Máy điện đồng bộ là gì? Cấu tạo máy điện đồng bộ

Định nghĩa máy điện đồng bộ là gì?

Máy điện đồng bộ là máy điện xoay chiều có tốc độ rô to n bằng tốc độ từ trường quay trong máy n₁. Ở chế độ xác lập máy điện đồng bộ có tốc độ quay của rôto n luôn không đổi.

Máy phát điện đồng bộ là nguồn điện chính của lưới điện các quốc gia, trong đó động cơ sơ cấp là tuabin hơi, tuabin nước hoặc tuabin khí. Các máy phát thường nối làm việc song song với nhau. Công suất của một máy phát đã chế tạo trên 1200MW.

Còn động cơ điện đồng bộ được sử dụng khi truyền động công suất lớn, có thể đạt đến vài chục MW và với yêu cầu tốc độ không đổi. Động cơ điện đồng bộ dùng trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh, máy bơm nước, khí nén, quạt gió,…

Cấu tạo của máy điện đồng bộ

Cấu tạo của máy điện đồng bộ gồm có hai bộ phận chính là stato và rô to

1. Stato (phần ứng)

Stato của máy điện đồng bộ giống như stato của máy điện không đồng bộ, gồm hai bộ phận chính là lõi thép stato và dây quấn bap ha stato (xem lại phần máy điện không đồng bộ). Dây quấn stato còn gọi là dây quấn phần ứng.

2. Rôto (phần cảm)

Roto của máy điện đồng bộ là nam châm điện gồm có lõi sắt và dây quấn kích thích. Dòng điện đưa vào dây quấn kích thích là dòng điện một chiều. Rô to của máy điện đồng bộ có hai kiểu là rô to cực lồi và rôto cực ẩn.

a. Rô to cực lồi

Dạng mặt cực để khe hở không khí không đều, mục đích là làm cho từ cảm phân bố trong khe hở không khí hình sin để sức điện động cảm ứng ở dây quấn stato hình sin (hình 1). Loại rô to này dùng ở các máy phát có tốc độ thấp, có nhiều đôi cực như máy phát kéo bởi tuabin thủy điện.

b. Roto cực ẩn

Khe hở không khí đều và roto chỉ có hia cực hoặc bốn cực (hình 2). Loại rô to cực ẩn được dùng ở các máy có tốc độ cao như các máy kéo bởi tuốc bin nhiệt điện. Vì tốc độ cao nên để chống lực ly tâm, rôto được chế tạo nguyên khối có đường kính nhỏ.

Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ

Xem thêm: động cơ điện xoay chiều là gì

Động cơ sơ cấp 1 (tuốc bin hơi) quay rô to máy phát điện đồng bộ đến gần tốc độ định mức (hình 3), máy phát điện một chiều 7 được thành lập điện áp và cung cấp dòng điện một chiều cho dây quấn kích thích 4 máy phát điện đồng bộ thông qua chổi than 5 và vành góp 6, rô to của máy phát điện đồng bộ trở thành nam châm điện. Do roto quay, từ trường rô to quét qua dây quấn phần ứng stato và cảm ứng ra sức điện động xoay chiều hình sin, có trị số hiệu dụng là:

Trong đó: E₀ là sức điện động pha; N là số vòng dây của một pha; k_dq là hệ số dây quấn; φ₀ là từ thông cực từ rôto.

Nếu roto có số đôi cực từ là p, quay với tốc độ n thì sức điện động cảm ứng trong dây quấn stato có tần số là:

f = p.n/60         (8.2a)

Hoặc

n = 60f / p       (8.2b)

Khi dây quấn stato nối với tải, trong dây quấn sẽ có dòng điện bap ha chạy qua. Hệ thống dòng điện này sẽ sinh ra từ trường quay, gọi là từ trường phần ứng, có tốc độ là:

n₁ = 60f / p 9vg/ph)         (8.2c)

Từ (8.2b) và (8.2c), ta thấy tốc độ rô to n bằng tốc độ từ trường quay trong máy n₁, nên gọi là máy điện đồng bộ.