1 Âải Hc  Nàơng - Trỉåìng Âải hc Bạch Khoa Khoa Âiãûn - Nhọm Chun män Âiãûn Cäng Nghiãûp Giạo trçnh MẠY ÂIÃÛN 1 Biãn soản: Bi Táún Låüi Chỉång 6 QUẠ TRÇNH QUẠ ÂÄÜ TRONG M.B.A 6.1. KHẠI NIÃÛM CHUNG Quạ trçnh quạ âäü trong mba l quạ trçnh mba chuøn tỉì chãú âäü xạc láûp náưy sang chãú âäü xạc láûp khạc khi cọ sỉû thay âäøi mäüt trong cạc âải lỉåüng xạc âënh chãú âäü lm viãûc ca mba nhỉ : táưn säú, âiãûn ạp, phủ ti Theo úu täú dng âiãûn ngỉåìi ta phán ra : quạ dng âiãûn v quạ âiãûn ạp. 6.2. QỤA DNG ÂIÃÛN Xẹt quạ dng âiãûn xy ra trong hai trỉåìng håüp : 1. Âọng mba vo lỉåïi khi khäng ti. 2. Ngàõn mảch âäüt nhiãn. 6.2.1. Âọng mba vo lỉåïi khi khäng ti. Ta tháúy : • Lục lm viãûc bçnh thỉåìng dng âiãûn khäng ti : I 0 ≤ 10 % I âm . • Lục âọng mba vo lỉåïi âiãûn : I 0 >> I âm . Vç sao ?. Gi thỉí âiãûn ạp âàût vo dáy qún så cáúp (hçnh 6.1) lục âọng K l: u 1 = U 1m sin(ωt + Ψ 0 ). Ψ 0 : l gọc pha ca âiãûn ạp lục âọng mba vo lỉåïi. Phỉång trçnh cán bàòng âiãûn ạp ca dáy qún så l: u 1 = U 1m sin(ωt + Ψ 0 ) = d t d Wir 101 φ + . (6.1) Ta tháúy quan hãû φ = f(i 0 ) l quan hãû phi tuún. Âãø tênh toạn âån gin, ta gi thiãút φ tè lãû våïi i 0 , nghéa l : 1 1 0 L W i φ = . Hçnh 6.1 Så âäư âọng mba vo lỉåïi âiãûn lục khäng ti K u 1 φ W 1 W 2 Våïi L 1 : hãû säú tỉû cm ca dáy qún så. Viãút lải phỉång trçnh (6.1), ta cọ: dt d L r )tsin( W U m φ +φ=Ψ+ω 1 1 0 1 1 . 2 Giaới phổồng trỗnh trón, ta coù nghióỷm laỡ: = + . Thaỡnh phỏửn xaùc lỏỷp cuớa tổỡ thọng: = m sin(t + 0 - 2 ). = - m cos(t + 0 ). Vồùi : 2 1 2 11 11 )L(rW UL m m + = . Thaỡnh phỏửn tổỡ thọng tổỷ do: t L r '' Ce 1 1 = . Xaùc õởnh hũng sọỳ C vồùi õióửu kióỷn t = 0 trong loợi theùp coù tổỡ thọng dổ dổ , nón: t=0 = ( + ) t=0 = - m cos 0 + C = dổ . C = m cos 0 dổ . Vỏỷy : = ( m cos 0 dổ ) t L r e 1 1 . Ta coù, sau khi giaới phổồng trỗnh : = - m cos(t + 0 ) + ( m cos 0 dổ ) t L r e 1 1 . Tổỡ phổồng trỗnh trón ta thỏỳy : 1. ióửu kióỷn thuỏỷn lồỹi nhỏỳt khi õoùng mba vaỡo lổồùi õióỷn laỡ : 0 = 2 tổùc õióỷn aùp u 1 = U 1m vaỡ tổỡ thọng dổ = 0, luùc õoù: = - m cos(t + 0 ) = m sint . tổùc laỡ xaùc lỏỷp ngay khi õoùng mba vaỡo lổồùi, khọng xaớy ra quaù trỗnh quaù õọỹ. 2. ióửu kióỷn bỏỳt lồỹi nhỏỳt khi õoùng mba vaỡo lổồùi õióỷn laỡ : 0 = 0 tổùc õióỷn aùp u 1 = 0 vaỡ tổỡ thọng dổ > 0, luùc õoù: = - m cost + ( m + dổ ) t L r e 1 1 . max t dổ Hỗnh 6.2 Sổỷ bióỳn thión tổỡ thọng (t) luùc doùng maỷch bỏỳt lồỹi nhỏỳt 0 Khi t = thỗ = max vỗ r << L 1 . Nón : t L r e 1 1 = 1 1 1 L r e . Tổỡ thọng luùc nỏửy : max 2 m + dổ Vỏỷy, tổỡ thọng max > 2 m luùc laỡm vióỷc bỗnh thổồỡng, nón luùc nỏửy loợi theùp m.b.a rỏỳt baớo hoỡa vaỡ doỡng tổỡ hoùa I 0 trong quaù trỗnh quaù õọỹ seợ rỏỳt lồùn, cồợ 100 lỏửn doỡng I 0 3 VÊ DỦ 1 : Lục bçnh thỉåìng : I 0 = 5%I âm . Lục qtrçnh qụa âäü : I 0 = 5I âm . Mba bë càõt khi lỉåïi khi âọng khäng ti. 6.2.2. Quạ dng âiãûn khi ngàõn mảch ÅÍ âáy chè xẹt qụa trçnh qụa âäü tỉì lục bàõt âáưu xy ra ngàõn mảch âãún khi thnh láûp chãú âäü ngàõn mảch xạc láûp. Tênh dng âiãûn I n åí qụa trçnh qụa âäü. x n r n u 1 u 1 i n Hçnh 6.3 Så âäư lục mba bë n g àõn mảch Våïi r n = r 1 + r’ 2 x n = x 1 + x’ 2 = ωL n Viãút phỉång trçnh cán bàòng âiãûn ạp : u 1 = U 1m sin(ωt + Ψ n ) = dt di Lir n nnn + . Trong âọ Ψ n : l gọc pha ca âiãûn ạp lục mba xy ra ngàõn mảch. Gii phỉång trçnh trãn våïi âiãưu kiãûn ban âáưu t = 0 thç i n = 0, ta âỉåüc : i n = i’ + i’’ = t L r nnnn n n ecosI)tcos(I − Ψ+Ψ+ω− 22 våïi : 22 1 )L(r U I nn n ω+ = . Ngàõn mảch xy ra báút låüi nháút khi Ψ n = 0, våïi r n << ωL n . t L r nnn n n eItcosIi − +ω−= 22 Dng âảt giạ trë cỉûc âải khi ωt = π, lục âọ : xgn L r nxg KI)e(Ii n n 212 =+= ω π − Trong âọ, K xg phủ thüc vo dung lỉåüng mba, mba cng låïn thç K xg cng låïn. Thỉåìng K xg = 1.2 ÷ 1.8. VÊ DỦ 2 : Mba cäng sút 1000kVA, u n % = 6.5, u nr % = 1.5, u nx % = 6.32. K xg = 1 + nx nr n n u u L r ee π − ω π − += 1 = 1.475 Dng âiãûn xung bàòng : 7224751 100 22 %u KIi n xgnxg === nghéa l i xg = 22.7I âm . 4 • Hải mba : 1. Dáy qún nọng v bë chạy cạch âiãûn. 2. Gáy lỉûc cå hc phạ kãút cáúu dáy qún. • Bo vãû : 1. Dng relais tạc âäüng nhanh càõt chäù sỉû cäú ra khi mba. 2. Mba bë nm cạc vng dáy bãn trong, ngỉåìi ta thỉåìng dng relais håi, relais so lãûch âãø bo vãû càõt mba ra khi lỉåïi. 6.3. QUẠ ÂIÃÛN ẠP TRONG M.B.A 6.3.1. Ngun nhán gáy quạ âiãûn ạp : MBA U m U m U m0 0.5U m 1.2 50 t (μs) U Pâ Khi mba lm viãûc trong lỉåïi âiãûn thỉåìng chëu nhỉỵng âiãûn ạp xung kêch, cn goi l quạ âiãûn ạp, cọ trë säú gáúp nhiãưu láưn trë säú âiãûn ạp âënh mỉïc. Ngun nhán gáy quạ âiãûn ạp : 1. Thao tạc âọng càõt âỉåìng dáy hồûc cạc mạy âiãûn. 