C8-May-dien-dong-bo

Chng 6 1 Âaûi Hoüc Âaì Nàông Træåìng Âaûi hoüc Baïch Khoa Khoa Âiãûn Nhoïm Chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giaïo trçnh Kyî thuáût Âiãûn Biãn soaûn Nguyãùn Häöng Anh, Buìi Táún Låüi, Nguyãùn Vàn Táún, Vo[.]

1 Âải Hc  Nàơng - Trỉåìng Âải hc Bạch Khoa Khoa Âiãûn - Nhoïm Chuyãn män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giaùo trỗnh Kyợ thuỏỷt ióỷn Bión soaỷn: Nguyóựn Họửng Anh, Bi Táún Låüi, Nguùn Vàn Táún, V Quang Sån Chỉång MẠY ÂIÃÛN ÂÄƯNG BÄÜ 8.1 ÂẢI CỈÅNG Mạy âiãûn âäưng bäü l mạy âiãûn xoay chiãưu cọ täúc âäü räto n bàịng täúc âäü tỉì trỉåìng quay mạy n1 ÅÍ chãú âäü xạc láûp mạy âiãûn âäưng bäü cọ täúc âäü quay ca räto n ln khäng âäøi Mạy phạt âiãûn âäưng bäü l ngưn âiãûn chênh ca lỉåïi âiãûn cạc qúc gia, âọ âäüng cå så cáúp l tuabin håi, tuabin nỉåïc hồûc tuabin khê Cạc mạy phạt thỉåìng näúi lm viãûc song song våïi Cäng sút ca mäüt mạy phạt â chãú tảo trãn 1200MW Cn âäüng cå âiãûn âäưng bäü âỉåüc sỉí dủng truưn âäüng cäng sút låïn, cọ thãø âảt âãún vi chủc MW v våïi u cáưu täúc âäü khäng âäøi Âäüng cå âiãûn âäưng bäü dng cäng nghiãûp luûn kim, khai thạc m, thiãút bë lảnh, mạy båm, khê nẹn, quảt giọ 8.2 CÁÚU TẢO CA MẠY ÂIÃÛN ÂÄƯNG BÄÜ Cáúu tảo ca mạy âiãûn âäưng bäü gäưm cọ hai bäü pháûn chênh l stato v räto 8.2.1 Stato (pháưn ỉïng) Stato ca mạy âiãûn âäưng bäü giäúng stato ca mạy âiãûn khäng âäưng bäü, gäưm hai bäü pháûn chênh l li thẹp stato v dáy qún ba pha stato (xem lải pháưn mạy âiãûn khäng âäưng bäü) Dáy qún stato cn gi l dáy qún pháưn ỉïng 8.2.2 Räto (pháưn cm) Räto ca mạy âiãûn âäưng bäü l nam chám âiãûn gäưm cọ li sàõt v dáy qún kêch thêch Dng âiãûn âỉa vo dáy qún kêch thêch l dng âiãûn mäüt chiãưu Räto ca mạy âiãûn âäưng bäü cọ hai kiãøu l räto cỉûc läưi v räto cỉûc áøn 2 Räto cỉûc läưi : Dảng màût cỉûc âãø khe håí khäng khê khäng âãưu, mủc âêch l lm cho tỉì cm phán bäú khe hồớ khọng khờ hỗnh sin õóứ sõõ caớm ổùng ồớ dỏy quỏỳn stato hỗnh sin (hỗnh 8.1) Loaỷi räto náưy dng åí cạc mạy phạt cọ täúc âäü tháúp, cọ nhiãưu âäi cỉûc mạy phạt kẹo båíi túc bin thy âiãûn Cỉûc ûtỉì Chuøn mảch Cạnh quảt Phỏửn ổùng kờch tổỡ Quaỷt gioù Vaỡnh trổồỹt Hỗnh 8.1 Räto cỉûc läưi Räto cỉûc áøn : Khe håí khäng khê âãưu v räto chè cọ hai cỉûc