bài giảng Máy điện đồng bộ

BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHICHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I.. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHICHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I.. BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU N

BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI

CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

I Khái niệm.

II Cấu tạo máy điện đồng bộ.

III Nguyên lý hoạt động máy điện đồng bộ.

IV Các phương trình cân bằng điện áp

V Đặc tính góc công suất

BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI

CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

I Khái niệm.

Máy điện đồng bộ là loại máy điện xoay chiều mà tốc độ quay rotor bằng tốc độ từ trường quay

Được dùng làm động cơ đồng bộ , tiêu thụ công suất tác dụng, bù công suất phản kháng vào lưới điện, nâng cao hệ số công suất của lưới điện

Được dùng làm máy phát điện, điện áp của máy phát thường từ 13 kv đến 28kv, công suất có thể đến 1000 MVA

BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI

CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

II Cấu tạo

Stator:

Stator của máy điện đồng bộ giống như stator của máy điện không đồng bộ, gồm có lõi thép và dây quấn

Rotor:

a)Rotor cực lồi:(x d , x q ) b) Rotor cực ẩn(x đb)

BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI

CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

II Cấu tạo

Bộ kích từ:

Tạo ra từ thông không đổi theo thời gian Nguồn cung cấp dòng điện một

chiều cho dây quấn kích thích có thể là Máy phát 1 chiều hoặc chỉnh lưu

III Nguyên lý hoạt động

Khi động cơ sơ cấp quay, kéo rotor máy phát đồng bộ và máy phát một chiều quay theo tới tốc độ định mức, máy phát kích thích thành lập được điện áp và cung cấp dòng điện một chiều vào dây quấn phần cảm máy đồng bộ, phần cảm trở thành nam châm điện Do rotor (phần cảm) quay nên từ trường phần cảm cắt các thanh dẫn dây quấn phần ứng (stator) làm cảm ứng trong dây quấn sức điện động hình sin

60

pn

f  E = 4,44.f.kdq.w1.0.

Dây quấn 3 pha stator có trục lệch nhau trong không gian một góc 1200 điện,

) 240 t

sin(

E 2 e

) 120 t

sin(

E 2 e

t sin E 2 e

o c

o b

a

















n p

f 60

n1  

dòng điện 3 pha chạy trong dây quấn phần ứng sẽ sinh

ra từ trường quay với tốc độ

máy điện đồng bộ

- Khi máy điện ở trạng thái khơng tải : trong máy cĩ từ trường tĩnh của phần cảm (DC)

- Khi máy điện cĩ tải : ngồi từ trường tĩnh của phần cảm (DC) cịn cĩ từ trường quay đều của phần ứng Sự tương tác giữa từ trường phần cảm và từ trường phần ứng khi cĩ tải goại là phản ứng phần ứng

Tải thuần trở

Eư I

ư



Do ư  

Đĩng tải  sụt áp

Tải thuần cảm

Eư

I

ư



pưpư ngang trục khử từ

Do ư ngược chiều với  Đĩng tải  sụt áp

pưpư dọc trục khử từ

Tải thuần dung

Eư I

ư



Do ư cùng chiều với  Đĩng tải  tăng áp

pưpư dọc trục trợ từ

Tải cảm

Eư

I

ư



Do ư hợp với  hai thành phần

Đĩng tải  sụt áp

pưpư ngang trục khử từ và dọc trục khử từ

Tải dung

Eư

I ư



Do ư hợp với  hai thành phần

Đĩng tải  tăng áp

pưpư ngang trục khử từ và dọc trục trợ từ

BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI

CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

IV Phương trình cân bằng điện áp

Sơ đồ tương đương một pha.

Ep : sức điện động cảm ứng trên dây quấn phần ứng do từ trường của phần

kích từ tạo ra.

Eư : sức điện động cảm ứng trên dây quấn phần ứng do dòng điện biến

thiên trên dây quấn phần ứng tạo ra.

E: sức điện động cảm ứng trên dây quấn phần ứng do từ trường tản tạo ra

Phương trình cân bằng điện áp cho máy phát điện đồng bộ :

Phương trình cân bằng điện áp cho động cơ điện đồng bộ:

Rư : điện trở trên một pha của dây quấn phần ứng.

Up , Ip : điện áp pha, dòng điện pha của máy điện đồng bộ.

p ö p

σ ö

p ö p

σ ö

V Giản đồ vector của máy phát điện:

p ư p

σ ư

p E E U R I

E         

p ư

ư jX I

E    

p I jX



  

Xư : điện kháng dây quấn phần ứng phần ứng/ pha

X: điện kháng tản của dây quấn phần ứng phần ứng/ pha

1 Máy phát điện đồng bộ cực từ ẩn: (Do khe hở khơng khí đều)

p ư p

ư p

p U R I j(X X ) I

σ  U  p  Rư I p  jXđbI p

Xđb = X + Xư : điện kháng đồng bộ trên dây quấn phần ứng phần ứng/ pha

Sơ đồ tương đương một pha.

tải

Z

Rư

jxđb

p

p

ư I













Ep,Ip

ˆ





Ep,Up

ˆ





gĩc tải, gĩc điện áp, gĩc moment, gĩc cơng suất

- Tải trở:  = 0

p

I U  p

p ñb p

ö p

p U R I jX I

p

ö I

R 

p

ñb I

jX 

p

E







- Tải cảm: Ip trễ so với Up ,  > 0

p

I

p

U 

p

ö I

R 

p

ñb I

jX 

p

E







- Tải dung: Ip sớm so với Up ,  < 0

p

I

p

U 

p

ö I

R 

p

ñb I

jX 

p

E







- Nếu chọn U  p= Up0o 

p

I

+ Tải cảm : = I Ip p-

+ Tải dung : = I Ip p

- Nếu chọn Ip = Ip0o  U  p + Tải cảm : = U U  p p

+ Tải dung : = U U  p p-

Có U   p, Ip, Xñb, Rö Tìm

p

E

2 Máy phát điện đồng bộ cực từ lồi:

Do khe hở không khí không đều nên từ trường trên hai phương khác nhau, khảo sát trên hai phương d, q I p  I q  I d

p ö p

σ ö

öq öd

E     

q öq d

öd I jX I





p

I jX









q d

q öq d

öd p

ö p













d öd

q öq

p ö











d d q

q p

ö



Xq = X + Xưq : điện kháng đồng bộ ngang trục.

