Bài giảng cơ sở kĩ thuật điện c7

31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Nguyên lý hoạt động – Máy điện đồng pha Chương 7: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ • Máy điện đồng pha  Cấu tạo nguyên lý hoạt động  Phân tích máy điện 1-2-3 pha  Mạch điện thay - Giản đồ vectơ  Động điện đồng  Máy phát điện đồng BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Nguyên lý hoạt động – Máy điện đồng pha Nguyên lý hoạt động – Máy điện đồng pha 60f p (vòng/phút) ns =  s =  m = 2 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) (rad/s) n s 2f s = = 60 p p 4 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Nguyên lý hoạt động – Máy điện đồng pha Nguyên lý hoạt động – Máy điện đồng pha Số cặp cực: p = p=1 p=2 ns = 60f p (vòng/phút) ns = (vòng/phút) BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 60f p BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 6 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Nguyên lý hoạt động – Máy điện đồng pha Cấu tạo máy điện đồng pha Rotor BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Sator Số cặp cực: p = 8 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Cấu tạo máy điện đồng pha Cấu tạo máy điện đồng pha (Dây quấn kích từ) (Dây quấn phần ứng) (Vành trượt) (Chổi than) p=2 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 10 10 11 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 11 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Phân tích máy điện đồng pha Phân tích máy điện đồng pha trục từ stator trục từ rotor θ θ trục từ rotor θ trục từ stator θ 13 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 12 12 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 13 13 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Phân tích máy điện đồng pha Phân tích máy điện đồng pha   =  L i  -Từ thơng móc vòng dây quấn stato roto ds dt dr vr = ir Rr + dt v s = is Rs + s = N s2 L0is + N s N r L0 (1 − 2  ) ir = Ls is + Lsr ( ) ir r = N s N r L0 (1 − 2  ) is + N r2 L0ir = Lsr ( ) is + Lr ir trục từ stator  Phương trình cơ: - Đồng lượng: d  d J +B + K = T e + Tm dt dt θ trục từ rotor θ 1 W = Ls is2 + Lr ir2 + Lsr ( ) is ir 2 ' m Với: - Te: moment kéo Tm: cản từ bên ngồi - θ góc tính từ điểm cân - J moment quán tính 14 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 14 Chỉ có hỗ cảm Lsr phụ thuộc vào θ BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Lsr ( ) = M cos  15 15 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Phân tích máy điện đồng pha - Đồng lượng: Wm' = Phân tích máy điện đồng pha 1 Ls is2 + Lr ir2 + Lsr ( ) is ir 2 - Moment điện từ: Te = dLsr ( ) Wm' = is ir = −is ir M sin   d - Công suất cơ: Pm = T e m = − m Is I r M cos (s t ) cos (r t ) sin ( ) - Cơng suất trung bình: BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Pm = −  m Is I r M sin (  ) 16 16 19 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Phân tích máy điện đồng pha Phân tích máy điện đồng pha - Moment điện từ: Te = Từ thơng móc vịng dây quấn stato roto: W = M (iar ibs − ias ibr ) cos( ) − (ias iar + ibr ibs )sin ( )  ' m  2 = Ls ias + Miar cos  − Mibr sin    −  2  ar = Lr iar + Mias cos ( − ) + Mibs cos  = Lr iar + Mias cos  + Mibs sin     +    + Mibs cos ( − )   2 = Lr ibr − Mias sin  + Mibs cos  br = Lr ibr + Mias cos  −  Pm = − m I r Is M sin (  )  :là số cho  = mt +  Hoặc viết dạng ma trận: (γ: góc lệch ban đầu trục dây quấn stato roto) BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016)     −    + Mibr cos    2 = Ls ibs + Miar sin  + Mibr cos  Pm = T e  m = − m I r Is M sin (  m − s + r ) t +   - Công suất trung bình:   as = Ls ias + Miar cos  + Mibr cos   + bs = Ls ibs + Miar cos  −  - Công suất cơ: 20 19 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Ls  as       bs  =  ar   M cos      br   − M sin  Ls M sin  M cos  M sin  Lr M cos  − M sin   ias  M cos    ibs   iar    Lr  ibr  (Ma trận tự cảm đối xứng) 20 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 22 22 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Phân tích máy điện đồng pha - Đồng lượng:  Moment điện từ: - Xét chế độ xác lập điều hòa: - Đặt góc quay: Phân tích máy điện đồng pha 1 1 Ls ias2 + Ls ibs2 + Lr iar2 + Lr ib2s + Mias iar cos  2 2 + Mibs iar sin  − Mias ibr sin  + Mibs ibr cos  '  W m Te = = M ( iar ibs − iasibr ) cos  − ( iasiar + ibr ibs ) sin    ias = I s cos st iar = I r cos r t  Từ trường quay (của stator) Wm' = ibs = I s sin st - Hình vẽ mơ tả hình ảnh từ trường dọc theo khe hở khơng khí dây quấn stato thời điểm đặc biệt - Từ trường tổng Br dòng điện chạy dây quấn stato tạo nên thời điểm t, ứng với góc ψ đươc mơ tả bởi: ibr = I r sin r t  =  mt +  (γ: góc lệch ban đầu trục dây quấn stato roto) Br (t , ) = Brm ( cos st cos + sin st sin ) - Công suất p = T e = − I I M sin   −  +  t +   (**) m m m r s s r) ( m  chế độ xác lập: Để giá trị trung bình pm≠0, ie lượng thực biến đổi, cần thỏa điều kiện tần số:  m = s − r  Cơng suất trung bình: = Brm cos(st −  )  Vậy từ trường tổng Br quay dọc theo khe hở khơng khí với vận tốc góc ωs,  Tương tự cuộn dây roto tạo từ trường quay với vận tốc ωr (máy điện hai pha sử dung thực tế) Pm ( TrungBinh ) = − m I r I s M sin ( ) Nhận xét: - Khơng cịn thành phần moment điều hịa biểu thức (**)  moment khơng cịn dạng đập mạch trường hợp máy điện pha - Công suất tức thời pm không thay đổi theo thời gian t cơng suất trung bình Pm(TrungBinh) BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Theo kiến thức nam châm, từ trường có xu hướng bám lấy có xu hướng thẳng hàng (cùng trục) biến đổi lượng xảy từ trường cố định không gian tương đối so với stato roto 23 23  Roto quay với vận tốc góc khơng đổi m= ωs- ωr , moment cơng trung bình hàm góc quay ban đầu γ BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh suất edited 2016)  Với máy điện đồng ωs=2пf ; ωr=  m= ωs 24 24 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Phân tích máy điện đồng pha BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) lồi Cực từ ẩn Phân tích máy điện đồng pha 25 25 26 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 26 