Chuong 2Chuong 2

Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2Chuong 2

Cấu tạo máy phát điện có dùng máy phát điện đầu trục (brushless alternator)

CHƯƠNG 2: VẬN HÀNH M.Đ.Đ.B

 Đặc tính của máy phát điện đồng bộ

 Các máy phát điện đồng bộ làm việc song song

 Động cơ điện đồng bộ

 Máy bù đồng bộ

§1 KHÁI NIỆM CHUNG

• Chế độ làm việc của máy phát điện đồng bộ được đặc trưng bằng các đại lượng: U, I, it, cos và f

• Trong đó f = fđm = const; cos phụ thuộc vào tải

• Ba đại lượng U, I, it xác định các đặc tính:

 Đặc tính không tải U(it) khi I = 0

 Đặc tính ngắn mạch I n (i t ) khi U = 0

 Đặc tính ngoài U(I) khi it = const; cos = const

 Đặc tính điều chỉnh it(I) khi U= const; cos = const

 Đặc tính tải U(it) khi I = const; cos = const

1 Đặc tính không tải E = f(i t )

§2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA M.F.Đ.Đ.B

Đặc tuyến không tải của máy phát điện đồng bộ là đồ thị hay đường biểu diễn mô tả quan hệ giữa sức điện động pha của phần ứng với dòng điện kích thích cấp vào phần cảm Đặc tuyến không tải được ghi nhận qua thí nghiệm khi :

-Không đấu tải vào dây quấn

1 Đặc tính không tải E = f(it )

U

tdmo

ii

1

2O

còn máy phát turbine nước có kd = 1.06 (đường 1)

§2 CÁC ĐẶC TÍNH CỦA M.F.Đ.Đ.B

1 Đặc tính không tải E = f(it )

-Tương ứng với giá trịđịnh

trước của dòng kích thích khi

tăng tốc độ sức điện động pha

gia tăng và ngược lại.

-Giá trị của sức điện động pha

dư thường trong phạm vi vài

volt đến khoảng 10V tùy

thuộc vào cấp công suất của

máyphát

 Coi rư = 0 thì mạch điện thay

thế là thuần cảm nên Iq = Icos =

u

jIx 

E d

E jIx

I

tn

ii

d

UI

x



no dm

IK

B

E

3 Đặc tính ngoài U = f(I)

Đặc tuyến tải hay đặc tuyến ngoài của máy phát điện đồng bộ

là đồ thị hay đường biểu diễn mô tả quan hệ giữa áp pha V pha trên tải theo dòng điện pha I pha qua tải Đặc tuyến không tải được ghi nhận qua thí nghiệm khi :

-Điều chỉnh tốc độ động cơ sơ cấp có giá trị định trước để ổn định

tần số của nguồn điện phát ra và duy trì tốc độ bằng hằng số

trong suốt quá trình thí nghiệm.

-Điều chỉnh dòng kích thích để có được áp không tải bằng định

mức trước khi đấu tải vào phần ứng Duy trì giá trị dòng kích

thích này không đổi trong suốt quá trình thí nghiệm.

-Đấu tải vào phần ứng máy phát; điều chỉnh thay đổi tổng trở tải nhưng duy trì hệ số công suất không thay đổi.

3 Đặc tính ngoài U = f(I)

 Khi I tăng  U tăng và

khi tải thuần trở hay có tính

cảm E giảm do p.ư.p.ư  U

giảm

 Khi tải có tính dung E

tăng do p.ư.p.ư  U tăng O

it1 it2

AB

Đặc tuyến tải hay đặc tuyến ngoài.

Tóm lại khi vận

hành máy phát nếu

chỉ duy trì tần số

không đổi và không

điều chỉnh thay đổi

dòng kích thích; áp

trên tải sẽ thay đổi

khi dòng tải thay

đổi.

U

U

MA

• Khi không tải, với it = OP ta có E = PM

• Do có tải, dòng điện để tạo ra E là OQ

• E là QA và U là QB

• Cho ABC tịnh tiến

sao cho AE(it) thì C sẽ

vẽ nên U(it)

UR

2 Xác định x q và x d

 Vẽ các đặc tính E(it) và I(it)

d

E ACz

d

xx

I

BCD

 Do hiệu ứng mặt ngoài nên điện trở của dây quấn phần ứng tăng khoảng 20%: Rư = 1.2R1f

2 2

x  z  R

 

