Chơng 1:
Giới thiệu về công nghệ sản xuất điện năng
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống sản xuất điện năng
Ngày nay năng lợng cung cấp cho dân dụng và
công nghiệp chủ yếu là điện năng, bởi vì điện năng là
dạng năng lợng dễ vận chuyển, dễ sản xuất và dễ
chuyển hoá thành các dạng năng lợng khác nh quang
năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng
Điện năng là một dạng năng lợng đặc biệt do con
ngời tạo ra và dễ dàng sử dụng trong tự nhiên cũng tồn
tại một số dạng năng lợng, tuy nhiên chúng không sử
dụng đợc.
Điện năng là đợc sản xuất bằng các chuyển các
dạng năng lợng sơ cấp nh năng lợng dòng nớc (thuỷ
năng) nhiệt năng, năng lợng, sức gió, năng lợng mặt
trời, năng lợng hạt nhân, năng lợng thuỷ triều, năng
lợng nhiệt của nớc ngầm trong lòng đất, thành năng
lợng điện. Tuỳ vào loại năng lợng sơ cấp mà ngời ta
chia ra các loại nhà máy điện chính: nhà máy thuỷ điện
(NTĐ), nhà máy nhiệt điện (MNĐ), nhà máy điện nguyên tử
(NNT). Bảng dới đây cho thấy tình hình tiêu thụ năng lợng sơ cấp ở một số nớc trên thế giới năm 1999.

Vang Yang Thor Tou

1


Tiêu thụ năng lợng sơ cấp ở một số nớc (năm 1999)
Tiêu thụ năng Tron
lợng sơ cấp, g đó Than Khí
Hạt Thuỷ

tự
đơn vị triệu
năng
Tên nớc tấn
(%) nhiê nhân
dầu tơng dầu
(%)
(%)
(%)
n (%)
đơng
Mỹ
250
40,0
24,6
25,2
9,0
1,2
Liên
Xô
908
20,0
18,9
53,1
5,8
2,2
(cũ)
Trung
753
26,6

67,9
2,6
0,5
2,4
Quốc
Nhật Bản
507
51,0
10,0
13,2
16,2
1,6
Đức
331
40,0
24,4
21,8
13,2
0,6
ấn Độ
276
34,3
54,3
7,7
1,2
2,5
Pháp
252
38,2
5,6

13,4
40,2
2,6
Canađa
228
36,4
14,0
28,3
8,3
13,0
Anh
222
35,4
16,1
37,0
11,2
0,3
Ytalya
166
56,3
7,5
35,5
0
0,7
Toàn thế
8534
40,4
25,0
24,2
7,6

2,6
giới
Việc sản xuất và tiêu thụ năng lợng điện cũng
đánh giá tình hình phát triển của một quốc gia.
Ngoài từ một số nhà máy điện biến đổi trực tiếp
năng lợng sơ cấp thành điện năng (nhà máy điện sử
dụng năng lợng bức xạ mặt trời )NMT), còn phần nhiều
máy phát thời nay biến cơ năng thành điện năng qua
trung gian của từ trờng. Cơ năng đợc cung cấp cho máy
phát gọi là sức kéo, sức kéo này dùng để làm quay máy
phát.
Do đó quá trình sản xuất điện năng hiện nay đợc
mô tả nh trong hình vẽ sau:

Cơ năng

Nguồn năng l
ợng sơ cấp

Turbine

Vang Yang Thor Tou

Điện năng

Máy

Bộ phận

phát


truyền tải
2


kích từ

Hình 1: Hệ sản xuất điện năng
* Nguồn năng lợng sơ cấp: là nguồn năng lợng có
sẵn trong tự nhiên nh than, dầu, năng lợng dòng nớc,
năng lợng sức gió, nguồn năng lợng sơ cấp này dùng
để là quay turbine đợc gắn cứng trục với máy phát do
đó sẽ làm quay máy phát và phát ra điện ở đầu cực máy
phát. ở nhà máy nhiệt điện thì dùng than và dầu để đun
nóng nớc trong bao hơi, biến nớc thành hơi quá nhiệt
và ngời ta dẫn luồn hơi quá nhiệt này vào cánh
tuabine làm quay turbine. ở nhà máy điện nguyên tử thì
về nguyên lý giống nhà máy nhiệt điện, tuy nhiên
không dùng than và dầu để đun nớc mà ngời ta dùng
năng lợng nguyên tử để đun nớc. Còn ở nhà máy thuỷ
điện thì ngời ta lại lợi dụng thế năng nguồn nớc để tạo
ra dóng chảy turbine, năng lợng chảy của nớc làm
quay cánh turbine. Muốn vậy phải đắp đập chắn nớc để
tạo nguồn thế năng nớc, sau đó ngời ta thảo nớc một
cách chủ động để dòng nớc chảy qua cánh turbine làm
cho turbine quay.
* Turbine: là bộ phận biến năng lợng sơ cấp thành
cơ năng trªn trơc quay turbine. Do trơc quay turbine
nèi víi trơc máy phát nên làm quay roto máy phát để
phát ra điện.

* Máy phát: là bộ phận trực tiếp sản xuất điện, có
nhiệm vụ biến cơ năng từ turbine thành điện năng ở đầu
cực máy phát. Hiện nay máy ophát dùng trong các nhà
máy điện là máy phát đồng bộ, nghĩa là sức điện động
do máy phát phát ra phụ thuộc vào hai yếu tố, tốc độ
quay của máy phát và tõ trêng kÝch tõ cđa m¸y ph¸t.
Bé phËn kÝch thÝch cã nhiƯm vơ t¹o ra tõ trêng mét

Vang Yang Thor Tou

3


chiều trên cuộn dây kích thích của máy điện đồng bộ
và khi có sự chuyển động tơng đối giữa từ trờng kích
thích và các vòng dây phần ứng thì sẽ sinh ra trong
cuộn dây phần ứng một sức điện động cảm ứng, và do đó
tạo ra ở đầu cực máy phát một điện áp ra của máy phát.
* Bộ phận truyền tải điện: có nhiệm vụ vận chuyển
điện năng phát ra từ đầu cực máy phát tới nơi tiêu thụ.
ở Việt Nam hiện nay điện năng phát ra từ các nhà máy
điện quốc gia đợc hoà vào lới điện quốc gia 500kV.
1.1.1. Các loại nhà máy điện
1.1.1.1. Nhà máy nhiệt điện
Sử dụng nhiệt năng thoát ra khi đốt các nhiên liệu
hữu cơ (than, dầu khí,) thành điện năng. Hiện nay trên
thế giới khoảng 70% điện năng đợc sản xuất ra từ các
nhà máy nhiệt điện. ở Việt Nam hiện nay nhà máy nhiệt
điện đốt than lớn nhất là Phả Lại 1 và 2 với tổng công
suất 1040MW. Trong tơng lai sẽ mở rộng nhà máy Phú Mỹ

1 và 2 với tổng công suất 1000MW. Trong tơng lại sẽ mở
rộng máy máy Phú Mỹ và đặt thêm một số nhà máy
nhiệt điện chạy khí ở khu vực này. Ngoài ra còn có
nhiều nhà máy nhiệt điện nhỏ và đang xây dựng một số
nhà máy lớn ở Hà Tĩnh, Quảng Ninh, Hải Phòng với công
suất mỗi nhà máy là 1200MW. Tuy nhiên với giá nhiên liệu
lên cao nh hiện nay thì việc sản xuất điện bằng nhà
máy nhiệt diện là tơng đối đặt, và gây ô nhiễm môi trờng do có khí thái. Than, dâu và hơi đốit còn có thêm
nhợc điểm là không tự phục hồi đợc.
Quy trình sản xuất điện của nhà máy nhiệt điện thể
hiện trong hình vẽ dới ®©y.

2
3
1

Vang Yang Thor Tou

6

9

~8
4

4


7


5

Hình 2: Sơ đồ khí chức năng quá trình sản xuất điện ở nhà
máy nhiệt điện
Trong đó
1. Lò hơi