hoỷc bọỳn cổỷc (hỗnh 8.2) Loaỷi rọto cổỷc ỏứn õổồỹc dng åí cạc mạy cọ täúc âäü cao cạc maùy keùo bồới tuọỳc bin nhióỷt õióỷn Vỗ tọỳc õọỹ cao nãn âãø chäúng læûc ly tám, räto âæåüc chãú taỷo nguyón khọỳi coù õổồỡng kờnh nhoớ N S Hỗnh 8.2 Li thẹp v màût càõt ngang rotor ca mạy âiãûn âäưng bäü cỉûc áøn 8.3 NGUN L LM VIÃÛC CA MẠY PHẠT ÂIÃÛN ÂÄƯNG BÄÜ B A C + Hỗnh 8.3 Så âäư ngun l ca MF âäng bä ba pha Âäüng cå så cáúp (tuabin håi); Dáy quáún stato; Räto ca mạy phạt âäưng bäü; Dáy qún räto; Vnh trỉåüt; Chäøi than t lãn vnh trỉåüt; Mạy phạt âiãûn mäüt chiãưu näúi cng trủc våïi mạy phạt âiãûn âäưng bäü Âäüng cå så cáúp (tuäúc bin håi) quay räto maïy phaït âiãûn õọửng bọỹ õóỳn gỏửn tọỳc õọỹ õởnh mổùc (hỗnh 8.3), mạy phạt âiãûn mäüt chiãưu âỉåüc thnh láûp âiãûn ạp v cung cáúp dng âiãûn mäüt chiãưu cho dáy qún kêch thêch mạy phạt âiãûn âäưng bäü thäng qua chäøi than v vnh gọp 6, räto ca mạy phạt âiãûn âäưng bäü tråí thnh nam chám âiãûn Do räto quay, tỉì trỉåìng räto quẹt qua dáy qún pháưn ỉïng stato v cm ỉïng sââ xoay chióửu hỗnh sin, coù trở sọỳ hióỷu duỷng laỡ: E = π 2fNk dq Φ (8.1) Trong âoï: E0 l sââ pha; N l säú vng dáy ca mäüt pha; kdq l hãû säú dáy qáún; Φ0 tỉì thäng cỉûc tỉì räto Nãúu räto cọ säú âäi cỉûc tổỡ laỡ p, quay vồùi tọỳc õọỹ n thỗ sõõ cm ỉïng dáy qún stato cọ táưn säú l: f= p.n 60 n= 60f (vg/ph) (8.2b) p (8.2a) Hoàûc Khi dáy quáún stato näúi våïi taíi, dáy quáún s cọ dng âiãûn ba pha chảy qua Hãû thäúng dng âiãûn ny s sinh tỉì trỉåìng quay, gi l tỉì trỉåìng pháưn ỉïng, cọ täúc âä l : n1 = 60f (vg/ph) p (8.2c) Tỉì (8.2b) v (8.2c), ta tháúy täúc âäü räto n bàòng täúc âäü tỉì trỉåìng quay mạy n1, nãn gi l mạy âiãûn âäưng bäü 8.4 PHN ỈÏNG PHÁƯN ỈÏNG MẠY PHẠT ÂIÃÛN ÂÄƯNG BÄÜ Khi mạy phạt âiãûn lm viãûc, tỉì thäng ca cỉûc tỉì Φ0 càõt dáy qún stato v cm ỉïng sââ E0 cháûm pha so våïi tỉì thäng goùc 900 (hỗnh 8.4a) Dỏy quỏỳn stato nọỳi vồùi ti nãn cọ dng âiãûn I cung cáúp cho ti Dng âiãûn I chảy dáy qún stato tảo nãn tỉì trỉåìng quay pháưn ỉïng Tỉì trỉåìng pháưn ỉïng quay âäưng bäü våïi tỉì trỉåìng cỉûc tỉì Φ0 Gọc lãûch pha giỉỵa E0 v I cháút ti quút âënh Tạc dủng ca tỉì trỉåìng pháưn ỉïng lãn tỉì trỉåìng trỉåìng cỉûc tỉì gi l phn ỉïng pháưn ỉïng Trổồỡng hồỹp taới thuỏửn trồớ (hỗnh 8.4a) : E0 