Chương 4 máy điện đồng bộ DHDL

Chương 4: Tổng quan máy điện đồng  4.1 Đại cương máy điện đồng (MĐĐB)  4.1.1 Nguyên lý làm việc MĐĐB  4.1.2 Cấu tạo MĐĐB  4.1.3 Các đại lượng định mức MĐĐB  4.2 Máy phát điện đồng làm việc song song  4.2.1 Các điều kiện làm việc song song máy phát điện đồng  4.2.2 Các phương pháp hòa đồng 4.1.1 Nguyên lý làm việc Máy điện đồng (MĐĐB) • Trong máy điện đồng bộ, thường cực từ đặt rơto, cịn dây quấn phần ứng đặt phần tĩnh (stato) gồm ba cuộn dây đặt lệch không gian 1200 góc độ điện, đấu thành hình (Y) hay tam giác (Δ) hình 4.1-1 • Dựa định luật cảm ứng điện từ • Giống máy điện quay khác, máy điện đồng có tính chất thuận nghịch: làm việc chế độ máy phát chế độ động điện n a) n b) Hình 4.1-1 Sơ đồ nguyên lý máy điện đồng ba pha a) Đấu hình Y; b) Đấu tam giác Δ 4.1.1 Nguyên lý làm việc Máy điện đồng (MĐĐB) 4.1.1.1 Nguyên lý làm việc máy phát điện đồng bộ: • Khi động sơ cấp quay rôto máy phát với tốc độ định mức, đồng thời cho dòng điện chiều vào dây quấn rơto (dây quấn kích thích), rơto trở thành nam châm điện, từ trường rôto quét qua dẫn dây quấn stato (dây quấn phần ứng), dây quấn stato xuất s.đ.đ xoay chiều • Tần số s.đ.đ cảm ứng là: pn f  60 (4.1  1) đó: n tốc độ quay rôto, p số đôi cực máy 4.1.1 Nguyên lý làm việc Máy điện đồng (MĐĐB) 4.1.1.1 Nguyên lý làm việc máy phát điện đồng bộ: • Giá trị hiệu dụng s.đ.đ cảm ứng pha dây quấn stato là: E = 4,44.f.W.kdq.Φ0 (4.1-2) đó: Φ0 - từ thông khe hở cực từ; W - số vòng dây pha dây quấn phần ứng; kdq - hệ số dây quấn • Khi dây quấn phần ứng máy nối với tải bên ngoài, dòng điện ba pha đối xứng lệch thời gian 1200 điện chạy dây quấn ba pha đặt lệch khơng gian góc 1200 điện sinh từ trường quay với tốc độ là: 60f  n1 (4.1-3) p So sánh (4.1-1) với (4.1-3) ta thấy n = n1, tốc độ quay rôto tốc độ từ trường quay, máy gọi máy điện đồng 4.1.1 Nguyên lý làm việc Máy điện đồng (MĐĐB) 4.1.1.2 Nguyên lý làm việc động điện đồng bộ: • Cho dịng điện ba pha iA, iB, iC vào dây quấn ba pha stato, dòng điện ba pha sinh từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p • Ta hình dung từ trường quay stato nam châm có hai cực quay với tốc độ n1 (hình 4.1-2) • Đồng thời cho dịng điện chiều vào dây quấn rôto, rôto trở thành nam châm điện • Tác dụng tương hỗ từ trường stato từ trường rôto tạo lực tác dụng lên rơto • Từ trường stato quay với tốc độ n1 nên lực tác dụng kéo rôto quay với tốc độ n = n1 • Chú ý: Động điện chiều động KĐB làm việc theo nguyên lý lực điện từ tác dụng, động đồng làm việc theo nguyên lý lực tác dụng hai từ trường A n1 N S C B Hình 4.1-2 Nguyên lý làm việc