chương 4 máy điện đồng bộ

Khái niệm chung o Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị véc tơ MĐĐB o Giản đồ cân bằng năng lượng MĐĐB o Công suất điện từ của MĐĐB  Quan hệ điện từ bao gồm:  Điện kháng phần ứng: C

MÁY ĐIỆN I

1

Nội dung

Chương 1 Máy biến áp

Chương 3 Máy điện không đồng bộ

Chương 4 Máy điện đồng bộ

Chương 5 Máy điện một chiều

Chương 2 Những vấn đề chung về MĐ quay

Nội dung

Chương 4 Máy điện đồng bộ

2

II Từ trường trong MĐĐB

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V MĐĐB làm việc song song

I Khái niệm chung về MĐĐB

VI ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

Nội dung

Chương 4 Máy điện đồng bộ

3

II Từ trường trong MĐĐB

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V MĐĐB làm việc song song

I Khái niệm chung về MĐĐB

VI ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

kích từ

(rôto)

rôto

dây quấn stato

trục

vành trượt

Nguồn kích từ nối trục khe hở không khí

I Khái niệm chung về MĐĐB

1.1 Cấu tạo

+

It_-

Dây quấn kích từ

1.2 Phân loại (tiếp)

 Chức năng:

o Máy phát phát điện đồng bộ:

 Tua bin hơi: tốc độ cao, cực ẩn, trục máy đặt nằm ngang

 Tua bin nước: tốc độ thấp, cực lồi, trục máy đặt thẳng đứng

 Máy phát công suất nhỏ: ĐC Diezen kéo rotor, cấu tạo cực lồi

o Động cơ điện đồng bộ:

 Thường cực lồi, kéo tải ít thay đổi tốc độ, P ≥ 200 kW

o Máy bù đồng bộ:

 Cải thiện hệ số công suất cos

I Khái niệm chung về MĐĐB

1.3 Kết cấu

 Máy đồng bộ cực ẩn:

o Rotor làm bằng thép hợp kim chất lượng cao

o Rotor được rèn, phay rãnh đặt dây quấn kích từ

o 2p = 2, n = 3000 (v/ph)

o D = 1,1 ÷ 1,15 m (nhỏ) => hạn chế lực ly tâm

o L ≤ 6,5 m (dài) => tăng công suất của máy

o Dây quấn: Cu, tiết diện chữ nhật, bọc cách điện, quấn đồng tâm

o Rãnh nêm kín bằng gỗ hoặc thép không từ tính

o Máy kích từ nối trục, hoặc đồng trục

I Khái niệm chung về MĐĐB

 Máy đồng bộ cực lồi:

 Tốc độ quay thấp, đường kính lớn D  15m, l ngắn: l/D = 0,15÷0,2

 Máy nhỏ và TB: rotor được chế tạo từ thép đúc, gia công lại

 Máy lớn: rotor được ghép từ lá thép KTĐ dày 1 ÷ 6 mm, cực từ được ghép từ những lá thép dày 1 ÷ 1.5 mm

 Bề mặt cực từ đặt dây quấn cản (MF) hay dây quấn mở máy (ĐC)

1.3 Kết cấu (tiếp)

I Khái niệm chung về MĐĐB

Rôto quay với tốc độ n Rôto đóng vai trò nam châm điện (do có dòng kích từ) tạo ra từ trường quay, cảm ứng trong dây quấn stato các sức điện động hình sin Nếu MFĐĐB mang tải (mạch kín) sẽ có dòng điện 3 pha: iA, iB, iC Các dòng

iA, iB, iC tạo ra từ trường quay với tốc độ n1 = n

Đặt điện áp 3 pha vào dây quấn stato Trong dây quấn stato sẽ có dòng điện 3 pha iA,

iB, iC tạo ra từ trường quay với tốc độ n1 = 60f/p Từ trường trong dây quấn stato kéo rôto quay với tốc độ n = n1