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Phân tích máy điện đồng pha Phân tích máy điện đồng pha (Bỏ qua Ra =0) Va va = Từ trường rotor quay với vận tốc ωm Rotor quay với vận tốc ωm BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 27 27 d a di di di dLar = La a + Lab b + Lac c + I r dt dt dt dt dt BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 30 30 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Phân tích máy điện đồng pha L1 Phân tích máy điện đồng pha d a di di di dLar va = = La a + Lab b + Lac c + I r dt dt dt dt dt Na  va Va = j N L1 va M L0s I a + j I rs e j 2 Va = jX s I a + Ear Ra = N d a dt d a va = + Ra ia dt  xs =  Ra = 31 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 31 L0s Ear = j M M   I rs e j = I r s   +   2 2  BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 32 32 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Mạch thay máy điện đồng pha Mạch thay máy điện đồng pha Va = Ear + jX s I a Va = Ear − jX s I a Động Máy phát Ear = M I r s Ear = 33 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 33 34 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 34 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Phân tích máy điện đồng pha Phân tích máy điện đồng pha - Moment điện từ tức thời: Wm' dM ar dM br dM cr Te = = ia ir + ib i r + ic i r  d d d = −ia ir M sin ( ) − ib ir M sin ( − 120 ) − ic ir M sin ( + 120 )   =  Li   Wm'   với góc rotor so với stator:  = mt +  Te Te =  Pm = T e  m  Ptb  BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 35 M I r s  = mt +  0 =  −I m I r M3sin (  − s t ) = −I m I r M3sin (  m t +  − s t ) - Moment điện trung bình: 3 T e = − I m I r M sin ( ) = − I a I r M sin ( ) 2 35 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 36 36 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Phân tích máy điện đồng pha - Moment điện từ: Te = − Ia I r M sin (  ) PT = 3Pa = − - Công suất cơ: PT =  →   Động điện đồng pha  m MI a I r sin  Voi I a = I a 00 thi Ear = s MI r    +   2  Ear =  0 Ear = Ear  Ear BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Va = Ear + jX s I a Động I a00 37 37 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) M I r s  : góc tải, góc cơng suất, góc moment 38 38 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Động điện đồng pha Dòng điện TRỄ: = > Tải RL Động điện đồng pha Biểu thức cơng suất - mơmen Dịng điện SỚM: = < Tải RC ➢ Biểu thức công suất  3E V PT = −  ar a  Xs   si n (  )   3E V  PT.MAX =  ar a   Xs  ➢ Biểu thức mômen Te = PT P 3E ar Va = T =− sin ( )  m s s X s  : góc tải, góc cơng suất, góc moment Ở chế độ động cơ:  < ➢ Ở chế độ động cơ, PT > 0, tương ứng  < 39 39 41 41 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Động điện đồng pha Động điện đồng pha  3E V  P =  ar a  Pe, = Te0deg  1deg T.MAX 180deg  Xs  Tổn hao Pout 600 500 Pnet ( ) M W Pnetwork MW Pac 400 Pkt 300 200 100 42 30 60 90  deg 120 150 180  Pin = Pac + Pkt 42 43 43 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Động điện đồng pha Ví dụ 6.1  Một máy đồng pha nối Y 60 Hz có cực với điện kháng đồng xs = /pha Khi vận hành chế độ động cơ, máy tiêu thụ dòng điện 30 A điện áp 440 V hệ số công P − ( PKT + PCu + PFe + PTonHaoCo ) P  = out = in Pin Pin suất 0,8 SỚM Tìm Ear Te Nếu máy có tổng tổn hao quạt gió, ma sát, lõi thép 400 W, tổn hao kích từ 600W Tính mơmen hữu ích đầu trục hiệu suất? jxs Ia  Ia Va  Ear Va jxsIa Ear 44 44 45 Máy điện đồng 45 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng  = − cos −1 ( 0,8 ) = −36,87 Ví dụ 6.1 (tt) Ví dụ 6.1 (tt) ➢ Mômen điện từ động ➢ Chọn Va làm vectơ pha tham chiếu, dòng điện Ia = 30 ( − ) = 3036,87 A Te = ➢ Điện áp Ear ➢ Mômen hữu ích động Ear = Va − jxs I a = 2540 − j (5)3036,87 Tout = V = 364,3 − 19,23 ➢ Công suất điện từ PT = −3 Va E ar sin (  ) xs Pin (ac) = 3Va Ia ( PF ) = ( 254 )( 30 )( 0,8 ) = 18286 W ➢ Hiệu suất ➢ Cơng suất hữu ích Máy điện đồng Pout 17886 = = 47, 44 Nm  m 120 ➢ Công suất điện ngõ vào ( 254 )( 364,3) sin (19, 23 ) = 18286 W =3 Pout = 18286 − 400 = 17886 W PT 18286 = = 48,5 Nm  m 120 = 46 46 Máy điện đồng Pout Pout 17886 = = = 0,947 Pin Pin (ac) + Pkt 18288 + 600 47 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Ví dụ Ví dụ (tt) (Ra = 0) 49 Ia jxs Cho máy điện đồng pha đấu Y, 60Hz, có hai cực, điện kháng đồng xs=5Ω/pha Máy điện hoạt động chế độ động cơ, điện áp 440V , dòng điện 30A hệ số công suất 0,8 sớm pha Cho tổng tổn hao lõi thép tổn hao (ma sát) 400 W; tổn hao dây quấn (kích từ) 600 W Giả sử tổn hao cố định! 1- Tìm điện áp (sđđ) cảm ứng Ear , góc tải, moment điện từ, cơng suất moment hữu ích đầu trục động cơ, hiệu suất động Tính cơng suất moment cực đại mà động kéo tải ngắn hạn? 2- Nếu hệ số cơng suất 0,8 chậm pha Tính lại câu 1? Nhận xét? 3- Điều chỉnh dịng điện kích từ để hệ số công suất giữ công suất điện từ không thay đổi so với câu Tính dịng điện điện áp cảm ứng dây quấn stator? BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 47 49 1Va  Ear 254V 50Hz =-36.86o Giản đồ vectơ ĐCĐB Dòng điện sớm pha Mạch điện thay ĐCĐB - Điện áp cảm ứng: Va  Ia jxs I a Ear Ear = Va − jxs I a = 25400 − j  30 + 36,860 = 364,33 −19, 230 V - Công suất điện từ động cơ: PT = − - Moment (điện từ) động cơ: = 3EarVa sin ( ) −3 ( 364,3)( 254 ) sin ( −19, 23 ) = = 18286 W xs Te = P 18286 PT = T = = 58, 21 N m 100  m 2 f - Cơng suất moment hữu ích trục động cơ: (công suất moment định mức) BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 50 50 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Ví dụ (tt) Máy điện thực tế tổn hao dây quấn phần ứng - Tổn hao sắt từ, - Tổn hao tổn hao phụ (ma sát, quạt gió…), - Tổn hao dây quấn kích từ - Cơng suất hữu ích trục động cơ: Pdinh muc = PT − PTongtonhao = 17886 W (công suất định mức) Pa PT Pm điện Theo lý thuyết bỏ qua tổn hao:  Không tổn hao  Hiệu suất Pkich từ (NCVC) (Công suất điện từ PT công suất nhận từ nguồn điện Pa xem điện trở dây quấn stator Ra= 0) Pm PT Cơ Tổn hao thép Tổn hao kích từ Pa Điện = Tổn hao Ptổnhaocơ Pđm Cơ hữu ích - Tổn hao dây quấn stator:  Pa = PT Giản đồ lượng Máy phát đồng (tự kích từ) PCu = Ra I a2 - Tổn hao dây quấn