Mở đầu Loại máy phát điện quay có cấu tạo đơn giản là loại máy phát điện không đồng bộ (dị bộ). Máy điện dị bộ có loại 1 pha, 2 pha hoặc 3 pha, nhưng phần lớn máy phát điện dị bộ 3 pha có công suất từ một vài oát tới vài mê ga oát, có điện áp từ 1 oov đến 6000V. Căn cứ vào cách thực hiện rô to, người ta phân biệt 2 loại: loại có rotor ngắn mạch và loại rotor dây quấn. Cuộn dây rotor dây quấn là cuộn dây cách điện, thực hiện 13 theo nguyên lý của của cuộn dây dòng xoay chiều Cuộn dây rotor ngắn mạch gồm một lồng bằng nhôm đặt trong các rãnh của mạch từ rô to, cuộn dây ngắn mạch là cuộn dây nhiều pha có số pha bàng số rãnh.
Động cơ rotor ngắn mạch có cấu tạo đơn giản và rẻ tiền, còn máy điện rotor dây quấn đắt hơn, nặng hơn nhưng có tính động tốt hơn, do có thể tạo các hệ thống khởi động và điều chỉnh. Nguyên lý làm việc của máy phát điện di bộ Để xét nguyên lý làm việc của máy phát điện dị bộ, ta lấy mô hình máy điện 3 pha gồm 3 cuộn dây đặt cách nhau trên chu vi máy điện một góc 120°, rotor là cuộn dây ngắn mạch (hình 4. Khi cung cấp vào 3 cuộn dây 3 dòng điện của hệ thống diện 3 pha có tần số là fi thì trong máy điện sinh ra từ trường quay với tốc độ 60f1/p. Từ trường này cắt thanh dẫn của rotor và stator, sinh ra ở cuộn stator sđđ tự cảm e1 và ở cuộn dây rotor sđđ cảm ứng e2 có giá trị hiệu dụng như sau: E1 = 4,44 W1 f1kcd E2 = 4,44 W2f1 kcd Do cuộn rotor kín mạch, nên sẽ có dòng điện chạy trong các thanh dẫn của cuộn dây.
Sự tác động tương hỗ giữa dòng điện chạy trong dây dẫn rotor và từ trường sinh ra lực, đó là các ngẫu lực (2 thanh dẫn nằm cách nhau đường kính rô to) nên tạo ra mô men quay. Mô men quay có chiều đẩy stator theo chiều chống lại sự tăng từ thông móc vòng với cuộn dây. Nhưng vì stator gắn chặt còn rotor lại treo trên ổ bi, do đó rotor phải quayvới tốc độ n theo chiều quay của từ trường. Tuy nhiên tốc độ này không thể bằng tốc độ quay của từ trường, bởi nếu n = nu thì từ trường không cắt các thanh dẫn nữa, do đó không có sđd cảm ứng, E 2 = 0 dẫn đến I2 = 0 và mô men quay cũng bằng không, rotor quay chậm lại, khi rotor chậm lại thì từ trường lại cắt các thanh dẫn, nên lại có sdd, lại có dòng và mô men, rotor lại quay.
Do tốc độ quay của rotor khác tốc dộ quay của từ trường nên xuất hiện độ trượt và được định nghĩa như sau: 14 Như vậy so với stato, từ trường quay của rotor có cùng giá trị với tốc độ quay của từ trường stato. Cấu tạo động cơ dị bộ: Phần tĩnh (stato) Stato bao gồm vỏ máy, lõi sắt và dây quấn. Vỏ máy Vỏ máy là nơi cố định lõi sắt, dây quấn và đồng thời là nơi ghép nối nắp hay gối đỡ trục. Để chế tạo vỏ máy người ta có thể đúc, hàn, rèn và nguyên liệu để làm vỏ máy có thể làm bằng gang, nhôm hay lõi thép.
Vỏ máy có hai kiểu: vỏ kiểu kín và vỏ kiểu bảo vệ. Hộp cực là nơi để đấu điện từ lưới vào Hình 2.1: Cấu tạo của stator 15 Đối với động cơ kiểu kín hộp cực yêu cầu phải kín, giữa thân hộp cực và vỏ máy với nắp hộp cực phải có giăng cao su. Trên vỏ máy còn có bulon vòng để cẩu máy khi nâng hạ, vận chuyển và bulon tiếp mát. Lõi sắt Lõi sắt là phần dẫn từ.
Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay, nên để giảm tổn hao lõi sắt được làm từ những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm ép lại. Yêu cầu của lõi sắt là phải dẫn từ tốt, tổn hao nhỏ và chắc chắn. Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Dây quấn Dây quấn stato được đặt vào rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt.
Dây quấn đóng vai trò quan trọng của máy điện vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng hay ngược lại, đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm một phần khá cao trong toàn bộ giá thành máy.8 là hai loại rotor của động cơ không đồng bộ.2: Rotor máy điện không đồng bộ Lõi sắt Lõi sắt của rôto bao gồm các lá thép kỹ thuật điện như stato, điểm khác biệt ở đây là không cần sơn cách điện giữa các lá thép vì tần số làm việc trong rôto rất 16 thấp chỉ vài Hz, nên tổn hao do dòng phuco trong rôto rất thấp. Lõi sắt được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rôto của máy. Phía ngoài của lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn rôto. Dây quấn rôto Phân làm hai loại chính: rôto kiểu dây quấn và kiểu lồng sóc Loại rôto dây quấn: Rôto có dây quấn giống như dây quấn stato.
