Chơng 2. Từ trờng trong máy điện đồng bộ 2.1 Đại cơng. Từ trờng trong m.đ.đ.b bao gồm: Từ trờng cực từ F t do dòng điện kích thích i t v từ trờng phần ứng F dòng điện phần ứng I tạo nên. Khi không tải (I = 0), trong máy chỉ có từ trờng F t . Nếu roto quay F t quét qua dây quấn stato v cảm ứng nên trong đó S.đ.đ không tải E 0 Khi có tải (I 0) , trong máy ngoi F t còn có F . Với máy 3 pha F l từ trờng quay, từ trờng ny bao gồm từ trờng cơ bản v từ trờng bậc cao. Trong đó từ trờng cơ bản l quan trọng nhất. Tác dụng của từ trờng phần ứng F lên từ trờng cực từ F t gọi l phản ứng phần ứng. Khi mạch từ không bảo ho ta xét riêng F t v F rồi xếp chồng để đợc F . Trong chơng ny ta cũng xác định các điện kháng do các từ trờng trên sinh ra. 2.2 Từ trờng của dây quấn kích thích (F t ). 1. Máy cực lồi. Sức từ động của một cực từ: p2 iw F tt t = 2-1 Từ thông do F t sinh ra khi p = 2 nh hình 2.1. Trong đó: t l từ thông chính, nó đi qua khe hở không khí v móc vòng với dây quấn Stato; t l từ thông tản của cực từ. Sự phân bố của từ trờng v từ cảm trong khe hở nh hình 2.1 v 2.2. Hình 2.1 Sự phân bố của từ trờng kích thích Hình 2.2 Phân bố của từ cảm trong khe hở Máy điện 2 5 Trên hình 2.2 sự khác nhau giữa từ cảm cơ bản v từ cảm kích từ B B t đợc biểu thị qua hệ số dạng sóng. tm B tm1 B t k = (2-2) Trong đó: B B tm1 l biên độ của sóng từ cảm cơ bản; B tm B l trị số cực đại của từ cảm k t m / ; = b c / . Thờng m / = 1-2,5; = 0,67-0,75 v k t = 0.95-1,15 Từ 2.2 ta có: t .k 2p t .i t w . d .kk 0 t .k . d .kk t F 0 tm .B t k tm1 B === (2-3) k l hệ số khe hở ; k d l hệ số bão ho dọc trục cực từ. Từ thông ứng với sóng cơ bản t k p t .i t w . . d .kk .l . 2 0 .l. tm1 B 2 t1 == (2-4) Từ thông móc vòng td = w.k dq . t1 .cos t v sức điện động hổ cảm trong dây quấn stato tsin 0m Etsin t1 dq .w.k dt td d 0 e === Khi rô to quay với tốc độ góc = 2. .f thì từ thông móc vòng với dây quấn phần ứng sẽ l: td = W.k dq . t1 .cos t Sức điện động hổ cảm trong dây quấn sẽ l: t sinEt sin.W.k dt d e 0mt1dq tud 0 === Trong đó: tudtudt tt d 0 dq0m .ix.i.M.i p .kW . kk .l .W.kE === 2-5 Vậy hệ số hổ cảm của dq kích thích v dq phần ứng l p .kW . kk .l M tt d 0 ud = 2-6 v điện kháng hổ cảm x d = .M d 2-7 Hệ số tự cảm của dây quấn kích thích. L t = L t + L t 2-8 Với: L t l hệ số tự cảm do từ trờng tản gây ra (tra ti liệu TK); L t l hệ số tự cảm do từ trờng khe hở t gây ra. Nếu gọi k l tỷ số giữa diện tích giới hạn bởi đờng 1 v đờng 2 hình 2.2 thì. t = k . t1 .k.k p W . kk .l i .W L t 2 t d 0 t tt t == 2-9 Máy điện 2 6 2. Máy cực ẩn. Hình 2.3 biểu diễn sự phân bố của từ cảm cực từ v sóng cơ bản. Lấy trục cực từ lm gốc ta tính đợc. tm 2 2 )(1 tm 2 ).