kích từ: PKT = RKT I KT Tổng tổn hao - Tổn hao mạch từ không thay đổi theo tải: - Moment hữu ích trục động cơ: (moment định mức) : P − Pton hao 17886 P Tdm = dm = T = = 56,93 N m m 2 f 100 PFe = ( ptrê f + pxoáy f ) Bm2 M Fe - Tổn hao học, không thay đổi theo tải:  Pout   Pa − PTongton hao   PT − Pton hao  100 =  100 =  100 = 97,8% Pa PT    Pin    BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) - Hiệu suất: Pra P1 − ( PCu + PFe + PKT + PTonHaoCo ) = Pvào P1 PTonHaoCo = k % =  51 51 Giản đồ lượng Động đồng (Vì P=Tω T=kω) 52 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 52 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Ví dụ (tt) Ví dụ (tt) 2- Nếu hệ số công suất 0,8 chậm pha Tính lại câu 1? Va 2- Trường hợp cosθ= 0,8 chậm pha   Giản đồ vectơ ĐCĐB Dòng điện chậm pha  =36.86o Ia 3- Điều chỉnh dịng điện kích từ để hệ số cơng suất giữ công suất điện từ không thay đổi.Tính dịng điện điện áp cảm ứng dây quấn stato jxs I a Ear Ear = Va − jxs I a = 25400 − j  30 − 36,860 = 203, 2−36,190 V PT = − hệ số công suất jxs I a Ear Giản đồ vectơ ĐCĐB Mạch điện thay ĐCĐB (hoặc lý luận: công suất nhận từ nguồn Pa= VaIacosθ = PT câu hoàn toàn câu 1) Công suất nhận từ nguồn điện Pa công suất điện từ PT bỏ qua điện trở dây quấn stator Ra= (theo mạch điện thay thế):  Các thơng số cịn lại câu Tuy nhiên động nhận công suất phản kháng từ lưới BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Ear  θ=0 3EarVa sin ( ) −3 ( 203, )( 254 ) sin ( −36,190 ) = = 18286 W xs Nhận xét : Ở câu động đồng nối với lưới điện nhận công suất tác dụng 18.286W từ lưới để kéo tải 17.886W lại có hệ số cơng suất sớm pha nghĩa động có tính chất dung lưới Vậy động phát công suất phản kháng Q lưới  Máy điện vừa làm việc chế độ động vừa làm việc chế độ máy bù đồng (Động kích từ) I a Va  Ia Va = Công suất điện từ: jxs 3- Pa = 3Va I a cos = 3Va I a = PT  Dòng điện nhận từ nguồn (trên dây quấn stato): Ia = Pa 3Va = PT 18286 = = 24 A 3Va  254  Điện áp pha (sđđ pha) cảm ứng dây quấn stato Ear = Va − jxs I a = 25400 − j5  240 = 280,92 − 25,290 V 53 53 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 54 54 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Động điện đồng pha Động điện đồng pha Cải thiện hệ số công suất động đồng Cải thiện hệ số công suất động đồng Va  ’ I’a jxsIa jxsI’a Ia Ear E’ar ➢ Thay đổi hệ số công suất thông qua điều chỉnh thay đổi dịng kích từ.56 56 58 58 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Động điện đồng pha Động điện đồng pha Đặc tính hình V 60 60 Ví dụ 6.6 Đ/cơ đồng pha, cực, 50Hz, 380V, Y Điện kháng đồng 2Ω, bỏ qua điện trở phần ứng Dịng điện kích từ 5A a) Khi dòng điện phần ứng 40A, với hệ số cơng suất 0,85 sớm, tính tốc độ động cơ, sức điện động, góc cơng suất, cơng suất tiêu thụ AC, moment điện từ, công suất moment cực đại? Tính cơng suất, moment đầu trục hiệu suất, biết tổn hao 1kW Điện áp kích từ 300 Vdc Biết cơng suất tải khơng đổi (câu b, c, d): b) Để hệ số công suất đơn vị (PF=1); tính dịng điện kích từ cần điều chỉnh? c) Tính dịng kích từ để hệ số cơng suất 0,85 trễ? d) Dịng kích từ câu c, Tính dung lượng tụ bù gắn thêm để PF=0,95 trễ? Nhận xét việc lắp thêm tụ bù có cần thiết? 64 64 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Động điện đồng pha Động điện đồng pha Ví dụ 6.7  Một động khơng đồng pha nối Y, 1500 W hệ số công suất 0,8 trễ nối vào nguồn pha với điện áp (dây) 380V Một động đồng pha mang tải 300W nối song song để nâng hệ số công suất tổng thành đơn vị Tìm dịng điện tiêu thụ động đồng bộ? Ví dụ 6.9  Một tải pha nối Y 1500 kW hệ số công suất 0,8 trễ nối vào nguồn pha với điện áp dây 1732 V Một động đồng không mang tải nối song song với tải để nâng hệ số cơng suất thành đơn vị Tìm dịng điện tiêu thụ động đồng ➢ Chọn điện áp pha A làm vectơ tham chiếu, vectơ pha Ví dụ 6.8 dòng điện pha A tải Tính lại câu 6.7 động đồng không mang tải? I aL = 65 65 1500000  − cos −1 (0,8) = 625 − 36,87 A (1732 )(0,8) 66 66 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Động điện đồng pha Máy phát điện đồng pha Ví dụ 6.7 (tt) Va = Ear − jX s I a ➢ Vectơ pha dòng điện pha tổ hợp tải động là: I aT = 1500000 0 = 5000 A (1732 ) Máy phát Ear ➢ Vectơ pha dòng điện pha A động cơ, tính theo giản đồ  vectơ pha:  I aM = I aT − I aL = 500 − 625 − 36,87 = 37590 A 67 Ear = Ia 67 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) jxsIa M IVras 68 68 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Máy phát điện đồng pha Tải RL = > Máy phát điện đồng pha Biểu thức công suất - mômen ➢ Biểu thức công suất Tải RC = <  3E V  PT =  ar a  sin ( )  Xs  PT.MAX = 3Va E ar Xs ➢ Biểu thức mômen Te = PT P 3E ar Va sin ( ) = T =  m s s Xs ➢ Ở chế độ máy phát, PT > 0, tương ứng  > 69 69 69 71 71 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Máy phát điện đồng pha Máy phát điện đồng pha 3E V PT.MAX = ar a  = 0deg  1deg  180deg Xs P Tổn hao Pin 600 Pcơ 500 Pnet ( ) M W Pnetwork MW 400 300 Pkt 200 Pout 100 0 30 60 90 120 150 180  72 73 72  73 deg Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng • Máy phát điện đồng pha Máy phát điện đồng pha Đặc tính vận hành ➢ Độ thay đổi điện áp: = Pout Pin − ( PKT + PTonHaoCo + PFe + PCu ) = Pin Pin E ar − V x100 V 300% 74 74 V% = Máy điện đồng 75 75 10 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng • Máy phát điện đồng pha • Máy phát điện đồng pha Điều khiển máy phát 400% 76 Máy điện đồng 76 77 Máy điện đồng 77 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Máy điện đồng Máy điện đồng TÓM TẮT CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY ĐIỆN (Ra=0)  MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ  Ia Va   Ear jxs I a Va = Va 0 Va  MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ  Ia Va = Ear − jxs I a Ra jxs - Công suất điện từ máy điện pha: PT = 3EarVa sin  xs 3EarVa sin  P T = T = m xs  m e PT = − 3EarVa sin  xs 3E V sin  P T = T = − ar a m xs  m  Chiều dòng điện lấy theo chiều truyền công suất thực  Liên hệ tần số biến thiên dịng điện f [Hz], tần số (góc) biến thiên dịng điện ωs [rad/giây] , vận tốc (góc) quay roto ωm [rad/giây] tốc độ quay roto (hoặc tốc độ đồng