động điện đồng 4.1.2 Cấu tạo MĐĐB - Theo kết cấu chia MĐĐB thành loại: Máy đồng cực ẩn đồng cực lồi - Theo chức chia MĐĐB thành: Máy phát điện đồng bộ, động điện đồng bộ, máy bù đồng 4.1.2.1 Kết cấu máy điện đồng cực ẩn: • Lõi thép rơto làm thép hợp kim chất lượng cao, rèn thành khối hình trụ, sau gia cơng phay rãnh để đặt dây quấn kích từ, phần không phay rãnh làm thành mặt cực từ • Mặt cắt ngang lõi thép rôto hình 4.1-3 • Các máy điện đồng cực ẩn đại thường chế tạo với số cực 2p = 2, tốc độ quay rơto 3000 vg/ph • Để hạn chế lực ly tâm, đường kính D rơto khơng vượt q 1,1 ÷ 1,15 m Để tăng công suất, người ta tăng chiều dài l rôto Chiều dài tối đa rôto vào khoảng 6,5 m Hình 4.1-3 Mặt cắt ngang trục lõi thép rơto 4.1.2 Cấu tạo MĐĐB 4.1.2.1 Kết cấu máy điện đồng cực ẩn: • Dây quấn kích từ đặt rãnh rơto (hình 3.2-4), chế tạo từ dây đồng trần tiết diện hình chữ nhật, quấn theo chiều mỏng thành bối dây đồng tâm Các vòng dây cách điện với mica mỏng • Để cố định ép chặt dây quấn kích từ rãnh, miệng rãnh nêm chặt thép phi từ tính • Phần đầu nối ngồi rãnh đai chặt ống thép phi từ tính • Hai đầu dây quấn kích từ luồn trục nối với hai vòng trượt đầu trục, thơng qua hai chổi điện để đưa dịng kích từ vào • Dịng kích từ dịng chiều, cung cấp từ hệ thống kích thích Đường sức từ Dây quấn kích từ Lõi thép rơto Dây quấn stato Vịng trượt Lõi thép stato Dây quấn kích từ Hình 3.2-4 Mặt cắt ngang máy điện đồng cực ẩn 4.1.2 Cấu tạo MĐĐB 4.1.2.1 Kết cấu máy điện đồng cực ẩn: • Stato máy điện đồng cực ẩn gồm lõi thép, dây quấn ba pha, thân máy nắp máy • Lõi thép stato ép tôn silic dầy 0,5 mm, hai mặt có phủ sơn cách điện Dọc chiều dài lõi thép khoảng ÷ cm lại có rãnh thơng gió ngang trục rộng 10 mm • Lõi thép stato cố định thân máy Thân máy chế tạo theo kết cấu khung thép, mặt bọc thép dát dày, thân máy hình thành hệ thống đường thơng gió làm mát máy • Nắp máy chế tạo từ thép gang đúc Ở máy công suất trung bình lớn, ổ trục đặt giá đỡ ổ trục riêng cố định bệ máy 4.1.2 Cấu tạo MĐĐB Máy phát điện tuabin Rôto máy phát điện tuabin (cực ẩn) 4.1.2 Cấu tạo MĐĐB Hình 4.1-5 Máy phát điện tuabin (cực ẩn) Phần kích thích Vỏ máy Lõi thép stato Bộ phận làm máy hydro Rôto Kết cấu máy phát điện tuabin (cực ẩn) 4.1.2 Cấu tạo MĐĐB 4.1.2.2 Kết cấu máy điện đồng cực lồi: • Trục máy điện đồng cực lồi đặt nằm ngang (động đồng bộ, máy bù đồng bộ, máy phát điezen máy phát điện tuabin nước công suất nhỏ…) đặt thẳng đứng (máy phát tuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm) • Khi trục máy đặt thẳng đứng, ổ đỡ trục đặt đầu trục (máy kiểu treo), đặt đầu trục (máy kiểu dù) hình 