Bài giảng động cơ điện - Các đặc tính của máy phát điện đồng bộ pdf

5. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ   ! W A V "   # i t r t "  $ - % A A V V & W 5 1. Đặc tính không tải: E = U 0 = f(i t ) khi I = 0 và f = f đm Dạng đặc tính không tải biểu thị theo hệ đơn vị tương đối E * = E/E đm và i t* = i t /i tđm0 như trên hình 22-2. Ở đây i tđm0 là dòng kích từ để khi không tải U 0 = U đm . Ta thấy, dạng đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ cực ẩn và cực lồi khác nhau không nhiều. Mạch từ của máy phát tuabin hơi bão hoà hơn mạch từ của máy phát tuabin nước. Khi E = E đm = 1, với máy phát tuabin hơi k μd = k μ = 1,2, còn đối với máy phát điện tuabin nước k μd = 1,06. Hình 22-2. Đặc tính không tải của máy phát tuabin hơi (a) và máy phát tuabin nước (b) E * i t* 0,8 0,4 1,2 1 2 3 b a 0 5.2. Đặc tính ngắn mạch và tỷ số ngắn mạch K Đặc tính ngắn mạch là quan hệ I n = f(i t ) khi U = 0, f = f đm . Nếu bỏ qua điện trở dây quấn phần ứng (r ư = 0), mạch dây quấn phần ứng là thuần cảm (ψ = 90 0 ). Khi đó: I q = I.cosψ = 0, I d = I.sinψ = I. Đồ thị véctơ khi ngắn mạch như ở hình 22-3a. Theo phương trình (21-8) ta có: d xIjE  = (22-1) Hình 22-3. Đồ thị véctơ và mạch điện thay thế của máy phát điện đồng bộ khi ngắn mạch b)  σ'  ' E  I  a) E  d xIj  ud xIj  u xIj σ  I  Mạch điện thay thế như ở hình 22-3b. Lúc ngắn mạch phản ứng phần ứng là khử từ, mạch từ của máy không bão hoà vì từ thông khe hở Φ δ rất nhỏ, s.đ.đ. E δ = E 0 - I.x ưd rất nhỏ, do đó đặc tính ngắn mạch là đường thẳng (hình 22-4). ()*+ , ! -   -./0  1 Tỷ số ngắn mạch K: Là tỷ số giữa dòng điện ngắn mạch I n0 ứng với dòng kích từ i t0 để sinh ra s.đ.đ. E = U đm khi không tải với dòng điện định mức I đm . K = I n0 /I đm (22-2) Theo định nghĩa đó, từ hình 22-5 ta có: I n0 = U đm /x d (22-3) trong đó x d là trị số bão hoà của điện kháng đồng bộ dọc trục ứng với E = U đm . Thay trị số I n0 theo (22-3) vào (22-2) ta có: # # 2 3 2 3 I n0 -  i t i tn i t0 U = f(i t ) I = f(i t ) 45- 4  6)789 +,: * 1 ddmd dm xIx U K == (22-4) Thường x d* > 1 nên K < 1 và dòng điện ngắn mạch xác lập I n0 < I đm . Từ hình 22-5, dựa vào các tam giác đồng dạng OAA ’ và OBB ’ ta có: tn t dm n i i I I K 00 == (22-5) trong đó: i t0 – dòng kích thích ứng với khi không tải U 0 = U đm i tn – dòng kích thích úng với lúc ngắn mạch I = I đm . Máy phát điện đồng bộ có K lớn thì có ưu điểm là độ thay đổi điện áp ΔU nhỏ và sinh ra công suất điện từ lớn, máy làm việc ổn định khi tải dao động. Muốn có K lớn (tức là x d* nhỏ) thì phải tăng khe hở, đòi hỏi máy phải tăng cường dây quấn kích thích, kích thước của máy tăng, giá thành cao. Thông thường với máy phát tuabin nước K = 0,8 ÷ 1,8, còn với máy phát tuabin hơi K = 0,5 ÷ 1,0. 