vaỡ I truìng pha nãn ψ = Doìng âiãûn I sinh tỉì thäng pháưn ỉïng Φỉ cng pha våïi dng âiãûn Tỉì thäng pháưn ỉïng theo hỉåïng ngang trủc, ta gi l phn ỉïng pháưn ỉïng ngang trủc Tỉì thäng náưy lm mẹo tỉì trỉåìng cỉûc tỉì Trỉåìng håüp taới thuỏửn caớm (hỗnh 8.4b): E0 vaỡ I lóỷch pha mäüt gọc ψ = 900 Dng âiãûn I sinh tỉì thäng pháưn ỉïng Φỉ ngỉåüc chiãưu våïi Φ0 ta gi l phn ỉïng pháưn ỉïng dc trủc khỉí tỉì, cọ tạc dủng lm gim tỉì trỉåìng täøng E& o Φæ E& o &I ψ = 900 ψ=0 Φ0 S N Hỗnh 8.4a Taới thuỏửn trồớ = ổ S N &I Hỗnh 8.4b Taới thuỏửn caớm ψ = 900 E& Φ0 &I N E& ổ = 900 S ổ Hỗnh 8.4c Taới thuỏửn dung ψ = - 900 Φ0 N &I q &I &I S d Hỗnh 8.4d Taới họớn hồỹp > Trổồỡng hồỹp taới thuỏửn dung (hỗnh 8.4c): E0 v I lãûch pha mäüt gọc ψ = 90 Dng âiãûn I sinh tỉì thäng pháưn ỉïng Φỉ cng chiãưu våïi Φ0 ta gi l phn ỉïng pháưn ỉïng dc trủc tråü tỉì, cọ tạc dủng lm tàng tỉì trỉåìng täøng Trỉåìng håüp ti häøn håüp (hỗnh 8.4d, taới coù tờnh caớm : < < π/2) : E0 vaì I lãûch pha mäüt gọc ψ Ta phán têch dng âiãûn I lm hai thnh pháưn: Thnh pháưn dc trủc Id = Isinψ sinh tỉì thäng pháưn ỉïng dc trủc Φỉd cng chiãưu våïi Φ0 v thnh pháưn ngang trủc Iq = Icosψ sinh tỉì thäng pháưn ỉïng ngang trủc Φỉq vng gọc våïi Φ0 ta gi chung l phn ỉïng pháưn ỉïng ngang trủc khỉí tỉì Trỉåìng håüp ti cọ dung (-π/2 < ψ < 0), phn ỉïng pháưn ỉïng ngang truỷc trồỹ tổỡ 8.5 PHặNG TRầNH CN BềNG IN AẽP MAẽY PHAẽT IN ệNG Bĩ 8.5.1 Phổồng trỗnh cán bàịng âiãûn ạp ca mạy phạt âiãûn cỉûc läưi Khi mạy phạt âiãûn lm viãûc tỉì thäng cỉûc tỉì Φ0 sinh sââ E0 åí dáy quáún stato Khi mạy cọ ti dng âiãûn I dáy qún stato sinh tỉì trỉåìng pháưn ỉïng Φỉ ÅÍ mạy cỉûc läưi khe håí dc trủc v ngang trủc khạc nãn ta phán têch Φỉ thnh hai thnh pháưn: dc trủc Φỉd v ngang trủc Φỉq Tỉì trỉåìng pháưn ỉïng ngang trủc Φỉq tảo nãn sââ ngang trủc E& q = − j&I q X æq , våïi Xæq l âiãûn khạng phn ỉïng pháưn ỉïng ngang trủc v tỉì trỉåìng pháưn ỉïng dc trủc Φỉd tảo nãn sââ dc trủc E& d = − j&I d X ỉd , våïi Xỉd l âiãûn khạng phn ỉïng pháưn ỉïng doüc truûc E& &I q ψ &I d ϕ E& θ & U &I ψ j&I d X d &IjX âb θ j&I q X q & U &I (a) (b) Hỗnh 8.5 ọử thở vectồ maùy phạt âiãûn âäưng bäü a Mạy cỉûc läưi; b Mạy cỉûc áøn Ngoi dng âiãûn ti I cn sinh tỉì thäng tn ca dáy qún stato âỉåüc âàûc