bộ) Ns [vòng/phút] BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 2 f = s = p m = p Ia Va   Ear Ear = Ear  Ia jxs I a Ra I a Ia - Công suất điện từ máy điện pha: PT = 3Re  Ear I a*  - Moment điện từ máy điện pha: Te = PT m Va = Ear + Ra I a + jxs I a PT = −3Re  Ear I a*  Te = PT m  Chiều dịng điện lấy theo chiều truyền cơng suất thực 2 ns 60 Với máy điện có p cực từ ta có quan hệ: 79 79 2 f = s = p m = p BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 2 ns 60 80 80 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập máy phát đồng Bài tập Động – Máy phát Một máy phát đồng ba pha cực từ ẩn, cực, kích từ độc lập, dịng kích từ 1A, điện áp kích từ 300 V Điện áp định mức 380V, 50Hz, nối Y, 12A Bỏ qua điện trở phần ứng, điện kháng đồng pha 10 Biết tổn hao 500W, bỏ qua tổn hao sắt a Khi máy phát cấp nguồn cho tải với điện áp dòng điện định mức, tải có hệ số cơng suất cos=0,8, chậm pha Vẽ giản đồ vector, tính sức điện động cảm ứng pha, góc cơng suất, độ thay đổi điện áp, momen kéo máy phát, hiệu suất máy phát? Tính cơng suất điện từ cực đại? b Khi máy phát cấp nguồn cho tải có dịng điện định mức 12A, tải có hệ số cơng suất cos=1 (cos=0,9 trễ) Vẽ giản đồ vector, tính điện áp dây cấp cho tải Vdây, góc cơng suất, độ thay đổi điện áp? Biết sức điện động máy phát khơng đổi câu a? c Với tải (có dịng điện, cos như) câu b, tính dịng kích từ điều chỉnh để điện áp dây 380V? Biết mạch từ cịn tuyến tính Máy điện đồng 81 Ra I a Va = Ear − Ra I a − jxs I a - Điện áp: e Va = Va 0  Ear Va = Va 0 Ra jxs jxs I a  Ia Va Va = Ear + jxs I a  ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ  Ear = Ear  a - Điện áp: - Moment điện từ máy điện pha:  ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ  Va = Va 0 jxs  jxs I a  Ia Ear = Ear  Ear I Ear = Ear  jxs Nếu tính đến điện trở dây quấn phần ứng Ra≠ Ta dễ dàng có phương trình cân áp, mạch điện thay thế, giản đồ vectơ máy điện đồng có p cực từ 81 Một Máy điện đồng pha có: Công suất điện AC Sđm= 10 MVA, Vđm = 6,6 KV, f= 50Hz, cosθđm = 0,8 (!); cực, dây quấn stator đấu Y, điện kháng đồng 1Ω/pha Tổn hao 0,3 MW, tổn hao kích từ 0,2 MW Tính (dịng điện điện áp) định mức: a) Chế độ máy phát định mức, phát công suất phản kháng (trễ): Tính sức điện động góc tải? Tính độ thay đổi điện áp? Tính hiệu suất? b) Chế độ động định mức, phát công suất phản kháng (sớm): Tính sức điện động góc tải? Tính hiệu suất? BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 82 82 11 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập Động – Máy phát Ví dụ Một Máy điện ĐB pha có: Công suất điện AC Sđm= 10 MVA , Vđm = 6,3KV, f= 50Hz, cosθđm = 0,8 (!); cực, dây quấn stator đấu Y, điện trở dây quấn stator 0,04Ω/pha, điện kháng đồng 1Ω/pha, tổn hao kích từ 2%Pđm, tổn hao không tải (tổn hao sắt từ, tổn hao tổn hao phụ) 2,4%Pđm a Tính tốc độ quay máy b Máy làm việc chế độ máy phát định mức: Tính dịng điện, công suất tác dụng, công suất phản kháng máy phát ra, công suất động sơ cấp kéo máy phát hiệu suất? Tính sức điện động góc tải? c Máy làm việc chế độ động định mức: Tính dịng điện, cơng suất tác dụng (AC), công suất phản kháng máy phát ra, công suất đầu trục hiệu suất? Tính sức điện động góc tải? Cho máy điện đồng ba pha đấu sao, 50 Hz có hai cực điện kháng đồng xs=2 Ω/pha Máy điện hoạt động chế độ máy phát điện với điện áp pha đầu cực stato 1905 V, dịng điện 350 A hệ số cơng suất 0,8 chậm pha.Tìm sức điện động cảm ứng Ear , góc moment δ, cơng suất điện từ moment điện từ? 83 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 83 jxs  Ia Va Ear =36.86o Ear jxs I a  Va Giản đồ vectơ MPĐB Ia Mạch điện thay MPĐB Ear = Va + jxs I a = 19050 + j  350 − 36,86 = 2391,513,540 V o = Moment điện từ Te = 3EarVa sin ( )  2391,5  1905  sin13,540 = = 5093 N.m xs  m  100 e Công suất điện từ PT = T  m = 1.600.000 W (  Pdinh muc =3Va Ia cos ) BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Ví dụ 6.4 Ví dụ 6.4 (tt)  Một máy đồng cực, pha, nối Y có điện kháng đồng ➢ Từ giản đồ vectơ pha xs =  pha Máy vận hành chế độ máy phát ( cung cấp công suất điện áp 50Hz, 1905 V pha ) Ear = 1905 + j 350 − 36,87 = 239113,540 V Dòng điện 350 A hệ số công suất tải 0,8 trễ Tìm Ear, , mơmen điện từ sinh Te = 3Ear Va sin ( )  2391  1905  0, 23416 = = 42440 N.m x s s  377 Ear Ia Va jxs Ear Ia jxsIa   Ear jxs Va Va Máy điện đồng  Ia 85 85 jxsIa  Ear Ia Va 86 Máy điện đồng 86 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Ví dụ 6.5 Ví dụ 6.5 (tt)  Một máy phát đồng pha, 60 Hz, cực, nối Y ➢ Tốc độ máy kéo tuabin cung cấp 16910 W đầu trục Tổng tổn ns = hao ma sát quạt gió 500 W Dịng điện kích từ điều chỉnh cho điện áp Ear (tỷ lệ với dịng kích từ) vòng/phút PT = 16910 − 500 = 16410 W (giá trị dây) Tìm tốc độ, vectơ pha Ear, Ia công suất thực phản kháng máy phát sinh Điện kháng đồng ➢ Rút giá trị góc cơng suất  xs =   16410    = 17,65   440 / (355)   = sin −1  Tính moment kéo máy phát, moment điện từ? Máy điện đồng 60 f 60(60 ) = = 1200 p ➢ Công suất điện từ có giá trị pha Ear = 355 V Máy phát cung cấp cho tải 440 V 87 84 84 87 Máy điện đồng ( ) 88 88 12 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Ví dụ Ví dụ 6.5 (tt) ➢ Vectơ pha dòng điện pha A Ia = ( Cho máy phát điện đồng ba pha đấu sao, 50Hz, có sáu cực, kéo tua bin có công suất kéo 16,91W Cho tổng tổn hao dây quấn (kích từ), mạch từ tổn hao (do ma sát) 500W Điều chỉnh dịng điện kích từ cho Ear có giá trị pha 355V Điện áp máy phát 440V Cho điện kháng đồng xs=5Ω/pha Tìm tốc độ roto, vectơ điện áp cảm ứng dịng điện phần ứng (stato), cơng suất tác dụng công suất phản kháng máy phát ) 35517,65 − 440 / 0 = 27,34 − 38,04 A j5 ➢ Công suất phức ( ) ST = 440 / (27,3438,04) = 16410 + j12841 VA ➢ Do đó: Q = j12841 VAr P = 16410 W 89 Máy điện đồng 89 Chương 7: Máy điện đồng 90 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 90 Chương 7: Máy điện đồng Ví dụ Cho máy phát điện đồng ba pha đấu sao, 50Hz, có sáu cực, kéo tua bin có cơng suất kéo 16.910 W Cho tổng tổn hao dây quấn (kích từ), mạch từ tổn hao (do ma sát) 500W Điều chỉnh dịng điện kích từ cho Ear có giá trị pha 355V Điện áp máy phát 440V Cho điện kháng