6. Bình khử khí

2. Bộ quá nhiệt

7. Bơm nớc cấp

3. Tuabine

8. Máy phát điện

4. Bình ngng

9. Khớp nối

5. Bơm ngng
Hơi sinh ra ở lò hơi là hơi bÃo hoà, đo hoà, đợc dẫn và bộ
quá trình biến thành hơi qúa nhiệt. Hơi quá nhiệt đợc
dẫn vào tuabin dÃo hoà, đn nở làm quay tuabin đ ợc tuabin đợc
nối với roto máy phát ®ång bé qua khíp nèi. Roto quay
sÏ sinh ra ®iƯn ở cực máy phát. Hơi sau khi qua tuabin đợc dẫn vào bình ngng tụ sau đó đợc dẫn qua bình khử
khí rồi đợc bơm nớc cấp đa trở lại lò hơi.
Nh vậy ở đây nớc chỉ là môi chất trung gian, còn
năng lợng biến đổi chính là năng lợng than ở đầu vào

để biến thành điện năng ở đầu ra.
1.1.1.2. Nhà máy điện nguyên tử
Hiện nay nhà máy điện nguyên tử đang phát triển
mạnh trên thế giới, đó là loại máy sử dụng năng lợng
phân rÃo hoà, đ hạt nhân nguyên tử để biến thành điện năng.
Tính đến năm 2000 trên thế giới đÃo hoà, đ có 432 là phản ứng hạt
nhân phục vụ sản xuất điện với tổng công suất 362 triệu
kW, sản xuất khoảng 17% lợng điện toàn thế giới. Năng
lợng hạt nhân là một nguồn năng lợng tuyệt diệu, nhà

Vang Yang Thor Tou

5


máy điện hạt nhân có kích thớc nhỏ, không gây ô nhiễm
khí quyền, nguyên liệu rẻ. Tuy nhiên nhà máy điện hạt
nhất rất đắt vì hệ thống an toàn phức tạp, phí tổn đào
tạo nhân công cao.
Quy trình sản xuất điện ở nhà máy điện nguyên tử
gần giống với nhà máy nhiệt điện, có hình dạng nh hình
3:

1
1a

1b

3
9


~8

6
4
Hình 3: Sơ đồ khối chức năng quá trình sản xuất điện ở
tử
7 nhà máy điện nguyên
5
Trong đó: Lò hơi của nhà máy nhiệt điện đợc thay
bằng nhà lò (1) gồm là phản ứng hạt nhân (1a) và bình
sinh hơi (1b). Tuabin của nhà máy điện nguyên tử thờng
làm việc ở vùng bÃo hoà, đo hoà nên không cần bộ quá nhiệt.
1.1.1.3. Nhà máy thuỷ điện
Là loại nhà máy điện sử dụng thế năng dòng nớc.
Nó sản xuất khoảng 15% năng lợng điện toàn thế giới, nớc có lẽ là nguồn năng lợng sơ cấp tốt nhất, vì không
gây ô nhiễm, không mất tiền mua, và có thể tự hồi phục
đợc khi có ma. Tuy NTĐ đòi hỏi chi phí đầu t ban đầu lớn
do phải xây dựng các đập cao, nhng chi phí vận hành nhỏ
nên giá thành điện năng là nhỏ nhất ngoài giá trị sản
xuát điện ra NTĐ còn có ý nghĩa lớn trong vấn đề thuỷ
lợi, chống lũ Tuy nhiên việc phát triển thêm NTĐ cũng

Vang Yang Thor Tou

6


dần bị hạn chế bởi nhiều nơi trên thế giới các nguồn nớc
hầu nh đÃo hoà, đ đợc sử dụng hết. ở Việt Nam do đặc điểm có

nhiều sông suối nên rất thuận lợi trong vấn đề phát
triển thuỷ điện, và hiện nay NTĐ lớn nhất là Hoà Bình
với công suất 1920MW, tiếp theo là Yaly (700mW). Hiện nay
đang xây dng các nhà máy lớn nh Sơn La, Sông Gâm, Bản
Mai. Các nhà máy vừa và nhỏ đợc khuyến khích xây
dựng ở miền Bắc và miền Trung.
Quy trình sản xuất điện năng ở nhà máy thuỷ điện
đơn giản hơn nhà máy nhiệt điện và điện nguyên tử, nó
không theo chu trình kín nh hai nhà máy nói trên. Nớc
sau khi qua tuabin đợc trả trở lại tự nhiên.
Ngoài ba loại nhà máy điện chính kể trên còn có
các loại nhà máy điện sau: nhà máy phong điện có công
suất vài megaoat, nhà máy điện mặt trời, nhà máy điện
sử dụng năng lợng thuỷ triều có công suất hàng trăm
mêgaoats, nhà máy điện địa nhiệt và ngời ta cũng đang
chuẩn bị xây dựng các nhà máy điện nhiệt lạnh dựa
trên cơ sở tổng hợp hạt nhân.