Máy điện kiểu trung bình trở lên dùng dây quấn kiểu sóng hai lớp, vì bớt những dây đầu nối nên kết cấu dây quấn trên rôto chặt chẽ. Máy điện cỡ nhỏ dùng dây quấn đồng tâm một lớp. Dây quấn ba pha của rôto thường đấu hình sao. Đặc điểm của loại động cơ kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch rôto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hay cải thiện hệ số công suất của máy.
Loại rôto kiểu lồng sóc Kết cấu của loại dây quấn rất khác với dây quấn stato. Trong mỗi rãnh của lõi sắt rôto đặt các thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài trong lõi sắt và được nối tắt lại hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hay nhôm. Nếu là rôto đúc nhôm thì trên vành ngắn mạch còn có các cánh quay gió. Rôto thanh đồng được chế tạo từ đồng hợp kim có điện trở suất cao nhằm mục đích nâng cao mômen mở máy.
Để cải thiện tính năng mở máy, đối với máy có công suất lớn, người ta làm rãnh rôto sâu hoặc lồng sóc kép. Đối với máy điện cỡ nhỏ, rãnh rôto được làm chéo góc với tâm trục. Dây quấn lồng sóc không cần cách điện với lõi sắt. Trục Trục máy điện mang rôto quay trong lòng stato.
Trục máy điện được chế tạo tùy theo kích thước và nguyên liệu chủ yếu là thép cacbon.Trên trục của rôto có lõi thép, dây quấn, vành trượt và quạt gió. Các chế độ làm viẹc của máy phát điện dị bộ Máy phát điện dị bộ có thể làm việc ở những thể loại sau: 1. Động cơ Chế độ chúng ta vừa nghiên cứu trên là chế độ động cơ của máy dị bộ. Ở chế độ này động cơ nhận điện năng từ lưới điện và biến thành cơ năng để chuyển dộng một 17 cơ khí gắn trcn trục động cơ (tải).
Động cơ có tốc độ quay nhỏ hơn tốc độ từ trường, quay cùng chiều với từ trường. Sẽ bàn kỹ hơn chế độ này ở phần sau. Chế độ máy phát vẫn Với mô hình máy điện dị bộ trên, nếu bây giờ gắn vào trục máy điện một máy lai ngoài (ví dụ động cơ di-e-zen) và quay rotor với tốc độ n cùng chiều từ trường nhưng có giá trị lớn hơn tốc độ từ trường, thì thứ tự cắt các thanh dẫn của rotor sẽ ngược với thứ tự cắt vừa nghiên cứu. Sđđ cảm ứng trong các thanh dẫn đổi chiều, dòng điện cũng đổi chiều, trước đây chạy từ lưới vào máy điện thì bây giò dòng diện chạy từ máy điện về lưới điện, ta có chế độ máy phát.
Độ trượt bây giờ tính như sau: 3. Chế độ máy hãm Nếu bây giờ có một lực từ bên ngoài, kéo rotor máy dị bộ quay ngược với chiều quay của từ trường, do hướng của từ trường quay không đổi nên hướng của sđd và dòng điện trong các thanh dẫn rotor không đổi chiều, nên mô men không đổi chiều nhưng do rotor đổi hướng quay nên bây giờ mô men do động cơ sinh và tốc độ ngược chiều nhau, ta có chế độ hãm điện. Vì n = -n nên bây giờ độ trượt có giá trị: 4. Chế độ biến áp Nếu máy điện dị bộ rotor dây quấn để hở cuộn dây rô to, thì khi cấp điện cho mạch stato, từ trường quay stator cắt các cuộn dây rotor và sinh ra sđđ trong các cuộn dây theo nguyên tắc của máy biến áp.
Giá trị hiệu dụng của các sđđ này như sau: E1 = 4,44kcdlW 1f1 E2=4,44kcd2W 2f1 trong đó: kcd1 và kcd2 - hệ số cuộn dây phía sơ cấp và thứ cấp. Vì mạch rotor hở, nên không có dòng chạy và không có mô men. Máy điện dị bộ làm việc như máy biến áp. Nếu ta khép mạch rô to, nhưng giữ cho rotor không quay thì tần số của sđđ cảm 18 ứng trong mạch rotor fi = f2, ta vẫn có chế độ biến áp.
Máy dị bộ có rotor không quay làm việc như máy biến áp, trong thực tế được dùng như bộ dịch pha hoặc bộ điều chỉnh điện áp. Tuy nhiên cần lưu ý, khi rotor động cơ không quay, máy điện bị đốt nóng do phương pháp làm mát bị thay đổi và tổn hao ở lõi thép tăng đột ngột vì độ trượt tăng (s = 1). Lúc này thường phải giảm dòng bằng giảm điện áp. Máy dị bộ làm việc như máy biến áp, nên có thể cấp nguồn từ phía rô to.
Các loại chế độ làm việc của máy điện dị bộ biểu diễn trên hình Hình 2.2: Các thể loại chế độ làm việc của máy điện dị bộ 2.Cấu tạo của động cơ roto dây quấn Máy điện không đồng bộ roto dây quấn gồm các bộ phận chính sau: Stato, Roto. Stato Là thành phần tĩnh gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn. Ngoài ra còn có vỏ máy, nắp máy. Lõi thép: Lõi thép được làm bằng những lá thép kĩ thuật điện dày 0,35 ÷ 0,5 mm, bề mặt có phủ sơn cách điện để chống tổn hao do dòng điện xoáy.1 trình bày về lõi thép Stato của máy điện dị bộ.
Khi đường kính máy nhỏ, các lá thép được dập theo hình tròn như ở hình 2. Khi đường kính ngoài lõi thép lớn (trên 990 mm) các lá thép được dập thành hình rẻ quạt (hình 2. Các lá thép ghép lại với nhau rồi ép chặt tạo thành hình trụ rỗng, bên trong hình thành các rãnh để đặt dây quấn như ở hình 2.