đồng xs=5Ω/pha Tìm tốc độ roto, vectơ điện áp cảm ứng dịng điện phần ứng (stato), cơng suất tác dụng công suất phản kháng máy phát Ví dụ Cho máy phát điện đồng ba pha đấu sao, 50Hz, có sáu cực, kéo tua bin có cơng suất kéo 16.910 W Cho tổng tổn hao dây quấn (kích từ), mạch từ tổn hao (do ma sát) 500W Điều chỉnh dịng điện kích từ cho Ear có giá trị pha 355V Điện áp máy phát 440V Cho điện kháng đồng xs=5Ω/pha Tìm tốc độ roto, vectơ điện áp cảm ứng dòng điện phần ứng (stato), công suất tác dụng công suất phản kháng máy phát Trong máy điện tổn hao không thay đổi theo tải, thường nhập chung với tổn hao thép gọi tổn hao quay Trong máy điện tổn hao không thay đổi theo tải, thường nhập chung với tổn hao thép gọi tổn hao quay - Tốc độ roto: ns = 120 f 120  50 = = 1000 vịng/phút p =0 - Cơng suất điện từ : PT = Pm = PTuabin − Ptonhao = 16910 − 500 = 16410 W Px 16410  sin  = T s = = 0,303 →  = 17,66o 3EarVa  355  440 - Góc moment: - Vectơ điện áp cảm ứng: - Dịng điện phần ứng: =0 - Cơng suất phức: 91 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 91 Ea = 35517,66o Ia = o o Ear − Va 35517,66 − 254,030 = = 27,32 − 37,95o A j5 jxs ST = 3Va I a* =  254,030o  27,3237,95o = 16416 + j12802 = PT + jQT VA BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 92 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Ví dụ Ví dụ (tt) P1 = 1500 KW , cosθ1 =0,8 Tải ba pha đấu sao, 1500 kW, pf=0,8 chậm pha, đấu vào nguồn điện ba pha 1732V (điện áp dây) 1- Một động đồng hoạt động không tải đấu song song với tải để nâng pf lên bằng1 Xác định dòng điện động IM 2- Động kéo tải cơng suất 300 kW Xác định dịng điện động IM? S1 = P1 1500 = = 1875KW cos 1 0,8 Q1 = S1 sin 1 = 1875 ( 0, ) = 1125KVAR Động không tải Pđc = , PT = P1 =1500KW PT 3Φ ,1732V 1500KW = P1 Q1 QT CosθT=1 Pđc Cosθ1=0,8 Tải 1500KW = P1 Qdc Q1 QT CosθT=1 Qđc Pđc Iđc =? Cosθ1=0,8 1125.103 I dc = = = = 375 A 3V 3V 3.1732 Sdc Tải M Pđc = Pđc = 300kW Động kéo tải Pđc = 300KW , PT =1800KW Qđc Để cosθT =  QT =  Qđc = - Q1 = -1125KVAR Iđc =? Sdc = Pdc2 + Qdc2 = 3002 + 11252 = 1164,313KVA M Pđc = I dc = Pđc = 300kW 93 PT 3Φ ,1732V Để cosθT =  QT =  Qđc = - Q1 = -1125KVAR Dòng điện động cơ: BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 92 93 Sdc 3V = 1164313 = 388,1A 3.1732 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 94 94 13 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập Bài tập Một nhà máy tiêu thụ công suất điện 700KW với cosθ = 0,7 Nhà máy có thêm phụ tải công suất 100KW, để kéo tải kết hợp nâng cao hệ số c/s người ta dùng máy điện đồng có hiệu suất 0,88 Xác định cơng suất tồn phần cần thiết máy điện đồng để nâng cao hệ số công suất lên 0,8 Một nhà máy tiêu thụ công suất điện 700KW với cosθ = 0,7 Nhà máy có thêm phụ tải cơng suất 100KW , để kéo tải kết hợp nâng cao hệ số c/s người ta dùng máy điện đồng có hiệu suất 0,88 Xác định cơng suất tồn phần cần thiết máy điện đồng để nâng cao hệ số c/s lên 0,8 PT Máy điện đồng hoạt động chế độ động để kéo tải 100kW kích từ để bù (phát) công suất phản kháng P 100 Công suất điện động tiêu thụ Pdc = co = = 113, KW P1 Q1  0,88 Cosθ1=0,7 Công suất tác dụng nhà máy có thêm ĐCĐB PT = P1 + Pdc = 700 + 113,6 = 813,6KW QT Cosθ=0,8 Pdc Qdc M Tải  Trước thêm ĐCĐB cosθ1 = 0,7 ( tgθ1=1,02)  Cơng suất phàn kháng nhà máy nhận từ lưới: Q1= P1 tgθ1 = 700 1,02 = 714KVAr  Sau thêm ĐCĐB cosθ = 0,8 ( tgθ= 0,75)  Công suất phàn kháng nhà máy nhận từ lưới: QT= PT tgθ = 813,6 0,75 = 610KVAr Công suất phản kháng ĐCĐB phát ra: Qdc = QT − Q1 = 610 − 714 = −104KVAr Dấu (-) chứng tỏ ĐCĐB phát công suất phản kháng 97 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 97 Công suất toàn phần ĐCĐB : Sdc = Pdc2 + Qdc2 = 113, 62 + 1042 = 154 KVA 98 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 98 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập Bài tập ĐCĐB pha nối Y có thơng số định mức: 75Hp, 440V, 900 vịng/phút, hiệu suất 0,9.Có điện trở dây quấn stator 0,15Ω/pha, điện kháng đồng 2Ω/pha Động mang tải định mức với hệ số c/s 0,8 sớm pha.Vẽ giản đồ vectơ, tính điện áp cảm ứng góc tải ĐCĐB pha nối Y có thơng số định mức: 75Hp, 440V, 900 vịng/phút, hiệu suất 0,9 Có điện trở dây quấn stator 0,15Ω/pha, điện kháng đồng 2Ω/pha Động mang tải định mức với hệ số c/s 0,8 sớm pha, Vẽ giản đồ vectơ, tính điện áp cảm ứng góc tải Va Ia Ear δ=? Ear = ? Điện áp pha: Va = 440 = 254V Pvào 75.746 P = = 102 A Ia = = 0, 3.440.0, 3Vdây cos   3Vdây cos  Phương trình cân áp: Va = Ear + Ra I a + jxs I a Chọn Va làm gốc: Va = 2540 V → I = 102 ( 0,8 + j 0,6 ) A I = Iđm cosθ = 0,8 sớm M Ear = Va − I a ( Ra + jxs )= 254 − 102 ( 0,8 + j 0,6 )( 0,15 + j ) Xs=2Ω Ra=0,15 Ω Ear 3Φ.440V 99 99 364 V ˃ 254V Xs=2Ω Ra=0,15 Ω Ia   Ear cos  ˃ Va BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) M ĐCĐB pha 75Hp, 440V, N= 900 vòng/phút, ɳ= 0,9 = 364 − j172 = 403 − 25,3 V Điện áp cảm ứng có giá trị pha (giữa dây trung tính) 403V chậm pha so với Va góc tải 25,30 I = Iđm cosθ = 0,8 sớm δ=? Ear = ? ĐCĐB pha 75Hp, 440V, N= 900 vòng/phút, ɳ= 0,9 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Ia Va Giản đồ vectơ vẽ với giá trị pha 3Φ.440V Ra jxs Ra jxs Va = Va 0 Ear = Ear  jxs I a Ra I a Cosθ = 0,8  sinθ = 0,6 ĐCĐB kích từ ??? 