Giáo trinh điện máy tập 2 part 4 pot

3. Tổng trở thứ tự không Z 0 = r 0 + jx 0 Dòng điện thứ tự không I 0 trong 3 pha cùng pha nhau về thời gian nhng lệch pha nhau về không gian một góc 120 0 sinh ra trong khe hở các s.t.đ đập mạch cùng pha nhau về thời gian nhng lệch pha về không gian 120 0 . Khi phân tích các s.t.đ thnh các sóng điều ho thì chỉ có các s.t.đ bội của 3 l tồn tại, nh 3, 9, 15, Các dòng điện cảm ứng trong dây quấn kích thích v dây quấn cản bởi từ trờng đó rất bé, do đó x 0 chủ yếu do từ trờng tản rảnh v đầu nối gây nên. Với máy cực ẩn x 0* = 0,02 - 0,10; máy cực lồi x 0* = 0,02 - 0,20. Điện trở thứ tự không r 0 lớn hơn r không nhiều nên thờng coi r 0 = r . Các tham số Z 0 ; r 0 ; x 0 có thể xác định bằng thực nghiệm. Nối nối tiếp 3 pha dây quấn stato đặt điện áp thấp vo v cho rôto quay với tốc độ đồng bộ, xác định các giá trị U 0 ; P 0 v I 0 từ đó suy ra: 2 0 2 00 2 0 0 0 0 0 0 ; 3 ; 3 rZx I P r I U Z === 5.3 ảnh hởng của tải không đối xứng đối với máy phát điện đồng bộ Khi tải không đối xứng trong máy chỉ có thnh phần thứ tự thuận v ngợc, còn thnh phần thứ tự không thờng rất bé hoặc không tồn tại vì dây quấn 3 pha thờng đợc nối Y v trung tính nối đất. Từ trờng do dòng điện thứ tự ngợc thờng gây nên các hiện tơng bất lợi cho máy phát, nh: Điện áp không đối xứng lm tăng tổn hao, rôto nóng v máy rung động. 1. Điện áp khi tải không đối xứng. Khi tải không đối xứng điện áp đầu cực của máy phát sẽ không đối xứng, nghĩa l chúng có biên độ không bằng nhau v góc lệch pha khác 120 0 . Điều ny ảnh hởng xấu đến hộ dùng điện. 2. Tổn hao tăng v rôto nóng. Khi tải không đối xứng từ trờng quay ngợc sinh ra dòng điện có tần số 2f ở rôto lm tăng tổn hao ở rôto v lm cho rôto nóng lên, đồng thời tăng tổn hao v giảm hiệu suất. 3. Hiện tợng máy rung. Khi tải không đối xứng do tác dụng tơng hổ giữa từ trờng cực từ với từ trờng quay ngợc của stato v từ trờng quay thuận với từ trờng của các dòng điện có tần số 2f ở rôto. chúng sẽ gây nên các mômen quay có dấu thay đổi v lực đập mạch với tần số 2f tác dụng tiếp tuyến với bề mặt rôto lm cho máy bị rung động v gây ồn. Thờng chỉ cho phép máy đồng bộ lm việc lâu di với tải không đối xứng khi dòng điện các pha không vợt quá định mức v mức độ sai lệch dòng điện các pha không quá 10% đối với máy cực ẩn; 20% với máy cực lồi. Máy điện 2 27 5.4 Ngắn mạch không đối xứng. Hình 5-4 Ngắn mạch 1 pha 1. Ngắn mạch một pha. Giả sử pha a bị ngắn mạch mạch, hình 5-4, ta có: 0= a U & 5-12 0== cb II && 5-13 Ba phơng trình ny kết hợp với 9 phơng trình (5-1); (5-2) v (5-4) thnh hệ thống 12 phơng trình 12 ẩn số v giải đợc. Trớc hết ta có: 5-14 1na II && = Từ (5-13) v (5-1) ta suy ra: 5-15 21 II && = 1210 3 1 3 1 na IIIII &&&&& ==== 5-16 Thay (5-16) vo (5-4) ta đợc: 021 0 210 ZZZ E III ++ === & &&& 5-17 v dòng điện ngắn mạch một pha có trị số: 021 0 01 3 3 ZZZ E III an ++ === & &&& 5-18 Điện áp các pha b v c xác định theo 2 biểu thức cuối của (5-4). Bỏ qua r ta có đồ thị véc tơ của dòng điện v điện áp khi ngắn mạch một pha, hình 5-5. Hình 5-6 Mạch điện thay thế khi ngắn mạch một pha Hình 5-5 Đồ thị véc tơ dòng v điện áp khi ngắn mạch 1 pha Từ sự phân tích trên ta lập mạch điện thay thế nh hình 5-6. Với E 0 biểu thị nguồn của máy phát với tổng trở thự tự thuận Z 1 . v chổ ngắn mạch Z 2 ; Z 0 giữa điểm M v N. Mạch điện thay thế hình 5-6 hon ton phù hợp với biểu thức (5-17). Điện áp U 1 giữa hai điểm M v N đặc trng cho chổ ngắn mạch, còn các điện áp rơi trên Z 2 v Z 0 l U 2 v U 0 . Mạch điện thay thế ny có thể áp dụng cho ngắn mạch một pha trong lới điện phức tạp. Lúc đó Z 1 ; Z 2 v Z 0 l các tổng trở thự tự thuận, ngợc v không của lới. Máy điện 2 28 2. Ngắn mạch hai pha. Hình 5-7 Ngắn mạch hai pha máy phát đ.b Giả sử ngắn mạch hai pha b v c nh hình 5-7, ta có: 5-19 cb UU && = 5-20 0= a I & 5-21 0=+ ca II && Để tìm trị số dòng điện ngắn mạch hai pha trớc hết ta cộng các phơng trình (5-1) sau đó kết hợp với (5-20); (5-21) v (5-22)t ta đợc: 0;0;0 2100 =+== IIUI &&&& . Từ (5-19) suy ra thế vo phơng trình (5-2) ta có: , thay vo (5-3) đợc: 0= cb UU && 21 UU && = hay l 1210 )( IZZE && += 21 21 ZZ E II + == & && Cuối cùng ta đợc 21 0 11 2 21 2 2 3 3)( ZZ Ej IjIaaIaIaIII cbn + ===+=== & &&&&&&& (5-22) Bỏ qua r ta có đồ thị véc tơ dòng điện v điện áp khi ngắn mạch hai pha nh hình 5-8 v mạch điện thay thế nh hình 5-9. Hình 5-9 Mạch điện thay thế khi ngắn mạch 2 pha Hình 5-8 Đồ thị véc tơ dòng v điện áp khi ngắn mạch 2 pha Từ sự phân tích ở trên so sánh ngắn mạch 1 pha, 2 pha ở chơng ny v ngắn mạch 3 pha ở chơng 4 ta thấy: Vì Z 1 > Z 2 > Z 0 nên theo các biểu thức (5-18); (5-22) v (4-1) thì với cùng một giá trị E nh nhau sẽ có I n1 > I n2 > I n3 . Nh vậy ngắn mạch 1 pha sẽ có dòng điện lớn nhất. Khi số pha bị ngắn mạch tăng lên thì tác dụng của phản ứng phần ứng khử từ cũng tăng lên nên dòng điện ngắn mạch giảm xuống. Máy điện 2 29 Phần V Máy điện một chiều Chơng 6. Dây quấn phần ứng máy điện một chiều. 6.1 Đại cơng. Đây l phần dây quấn đặt trong các rãnh của lỏi thép phần ứng, nó có thể có 1 hoặc nhiều mạch vòng kín. Dây quấn phần ứng l bộ phận tham gia trực tiếp quá trình biến đổi năng lợng điện từ trong máy v chiếm tỷ giá đáng kể của giá thnh máy. Yêu cầu đối với dây quấn phần ứng: - Sinh ra đợc S.đ.