1)
Tia lửa sinh ra dưới chổi than có thể do nguyên nhân cơ hoặc nguyên nhân điện từ.
Về nguyên nhân cơ có thể do: vành góp không đồng tâm với
trục, sự cân bằng bộ phận quay không tôt, bề mặt vành góp
không phẳng, lực ép chổi than không thích hợp…
Về điện do sđđ đổi chiều không triệt tiêu được sđđ phản
kháng trong phần tử đổi chiều  biện pháp:
1. Tiếp xúc tốt phiến góp - chổi than 2. Thực hiện e < 0 18 9
CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ TIA LỬA ĐIỆN (2) Cực từ phụ:
- Biện pháp cơ bản để cải thiện đổi
chiều là tạo từ trường ngoài tại vùng
trung tính bằng cách đặt cực từ phụ giữa các cực từ chính.
- Sức từ động cực từ phụ Ff >< Fưq, độ lớn Ff phải cân bằng
được Fưq và tạo nên được eđc đủ lớn làm triệt tiêu ảnh hưởng của epk. 19
CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ TIA LỬA ĐIỆN (3)
• Xê dịch chổi than khỏi trung tính hình học:
Ở máy điện nhỏ, để thay thế tác dụng của cực từ phụ,
để cải thiện đổi chiều ta có thể xê dịch chổi than khỏi trung tính hình học.
Ở trường hợp máy phát điện: để từ trường ở khu vực
đổi chiều cùng cực tính với cực từ chính mà sau khi đổi chiều
các cạnh phần tử sẽ quay tới như trường hợp cực từ phụ thì
phải dịch chổi than theo chiều quay 1 góc:
góc giữa đường trung tính hình học      và trung tính vật lý
góc có tác dụng tạo nên sđđ đổi
chiều đủ triệt tiêu sđđ phản kháng 20 10
CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ TIA LỬA ĐIỆN (4) • Dây quấn bù:
Với MĐ1C có công suất lớn P > 150kW và khi tải thay
đổi đột ngột để hỗ trợ cực từ phụ và ngăn chặn vòng lửa trên
bề mặt vành góp người ta dùng dây quấn bù. 21
CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ TIA LỬA ĐIỆN (4) • Dây quấn bù: Khi không có cuộn bù: f > ưq Khi có cuộn bù: f + bù > ưq  giảm bớt   f
cực từ phụ ít bão hòa hơn  hiệu quả cải
thiện đổi chiều tăng lên.
Dq bù làm triệt tiêu từ trường phần ứng dưới mặt cực
chính  từ trường cực chính không bị biến dạng  thuận lợi
cho quá trình đổi chiều. Vì   ư ~ Iư
để bù được từ trường này thì dây quấn
bù phải nối tiếp với dây quấn phần ứng. 22 11 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
5.6 MÁY PHÁT ĐIỆN 1 CHIỀU NỘI DUNG
• Các loại máy phát điện một chiều
• Các đặc tính của máy phát điện một chiều 2 1
CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU (1)
Máy phát điện 1 chiều được sử dụng trong nhiều ngành sản
xuất của nền kinh tế quốc dân như luyện kim, hóa chất, giao thông vân tải…
Tùy theo cách kích thích cực từ chính mà MFĐ1C
được phân loại như sau:
- MFĐ1C kích thích độc lập: sử dụng nguồn ngoài - MFĐ1C tự kích thích 3
CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU (2)
• MFĐ1C kích thích độc lập.
- MFĐ1C kích thích bằng nam châm vĩnh cửu ( với máy có công suất bé)
- MFĐ1C kích thích điện từ, nguồn kích thích lấy từ ắc quy,
lưới 1 chiều hoặc máy phát 1 chiều phụ, dùng trong trường
hợp cần điều chỉnh điện áp trong phạm vi rộng, công suất lớn. 4 2
CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU (3) • MFĐ1C tự kích thích.
