động cơ và máy bù đồng bộ

Chương 25 Động máy bù đồng 25-1 Động điện đồng Các động điện xoay chiều dùng nhiều sản xuất thường động điện không đồng bộ, loại động điện có đặc điểm cấu tạo đơn giản, làm việc chắn, bảo quản dễ dàng giá thành hạ Tuy nhiên động điện đồng có ưu điểm định nên thời gian gần sử dụng rộng rãi so sánh với động không đồng lĩnh vực truyền động điện Về ưu điểm, trước hết phải nói động điện đồng kích thích dòng điện chiều nên làm việc với cos = không cần lấy công suất phản kháng từ lưới điện, kết hệ số công suất lưới điện nâng cao, làm giảm điện áp rơi tổn hao công suất đường dây Ngoài ưu điểm đó, động điện đồng chịu ảnh hưởng thay đổi điện áp lưới điện mômen động điện đồng tỷ lệ với U mômen động không đồng tỷ lệ với U 2.Vì điện áp lưới sụt thấp cố, khả giữ tải động điện đồng lớn hơn, trường hợp tăng kích thích, động điện đồng làm việc an toàn cải thiện điều kiện làm việc lưới điện Cũng phải nói thêm rằng, hiệu suất động điện đồng thường cao hiệu suất động điện không đồng động đồng có khe hở tương đối lớn, khiến cho tổn hao sắt phụ nhỏ Nhược điểm động đồng so với động không đồng chỗ cấu tạo phức tạp, đòi hỏi phải có máy kích từ nguồn cung cấp dòng điện chiều khiến cho giá thành cao Hơn nữa, việc mở máy động đồng phức tạp việc điều chỉnh tốc độ thực cách thay đổi tần số nguồn điện Việc so sánh động đồng với động không đồng có phối hợp với tụ điện cải thiện cos giá thành tổn hao lượng dẫn đến kết luận P đm > 200 ữ 300kW, nên dùng động đồng nơi không cần thường xuyên mở máy điều chỉnh tốc độ Khi P đm > 300kW dùng động đồng với cosđm = 0,9 Pđm > 1000kW dùng động đồng với cosđm = 0,8 có lợi dùng động không đồng Các quan hệ điện từ phương trình cân điện áp, đồ thị véctơ, công suất mômen điện từ động điện đồng xét chương 21 đề cập đến vấn đề mở máy động điện đồng bộ, đặc tính chế độ làm việc 25.1.1 Các phương pháp mở máy động điện đồng Mở máy theo phương pháp không đồng Các động điện đồng phần lớn mở máy theo phương pháp không đồng Thông thường động điên đồng cực lồi có đặt dây quấn mở máy Dây quấn mở máy có cấu tạo kiểu lồng sóc đặt rãnh mặt cực, hai đầu nối với hai vành ngắn mạch (hình 19-8) tính toán để mở máy trực tiếp với điện áp lưới điện 136 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Trong số động cơ, mặt cực thép nguyên khối nối với hai đầu hai vòng ngắn mạch hai đầu rôto thay cho dây quấn ngắn mạch dùng việc mở máy lưới điện lớn cho phép mở máy trực tiếp với điện áp lưới động đồng công suất vài trăm có tới hàng nghìn kilôoat Đối với động đồng cực ẩn, việc mở máy theo phương pháp không đồng có khó khăn hơn, dòng điện cảm ứng lớp mỏng mặt rôto nguyên khối gây nóng cục đáng kể Trong trường hợp đó, để mở máy dễ dàng, cần hạ điện áp máy biến áp tự ngẫu cuộn kháng Quá trình mở máy động đồng phương pháp không đồng chia thành hai giai đoạn Lúc đầu việc mở máy thực với i t = 0, dây quấn kích thích nối tắt qua điện trở RT hình 25-1a Sau đóng cầu dao nối dây quấn stato với nguồn điện, tác dụng mômen không đồng rôto s ẽ quay tăng tốc độ đến gần tốc độ đồng n từ trường quay Trong giai đoạn này, dây quấn kích thích nối với điện trở RT có trị số 10 ữ 12 lần điện trở rt thân dây quấn kích từ Nếu để dây quấn kích từ hở mạch có điện áp cao, làm hỏng cách điện dây quấn, lúc bắt đầu mở máy từ trường quay stato quét với tốc độ đồng Nếu đem nối ngắn mạch dây quấn kích thích s