2. Ngàõn mảch chảm âáút km theo häư quang. 3. Sẹt âạnh vo âỉåìng dáy ti âiãûn trãn khäng v sọng sẹt truưn âãún mba. Âáy l sọng nguy hiãøm nháút âäúi våïi mba, vç cọ trë säú hng triãûu vän.Tỉì sọng quạ âiãûn ạp, ta tháúy : a. Tỉì nåi xút hiãûn lan truưn vãư hai phêa våïi täúc âäü gáưn bàòng C. b. Dảng xung khäng chu k våïi âáưu sọng ráút däúc, cn âi bàòng phàóng hån. c. Thåìi gian tàng tỉì 0 ÷ U m khong μs (hçnh 6.1). Âãø gim biãn âäü U m0 ca sọng quạ âiãûn ạp ta dng bäü chäúng sẹt phọng âiãûn P (hçnh 6.2), âãø dáùn âiãûn têch ca sọng xung kêch xúng âáút. Ta tháúy U m0 l biãn âäü trỉåïc chäúng sẹt ráút låïn. Sau tạc âäüng ca bäü chäúng sẹt, âiãûn ạp ca sọng xung kêch gim âi nhiãưu U m . Biãn âäü sau bäü chäúng sẹt U m nh hån trë säú thỉí âäü bãưìn cạch âiãûn ca mba. Hçnh 6.4 Sọn g quạ âiãûn ạp Hçnh 6.5 Sọn g quạ âiãûn ạp trỉåïc v sau chäún g sẹt 5 6.3.2. Maỷch õióỷn thay thóỳ vaỡ phổồng trỗnh vi phỏn Tỏửn sọỳ soùng quaù õióỷn aùp (xung kờch) laỡ : Hz., .,. tT f dx x x 5 6 10082 10214 1 4 11 2 ==== = Thaỡnh lỏỷp sồ õọử thay thóỳ : Goỹi : C d laỡ õióỷn dung giổợa caùc phỏửn tổớ cuớa dỏy quỏỳn vồùi nhau. C q laỡ õióỷn dung giổợa caùc phỏửn tổớ cuớa dỏy quỏỳn vồùi õỏỳt. Khi quaù õióỷn aùp dung khaùng x c << r, x L nón boớ qua r, x L vỗ f x rỏỳt lồùn. Hỗnh 6.6 Sồ õọử thay thóỳ cuớa dỏy quỏỳn mba khi coù quaù õióỷn aùp xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx x xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx x C q C d r , x l A X Ta thỏỳy õióỷn dung coù thọng sọỳ raợi gọửm n voỡng dỏy: ióỷn dung doỹc toaỡn phỏửn : n C C/ C ' d d d == 1 1 . ióỷn dung ngang toaỡn phỏửn : ' q ' qq nCCC == Khi lỏỳy õọỹ daỡi cuớa dq laỡ mọỹt õồn vở, õọỳi vồùi mọỹt nguyón tọỳ nhoớ cuớa dq coù õọỹ daỡi dx coù thóứ tỗm õổồỹc õióỷn dung ngang C q dx vaỡ tham sọỳ vi phỏn ngang Kdx, trong õoù K=1/C d . ọỳi vồùi õióỷn tờch ngang ồớ nguyón tọỳ Kdx : Kdx du Q x x = (6.1) ióỷn aùp trón õióỷn dung : dxC dQ u q x x = (6.2) Thay (6.1) vaỡo (6.2), ta coù : 0 2 2 = x d q x u C C dx ud Giaới pt trón ta õổồỹc nghióỷm daỷng: xx x eDeDu += 21 vồùi laỡ nghióỷm cuớa pt õỷc trổng : d q d q C C C C == 0 2 . Duỡng õióửu kióỷn