CHƯƠNG 20 TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 20-1. ĐẠI CƯƠNG • Khi máy điện làm việc không tải (I = 0), từ trường trong máy chỉ do dòng điện một chiều i t 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. 20-2. TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY QUẤN KÍCH THÍCH (TỪ TRƯỜNG CỰC TỪ) 20.2.1. Đối với máy điện cực lồi Xét một máy có p đôi cực. Gọi w t là số vòng của dây quấn kích thích. i t 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 tr­êng 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 B t được biểu thị bằng hệ số dạng sóng k t của từ trường: trong đó: B tm1 - biên độ của từ trường cơ bản, B tm – biên độ của cảm ứng từ B t . Trị số k t phụ thuộc vào tỉ số δ m /δ và hệ số mặt cực α = b c /τ. Thường δ m /δ = 1,0 ÷ 2,5, α = 0,67 ÷ 0,75 và k t = 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: ψ tưd = wk dq Φ t1 cosωt 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: x ưd = ω.M ưd (20-7) Hệ số tự cảm của dây quấn kích thích bằng: L t = L tδ + L σt (20-8) trong đó L σt - 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). L tδ - hệ số tự cảm của dây quấn kích thích ứng với từ thông khe hở Φ tδ của cực từ. Φ tδ = k Φ .Φ t1 (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: 20.2.2. i vi mỏy in cc n. S phõn b cỏc ng sc t mt cc nh hỡnh 20-3a. ng biu din t cm B t ca cc t cú dng hỡnh thang nh hỡnh 20-3b. Biờn súng c bn ca t trng ú bng: Hình 20-3. Từ trường ở khe hở của MĐĐB cực ẩn và cách xác định biên độ sóng cơ bản của từ trường 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 k t = 1,065 ÷ 0,965. Hệ số hỗ cảm M ưd 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 L tδ cũng có thể được tính theo biểu thức (20-10), trong đó: t k k γ π 3 2 1 2 − = Φ (20-13) . CHƯƠNG 20 TỪ TRƯỜNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 2 0- 1. ĐẠI CƯƠNG • Khi máy điện làm việc không tải (I = 0), từ trường trong máy chỉ do dòng điện một chiều. trên hình 2 0- 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 2 0- 1. Từ trường của