4. TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 4.1. ĐẠI CƯƠNG • Khi máy điện làm việc không tải (I = 0), từ trường trong máy chỉ do dòng điện một chiều it chạy trong dây quấn kích thích đặt trên các cực từ sinh ra - gọi là từ trường cực từ. • Khi máy có tải (I ≠ 0), ngoài từ trường cực từ còn có từ trường do dòng điện tải sinh ra (từ trường phần ứng). • Nếu máy là ba pha, từ trường do dòng điện phần ứng sinh ra là từ trường quay. Từ trường quay có thể phân tích thành từ trường cơ bản và các từ trường bậc cao. • Trong các từ trường đó, từ trường cơ bản là quan trọng nhất vì nó có tốc độ quay và chiều quay giống như từ trường cực từ. • Tác dụng của từ trường cơ bản với từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng. • Phản ứng phần ứng trong máy điện đồng bộ có ảnh hưởng rất nhiều đến từ trường cực từ, mức độ ảnh hưởng của nó phụ thuộc vào tính chất của tải và cấu tạo của máy là cực ẩn hay cực lồi. • Như vậy, khi máy làm việc có tải, dọc khe hở tồn tại một từ trường thống nhất, nó là tổng hợp của từ trường cực từ và từ trường phần ứng. Chính từ trường đó sinh ra các s.đ.đ. ở các dây quấn của stato. 4.2. TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN KÍCH THÍCH (TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ) 4.2.1. Đối với máy điện cực lồi Xét một máy có p đôi cực. Gọi wt là số vòng của dây quấn kích thích. it là dòng điện kích thích. Sức từ động của một cực từ là: p iW F tt t 2 = (20-1) Từ thông do sức từ động F t sinh ra trong trường hợp p = 2 được trình bày trên hình 20-1. Ở đây: Φ t - từ thông chính đi qua khe hở δ và móc vòng với dây quấn phần ứng. Φ σt - từ thông tản của cực từ. Hình 20-1. Từ trường của dây quấn kích thích của máy điện đồng bộ H×nh 20-2. Tõ tr êng do d©y quÊn kÝch thÝch ë khe hë cña M§§B bé cùc låi B t B tm1 B tm 2 1 0 π/2- π/2 B t b) α a) τ b c = α τ δ m δ Sự phân bố đường sức từ ở mặt cực như ở hình 20-2a. Đường biểu diễn cảm ứng từ B t dọc theo bước cực τ như ở hình 20-2b. Do khó khăn về gia công độ cong mặt cực nên không thể tạo được cảm ứng từ B t hình sin (đường 1). Đường phân bố cảm ứng từ không hình sin đó có thể phân tích thành sóng cơ bản và các sóng bậc cao. Trong máy điện đồng bộ, sóng cơ bản đóng vai trò chủ yếu sinh ra s.đ.đ. cơ bản trong dây quấn stato, còn các từ trường bậc cao thường rất nhỏ hoặc đã có các biện pháp cải thiện. • Sự khác nhau giữa sóng cơ bản và từ trường Bt được biểu thị bằng hệ số dạng sóng kt của từ trường: trong đó: Btm1- biên độ của từ trường cơ bản, Btm – biên độ của cảm ứng từ Bt. Trị số kt phụ thuộc vào tỉ số δm/δ và hệ số mặt cực α = bc/τ. Thường δm/δ = 1,0 ÷ 2,5, α = 0,67 ÷ 0,75 và kt = 0,95 ÷ 1,15. Từ biểu thức (20-2) ta có: tm tm t B B K 1 = (20-2) t tt d t d t tmttm K p iW KK K KK F BKB . 2 . . . . . 00 1 δ µ δ µ µδµδ === (20-3) trong đó: k δ là hệ số khe hở, k μd - hệ số bão hoà dọc trục cực từ. • Từ thông ứng với sóng cơ bản của cảm ứng từ bằng: • Khi rôto quay với tốc độ ω =2πf, từ thông móc vòng với dây quấn stato ứng với sóng cơ bản của từ trường kích từ sẽ biến thiên theo quy luật hình sin: ψtưd = wkdqΦt1cosωt Sức điện động hỗ cảm trong dây quấn stato sẽ là: trong đó: t tt d tmt i p kw kk l lB . 