bài giảng Máy điện đồng bộ

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. Ngun lý hoạt động máy điện đồng bộ. IV. Các phương trình cân điện áp V. Đặc tính góc cơng suất BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ I. Khái niệm. Máy điện đồng loại máy điện xoay chiều mà tốc độ quay rotor tốc độ từ trường quay. Được dùng làm máy phát điện, điện áp máy phát thường từ 13 kv đến 28kv, cơng suất đến 1000 MVA . Được dùng làm động đồng , tiêu thụ cơng suất tác dụng, bù cơng suất phản kháng vào lưới điện, nâng cao hệ số cơng suất lưới điện . BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ II. Cấu tạo Stator: Stator máy điện đồng giống stator máy điện khơng đồng bộ, gồm có lõi thép dây quấn. Rotor: a)Rotor cực lồi:(xd, xq) b) Rotor cực ẩn(xđb) BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ II. Cấu tạo Bộ kích từ: Tạo từ thơng khơng đổi theo thời gian. Nguồn cung cấp dòng điện chiều cho dây quấn kích thích Máy phát chiều chỉnh lưu III. Ngun lý hoạt động Khi động sơ cấp quay, kéo rotor máy phát đồng máy phát chiều quay theo tới tốc độ định mức, máy phát kích thích thành lập điện áp cung cấp dòng điện 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 dẫn dây quấn phần ứng (stator) làm cảm ứng dây quấn sức điện động hình sin. pn f E = 4,44.f.kdq.w1.0. 60 Dây quấn pha stator có trục lệch khơng gian góc 1200 điện, dòng điện pha chạy dây quấn phần ứng sinh e a  2E. sin t từ trường quay với tốc độ e b  2E. sin(t  120o ) e c  2E. sin(t  240o ) 60f n1  n p máy điện đồng - Khi máy điện trạng thái khơng tải : máy có từ trường tĩnh phần cảm (DC) - Khi máy điện có tải : ngồi từ trường tĩnh phần cảm (DC) có từ trường quay phần ứng. Sự tương tác từ trường phần cảm từ trường phần ứng có tải goại phản ứng phần ứng. Tải trở Eư I   Tải cảm Eư Tải dung Eư S N  S   Do ư ngược chiều với  pưpư dọc trục khử từ Đóng tải  sụt áp Do ư   pưpư ngang trục khử từ Đóng tải  sụt áp Tải cảm Eư   ư I S    N Do ư chiều với  pưpư dọc trục trợ từ Đóng tải  tăng áp Tải dung Eư I S I N ư N Do ư hợp với  hai thành phần pưpư ngang trục khử từ dọc trục khử từ Đóng tải  sụt áp  I ư S  N Do ư hợp với  hai thành phần pưpư ngang trục khử từ dọc trục trợ từ Đóng tải  tăng áp BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ IV. Phương trình cân điện áp Sơ đồ tương đương pha. Ep : sức điện động cảm ứng dây quấn phần ứng từ trường phần kích từ tạo ra. Eư : sức điện động cảm ứng dây quấn phần ứng dòng điện biến thiên dây quấn phần ứng tạo ra. E: sức điện động cảm ứng dây quấn phần ứng từ trường tản tạo Rư : điện trở pha dây quấn phần ứng. Up , Ip : điện áp pha, dòng điện pha máy điện đồng bộ. Phương trình cân điện áp cho máy phát điện đồng :  p  R .I p E p  E  E σ  U Phương trình cân điện áp cho động điện đồng bộ:  p  R .I p E p  E  E σ  U V. Giản đồ vector máy phát điện:   R .I E p  E  E σ  U p p E   jX .I p Xư : điện kháng dây quấn phần ứng phần ứng/ pha E    jX  .I p X : điện kháng tản dây quấn phần ứng phần ứng/ pha 1. Máy phát điện đồng cực từ ẩn:  p  R .I p  j(X σ  X )I p E p  U (Do khe hở khơng khí đều)  p  R .I p  jX đb I