(1 0 tm 2 2 ttm1 B 2 2 sin 4 ).cos.d 2 (B . 2 . 4 dcosB 4 dcosB 2 B =+== Vậy với máy cực ẩn: 2 2 sin . 4 B B k tm tm1 t == 2-10 Thờng = 0,6 - 0,85, nên k t = 1,065 - 0,965. Hệ số hình dáng t k . 3 2 1 . 2 k = 2-11 Hệ số hổ cảm v tự cảm của máy cực ẩn cũng đợc xác định theo biểu thức 2.6 v 2.9. 2.3 Từ trờng phần ứng. Khi máy điện đồng bộ lm việc từ trờng do dòng điện I chạy trong dây quấn Stato sinh ra gọi l từ trờng phần ứng F . Tác dụng của F lên F t gọi l phản ứng phần ứng. Tuỳ thuộc vo tính chất của tải v dạng cực từ m phản ứng phần ứng có các dạng khác nhau. Hình 2.3 Sự phân bố của từ cảm cực từ 1. Phản ứng phần ứng ngang trục v dọc trục Xét một máy đồng bộ 3 pha (m = 3), 2p = 2, mỗi pha đợc tợng trng bằng một vòng dây, thời điểm xét I & A = I m ; I & B = I & C = - I m /2 a/ Khi tải thuần trở. Khi tải đối xứng v thuần trở, I & v E & trùng pha nhau ( = 0). Tại thời điểm xét i A = I m nên F I & A E & A còn s.t.đ sinh ra e A F & A = E & Am sẽ vợt pha trớc E & t A một góc /2. Nh vậy trong trờng hợp ny u F & , phản ứng phần ứng l ngang trục. Đồ thị véc tơ thời gian F & I & , E & v không gian , nh hình 2.4 u F & t F & Hình 2. 4 Phản ứng phần ứng khi tải thuần trở Máy điện 2 7 b/ Khi tải thuần cảm. E & A vợt pha trớc I & A một góc / 2 v vợt pha trớc t F & E & A một góc /2, nên v trùng phơng nhng ngợc chiều, phản ứng phần ứng l dọc trục khử từ. Đồ thị véc tơ thời gian u F & t F & I & , E & v không gian , nh hình 2.5 u F & t F & Hình 2.5 Phản ứng phần ứng khi tải thuần cảm c/ Khi tải thuần dung. E & A chậm pha so với I & A một góc / 2 v vợt pha trớc t F & E & A một góc /2, nên v trùng phơng, chiều với nhau nên, phản ứng phần ứng l dọc trục khử từ. Đồ thị véc tơ thời gian u F & t F & I & , E & v không gian , nh hình 2.6 u F & t F & d/ Khi tải hổn hợp. E & A lệch so với I & A một góc , ta phân thnh 2 thnh phần: u F & F d = F .sin - dọc trục F q = F .cos - ngang trục Vậy khi 0 < < /2, phản ứng phần ứng l ngang trục v khử từ Vậy khi - /2 < < 0, phản ứng phần ứng l ngang trục v trợ từ Hình 2.6 Phản ứng phần ứng khi tải thuần dung Hình 2.7 Phản ứng phần ứng khi tải có tính 2. Từ cảm do từ trờng phần ứng v các điện kháng tơng ứng. a/ Máy đồng bộ cực ẩn. Với máy đồng bộ cực ẩn đều, nếu mạch từ không bảo ho thì từ trở l hằng số, nh vậy nếu F l sin thì BB cũng sin. .I p W.k 2m. kk .F kk B dq 0 u 0 um == 2-12 v .I p W.k 2m. kk .l.2. .l B 2 dq 2 0 umu == 2-13 Sức điện động phần ứng do từ thông cảm ứng nên có trị số: udqudqu f.W.k2 W.k 2 E == v p .kW k.k .l. 4.m.f. I E x 2 dq 2 0 u u u == 2-14 Thờng x = 1,1 - 2,3 Máy điện 2 8 b/ Máy đồng bộ cực lồi. Máy đồng bộ cực lồi dọc trục v ngang trục không giống nhau, nên mặc dầu s.t.