bión vồùi dỏy quỏỳn nọỳi õỏỳt : X A C d C q 6 1. khi x =1 m xx x UeDeDu =+= 21 2. khi x = 0 0 21 =+= xx x eDeDu Ta tỗm õổồỹc : = sh xsh Uu mx (6.3) Trổồỡng hồỹp dỏy quỏỳn khọng nọỳi õỏỳt, ta cuợng coù : = ch xch Uu mx . (6.4) 6.3.3. Sổỷ phỏn bọỳ õióỷn aùp ban õỏửu doỹc dỏy quỏỳn: Veợ caùc quan hóỷ (6.3) vaỡ (6.4), ta õổồỹc sổỷ phỏn bọỳ õióỷn aùp ban õỏửu : Hỗnh 6.6 Sổỷ phỏn bọỳ õióỷn aùp ban õỏửu doỹc dỏy quỏỳn. a/. Khi nọỳi õỏỳt. b/. Khi khọng nọỳi õỏỳt. =5 =10 U m 1 1 .4 .2 .2 .4 .6 .6 .8 Ta thỏỳy : = 0 sổỷ phỏn bọỳ õióỷn aùp ban õỏửu doỹc theo dỏy quỏỳn õóửu : u x = xU m . caỡng lồùn sổỷ phỏn bọỳ õióỷn aùp ban õỏửu doỹc theo dỏy quỏỳn khọng õóửu, maỡ tỏỷp trung chuớ yóỳu vaỡo õỏửu dỏy quỏỳn. > 5 sổỷ phỏn bọỳ õióỷn aùp khọng phuỷ thuọỹc vaỡo sổỷ nọỳi õỏỳt hay khọng. Vỗ rũng giaớn õọử thay thóỳ mba gọửm r, L, C hỗnh thaỡnh, nón mọỹt loaỷt nhổợng maỷch voỡng dao õọỹng vaỡ qtqõ tổỡ õióỷn aùp ban õỏửu õóỳn õióỷn aùp cuọỳi cuỡng ồớ mọựi õióứm cuớa dỏy quỏỳn õóửu mang õỷc tờnh dao õọỹng. Do tọứn hao trón õióỷn trồớ caùc dao õọng seợ từt dỏửn. Bión õọỹ dao õọỹng vaỡ quaù õióỷn aùp xuỏỳt hióỷn khi õoù tng lón vồùi sổỷ tng vóử õọỹ khaùc nhau giổợa phỏn bọỳ õióỷn aùp õỏửu vaỡ cuọỳi. óứ giaớm nguy hióứm do dao õọỹng õoù cỏửn giaớm õóỳn mổùc coù thóứ. Giaớm seợ tng kờch thổồùc mba nhổ vỏỷy seợ tng giaù thaỡnh, nghộa laỡ khọng thổỷc hióỷn õổồỹc. .8 0 A X (a) =0 U m =1 =0 =5 =10 1 1 .2 .8 .6 .2 .4 .8 .6 .4 0 X A (b) 7 Baớo vóỷ mba khoới quaù õióỷn aùp : 1. Tng cổồỡng caùch õióỷn ồớ õỏửu vaỡ cuọỳi dỏy quỏỳn. 2. Taỷo ra õióỷn dung maỡn chừn tộnh õióỷn, dổồùi daỷng nhổợng voỡng kim loaỷi hồớ coù boỹc caùch õióỷn. ] R R ^ . 6 .1 Så âäư âọng mba vo lỉåïi âiãûn lục khäng ti K u 1 φ W 1 W 2 Våïi L 1 : hãû säú tỉû cm ca dáy qún så. Viãút lải phỉång trçnh (6 .1) , ta cọ: dt d L r )tsin( W U m φ +φ=Ψ+ω 1 1 0 1 1 l: u 1 = U 1m sin(ωt + Ψ 0 ) = d t d Wir 10 1 φ + . (6 .1) Ta tháúy quan hãû φ = f(i 0 ) l quan hãû phi tuún. Âãø tênh toạn âån gin, ta gi thiãút φ tè lãû våïi i 0 , nghéa l : 1 1 0 L W i φ = dt d L r )tsin( W U m φ +φ=Ψ+ω 1 1 0 1 1 . 2 Giaới phổồng trỗnh trón, ta coù nghióỷm laỡ: = + . Thaỡnh phỏửn xaùc lỏỷp cuớa tổỡ thọng: = m sin(t + 0 - 2 ). = - m cos(t + 0 ). Vồùi : 2 1 2 11 11 )L(rW UL m m + = .