4.1-10 a) 3 6 b) Hình 4.1-10 Sơ đồ kết cấu máy điện đồng trục đứng kiểu treo (a) kiểu dù (b) 1- Rôto; 2- Ổ đỡ trục; 3- Ổ trục định hướng; 4- Xà đỡ trên; 5- Xà đỡ dưới; 6- Nối trục; 7- Tuabin; - Nền máy 4.1.2 Cấu tạo MĐĐB 4.1.2.2 Kết cấu máy điện đồng cực lồi: • Trên trục với máy phát, tuabin, người ta thường đặt thêm máy phát phụ (máy kích thích) để cung cấp dòng chiều cho cực từ máy phát điện máy phát điều chỉnh 4.1.2 Cấu tạo MĐĐB Rôto MFĐ nhà máy thuỷ điện ĐAMI Stato MFĐ nhà máy thuỷ điện ĐAMI 4.1.2 Cấu tạo MĐĐB 4.1.3 Các đại lượng định mức MĐĐB • Các đại lượng định mức ghi nhãn máy, bao gồm:  Công suất định mức (đơn vị kW hay kVA): Sđm  Điện áp định mức (V, kV) Nếu máy pha điện áp dây  Dòng điện stato dòng điện rôto định mức (A)  Tốc độ quay định mức (vg/ph)  Tần số định mức (Hz)  Hệ số cơng suất cosφ  Ngồi nhãn máy ghi: kiểu máy, số pha, kiểu nối dây pha phần tĩnh, cấp cách điện dây quấn stato rôto, nhà máy chế tạo, năm sản xuất… 4.2.1 Các điều kiện làm việc song song máy phát điện đồng • Khi ghép máy phát điện làm việc song song với hệ thống điện lực với máy phát điện khác phải đảm bảo điều kiện sau: • Điện áp máy phát UF phải điện áp lưới điện UL • Tần số máy phát fF phải tần số lưới điện fL • Thứ tự pha máy phát phải giống thứ tự pha lưới • Điện áp máy phát lưới phải trùng pha • Khi ghép song song, việc điều chỉnh điện áp máy phát UF thực cách thay đổi dịng kích từ máy • Tần số fF máy điều chỉnh cách thay đổi mômen quay (tốc độ) động sơ cấp kéo máy phát • Sự trùng pha điện áp máy phát điện áp lưới kiểm tra đèn, vơnmét khơng dụng cụ đồng • Thứ tự pha máy phát kiểm tra dụng cụ kiểm tra thứ tự pha thường kiểm tra lần sau lắp đặt máy hoà đồng với lưới lần • Ghép song song máy phát vào lưới theo điều kiện gọi hồ đồng xác 4.2.2 Các phương pháp hịa đồng • Các phương pháp hồ đồng xác • Dùng hồ đồng kiểu ánh sáng đèn • Dùng hồ đồng kiểu điện từ Hoà đồng bộ hoà đồng kiểu ánh sáng đèn Bộ hoà dùng cho máy phát điện có cơng suất nhỏ Có hai kiểu nối đèn hồ: • Kiểu nối “tối” • Kiểu ánh sáng đèn “quay” 4.2.2 Các phương pháp hòa đồng Hòa đồng bộ hồ đồng kiểu ánh sáng đèn a) Hịa đồng bộ hoà kiểu ánh sáng đèn nối theo kiểu nối tối • Trong sơ đồ hình 4-6a, F1 máy phát điện làm việc, F2 máy phát điện cần ghép song song với máy phát F1 Bộ hồ kiểu ánh sáng đèn hình thành ba đèn 1, • Các đèn hoà nối hai đầu tương ứng cầu dao D2 • Trong q trình hồ, phải điều chỉnh đồng thời điện áp UF tần số fF máy phát F2 • Điện áp máy phát UF kiểm tra theo điều kiện UF = UL vơn mét V có cầu dao đổi nối • Tần số thứ tự pha kiểm tra đồng với ba đèn 1, A B C D1 