Dòng điện kích thích lấy từ bản thân máy phát. Tùy theo cách
nối dây quấn kích thích ta có: KT// q KT q q KT KTnt KT song song KT nối tiếp KT hỗn hợp I = I + I I = I = I I = I = I + I ư t ư t ư tnt t// 5
CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU (4)
Kích từ hỗn hợp có đồng thời 2 dây quấn kích thích song
song và kích thích nối tiếp, tùy theo cách nối mà stđ của 2 dây
quấn có thể cùng chiều hoặc ngược chiều nhau: F  ktnt Fkt// : đấu thích ứng
Fktnt >< Fkt// : đấu đối ứng 6 3
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
MFĐ1C có 4 đại lượng đặc trưng: U, Iư, It, n. n = const, 3 đại
lượng U, Iư, It có thể thành lập được các đặc tính sau:
- Đặc tính không tải: U0 = E0 = f(It) khi I = 0, n = const
- Đặc tính ngắn mạch: In = f(It) khi U = 0, n = const
- Đặc tính ngoài: U = f(I) khi It = const, n = const
- Đặc tính điều chỉnh: I = f(It) khi U = const, n = const
- Đặc tính tải: U = f(It) khi I = const, n = const
Trong 5 đặc tính này thì đặc tính không tải là trường
hợp đặc biệt của đặc tính tải khi I = 0, đặc tính ngắn mạch là
trường hợp đặc biệt của đặc tính điều chỉnh khi U = 0.
Đặc tính ngắn mạch và đặc tính không tải của các loại
MF1C cơ bản giống nhau nên ta xét chung, các đặc tính khác
ta xét riêng cho từng loại máy. 7
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1) • Đặc tính không tải:
là quan hệ: U0 = E0 = f(It) khi I = 0, n = const
Để lấy đặc tính không tải ta cho MFĐ làm việc ở tốc độ n =
const, cầu dao nối với tải để hở, đo các trị số It và U tương
ứng ta có đặc tính không tải.
Với MFĐ kích thích độc lập, do có thể đổi chiều dòng kích
từ nên ta có thể vẽ được toàn bộ chu trình từ trễ ABA’B’A khi
tăng giảm It. Với máy phát tự kích thích, không thể thực hiện
được (-It) nên chu trình từ trễ là ABA giữa Itmax và 0. 8 4
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1) • Đặc tính không tải:
Đặc tính không tải là đường trung bình của vòng từ trễ: E Emax A B -Itmax I B’ Itmax -Emax A’ 9
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1) • Đặc tính ngắn mạch:
là quan hệ: I = f(I ) khi U = 0, n = const n t
Để có đặc tính ngắn mạch thì tất cả máy phát đều phải
được kích thích độc lập. Khi ngắn mạch E = I.rư
r rất nhỏ, để giữ I = 1,251,5 I
 E nhỏ  I rất nhỏ  ư đm t
mạch từ không bão hòa. Có E ~ I  I ~ I  đặc tính ngắn t t mạch là đường thẳng: I 1 2 thöïc Iñm
Đường 1: ứng với máy chưa được khử lyù töôûng từ dư  đường thực
Đường 2: ứng với máy đã được khử từ dư  lý tưởng I I tmax t 10 5
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1) • Tam giác đặc tính:
Trên thực tế, để đơn giản chỉ cần làm TN không tải và
TN ngắn mạch, sau đó từ tam giác đặc tính ta có thể dựng
được các đặc tính còn lại. Để thành lập tam giác đặc tính, trên
1 hệ trục tọa độ ta vẽ các đt không tải (1) và đt ngắn mạch (2) I,E Từ I = I chiếu sang (2), nm đm
chiếu xuống được I = OC. Dòng I này U(1) t t I(2)
gồm 2 thành phần: 1 phần OD để sinh Inm=Iñm
ra E = I.r = AD = BC, 1 phần DC = AB ư E A nm B
để khắc phục pư.pư lúc ngắn mạch, tỷ lệ thuận pư.pư 0 D C It
 tam giác ABC là tam giác đặc tính có BC, AB ~ dòng điện I. 11
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
I/ Đặc tính làm việc của MFĐ1C kích thích độc lập • Đặc tính ngoài:
là quan hệ U = f(I) khi I = const, n = const t
Từ phương trình cân bằng điện áp MFĐ1C: U = E – I .R ư ư