đ cần thiết, cho I đm đi qua lâu di m không phát nóng quá mức cho phép. Sinh ra đợc mômen đủ lớn v đổi chiều tốt. - Tiết kiệm đợc vật liệu, kết cấu đơn giản, lm việc tin cậy v an ton. - Phân loại dây quấn: Dây quấn xếp đơn giản, phức tạp Dây quấn sóng đơn giản, phức tạp 1. Cấu tạo của dây quấn phần ứng. Hình 1.2 Phần Hình 1.1 (a) dây quấn xếp, (b) dây quấn Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử nối với nhau theo quy luật xếp hoặc sóng, nh hình 1.1. Phần tử l phần cơ bản nhất của dq, nó l một bối dây có 1 hoặc nhiều vòng. Hai đầu của 1 phần tử nối với 2 phiến góp Dây quấn phần ứng thờng đợc thực hiện 2 lớp, nên 2 cạnh tác dụng của 1 phần tử đợc phân bố, 1 ở lớp trên v 1 ở lớp dới, hình 1.2. Trong một rãnh có thể có 1 hoặc nhiều cặp cạnh tác dụng, hình 1.3. Gọi Z l số rãnh thực (số rãnh của lõi thép phần ứng) v Z ngt = u.Z l số rãnh nguyên tố (số rãnh chứa các cặp cạnh tác dụng). Gọi S l số phần tử, G l số phiến góp, ta có quan hệ: S = G = Z ngt = u.Z Hình 1.3 (a) u = 1, Hình 1.4 (a) dq đồn g đều Khi u > 1 các phần tử dây quấn có thể thực hiện đồng đều hoặc phân cấp, hình 1.4 Máy điện 2 30 2. Các bớc dây quấn. Bớc dây quấn thứ nhất, ký hiệu y 1 , l khoảng cách giữa 2 cạnh tác dụng của 1 phần tử Bớc dây quấn thứ 2, ký hiệu y 2 , l khoảng cách giữa cạnh tác dụng thứ 2 của phần tử thứ nhất v cạnh tác dụng thứ nhất của phần tử thứ hai Bớc tổng hợp, ký hiệu y, l khoảng cách giữa các cạnh tác thứ nhất của phần tử thứ nhất v phần tử thứ hai Bớc phiến góp, ký hiệu y G , l khoảng cách giữa hai phiến góp nối với hai đầu ra của một phần tử. 6.2 Dây quấn xếp đơn giản 1. Các bớc dây quấn. a) Bớc dây quấn thứ nhất. Bớc dây quấn thứ nhất, hình 1.5 đợc tính: 2p Z y ngt 1 = 1.1 Nếu 0 dùng dây quấn bớc ngắn đở tốn đồng hơn. b) Bớc y v y G Dây quấn xếp đơn giản y = y G = 1 1.2 c) Bớc dây quấn thứ hai. Dây quấn xếp đơn giản y 2 = y 1 - y 1.3 Hình 1.5 Bớc y 1 : (a) bớc đủ, (b) bớc ngắn, (c) 2. Giản đồ khai triển dây quấn Xét dây quấn xếp đơn giản có Z ngt = S = G = 16; 2p = 4 Lớp trên 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 a) Các bớc dây quấn: 4 4 16 2 1 === p Z y ngt dqbớc đủ y = y G = 1 v y 2 = y 1 - 1 = 4 - 1 = 3 b) Thứ tự nối các phần tử v giản đồ khai triển dây quấn, hình 1.6 Quy ớc: - Cạnh phần tử lớp trên vẽ bằng nét liền, lớp dới nét đứt - Vị trí cực từ phải đối xứng, bề rộng b c = b G = 0,7 . Hình 1.4 Giản đồ khai triển dây - Chiều quay, chiều s.đ.đ - Chổi than đặt chính giữa trục cức từ để có E max v dòng điện trong phần tử bị nối ngắn mạch bé. Hình 1.6 Giản đồ khai triển dq xếp Máy điện 2 31 3. Số đôi mạch nhánh song song. Xác định chiều s.đ.