1.2. Máy phát điện đồng bộ
Máy phát điện đồng bộ đợc sử dụng rộng rÃo hoà, đi trong
công nghiệp, phạm vi sử dụng chính là biến đổi cơ năng
thành điện năng, nghĩa là làm máy phát ®iƯn ba pha ®Ĩ
dïng trong nỊn kinh tÕ qc d©n và trong đời sống.
Điện năng đợc sản xuất từ các máy phát điện quay bằng
tuabin hơn, tuabin khí hoặc tuabin nớc. Ngoài ra máy
phát điện còn đợc kéo bởi các động cơ sơ cấp khác nh
động cơ điêzen động cơ đốt trong cho các máy phát
công suất vừa và nhỏ nhằm phục vụ cho các tải địa phơng, các nguồn dự phòng, các xí nghiệp công nghiệp
nhỏ
1.2.1. Định nghĩa


Vang Yang Thor Tou

7


Máy phát điện đồng bộ ba pha là máy có tốc độ
quay của rôto bằng tốc độ của từ trờng quay stato
60. f
n = n1 = P

(vòng/phút)

Trong đó
- P là số đôi cực
- n là tốc độ quay của rôto
- f là tần số có đơn vị là Hz
- n1 là tốc độ quay của từ trờng
Khi tuabin quay sẽ kéo rôto của máy phát quay
theo và cảm ứng của đầu cực máy phát điện xoay chiều
một sức điện động lµ:
E = 4 .44 . Kqd . f . W . đm
Trong đó:
Kdq: là hệ số dây quấn;
W : Số vòng dây của một cuộn dây pha
dm: từ thông cực đạ dới một cực của cực từ
1.2.2. Cấu tạo và nguyên lý cơ bản
a. Cấu tạo
Phần tĩnh
Phần tĩnh là ba cuộn dây ba pha AX, BY, CZ đặt lệch

nhau trong không gian 120 độ
Phần quay: là nam châm điện một chiều có một
hoặc một số đôi cực kích thÝch b»ng dßng mét chiỊu.

Vang Yang Thor Tou

8


Hình 1.1. Cấu tạo của máy điện đồng bộ
b. Nguyên lý
Máy phát điện (G) đợc quay bởi tuabin (T)
T cung cấp cơ năng máy phát điện G thể hiện bằng
mômen cơ MCO. G nhận MCO và biến thành mômen điện Mđiện.

M dien
T

G
MCO n

Hình 1.2: Tổ hợp máy phát tuabin
Máy phát ®iÖn cã vËn tèc n = n db = const, tổng
mômen tác dụng lên trục máy phát là:
MCO + Mđiện = 0
Hay

MCO = - Mđiện

Dấu trừ ở đây thể hiện sự ngợc chiều của hai mômen

MCO và Mđiện nghĩa là Mđiện mang tính hÃo hoà, đm.
Ta có:
P dien

Mđiện =

db

Trong đó P là công suất điện

Vang Yang Thor Tou

9


Vậy Pđiện đặc trng cho Mđiện và khi máy phát điện có
mômen điện mang tính hÃo hoà, đm tức là máy phát điện ra P khi
làm việc bình thờng, máy phát điện phát ra năng lợng
hữu ích, nên công suát phát đợc coi là những số dơng.
Khi khép mạch cuộn dây AX, BY, CZ qua tải đối xứng
ZA = ZB = ZC trong cuộn dây AX, BY, CZ có dòng I A, IB, IC lƯch
pha nhau vỊ thêi gian 1200 điện vì AX, BY, CZ đặt lệch
nhau trong không gian 120độ còn IA, IB, IC là từ trờng
quay với vận tốc = điện.
Vì tốc độ rôto R = đb nên từ trờng sinh ra ở stato
không quét rôto, do đó trong đó rôto không có dòng
cảm ứng mà chỉ có dòng kích thích một chiều.
Trong chế độ làm việc bình thờng máy phát điện
làm việc đối xứng, tức là dòng lệch pha nhau 120 0 với
các môđun IA, IB, IC.

