Bài giảng máy điện chương 5 TS nguyễn quang nam

Bài giảng Chương 5: Máy điện đồng pha TS Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Phần 1 Máy điện đồng – Tổng quan Dòng AC chạy phần ứng (thường nằm stato), kích thích DC đặt vào dây quấn kích từ (thường nằm rôto) Rôto cực ẩn thường dùng cho máy phát tuabin, kết cấu cực lồi thích hợp cho máy phát thủy điện Công suất kích từ (khoảng vài % công suất định mức) thường cung cấp thông qua vành trượt từ máy phát DC, gắn vào trục máy đồng Các máy phát lớn dùng máy kích thích AC kết hợp với chỉnh lưu bán dẫn Phần Tổng quan (tt) Máy phát đồng cung cấp công suất cho tải đóng vai trò nguồn áp có tần số xác định động sơ cấp Dòng điện hệ số công suất xác định từ trường kích từ trở kháng máy phát tải Tuy nhiên, máy đồng thường nối vào hệ thống điện gồm có nhiều máy đồng khác Điện áp tần số đầu cực phần ứng hệ thống xác định Khi tải dòng nhiều pha cân bằng, phần ứng tạo từ trường khe hở quay tốc độ đồng xác định tần số hệ thống Phần Tổng quan (tt) Để tạo mômen ổn định đơn hướng, từ trường stato rôto phải quay tốc độ, rôto phải quay tốc độ đồng Do đó, động đồng nối vào nguồn áp tần số không đổi hoạt động tốc độ xác lập số, bất chấp tải Bản thân động đồng mômen khởi động cần khởi động chế độ động không đồng đến tốc độ đồng bộ, nhờ dây quấn mở máy Phần Tổng quan (tt) Mômen điện từ (tác động theo chiều kéo từ trường thẳng hàng) máy đồng cho T= π p Φ sr Fr sin (δ r ) (N.m) Ở điều kiện thông thường, điện áp rơi điện trở phần ứng không đáng kể, từ thông tản phần ứng nhỏ so với từ thông khe hở Φsr Điện áp cảm ứng Φsr xem cân với điện áp đầu cực Ut Ut Φ sr = 4,44 fk dq N ph Phần (Wb) Tổng quan (tt) Khi cực phần ứng nối vào lưới vô hạn cân bằng, từ thông khe hở xấp xỉ số, độc lập với tải trục máy Sức từ động rôto Fr dòng kích từ DC xác định không đổi điều kiện bình thường Do đó, thay đổi mômen hoàn toàn thực việc thay đổi góc mômen δr Khi δr = 90º máy đạt đến mômen cực đại hay công suất cực đại (mômen hay công suất đồng bộ), với điện áp đầu cực kích từ không đổi Mômen đồng giới hạn khả tải ngắn hạn động Phần Tổng quan (tt) Chế độ máy phát ứng với vùng mômen T < Nếu nối máy Mômen đồng Công suất mômen ĐB vào hệ thống AC với điện áp tần số không đổi, có khả hấp thụ hay cung cấp công suất điện, máy ĐB cung cấp công suất cho lưới rôto Động Góc mômen Máy phát quay cho sóng sức từ động rôto chạy trước sóng từ thông khe hở Phần Từ trường sức từ động Sóng sức từ động khảo sát trước Từ thông khe hở máy cực ẩn khảo sát đây, xét thời điểm trục từ trường kích từ sớm pha 90° so với trục pha a Gọi F sóng stđ dây quấn kích từ tạo A sóng stđ phản ứng phần ứng Sóng stđ tổng R Trục từ trường kích từ Φf Φr tổng hai sóng stđ thành phần F A F R Các sóng stđ từ thông xét hình sin, dùng giản đồ vectơ để biểu diễn Mômen tính theo sóng từ thông tổng sức từ động kích từ T= π p Φ r F sin (δ RF ) Phần δRF A Φar Trục pha a Mạch tương đương Khi khảo sát đáp ứng xác lập máy ĐC cực ẩn điều kiện cân