2 0 11 δ τ π µ τ π µδ δ δ ==Φ (20-4) tEtwk dt d e mtdq tud ωωω ψ sinsin 010 =Φ=−= tudt tt d dqm iMi p kw kk l wkE . 0 0 ω δπ τµ ω µδ δ == = x ưd i t (20-5) Hệ số hỗ cảm của dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng là: Điện kháng hỗ cảm tưng ứng là: xưd = ω.Mưd (20-7) Hệ số tự cảm của dây quấn kích thích bằng: Lt = Ltδ + Lσt (20-8) trong đó Lσt - hệ số tự cảm của dây quấn kích thích ứng với từ thông tản của cực từ (biểu thức có trong tài liệu thiết kế). Ltδ - hệ số tự cảm của dây quấn kích thích ứng với từ thông khe hở Φtδ của cực từ. Φtδ = kΦ.Φt1 (20-9) p kwwk kk l M ttdq d ud . 0 δπ τµ µδ δ = (20-6) Φ = Φ = kk p w kk l i w L t t dt tt t 2 0 δπ τµ µδ δδ δ (20-10) Kết hợp (20-9) và (20-4) ta có: 4.2.2. i vi mỏy in cc n. S phõn b cỏc ng sc t mt cc nh hỡnh 20-3a. ng biu din t cm Bt ca cc t cú dng hỡnh thang nh hỡnh 20-3b. Biờn súng c bn ca t trng ú bng: Hình 20-3. Từ tr ờng ở khe hở của MĐĐB cực ẩn và cách xác định biên độ sóng cơ bản của từ tr ờng đó a) d (1- ) B tm1 B tm B t B b) /2 /2 tmtmtmttm BdBdBdBB 2 2 sin 4 cos 2 24 cos 4 cos 2 2 2 )1( 2 )1( 0 2 2 1 = +== (20-11) Do ú: 2 2 sin 4 1 == tm tm t B B K (20-12) γ - là tỷ số giữa phần có quấn dây của bước cực với bước cực. Thường γ = 0,6 ÷ 0,85 và kt = 1,065 ÷ 0,965. Hệ số hỗ cảm Mưd của dây quấn kích thích của máy đồng bộ cực ẩn cũng được tính theo công thức (20-6). Hệ số tự cảm của dây quấn kích thích ứng với từ thông khe hở Ltδ cũng có thể được tính theo biểu thức (20-10), trong đó: t k k γ π 3 2 1 2 − = Φ (20-13) [...]... CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ Ở tải đối xứng ta có thể xét riêng rẽ từng pha Phương trình cân bằng điện áp tổng quát của một pha như sau: Đối với máy phát điện đồng bộ:    U = Eδ − I (r­ + jxσ ­ ) (2 1-1 ) Đối với máy động cơ điện (hoặc máy bù đồng bộ) :    U = Eδ + I (r­ + jxσ ­ ) (2 1-2 ) rong đó: U - điện áp đầu cực máy, rư và xσư - điện trở và điện kháng tản của dây quấn phần ứng Eδ - sức điện động trong. ..4.3 TỪ TRƯỜNG CỦA PHẦN ỨNG Khi máy điện làm việc có tải, dòng điện trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường - gọi là từ trường phần ứng Tuỳ theo tính chất của tải mà trục của từ trường phần ứng sẽ làm thành một góc nhất định với từ trường cực từ Như vậy, tác dụng của từ trường phần ứng với từ trường cực từ (phản ứng phần ứng) sẽ có tính chất khác nhau... quấn do từ trường khe hở sinh ra • • Khi máy có tải, từ trường khe hở lúc có tải là do từ trường cực từ Ft (hay F0) và từ trường phần ứng Fư sinh ra Nếu mạch từ của máy không bão hoà, có thể xem F0, Fư độc lập sinh ra E0, Eư Dùng phương pháp xếp chồng ta có:    Eδ = E + E ­ (2 1-3 ) Khi mạch từ của máy bão hoà, không thể dùng nguyên lý xếp chồng mà phải xét từ trường tổng sau đó suy ra sức điện động. .. I  Id 0 Hình 2 1-3 Đồ thị s.đ.đ Đã biến đổi của máy phát điện cực lồi b) Trường hợp xét đến bão hoà mạch từ Các đồ thị véctơ trong trường hợp mạch từ không bão hoà vẫn có thể dùng đối với trường hợp mạch từ bão hoà ở chế độ tải đó Vì các hệ số bão hoà kμd và kμq rất khó xác định được chính xác, nên trên thực tế các đồ thị véctơ điện áp của máy phát điện đồng bộ trong trường hợp mạch từ bão hoà được... dq p kq ­ (2 0-2 3) (2 0-2 4) 4.4 QUY ĐỔI CÁC S.T.