Nếu lấy IA làm gốc thì ta có hệ dòng ®èi xøng nh
sau:
IA
IB = a2 . IA

(11)

IC = a . IA
Víi a = e120
T¬ng tù nh vËy ta cịng cã một hệ áp đối xứng khi
lấy uA làm gốc
UA
UB = a2 . UA
1.2.3. Kết cấu và đặc điểm
a. Máy phát ®iƯn cùc Èn
M¸y ph¸t ®iƯn cùc Èn quay nhanh, tøc là có n db lớn
do đó kích thớc máy gọn nhẹ tiêu hao nguyên liệu trên
một đơn vị công suất nhá. Do quay nhanh lùc ly t©m

Vang Yang Thor Tou

1
0


của rôto khi quay rất lớn nên rôtô phải bền nên rôto
thờng gia công bằng rèn liền khối
Đờng kính rôto phải nhỏ thờng kháng lớn hơn 1,1
1,5m để giảm quán tính
Để tăng công suất của máy phát ta tăng chiều dài

tối đa của rôto (có thể đến 6,5m)
Các máy phát điện cực ẩn đợc chế tạo với số cực zp
= 2 nên tốc độ sẽ là:

60 . f 60.50
=
1
n= P

= 3000 (vòng/phút)

(1.3)

Hình 1.4: Mặt cắt ngang trục lõi thép rôto
Dây dẫn kích từ mặt trong rÃo hoà, đnh rôto đ ợc chế tạo
từ dây đồng trần, tiết diện chữ nhật quấn theo chiều
mỏng thành các bối dây đồng tâm. Các vòng dây cuấn
bối dây này đợc cách diện với nhau b»ng mét líp mica
máng. D©y qn kÝch tõ n»m trong rÃo hoà, đnh đ ợc cố định và
ép chặt bằng nối ở ngoài rÃo hoà, đnh dợc đai chặt bằng các
ống trụ thép phi từ điện gây ra. Hai đầu của dân quấn
kích từ đi luồn trong trục và nối với hai vành trợt đặt
ở đầu trục thông qua hai chổi điện, nối với dòng kích từ
một chiều. Dòng ®iƯn kÝch tõ mét chiỊu thêng ®ỵc cung
cÊp bëi mét máy phát điện một chiều hoặc xoay chiều đ-

Vang Yang Thor Tou

1
1



ợc chỉnh lu (có hoặc không có vành trợt), nối khung
trục với máy phát điện.
Stato của máy phát điện ba pha cực ẩn bao gồm lõi
thiếp. Trong có đặt dây quấn ba pha, ngoài là thân và
vỏ máy. Lõi thép stato đợc ghép và ép bằng các tấm tôn
silic dày 0,5 (mm) khoảng 3 (cm) đến 6 (cm) lại có một
rÃo hoà, đnh thông gió ngang trục, rộng 10 (mm). Lõi thép stato
đợc đặt cố định trong thân máy. Các máy có công suất
trung bình và lớn, thân máy đợc chế tạo theo kết cấu
cực ẩn đợc sử dụng cho các máy phát điện của nhà máy
nhiệt điện với u điểm là kết cấu nhỏ gọn, chắc chắn phù
hợp với tốc độ cao.
b. Máy phát điện cực lồi
Máy cực lồi đợc chế tạo cho các máy phát điện có
tốc độ quay thấp, nên tỷ lệ chiều dài, đờng kính rôto
thờng là: L/D = 0,15 0,2. Rôto của máy phát điện cực lồi
công suất nhỏ và trung bình có lõi thép đợc chế tạo
bằng thép đúc và gia công thanh khối hình trụ trên
mặt có đặt cực từ. Với các máy lớn, lõi thép đợc chế tạo
từ các tấm thép dày 1 6mm dập hoặc đúc định hình sẵn
để ghép thành các khối lăng trụ. Cực từ đặt trên lõi
thép rôtor đợc ghép bằng những là thép day 1 1,5mm
Dây quấn kích từ đợc chế tạo từ dây đồng trần
thiết diện chữ nhất quấn theo chiều mỏng thành từng
cuộn dây. Cách điện giữa các vòng dây là các lớp mica
hoặc amiang. Sau khi gia công, các cuộn dây đợc lồng
vào các thân cực
Dây quấn cản của máy phát điện đợc đặt ở trên các

