Phản ứng phần ứng trong động cơ điện không đồng bộ

6.6 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP: 6.6.1 Máy phát điện: Khi đấu tải vào máy phát đồng bộ, dòng chạy vào dây quấn stator làm điện áp máy phát thay đổi.. Có 3 nguyên nhân làm thay đổi điệ

6.6 PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP:

6.6.1 Máy phát điện:

Khi đấu tải vào máy phát đồng bộ, dòng chạy vào dây quấn stator làm điện áp

máy phát thay đổi Có 3 nguyên nhân làm thay đổi điện áp: sụt áp do điện trở

phần ứng, sụt áp do điện kháng phần ứng và ảnh hưởng của phản ứng phần

ứng, hai nguyên nhân sau được gộp lại và đặc trưng bởi điện kháng đồng bộ

(xđb)

a/ Cực ẩn:

Gọi U: điện áp hai đầu cực của máy phát

E0: sức điện động không tải do sức từ động Ft gây nên

Eư: sức điện động phần ứng do Φư gây nên

Eư = -jIxư

Eδ = E0 + Eư

Eδư = -jIx δư với xδư : điện kháng tản của dây quấn phần ứng

U = Eδ – I(rư + jxδư )

= E0 + Eư - I(rư + jxδư )

U = E0 - I(rư + jxđb ) với xđb = xδư +xư Đồ thị vectơ tải tính cảm: U, I lệch

pha nhau 1 góc là ϕ, Irư cùng pha I,

Ixδư & Ixư sớm pha 900 so với I

E 0

E τ

U

- Ir ư

- jIx τư

- jIx ư

I

ψ ϕ θ

Bài tập: Vẽ đồ thị vetơ khi tải dung

b/ Cực lồi:

U = E0 – jIdxd – jIqxq – Irư

Id = Isinϕ : dòng điện theo hướng dọc trục

Iq = Icosϕ : dòng điện theo hướng ngang trục

Điện kháng đồng bộ theo hướng dọc trục : xd = xưd + xδư

Điện kháng đồng bộ theo hướng ngang trục : xq = xưq + xδư

Bài tập 1:

Một máy phát điện đồng bộ ba pha cực ẩn công suất 40 KVA; điện áp 208V; bỏ qua

điện trở phần ứng; điện kháng đồng bộ là 0,45 Ω/ pha; đấu sao; tải có cosϕ = 0,8 trễ

Tính :

1/ sức điện động pha của máy phát

2/ phần trăm thay đổi điện áp định mức

6.6.2 Động cơ điện:

Khi máy điện đồng bộ làm việc ở tình trạng động cơ, sức điện động E0 đóng vai

trò sức phản điện, có chiều ngược dòng điện Điện áp đặt vào động cơ phải

cân bằng với sức điện động E

U&

0 và các điện áp rơi I&rư, I&xđb

•

0

E

r ư Jix đb

Z tải

+

-U I

I

I d

I q ψ

ϕ

E 0 - jI d x d - jI q x q

- Ir ư

U

Mạch tương đương của Máy phát ĐB

đb

ư Ijx r

E

U&=−&0 +& + & - jIxđb

U = Eδ + I(rư + jxδư)

U = - E0 + jxdId + jIqxq + Irư

r ư Jix đb

+

-U

I

Mạch tương đương của động cơ đồng bộ

• 0 E

I

I d

I q

-E 0

U

Ir ư

jI q x q JI d x d

ϕ ψ θ

6.7 QUÁ TRÌNH NĂNG LƯỢNG TRONG MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ:

6.7.1 Máy phát:

− Công suất cơ do máy phát nhận từ động cơ sơ cấp:

P1 = Mω chịu các tổn hao sau:

P2

P1

Pđt

Pcơ

Pf

Pt PCu PFe

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

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

+ Tổn hao kích từ Pt ( dây quấn kích từ)

+ Pt = UtIt = It2rt

+ Tổn hao dây đồng trong dây quấn phần ứng:

+ Pcu = mI2rư m: số pha

+ PFe : tổn hao sắt từ do dòng xoáy & từ trễ trong mạch từ

=> 100 100 1 100

1 1

1 1

P

P

P

P P

P

P

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

−

=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ −Σ

=

=

η

ΣP = Pcơ + Pf + Pt + Pcu + PFe

6.7.2 Động cơ:

+ P1: công suất đầu vào;

P1 = 3 UdIdcosϕ

P2

P1

Pđt

PCu

PFe Pt PCơ

Pf

+ P2: công suất cơ đầu ra P2 = Mω

Ví dụ:

Một máy phát đồng bộ 3 pha 2000 KVA, 2300 V có điện trở phần ứng (đo giữa hai

đầu ra cuả máy bằng điện 1 chiều ) bằng 0,068 Ω Mạch kích từ tiêu thụ 35 A từ

nguồn 1 chiều 220V Tổn hao ma sát và quạt gió là 22,8 Kw, tổn hao lõi thép và

tổn hao phụ là 41,2 Kw Tính hiệu suất đầy tải của máy phát ở hệ số công suất

bằng 0.8 trễ Giả sử máy đấu sao và điện trở xoay chiều bằng 1,25 điện trở một

chiều

6.3 ĐẶC TÍNH GÓC CỦA MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ:

Đặc tính góc công suất máy điện đồng bộ là quan hệ P = f(θ)

Khi E0 = const; U = const

Trong đó θ: góc tải giữa các vectơ sức điện động E0 & điện áp U

Do rư rất nhỏ so với xđb nên bỏ qua

Công suất điện từ là công suất được từ trường quay tải qua khe hở không khí

giữa stator & rotor máy điện đồng bộ Nếu bỏ qua tổn hao trong dây quấn phần

ứng & tổn hao sắt từ trong lõi thép stator, công suất điện từ (Pđt) sẽ bằng công

suất ở đầu cực máy điện đồng bộ (P)

Pđt = P = mUIcosϕ m: số pha dây quấn phần ứng

Ta có: cosϕ =

BC

AB với AB = OBsinθ = E0sinθ ; BC = Ixđb

=> cosϕ =

đb

Ix

sin

E0 θ thay vào Pđb => Pđt = P = sinθ

x

UE

m

đb 0

Vì khi điện áp lưới điện không đổi, nếu không thay đổi dòng điện kích từ vào phần cảm thì sức điện động E0 cũng giữ không đổi Lúc đó công suất điện từ chỉ phụ thuộc góc θ theo quan hệ hình sin Nên

ta có đường đặc tính góc công suất:

0 -90 0

90 0

-180 0

θ

θ trễ

θ sớm

+ Góc θ dương ( sớm pha so với ) E&0 U&

+ Góc θ âm ( E0 trễ pha so với U) ứng với trường hợp động cơ