Chương Máy Điện Đồng Bộ Chương : MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 6.1 KHÁI NIỆM CHUNG: Máy điện đồng loại máy điện xoay chiều mà tốc độ quay rotor tốc độ từ trường quay (n1) máy 6.2 CÔNG DỤNG: Hầu hết nguồn điện lưới điện quốc gia máy phát điện đồng phát Trong đó, động sơ cấp tuabin hơi, tuabin khí tuabin nước, … Điện áp máy phát thường từ 13 kv đến 28kv, công suất đến 1000 MVA Hệ thống điện bao gồm số nhà máy điện liên kết thành lưới điện làm việc song song lưới điện công suất nhỏ, máy phát điện đồng kéo động diezen, làm việc đơn lẻ hai ba máy làm việc song song Máy điện đồng có tính thuận nghòch, nghóa làm việc động cơ: nhận điện từ lưới để biến thành Động điện đồng sử dụng truyền động điện công suất lớn,… Một chế độ làm việc quan trọng khác máy chế độ máy bù động bộ, lúc động đồng không tải để cung cấp tiêu thụ công suất phản kháng, nhằm mục đích cải thiện hệ số công suất lưới điện 6.3 CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ PHA: 6.3.1 Stator: Stator of a 3phase, 500 MVA, 0.95 power factor, 15 kV, 60 Hz, 200 r/min generator Internal diameter: 9250 mm; effective axial length of ion stacking: 2350mm; 378 slots Trang Chương Máy Điện Đồng Bộ Stator máy điện đồng giống stator máy điện không đồng bộ, gồm có lõi thép dây quấn Lõi thép làm vật liệu sắt từ tốt, nghóa có từ trở nhỏ điện trở suất lớn Loại vận tốc chậm có chiều dài dọc trục ngắn, loại vận tốc nhanh chiều dài dọc trục lớn gấp đường kính nhiều lần Ngoài stator có hệ thống làm mát 6.3.2 Rotor: Là nam châm điện gồm lõi thép dây quấn kích từ dùng để tạo rừ trường cho máy, nguồn kích thích vào dây quấn kích thích nguồn điện chiều Đối với máy nhỏ rotor nam châm vónh cửu Rotor máy điện đồng có hai kiểu rotor cực lồi rotor cực ẩn a) Rotor cực lồi: Dạng mặt cực thiết kế cho khe không khí không đều, mục đích để từ cảm khe không khí có phân bố hình sin sức điện động có hình sin Dây quấn cực từ, hai đầu nối với hai vành trượt, qua hai chổi than tới nguồn điện chiều Loại rotor cực lồi dùng máy đồng có tốc độ quay thấp, (được kéo tuabin vận tốc chậm tuabin thủy điện) Trang Chương Máy Điện Đồng Bộ 36 pole – rotor is being lowered into the stator The 2400A dc exciting current is supplied by a 330 V, electronic rectifier Trang Chương Máy Điện Đồng Bộ b) Rotor cực ẩn: Khe không khí đều, lõi thép khối thép hình trụ, mặt phay thành rãnh để đặt dây quấn kích thích, rotor cực ẩn có độ bền khí cao, dây quấn kích thích vững Vì thường sử dụng máy điện đồng có tốc độ từ 1500v/phút trở lên, công suất lớn (1000 – 1500 MVA) Hai đầu dây quấn kích từ nối với hai vành trượt đặt hai đầu trục thông qua hai chổi than để nối với dòng kích từ chiều Trang Chương Máy Điện Đồng Bộ Rotor with its pole dc winding, the dc exciting current of 11.2 kA is supplied by a 600 V dc brushless exciter bolted to the end of the main shaft Trang Chương Máy Điện Đồng Bộ Stationary field phase bridge rectifier air gap stator pole Alternator terminals rotor Pilot exciter Exciting coil phase rotor Main exciter phase stator winding Alternator Typical brushless exciter system Trang Chương Máy Điện Đồng Bộ 6.3.3 Bộ kích từ: (nguồn kích thích) Nguồn cung cấp dòng điện chiều cho dây quấn kích thích (dòng chiều dùng để tạo từ thông không đổi theo thời gian) Bộ nguồn kích thích có dạng sau: a) Máy phát chiều: Trang Chương Máy Điện Đồng Bộ Đa số máy phát điện chiều kích thích song song, có công suất khoảng 0,3÷2% công suất máy điện đồng bộ, máy phát gắn đầu trục máy đồng b) Bộ kích từ dùng chỉnh lưu: Điện áp pha máy phát đồng (ban đầu sinh từ dư) chỉnh lưu thành chiều, xong đưa đến dây dây quấn kích từ qua hệ thống chổi than, vành trượt Một số máy điện công suất nhỏ phần quay lại đóng vai trò phần ứng, phần tónh đóng vai trò phần cảm 6.4 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC: 6.4.1 Máy phát: Khi động sơ cấp quay, kéo rotor máy phát đồng máy phát chiều quay theo tới tốc độ đònh mức, máy phát kích thích thành lập điện áp cung cấp dòng điện chiều vào dây quấn phần cảm máy đồng bộ, phần cảm trở thành nam châm điện Do rotor (phần cảm) quay nên từ trường phần cảm cắt dẫn dây quấn phần ứng (stator) làm cảm ứng dây quấn sđđ hình sin Nếu phần cảm máy phát có p đôi cực từ, tốc độ quay rotor n tần số sđđ cảm ứng là: f= pn 60 trò số hiệu dụng sđđ cản ứng pha dây quấn phần ứng là: E0 = 4,44.f.kdq.w1.