Khi I  I .R   E   U  ư ư U   = ( +  )  E0 t ư U Uñm
do bão hòa mạch từ  E  U (E  U ) 0 đm U%  .100  5 1 % 0 Uđm Uđm 0 Iñm I 12 6
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1) • Đặc tính điều chỉnh:
là quan hệ I = f(I ) khi U = const, n = const t
Đặc tính điều chỉnh cho ta biết xu hướng điều chỉnh I để U t = const
Khi tải tăng I   để bù được phần I .R  và pưpư   ư ư tăng I  t It It It It0 0 Iñm I 13
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1) Đặc tính tải:
Đặc tính tải là quan hệ U = f(I ) khi I = const, n = const t U I = 0 I = Iñm 0 It 14 7
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
2. Đặc tính làm việc của MFĐ1C kích thích song song •
Điều kiện tự kích MFĐ1C kích thích song song
MFĐ1C kích thích song song có dây quấn kích thích song
song với dây quấn phần ứng: KT q n
Từ đặc tính không tải ta thấy khi MF1C ngừng hoạt động,
trong lõi thép cực từ và gông từ còn lại từ dư. 15
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
Khi quay roto đến tốc độ định mức n = n . Lúc đầu I = 0, đm t
do   0  sinh ra E = C  .n = 23%U . Nếu mạch dư dư e dư đm
kích thích được nối kín với mạch phần ứng  I = I  0 ư t    0
  = ( +  )   E   I  t ư t dư ư t nếu    t dư
E   U  tới khi U = U ư đm
Nếu  ><   triệt tiêu 
và máy không tự kích thích t dư dư được. 16 8
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
Để thấy rõ quá trình tạo ra điện áp của máy phát ta viết
phương trình cân bằng điện áp cho mạch vòng kín gồm dq
kích thích và dq phần ứng :  di U  t L  i r.
do r << r  coi r  0 nên U = E  t t t dt ư t ư U  E  r.i E I.r u t L.di/dt di E= f(It) t  M U = U = E = t L  i r. Uñm t t (n = nñm) dt n2 nth 0 Itñm It 17
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1) di Khi i < I 
L t  E  i r.  0  i   máy tự kích thích t tđm dt t t t di
đến điện áp ứng với điểm M ở đ L t ó
 0 , dòng điện kích từ dt
có trị số xác lập Itđm
Nếu r   đường i .r dốc hơn  điện áp xác lập U . r  t t t t
tới khi đường i .r tiếp tuyến với đường cong E = f(i ), khi đó r t t t t
gọi là điện trở tới hạn. Khi r > r
 điện áp không được t t tới hạn thành lập.
Khi n thay đổi thì đặc tính E = f(i ) cũng thay đổi. n < n thì t th
điện áp cũng không được thành lập. n > n > n 1 2 th 18 9
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
Vậy điều kiện để máy tự kích là:
1. Máy phải có từ dư:   dư 3% đm khi không tải
2. Chiều quay của roto phải phù hợp để    t dư 3. Điện trở r  t
rt tới hạn hoặc vận tốc quay của roto n  nth 19
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1) •
Đặc tính ngoài: U = f(I) khi I = const, n = t const U
Với máy KT// khi tải tăng: I   U  do: E K 0 T ñoäc laäp 1. I.r  ư
2. I  , do pưpư     E 
3. U   I   E   U giảm hơn nữa t 0 Ia I
 Như vậy MFĐ1C kt// có đặc tính ngoài dốc hơn kt độc lập.
Với MFĐ1C KT//, dòng điện tải chỉ tăng đến một giá trị nhất
định I =I , nếu tiếp tục giảm điện trở tải  I không tăng mà th
giảm về I ứng với E . Do máy làm việc trong tình trạng 0 dư
không bão hòa (   ) nên khi I   U giảm nhanh về 0. Fe t 20 10
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1) •
Đặc tính điều chỉnh: I = f(I ) khi U = const, n = const t
Việc điều chỉnh dòng kích từ không phụ thuộc nguồn kích
từ lấy từ đâu nên đặc tính điều chỉnh của MFKT// cũng giống
đặc tính điều chỉnh MFKT độc lập.