Nội dung

Chương 4 Máy điện đồng bộ

12

II Từ trường trong MĐĐB

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V MĐĐB làm việc song song

I Khái niệm chung về MĐĐB

VI ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

II Từ trường trong MĐĐB

2.1 Khái niệm chung

Từ trường chính t (đi qua

khe hở không khí để truyền

tải năng lượng)

II Từ trường trong MĐĐB

2.2 Từ trường của dây quấn kích thích

II Từ trường trong MĐĐB

2.2 Từ trường của dây quấn kích thích (tiếp)

 Phụ thuộc vào đường cong mặt cực từ, không sin

II Từ trường trong MĐĐB

2.3 Từ trường của dây quấn phần ứng

 Ở chế độ có tải: dòng điện stator sinh ra từ trường phần

II Từ trường trong MĐĐB

2.3 Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp)

II Từ trường trong MĐĐB

2.3 Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp)

II Từ trường trong MĐĐB

2.3 Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp)

b Phản ứng phần ứng dọc trục

 Tải thuần dung:

o Tải đối xứng, thuần dung

 EA chậm pha IA 90O

 FA vượt pha EA 90O

 Fư cùng phương cùng chiều Ft

 Phản ứng dọc trục, trợ từ

II Từ trường trong MĐĐB

2.3 Từ trường của dây quấn phần ứng (tiếp)

Nội dung

Chương 4 Máy điện đồng bộ

21

II Từ trường trong MĐĐB

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V MĐĐB làm việc song song

I Khái niệm chung về MĐĐB

VI ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.1 Khái niệm chung

o Phương trình cân bằng điện áp và đồ thị véc tơ MĐĐB

o Giản đồ cân bằng năng lượng MĐĐB

o Công suất điện từ của MĐĐB

 Quan hệ điện từ bao gồm:

 Điện kháng phần ứng: Cần phải xác định vì trong sơ đồ thay thế

MĐĐB có sử dụng đại lượng này

It → Ft → t → cảm ứng E trong dây quấn phần ứng

Nếu mạch phần ứng khép kín (có tải) sẽ có Iư → Fư → ư

→ cảm ứng Eư

Xư là điện kháng phần ứng, đặc trưng cho khả năng tích luỹ năng lượng từ trường của phần ứng, Xư = Eư/Iư

Iư (I) → Id (Iưd) → Fưd → ưd → Eưd = Xưd.Id

Iq (Iưq) → Fưq → ưq → Eưq = Xưq.Iq

Xưd - điện kháng phần ứng dọc trục

Xưq - điện kháng phần ứng ngang trục

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.1 Khái niệm chung (tiếp)

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.2 Phương trình cân bằng điện áp (CBĐA) và đồ thị véctơ MĐĐB

 Tải đối xứng ta xét riêng từng pha và phương trình cân bằng ĐA

o Máy phát:

o Động cơ, máy bù đồng bộ:

Trong đó:

U – điện áp đầu cực máy

rư – điện trở, điện kháng tản dây quấn phần ứng

E - sđđ cảm ứng trong dây quấn do từ trường khe hở

o Mạch từ không bão hòa => ứng dụng nguyên lý xếp chồng

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.2 Phương trình CBĐQ và đồ thị véc tơ MĐĐB (tiếp)

26

 Đồ thị véctor của MĐĐB cực ẩn

Tải tính cảm

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

Từ phương trình cân bằng điện áp, ta xây

dựng cách vẽ đồ thị véctơ như sau:

• Không phụ thuộc vào từ dẫn của  hướng dọc & ngang trục

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

 Máy cực lồi

Phương trình cân bằng điện áp

a Máy phát điện

(tiếp)

Tải tính cảm

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

Từ phương trình cân bằng điện áp, ta xây

dựng cách vẽ đồ thị véctơ như sau:

Tải tính dung

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

 Đồ thị véctor của MĐĐB cực lồi (tiếp)

Đồ thị sđđ đã biến đổi

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

• Phương trình cân bằng điện áp

 Đồ thị véctor của MĐĐB cực lồi (tiếp)

32

• Tiêu thụ công suất điện, phát công suất cơ

• Thường cấu tạo cực lồi

• Phương trình cân bằng điện áp:

33

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.3 Cân bằng năng lượng trong MĐĐB

 MFĐĐB có MF kích từ nằm cùng trục với rôto:

pcơ: tổn hao cơ do ma sát và quạt gió;

pf : tổn hao phụ do sóng bậc cao;

pCu: tổn hao đồng dây quấn stato;

pFe: tổn hao sắt từ bên stato;

pt : tổn hao kích từ (điện)

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

3.3 Cân bằng năng lượng trong MĐĐB (tiếp)

a Đặc tính góc công suất tác dụng (tiếp)

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

38

•Máy cực ẩn: xd = xq

sin

o d

mE U P



III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

a Đặc tính góc công suất tác dụng (tiếp)

39

• Nhận xét:

– Khi  dương hay âm thì Q là không đổi

– Khi -’ <  < +’ => phát công suất phản kháng

– Ngoài phạm vi trên => tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện

40

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

b Đặc tính góc công suất phản kháng (tiếp)

Đoạn 1: Q < 0, ĐCĐB tiêu thụ Q từ lưới điện

Đoạn 2: Q > 0, ĐCĐB phát Q vào lưới

(máy bù đồng bộ)

Đoạn 3: Q > 0, MFĐB phát Q vào lưới

Đoạn 4: Q < 0, MFĐB tiêu thụ Q từ lưới

Nội dung

Chương 4 Máy điện đồng bộ

II Từ trường trong MĐĐB

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V MĐĐB làm việc song song

I Khái niệm chung về MĐĐB

VI ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

4.1 Đại cương

 Các đại lượng đặc trưng cho chế độ làm việc của MFĐB ở tải đối xứng:

• Điện áp đầu cực dây quấn phần ứng

• Dòng điện tải dây quấn phần ứng

• Dòng kích thích it

• Hệ số công suất (cos)

• Tần số , tốc độ quay của rotor (n)

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

 Sơ đồ nối dây thí nghiệm xác định các đặc tính của MF ĐB

4.1 Đại cương

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

Các đường đặc tính có thể xác định bằng cách đo trực tiếp hoặc dựa vào đồ thị vectơ

• itđmo – dòng không tải khi U = Uđm

 Ít sự khác biệt giữa máy cực lồi & cực ẩn

 Mạch từ máy tua bin hơi bão hòa hơn

mạch từ máy tua bin nước

 Khi Eo = Uđm, E* = 1

• Tua bin hơi: k = kd = 1,2

• Tua bin nước: kd = 1,06

• kd – hệ số bão hòa mạch từ

4.2 Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp)

b Đặc tính ngắn mạch

•Khái niệm: là quan hệ In = f(it) khi U = 0 & f = fđm

•Dây quấn phần ứng nối ngắn mạch ở đầu cực

4.2 Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp)

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

• Tỷ số ngắn mạch K:

Ino – dòng ngắn mạch ứng với dòng kích thích sinh ra sđđ Eo = Uđm khi không tải

c Đặc tính ngoài U = f(I) khi I t , f, cos = const

Độ biến thiên điện áp U%:

Mặt khác do p/ư p/ư, khi I  U hoặc  do tính chất của tải:

+ Tải thuần R  p/ư p/ư ngang trục, E = const  U

+ Tải thuần L  p/ư p/ư dọc trục khử từ, E  U

+ Tải thuần C  p/ư p/ư dọc trục trợ từ, E  U

4.2 Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp)

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

4.2 Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp)

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

c Đặc tính điều chỉnh

•KN: It = f(I) khi U = Uđm & cos = C, f = fđm

•Cho biết hướng điều chỉnh It để U = C

•Nhận xét:

• Tải L: I , tác dụng khử từ của phản

ứng phần ứng tăng => U  Để U =

C => It 

• Tải C: giữ U = const => It

• Thông thường cos = 0,8 => khi I

tăng từ 0  Iđm thì It0 tăng 1,7  2,2

Đặc tính điều chỉnh

d Đặc tính tải

4.2 Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp)