ẽ tạo thành mạch pha có điện trở nhỏ rôto sinh mômen cản lớn khiến cho tốc độ quay rôto vượt qua tốc độ nửa tốc độ đồng Hiện tượng giải thích sau Dòng điện có tần số f2 = sf1 dây quấn kích thích bị nối ngắn mạch sinh từ trường đập mạnh Từ trường phân tích thành hai từ trường quay thuận ngược với chiều quay rôto với tốc độ tương đối so với rôto n1 - n, n1 tốc độ từ trường quay stato n tốc độ quay rôto U U RT it it a) b) Hình 25-1 Sơ đồ mạch kích thích động điện đồng lúc mở máy với dây quấn kích thích qua điện trở Rt (a) nối thẳng vào máy kích thích (b) phần ứng dây quấn động đồng bộ, phần ứng dây quấn máy kích thích Từ trường quay thuận có tốc độ so với dây quấn phần tĩnh : nth = n + (n1 - n) = n1 nghĩa quay đồng với từ trường quay stato Tác dụng với từ trường quay stato tạo nên mômen không đồng hỗ trợ với mômen không đồng dây quấn mở máy sinh có dạng đường hình 5-2 Từ trường quay ngược có tốc độ so với dây quấn phần tĩnh là: nng = n - (n1 - n) = 2n - n1 = 2n1(1-s) - n1 = n1(1-2s) sinh dây quấn phần tĩnh dòng điện có tần số: 137 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com f = f1(1-2s) Như 0,5 < s < 1, nghĩa tốc độ quay rôto n < n1/2 từ trường quay ngược so với dây quấn phần tĩnh quay ngược chiều so với chiều quay rôto Tác dụng với dòng điện phần tĩnh tần số f sinh mômen phụ dấu hỗ trợ với mômen không đồng từ trường quay thuận tác dụng với dây quấn mở máy (đường hình 25-2) Khi s = 0,5 (tức n = n1/2), từ trường quay ngược đứng yên so với dây quấn phần tĩnh, mômen phụ không Và < s < 0,5 (n > n1/2), từ trường quay ngược quay chiều với chiều quay rôto Tác dụng với dòng điện phần tĩnh tần số f lúc sinh mômen phụ trái dấu với mômen không đồng từ trường quay thuận, có tác dụng mômen hãm Kết dây quấn kích từ bị nối ngắn mạch, đường biểu diễn mômen động trình mở máy M tổng đường có tác dụng đường hình 25-2 Rõ ràng mômen cản Mc trục động đủ lớn rôto làm A Mc việc điểm A ứng với tốc độ n n1/2 đạt đến tốc độ gần tốc độ đồng s 0,5 1,0 Khi rôto quay đến tốc độ n n1, tiến hành giai đoạn thứ hai trình mở máy: đem nối dây quấn kích từ với điện áp Hình 25-2 Đường cong mômen chiều máy kích từ Lúc mômen động đồng mở máy không đồng tỷ lệ với hệ số trượt s không đồng với dây quấn mômen gia tốc tỷ lệ với ds/dt có mômen kích từ bị nối ngắn mạch đồng phụ thuộc vào góc tác dụng Do rôto chưa quay đồng nên góc thay đổi Khi < < 1800 mômen đồng cộng tác dụng với mômen không đồng làm tăng thêm tốc độ quay rôto rôto lôi vào tốc độ đồng sau trình dao động Kinh nghiệm cho biết, để đảm bảo cho rôto đưa vào tốc độ đồng cách thuận lợi, hệ số trượt cuối giai đoạn thứ lúc chưa có dòng điện kích thích cần phù hợp với điều kiện sau: s < 0,04 k m Pdm itdb itdm GD n dm (25-1) đó: km - lực tải chế độ đồng với dòng điện kích từ định mức i tđm ; Pđm - công suất định mức, kW; itđb - dòng điện kích từ đồng hoá; GD2 - mômen động lượng động máy công tác nối trục với nó, k Gm2 Để tránh việc mở máy qua hai giai đoạn trình bày phải thao tác tách dây quấn kích thích khỏi điện trở RT sau nối máy kích từ, nối thẳng dây quấn kích thích với máy kích từ suốt trình mở máy theo sơ đồ hình 25-1b thường gặp gần Như vậy, dây quấn phần ứng máy kích từ có dòng điện xoay chiều điều không gây tác hại Khi rôto đạt đến tốc độ quay n = (0,6 ữ 0,7)nđm, máy kích thích bắt đầu cung cấp dòng điện kích từ cho 138 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com động điện đồng bộ, nhờ mà lúc đến gần tốc độ đồng động kéo vào tốc độ đồng Cần ý trình mở máy theo sơ đồ hình 25-1b thực điều kiện khó khăn động điện đồng kích thích sớm, tạo nên dòng điện ngắn mạch: In = (1 s) E r + (1 s ) xd2 (25-2) đó: E - s.