bằng, ảnh hưởng từ thông phản ứng phần ứng biểu diễn điện cảm Như phân tích mục trước, từ thông khe hở tổng Φr coi tổng vectơ từ thông kích từ Φf từ thông phản ứng phần ứng Φar Nhìn từ phần ứng, từ thông thể sức điện động: sđđ Φf tổng Er coi tổng sđđ kích từ Ef sđđ phản ứng phần ứng Ear Vì Φar Φar Ef Φr pha với dòng phần ứng Ia, Ear trễ pha 90º so với Ia Do đó, Ear r r r E f − jI a xϕ = Er Er Ia Phần Mạch tương đương (tt) xϕ đại diện cho phản ứng phần ứng, thường gọi điện kháng phản ứng phần ứng, hay điện kháng từ hóa Sức điện động khe hở chênh lệch với điện áp đầu cực lượng điện áp rơi điện trở điện kháng tản phần ứng (tính cho pha) Mạch tương đương pha máy ĐB cực ẩn điều kiện cân biểu diễn (xs = xϕ + xl gọi điện kháng đồng bộ) xl thường có giá trị 0,1 – 0,2 pu, xs khoảng pu với máy cỡ vài trăm kVA trở lên Khi kích thước máy giảm giá trị tương đối xs tăng lên xϕ Ef xl Er xs Ut Phần Ef Ut 10 Các đặc tính xác lập (tt) Các máy phát ĐB thường định mức theo kVA tải tối đa điện áp hệ số công suất cụ thể mà chúng vận hành liên tục không phát nóng mức Công suất tác dụng phát thường bị giới hạn giá trị nằm định mức kVA khả động sơ cấp Do hệ thống ổn định điện áp, máy thường hoạt động dải điện áp ± 5% điện áp định mức Khi công suất tác dụng điện áp cố định, công suất phản kháng khả dụng bị giới hạn phát nóng phần ứng (PF = 0,85 – 1) hay phần kích từ (PF thấp) Phần 19 Các đặc tính xác lập (tt) Hệ số công suất, dòng phần ứng tương ứng, máy ĐB điều chỉnh cách thay đổi kích từ Đường cong hình V quan hệ dòng phần ứng dòng kích từ điện áp đầu cực định mức công suất tác dụng không đổi Dòng phần ứng đạt giá trị nhỏ hệ số công suất 1, tăng lên hệ số công suất giảm Các đường đứt nét quỹ tích điểm có PF nhau, chúng đặc tính điều chỉnh động ĐB, cho thấy thay đổi dòng kích từ để giữ cho PF số Phần 20 Các đặc tính xác lập (tt) Bên phải đặc tính điều thái kích thích máy với dòng điện ngõ vào sớm pha Dòng phần ứng chỉnh ứng với PF = trạng Công suất tương đối Dòng kích từ Phần 21 Các đặc tính xác lập (tt) Nếu bỏ qua điện trở phần ứng, đặc tính điều chỉnh máy phát động ĐB trùng hoán đổi nhánh cho hệ số công suất trễ sớm Tổn hao máy ĐB bao gồm tổn hao RI2 dây quấn, tổn hao lõi thép, tổn hao Hiệu suất quy ước tính theo quy tắc ANSI Giới hạn tải ngắn hạn máy ĐB xác định từ mômen cực đại đặt vào mà không làm máy đồng Phần 22 Bài giảng Chương 5: Máy điện đồng pha TS Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Phần Ảnh hưởng cực từ lồi – Lý thuyết hai điện kháng Các cực từ lồi có từ dẫn dọc trục lớn đáng kể so với từ dẫn ngang trục Khi dòng phần ứng Ia trễ sức điện động kích từ Ef góc 900, sóng từ cảm bao gồm họa tần không gian họ họa tần bậc lẻ (có ảnh hưởng không đáng kể) Khi dòng phần ứng Ia pha với sức điện động kích từ, sóng từ thông phản ứng phần ứng méo dạng, gồm họa tần họa tần bậc ba đáng kể Phần 2 Ảnh hưởng cực từ lồi (tt) Do từ trở khe hở không khí cực từ lớn, từ thông phản ứng phần ứng không gian vuông góc với cực