5.3. Đặc tính ngoài và độ thay đổi điện áp Δu đm của máy phát điện đồng bộ. Đặc tính ngoài: U = f(I) khi i t = const, cosφ = const và f = f đm . Khi lấy đặc tính ngoài, phải thay đổi Z sao cho cosφ = const rồi đo U và I ứng với các trị số khác nhau của tải Z. Dạng của đặc tính ngoài ứng với các tính chất khác nhau của tải như ở hình 22- 6. Chú ý: Trong mỗi trường hợp phải điều chỉnh dòng kích từ i t sao cho khi I = I đm có U = U đm , sau đó giữ không đổi khi thay đổi tải. Dòng kích từ i t ứng với I = I đm , U = U đm , cosφ = cosφ đm , f = f đm được gọi là dòng điện kích từ định mức. cos ϕ = 0,8(điện cảm) cos ϕ = 1 cos ϕ = 0,8(®iÖn dung) ∆4  4  4 -  - ; H×nh 22-6. §Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t ®iÖn ®ång bé Từ hình 22-6 thấy rằng: dạng của đặc tính ngoài phụ thuộc vào tính chất của tải. Tải có tính cảm thì U giảm theo I, tải có tính dung thì U tăng theo I. • Độ thay đổi điện áp định mức của máy phát điện đồng bộ ΔU đm là sự thay đổi điện áp của máy phát khi tải thay đổi từ định mức ứng với cosφ đm đến không tải trong điều kiện dòng kích từ không đổi. 100.% dm dm dm U UE U − =∆ (22-6) Máy phát điện tuabin hơi có x d lớn nên ΔU lớn hơn so với máy phát tuabin nước. Thông thường ΔU% = 25 ÷ 35%. ΔU của máy phát đện có thể xác định trực tiếp trên máy đã chế tạo. Lúc thiết kế, để tính ΔU có thể dựa vào đồ thị véctơ s.đ.đ. hoặc đồ thị véctơ s.t.đ.đ. 5.4. Đặc tính điều chỉnh i t = f(I) khi U = const; cosφ = const; f = f đm Đặc tính điều chỉnh cho biết hướng điều chỉnh dòng kích từ i t của máy phát để giữ cho điện áp đầu cực máy không đổi. Khi làm thí nghiệm để lấy đặc tính điều chỉnh, phải thay đổi tải Z và đồng thời thay đổi dòng kích từ i t để có cosφ = const và U = const. Dạng của đặc tính điều chỉnh với các trị số cosφ khác nhau như ở hình 22-7. - Với tải cảm, khi I tăng muốn giữ cho U không đổi phải tăng dòng kích từ i t . - Với tải dung, khi I tăng, muốn giữ U không đổi thì phải giảm dòng kích từ i t . Thông thường cosφ đm = 0,8 (thuần cảm), từ không tải (I = 0, U = U đm ) đến tải định mức (I = I đm , U = U đm ) phải tăng dòng kích từ i t khoảng 1,7 ÷ 2,2 lần. i t i t0 0 II đm cos ϕ = 0,8 (®iÖn c¶m) cos ϕ = 0,8 (®iÖn dung) cos ϕ = 1 Hình 22-7. Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ 5.5. Đặc tính tải U = f(i t ) khi I = const; cosφ = const; f = f đm • Với mỗi trị số của I và cosφ ta có một đặc tính tải. • Trong các đặc tính tải, đường đặc tính tải thuần cảm với cosφ = 0 và I = I đm là có ý nghĩa nhất. • Dạng của đặc tính tải thuần cảm như đường 3 trên hình 22-8. Đồ thị véctơ ứng với chế độ đó khi bỏ qua rư như ở hình 22-9. Hình 22-8. Xác định đặc tính tải thuần cảm từ đặc tính không tải và tam giác điện kháng. 