đ l sin nhng từ cảm sẽ không sin. Sự không sin của B B còn phụ thuộc vo tính chất của tải. Để thuận lợi ta phân F ứng với một tải bất kỳ thnh hai thnh phần dọc trục v ngang trục nh hình 2.8 Hình 2.8 Sự phân bố của s.t.đ v từ cảm dọc trục v ngang trục Ta có: d dqdq uud I p W.k 2m. I.sin p W.k 2m. .sin FF === 2-15 q dqdq uuq I p W.k 2m. I.cos p W.k 2m. .cos FF === 2-16 v từ cảm tơng ứng. ud d 0 udm F kk B = v uq q 0 uqm F . .kk B = 2-17 Thực tế B B d v B q B phân bố không sin, phân tích thnh sóng cơ bản v sóng bậc cao. Với các sóng cơ bản ta có hệ số dạng sóng: udm udm ud B B k 1 = v uqm uqm uq B B k 1 = 2-18 Các hệ số k d v k q phụ thuộc vo , m / , / đợc tính sẵn trong ti liệu thiết kế Các điện kháng tơng ứng xác định nh máy cực ẩn: ud 2 dq 2 d 0 d ud ud k p .kW k.k .l. 4.m.f. I E x == 2-19 uq 2 dq 2 q 0 q uq uq k p .kW k.k .l. 4.m.f. I E x == 2-20 Thờng: x d = 0,5 - 1,5; x q = 0,3 - 0,9 Máy điện 2 9 2.4 Quy đổi các S.T.Đ trong máy điện đồng bộ Chế độ lm việc xác lập, tải đối xứng tác dụng của F lên F t l trợ từ hoặc khử từ. Để đánh giá đợc mức độ ảnh hởng đó ta phải quy đổi F về F t v nh vậy khi xét các đặc tính lm việc của máy ta có thể biểu thị chúng trên cùng một hệ trục toạ độ v đờng cong không tải E = f(i t ). Chế độ quá độ ta phải quy đổi ngợc lại F t về F . Việc quy đổi phải đảm bảo điều kiện: B B tm1 = B m1 2-21 Chế độ xác lập, máy cực ẩn ta có: t 0 ttmttm1 .F . .kk .k.BkB == v t 0 tmum1 .F . .kk BB == 2-22 Vậy uu t u u .Fk k F F == hay t u k 1 k = Với máy cực lồi theo hớng dọc trục: t d 0 ttmttm1 .F . .kk .k.BkB == v ud d 0 ududmududm1 .F . .kk .k.BkB == 2-23 Sức từ động phần ứng dọc trục đã quy đổi về s.t.đ cực từ: dud t ud udud .kF k k FF == với k d = k d / k t Cũng vậy, theo hớng ngang trục: quq t uq uquq .kF k k FF == với k q = k q / k t Các hệ số k d v k q phụ thuộc vo , m / , / đợc tính sẵn trong ti liệu thiết kế. Máy điện 2 10 . ta tính đợc. tm 2 2 )(1 tm 2 ).(1 0 tm 2 2 ttm1 B 2 2 sin 4 ).cos.d 2 (B . 2 . 4 dcosB 4 dcosB 2 B =+== Vậy với máy cực ẩn: 2 2 sin . 4 B B k tm tm1 t == 2- 10 Thờng =. .I p W.k 2m. kk .F kk B dq 0 u 0 um == 2- 12 v .I p W.k 2m. kk .l .2. .l B 2 dq 2 0 umu == 2- 13 Sức điện động phần ứng do từ thông cảm ứng nên có trị số: udqudqu f.W.k2 W.k 2 E == . p .kW k.k .l. 4.m.f. I E x 2 dq 2 0 u u u == 2- 14 Thờng x = 1,1 - 2, 3 Máy điện 2 8 b/ Máy đồng bộ cực lồi. Máy đồng bộ cực lồi dọc trục v ngang trục không giống nhau, nên mặc dầu