Ở MFKT// khi I   U sụt nhiều hơn nên I phải tăng t
nhiều hơn  đặc tính điều chỉnh của MF1CKT// cao hơn It KT // KT ñoäc laäp It0 0 I 21
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1) Đặc tính tải:
Đặc tính tải là quan hệ U = f(It) khi I = const, n = const U I = 0 I = Iñm 0 It 22 11
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
3. Đặc tính làm việc của MFĐ1C kích thích nối tiếp
MFĐ1C kích thích nối tiếp thuộc loại tự kích thích như
MF1CKT//. Máy chỉ được kích thích khi có tải  mạch ngoài
phải khép kín quan một điện trở. q n
Vì I = I = I  khi n = const t ư KT
thì máy chỉ còn hai đại lượng R U
biến đổi  máy chỉ có đặc tính ngoài U = f(I) 0 It 23
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1)
4. Đặc tính làm việc của MFĐ1C kích thích hỗn hợp
MFĐ1C kích thích hỗn hợp có đồng thời cả 2 dây quấn
KT// và KTNT nên nó tập hợp các tính chất của cả 2 loại máy này. •
Đặc tính ngoài: U = f(I) khi I = 0, n = const t
cuộn dây ktnt có thể nối thuận hay nối ngược mà hình
thành 2 kiểu đấu thích ứng và đấu đối ứng:
- Khi đấu thích ứng:      =  +  kt// ktnt kt kt// ktnt khi I   
     E  , U  ktnt kt
- Khi đấu đối ứng:  ><    =  -  kt// ktnt kt kt// ktnt khi I         ktnt kt E  , U  24 12
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1) 1. MFĐ1CKT độc lập 2. MFĐ1CKT song song
3. MFĐ1CKT hỗn hợp đấu thích ứng
4. MFĐ1CKT hỗn hợp đấu đối ứng U 3 1 2 4 0 Iñm I 25
CÁC ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MFĐ1C(1) • Đặc tính điều chỉnh:
Đặc tính điều chỉnh là quan hệ I = f(I ) khi U = const, n = t const I 4 t 2 1 It0 3 0 I 26 13 BÀI GIẢNG Máy điện cơ sở EE3140 1
5.7 ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1 CHIỀU NỘI DUNG
• Các loại động cơ điện một chiều
• Các đặc tính của động cơ điện một chiều
• Các phương pháp mở máy và điều chỉnh tốc độ
của động cơ điện một chiều 2 1
CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (1)
Phân loại: động cơ điện 1 chiều cũng được phân loại như máy phát:
• Động cơ một chiều kích từ độc lập
• Động cơ một chiều kích từ song song
• Động cơ một chiều kích từ nối tiếp
• Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp
• Động cơ một chiều kích từ nam châm vĩnh cửu 3
CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU (1) 4 2
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1) 1. ĐẶC TÍNH CƠ:
Là quan hệ n = f(M), đây là đặc tính quan trọng nhất của động cơ. Các phương trình ĐCĐ1C: U  E  I R . U  u u  n  I .R u u C  . E  C . n . e e U R . M M  C . I. u  n   M u 2 C .  e C C . . e M
Phương trình biểu diễn đặc tính cơ 5
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
Điều kiện làm việc ổn định tĩnh của động cơ:
Xác định theo sự phối hợp đặc tính cơ của động cơ và đặc tính cơ của tải.
Phương trình cân bằng momen: dn M  M  J C dt M : momen cơ = momen cản c
M: momen điện từ = momen quay 6 3
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
Điều kiện làm việc ổn định tĩnh của động cơ:
Xét sự phối hợp đặc tính cơ của ĐC M Mc
và của tải như hình bên: P Điểm P? n M
- Nếu tốc độ của động cơ tăng lên n=nlv+n 0 nlv n
→ Mc>M → động cơ bị hãm lại, n giảm về
Giá trị n ban đầu ứng với điểm P. lv
- Nếu tốc độ của động cơ giảm xuống → Mcđược gia tốc để trở về điểm P
→ điểm P là điểm lv ổn định tĩnh 7
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1) M M
Xét sự phối hợp đặc tính cơ của ĐC Mc P
và của tải như hình bên thì ngược lại.