D2 V F2 F1 - + it + a) it Hình 4-6 Sơ đồ hoà đồng MFĐ dùng hoà nối theo kiểu nối “tối” 4.2.2 Các phương pháp hòa đồng Hịa đồng bộ hồ đồng kiểu ánh sáng đèn a) Hòa đồng bộ hoà kiểu ánh sáng đèn nối theo kiểu nối tối • Điện áp đặt vào ba đèn hiệu số điện áp pha tương ứng máy phát lưới (hình 4-7a) • Hai hình điện áp máy phát lưới quay với tốc độ ωF = 2πfF ωL = 2πfL • Khi tần số fF ≠ fL điện áp đặt vào đèn UF - UL có tần số fF - fL • Nếu thứ tự pha máy phát lưới giống điện áp đặt vào ba đèn giống thay đổi phạm vi ≤ ΔU ≤ 2UF, ba đèn tối sáng với tần số fF - fL • Điều chỉnh tần số fF máy phát F2 cho chu kỳ sáng tối ÷ giây, chờ lúc đèn tắt hẳn (là lúc điện áp máy phát lưới trùng pha nhau) đóng cầu dao hoà D2, việc ghép song song máy phát với lưới hoàn thành U U AL  U AF L F U BF U U CL U U BL U CF b) Hình 4-7 Đồ thị véc tơ điện áp nối theo kiểu nối “tối” 4.2.2 Các phương pháp hòa đồng Hòa đồng bộ hoà đồng kiểu ánh sáng đèn b) Hoà đồng bộ hoà nối theo kiểu ánh sáng đèn “quay” • Khi hồ đồng theo kiểu ánh sáng đèn “quay” (hình 4-6b) hai ba đèn phải nối vào đầu không tương ứng cầu dao D2, ví dụ đèn đèn • Nếu thứ tự pha giống tần số fF ≠ fL, đèn 1, 2, thay sáng, tối tạo thành ánh sáng đèn “quay” • Sở dĩ điện áp đặt vào đèn không nhau, chúng thay đổi phạm vi ≤ ΔU ≤ 2UF hình 4-7b A B C Đến F1 D2 F2 - b) + it Hình 4-6b Hồ đồng MFĐ dùng hồ kiểu ánh sáng đèn “quay” 4.2.2 Các phương pháp hòa đồng Hịa đồng bộ hồ đồng kiểu ánh sáng đèn b) Hoà đồng bộ hồ nối theo kiểu ánh sáng đèn “quay” • Khi fF > fL, ánh sáng quay theo chiều fF < fL ánh sáng quay theo chiều ngược lại • Điều chỉnh cho fF = fL tốc độ ánh sáng quay thật chậm (fF ≈ fL), chờ đến đèn không nối chéo (đèn 1) tắt hẳn, đèn nối chéo (2 3) sáng (đó lúc điện áp máy phát lưới trùng pha nhau) đóng cầu dao hồ D2 • Chú ý: Khi hồ dùng hồ kiểu ánh sáng đèn, nối theo sơ đồ nối “tối” mà nhận kết ánh sáng đèn “quay” nối theo sơ đồ ánh sáng đèn “quay” mà kết nhận đèn sáng tối thứ tự pha máy phát khác thứ tự pha lưới Trong trường hợp cần tráo hai ba pha máy phát điện nối với cầu dao D2 U U AL  U AF L F U BF U CL U U U CF U BL b) Hình 4-7 Đồ thị véc tơ điện áp nối theo kiểu ánh sáng đèn “quay” 4.2.2 Các phương pháp hịa đồng Hồ đồng bộ đồng kiểu điện từ • Ở nhà máy điện có đặt máy phát có cơng suất lớn, để kiểm tra điều kiện ghép song song máy phát điện vào lưới người ta dùng đồng kiểu điện từ, gọi cột đồng • Cột đồng gồm ba dụng cụ đo sau: vôn mét có hai kim, kim UF kim UL, tần số kế có hai kim để đồng thời tần số máy phát fF tần số lưới fL đồng kế làm việc theo nguyên lý từ trường quay có kim quay với tần số