Phản ứng phần ứng của máy phát đồng bộ

Khi cho máy điện đồng bộ chạy không tải. Lúc này, chỉ có dòng kích từ chạy qua dây quấn rotor, không có dòng chạy qua dây quấn stator. Trong máy chỉ có từ thông chính do phần cảm gây ra. Từ thông này cắt dây quấn stator cảm ứng ra sức điện động Epha chậm pha so với nó một góc 90º.

Khi máy mang tải, dòng điện tải qua dây quấn phần ứng gây nên từ trường gọi là từ trường phần ứng. Từ trường này có tác dụng làm thay đổi về trị số và sự phân bố từ trường trong máy, qua đó làm cho giá trị sức điện động cũng bị biến đổi theo.

Giả sử một máy phát có dây quấn phần ứng đấu Y, tải 3 pha cân bằng như hình sau:

Hình 1. Sơ đồ máy phát đồng bộ

Bây giờ, chúng ta sẽ tiến hành khảo sát sự thay đổi của phản ứng phần ứng qua các loại tải khác nhau.

1. Tải thuần trở

Khi tải thuần trở, sức điện động và dòng tải I cùng pha.

Dòng điện I hình thành từ thông phần ứng trùng pha với nó.

Hình 2. Phản ứng phần ứng với tải thuần trở

Như vậy, từ thông phần cảm và phần ứng có phương vuông góc với nhau. Kết quả của sự tương tác giữa từ trường phần cảm và phần ứng làm biến dạng từ trường cực từ, đồng thời khiến sức điện động cũng thay đổi theo. Phản ứng này là dạng phản ứng ngang trục.

2. Tải thuần cảm

Sức điện động vượt trước dòng điện I một góc 90º.

Dòng điện I sinh ra từ trường phần ứng cùng phương nhưng ngược chiều với Φmax .

Hình 3. Phản ứng phần ứng với tải thuần cảm

Từ trường phần ứng tác dụng lên phần cảm theo hướng dọc trục, đồng thời có khuynh hướng triệt tiêu từ trường phần cảm. Từ thông tổng hợp giảm xuống làm sức điện động giảm theo. Phản ứng này là dạng khử từ dọc trục.

3. Tải thuần dung

Sức điện động chậm pha sau dòng điện một góc 90º.

Dòng điện I sinh ra từ trường phần ứng cùng phương cùng chiều với Φmax.

Hình 4. Phản ứng phần ứng với tải thuần dung

Từ thông phần ứng có khuynh hướng hỗ trợ từ thông phần cảm. Từ thông tổng hợp tăng nên sức điện động cũng tăng theo. Phản ứng này là dạng trợ từ dọc trục.

4. Tải hỗn hợp

Khi dòng điện lệch pha với Epha một góc Ψ, ta có các trường hợp sau:

  • Ψ =0 → Tải thuần trở
  • Ψ >0 → Tải có tính điện dung ⇒ Phản ứng phần ứng có dạng ngang trục và dọc trục trợ từ.
  • Ψ <0 → Tải có tính điện cảm ⇒ Phản ứng phần ứng có dạng ngang trục và dọc trục khử từ.

Hình 5. Phản ứng phần ứng với tải hỗn hợp

Đây là trường hợp thường gặp trong thực tế và trong máy có cả hai phản ứng dọc và ngang. Kết quả cuối cùng tuỳ thuộc giá trị và dấu của góc hệ số công suất của tải.

Tóm lại:

  • Sự tương tác giữa hai thành phần từ trường gọi là phản ứng phần ứng.
  • Phản ứng phần ứng thay đổi tùy thuộc vào tính chất tải (hệ số công suất cosφ).
  • Các tải trong thực tế hầu hết mang tính cảm kháng, do đó phản ứng phần ứng thường có tác dụng khử từ, làm từ trường trong máy giảm, gây ra sụt áp trên cực máy phát.