Bài giảng Máy điện Phần 1

Bài giảng Máy điện TS Nguyễn Quang Nam 2011 – 2012, HK2 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 Φ sr = Ut 4,44 fk dq N ph (Wb) Phần 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 900 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 δRF A Φar từ động kích từ T= π p Φ r F sin (δ RF ) Trục pha a Phần 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 Φf thể sức điện động: sđđ Φar tổng Er coi tổng sđđ kích từ Ef Ef Φr sđđ phản ứng phần ứng Ear Vì Φar 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 Đặc tính không tải (hở mạch) Đặc tính hở mạch máy ĐB quan hệ điện áp đầu cực Ut hở mạch theo dòng kích từ Quan hệ thường biểu diễn hệ pu, với điện áp đơn vị điện áp định mức, dòng kích từ đơn vị dòng kích từ ứng với điện áp định mức đặc tính khe hở Trong thực tế, người ta quay máy ĐB đo điện áp phần ứng hở mạch Tổn hao thép hở mạch tương ứng với số giá trị dòng kích từ Điện áp tương đối Khe hở Hở mạch Tổn hao quay không tải bao gồm tổn hao ma sát, thông gió, tổn hao lõi thép ứng với từ thông không tải Điện áp hở mạch Kích từ tương đối Phần 11 Đặc tính ngắn mạch Đặc tính ngắn mạch máy phát ĐB quan hệ dòng điện phần ứng ngắn mạch pha theo dòng kích từ Ứng với giá trị kích từ, r r E f = I a (ra + jxs ) r r Er = I a (ra + jxl ) Vì