fF - fL Tốc độ quay kim đồng kế phụ thuộc vào trị số fF fL, chiều quay kim thuận hay ngược chiều kim đồng hồ tuỳ thuộc vào fF > fL hay fF < fL • Trong q trình hồ, điều chỉnh cho fF = fL kim quay thật chậm (fF ≈ fL), thời điểm đóng cầu dao hồ lúc kim đồng kế trùng với vạch thẳng đứng hướng lên 4.2.2 Các phương pháp hòa đồng Hoà đồng bộ đồng kiểu điện từ • Việc hồ đồng xác máy phát điện đòi hỏi nhân viên vận hành phải thao tác thật thành thục tập trung ý cao độ để tránh thao tác nhầm, lưới có cố • Để giảm nhẹ cơng việc cho nhân viên thao tác tránh nhầm lẫn xảy cố, ta dùng hồ đồng tự động: Tự động điều chỉnh UF fF máy phát tự động đóng cầu dao điều kiện hồ đảm bảo • Vì lưới có cố, UL fL ln thay đổi nên q trình hồ tự động thường kéo dài đến 10 phút 4.2.2 Các phương pháp hịa đồng Phương pháp hồ tự đồng • Ghép song song máy phát với lưới điện theo phương pháp tự đồng tiến hành sau: • Quay máy phát khơng kích thích (UF = 0) với dây quấn kích thích nối tắt qua điện trở diệt từ đến tốc độ xấp xỉ tốc độ đồng (sai khác khoảng 2%) • Khơng cần kiểm tra tần số, trị số góc pha điện áp, đóng cầu dao ghép máy phát vào lưới điện • Sau đóng kích thích cho máy phát điện, tác dụng mômen đồng bộ, máy phát lôi vào đồng (fF = fL), việc ghép máy phát vào làm việc song song với lưới hoàn thành 4.2.2 Các phương pháp hịa đồng Phương pháp hồ tự đồng • Chú ý: Việc đóng cầu dao nối máy phát chưa kích thích với lưới có UL tương đương với trường hợp ngắn mạch lưới Tuy nhiên, lưới có tổng trở phần tử (như máy biến áp tăng áp, đường dây …) tổng trở thân máy phát điện nên dịng điện xung chạy máy phát điện khơng vượt q ba bốn lần dịng điện định mức • Vì dây quấn kích thích nối tắt qua điện trở diệt từ nên dòng điện xung độ giảm nhanh Điện trở diệt từ làm đường dẫn cho dịng kích từ cảm ứng, giới hạn điện áp hai đầu cuộn kích từ máy kích từ mức khả chịu đựng cuộn kích từ máy kích từ (cách điện khơng bị chọc thủng) • Phương pháp hoà tự đồng phép sử dụng trường hợp Ixg < 3,5 Iđm ... máy điện đồng cực lồi có 2p = 4. 1.2 Cấu tạo MĐĐB 4. 1.2.2 Kết cấu máy điện đồng cực lồi: • Trục máy điện đồng cực lồi đặt nằm ngang (động đồng bộ, máy bù đồng bộ, máy phát điezen máy phát điện tuabin... kết cấu chia MĐĐB thành loại: Máy đồng cực ẩn đồng cực lồi - Theo chức chia MĐĐB thành: Máy phát điện đồng bộ, động điện đồng bộ, máy bù đồng 4. 1.2.1 Kết cấu máy điện đồng cực ẩn: • Lõi thép rơto... từ Hình 3.2 -4 Mặt cắt ngang máy điện đồng cực ẩn 4. 1.2 Cấu tạo MĐĐB 4. 1.2.1 Kết cấu máy điện đồng cực ẩn: • Stato máy điện đồng cực ẩn gồm lõi thép, dây quấn ba pha, thân máy nắp máy • Lõi thép