• KN: U = f(It) khi I = C & cos = C, f = fđm

• Có nhiều đường đặc tính tải

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

Cách vẽ U = f(It) từ đặc tính không tải và

đặc tính ngắn mạch: ABC:  điện

kháng Dịch chuyển ABC sao cho điểm

A chạy trên đường 1, cạnh BC  trục It;

điểm C sẽ vẽ nên đặc tính tải

e Xác định điện kháng đồng bộ dọc trục & ngang trụ

4.2 Các đặc tính làm việc của MFĐĐB (tiếp)

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

• Được xác định từ các đặc tính không tải Eo = f(it) – (1)

• & đặc tính ngắn mạch In = f(it) – (2)

• xd = f(it) – đường (3)

• xd – điện kháng đồng bộ dọc trục bão hòa

• xd - điện kháng đồng bộ dọc trục không bão hòa

d

x x

k





Xác định đkđb dọc trục

4.3 Tổn hao và hiệu suất của MFĐĐB

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

 Tổn hao đồng:

 Tổn hao kích từ:

 Tổn hao phụ:

o Do từ trường tản & sự đập mạch của hài bậc cao

o Do dòng điện xoáy do từ trường tản của dòng điện phần ứng

P

 

Nội dung

Chương 4 Máy điện đồng bộ

II Từ trường trong MĐĐB

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V MĐĐB làm việc song song

I Khái niệm chung về MĐĐB

VI ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

5.1 Điều kiện kỹ thuật hoà đồng bộ

V MĐĐB làm việc song song

 Ghép MF ĐB làm việc song song => hòa đồng bộ

 Có hai phương pháp hòa đồng bộ

o Hòa đồng bộ chính xác

o Hòa đồng bộ không chính xác - tự đồng bộ

Yêu cầu uF = uL

(giá trị tức thời)

pha

Thứ tự pha giống nhau

Thứ tự pha được kiểm tra lần đầu sau khi lắp máy hoặc hoà đồng bộ góc lệch

pha

UF và UL trùng pha

Kiểm tra bằng ánh sáng đèn hoặc cột đồng bộ

5.2 Các phương pháp hoà đồng bộ chính xác

V MĐĐB làm việc song song

 Dùng cho MF công suất nhỏ

 Có hai kiểu:

• Kiểu nối tối

 F1 – làm việc F2 – máy cần hòa đồng bộ

 Điều chỉnh đồng thời UF & fF của máy phát F2

 Kiểm tra điều kiện: UF = UL bằng Voltmet

 Tần số và thứ tự pha được kiểm tra bằng bộ đồng bộ với 3 đèn 1, 2, 3

• Kiểu ánh sáng đèn quay:

a Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu ánh sáng đèn

5.2 Các phương pháp hoà đồng bộ chính xác (tiếp)

b Hòa đồng bộ bằng bộ đồng bộ kiểu điện từ

 Voltmet có 2 kim: 1 kim chỉ UF, 1 chỉ UL

 Tần số kế có 2 dãy phiến rung để chỉ tần

số của lưới fL và của máy phát fF

 Một dụng cụ đo có kim quay với tần số:

fF – fL

o Thao tác phải tập trung, tránh nhầm lẫn gây ra các sự cố nghiêm trọng trong hệ thống

Cột đồng bộ

* Cột đồng bộ

b) Hoà không chính xác (tự đồng bộ )

23

5.3 Phương pháp hoà đồng bộ không chính xác

V MĐĐB làm việc song song

Cách thực hiện:

• Quay máy phát không được kích thích (UF = 0),

• Dây quấn kích từ được nối tắt qua điện trở triệt từ đến tốc

độ sai khác với tốc độ đồng bộ khoảng 2%

• Đóng cầu dao ghép máy phát vào lưới điện và kích thích

cho máy phát điện

 Do tương tác giữa t và ư sẽ sinh ra mômen đồng bộ

Mđb và kéo MF vào làm việc đồng bộvào tốc độ đồng bộ (fF = fL)