45- E δ A" <=  б' )-   : ' % ' ; > ? -  A 3 @ A #= C =  B  -.- m -.; i t 3= < ’ ’  3 ’ ’  Hình 22-9. Đồ thị véctơ s.đ.đ. của máy phát điện đồng bộ ở tải thuần cảm ud xIj .  − u xIj σ .  − U  0 E  δ E  I  Đặc tính tải thuần cảm có thể suy ra từ đặc tính không tải và tam giác điện kháng. • Tam giác điện kháng: Từ đặc tính ngắn mạch (đường 2 trên hình 22-8), để có I n = I đm thì dòng kích từ cần thiết i tn (hoặc F tn ) là F tn ≡ i tn = OC. S.t. đ. F tn = OC gồm hai phần: phần BC để khắc phục phản ứng phần ứng khử từ E ưd (BC = K ưd .F ưd ), phần OB còn lại để sinh ra s.đ.đ. tản từ E бư = I đm .x бư = AB. Điểm A nằm trên đường đặc tính không tải vì lúc đó mạch từ không bão hoà. Tam giác ABC được gọi là tam giác điện kháng. Các cạnh BC và AB của tam giác điện kháng tỷ lệ với dòng điện tải định mức I đm . • Cách thành lập đặc tính tải thuần cảm từ đặc tính không tải và tam giác điện kháng: Tịnh tiến tam giác ABC hoặc OAC sao cho đỉnh A tựa trên đặc tính không tải thì đỉnh C sẽ vẽ thành đặc tính tải thuần cảm (đường 3). Nếu các cạnh của tam giác điện kháng được vẽ tỷ lệ với I = I đm thì đặc tính tải thuần cảm vẽ được là ứng với I = I đm . [...]... 2 1-8 a) Khi cú s xờ dch gia trc t trng phn ng v trc cc (hỡnh 2 1-8 b), cỏc ng sc t b un to thnh mụmen v cụng sut in Vi mỏy cc n, xq = xd nờn: P = mUE.sin/xd (2 1-1 5) ng biu din P = f() nh hỡnh 2 1-9 , trong ú > > 0 ng vi ch mỏy phỏt in, cũn 0 > > -/ 2 ng vi ch ng c in d d N N q q q q d S S d a) b) Hỡnh 2 1-8 ng sc t trng trong mỏy phỏt in ng b phn khỏng -1 800 1,6 1,2 0,8 0,4 P P Pu - 0,4 - 0,8 - 1,2 -. .. phi thay i dũng kớch t ca mỏy phỏt in Vi mi tr s ca P = const, thay i Q v v th vộct s.. nh trờn ta v c quan h I = f(it) - gi l c tớnh hỡnh V ca mỏy phỏt in ng b H cỏc c tớnh hỡnh V ng vi cỏc tr s khỏc nhau ca P nh hỡnh 2 4-6 Thiếu I Hình 24 - 6 Đặc tính hình V của máy phát điện đồng bộ m n Quá cos =1 B P = 1,0Pđm P = 0,5Pđm 0 A P = 0,25Pđm it kích thích ng Am i qua cỏc im cc tiu ca h c tớnh... - (pc + pt + pf) P2 = Pt pcu pFe õy: Pt - cụng sut in t chuyn t rụto sang stato; pc - tn hao c; pt - tn hao kớch t; pf - tn hao ph; P2 cụng sut in u ra mỏy phỏt; pcu - tn hao ng dõy qun phn ng; pFe - tn hao thộp stato + Vi ng c in, quỏ trỡnh bin i nng lng ngc li S nng lng ca mỏy phỏt v ng c in ng b trỡnh by nh hỡnh 2 1-7 Hiu sut ca mỏy in ng b xỏc nh theo biu thc: = P2/(P2 + p) (2 1-1 1) p -. .. s.. nh hỡnh 2 4-5 Vỡ P = mUIcos = const OA, trong ú U = const nờn khi thay i Q, mỳt ca vộct I luụn luụn trờn ng thng 1 i qua A v vuụng gúc vi vộct U Vi mi tr s ca I s cú mt tr s ca cos, v th vộct s.. tng ng s xỏc nh c ln ca E0, t ú suy ra dũng kớch t it cn thit E '0 E jI ' x db jIx db U 0 2 1 ' A I I' ' B 0 Hình 2 4-5 