- Nếu tốc độ của ĐC tăng lên → Mcn
→ động cơ tiếp tục được gia tốc và 0 nlv n tăng mãi.
- Nếu tốc độ của động cơ giảm thì nó tiếp tục giảm về n = 0.
Vậy điều kiện làm việc ổn định tĩnh là dM dMC  dn dn 8 4
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
a. Đặc tính cơ ĐCĐ1C kích thích // hoặc độc lập Nếu U = U
= const và I = const, thì khi M thay đổi →  = đm t
const, ảnh hưởng làm giảm  do pư.pư ngang trục rất bé
không đáng kể nên ta có phương trình đặc tính cơ: n  n n 0 R M . n  n u  0 K 0 Mñm M,Iö Iöñm
Đặc tính n = f(M) là đường thẳng 9
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
• Điều chỉnh tốc độ n bằng cách thay đổi từ thông .
Từ phương trình đặc tính cơ n n0' ' U R . M u n   n0' ' ' 2 C .  n0' ' e C C . . e M n0ñm ' ñm
Khi tăng R ta chỉ có thể giảm đc 0 Mñm M,Iö được từ thông Iöñm
→ Có thể điều chỉnh n > nđm 10 5
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
• Điều chỉnh n bằng cách thay đổi R trên mạch phần ứng. f
Khi đưa thêm R vào mạch phần ứng, đặc tính cơ là: f n R  R u f  M . n  n  0 K n0 Rf = 0 Rf1 Rf2
Theo phương pháp này n = const, 0 0
khi tăng R độ dốc của đặc tính cơ Rf3 Mñm M,Iö f Iöñm tăng lên. 11
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
• Điều chỉnh n bằng cách thay đổi điện áp U.
Khi giảm U ta sẽ được một họ đặc tính cùng độ dốc (độ cứng)
Chỉ có thể thay đổi U < U ? đm n
 Chỉ có thể điều chỉnh n01 n02 được n < nđm n  (Uñm) 03  
 Chỉ áp dụng cho các động cơ kích từ độc lập. 0 Mñm M,I Iñm 12 6
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
b. Đặc tính cơ ĐCĐ1C kích thích nối tiếp
Động cơ KTNT có I = I = I và =K t ư .I,
Có K = const khi I < 0,8Iđm, khi I > 0,8Iđm thì K giảm
xuống một ít do ảnh hưởng bão hoà của mạch từ. 2  K . M M  C . I.  C .    M u   M K CM C U .  n  M  R u C K E  M C K . E  U 2 C Bỏ qua R thì n ~ hay M  ư M 2 n 13
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
 Động cơ điện một chiều kích từ
nối tiếp sẽ có đặc tính cơ dạng
đường hypecbol (đường 1) Nhân xét:
- Khi M tăng n giảm rất nhiều.
- Đặc biệt khi không tải (I = 0, M = 0), tốc độ có trị số rất lớn
→ gãy trục → không được để mất tải.
Khi xét đến bào hòa, đường M = f(n) là đường nét đứt. 14 7
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1) •
Điều chỉnh n bằng cách thay đổi từ thông .
Với động cơ kích từ nối tiếp việc thay đổi từ thông  được thực hiện bằng cách:
- Mắc sun dây quấn kích thích
- Điều chỉnh số vòng dây kích thích
- Mắc sun vào phần ứng (đường 3) 15
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1) •
Điều chỉnh n bằng cách thêm Rđc vào mạch phần ứng
Lúc này điện trở tổng của toàn mạch tăng lên nên It = I
đều giảm xuống, đ/c n < nđm, (đường 4 và 5)
• Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp.
Vì chỉ có thể đ/c U(đường 6) 16 8
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
c. Đặc tính cơ động cơ kích thích hỗn hợp.