trỉng båíi âiãûn khạng tn Xt khäng phủ thüc hỉåïng dc trủc hồûc ngang trủc, tỉång ỉïng cọ sââ tn laì : (8.3) E& t = − j&IX t = − j&I d X t − j&I q X t Phổồng trỗnh õióỷn aùp cuớa maùy phaùt õióỷn õọửng bọỹ cỉûc läưi : & = E& − j&I d X æd − j&I d X t − j&I q X æq − j&I q X t U & = E& − j&I d ( X æd + X t ) − j&I q ( X æq + X t ) U B qua âiãûn ạp råi trãn âiãûn tråí dáy qún pháưn ỉïng &I Rỉ , ta coï : & = E& − j&I d X d − j&I q X q U (8.4) (8.5) âọ: Xd = Xỉd + Xt l âiãûn khạnh âäưng bäü dc trủc; Xq = Xỉq + Xt l âiãûn khaùng õọửng bọỹ ngang truỷc Phổồng trỗnh (8.5) tổồng ổùng våïi âäư thë vectå ca mạy phạt âiãûn âäưng bäü cổỷc lọửi, hỗnh 8.5a Tổỡ phổồng trỗnh õióỷn aùp vaỡ âäư thë vectå ta tháúy gọc lãûch pha giỉỵa sââ E0 v âiãûn ạp U gi l gọc cäng sút , phuỷ taới quyóỳt õởnh 8.5.2 Phổồng trỗnh õióỷn ạp ca mạy phạt âiãûn cỉûc áøn Âäúi våïi mạy phạt âäưng bäü cỉûc áøn l trỉåìng håüp âàûc biãût ca mạy phạt cỉûc läưi, âọ Xâb = Xd = Xq, goỹi laỡ õióỷn khaùng õọửng bọỹ Phổồng trỗnh âiãûn ạp ca mạy phạt âiãûn cỉûc áøn cọ thãø viãút laì: & = E& − j&I.X âb U (8.6) ọử thở vectồ cuớa noù õổồỹc trỗnh baỡy trón hỗnh 8.5.b 8.6 CNG SUT IN Tặè CUA MAẽY PHAẽT ÂIÃÛN ÂÄƯNG BÄÜ 8.6.1 Cäng sút tạc dủng Mạy phạt cỉûc läưi Cäng sút tạc dủng ca mạy phạt âiãûn cung cáúp cho ti l P = mUIcosϕ (8.7) Trong âọ: U, I tỉång ỉïng l âiãûn ạp pha, dng âiãûn pha Cn m l säú pha Theo âäư thở vectồ hỗnh 8.5a, ta coù = - θ, âoï : P = mUIcosϕ = mUIcos(ψ-θ) = mUIcosψ.cosθ + mUIsinψ.sinθ (8.8) P = mUIq.cosθ + mUId.sinθ våïi Icosψ = Iq v Isinψ = Id Theo âäư thở vectồ hỗnh 8.5a, ta ruùt ra: U sin E − U cos θ vaì I d = Iq = Xq Xd Thãú biãøu thỉïc I q v Id vaỡo phổồng trỗnh (8.8), sau mọỹt vaỡi bióỳn õọứi v b qua täøn hao, ta cọ cäng sút âiãûn tỉì ca mạy phạt âiãûn âäưng bäü cỉûc läưi: E0 U2 1 Pât = mU sin θ + m ( − ) sin 2θ (8.9) Xd Xq Xd Ta tháúy cäng sút âiãûn tỉì gäưm hai thnh phỏửn (hỗnh 8.6): mUE - Thaỡnh phỏửn sin dng âiãûn kêch tỉì tảo nãn tè lãû våïi sinθ Âọ l Xd thnh pháưn cäng sút ch úu ca mạy phạt -Thnh pháưn U2 1 m ( − ) sin 2θ Xq Xd khäng phuû thuäüc vo dng âiãûn kêch tỉì v chè xút hiãûn Xq ≠ Xd Do âọ ngỉåìi ta chãú tảo âäüng cå âiãûn âäưng bäü våïi räto cọ khe håí dc trủc v ngang trủc khạc m khäng cáưn dng âiãûn kêch