đầu cực có cấu tạo nh dây quấn kiểu lồng sóc của máy
phát điện không đồng bộ, nghĩa là làm bằng các thanh
đồng đặt vào rÃo hoà, đnh các đầu cực và hai đầu nối với hai
vành ngắn mạch

Vang Yang Thor Tou

1
2


Hình 1.6: Cực từ của máy đồng bộ cực lồi
1. Lá tiếp cực từ;
2. Dây quấn kích thích
3. đuổi hình T; 4. nêm; 5. Lõi thép rôto
Stato của MFĐ cực lồi có cấu tạo nh ở MFĐ cực ẩn.
Để đảm bảo vận hành ổn định, ngoài các yêu cầu chặt
chẽ ®èi víi kÕt cÊu vỊ ®iƯn. C¸c kÕt cÊu vỊ cơ học và hệ
thống làm mát cũng đợc thiết kế tạo phù hợp tơng
thích với từng loại MFĐ, đáp ứng đợc môi trờng và chế
độ làm việc. MFĐ có công suất nhỏ làm mát bằng gió, có
các khoang không gió làm mạt đợc thiết kế chế tạo
nằm giữa vỏ máy và lõi thép stato. Đầu trục của máy đợc gắn một cách quạt gió để khi quay không khí đợc
thổi qua các khoang thông gió này. Vỏ máy ngoài ra
cũng đợc chế tạo với các sống gân hoặc cánh toả nhiệ
nhằm làm tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cho máy.
Phổ biến nhất là các MFĐ đợc làm mát bằng nớc hoặc
bằng khí và đợc áp dụng cho các máy có công suất từ
vài chục kW trở lên. Với MFĐ công suất lớn (có đờng
kính roto lớn 1m) ngời ta chia lá tôn ra nhiều mảnh gọi

là sec măng để dập, sau đó ghép lại
Sec măng cách điện

Vang Yang Thor Tou

1
3


Sec măng ép ở hai đầu
Sec măng chính để tạo thành lõi sắt dẫn từ
Sec măng thông gió để tạo thành các rÃo hoà, đnh thông
gió
Trục của MFĐ có thể đặt nằm ngang nh các máy
công suất nhỏ với các máy tuabin nớc công suất lớn,
tốc độ chậm, trục của máy đặt thẳng đứng
1.2.4. Phơng trình của máy điện đồng bộ
a. Phơng trình của máy phát điện đồng bộ cực Èn
U = E – R . I – j . xdbI
Với

(1.4)

xdb = x + xu

- x là kháng tản (xt)
- xu điện kháng phần ứng (điện kháng chính của
máy)
- R điện trở dây quấn pha stato
Phơng trình mạch rôto

U kt

Ikt =

R kt

(1.5)

b. Phơng trình điện áp của máy phát điện đồng bộ
cực lồi khi khảo sát máy đồng bộ cực lồi phải phân tích
dòng điện thành hai thành phần: thành phần dọc trục
(Id) thành phần ngang trục (Iq)
Iq = I . cos
Iđ = I . sin

(1.6)

Với - là góc lệch pha giữa E0 và I (00 < 4 < 900)
U = E0 – R . I – j (x + xud) . Id – j (x + xuq) . Iq

(1.7)

Víi I = I + Iq
Suy ra
U = E0 – R . I – j . xd . Id – j xq . Iq

Vang Yang Thor Tou

1
4



Trong đó
xd = x + xud - điện kháng dọc trục
xq = x + xua - điện kháng ngang trục
và xq = (0,5 0,6) . xđ
1.2.4. Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ
Chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ ở tải
đối xứng đợc thể hiện rõ ràng của các đại lợng nh điện
áp U dòng điện I trong dây quấn phần ứng dòng điện
kích từ ikt, hệ số công suất cor, tần số f hoặc tốc độ
quay n. Trừ tần số luôn giữ f = f dm và cor = corst do tải
bên ngoài quyết định, từ các đại lợng U, I, i có thể thành
lập đợc các đặc tính sau đây của máy phát đồng bộ.
1. Đặc tính không tải U = E0 = f(ikt), khi I = 0; f = fđm
2. Đặc tính ngắn mạch In = F(it) khi u = 0; f = fdm
3. Đặc tính ngoài u = F(I) khi I t = const; cor = const F
= Fđm
4. Đặc tÝnh ®iỊu chØnh it = f(I) khi U = const, cor =
corst; f = fđm
5. Đặc tính tải U = F(it) khi I = const, cor = const; f =
fdm
Tõ các đặc tính trên có thể suy ra các tính chất
quan trọng của máy nh tỷ số ngắn mạch k, độ thay đổi
điện áp U và các tham số Xd, Xa, XU
Ta có thể dùng sơ đồ thí nghiệm nh hình 1,8 để xác
định các đặc tính của máy phát
W

