Bài giảng chương 9 máy điện đồng bộ

CHƯƠNG 9: MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 9.1.1 ĐỊNH NGHĨA Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n tốc độ quay từ trường xtato n1 gọi máy điện đồng chế độ xác lập, máy điện đồng có tốc độ quay rôto không đổi tải thay đổi 9.1.2 CÔNG DỤNG I a b Máy điện đồng sử dụng rộng rãi công nghiệp Phạm vi sử dụng: Máy phát điện Động điện Máy phát điện nguồn điện lưới điện quốc gia, động sơ cấp tua bin hơi, tuabin khí tuabin nước Công suất máy phát đạt đến 600 MVA lớn chúng thường làm việc song song Ở CÁC LƯỚI ĐIỆN CÔNG SUẤT NHỎ, MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ ĐƯỢC KÉO BỞI CÁC ĐỘNG CƠ ĐIÊZEN HOẶC CÁC TUA BIN KHÍ, CÓ THỂ LÀM VIỆC ĐƠN LẺ HOẶC HAI BA MÁY LÀM VIỆC SONG SONG Động đồng thường sử dụng truyền động điện công suất lớn, đạt đến vài chục MW( loạt ba pha) Trong công nghiệp luyện kim, khai thác mỏ, thiết bị lạnh, động đồng sử dụng để truyền động máy bơm, nén khí, quạt gió v.v với tốc độ không đổi Động đồng pha dùng hệ thống điều khiển thiết bị sinh hoạt gia đình Mục đích sử dụng: tốc độ động không đổi tải thay đổi (ổn định tốc độ) Ngoài động đồng dùng làm máy bù đồng hệ thống điện để cải thiện hệ số công suất cos lưới điện ổn định điện áp 9.2.CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 9.2.1.Xtato (phần ứng) Xtato máy điện đồng giống xtato máy điện không đồng bộ, gồm hai phận lõi thép xtato dây quấn ba pha xtato (thường loại ba pha) Dây quấn xtato gọi dây quấn phần ứng.Lõi thép Dây quấn Lõi thép stato: Hình trụ thép kỹ thuật điện dày 0,35 – 0,5 mm dập rãnh bên trong, ghép lại với có sơn cách điện để hạn chế dòng điện xoáy Trong rãnh lõi thép dùng để đặt dây quấn stato Lõi thép ép vào vỏ máy Lá thép kỹ thuật điện lõi thép stato Lõi thép stato 9.2.2 Rôto ( phần cảm) Rôto máy điện đồng có cực từ dây quấn kích từ dùng để tạo từ trường cho máy Nguồn kích thích nguồn điện chiều Đối với máy nhỏ rôto nam châm vĩnh cữu Hai đầu dây quấn kích từ luồn trục nối với hai vòng trượt đặt đầu trục, thông qua chổi điện để nối với nguồn kích từ Có hai loại: rôto cực từ ẩn rôto cực lồi a, Rôto cực lồi • Có lõi thép chế tạo thép đúc thành khối lăng trụ (máy có công suất nhỏ, trung bình) thép dày 1-6mm ghép lại thành khối lăng trụ (máy có công suất lớn) Các cực từ ghép mặt lõi thép bulộng • Dùng máy có tốc độ thấp, có nhiều đôi cực, đường kính lên tới 15m, chiều dài không 3m Đối với rôto cực lồi dây quấn kích từ quấn xung quanh thân cực từ b, Rôto cực ẩn • Được chế tạo thép hợp kim rèn thành khối hình trụ, sau phay rãnh để đặt dây quấn kích từ Phần không phay rãnh hình thành mặt cực từ • Rôto cực ẩn thường dùng máy có tốc độ cao 3000v/ph, có đôi cực , đường kính không vượt 1,1 – 1,15 m( hạn chế lực ly tâm), dài tối đa 6,5 m • Đối với rôto cực ẩn, dây quấn kích từ đặt rãnh 9.4.Phản ứng phần ứng máy phát điện • Khi máy phát điện đồng chạy không tải, máy có từ thông phần cảm gây Từ thông cảm ứng sđđ Eo phần ứng, chậm pha so với từ trường góc 900 • Khi máy mang tải, dòng điện phụ tải qua dây quấn stato gây từ trường gọi từ trường phần ứng làm thay đổi từ trường máy độ lớn phân bố • Tác dụng từ trường phần ứng lên từ trường (rôto)  o gọi phản ứng phần ứng máy điện đồng Eo ư Eo I S N o Tải trở (= 00) N ư S Tải cảm ( = 900) Tải trở : Từ thông phần