tỉì, nh hỉåíng ca thnh pháưn cäng sút náưy cng tảo nãn âỉåüc mämen quay, âọ l ngun l ca âäüng cå âiãûn phn khạng Pât Pât mUE sin θ xd mU 1 ( − ) sin 2θ xq xd 900 1800 θ Hỗnh 8.6 ỷc tờnh goùc cọng suỏỳt maùy phaùt cổỷc läưi Âàûc P = f(θ) gi l âàûc gọc cäng sút Mạy phạt lm viãûc äøn âënh π θ khong ÷ ; ti âënh mỉïc θ = 20 ÷ 30 2 Mạy phạt cỉûc áøn Våïi mạy phạt âiãûn cỉûc áøn X d = X q = X db nãn phổồng trỗnh (8.9) vióỳt laỷi thaỡnh: Põt = mU E0 sin θ X âb (8.10) Khi mạy phạt âiãûn cỉûc ỏứn phaùt cọng suỏỳt cổỷc õaỷi thỗ goùc cọng suỏỳt θ = 90o VÊ DỦ 8.1 Mạy âiãûn âäưng bäü ba pha cỉûc áøn 5kVA, 208V, cỉûc tỉì, 60Hz, näúi Y cọ âiãûn tråí dáy qún stator khäng âạng kãø v âiãûn khạng âäưng bäü 8Ω/pha Mạy lm viãûc åí chãú âäü mạy phạt näúi vo lỉåïi cọ 208V, 60Hz a Xạc âënh sââ kêch thêch v gọc cäng sút mạy lm viãûc âáưy ti cọ hãû säú cäng sút 0,8 (R-L) V âäư thë vector trỉåìng håüp ny b Våïi dng âiãûn kêch thêch ca cáu (a), cọng suỏỳt õọỹng cồ sồù cỏỳp giaớm chỏỷm Tỗm giạ trë tỉång ỉïng ca dng âiãûn stator, hãû säú cäng sút v cäng sút phn khạng âiãưu kiãûn mạy phạt cäng sút cỉûc dải ? Gii Mảch õióỷn thay thóỳ cuớa maùy phaùt õióỷn mọỹt pha trỗnh baỡy trón hỗnh VD8.1 j8 E& o = 206,9 V &I + + ~_ & U∠ o &IjX âb & δ U ϕ E& o d ϕ &IjX âb &I c _ &I (a) (b) (c) a Hỗnh VD 8.1 Mảch âiãûn tỉång âỉång v âäư thë vector mạy phạt a Âiãûn ạp pha ca mạy phạt : U 208 U= d = = 120 V 3 Dng âiãûn stator dáưy ti : S âm 5000 I âm = = = 13,9 A 3U âm × 208 cosϕ = 0,8 ⇒ ϕ = 36,9o (tênh caớm) Phổồng trỗnh cỏn bũng õióỷn aùp boớ qua Ræ : E& o = U∠0 o + &IjX âb E& o = 120∠0 o + 13,9∠ − 36,9 o × 8∠90 o = 206,9 ∠ 25,5o.V Sââ kêch thêch ca mäüt pha : Eo = 206,9 V Gọc cäng suáút : θ = 25,5o b Maïy phaït cäng suáút cỉûc âải xy θ = 90o , váûy : Pmax = 3E o U × 206,9 × 120 = = 9.320 W X âb Doìng âiãûn stator : o o & & &I = E o − U = 206,9∠90 − 120∠0 = 29,9∠30,1o A jX âb j8 Trë hiãûu duûng : I = 29,9 A & U b Hãû säú cäng suáút : cos30,1o = 0,865 (dung) Cng cọ thãø dng âäư thë vector (hỗnh VD 8.1c) trổồỡng hồỹp phaùt cọng suỏỳt cổỷc âải âãø dng âiãûn stator sau : (IXâb)2 = E2o + U2 ⎞2 ⎛ 206,9 − 120 ⎟ = 29,9 A ⇒ I = ⎜⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 2 8.6.2 Cäng suáút phaín khạng Mạy phạt cỉûc läưi : Cäng sút phn