đ theo quy tắc bn tay phải thì chiều A 1 v A 2 l cực (+), còn BB 1 v B 2 B l cực (-). Nối A 1 với A 2 v BB 1 với B 2 B nhìn từ ngoi vo ta đợc sơ đồ nh hình 1.7. 4. Đa giác sức điện động của dây quấn phần ứng. Nếu từ cảm dới cực từ phân bố hình sin thì E pt l hình sin v ta có thể biểu diễn E pt bằng 1 véc tơ m trị tức thời l hình chiếu lên trục tung. Góc lệch giữa 2 rãnh nguyên tố kề nhau. S p.360 Z p.360 0 ngt 0 == 1.4 Với thí dụ ở trên ta tính đợc = 45 0 v vẽ đợc hình tia v đa giác s.đ.đ, hình 1.8 Hình 1.7 Sơ đồ ký hiệu của - Đa giác s.đ.đ khép kín chứng tỏ tổng s.đ.đ trong mạch vòng bằng 0 điều kiện lm việc bình thờng không có dòng cần bằng - Hình chiếu đa giác s.đ.đ lên trục tung l E v thấy có sự đập mạch s.đ.đ - Mỗi đa giác s.đ.đ ứng với một đôi mạch nhánh - Đỉnh của đa giác s.đ.đ l các điểm đẳng thế, có thể nối dây cân bằng. 5. Sự đập mạch của điện áp ra. /2)cosUU 21 = ; Hình 1.8 (a) hình sao sức điện động, (b) đa giác sức điện Hình 1.9 Sự đập mạch của sức /2)cos(1 2 1 2 UU U 21 tb += + = 1.5 Máy điện 2 32 /2)cos(1U 2 1 UUUUU 21tbtb2 === 1.6 Sự đập mạch đ/a ra đợc biểu thị trên hình 1.9 v đợc xác định: /2tg /2)cos(10,5.U /2)cos(10,5.U U U 2 2 2 tb = + = 1.7 G/2p 180 S/2p 180 S p.360 000 === Khi G/2p = 8 thì độ đập mạch < 1% 6.3 Dây quấn xếp phức tạp. 1. Bớc dây quấn. Sự khác nhau giữa dq xếp đơn v xếp phức l ở bớc phiến góp y G . Dq xếp phức có y G = m (m = 2, 3 ) thờng m = 2. Nếu y G = 2 thì cạnh tác dụng của phần tử thứ nhất không nối với phần tử thứ 2 m nối với phần tử thứ 3, cứ thế cho đến khi khép kín mạch. Nếu đi hết chu vi phần ứng m một nửa số phần tử đợc chừa ra, ta thực hiện tiếp mạch vòng thứ hai. Dq xếp phức bây giờ gồm 2 dq xếp đơn xen kẽ nhau, hình 1.10. Hình 1.10 Nối các p t ở d q 2. Giản đồ khai triển dq. Xét dq xếp phức tạp có y G = m = 2 với 2p = 4; Z nt = S = G = 24. a) Các bớc dq. 426yyy2;yy6; 6 24 2p Z y 12G nt 1 ======== b) Trình tự nối các phần tử. Với các bớc dây quấn đã xác định ở trên, ta thực hiện trình tự nối dây quấn v đợc 2 dây quấn xếp đơn độc lập với nhau, nh hình bên. c) Giản đồ khai triển dây quấn Theo thứ tự nối các phần tử dây quấn ta vẽ đợc giản đồ khai triển nh hình 1.11 d) Hình tia v đa giác s.đ.đ Với số liệu dây quấn trên ta xác định đợc góc lệch giữa hai phần tử liên tiếp l: Hình 1.11 Giản đồ khai triển dq xếp phức 0 00 30 24 2.360 S p360 === Từ đấy vẽ đợc hình tia v đa giác s.đ.đ nh hình 1.12 Máy điện 2 33 3. Số mạch nhánh song song Dây quấn sóng phức tạp có số đôi mạch nhánh song song l a = mp. Với dây quấn đang xét có số đôi mạch nhánh song song a = mp = 2.2 = 4 Khi = p Z y nt 2 1 nếu = 0 ta có dây quấn xếp phức gồm 2 mạch điện độc lập, còn nếu 0 ta có 2 mạch điện không độc lập nh hình 1.13. Hình 1.13 Dây quấn có: a) 2 mạch điện kín độc lập; b) không độc lập Hình 1.12 Hình tia v đa giác s.