đ.đ cảm ứng dòng điện kích từ it ; U* I* 1000 500 Pn n it 200 U* 100 0,5 (25-3) kết trục động điện có thêm mômen cản: Mc = I* 1,5 Do động phải tải thêm công suất: Pn = mI nrư 300 2,5 n (vòng phút) xd - điện kháng đồng dọc trục s = It (A) 10 t Hình 25-3 Quan hệ U, I, it, n = f(t) mở máy động đồng 1500kW theo sơ đồ hình 26-1b (25-4) khiến cho trình kéo động vào tốc độ đồng gặp khó khăn hơn, phương pháp mở máy động đồng theo sơ đồ hình 5-1b áp dụng tốt mômen cản trục động điện Mc = (0,4 ữ 0,5)Mđm Chỉ dây quấn mở máy thiết kế hoàn hảo cho phép mở máy với Mc = Mđm Do cách mở máy đơn giản, hoàn toàn giống cách mở máy động điện không đồng nên ngày ứng dụng rộng rãi Hình 25-3 trình bày biến đổi dòng điện phần ứng I, dòng điện kích từ i t tốc độ quay n trình mở máy lúc không tải động đồng (Pđm = 1500kW; Uđm = 6kV; nđm = 1000 vòng/phút) trực tiếp với điện áp định mức theo sơ đồ hình 26-1b Các phương pháp mở máy khác Mở máy theo phương pháp hoà đồng Các điều kiện hoà đồng động đồng hoàn toàn giống máy phát điện đồng Trường hợp động đồng quay máy nối trục với (thí dụ động đồng - máy phát điện chiều, máy phát điện chiều lúc mở máy làm việc động điện để quay động đồng đến tốc độ đồng bộ) Trong số trường hợp mở máy động điện đồng nguồn có tần số thay đổi Muốn động đồng phải lấy điện từ máy phát điện riêng có tần số điều chỉnh từ không đến tần số định mức trình mở máy Như động quay đồng với máy phát từ lúc tốc độ thấp Cần ý trường hợp này, dòng điện kích thích động máy phát điện phải nguồn điện chiều riêng cung cấp 139 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 25.1.2 Các đặc tính làm việc động điện đồng Các đặc tính động điện đồng làm việc với dòng điện kích từ i t = const lưới điện có U, f = const bao gồm quan hệ P 1, I1, , cos = f(P2) có dạng trình bày hình 25-4 Cũng giống máy phát điện đồng bộ, động điện đồng thường làm việc với góc = 200 ữ 300 Đặc điểm động đồng làm việc với cos cao không tiêu thụ công suất phản kháng Q lưới điện nhờ thay đổi dòng điện từ hoá i t Điều thấy dựa vào đặc tính hình V tức quan hệ I = f(it) động điện đồng Cách thành lập đặc tính động đồng hoàn toàn giống máy phát điện đồng Ta thấy kích thích thiếu, động tiêu thụ công suất điện cảm lưới điện ( > 0) ngược lại qúa kích thích, động phát công suất điện cảm vào lưới điện ( < 0), nghĩa tiêu thụ công suất điện dung Vì lợi dụng chế độ làm việc kích thích động điện đồng để nâng cao hệ số công suất cos lưới điện Hình 25-4 Đặc tính làm việc động điện đồng Pđm = 500 kW; 600 V; 50 Hz; 600vg/ph; cos = 0,8 (quá kích thích) 25-2 Máy bù đồng Máy bù đồng thực chất động điện đồng làm việc không tải với dòng điện kích từ điều chỉnh để phát tiêu thụ công suất phản kháng, trì điện áp quy định lưới điện khu vực tập trung hộ dùng điện Chế độ làm việc bình thường máy bù đồng chế độ kích thích phát công suất điện cảm vào lưới điện hay nói khác đi, tiêu thụ công suất điện dung lưới điện trường hợp này, máy bù đồng có tác dụng tụ điện gọi máy phát công suất phản kháng Khi tải hộ dùng điện giảm, ví dụ đêm vào không cao điểm, điện áp lưới tăng máy bù đồng làm việc chế độ thiếu