khạng ca mạy phạt âiãûn âäưng bäü l: Q = mUÏIsinϕ = mUIsin(ψ-θ) = mUIsinψ.cosθ + mUIcosψ.sinθ Q = mUId.cosθ + mUIq.sinθ (8.10) Thãú biãøu thỉïc I q v I d vaỡo phổồng trỗnh (8.10), sau mọỹt vaỡi bióỳn õọứi v , ta cọ cäng sút phn khạng ca mạy phạt âiãûn âäưng bäü cỉûc läưi: E0 mU ⎛⎜ 1 ⎞⎟ mU ⎛⎜ 1 ⎞⎟ − + cos 2θ − Q = mU cos θ + (8.11) ⎜⎝ X q X d ⎟⎠ ⎜⎝ X q X d ⎟⎠ Xd Mạy phạt cỉûc áøn : Âäúi våïi mạy phạt cỉûc áøn X d = X q = X õb nón phổồng trỗnh (8.11), ta cọ cäng sút phn khạng ca mạy phạt âiãûn âäưng bäü cỉûc áøn l: mUE mU mU Q= cos θ − = (E o cos θ − U ) X âb X âb X âb (8.12) 8.6.3 Âiãưu chènh cäng sút mạy phạt Âiãưu chènh cäng sút tạc dủng : Mạy phạt biãún cå nàng thnh õióỷn nng, vỗ thóỳ muọỳn õióửu chốnh cọng suỏỳt taùc dủng P ca mạy phạt âiãûn ta phi âiãưu chènh cäng sút cå ca âäüng cå så cáúp Âiãưu chènh cäng sút phn khạng : Tỉì biãøu thỉïc cäng sút phn khạng (8.12), ta viãút lải : Q= mU ( E cos θ − U ) X âb Gốa thióỳt giổợ U, f vaỡ P khọng õọứi thỗ: (8.13) 10 - Nóỳu E0cos < U thỗ Q < 0, nghéa l mạy nháûn cäng sút phn khạng ca lỉåïi âiãûn âãø tảo tỉì trỉåìng, mạy thiãúu kêch thờch - Nóỳu E0cos > U thỗ Q > 0, mạy phạt cäng sút phn khạng cung cáúp cho ti, mạy quạ kêch thêch Nhỉ váûy, mún âiãưu chènh cäng sút phn khạng ta phi thay âäøi E0, nghéa l phi âiãưu chènh dng âiãûn kêch tỉì Âãø tàng cäng sút phn khạng phạt ta phi tàng dng âiãûn kêch tỉì Tháût váûy, nãúu tàng dng âiãûn kêch tỉì, E0 s tàng v cosθ tàng nhỉng E0sinθ khäng âäøi, âọ Q tàng 8.7 ÂÀÛC TÊNH CA MẠY PHẠT ÂIÃÛN ÂÄƯNG BÄÜ Chãú âäü lm viãûc cu mạy phạt âiãûn âäưng bäü åí ti âäúi xỉïng âỉåüc thãø hiãûn r rng qua cạc âải lỉåüng âiãûn ạp U åí âáưu cỉûc mạy phạt, dng âiãûn I dáy qún pháưn ỉïng, dng âiãûn kêch thêch It Cn táưn säú f = fâm = hàịng säú v cosϕ = const ti bãn ngoi quút âënh Nhỉ váûy tỉì ba âải lỉåüng cn lải ta thnh láûp cạc âàûc mạy phạt âiãûn âäưng bäü sau âáy: + Âàûc khäng ti + Âàûc ngoi + Âàûc âiãưu chènh 8.7.1 Âàûc khäng ti ca mạy phạt âiãûn âäưng bäü Âàûc khäng ti ca mạy phạt l quan hãû giỉỵa sââ E v dng âiãûn kêch tỉì It mạy lm viãûc khäng ti (I = 0) vaỡ tọỳc õọỹ quay cuớa rọto khọng õọứi (hỗnh 8.7) Nọ chênh l dảng âỉåìng cong tỉì họa B = f(H) ca váût liãûu sàõt tỉì 8.7.2 Âàûc ngoi ca mạy phạt âiãûn âäưng bäü E0 cosϕ