p U Xđb = X + Xư : điện kháng đồng dây quấn phần ứng phần ứng/ pha Sơ đồ tương đương pha. jxđb E p Rư I  I p p U Z tải ˆ   I p , U p   u  i ˆ   E p , I p  ˆ   E p , U p  góc tải, góc điện áp, góc moment, góc cơng suất  p  R .I p  jX đb I p E p  U - Tải trở:  =  p , I p , X đb , R . Tìm Có U - Tải dung: Ip sớm so với Up ,  < E p E p jX đb I p   I p  jX đb I p  I p p U R .I p p U - Tải cảm: Ip trễ so với Up ,  > jX đb I p E p R .I p p U  R .I p  p = Up0o  I p - Nếu chọn U + Tải cảm : I p = Ip- + Tải dung : I p = Ip - Nếu chọn I p = Ip0o   p = Up + Tải cảm : U  p = Up- + Tải dung : U   I p E p p U 2. Máy phát điện đồng cực từ lồi: Do khe hở khơng khí khơng nên từ trường hai phương khác nhau, khảo sát hai phương d, q I p  I q  I d  p  R .I p E p  E  E σ  U E  E ưd  E ưq   jX ưd .I d  jX ưq .I q E    jX  .I p   jX .I  jX .I  d  q  p  R .I p  jX ưd .I d  jX ưq .I q  jX  .I d  jX  .I q E p  U  p  R .I p  j( X ưq  X  )I q  j(X ưd  X  )I d U  p  R .I p  jX q I q  jX d I d U Xq = X + Xưq : điện kháng đồng ngang trục. Xd = X + Xưd : điện kháng đồng dọc trục.  p , I p , Xd , X q , R . Tìm E Có U p Tìm Iq , Iq I q  I p cos   I d  I p sin  I q I p  I d Máy phát điện đồng cực từ lồi: A  p  R .I p  jX q I q  jX d I d E p  U  I q  I p cos   I d  I p sin  jX d I d Các bước tính tốn: jX q I p   R I  jX I  OA OA  U p p q p E p  U p cos   R .I p cos   Xd I d jX q I q      I d  I p sin   E p  E p   E p R I p p U I q   O  I d I p BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ V. Đặc tính góc cơng suất máy điện đồng 1. Đặc tính góc cơng suất tác dụng: Up , Ep =const, P = f() Cơng suất tác dụng máy điện đồng : P  m.U p .I p . cos   m.U p .I p . cos(  )  m.U p .I p .(cos  cos   sin  sin )  m.U p (I q cos   I d sin ) (5.1)  U   R .I  jX I  jX I Từ phương trình:E p p u p q q d d Chiếu lên phương q : Ep = Upcos + Rư .Iq + Xd.Id (5.2) Chiếu lên phương d : = Up sin + Rư .Id - Xq.Iq (5.3) Thay vào (5.1) ta : Từ (5.2) (5.3)  Iq , Id P (Xd , Xq >> Rư ) P m.U p .E p ( X q sin   R cos ) Xd X q  R m.U p .E p sin  Xd  mU 2p (X d  X q ) sin 2 mU 2p  1     sin 2    X q Xd  X d X q  R 2ư ĐC Máy điện đồng cực từ ẩn: Xd = Xq = Xđb P P MP Pmax m.U p .E p sin  X đb đ   180o 90 o 180 o Máy điện đồng cực từ lồi: P P m.U p .E p sin  Xd mU 2p  1     sin 2    X q Xd  Pmax Để vận hành máy phát ổn định:  max 90    max ĐC o MP 180o  BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ V. Đặc tính góc cơng suất 2. Đặc tính góc cơng suất phản kháng: Q= f(Up , Ep ) Cơng suất phản kháng máy : Q  m.U p .I p . sin   m.U p .I p . sin(  )  m.U p .I p .(sin  cos   cos  sin )  m.U p (I d cos   I q sin ) Từ (5.2) (5.3)  Iq , Id Q m.U p .E p . cos  Xd Thay vào (5.4) ta :  mU 2p  mU 2p  1       cos 2    X q X d   X q X d  (5.4) Q Q max Để vận hành ổn định:  o  90 o  45o o 45o 90o -    + ĐC MP  3. Giản đồ lượng máy điện đồng + Tổn hao : Pcơ (pcơ) ma sát, quạt gió, khơng phụ thuộc tải vận tốc khơng đổi. + Tổn hao phụ : Pf (pf) dòng xốy dây dẫn phần ứng & tổn hao lõi từ trường bị xoắn dạng. + Tổn hao đồng cuộn dây kích từ  Pkt = pkt = Rkt. I2kt = Ukt.Ikt + Tổn hao đồng