–Chú ý: sử dụng trong trường hợp Ixg < 3.5Iđm

V MĐĐB làm việc song song

5.4 Điều chỉnh công suất P và công suất Q của MFĐĐB

 Có hai trường hợp điển hình:

o MF ĐB làm việc trong HTĐ có công suất vô cùng lớn với U, f = C

o Chỉ có hai hoặc một vài MF có công suất tương tự làm việc song song

a Điều chỉnh công suất tác dụng

V MĐĐB làm việc song song

5.4 Điều chỉnh công suất P và công suất Q của MFĐĐB

a Điều chỉnh công suất tác dụng (tiếp)

• P cân bằng với Pcơ trên trục

• Muốn thay đổi P => thay đổi  bằng cách thay đổi Pcơ

• P đạt max khi dP/d  = 0

V MĐĐB làm việc song song

5.4 Điều chỉnh P và Q của MFĐĐB (tiếp)

a Điều chỉnh công suất tác dụng P

• Hệ số quá tải: km = Pm/Pđm – thể hiện năng lực quá tải của máy

• Điều chỉnh công suất tác dụng thì  thay đổi => Q thay đổi

• Máy cực lồi:

 d dP

Muốn điều chỉnh P(điện) thì phải điều chỉnh Pcơ (θ) Công suất chỉnh bộ

X

mUE

d

đặc trưng cho khả năng giữ cho MF làm việc đồng bộ Tại θ =

0, P = 0, Pcb = max  khả năng giữ đồng bộ là lớn nhất

sin

d

X mUE

= const  Esinθ= const

V MĐĐB làm việc song song

5.4 Điều chỉnh P và Q của MFĐĐB (tiếp)

a Điều chỉnh công suất phản kháng Q

Điều chỉnh It  E = var; U = const, I = var  cos = var  Isin = var

 Q = mUIsin = var

Kết luận: muốn điều chỉnh Q cần phải điều chỉnh It

Điều chỉnh Q khi:

- Tải thay đổi

- Chế độ vận hành tải thay đổi

MF phát P, phát Q MF phát P, nhận Q

V MĐĐB làm việc song song

a Điều chỉnh công suất phản kháng Q (tiếp)

Đặc tính V (xem sách GK)

Nội dung

Chương 4 Máy điện đồng bộ

II Từ trường trong MĐĐB

III Quan hệ điện từ trong MĐĐB

IV MFĐĐB làm việc với tải đối xứng

V MĐĐB làm việc song song

I Khái niệm chung về MĐĐB

VI ĐCĐĐB và máy bù đồng bộ

So sánh động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ

Mômen ~ U 2 (khả năng kéo tải

VI Động cơ ĐĐB và máy bù đồng bộ

5.1 Ứng dụng của động cơ điện đồng bộ

68

a Mở máy theo phương pháp không đồng bộ

b Mở máy theo phương pháp hòa đồng bộ

VI Động cơ ĐĐB và máy bù đồng bộ

– Quá trình mở máy: hai giai đoạn

o (1): it = 0, dây quấn kích từ được nối tắt qua Rt – điện trở diệt từ (10  12 x rt ) Cấp điện cho stator, MKĐB kéo rotor quay và tăng tốc đến n1

o (2): n  n1, cấp điện cho dây quấn kích từ Lúc này, ngoài MKĐB 

s và Mgia tốc  ds/dt, còn có MĐB   Khi 0 <  < 180o thì MĐB &

MKĐB kéo rotor vào tốc độ đồng bộ sau vài quá trình dao đông

o Tiêu thụ rất ít công suất tác dụng (bù lại sự phát nóng)

o Cấu tạo cực lồi, có đặt dây quấn mở máy

o Mở máy bằng phương pháp hạ điện áp, hoặc dùng ĐC KĐB

o Mcản nhỏ => xd lớn => khe hở nhỏ, kích thước máy nhỏ

o Công suất định mức (chế độ quá kích thích):

o Ở chế độ thiếu kích thích tối đa:

VI Động cơ ĐĐB và máy bù đồng bộ

5.3 Máy bù đồng bộ