ứng theo hướng ngang trục, làm méo từ trường cực từ, ta gọi phản ứng phần ứng ngang trục Eo o I o ư S N I Tải dung ( = - 900) Tải cảm: Phản ứng phần ứng dọc trục khử từ, có tác dụng làm giảm từ trường tổng Tải dung: Phản ứng phần ứng dọc trục trợ từ, có tác dụng tăng từ trường tổng Eo ư  ưq Eo ư  ưq I   o I  ưd N S Tải R-L o N  ưd S Tải R-C Tải R-L : phản ứng phần ứng vừa dọc trục khử từ, vừa hướng ngang làm méo từ trường cực từ (tác dụng giảm từ trường tổng ) Tải R-C: phản ứng phần ứng vừa dọc trục trợ từ, vừa hướng ngang trục làm méo từ trường cực từ (tác dụng tăng từ trường tổng) Tóm lại: phản ứng phần ứng máy phát điện đồng vừa phụ thuộc dòng điện tải (độ lớn bé) vừa phụ thuộc tính chất tải Trở lại trang đặc tính 9.5.1.Phương trình điện áp máy phát điện cực lồi Sức điện động cảm ứng dây quấn xtato sinh biến thiên từ thông khe hở xtato rôto I Khi có tải, từ thông khe hở gồm  ưq t o thành phần:  o,  ,  t Từ thông cực từ  o, sinh sđđ E0 ư  ưd N S Từ thông phần ứng  sinh Eư.: E   j I X  j I X u q uq d ud (Xuq điện kháng pưpư ngang trục, Xud điện kháng pưpư dọc trục) Từ thông tản  t sinh Et: E t   j I X t   j I d X t  j I q X t (Xt điện kháng tản dây quấn xtato ta bỏ qua điện trở xtato)   E o  E u  E  t  E o  jIq Xuq - jIdXu  jIdXt - jIqXt  E o  jIq (Xuq  Xt )  jId (Xud  Xt ) U d  E o  jIdXd  jIqXq Xd=Xưd+Xt điện kháng đồng dọc trục Xq=Xưq+Xt điện kháng đồng ngang trục   E o  j I d X d  j I q X q U Phương trình điện áp: j I d X d E o I q  j I q X q Đồ thị véctơ tương ứng với phương trình điện áp máy phát  U I  I d 9.5.1.Phương trình điện áp máy phát điện cực ẩn U  E o  j I d X d  j I q X q Xd=Xq=Xdb Gọi điện kháng đồng   E o  j I d X db  j I q X db  E o  jX db ( I d  I q )  E o  jX db I U jX db I  = E o - jX I U db E o  U  O Phương trình điện áp:  I 9.6.1.Đặc tính không tải máy phát điện đồng Đặc tính biểu thị phụ thuộc điện áp cực máy phát Eo Uo dòng điện kích U o từ Ikt I=0, n=const (f=const) Phương trình điện áp: U = E o - jX db I Vì I=0 Eo= Uo=f(Ikt ) Ta có Eo= 4,44fw1kdqo Eo tỉ lệ o o = f(Ikt ) Chính đường cong từ hoá vật liệu sắt từ Ikt 9.6.2.1Đặc tính máy phát điện đồng Đặc tính máy phát quan hệ điện áp U cực máy phát dòng điện tải I tính chất tải không đổi (cos t = const), tần số dòng điện kích từ máy phát không đổi U= f(I) hay Ikt =const, n=const, cos t=const ( o = const, f= const, cos t= const) Đặc tính máy phát phụ thuộc vào tính chất tải U C R-C Uo R R-L L I Trở lại trang PƯPƯ 9.6.2.2Đặc tính máy phát điện đồng có điều chỉnh dòng kích từ U Điều chỉnh dòng kích từ cho U0 U=Uđm, sau giữ cho Ikt không đổi U=f(I) Ikt =const, n=const, Udm cos t=const (o = const, f= const, cos t= const) L R-L R-C R C I I®m Trở lại trang PƯPƯ 9.6.3.Đặc tính điều chỉnh máy phát điện đồng Đường đặc tính điều chỉnh quan hệ dòng điện kích từ dòng điện tải điện áp U không đổi định mức Ikt = f(I) n=const (f=const), Ikt U=const, cos t=const L R-L R Các máy phát có mạch điện tử điều chỉnh dòng kích từ giữ cho điện áp không đổi R-C C I Idm Trở lại trang PƯPƯ 9.7.Sự làm việc song song máy phát điện đồng I Để máy làm việc song song, phải bảo đảm điều kiện sau: Điện áp máy phát phải điện áp lưới điện trùng pha Tần số máy phát phải tần số lưới điện Thứ tự pha máy phát phải giống thứ tự pha lưới điện II Để đóng máy phát điện vào lưới ta dùng thiết bị hoà đồng Thiết bị hoà đồng gồm dụng cụ để kiểm tra điện áp, tần số, thứ tự pha mạng điện máy phát Khi điều kiện hoà đồng thỏa mãn, thiết bị tự động đóng máy phát vào mạng điện Đối với máy phát công suất nhỏ, đóng vào lưới điện phương pháp tự hoà đồng 9.8.