100 100 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập Bài tập ĐCĐB pha có điện kháng đồng 22Ω Nối với nguồn pha 3980V điện áp cảm ứng dây trung tính 1790V góc tải có giá trị 300 Vẽ giản đồ vectơ Xác định dòng điện hệ số c/s ĐCĐB hoạt động trang thái thiếu kích từ ĐCĐB pha có điện kháng đồng 22Ω Nối với nguồn pha 3980V điện áp cảm ứng dây trung tính 1790V góc tải có giá trị 300 Vẽ giản đồ vectơ Xác định dòng điện hệ số c/s ĐCĐB hoạt động trang thái thiếu kích từ 3Φ.3980V Trong phần lý thuyết giản đồ vectơ vẽ với giá trị pha Đầu tiên vẽ điện áp pha V  Vẽ điện áp cảm ứng pha E chậm sau góc δ (vì động cơ)  Ecosδ ˂ V (1790 cos300 ˂ 2300)  Thiếu kích từ  dịng điện chậm pha  Vẽ I vng góc với jxsI , I phải chậm pha so với áp góc θ 3Φ.3980V I=? cosθ = ? δ=300 M E=1790V Xs=22Ω Ra=0 ĐCĐB pha I=? cosθ = ? δ=300 M V = E + jxs I E=1790V Xs=22Ω Ra=0 I= ĐCĐB pha BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 101 V − E 2300 − 1790 − 300 = = 53, 07 − 39,963 A jxs 22900 V = 3980 δ=300  I 101 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) = 2300V jxs I E = 1790V 102 102 14 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập Bài tập Một MPĐB pha có: Sđm= 10000KVA , Vđm = 6,3KV, f= 50Hz, cosθđm = 0,8; cực, dây quấn stator đấu Y, điện trở dây quấn stator 0,04Ω/pha, điện kháng đồng 1Ω/pha, tổn hao kích từ 2%Pđm, tổn hao khơng tải (tổn hao sắt từ, tổn hao tổn hao phụ) 2,4%Pđm Tính tốc độ quay máy Tính dịng điện, cơng suất tác dụng, cơng suất phản kháng máy phát ra, công suất động sơ cấp kéo máy phát hiệu suất máy phát chế độ định mức Một MPĐB pha có: Sđm= 10000KVA , Vđm = 6,3KV, f= 50Hz, cosθđm = 0,8; cực, dây quấn stator đấu Y, điện trở dây quấn stator 0,04Ω/pha, điện kháng đồng 1Ω/pha, tổn hao kích từ 2%Pđm, tổn hao khơng tải (tổn hao sắt từ, tổn hao tổn hao phụ) 2,4%Pđm Tính tốc độ quay máy Tính dịng điện, cơng suất tác dụng, cơng suất phản kháng máy phát ra, công suất động sơ cấp kéo máy phát hiệu suất máy phát chế độ định mức 60 f 60.50 = = 1500 vòng/phút p S 10000.103 = dm = = 916,5 A 3Vdây 3.6300 n = ns = 1.Tốc độ quay máy Ở chế độ định mức - Dịng điện định mức: I dm - Cơng suất tác dụng máy phát ra: Pout _ dm = S dm cos  dm = 10000.0,8 = 8000 KW - Công suất phản kháng máy phát ra: Qdm = Sdm sin dm = 10000.0,6 = 6000KVAr - Tổn hao dây quấn kích từ: PKT = RKT I KT = 2%Pdm = 0,02.8000 = 160KW PCu = 3Ra I a2 = 3.0, 04 ( 916,5) = 100,8KW - Tổn hao dây quấn phần ứng: PO = 2, 4%Pdm = 0,024.8000 = 192KW - Tổn hao không tải (tổn hao sắt từ, cơ, phụ):  Công suất động sơ cấp: Pco = Pdm + PCu + Pout _ dm = 8000 + 100,8 + 192 = 8292,8 KW Pin = Pco + PKT = 8292,8 + 160 = 8452,8 KW Pout _ dm 8000 = = 0,946 Pin 8452,8  Công suất vào: =  Hiệu suất: 104 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 104 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập Bài tập (tt) 60 f 60.50 = = 1000vòng/phút p 460 0 = 265, 60V Vectơ điện áp pha: Va = - Vectơ dòng điện pha: I a = 150 − cos −1 ( 0,92 ) = 150 − 23, 07 A Một máy phát đồng pha, cực, 50 Hz, nối Y có điện áp đầu cực (giữa hai pha bất kỳ) 460 V dòng điện 150 A dây dẫn từ máy phát đến tải, hệ số cơng suất 0,92 trễ Dịng điện kích từ điều kiện 50 A Điện kháng đồng máy 1,6 Ω Giả sử bỏ qua điện trở phần ứng (điện trở dây quấn stato) Hãy tính: Tốc độ rơto, tính vịng/phút Góc moment (góc cơng suất, góc tải) Độ lớn hỗ cảm dây quấn kích từ dây quấn phần ứng Công suất ngõ vào máy phát moment đặt vào trục máy Tốc độ máy: - Góc tải (góc moment):  = 31,55  s MI r E ar = Độ lớn hỗ cảm dây quấn kích từ dây quấn phần ứng Theo định nghĩa ta có: M= = 422 = 38mH 2  50  50 Pm = PT =  Va  I a  PF =  265,6 150 0,92 = 110 Moment đặt vào trục máy 106 Pm P 110  103 = p T = 3 = 1050 Nm m s 2  50 107 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 107 Bài tập Một máy điện đồng pha : KVA, 208V, 60Hz, nối Y, cực, điện kháng đồng xs=8Ω/pha (bỏ qua điện trở dây quấn stator) Máy điện hoạt động chế độ máy phát nối song song vào lưới điện pha 208V, 60Hz Tính điện áp (sđđ) cảm ứng góc moment δ máy điện phát cơng suất định mức với hệ số công suất 0,8 trễ Vẽ giản đồ vectơ (sơ đồ pha) Với dòng điện kích từ câu 1, cơng suất động sơ cấp tăng từ từ Nếu máy phát công suất cực đại xác định dịng điện, hệ số cơng suất, công suất cực đại máy phát điều kiện ▪ Máy điện chuyển sang hoạt động chế độ động Dịng điện kích từ điều chỉnh để hệ số công suất nhận cơng suất KW từ lưới điện Tính điện áp (sđđ) cảm ứng góc moment δ Vẽ sơ đồ pha Nếu dịng điện kích từ giữ không thay đổi (như câu 3) Moment trục động tăng từ từ, xác định moment điện từ cực đại máy 108 108 Ear s I r Công suất ngõ vào máy phát (bỏ qua tổn hao quay): Te = BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) n= - Điện áp cảm ứng: Ear = Va + jxs I a = 265, 60 + 1, 150 ( 90 − 23, 07 ) = 359, + j 220,8 = 42231,55V 106 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Chương 7: Máy điện đồng 105 105 Chương 7: Máy điện đồng Bài tập (tt) jxs Điện áp (sđđ) cảm ứng: Ear = Va + jxs I a Ia Va 208  Va = 0 = 1200 V   S 5000 Ia =  =  − 36,870 = 13,88 − 36,870 A  3Va 3(208)  Ear = Va + jxs I a = 12000 + ( 8900 )(13,88 − 36,87o ) = 12000 + 11153,130 = 206,7 25,450 V = Ear Mạch điện thay MPĐB Ear   =36.87o Ia jxs I a Va Giản đồ vectơ MPĐB Ear = 206,7 V ;  = 25,45 Tính điện áp (sđđ) cảm ứng góc moment máy điện phát công suất định mức với hệ số công suất 0,8 trễ Vẽ giản đồ vectơ (sơ đồ pha) BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 109 109 15 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập (tt) MPĐB nối song song với lưới điện nên Va khơng thay đổi Dịng điện kích từ khơng đổi nên Ear khơng thay đổi Ia Va 3EarVa sin ( ) xs cực đại δ= 900 Mạch điện thay MPĐB Ear Ear = Va + jxs I a   E − Va 206,7900 − 12000 I a = ar = = 29,8830,140 A jxs 8900 Ia → PF = cos 30,140 = 0,865 sóm pha PT max = Ear Mạch điện thay ĐCĐB Ia 0 Ear = 137,28 V ;  = −29,06 jxs I a θ=0 = Va  = 1200 − 66,6790 = 137,28−29,06 V Va Ear Giản đồ vectơ ĐCĐB Giản đồ vectơ MPĐB 3EarVa (120 )( 206, ) = = 9301 W xs ▪ Máy điện chuyển sang hoạt động chế độ động Dịng điện kích từ điều chỉnh để hệ số công suất nhận công suất KW từ lưới điện Tính điện áp (sđđ) cảm ứng Vẽ sơ đồ pha Với dịng điện kích từ câu 1, cơng suất động sơ cấp tăng từ từ Xác định dịng điện, hệ số cơng suất, cơng suất tác dụng điều kiện máy phát công suất cực đại 110 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 110 111 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 111 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập (tt) ▪ Chế độ động Điện áp (sđđ) cảm ứng: Ear = Va − jxs I a Ia Va Ear Mạch điện thay ĐCĐB Ia Ear = Va − jxs I a = 12000 − ( 8900 )( 8,330o ) Va  = 12000 − 66,67900 = 137,28−29,060 V Ear = 137,28 V ;  = −29,060 Bài tập jxs 208  Va = 0 = 1200 V   P Ia =  = 3000 00 = 8,3300 A  3(208)cos  3(208) jxs I a θ=0 = Ear Giản đồ vectơ ĐCĐB Một ĐCĐB pha 60Hz, cực, nối Y, điện kháng đồng 2Ω tải pha đấu Y nối song song vào nguồn điện xoay chiều pha 2300V Nếu chọn vectơ điện áp pha làm gốc vectơ dịng điện tải 200 − 450 A Tổng công suất nguồn cấp cho động tải pha 1500KW 300KVAr Xác định: - Tốc độ động - Dòng điện động tiêu thụ - Hệ số c/s động cơ, hệ số công suất sớm hay trễ? - Điện áp cảm ứng động góc tải Va , Ear khơng thay đổi, góc moment δ thay đổi Moment điện từ T e = PT m =− PT =1500KW 3EarVa sin ( ) cực đại δ= -900 xsm 3EarVa (120 )(137, 28) = = 6178 W xs QT =300KVAr 3Φ.2300V PT max 6178 = = 32,8 Nm 188,5 m Nếu dịng 2điện  f kích 2 60từ giữ không thay đổi (như câu a) Moment trục m = = = 188,5 rad/s động tăng từ p từ, xác định moment điện từ cực đại máy điện PT max = e  Tmax = 112 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 112 Ptai Itai = 200A θtai= 450 Qdc Q tai Pdc Tải M It = ? Cosθt= ? 