Ví dụ 1: Thí nghiệm với dòng một chiều một máy

phát cực ẩn 25kVA, 240V, 50Hz nối Y cho kết quả Umc

= 120.6V, Imc = 50.4A Dòng điện ngắn mạch Ino = 60.2A Tính điện trở phần ứng, điện kháng đồng bộ,

tổng trở đồng bộ và tỉ số ngắn mạch K

Từ số liệu của thí nghiệm bằng dòng điện một chiều

ta có:

mc mc

25 10S

cs cs

§4 TỔN HAO VÀ HIỆU SUẤT CỦA M.Đ.Đ.B

 Tổn hao đồng pCu trên dây quấn stato

 Tổn hao sắt pFe trên lõi thép

 Tổn hao cơ pcơ gồm

• Tổn hao do làm mát

• Tổn hao do ma sát

 Hiệu suất

2 2

• Đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

 Ghép một máy phát vào làm việc song song với lưới gọi là hoà đồng bộ

• UF = UL

2 Các điều kiện hòa đồng bộ

• fF = fL

• Thứ tự pha của máy phát và của lưới giống nhau

• Tại thời điểm hoà đồng bộ U F trùng pha với UL

 Hoà đồng bộ thoả mãn các điều kiện trên gọi là hoà đồng bộ chính xác

 Sau khi nối vào lưới, máy phát làm việc không tải

• Do fF  fF nên điện áp trên đèn thay đổi U = 0  2UL

 Điều chỉnh n của máy phát cho đến khi chu kì tắt sáng T = (35)s thì có thể coi fF = fL

 Điều kiện trùng pha được kiểm tra bằng đèn

 Đồ thị vec tơ điện áp trên đèn U AL

 Điều chỉnh n của máy phát

• Khi đèn 3 tối hẳn; đèn 2 và 3 sáng như nhau ta đóng CD

đến khi chu kì tắt sáng T=(35)s thì có thể coi fF = fL

 Ưu điểm: thiết bị đơn giản

 Nhược điểm: khó xác định chính xác thời điểm trùng pha

 Chú ý: dùng đèn có thể kiểm tra thứ tự pha; khi điện áp lớn phải nối đèn qua các m.b.a có tổ nối dây giống nhau

b Dùng thiết bị hoà đồng bộ

 Thiết bị hoà đồng bộ kiểu điện từ dùng trong các nhà máy lớn

 Cột đồng bộ gồm:

 Một Vmet có hai kim

 Một Fmet có hai kim

 Một dụng cụ xác định thời điểm trùng pha

5 Điều chỉnh P

a Lưới có P = 

• Sau khi hoà, máy làm việc không tải với P = 0,  = 0

• Lưới có P =  nên U = const, f = const

• Như vậy để điều

• Công suất cực đại ứng với điều kiện:

d

mUEA

• Đại lượng Pcb đặc trưng cho khả năng giữ ổn định và gọi là công suất chỉnh bộ.

b Các máy có công suất tương tự làm việc song song

• Điều chỉnh xảy ra ở n = const nên phụ thuộc vào đặc tính của động cơ sơ cấp

• Tải ban đầu là P = AB

• Tăng công suất của máy 1 đặc tính 1  2

• Kết luận: khi điều

chỉnh P của một máy phải đồng thời điều chỉnh P của máy kia để f = const

• Ta giải bài toán phân phối công suất giữa các máy bằng tam giác đặc tính của động cơ sơ cấp.

P O

• ABC gọi là tam giác

đặc tính của động cơ sơ

o dm dm

ff f n fGD

Đặc tính cơ của hai máy như hình vẽ

A

50 400

51.75

B 50

700 51.75

dm dm

f

P

B A

P 300  P 300 560 f  512.8kW

6 Điều chỉnh công suất phản kháng

a Trường hợp lưới có công suất vô cùng lớn

• Do lưới có công suất vô cùng lớn nên U, f = const

• Ta xét trường hợp điều chỉnh Q khi giữ P = const

• Q của máy phát điện đồng bộ cực ẩn

• Coi rư = 0 ta có đồ thị vec tơ của máy phát điện đồng

bộ cực ẩn

I

db

jIxE

M

it

it0A

B

mn

tính it = f(I) của tải thuần trở

• Đường Bn tương ứng với

giới hạn ổn định

• Bên trái đường Am tương

ứng với tải có tính dung

• Lúc này tải phát ra Q và máy phát tiêu thụ Q Khi

đó it < ito và máy làm việc thiếu kích thích

• Bên phải đường Am

tương ứng với tải có tính

cảm

I

it

itoA

B

mn

b Lưới có công suất hữu hạn

• Xét 2 máy có công suất bằng nhau làm việc song song

• Tăng dòng it của máy 1

thì E1 và I1 tăng Như

vậy tổng dòng tải tăng

Nhưng do I = const nên

U sẽ tăng

• Muốn cho U = const, ta

phải giảm I2 cho tổng

dòng tải không đổi

m 1

I

m 1

E

m 2

I

m 2

E

• Tải của hai máy I1 = I2

Tải tổng I

Ví dụ: Hai máy phát đồng bộ A và B có công suất

600kW, 450V, 50Hz làm việc song song và chịu tải tác dụng và phản kháng bằng nhau Tải tổng là 1000kVA, cost = 0.804 chậm sau Khi điều chỉnh it của máy A để

cosA = 0.85 thì cosB bằng bao nhiêu

Công suất tác dụng và phản kháng của tải:

A B

Q Q 297.3kVAr

Do cosA = 0.85 nên:

Acos 0.85

§6 ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ

1 Khái niệm chung

• Động cơ điện đồng bộ được dùng khi tải có công suất lớn vì chúng có hiệu suất cao, tin cậy và có thể điều chỉnh được cos

• Động cơ điện đồng bộ có tốc độ không thay đổi khi tải thay đổi

• Cấu tạo của động cơ điện giống như máy phát Tuy nhiên do điều kiện mở máy, chúng thường có cấu tạo cực lồi

2 Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị vec tơ

• Phương trình cân bằng điện áp:

dI

3 Các phương pháp khởi động

a Đặc điểm

• Động cơ đồng bộ có

đặc điểm là không thể tự

mở máy, nghĩa là khi đưa

dòng điện 3 pha vào stato

thì rôto không quay

b Mở máy theo phương pháp không đồng bộ

• Mở máy theo 2 giai đoạn

 Giai đoạn 2: Khi n  n1, cung cấp it cho động cơ

Thời điểm đưa it vào roto thỏa mãn:

km – năng lực quá tải ở chế độ đồng bộ với it = itđm

 Mở máy với it = 0 Cuộn kích thích được nối qua RT = (10  12)rt

 Nối động cơ vào lưới Động cơ được khởi động như đ.c.k.đ.b ro to lồng sóc

 Để đơn giản, có thể cung cấp i t ngay trong giai đoạn 1.

km – năng lực quá tải ở chế độ đồng bộ với it = itđm

itđb – dòng điện kích thích khi đồng bộ hoá

c Mở máy bằng phương pháp hoà đồng bộ

• Động cơ được hoà đồng bộ vào lưới như hoà máy phát

4 Các đặc tính làm việc của động cơ

Ví dụ: Một động cơ đồng bộ 3 pha cực ẩn 200kW,

15000V, 50Hz, 2p = 2, nối Y làm việc ở tải định mức, cos = 0.84 vượt trước với hiệu suất 0.95 Điện kháng đồng bộ một pha là 50 Tính mô men định mức, dòng điện phần ứng, s.đ.đ E, góc  và mô men cực đại

Tốc độ của động cơ là 3000v/ph Mô men định mức là:

Do cos = 0.84 vượt trước, góc pha ban đầu của điện

áp bằng 0 nên  = 36.86o và điện áp một pha:

S.đ.đ không tải:

o db

E U jIX     8660.3 j 10.1 36.86   50

o8972.3 2.58 V

o2.58

5 Ảnh hưởng của tải đến I,  và 

• Giả sử U, f, it = const Đồ thị vec tơ ban đầu như hình vẽ

• Giả sử công suất tăng

gấp đôi nên Icos và

Esin tăng gấp đôi

• Máy bù đồng bộ có cấu tạo

việc với P = 0 Khi điều chỉnh it

ta làm cho máy bù tiêu thụ hay

phát ra Q

§2 MÁY BÙ ĐỒNG BỘ MÁY BÙ ĐỒNG BỘ

• Công suất định mức khi quá kích thích(phát Q)

E UI

 Máy bù có thể chế tạo với S lớn, điện áp cao.

bộ, cos của hệ thống khi động cơ đồng bộ không tải

Theo đồ thị vec tơ ta có:

3 kdb

kdb db

Q Q  Q 633.79 10  512.14 10

3120.65 10 VAr

3 3

Bài tập lớn số 2

Yêu cầu:

1.Mô phỏng động cơ không đồng bộ với các yêu cầu:

-Tiến hành quá trình đo để có thể vẽ mạch điện tương đương

-Xây dựng đồ thị M(s) bằng cách lấy các tham số mô phỏng

-Mô phỏng các phương pháp khởi động:

Bài tập lớn số 3

Yêu cầu:

1.Mô phỏng động cơ một chiều kích từ độc lập với các yêu cầu:

-Tiến hành quá trình đo để có thể vẽ mạch điện tương đương

-Xây dựng đồ thị M(s) bằng cách lấy các tham số mô phỏng

-Mô phỏng các phương pháp khởi động:

Của động cơ DC Mô phỏng các ảnh hưởng đó

2 Mô phỏng điều chỉnh tốc độ và vị trí động cơ DC sử dụng Mạch Buck/Boost áp dùng bộ đk PID