Động cơ kích thích hỗn hợp thường cuộn kích thích nối
tiếp được nối thuận (bù kích thích) do đó đặc tính cơ có dạng
trung gian giữa kích thích song song và kích thích nối tiếp n
Đường 1: kích thích hỗn hợp bù 2 thuận 3
Đường 2: kích thích hỗn hợp ngược 1
Đường 3: kích thích song song và 4
Đường 4: kích thích nối tiếp. 0 M 17
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
2. Các đặc tính làm việc của ĐCĐ1C
là quan hệ: n, M,  = f(I ) khi U=U ư đm =const
Đặc tính n = f(I ) giống như đặc tính cơ n ư = f(M) vì M ~ I . ư
Đường 1: ứng với ĐC kích từ song song
Đường 2: ứng với ĐC kt hỗn hợp khi dq nối tiếp nối thuận
Đường 3: ứng với ĐC kt hỗn hợp khi dq nối tiếp nối ngược
Đường 4: ứng với ĐC kích từ nối tiếp 18 9
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
2. Các đặc tính làm việc của ĐCĐ1C
Đặc tính M = f(I ) khi U = U = const ư đm
- Đường I: ứng với ĐC kt//,  = const
nên Đường M = f(I ) là đường thẳng ư
- Đường II: ứng với động cơ kích từ hỗn hợp nối thuận.
- Đường III: ứng với động cơ kích từ hỗn hợp nối ngược. 2
- Đường IV: ứng với ĐC ktnt, ~ I nên M ~ I ư u
đặc tính mômen là đường parabol 19
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI ĐCĐ MỘT CHIỀU (1)
Đặc tính hiệu suất  = f(I ) khi U = U = const ư đm  max
Hiệu suất cực đại thường
được thiết kế ứng với I = ư 0,75Iđm 0 0,5 1,0 Iö 20 10
CÁC PP KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ (1) Yêu cầu:
- Mômen khởi động càng lớn càng tốt.
- Dòng điện khởi động càng bé càng tốt
• Khởi động trực tiếp:
Theo pp này khi cần kđ ta chỉ việc đóng thẳng ĐC vào lưới.
Đặc điểm: Tại t =0, khi đó n = 0 → E= C n = 0, dòng điện e khởi động lúc đó là: U  E U I   k R R u u
vì R rất bé, thường R = 0,02  0,1 nên I =(510)I ư ư* k đm
Phương pháp này chỉ được áp dụng cho các động cơ có
công suất bé, vì với các động cơ này R tương đối lớn. ư 21
CÁC PP KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ (1)
• Khởi động nhờ biến trở.
Do có biến trở mắc nối tiếp vào mạch
phần ứng nên dòng điện khởi động U  E U I   k R  R R  R u f u f
Điện trở R được chọn sao cho I = (1,4  1,7) I đối với f k đm
động cơ lớn và I = (2  2,5) I với động cơ bé. k đm
Quá trình khởi động được tiến hành như sau:
Khi t < 0, con trượt của Rđc để ở vị trí b để t có giá trị cực
đại chuyển mạch CM đặt ở vị trí số 1, toàn bộ điện trở phụ
được nối nối tiếp với dq phần ứng. 22 11
CÁC PP KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ (1)
Khi t = 0, ĐC được đóng vào lưới điện, có dòng điện I và  ư t
phần ứng sẽ xuất hiện mômen M = C  M Iư nếu M > MC ĐC sẽ
quay, tốc độ ĐC tăng từ 0 đến một giá trị nào đó, s.đ.đ tăng U  E theo n, ( E = C  e tn). Khi E tăng lên thì I  u R  R u f
giảm xuống, dẫn tới M giảm xuống. I và M giảm theo quy luật ư
hàm mũ, phụ thuộc vào hằng số thời gian R -L của dây quấn ư ư phần ứng. 23
CÁC PP KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ (1)
Tại thời điểm t = t khi I = (1,1  1,3)I chuyển mạch sang vị 1 ư đm
trí 2, cắt bớt một phần R ra khỏi mạch phần ứng, dòng điện I f ư
lại tăng lên, M tăng lên và n lại tiếp tục tăng. I và M tăng gần ư
như tức thời vì R rất bé. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho ư
đến khi toàn bộ R được cắt ra khỏi mạch phần ứng và tốc độ f
động cơ đạt đến giá trị định mức. 24 12
CÁC PP KHỞI ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ (1) •
Khởi động bằng cách giảm điện áp.
Phương pháp khởi động này gần giống như khởi động
nhờ biến trở nhưng cần phải có một bộ nguồn có thể điều chỉnh được điện áp. 25 13