Φ0 Trong đó: w1: số vòng dây pha stator Kdq: hệ số dây quấn stator Φ0: từ thông cực từ rotor Dây quấn pha stator có trục lệch không gian góc 1200 điện, sđđ pha lệch góc 1200 eA = E0 sinωt eB = E0 sin(ωt – 1200) eC = E0 sin(ωt – 2400) sđđ ghép hình Y Δ Khi phần ứng cung cấp điện cho tải, dòng điện pha chạy dây quấn phần ứng sinh từ trường quay với tốc độ: Trang Chương Máy Điện Đồng Bộ n1 = 60 f p Ta thấy tốc độ từ trường quay n1 tốc độ quay rotor n → gọi máy phát điện đồng 6.4.2 Động cơ: (phần sau) Bài tập: Một máy phát điện cực có vận tốc rotor 1800 vòng /phút a Tính tần số phát b Muốn phát 50Hz, vận tốc rotor phải bao nhiêu? Xác đònh sức điện động hiệu dụng sinh pha máy phát đồng bộ, biết số liệu sau: f = 50Hz, số vòng pha w1 = 230 ; từ thông cực đại cực Φm = 0,04 wb Xét trường hợp: a Dây quấn tập trung (kdq = 1) b Dây quấn phân bố với kdq = 0,925 F1 F2 F2R U1 Z1 U3 U4 U6 U Z2 U2 K1 K2 R1 Trang Chương Máy Điện Đồng Bộ Product Specifications Range Supply Voltage upto 11,000V Output 750 kVA to 8000kVA Supply Frequency 50 Hz and 60 Hz Number of Poles Pole to 12 Pole Type Salient Pole / Cylindrical rotor Enclosure SPDP, CACW Cooling IC01A1, IC8A1W7 Degree of Protection IP23, IP55, Mounting Horizontal foot mounted Drives Diesel Engine, Hydro, Steam, Gas Turbine Standards : Specification IEC34 - 1, IS 4722 : Degree of protection IEC34 - 5, IS 4691 : Cooling IEC34 - 6, IS 6362 : Construction & mounting IEC34 - 7, IS 2253 : Noise level IEC34 - 9, IS 12065 : Vibration IEC34 - 14, IS 12075 : Testing IEC34 - 1, IS 4722 Quality Management System ISO 9001-1994 Applications Isolated operations for base load, standby, emergence load, etc Parallel operations with other generators Parallel operations with grid Trang 10 Chương Máy Điện Đồng Bộ SALIENT VS CYLINDRICAL ROTOR There are two (2) basic rotor structures used, depending on speed For low speed machines, such as hydraulic turbines, a relatively large number of poles are required to produce rated frequency, hence a rotor with salient poles is well suited to this application Such rotors often have damper windings (amortisseurs) in the form of copper or brass rods embedded in the pole face, they are intended to dampen out speed oscillations For high speed machines, such as steam and gas turbines, a relatively small number of poles ( to ) are required to produce rated frequency, hence a cylindrical rotor is well suited to this application Salient pole rotors are too weak mechanically and develop too much wind resistance and noise to be used in large, high speed machines Cylindrical rotor machines have a relatively uniform air gap, therefore, it can be assumed that a cylindrical rotor field will produce a uniform air-gap flux regardless of angular direction This cannot be said of a salient -pole machine as the airgap is much larger between the poles (i.e along the quadrature axis) than it is at the centres of the poles (i.e on the direct axis) Depending upon rating and design, the generator stator core and windings may be cooled by air, oil, hydrogen or water For direct cooled generators, the coolant is in direct contact with the heat producing members such as the stator winding For indirect cooled generators, the coolant cools the generator by relying on heat transfer through the insulation For any generator, a failure of the cooling system can result in rapid deterioration of the stator core lamination insulation and/or stator winding conductors and insulation AIR COOLED GENERATORS Air cooled generators are produced in two (2) basic configurations: open ventilated (OV) & totally enclosed water -to-air-cooled (TEWAC) In the OV design, air is drawn from outside the unit through filters, passes through the generator and is discharged outside the generator In the TEWAC design, air is circulated within the generator passing through frame mounted air-to-water heat exchangers Trang 11 Chương Máy Điện Đồng Bộ GENERATOR COOLING Trang 12