+

V

MFĐ
VRt

A

Vang Yang Thor Tou

A
Z

V
A

V
W

A

Z
Z

1
5


Hình: Sơ đồ đấu dây xác định đặc tính của máy phát điện
đồng bộ
a. Đặc tính không tải

Đặc tính không tải là quan hệ E0 = U0 = f(it) khi I = 0
và f = fdm
Eđ

1
0,75
0,5
Hình 1.9: Đặc tính
không tải của máy phát tuabin hơi (1)
0,25
và máy phát tuabin nớc (2)
0 tải là
1 quan
2 hệ giữa
3
Đặc tính không
sức điện động
cảm ứng E ở cuộn dây stato với dòng điện kích từ khi
dòng điện tải bằng không trong hệ đơn vị tơng đối
i

E
i
t
t =
i
tdmo
E* = E dm và
Trong đó: itdmo là dòng điện kích từ không tải khi U


= Uđm
Chú ý rằng mạch từ của MFĐ tuabin hơi bÃo hoà, đo hoà
hơn mạch từ của máy phát điện tuabin nớc khi E0 = uđm = E
= 1, đối với máy phát tuabin hơn k rd = Kr = 1,2 còn đối với
máy phát tuabin nớc khi ku = 1,06
b. Đặc tính ngắn mạch và tỷ số ngắn mạch k
Đặc tính ngắn mạch là quan hệ
In = f (it) khi U = 0; f = fđm (khi đó dây quấn phần ứng
nối tắt ở đầu cực máy)

Vang Yang Thor Tou

1
6


E0

Xôu
E0
jXdI

Xud

jIxd
jXơI
I
Hình 1.10: Đồ thị vectơ và mạch điện thay thế máy phát
đồng
bộ lúc ngắn mạch b

a
Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn phần ứng (v u = 0)
thì mạch điện dây quấn phần mạch lức là thuần cảm ( =
900) nh vËy Iq = cos = 0Id = I . sin = 1 và đồ thị của các
máy phát đện lúc đó nh trên hình (1.10) theo biểu thức
(1.8) ta có:
E = jI x d
Mạch điện thay thế của máy có dạng nh hình 1.10b
Lúc ngắn mạch phản ứng là khử từ. Mạch từ của
máy không bÃo hoà, đo hoà vì từ thông khe hỏ không khí cần
thiết để sinh ra E = Eo I . xud = I . xou rÊt nhá

I = f(it)

t

Nh vËy quan hệ I = f(il) là đờng thẳng nh hình 1.11

Hình 1.11 Đặc tính ngắn mạch

Vang Yang Thor Tou

0

I

Tỷ số ngắn mạch không theo định nghĩa là tỷ số
giữa dòng điện ngắn mạch Ino ứng với dòng điện kích

1

7


thÝch sinh ra st ®iƯn ®éng E0 = u®m khi không tải với
dòng điện định mức Iđm nghĩa là:
U.I

K=
U = f(it)

Ud
m

B'
A'

I = f(it)

Iđm
In0

B
A
0Hình 1.12: Xác
if0định tỷ số
ifnngắn mạch
It k
Theo định nghĩa đó từ hình 1.12 ta có
U dm


Ino =

xd

(1.11)

Trong đó: xd trị số của điện kháng đồng bộ dọc
trục cùng với E0 = Udm
Thay trị số Ino theo (1.11) vào (1.10) ta cã:

Udm 1
=
¿
x
I
x
d
dm
d∗
¿
K=
Thêng xd* > 1 do ®ã K < 1 và dòng điện ngắn mạch
xác lập In < Iđm. Vì vậy kết luận dòng điện ngắn mạch xác
lập của máy phát điện đồng bộ không lớn. Sở dĩ nh vậy
là do tác dụng khử tử rất mạnh của phần ứng. Từ hình
1.12 dựa vào tam giác đồng dạng biểu diễn tỷ số ngắn
mạch k nh sau:
I no

K=


I dm

=

i no
i in

Vang Yang Thor Tou

(1.12)

1
8


Trong đó iro là dòng điện kích thích khi không tải
lúc U0 = Uđm; iin là dòng kích thích lúc ngắn mạch khi I =
Idm
Matý với k lớn có u điểm cho độ điện thay đổi điện
áp U nhỏ và theo biểu thức (1.13) sinh ra công suất điện
từ lớn khiến cho máy làm việc ổn định khi tải dao ®éng:

E0 u . cosθ
xd
Id =

u .sin θ
X
Iq =


(1.13)

K = 0,8 – 1,8 víi m¸y tuabin níc
K = 0,5 – 1,0 vói máy phát tuabin hơi
C. Đặc tính và độ thay đổi điện áp Udm của máy phát
đồng bộ
Đặc tính ngoài lµ quan hƯ U = f(I) khi i t = const; cos  =
const; f = fdm
U
cos = 0,8 (®iƯn dung)= = 0,8 (®iƯn dung)0,8 = 0,8 (®iƯn dung)(®iƯn dung)iƯn dung)Ưn dung)n = 0,8 (®iƯn dung)un)
Udm

Um
co = 0,8 (®iƯn dung)= = 0,8 (®iƯn dung)1
co = 0,8 (®iƯn dung)= = 0,8 (®iƯn dung)0,8 = 0,8 (®iƯn dung)(®iƯn dung)iƯn dung)Ưn dung)n = 0,8 (điện dung)cảm)m)

0
Idm của máy
I phát điện
Hình
1.13: Đặc tính ngoài

Đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tải, có
tính cảm khi I tăng, phản ứng khử từ của phần ứng tăng,
điện áp giảm theo đờng biểu diễn đi xuống. Ngợc lại tải
có tính dung khi I tăng, phản ứng phần ứng là trợ từ,
điện áp tăng và đờng biểu diễn đi lên.

Vang Yang Thor Tou


1
9


Độ thay đổi điện áp định mức Uđm là sự thay đổi
điện áp khi tải thay đổi từ định mức cordm đến không
tải, trong điều kiện không thay đổi dòng kích thích.
E 0 U dm

Udm % =

U dm

.100

d. Đặc tính điều chỉnh
Đặc tính điều chỉnh là quan hệ it = f(I) khi u = corst;
cor = const; f = fdm. Nó cho biết hớng điều chỉnh dòng i
của MFSS bộ để giữ điện áp u = const.
cos = 0,8 (điện dung)= = 0,8 (®iƯn dung)0,8 = 0,8 (®iƯn dung)(®iƯn dung)iƯn dung)ện dung)n = 0,8 (điện dung)
cảm)m)
cos = 0,8 (điện dung)= = 0,8 (®iƯn dung)1
cos = 0,8 (®iƯn dung)= = 0,8 (®iƯn dung)0,8 = 0,8 (®iƯn dung)(®iƯn dung)iƯn dung)Ưn dung)n = 0,8 (điện dung)
un)
it0

0
I
I điện đồng bộ

Hình 1.14: Đặc tính điều chỉnh của
máy phát

Ta thấy với tải cảm khi I tăng, tác dụng khử từ của
phản ứng phần ứng tăng làm cho U bị giảm. Để giữ cho U
không đổi phải tăng dòng điện từ hoá i t, ngợc lại ở tải
điện dung khi I tăng, muốn giữ U không đổi phải giảm i t
thông thờng cordm = 0,8 (thuần cảm) nên từ không tải (U
= Uđm. I = 0) đến tải định mức (U = U đm; I = Iđm phải tăng dòng
điện từ hoá it trong khoảng 1,7 2,2 lần.
e. Đặc tính tải
Đặc tính tải là quan hệ U = f(i t0 khi I = const; cor =
const; f = fdm víi c¸c trj sã kh¸c nhau cđa I vµ cor sÏ

Vang Yang Thor Tou

2
0