Động điện đồng 8.8.1.Nguyên lý làm việc, đồ thị véc tơ Khi cho dòng điện ba pha vào ba dây quấn xtato, tương tự động điện không đồng bộ, dòng điện ba pha sinh từ trường quay với tốc độ n1= 60f/p Khi cho dòng chiều vào rôto, rôto biến thành nam châm điện.Từ trường quay hút cực từ nam châm kéo rôto quay theo với tốc độ n Tốc độ rôto n = tốc độ từ trường quay xtato n1=60f/p Song mở máy động cơ, lúc rôto đứng yên, ta xác định chiều lực tác dụng lên rôto dòng điện dòng điện dây quấn xtato đổi chiều cực từ rôto đổi tên Khi mở máy, lực tác dụng lên rôto đổi chiều theo đổi chiều dòng điện xtato đổi chiều xảy nhanh, rôto không quay Muốn mở máy phải có biện pháp: • Dùng động phụ kéo rôto quay • Bằng phương pháp không đồng B I B Fr B Fx s Fx B I s Fr 9.8.2.Mở máy phương pháp không đồng Để tạo nên mômen mở máy, mặt cực từ rôto, người ta đặt dẫn, nối ngắn mạch lồng sóc động không đồng Khi mở máy,ta chưa cấp dòng chiều cho dây quấn kích từ rôto, nhờ có dây quấn mở máy rôto, động khởi động đồng không đồng Trong trình mở máy dây quấn kích từ cảm ứng điện áp lớn, phá hỏng dây quấn kích từ, dây quấn kích từ khép mạch qua điện trở phóng điện có trị số điện trở lớn so dây quấn kích từ Khi rôto quay đến tốc độ tốc độ đồng n1, đóng nguồn điện chiều vào dây quấn kích từ, động làm việc đồng • 9.8.3.Máy bù đồng Động điện đồng công suất lớn làm việc không tải dòng điện kích từ điều chỉnh động phát công suất phản kháng tiêu thụ công suất phản kháng mục đích điều chỉnh điện áp lưới điện Công suất phản kháng: Q= mU (E0cos-U)/Xđb mà Eo phụ thuộc Ikt Tăng Ikt  tăng E0  Q>0 động phát công suất phản kháng vào lưới điện, động làm việc kích thích Giảm Ikt  giảm Eo  Q [...]... pha của lưới điện 1 2 3 II Để đóng máy phát điện vào lưới ta dùng thiết bị hoà đồng bộ Thiết bị hoà đồng bộ gồm các dụng cụ để kiểm tra điện áp, tần số, và thứ tự pha của mạng điện và máy phát Khi các điều kiện hoà đồng bộ đã thỏa mãn, thiết bị tự động đóng máy phát vào mạng điện Đối với máy phát công suất nhỏ, có thể đóng vào lưới điện bằng phương pháp tự hoà đồng bộ 9. 8.Động cơ điện đồng bộ 8.8.1.Nguyên... t=const L R-L R Các máy phát có mạch điện tử điều chỉnh dòng kích từ giữ cho điện áp không đổi R-C C I Idm Trở lại trang PƯPƯ 9. 7.Sự làm việc song song của các máy phát điện đồng bộ I Để các máy làm việc song song, phải bảo đảm các điều kiện sau: Điện áp của máy phát phải bằng điện áp của lưới điện và trùng pha nhau Tần số của máy phát phải bằng tần số của lưới điện Thứ tự pha của máy phát phải giống...• Trục máy đồng bộ có thể đặt nằm ngang như động cơ đồng bộ, máy phát diezen hoặc máy phát tuabin nước có công suất nhỏ và tốc độ quay tương đối lớn 200vg/phút Máy phát tuabin nước công suất lớn, tốc độ chậm, trục máy đặt thẳng đứng 9. 3.1.NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ Cấp dòng điện kích từ (dòng điện một chiều) vào dây quấn kích từ sẽ tạo nên... dây quấn kích từ, vì thế dây quấn kích từ sẽ được khép mạch qua điện trở phóng điện có trị số điện trở rất lớn so dây quấn kích từ Khi rôto đã quay đến tốc độ bằng tốc độ đồng bộ n1, đóng nguồn điện 1 chiều vào dây quấn kích từ, động cơ sẽ làm việc đồng bộ • 9. 