Đ TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ • • • Ở chế độ xác lập của tải đối xứng, tác dụng trợ từ hoặc khử từ của s.t.đ phần ứng đối với từ trường cực từ tương đương với một s.t.đ nhất định của cực từ Để xét tác dụng nói trên, ta qui đổi s.t.đ phần ứng về s.t.đ cực từ, từ đó khi xét đến đặc tính của máy ta có thể dùng chung đường cong không tải E = f(it) Trong quá trình... điện trong ba pha là hình sin, tải ba pha đối xứng Ft Ở thời điểm iA = Im thì đồ thị véctơ dòng điện và s.đ.đ như ở hình 2 0-4 a Xét tương quan về không gian giữa từ trường phần ứng và từ trường cực từ trong trường hợp máy có 2 cực, ba pha, mỗi pha tượng trưng bởi một vòng dây IA a) IC IB EC EB Trị số các dòng điện bằng: iA = Im; iB = iC = - Im/2 Y Chiều của các dòng điện trong các pha như ở hình 2 0-4 b... − Iru (2 1-5 ) xdb = xư + xσư gọi là điện kháng đồng bộ Với máy phát điện đồng bộ cực ẩn, xdb = 0,7 ÷ 1,6 Đồ thị véc tơ ứng với (2 1-5 ) như ở hình 2 1-1 Trên hình 2 1-1 cũng vẽ các véc tơ từ thông sinh ra các s.đ.đ chúng vượt trước s.đ.đ tương ứng góc π/2  − Iru x x − jI σu − jI u  − jIxσu  Hình 2 1-1 Đồ thị véctơ của E0   − jIxu  U máy phát điện đồng bộ cực  r Eδ −I E ẩn ở tải có tính cảm (a) và... hay cảm Ngoài ra, trong máy điện cực ẩn khe hở là đều, còn trong máy điện cực lồi khe hở dọc trục và ngang trục khác nhau nên s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn phần tĩnh do từ trường phần ứng sinh ra và các điện kháng của từ trường phần ứng của hai loại máy đó hoàn toàn khác nhau 4.3.1 Phản ứng phần ứng ngang trục và dọc trục a) Khi tải thuần trở EA Tải thuần trở nên dòng điện ba pha trong dây quấn stato... 4.5.1 Trường hợp máy phát điện a Trường hợp mạch từ không bão hoà Giả thiết máy làm việc ở tải đối xứng, tải có tính chất cảm (0 < ψ < 900) • Máy cực ẩn: : Kết hợp hai phương trình (2 0-1 ) và (2 0-3 ) ta có:     U = E + E ­ − I (r­ + jxσ ­ ) (2 1-4 ) Vì   E ­ = − jIxu , nên (2 1-4 ) có thể viết thành:        U = E − jI ( x ­ + xσ ­ ) − Ir­ = E − jIx db − Iru (2 1-5 ) xdb = xư + xσư gọi là điện kháng... trường phần ứng và từ trường cực từ (b) ở tải hỗn hợp (0 < ψ < 900) 4.3.2 Từ cảm do từ trường phần ứng và điện kháng tương ứng Ở máy cực ẩn, khe hở không khí giữa rôto và stato là đều Nếu mạch từ không bão hoà thì từ trở là hằng số Nếu s.t.đ của dây quấn phần ứng phân bố hình sin thì từ cảm dọc khe hở cũng hình sin Ta có: µ0 µ 0 m 2 wk dq B­m = F­ = I kδ k µ δ kδ k µ δ π p (2 0-1 4) và từ thông tương ứng . từ sinh ra - gọi là từ trường cực từ. • Khi máy có tải (I ≠ 0), ngoài từ trường cực từ còn có từ trường do dòng điện tải sinh ra (từ trường phần ứng). • Nếu máy là ba pha, từ trường do dòng điện. như từ trường cực từ. • Tác dụng của từ trường cơ bản với từ trường cực từ gọi là phản ứng phần ứng. • Phản ứng phần ứng trong máy điện đồng bộ có ảnh hưởng rất nhiều đến từ trường cực từ, mức. dòng điện phần ứng sinh ra là từ trường quay. Từ trường quay có thể phân tích thành từ trường cơ bản và các từ trường bậc cao. • Trong các từ trường đó, từ trường cơ bản là quan trọng nhất vì