kích thích, tiêu thụ công suất phản kháng (điện cảm) lưới điện gây thêm điện áp rơi đường dây để trì điện áp khỏi tăng mức quy định Việc điều chỉnh dòng điện kích thích i t để trì điện áp lưới (ở đầu cực máy bù đồng bộ) không đổi, thường tiến hành tự động Máy bù đồng tiêu thụ công suất tác dụng công suất dùng để bù vào tổn hao Máy bù đồng thường có cấu tạo theo kiểu cực lồi Để dễ mở máy, mặt cực chế tạo thép nguyên khối có mặt dây quấn mở máy Trong trường hợp mở máy trực tiếp gặp khó khăn phải hạ điện áp mở máy, dùng động không đồng rôto dây quấn để kéo máy bù đồng đến tốc độ đồng Trục máy bù đồng nhỏ không kéo tải (chủ yếu ma sát ổ trục quạt gió) 140 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Cũng mômen cản trục nhỏ nên nên yêu cầu làm việc ổn định với lưới điện không thiết, thiết kế cho x d lớn nghĩa khe hở nhỏ, kết làm giảm sức từ động dây quấn kích từ khiến cho kích thước máy nhỏ Công suất định mức máy bù đồng quy định ứng với chế độ làm việc kích thích có trị số: Sđm = mUđmIđm (25-5) Khi làm việc chế độ thiếu kích thích tối đa, nghĩa ứng với i t = E = 0, công suất máy bằng: S = mUđmI (25-6) Nếu bỏ qua tổn hao thì: I '= E U dm U = j dm jxd xd Vậy: S '= m U dm xd (25-7) So sánh công suất với công suất định mức có : U S' = dm = S dm I dm x d x d * Thông thường máy bù đồng xd* = 1,5 ữ 2,2; (25-8) S' = 0,45 ữ 0,67 trị S dm số đáp ứng yêu cầu vận hành Trong số trường hợp cần tăng trị số S phải giảm xd* cách tăng khe hở điều khiến cho giá thành máy cao Để kinh tế hơn, thực chế độ kích thích âm, E < 0, kết I tăng khiến cho S lớn lên Thí dụ Một máy phát điện đồng cung cấp cho hộ tiêu thụ công suất 5000 + j3000 kVA với điện áp 6,3 kV Xác định tổng tổn hao đường dây máy phát, biết điện trở pha đường dây r d = 0,15 , máy phát r = 0,045 Nếu đặt thêm máy bù đồng với công suất bù 30 - j3000 kVA tổng tổn hao bao nhiêu? Giải Công suất tải: S = P + Q = 2500 + 3000 = 3910kVA Dòng điện tải chưa bù: I= S 3910 = = 360 A 3U 6,3 Hệ số công suất chưa bù: 141 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com cos = P 2500 = = 0,64 S 3910 Tổng tổn hao chưa bù: P , = 3I ( rd + ru ) = ì 360 (0,15 + 0,045) = 75,2 kW Công suất máy có bù: S , = S + S bu = (2500 + j 3000) + (30 j 3000) = 2530 kW Dòng điện tương ứng: I, = S, 3U = 2530 ì 6,3 = 233 A Tổng tổn hao có máy bù: p , = 3I , (rd + ru ) = ì 233 (0,15 + 0,045) = 31,5 kW Hệ số công suất có bù: cos, = Q, = Câu hỏi Ưu, nhược điểm động điện đồng so với động điện không đồng ? Các phương pháp mở máy động điện đồng bộ? Khi mở máy động điện đồng theo hình 25-1b, tốc độ rôto đạt đến (0,6 ữ0,7)nđm bắt đầu cho dòng điện kích thích vào rôto? Vì máy bù đồng có khả trì điện áp quy định lưới điện khu vực tập trung hộ dùng điện? Bài tập Công suất tác dụng nhà máy P = 527 kW, cos1 = 0,7 Để kéo thêm tải động lực có công suất P = 150 kW nhà máy dùng động điện đồng Hỏi công suất Sđb động đồng kVA để kéo tải động lực nâng cos nhà máy lên 0,9? Biết hiệu suất động điện đồng = 0,87 Đáp số: Sđb = 626 kVA 142 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Tài liệu tham khảo Vũ Gia Hanh - Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ - Nguyễn Văn Sáu Máy điện 1, - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - 2001 Trần khánh hà Máy điện 1, - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - 1997 CHâu ngọc thạch Hướng dẫn sửa chữa máy biến