114 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 114 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập (tt) Bài tập (tt) - Tốc độ quay động n = ns = PT =1500KW 60 f 60.60 = = 1200 vòng/phút p QT =300KVAr Dòng điện động cơ: 3Φ.2300V - Tổng công suất cung cấp nguồn pha: Ptai Q tai Pdc Itai = 200A It = ? 1500 + j300 M Cosθt= ? θtai= 450 = 500 + j100 KVA Tải 2300 0 , I tai = 200 − 450 A Với: Va = Công suất pha tải: Stai1 = Va Itai* =  2300 00  200 + 450 = 187, 79 + j187, 79 KVA     ( Hệ số công suất động cơ: cos = cos(−15,71 ) = 0,9627 sớm pha Điện áp cảm ứng động cơ: Ear = Va − jxs I dc )  2300  = 0  − j ( ) ( 244, 23 + 15, 710 )   = 1460, − j 470, = 1534 − 17,850V Công suất pha động cơ: Sdc1 = ST − Stai1 = ( 500 + j100 ) − (187,97 + j187,97 ) = 312, 21 − j87, 79 = 324,32 − 15, 71 KVA Dòng điện động cơ: BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 324320 − 15, 710 S = 244, 23 − 15, 710 A I = dc1 = Va 2300 300 Góc tải (góc moment): * dc → I dc = 244, 23 + 15,710 A S 324320 − 15, 710 I = dc1 = = 244, 23 − 15, 710 A Va 2300 300 * dc → I dc = 244, 23 + 15,710 A Qdc ST = 115 Ia Va Ear = Va − jxs I a = 12000 − ( 8900 )( 8,330o ) jxs I a =36.87o jxs Ear = Va − jxs I a 208  Va = 0 = 1200 V   P Ia =  = 3000 00 = 8,3300 A  3(208)cos  3(208) Ear Theo giản đồ vectơ  góc moment δ, Ia thay đổi Ta có: Cơng suất PT = Bài tập (tt) ▪ Chế độ động Điện áp (sđđ) cảm ứng: jxs 115 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016)  = −17,850 116 116 16 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập Bài tập (tt) 60 f 60.60 n = ns = = = 300 vòng/phút p 12 - Moment điện từ MPĐB (máy có nhiều cực từ) Máy phát nối với lưới điện pha điện áp 3400V phát công suất 8000KW hệ số công suất Te = Tính tốc độ vịng/phút moment điện từ máy Vẽ mạch điện thay giản đồ vectơ máy phát vận hành trường hợp Tính điện áp cảm ứng dây quấn stator góc moment (góc tải) PT m = PT 8000.103 = = 254648 Nm 2 60  s   p 12   - Điện áp cảm ứng góc moment I a = I tai = Ptai ( cos tai ) = 3V 8000.10 = 1358,5 A ( 3400 ) Va Ia Ear Mạch điện thay MPĐB Ear  I a jxs I a 3400 00 = 196300V Va = (1) → I a = 1358,500 A Giản đồ vectơ MPĐB Ear = Va + jxs I a = 196300 + j (1) (1358,500 ) = 2387, 234, 690 MPĐB đươc nối với lưới để giữ điện áp tần số không đổi điều chỉnh kích từ thay đổi cơng suất phản kháng phát - Góc moment 117 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 117  = 34,690 118 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 118 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập (tt) Bài tập 2.Nếu mạch từ chưa bão hịa điện áp cảm ứng tỉ lệ thuận với dịng điện kích từ rotor Ear −new Dịng điện kích từ rotor tăng 20% Ear Điện áp cảm ứng tương ứng là: Ear −new = 1, Ear = 1, ( 2387, ) = 2864, 7V  Vì cơng suất tác dụng khơng đổi nên góc moment phải thỏa điều kiện:  Ear sin  = Ear −new sin  new sin  new = new Ia I a − new Ear sin  = sin ( 34, 690 ) = 0, 4743 Ear −new 1, - Góc moment tương ứng : jxs I a Va = Va 0 Ear =  s MI r Một MPĐB pha 60Hz, 550V, nối Y, điện kháng đồng 1,2Ω , bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng Mát phát cung cấp 250KW giá tri điện áp định mức điện áp cảm ứng dây quấn stator 460V (giá trị pha) Xác định góc moment Xác định dịng điện, hệ số cơng suất, công suất phản kháng máy Với điện áp, tần số công suất tác dụng máy không đổi Xác định điện áp cảm ứng pha dây quấn stator để hệ số công suất 0,8 trễ góc moment tương ứng 3E V sin ( ) PT = ar a xs  new = 28,310 - Dòng điện stator tương ứng: Ear −new − Va 2864,728,310 − 196300 = = 1469,1 − 22,370 Với công suất động sơ cấp kéo máy phát jxs j1 I a −new = - Công suất phản kháng máy phát : Q = 3VI sin  = (1963)(1469,1)( 0,3806 ) BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) không đổi trường hợp trên, tần số điện áp phát đầu cực máy phát không thay đổi Dịng điện kích từ dây quấn rotor tăng thêm 20% Tìm =góc 3293KVAr moment, dịng điện stator công suất phản kháng máy phát trường hợp 119 119 123 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 123 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập (tt) 3E V sin ( ) PT = ar a Ta có cơng suất điện từ PT xs (= công suất tác dụng máy) 550 = 317,5V Điện áp pha : Va = Điện áp cảm ứng pha : Ear = 460V → sin ( ) = PT xs 3EarVa - Góc moment: ( 250000 )(1, ) = 0, 6847 = ( 460 )( 317,5 ) Bài tập (tt) jxs Ia Va Ear - Dòng điện máy phát I a − new = Đầu cực máy phát Mạch điện thay MPĐB Ear −new = Va + jxs I a −new Ia = = 317,500 + j (1, ) ( 328, 08 − cos −1 ( 0,8) ) = 637, 0129, 630 Ear − Va 46043, 21 − 317,50 = = 262,88 − 3, 230 A j1, jxs PT 250000 = = 328, 08 A ( 317,5)( 0,8) 3Va cos  - Điện áp máy cảm ứng pha dây quấn stator  = 43, 210 - Dòng điện máy phát - Góc moment: - Hệ số cơng suất máy cos  = cos ( 3, 230 ) = 0,9984 trễ - Công suất phản kháng máy phát : BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016)  new = 29,630 Với điện áp, tần số công suất tác dụng máy không đổi Xác định điện áp cảm ứng pha dây quấn stator để hệ số cơng suất 0,8 trễ góc moment tương ứng Q = 3VI sin  = ( 317,5 )( 262,88 )( 0, 05633) = 14,105KVAr 125 Ear = Va + jxs I a Dòng điện MPĐB (bằng dòng điện tải) Với công suất động sơ cấp kéo máy phát không đổi trường hợp trên, tần số điện áp phát đầu cực máy phát khơng thay đổi Dịng điện kích từ dây quấn rotor tăng thêm 20% Tìm góc moment, dịng điện stator công suất phản kháng máy phát trường hợp jxs 1.