8.3 .Máy bù đồng bộ Động cơ điện đồng bộ công suất lớn làm việc không tải và dòng điện kích từ điều chỉnh được để cho động cơ phát ra công suất... ) đúng bằng tốc độ n của rôto Vì vậy này gọi là máy điện đồng bộ 9. 3.2.Tổn hao của máy phát điện đồng bộ 1 Tổn hao sắt từ trong lõi thép xtato Pst: tổn hao do dòng điện xoáy và tổn hao từ trễ 2 Tổn hao trên điện trở mạch kích từ Pmkt= Ikt2 Rmkt (Rmktlà điện trở của mạch kích từ trên rôto 3 Tổn hao trên mạch phần ứng (xtato) Pư: Pư= 3I2R (R là điện trở dây quấn xtato của một pha) 4 Tổn hao cơ... bi.v.v 5 Tổn hao phụ Pp • Hiệu suất của máy phát: η P2 : công suất máy phát đưa ra tải  P tổng các tổn hao P2 P2   ΔP 9. 4.Phản ứng phần ứng của máy phát điện • Khi máy phát điện đồng bộ chạy không tải, trong máy chỉ có từ thông do phần cảm gây ra Từ thông này cảm ứng ra sđđ Eo trong phần ứng, chậm pha so với từ trường một góc 90 0 • Khi máy mang tải, dòng điện phụ tải qua dây quấn stato gây ra từ... là điện kháng đồng bộ dọc trục Xq=Xưq+Xt là điện kháng đồng bộ ngang trục   E o  j I d X d  j I q X q U Phương trình điện áp: j I d X d E o I q  j I q X q Đồ thị véctơ tương ứng với phương trình điện áp máy phát  U I  I d 9. 5.1.Phương trình điện áp của máy phát điện cực ẩn U  E o  j I d X d  j I q X q Xd=Xq=Xdb Gọi là điện kháng đồng bộ   E o  j I d X db  j I q X db  E... ngoài của máy phát điện đồng bộ khi có điều chỉnh dòng kích từ U Điều chỉnh dòng kích từ sao cho U0 U=Uđm, sau đó giữ cho Ikt không đổi U=f(I) khi Ikt =const, n=const, Udm cos t=const (o = const, f= const, cos t= const) L R-L R-C R C I I®m Trở lại trang PƯPƯ 9. 6.3.Đặc tính điều chỉnh của máy phát điện đồng bộ Đường đặc tính điều chỉnh là quan hệ giữa dòng điện kích từ và dòng điện tải khi điện áp... trình điện áp:  I 9. 6.1.Đặc tính không tải của máy phát điện đồng bộ Đặc tính biểu thị sự phụ thuộc của điện áp trên cực máy phát Eo hoặc Uo đối với dòng điện kích U o từ Ikt khi I=0, n=const (f=const) Phương trình điện áp: U = E o - jX db I Vì I=0 cho nên Eo= Uo=f(Ikt ) Ta có Eo= 4,44fw1kdqo Eo tỉ lệ o o = f(Ikt ) Chính là đường cong từ hoá vật liệu sắt từ Ikt 9. 6.2.1Đặc tính ngoài của máy. .. dòng điện dòng điện trong dây quấn xtato đổi chiều hoặc cực từ rôto đổi tên Khi mới mở máy, lực tác dụng lên rôto luôn đổi chiều theo sự đổi chiều của dòng điện xtato và sự đổi chiều xảy ra quá nhanh, do đó rôto không quay được Muốn mở máy phải có 2 biện pháp: • Dùng động cơ phụ kéo rôto quay • Bằng phương pháp không đồng bộ B I B Fr B Fx s Fx B I s Fr 9. 8.2.Mở máy bằng phương pháp không đồng bộ Để ... thiện hệ số công suất cos lưới điện ổn định điện áp 9. 2.CẤU TẠO CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 9. 2.1.Xtato (phần ứng) Xtato máy điện đồng giống xtato máy điện không đồng bộ, gồm hai phận lõi thép xtato... b Máy điện đồng sử dụng rộng rãi công nghiệp Phạm vi sử dụng: Máy phát điện Động điện Máy phát điện nguồn điện lưới điện quốc gia, động sơ cấp tua bin hơi, tuabin khí tuabin nước Công suất máy. . .9. 1.1 ĐỊNH NGHĨA Những máy điện xoay chiều có tốc độ quay rôto n tốc độ quay từ trường xtato n1 gọi máy điện đồng chế độ xác lập, máy điện đồng có tốc độ quay rôto không đổi tải thay đổi 9. 1.2