Điều chỉnh công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ Mt khỏc ta... cc li suy ra c gúc m xỏc nh bi: cos m = trong ú: P Pcb P A B Pm 0 1 m 2 Hình 2 4-4 Công suất tác dụng và công suất chỉnh bộ của máy phát điện đồng bộ cực ẩn A 2 + 8B 2 A 4B mUE 1 2 1 A= v B = mU x xd xd q T ú mUE mU 2 Pm = sin m + xd 2 1 1 sin 2 m x xd q (2 4-2 ) Khi iu chnh cụng sut tỏc dng, mỏy phỏt in ng b ch lm vic n nh tnh khi 0 < < m Tht vy, gi s mỏy ang lm vic giao im A ng... -1 800 P 1,6 1,2 0,8 0,4 1800 - 0,4 - 0,8 - 1,2 - 1,6 C MF b) Hỡnh 2 1-9 c tớnh gúc cụng sut tỏc dng ca mỏy phỏt in ng b cc li (a) v cc n (b) thy rừ ý ngha vt lý ca s thay i P theo , ta chỳ ý rng nu b qua in ỏp ri I.r v I.x thỡ , ú chớnh l gúc khụng gian gia s.t. F0 ca rụto v F khe h trờn mt stato Khi lm vic ch mỏy phỏt in > 0, rụto (hoc F0) vt trc v kộo theo t trng F trờn mt stato (hỡnh 2 1-1 0a)... mU(Id.cos Iq.sin) Thay Id v Iq biu thc (2 1-1 2) ta cú: 0,4 - Q + - 0,4 - 0,8 - 1,2 F Hỡnh 2 1-1 1 c tớnh gúc cụng sut phn khỏng ca mỏy in ng b cc li mUE mU 2 1 1 mU 2 1 1 cos 2 + Q= cos + xd 2 xq xd 2 xq xd (2 1-1 6) Ta thy, dự dng hay õm thỡ Q vn khụng i, nờn c tớnh gúc cụng sut phn khỏng ca mỏy phỏt v ng c in ng b l ging nhau (hỡnh 2 1-1 1) Trong phm vi < < +, mỏy phỏt cụng sut phn khỏng... const, U = const - gúc ti gia cỏc vộct s.. E v in ỏp U n gin, ta b qua r vỡ r 0 d (2 4-3 ) dP/d c gi l cụng sut chnh b , ký hiu l P cb, nú c trng cho kh nng gi cho mỏy phỏt lm vic ng b vi li in T cỏc biu thc (2 1-1 3) v (2 1-1 4) suy ra cụng sut chnh b nh sau: mUE 1 2 1 Vi mỏy cc li: Pcb = cos + mU cos 2 (2 4-4 ) x xd xd q Vi mỏy cc n: mUE Pcb = cos xd (2 4-5 ) ng biu din cụng sut chnh b nh ng nột t trờn hỡnh 244 Khi = 0,... chi than Tn hao ph: bao gm: - Tn hao ph do dũng in xoỏy cỏc thanh dn ca stato v cỏc b phn khỏc ca mỏy do t trng tn ca dũng in phn ng sinh ra - Tn hao b mt cc t hoc b mt lừi thộp rụto (mỏy cc n) do t cm khe h cú súng iu ho rng vỡ stato cú rónh - Tn hao rng ca stato do s p mch ngang v dc ca t thụng chớnh v do cỏc súng iu ho bc cao cú tn s khỏc f 1 Tn hao c, bao gm: - Tn hao cụng sut cn thit a . 2 2-7 . Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ 5.5. Đặc tính tải U = f(i t ) khi I = const; cosφ = const; f = f đm • Với mỗi trị số của I và cosφ ta có một đặc tính tải. • Trong các đặc. máy phát điện đồng bộ phản kháng. N S d d q q b) N S d d q q a) Hình 2 1-9 . Đặc tính góc công suất tác dụng của máy phát điện đồng bộ cực lồi (a) và cực ẩn (b) P b) 1,6 1,2 0,8 0,4 -. cạnh BC của tam giác điện kháng càng phải dài hơn. 5.6. CÁC ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 5.6.1. Đặc tính góc công suất tác dụng: P = f(ө) khi E = const, U = const. ө - góc tải giữa các véctơ