áp, động điện, máy phát điện công suất nhỏ -Nhà xuất Giáo dục - 1994 Nguyễn Đức Sỹ Sửa chữa máy điện máy biến áp - Nhà xuất Giáo dục - 2001 Vũ Gia Hanh Máy điện 1, - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - 2003 Nguyễn Hồng Thanh Nguyễn Phúc Hải Máy điện thiết bị tự động - Nhà xuất Giáo dục - 1999 143 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Phụ lục Phn th ba Lý luận chung máy điện xoay chiều Chương 13 Dây quấn phần ứng máy điện xoay chiều 13-1 Dây quấn có q số nguyên 13-2 Dây quấn có q phân số dây quấn ngắn mạch kiểu lồng sóc 13-3 Sức điện động dây quấn máy điện xoay chiều 10 13-4 Cải thiện dạng sóng sức điện động 14 Chương 14 Sức từ động dây quấn máy điện xoay chiều 14-1 Đại cương 17 14-2 Sức từ động dây quấn pha 19 14-3 Sức từ động dây quấn ba pha 22 14-4 Sức từ động dây quấn hai pha 24 14-5 Phân tích sức từ động dây quấn phương pháp đồ thị 25 Phn th t Máy điện không đồng (KĐB) Chương 15 Đại cương máy điện không đồng 15-1 Nguyên lý làm việc máy điện không đồng 28 15-2 Phân loại kết cấu máy điện không đồng 30 15-3 Các đại lượng định mức máy điện không đồng 33 15-4 Công dụng máy điện không đồng 34 Chương 16 Quan hệ điện từ máy điện kđb 16-1 Đại cương 36 16-2 Máy điện không đồng làm việc rôto đứng yên 36 16-3 Máy điện không đồng làm việc rôto quay 40 16-4 Các chế độ làm việc giản đồ lượng máy điện không đồng 45 16-5 Biểu thức mômen điện từ máy điện không đồng 47 16-6 Mômen phụ máy điện không đồng 51 16-7 Các đặc tính máy điện không đồng 54 16-8 Các đặc tính máy điện không đồng điều kiện không định mức 55 144 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Chương 17 Mở máy điều chỉnh tốc độ động điện kđb 17-1 Quá trình mở máy động điện không đồng 61 17-2 Các phương pháp mở máy 62 17-3 Điều chỉnh tốc độ động điện không đồng 65 Chương 18 Các chế độ làm việc dạng khác máy điện không đồng 18-1 Các chế độ làm việc đặc biệt máy điện không đồng 73 18-2 Máy điện không đồng pha 76 18-3 Máy điện không đồng bộứng dụng hiệu ứng mặt dây quấn rôto lồng sóc 82 Phn th nm Máy điện đồng Chương 19 Đại cương máy điện đồng 19-1 Nguyên lý làm việc máy điện đồng 86 19-2 Phân loại kết cấu máy điện đồng 88 19-3 Các đại lượng định mức máy điện đồng 92 Chương 20 Từ trường máy điện đồng 20-1 Đại cương 93 20-2 Từ trường dây quấn kích thích (của cực từ) 93 20-3 Từ trường phần ứng 96 20-4 Quy đổi sức từ động máy điện đồng 100 Chương 21 Quan hệ điện từ máy điện đồng 21-1 Đại cương 102 21-2 Phương trình điện áp đồ thị véctơ máy điện đồng 102 21-3 Cân lượng máy điện đồng 107 21-4 Các đặc tính góc máy điện đồng 109 Chương 22 Máy phát điện đồng làm việc tải đối xứng 22-1 Đại cương 113 22-2 Các đặc tính máy phát điện đồng 113 22-3 Cách xác định tham số máy phát điện đồng 117 Chương 23 Máy phát điện đồng làm việc tải không đối xứng 23-1 Đại cương 120 23-2 Các tham số MFĐĐB làm việc tải không đối xứng 121 23-3 ảnh hưởng tải không đối xứng máy phát điện đồng 123 145 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com 23-4 Ngắn mạch không đối xứng 124 Chương 24 Máy phát điện đồng làm việc song song 24-1 Đại cương 127 24-2 Ghép máy phát điện đồng làm việc song song 127 24-3 Điều chỉnh công suất tác dụng công suất phản kháng máy phát đồng 130 Chương 25 Động máy bù đồng 25-1 Động điện đồng 136 25-2 Máy bù đồng 140 Tài liệu tham khảo 143 146 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com