từ nhỏ từ thông phản ứng phần ứng dọc theo cực từ Do đó, điện kháng từ hóa nhỏ dòng phần ứng pha thời gian với sđđ kích từ, so với vuông pha thời gian với sđđ kích từ Ảnh hưởng cực từ lồi xét đến cách tách dòng phần ứng thành thành phần: thành phần Id vuông pha với sđđ kích từ tạo từ thông dọc theo trục từ trường, thành phần Iq pha với sđđ kích từ, với từ thông sinh vuông pha không gian với trục từ trường Phần Ảnh hưởng cực từ lồi (tt) Sẽ có hai thành phần điện áp rơi tương ứng với Id Iq, jIdxd jIqxq Các điện kháng xd xq tương ứng điện kháng đồng dọc trục ngang trục Tác dụng cảm ứng sóng từ thông phản ứng phần ứng dọc ngang trục xét đến điện kháng từ hóa dọc ngang trục xϕd xϕq, tương tự điện kháng từ hóa xϕ rôto cực ẩn Do đó, xd = xl + xϕd xq = xl + xϕq xl điện kháng tản phần ứng, giả thiết giống dòng điện dọc ngang trục Phần Giản đồ vectơ máy phát cực từ lồi r r r r r Eaf = U t + I a Ra + jI d X d + jI q X q a’’ O ' a ' = jI a X q E’af O' b" = jI d X d b' a ' = jI q X q Eaf a’ O ' b' = jI d X q Iq b' b" = jI d (X d − X q ) δ Ut b’’ b’ ϕ IaRa O' a" = jI a X d O’ Ia Id Phần Giản đồ vectơ máy phát cực từ lồi r r r r r Eaf = U t + I a Ra + jI d X d + jI q X q tan δ = X q I a cos ϕ + Ra I a sin ϕ U t + Ra I a cos ϕ − X q I a sin ϕ Eaf δ >0 ϕ [...]... tính theo các quy tắc của ANSI Giới hạn quá tải ngắn hạn của máy ĐB được xác định từ mômen cực đại có thể đặt vào mà không làm máy mất đồng bộ Phần 1 22 Bài giảng Chương 5: Máy điện đồng bộ 3 pha TS Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK 2 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Phần 2 1 Ảnh hưởng của cực từ lồi – Lý thuyết hai điện kháng Các cực từ lồi có từ dẫn dọc trục lớn hơn đáng... họa trường hợp máy G1 cung cấp toàn bộ công suất phản kháng, và máy G2 hoạt động ở PF bằng 1 Phần 2 10 Máy phát đồng bộ làm việc với lưới điện vô cùng lớn Vì lưới điện có công suất rất lớn so với máy phát, nên máy phát sẽ không gây ra ảnh hưởng đáng kể nào lên lưới điện, dẫn đến khái niệm bus vô hạn (có điện áp và tần số không thay đổi) Để đơn giản hóa việc khảo sát, giả thiết kích từ của máy phát không... Các điều kiện để các máy phát đồng bộ có thể làm việc song song: Điện áp của các máy phát phải bằng nhau và trùng pha Tần số của các máy phát phải bằng nhau Thứ tự pha của các máy phát phải giống nhau Xét hệ gồm hai máy phát G1 và G2, cung G1 cấp cho tải L như hình bên Tại thời điểm 2 điện áp cùng pha và điện áp giữa hai đầu L G2 S2 S2 bằng 0 thì S2 sẽ đóng Phần 2 8 Nối song song máy phát đồng bộ (tt)... 2 17 Động cơ đồng bộ - Vấn đề mở máy Máy điện đồng bộ có thể làm việc ở chế độ động cơ Tuy nhiên, với kết cấu cơ bản như của máy phát đồng bộ thì động cơ sẽ không thể tự mở máy Người ta có thể giảm tần số dòng điện stato, dùng động cơ phụ, hay dùng dây quấn đệm để mở máy cho động cơ đồng bộ Phần 2 18 Động cơ đồng bộ - Vấn đề mở máy (tt) Việc giảm tần số stato khi mở máy trước kia là phi thực tế, nhưng... điện áp đầu cực và phân bố công suất phản kháng Giả sử bây giờ tăng kích từ của máy G1, điện áp Ut sẽ tăng lên Việc giảm kích từ của máy G2 sẽ đưa về trạng thái bình thường Điện áp đầu cực, dòng tải, và hệ số công suất của tải không thay đổi Vì công suất của ĐCSC không đổi, các điện áp kích từ sẽ bị dịch pha sao cho Efsin(δ) không thay đổi Máy phát được tăng kích từ sẽ mang tải cảm nhiều hơn Hình 5. 