phần ứng  P Cu = pCu = mRư. I2p + Tổn hao mạch từ  P Fe = pFe tổn hao sắt từ dòng xốy & từ trễ mạch từ. U(Uđm) Uo(Eư) M1 = Pđ1 P1 Pđt  Mđt = Pđt P2 (Pđm)  (điện) (cơ) p pf p kt Máy phát P = pcơ + pf + pkt + pCu + pFe p Fe p Cu Sđm  3U đm .I đm Pđm  Sđm . cos  Q đm  Sđm . sin  P1 P2 (Pđm) Pđt (cơ) (điện) p Cu p kt p Fe pf p Động P1  3U đm .I đm cos  Q1  3U đm .I đm sin  P = pcơ + pf + pkt + pCu + pFe  Pđm P1 Pđm  3U đm .I đm . cos . M2 = Pđ2  Mđt = Pđt  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 ghép với máy phát điện khác) 1. Mục đích: - Đảm bảo cơng suất điện cấp cho phụ tải. - Giảm cơng suất nguồn dự phòng. - Tăng độ tin cậy cung cấp điện. - Cho phép sử dụng nhiều nguồn 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 dùng ba đèn tối: A a c s C b Khi ba đèn tối, bật cơng tắc S G 3 B 3. Phương pháp hòa đồng bộ: b. Phương pháp hòa đồng dùng ba đèn sáng quay: A a c s C b B Khi ba đèn sáng quay đều, bật cơng tắc S G 3 [...]... X 2  q Xd   Xd Xq  R 2 ö ÑC Máy điện đồng bộ cực từ ẩn: Xd = Xq = Xđb P P MP Pmax m.U p E p sin  X ñb đ   180o 90 o 180 o Máy điện đồng bộ cực từ lồi: P P m.U p E p sin  Xd mU 2  1 1  p   sin 2   2  X q Xd    Pmax Để vận hành máy phát ổn định:  max 90 0    max ÑC o MP 180o  BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ V Đặc tính góc công suất 2 Đặc...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() Công suất tác dụng của máy điện đồng bộ : P  m.U p I p cos   m.U p I p cos(  )  m.U p I p (cos  cos   sin  sin )  m.U...  (điện) (cơ) p cơ pf p kt Máy phát P = pcơ + pf + pkt + pCu + pFe p Fe p Cu Sñm  3U ñm I ñm Pñm  Sñm cos  Q ñm  Sñm sin  P1 P2 (Pđm) Pđt (cơ) (điện) p Cu p kt p Fe pf p cơ Động cơ P1  3U ñm I ñm cos  Q1  3U ñm I ñm sin  P = pcơ + pf + pkt + pCu + pFe  Pñm P1 Pñm  3U ñm I ñm cos . M2 = Pđ2  Mđt = Pñt  BÀI GIẢNG LT MÁY ĐIỆN GV: VĂN THỊ KIỀU NHI CHƯƠNG 5: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ VI Máy. .. 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... 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: A a c s C b Khi ba đèn tối, bật công tắc S G 3 B 3 Phương pháp hòa đồng bộ: b Phương pháp hòa đồng bộ dùng ba đèn sáng quay: A a c s C b B Khi ba đèn sáng quay đều, bật công tắc S G 3 ... 45o 90o -    + ÑC MP  3 Giản đồ năng lượng của máy điện đồng bộ + Tổn hao cơ : Pcơ (pcơ) do ma sát, quạt gió, không phụ thuộc tải vì vận tốc không đổi + 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 đồng trên cuộn dây kích từ  Pkt = pkt = Rkt I2kt = Ukt.Ikt + Tổn hao đồng trên phần ứng  P Cu = pCu = mRư I2p + Tổn hao mạch từ ... của máy : Q  m.U p I p sin   m.U p I p sin(  )  m.U p I p (sin  cos   cos  sin )  m.U p (I d cos   I q sin ) Từ (5.2) và (5.3)  Iq , Id Q m.U p E p cos  Xd Thay vào (5.4) ta được : mU 2  1 mU 2  1 1  1  p p   cos 2       X  X 2  q Xd  2  q Xd   (5.4) Q Q max Để vận hành ổn định:  o  90 o  45o o 45o 90o -    + ÑC MP  3 Giản đồ năng lượng của máy điện . 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. 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. 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