- Tốc độ quay MPĐB Một máy phát điện đồng pha 11000KVA, 3400 V, 60Hz, nối Y có 24 cực Điện kháng đồng 1Ω/pha, giả sử bỏ qua tổn hao máy phát 125 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 126 126 17 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng 10 Bài tập 10 Bài tập (tt) a Tốc độ quay máy phát: jxs 60 f ( 60 )( 50 ) n= = = 1500 vong/phut p Một máy phát điện đồng pha, 50 kVA, nối Y, 50 Hz, 440 V, cực, có điện kháng đồng 1,2 Ω/pha Dịng điện kích từ điều chỉnh cho điện áp đầu cực máy không tải 480 V (thường theo qui ước máy pha giá trị dây) Bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng Hãy xác định: Ia Va Ear b Dòng điện định mức máy phát a) Tốc độ quay máy phát (tính vịng/phút) b) Điện áp đầu cực máy phát máy cung cấp dòng điện định mức cho tải có hệ số cơng suất 0,8 trễ c) Độ thay đổi điện áp máy phát tụ điện pha có cơng suất 60 kVAr mắc song song với tải câu b) jxs Sdm I a −dm = 3Vdm = Đầu cực máy phát 50000 = 65, 61A ( 440 ) Mạch điện thay MPĐB Dựa vào giản đồ vectơ, suy cơng thức tính điện áp pha đầu cực máy phát Ear = Voc = Va = Ear2 − ( xs I a − dm cos ( ) ) − xs I a −dm sin ( ) Ia Va Điện áp đầu cực máy phát: Vđầu cực Ear = 480 / − ( 62,99 ) − 47, 24 = 222, 6V Đầu cực máy phát Mạch điện thay MPĐB 127 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 127  Va b) Điện ápáp đầudây cựcởcủa Điện đầumáy cực máy phát tương ứng phát máy cung cấp dòng  sụt áp: 480 − 385, điện định mức chotải có =hệ số V% 100% = 24,5% 385, công suất 0,8 trễ.edited 2016) BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh I a = 65,61A 3.222,6 = 385, 6V Máy phát Q ??? Dòng chậm pha Quá kích từ 128 128 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng 10 Bài tập (tt) 11 Bài tập jxs Ia Va Ear Đầu cực máy phát Ear = Voc =  Va = Ear2 − ( xs I a − dm cos ( ) ) + xs I a − dm sin ( )  = 4802 / − ( 62,99 ) + 47, 24 = 317,1V  jxs I a V Điện áp dây tương ứng 549,3 V Có thể thấy việc bù cơng suất phản kháng q mức có khả gây nguy hiểm cho tải I a = 65,61A Độ thay đổi điện áp: (tăng áp) Máy nhận Q ???  Dịng sớm pha, thiếu kích từ  480 − 549,3 549,3 a/ Dịng kích từ Ir cần thiết để có điện áp đầu cực (giá trị dây) 2300 V, máy phát làm việc không tải b/ Sức điện động cảm ứng (giá trị dây) máy phát làm việc điều kiện tải định mức c/ Dịng kích từ Ir cần thiết để có điện áp đầu cực (giá trị dây) 2300 V, máy phát làm việc điều kiện tải định mức d/ Công suất moment động sơ cấp (kéo máy phát) điều kiện tải định mức (Nguồn kích từ độc lập) 480 V I a = 65,61A V % = Máy phát đồng pha 2300 V, 60 Hz, 1000 kVA, cosθ = 0,8 trễ, cực, stato nối Y có điện kháng đồng Xs= 1,1 Ω điện trở dây quấn phấn ứng Ra= 0,15 Ω Tổn hao tổn hao phụ (do ma sát quạt gió) 24 kW, tổn hao sắt 18 kW máy làm việc tải điều kiện định mức Đường cong không tải (quan hệ điện áp dây đầu cực máy phát theo dịng kích từ rotor Ir , máy phát làm việc hở mạch- không tải) cho hình Tính:  100% = −12,62% Ear =  480 V jxs I a V BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 129 129 Điện áp không tải (giá trị dây) c Công suất tải trước mắc tụ 50KVA cosθ= 0,8 trễ: S = 40 + j30 kVA Sau mắc thêm tụ 60KVAR, tổng công suất tải là: 40 + j30 – j60 = 40 – j30 kVA (Tải có hệ số cơng suất thay đổi từ tính cảm sang tính dung)  Có thể thấy, cơng suất biểu kiến tải khơng đổi (50KVA), suy dịng điện phần ứng máy phát có giá trị câu b) Vẽ lại giản đồ vectơ cho trường hợp hệ số cơng suất 0,8 sớm, suy cơng thức tính điện áp pha Dịng kích từ Ir [A] 130 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 130 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng a/ Dịng kích từ Ir cần thiết để có điện áp đầu cực (giá trị dây) 2300 V, máy phát làm việc khơng tải Tra đăc tính khơng tải Ir = 4,25A b/ Sức điện động cảm ứng (giá trị dây) máy phát làm việc điều kiện tải định mức S 1000.103 = = 251A 3V ( 2300 ) → I a = 251 − 36,870 cos = 0,8 →  = 36,87 I a = I Load = Điện áp không tải (giá trị dây) Điện áp cảm ứng E ar [A] 11 Bài tập (tt) 11 Bài tập (tt) d/ Công suất moment động sơ cấp (kéo máy phát) điều kiện tải định mức (Nguồn kích từ độc lập) Pout = Sout cos  = (1000 )( 0,8 ) = 800 KW PCu = 3Ra I a2 = ( 0,15)( 251) = 28, 4KW Pmasat + quat = 24KW Dịng kích từ Ir [A] Pthep = 18KW Sức điện động cảm ứng giá trị pha Ear = Va + Ra I a + jxs I a Với: Va = 2300 Ear = 13280 + ( 0,15 ) ( 251 − 36,87 0 giá trị dây sức điện động cảm ứng Eday = Công suất động sơ cấp: 00 = 132800V ) + j (1,1) ( 251 − 36,87 ) = 15377, Pin = Pout + PCu + Pmasat +quat + Pthep = 870, 4KW 3.1537 = 2662V Moment động sơ cấp: c/ Dịng kích từ Ir cần thiết để có điện áp đầu cực (giá trị dây) 2300 V, máy phát làm việc điều kiện tải định mức Sức điện động tương ứng đươc tính câu b 2662V Tra đăc tính khơng tải Ir = 5,9A BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) 131   480 V jxs I a 13 BMTBD-CSKTĐ-PVLong (TCBinh edited 2016) Tm = Pin P 870, = in = = 2309 Nm  m  s  2 60  p   132 132 18 31-Mar-21 Chương 7: Máy điện đồng Bài tập máy phát đồng Bài tập 2013 (khó) Một máy phát điện đồng pha, 50 kVA, nối Y, 50 Hz, 440 V, cực, có điện kháng đồng 1,2 /pha Bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng Dịng điện kích từ điều chỉnh cho điện áp đầu cực máy không tải 480 V Hãy xác định: a) Tốc độ quay máy phát (tính vịng/phút)? b) Điện áp đầu cực máy phát, máy cung cấp dịng điện định mức cho tải có hệ số cơng suất 0,8 trễ? c) Độ thay đổi điện áp máy phát tụ điện pha có cơng suất 60 kVAr (khơng đổi) mắc song song với tải câu b)? Máy điện đồng 136 136 19 ... tải, góc cơng suất, góc moment 38 38 Chương 7: Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Động điện đồng pha Dòng điện TRỄ: = > Tải RL Động điện đồng pha Biểu thức cơng suất - mơmen Dịng điện SỚM:... Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Động điện đồng pha Động điện đồng pha Đặc tính hình V 60 60 Ví dụ 6.6 Đ /cơ đồng pha, cực, 50Hz, 380V, Y Điện kháng đồng 2Ω, bỏ qua điện trở phần ứng Dòng điện. .. Máy điện đồng Chương 7: Máy điện đồng Bài tập (tt) Bài tập 2.Nếu mạch từ chưa bão hịa điện áp cảm ứng tỉ lệ thuận với dòng điện kích từ rotor Ear −new Dịng điện kích từ rotor tăng 20% Ear Điện