28b... tính không tải (hở mạch) Đặc tính hở mạch của máy ĐB là quan hệ điện áp đầu cực Ut khi hở mạch theo dòng kích từ Quan hệ này thường được biểu diễn trong hệ pu, với điện áp đơn vị là điện áp định mức, và dòng kích từ đơn vị là dòng kích từ ứng với điện áp định mức trên đặc tính khe hở Trong thực tế, người ta sẽ quay máy ĐB và đo điện áp phần ứng khi hở mạch Điện áp tương đối Khe hở Hở mạch Tổn hao thép... của máy nối với bus vô hạn và tải AC Phần 2 11 Máy phát đồng bộ làm việc với lưới điện vô cùng lớn (tt) Tần số và điện áp của các bên phải bằng nhau Ngay khi vừa nối lưới, máy phát xem như thả nổi, không cung cấp công suất cho tải Sau đó đặc tính tần số-công suất của máy phát được nâng lên, tăng dần mức công suất mà MP phát ra f f0 Bus vô hạn fbus Tải Pbus Máy phát Pmp Ptải = Pbus + Pmp Phần 2 12 Máy. .. nếu tăng kích từ của máy 2 thì: điện áp đầu cực các máy sẽ tăng, và công suất phản kháng của máy 2 tăng, còn của máy 1 sẽ giảm Phần 2 15 Nối song song máy phát đồng bộ (tt) Ví dụ: Hình vẽ cho thấy hệ thống 2 MP cung cấp cho 1 tải MP 1 có tần số không tải là 61 ,5 Hz và độ dốc 1 MW/Hz MP 2 có tần số không tải là 61 Hz và độ dốc 1 MW/Hz Hai MP cung cấp tổng công suất 2 ,5 MW cho tải ở PF bằng 0,8 trễ (a)... lập (tt) Các máy phát ĐB thường được định mức theo kVA tải tối đa ở điện áp và hệ số công suất cụ thể mà chúng có thể vận hành liên tục và không phát nóng quá mức Công suất tác dụng phát ra thường bị giới hạn ở một giá trị nằm trong định mức kVA do khả năng của động cơ sơ cấp Do hệ thống ổn định điện áp, máy thường hoạt động trong dải điện áp ± 5% điện áp định mức Khi công suất tác dụng và điện áp cố... hai máy phát đã đồng bộ, các máy có thể chia sẻ công suất tác dụng và phản kháng nhờ việc điều chỉnh động cơ sơ cấp và kích từ của mỗi máy Phân bố công suất tác dụng giữa các máy được điều chỉnh bằng các động cơ sơ cấp Trước hết, động cơ sơ cấp của máy G2 được tăng lên, tần số của hệ sẽ tăng lên Tần số của hệ được phục hồi bằng cách giảm công suất của động cơ sơ cấp của máy G1 Phần 2 9 Nối song song máy ... Phần 22 Bài giảng Chương 5: Máy điện đồng pha TS Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn Phần Ảnh hưởng cực từ lồi – Lý thuyết hai điện kháng... ổn định điện áp, máy thường hoạt động dải điện áp ± 5% điện áp định mức Khi công suất tác dụng điện áp cố định, công suất phản kháng khả dụng bị giới hạn phát nóng phần ứng (PF = 0, 85 – 1) hay... phản ứng phần ứng, thường gọi điện kháng phản ứng phần ứng, hay điện kháng từ hóa Sức điện động khe hở chênh lệch với điện áp đầu cực lượng điện áp rơi điện trở điện kháng tản phần ứng (tính