đ.đ của dq a) 6.4 Dây quấn sóng đơn 1. Bớc dq. Bớc dây quấn thứ nhất nh dây quấn xếp đơn; Bớc dây quấn tổng hợp p 1G yy G == 1.8 Biểu thức 1.8 khi lấy dấu (-) ta có dây quấn trái (thờng dùng), lấy dấu (+) ta có dây quấn phải Bớc dây quấn thứ hai y 2 = y - y 1 1.9 Từ biểu thức 1.8 có thể viết: p 1 p Z p 1Z p 1G yy ntnt G = = == Vì 2= p Z nt nên hai cạnh tác dụng của hai phần tử nối tiếp nhau sẽ lệch nhau một góc 1/p bớc rãnh trong từ trờng. 2. Giản đồ khai triển dq. Xét một dây quấn sóng đơn có: G = S = Z nt = 15; 2p = 4. a) Bớc dq 3 4 3 4 15 2p Z y nt 1 === dây quấn bớc ngắn; 7 2 115 p 1G yy G = = == dây quấn trái y 2 = y - y 1 = 7 - 3 = 4 Máy điện 2 34 b) Thứ tự nối các phần tử. c) Giản đồ khai triển dây quấn Từ thứ tự nối các phần tử dây quấn ta vẽ đợc giản đồ khai triển nh hình 1.14. Trên giản đồ ta thấy phần tử 1 nối với phần tử 8 v 15 đều cách nhau 7 phần tử v đều nằm dới cùng một cực tính (cực S), nhng khi nối đến phần tử 5 trở đi thì chúng đều nằm dới cực N. Nh vậy quy luật nối l nối hết các phần tử nằm dới các cực cùng cực tính lại rồi nối các phần tử ở dới các cực tính khác cho đến hết. d) Hình tia v đa giác s.đ.đ Hình 1.14 Giản đồ khai triển dq Với số liệu dây quấn trên ta xác định đợc góc lệch giữa hai phần tử liên tiếp l: 0 00 48 15 2.360 S p360 === Từ đấy vẽ đợc hình tia v đa giác s.đ.đ nh hình 1.15 Hình 1.15 Hình tia v đa giác s.đ.đ của dq 3. Số đôi mạch nhánh Dây quấn sóng đơn có a = 1 6.5 Dây quấn sóng phức tạp 1. Bớc dây quấn. Dây quấn sóng phức tạp, khi các phần tử nối tiếp nhau đi hết 1 vòng quanh bề mặt phần ứng nó không trở về bên cạnh phần tử xuất phát m cách 2 hoặc m phần tử, từ đấy khi nối hết tất cả các phần tử nó sẽ tạo nên 2 hoặc m mạch vòng kín khác nhau. Bớc vnh góp. p mG yy G == 1.10 Các bớc dây quấn khác giống nh dây quấn xếp đơn giản. 2. Giản đồ khai triển. Xét dây quấn xếp phức tạp có: m = 2; 2p = 4; S = G = Z nt = 18 Máy điện 2 35 . của điện áp ra. /2) cosUU 21 = ; Hình 1.8 (a) hình sao sức điện động, (b) đa giác sức điện Hình 1.9 Sự đập mạch của sức /2) cos(1 2 1 2 UU U 21 tb += + = 1.5 Máy điện 2 32 /2) cos(1U 2 1 UUUUU 21 tbtb2 === . Z ngt = S = G = 16; 2p = 4 Lớp trên 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 a) Các bớc dây quấn: 4 4 16 2 1 === p Z y ngt dqbớc đủ y = y G = 1 v y 2 = y 1 - 1 = 4 - 1 = 3 b) Thứ. 32 /2) cos(1U 2 1 UUUUU 21 tbtb2 === 1.6 Sự đập mạch đ/a ra đợc biểu thị trên hình 1.9 v đợc xác định: /2tg /2) cos(10,5.U /2) cos(10,5.U U U 2 2 2 tb = + = 1.7 G/2p 180 S/2p 180 S p.360 000 === Khi G/2p