Xd = X + Xưd : điện kháng đồng bộ dọc trục.

Có U   p, Ip, Xd, Xq, Rö Tìm

p

E

Tìm Iq , Iq

















sin I

I

cos I

I

p d

p

d I



I

q

I

d

I



p

U



p

ö I

R 

p

q I

jX 



q

q I

jX 

d

d I

jX 

p

E

d d q

q p

ö p

Máy phát điện đồng bộ cực từ lồi:

























sin I

I

cos I

I

p d

p q

O

A

p q p

ö

U

Các bước tính toán:





 OA













 I sin

Id p

d d p

ö p

p U cos R I cos X I











 Ep Ep

BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI

CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

V Đặc tính góc công suất của máy điện đồng bộ

1 Đặc tính góc công suất tác dụng: Up , Ep =const, P = f()



 m U I cos

Công suất tác dụng của máy điện đồng bộ :

) cos(

I U



) sin sin

cos (cos

I U

  m Up( Iq cos   Id sin  ) (5.1)

d d q

q p

u p

Từ phương trình:

Chiếu lên phương q : Ep = Upcos + Rư .Iq + Xd.Id (5.2) Chiếu lên phương d : 0 = Up sin + Rư .Id - Xq.Iq

Từ (5.2) và (5.3)  Iq , Id

(5.3) Thay vào (5.1) ta được :

2 ö q

d

q d

2 p 2

ö q

d

ö q

p p

R X

X

2 sin ) X X

( 2

mU R

X X

) cos R

sin X

( E U

m P









































X

1 X

1 2

mU X

sin E

U

m P

d q

2 p d

p p

Máy điện đồng bộ cực từ ẩn: Xd = X q = X đb

đ ñb

p p

X

sin E

U

m



P max P

o

90

Máy điện đồng bộ cực từ lồi:



P

o

90

























X

1 X

1 2

mU X

sin E

U

.

m

P

d q

2 p d

p p

o

180

o

180

max



max

P

Để vận hành máy phát ổn định:

0    max

o

180



BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI

CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

V Đặc tính góc công suất

2 Đặc tính góc công suất phản kháng: Q= f(Up , Ep )



 m.U I sin

Công suất phản kháng của máy :

) sin(

I U

m p p 



) sin cos

cos (sin

I U

m p p    

  m.Up(Id cosIq sin) (5.4)

Từ (5.2) và (5.3)  Iq , Id Thay vào (5.4) ta được :















































d q

2 p d

q

2 p d

p p

X

1 X

1 2

mU 2

cos X

1 X

1 2

mU X

cos E U

m

Q



Q

o

90

o

45

max

Q

o

45



o

90



o

Để vận hành ổn định:

-    +

3 Giản đồ năng lượng của máy điện đồng bộ

+ Tổn hao đồng trên cuộn dây kích từ  Pkt = pkt = Rkt I2kt = Ukt.Ikt

+ Tổn hao đồng trên phần ứng  P Cu = pCu =mRư I2

p

+ Tổn hao phụ : Pf (pf) do dòng xoáy trong dây dẫn phần ứng & do tổn hao lõi vì từ trường bị xoắn dạng

+ Tổn hao cơ : Pcơ (pcơ) do ma sát, quạt gió, không phụ thuộc tải vì vận tốc không đổi

Máy phát

P1

(cơ)

(điện)

(Pđm)

pcơ

+ Tổn hao mạch từ  P Fe = pFe tổn hao sắt từ do dòng xoáy & từ trễ trong mạch từ

ñm ñm





P = pcơ + pf + pkt + pCu + pFe

M1 =



1 đ

P

Mđt =

 ñt P

Động cơ

P1

(điện)

(cơ)

(Pđm)

P = pcơ + pf + pkt + pCu + pFe







1

ñm

P

P





M2 =



2 đ

P

Mđt =

 ñt P

BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI

CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ

VI Máy phát điện làm việc song song (ghép vào lưới điện hoặc ghép với

máy phát điện khác)

1 Mục đích:

- Đảm bảo công suất điện cấp cho phụ tải

- Giảm công suất nguồn dự phòng.

- Tăng độ tin cậy cung cấp điện.

- Cho phép sử dụng nhiều nguồn năng lượng sơ cấp khác nhau.

- Cho phép vận hành kinh tế nhất.

2 Điều kiện máy phát điện làm việc song song:

- Cùng điện áp

- Cùng tần số

- Cùng thứ tự pha.

- Cùng góc lệc pha.

3 Phương pháp hòa đồng bộ:

a Phương pháp hòa đồng bộ dùng ba đèn tối:

G 3

s

A

B C

a

b c

Khi ba đèn tối, bật công tắc S

3 Phương pháp hòa đồng bộ:

b Phương pháp hòa đồng bộ dùng ba đèn sáng quay:

G 3

s

A

B C

a

b c

Khi ba đèn sáng quay đều, bật công tắc S